【正文】 (kmol/h) Xi(%) Di (kmol/h) YiD Wi (kmol/h) Xi(%) Li (kmol/h) Li(%) CH3CHO H2 C2H5CHO 0 0 0 0 CH3COOH 0 0 0 0 高聚物 0 0 ∑ 100 100 100 100 北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 (論文 ) 21 21 設備名稱 進 料 塔 頂 出 料 總和 氣相 液相 氣相 液相 C3101 V3102 0 E3101 0 E3102 0 E3103 0 T3101 T3201 T3202 0 北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 (論文 ) 22 22 第 3 章 熱量衡算 第 節(jié) 反應器的熱量衡算 熱量衡算的目的：確定反應器的加水量 反應熱的計算： 已知： T=125℃ P=4bar 反應方程式： C2H4(g)+1/2O2(g) CH3CHO(c)+ΔH 根據(jù)公式： Cp=a+bT+cT2 ΔCp=Δa+ΔbT+ΔcT2 其中 Δa=∑(ri*αi)產(chǎn) ∑(︱ ri︱ αi)反 Δb=∑(ri*bi)產(chǎn) ∑(︱ ri︱ bi)反 Δc=∑(ri(Ci))產(chǎn) ∑(︱ ri︱ ci)反 應用公式： ΔHofT=+∫ 查 171。 設計計算以摩爾為單位反應工序物料衡算。冷凝器 (E2203)排出的未凝氣體，經(jīng)壓力調節(jié)進入吸收 塔 (T2401)用水吸收氣體中的乙醛，吸收液流入粗醛貯槽(V2402)塔頂廢氣送火炬。將 的過熱中壓蒸汽經(jīng)增濕泵 (P2020)補入脫鹽水，再經(jīng)減壓，以 飽和蒸汽的形式供生北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 (論文 ) 7 7 產(chǎn)使用。當反應器，除沫器發(fā)生故障時，可將觸媒放入觸媒收集坑。為了保持反應器液面穩(wěn)定，加入一定量的脫鹽水以補充工藝過程損失掉的水份。氣體由頂部出來與來自 104 廠的新鮮乙烯在管道中混合后進入反應器(R2101)底部。 轉化率的控制和原料配比 乙烯直接氧化制乙醛，催化劑對羰化反應具有良好的選擇性，但在氧的存在下，易發(fā)生連串副反應，這副反應的發(fā)生不僅使乙醛產(chǎn)率降低，且會影響催化劑溶液的活性，為了減少連串副反應的發(fā)生，維持催化劑的活性，必須控制較低的轉化率，使生成的乙醛迅速離開反應區(qū)，轉化率的控制 也同時受到安全操作因素的限制及原料氣的配比要求，也與轉化率的控制有關。可以說國內乙醛的下游產(chǎn)品在某種意義上說就是乙醛經(jīng)醋酸而生產(chǎn)的下游產(chǎn)品。本設計主要采用乙烯一步氧化制乙醛，使其達到設計出一套年產(chǎn) 萬噸乙醛裝置目的。盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。 2． 設計（論文）的基本要求和內容 設計內容 : （ 1）摘要及關鍵詞（ 2）設計任務書 概述（緒論或設計說明書）（ 4）物料衡算及熱量衡 算（ 5）主要設備選擇與計算（ 6）參考文獻 圖紙要求：（ 1）帶控制點工藝流程圖 1 張， A2 圖紙；（ 2）主要設備設計條件圖 1張， A2 圖紙（ 3）設備平面布置圖 1 張， A2 圖紙（可以用裝備圖代替）。但是隨著科技的發(fā)展 ,原來完全以乙醛為原料的化工產(chǎn)品 (如醋酸 )可能會改變原料路線和生產(chǎn)方法 ,乙醛下游產(chǎn)品的市場也會發(fā)生變化 ,乙醛下游產(chǎn)品的開發(fā)會出現(xiàn)一些全新的產(chǎn)品。 乙烯鈀鹽絡合催化氧化制乙醛，（一段法）生產(chǎn)基本原理及化學反應方程式： 乙烯和氧在催化劑作用下合成乙醛這一過程，系按下述機理進行： ① C2H2+PdCl2+H2O——————— →CH3CHO+Pd+2HC1 ② Pd+2CuCl2——————— →PdCl2+2CuC1 ③ CuC1+1／ 202+2HCl——————— →2CuCl2+H20↓ 上述三式構成一個總的催化反應方程式： PdC12CuC12 C2H4+1／ 202——————— →CH3CH0 HCl(ag) 反應過程放出熱量 H=／ mo1 反應熱將生成的乙醛和部分水分蒸出，經(jīng)冷凝、吸收，得到乙醛水溶液（粗乙醛）。 循環(huán)氣的氧含量與單程轉化率的控制和原料氣的組成有關，原料氣中乙烯濃度低，雖滿足循環(huán)氣氧極限濃度要求的條件下，可以控制較高的轉化率，但由于受到循環(huán)氣中乙烯極限濃度的限制，乙烯轉化率也不會高，當原料氣的配比為乙烯 65％、氧氣 17％、惰性氣體 18％左右時，單程轉化率可以控制在 35％左右，進入反應器的新鮮乙烯和新鮮氧氣的用量比是接近理論比，由于副反應要消耗一部分氧氣，所以一般氧氣用量控制過量約 10％。合有乙醛，未反應的乙烯、氧氣、水蒸汽及付產(chǎn)物的工藝氣體夾帶著催化劑通過兩根連接導管進入除沫器 (V2102)進行氣液分離。 吸收塔頂部排出的僅合微量乙醛的工藝氣體做為循環(huán)氣大部分返回水環(huán)壓縮機，經(jīng)加壓后重新參加反應。 用做緩沖的工藝水罐 (V2407)貯存一定量的工藝水。從塔頂蒸出的低沸物氯甲烷，氯乙烷等，進入塔頂冷凝器 (E2202)冷凝，凝液回流 (回流比 1:68)未凝氣體去火炬燃燒。 粗醛貯槽 (V2402)和巴豆醛貯槽 (V2405)用氮氣保壓在 ，純醛貯槽(V2403A/B)和不合格醛貯槽 (V2404)用氮氣保壓在 ，各貯槽的放空氣體進入吸收塔 (T2401)。X 進 =D化原 187。化原 187。化原 187。X 側 +W 進入系統(tǒng)的物料量和流出系統(tǒng)的物料量相等。塔釜排出的含醛量小于 o． 1%的廢水經(jīng)熱交換器 (E2201)冷卻器 (E2206)冷卻至 40℃以下，流至廢水中和工序。過熱蒸汽要經(jīng)飽和減壓處理后供生產(chǎn)使用。 為補充反應過程中生成副產(chǎn)物消耗掉的鹽酸，由鹽酸計量泵 (P2302)，通過觸媒循環(huán)管向反應系統(tǒng)補入一定量的鹽酸。 氣液分離后夾帶微量催化劑的工藝氣體進入第一冷凝 器 (E2101)被冷卻到105120℃，冷凝下來的水和催化劑由凝液收集槽 (V2103)底部流出，與再生工序尾氣吸收塔 (C2302)的吸收液混合，經(jīng)凝液輸送泵 (P2101)加壓后從除沫器上部噴淋加入除沫器。 第 節(jié) 生產(chǎn)流程敘述 反應崗位 由吸收塔 （ C2101） 來的循環(huán)氣經(jīng)水環(huán)壓縮機 （ K2101)加壓后，進入氣液分離器 （ V2101） 。乙炔含量〈 30ppm，硫化物含量〈 3ppm，氧的純度也要求達到 ％原料氣惰性雜質增加，雖對催化劑溶液的活性沒有不利影響，但放空量增大，乙烯放空損失增加。生產(chǎn)的乙醛絕大多數(shù)都用于生產(chǎn)醋酸的原料，只有少量用于生產(chǎn)季戊四醇、醋酐、丁醇、丁酸、過氧醋酸等產(chǎn)品。 主要參考文獻 （ 1）黃文煥 .化工設計概論 [M]. 吉林：吉林科學技術出版社 ,. （ 2）馮伯華等 .化學工程手冊 [M]. 北京：化學工業(yè)出版社 .1989. （ 3）賈紹義 ,柴誠敬 .化工原理課程設計 [M]. 天津：天津大學出 版社 .2020. . 4． 進度安排 序號 設計（論文）各階段名稱 起 止 日 期 1 搜集相關的設計資料 1月 15日至 2月 1日 2 文獻查閱 2月 2日至 2月 18日 3 論文撰寫、繪圖階段 2月 19日至 3月 20日 4 畢業(yè)論文修改潤色階段 3月 21日至 4月 10日 5 編輯設計資料、準備答辯 4月 11日至 4月 24日 6 畢業(yè)答辯 2020年 4月 25日 北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 (論文 ) III III 年產(chǎn) 乙醛生產(chǎn)工藝 設計 摘 要 乙醛是一種重要的烴類衍生物，乙醛的生產(chǎn)方法有四種，分別是乙炔水合法、乙醇氧化法、乙烯氧化法、烷烴 直接氧化法。北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 (論文 ) I I 誠 信 聲 明 本人聲明： 我所呈交的本科畢業(yè)設計論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果?？梢援嬛饕O備裝配圖 2 張，代替條件圖和平面布置圖，也可以畫 2 張流程圖再畫 1 張設備圖。 國內乙醛生產(chǎn)方法有乙烯氧化法、乙醇氧化法和乙炔氧化法三種技術路線。 北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 (論文 ) 4 4 副反應 ① C2H4+HC1————— → C2H5C1 ② CH3CHO+2CuC12 ————— →C1CH2CHO+2CuC1+HC1 C1CH2CHO+2CuC12 ————— →C12CHCHO+2CuCl+HC1 C12CHCHO+2CuCl2 ————— →C1CHO+2CuC1+HC1 C1CH2CHO+1／ 202————— → CH3C1+C02 ③ CH3CHO+1／ 202 ————— →CH3COOH 2CH3COOH————— → CH3COCH3+H2O+CO 2 ④ C12CHCHO+2H2O ————— →CHOCHO ⑤ CHOCHO+O2————— → CHO2CHO2 ⑥ CHO2CHO2+CuC12 ————— →CO2CuCO2+2HC1 ⑦ 2CH3CHO————— → CH3CH=CHCHO+H2O 第 節(jié) 生產(chǎn)工藝條件論證 原料純度 鈀催化劑易中毒，原料乙烯純度必須嚴格控制，如原料氣中含有炔和 硫化物等雜質將大大影響反應速度，所以要求乙烯純度〉 ％。 反應溫度和壓力 乙烯直接氧化為乙醛的反應熱效率很大 PdC12CuC12 C2H4+1／ 202——————— →CH3CH0 HCl(ag) 反應過程放出熱量 H=／ mo1 溫度因素主要是影響反應速度和副反應，升高溫度 K 值增大，有利于加快反應速度，但 KA 值卻雖隨溫升而減小，乙烯溶解度也隨之減小， 對反應速度產(chǎn)生不利影響，故應有一適應溫度范圍，一般控制在 120130℃為保持一定的反應，必須及時移走反應熱，除熱方法是借產(chǎn)物乙醛和催化劑溶液中水的蒸發(fā)，吸收蒸發(fā)潛熱，以帶走反應熱，催化劑溶液是處于沸騰狀態(tài)，反應溫度是根據(jù)給 定的壓力而自然確定的，一般反應器的壓力控制在 \bar 左右。分離出來的催化劑經(jīng)觸媒循環(huán)管回到反應器。為避免惰性氣體在系統(tǒng)內積聚，維持循環(huán)氣組份穩(wěn)定，通過遙控閥 (HIC2701)和限流孔板 (FO2231)連續(xù)采出少量循環(huán)氣送到火炬 (B2101)燒掉，為防止火炬燃燒時產(chǎn)生大量黑煙，向火炬通入中壓蒸汽 消煙。工藝水通過工藝水泵 (P2405)加壓后送往生產(chǎn)裝置。為減少隨低沸物帶走的乙醛量，在塔頂加萃取水，脫去低沸物的粗乙醛從 (T2201)塔釜流入純醛塔 (T2202)該塔的操作壓力為 ，直接蒸汽加熱，控制塔底溫度 125℃通過調節(jié)回流量控制塔頂溫度為 4245℃，從塔頂蒸出的純乙醛進入冷凝器 (E2203 A/B)冷凝，凝液進入回流缶 (V2201)，再用泵 (P2201A/B)把一部分純醛送回塔頂 (回流比 1： 1)，另 — 千部分送純醛冷卻器 (E2205)冷卻到 35℃以下進入純醛貯缶 (V2403A/B)貯存，定期用泵(P2403A/B)送到成品缶區(qū)。 北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 (論文 ) 8 8 第 2 章 物料衡算 理論依據(jù)是質量守恒定律， 計算基準是以小時為基準的，累積量為 0。X 頂 +L熱軋無縫鋼管表 圓整后入口管選用Φ 60 出口管選用Φ 42 內徑 ： d1= 2=53mm 內徑： d2= 2=37mm 校正假定的流速是否正確 北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 (論文 ) 30 30 入口 u=4Vs/лd12=4 [（ 53） 2] 106=出口 u=4Vs/лd22=4 [（ 37） 2] 106=假定流速可以認為是確定的管路中閥門的選?。涸?P101進 V102管路中設在測壓閥測溫閥，則流量閥各泵進口閥一個，泵出口閥一個，進 V102 閥一個出 E101 閥一個，共 10 個查 171。P403 附錄各物性參數(shù)如下： 流體 比熱 粘度 密度 導熱系數(shù) 普特系數(shù) 循環(huán)水 *105 *102 冷卻水 *105 *102 平均溫度差：按逆流計算的對數(shù)平均溫差 60℃ 37℃ Δ t1=7 42℃ 30℃ Δ t2 =18 Δtm=（Δ t2Δ t1） /lnΔ t2/Δ t1= 北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 (論文 ) 32 32 換熱量 Q的計算： Q 循 =WCΔt 循 =5786 (6037)= Q 冷 =W 冷 CΔt 冷 = W 冷 (4230)= Q 循 = Q 冷 W 冷 =傳熱面積的計算： 設 k=1000w/m