【正文】 河南理工大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) I Abstract Ethanol is a kind of extremely important anic raw chemicals, and a kind of fuel, too. It is very important in national economy. In recent years, with the development of the products that are made from methanol, especially the popularization and application of the fuel of ethanol, the demand for the ethanol rises by a large margin. In order to satisfy economic development39。 Synthesis。 化學(xué)性質(zhì) 乙醇具有 酸性（不能稱之為酸，不能使 酸堿指示劑 變色，也不與堿反應(yīng)，也可河南理工大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 說(shuō)其不具酸性）乙醇分子中含有極化的氧氫鍵，電離時(shí)生成烷氧基 負(fù)離子 和 質(zhì)子 。另外， 2022 年底廣西中糧生物質(zhì)能源公司木薯乙醇項(xiàng)目投產(chǎn)，年產(chǎn)能為 20 萬(wàn)噸 /年。單單我國(guó)醋酸乙酯產(chǎn)能就已達(dá)到 200 萬(wàn)噸左右，消耗的乙醇就為 120 萬(wàn)噸。因此，能否徹底脫除雜質(zhì) ,深度凈化原料氣，直接影響著乙醇的合成，焦?fàn)t煤氣中雜質(zhì)含量高，凈化難度大，凈化成本高，制約了其作為化工原料氣的用途和經(jīng)濟(jì)性。 綜上所述，加氫轉(zhuǎn)化法脫硫更具優(yōu)勢(shì)，本設(shè)計(jì)采用加氫轉(zhuǎn)化法脫出原料氣中的硫分。 來(lái)自精脫硫的原料氣，與部分蒸汽混合后進(jìn)人催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐燒嘴，氧氣經(jīng)蒸汽預(yù)熱后與部分蒸汽混合進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐燒嘴，焦?fàn)t煤氣和氧氣在燒嘴中混合并噴出，在轉(zhuǎn)化爐上部進(jìn)行部分燃燒反應(yīng)，然后進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐下部的鎳催化劑床層進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，反應(yīng)后的氣體經(jīng)熱量回收后去合成工段。 乙醇合成塔主要由外筒、內(nèi)件和電加熱器三部分組成。 （ 4）固定管板列管合成塔 這種合成塔就是一臺(tái)列管換熱器，催化劑在管內(nèi)，管間（殼程 )是沸騰水，將反應(yīng)熱用于副產(chǎn) ～ 的中壓蒸汽。這種塔內(nèi)乙醇合成反應(yīng)接近最佳溫度操作線，反應(yīng)熱利用率高，雖然設(shè)備復(fù)雜、投資高，但是由于這種塔在國(guó)內(nèi)外使用較多，具有豐富的管理和維修經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)也較容易得到；外加考慮到設(shè)計(jì)的是年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸的乙醇合成塔，塔的塔徑和管板的厚度不會(huì)很大，費(fèi)用不會(huì)很高，所以本設(shè)計(jì)采用了固定管板列管合成塔。 河南理工大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 ③催化劑制備方法 Chen 等采用浸漬法、沉積法和機(jī)械混合法制備了納米 SiO2 負(fù)載的 Rh 催化劑 (Rh/SiO2 )，考察了催化劑制備方法對(duì)其催化性能的影響，見表 24： 表 24 制備方法對(duì)催化性能的影響 制備 方法 CO 轉(zhuǎn)化率/% 碳二氧化物選擇性/% 烷烴選擇性 /% 含氧化物分布 /% 乙醇 乙醇 乙醛 乙酸 乙酸乙酯 浸漬法 沉積法 機(jī)械混 0 0 結(jié)果表明，浸漬法制備催化劑的活性明顯高于沉積法和機(jī)械混合法，三者的CO 轉(zhuǎn)化率分別為 ％、 ％和 ％，但機(jī)械混合 法制備催化劑的碳二含氧化物的選擇性卻顯著高于浸漬法和沉積法制備的催化劑。 國(guó)內(nèi) 中、 小 乙 醇廠大部分都選用雙塔精餾工藝傳統(tǒng)的主、預(yù)精餾塔幾乎都選用板式結(jié)構(gòu)。因此 .該工藝技術(shù)生產(chǎn)能力大，節(jié)能效果顯著，特別適合較大規(guī)模的精乙醇生產(chǎn)。 粗乙醇 降壓到 后人閃蒸槽，釋放出溶解在粗乙醇中的大部分氣體，出來(lái)的粗乙醇則進(jìn)入精餾塔。該塔傳質(zhì)效率高，傳質(zhì)空間利用率好，處理能力大，操河南理工大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 作彈性大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠， 抗結(jié)垢、防堵塞性能好 ,由于操作氣速高，氣流自清洗能力強(qiáng)且升氣孔直徑大，很不容易堵塞，投資省，傳質(zhì)單元的間距較大，便于布置加熱和冷卻排管。其主要任務(wù)是用硫酸作吸收劑，脫除煤氣中的氨，生成硫銨并將其干燥后得到硫銨產(chǎn)品。 ⑵洗苯脫苯的操作過(guò)程中，循環(huán)洗油的質(zhì)量逐漸惡化，為保證洗油質(zhì)量采用洗油再生器將脫苯塔底來(lái)的部分熱貧油再生。反應(yīng)產(chǎn)生的熱量用來(lái)生產(chǎn)中壓飽和蒸 氣。 塔底的廢水經(jīng)常壓塔廢水冷卻器冷卻，并經(jīng)過(guò)常壓塔廢水泵送到廢水 處理工段，工藝流程如圖 3： 循環(huán)水站主精餾塔分子篩干燥器精乙醇主塔再沸器塔底廢水冷卻器塔底廢水泵廢水去生化處理主塔回流泵主塔回流槽預(yù)塔回流槽預(yù)塔二級(jí)回流冷凝器預(yù)級(jí)回流冷凝器不凝氣放空預(yù)塔回流泵預(yù)塔再沸器預(yù)精餾塔主塔進(jìn)料泵循環(huán)上水循環(huán)回水粗醇預(yù)熱器粗醇計(jì)量槽粗乙醇泵冷凝液去管網(wǎng)預(yù)塔二級(jí)冷凝液槽預(yù)塔放空水封 壓蒸汽 圖 3 精餾段工藝流程圖 河南理工大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 第 4 章 工藝計(jì)算 乙醇生產(chǎn)的物料平衡計(jì)算 合成塔物料平衡計(jì)算 初始條件： 年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸 %的無(wú)水乙醇；每年以 8000h 計(jì)算 粗乙醇中乙醇含量 % 輕組分： (以乙醛 CH3 CHO 計(jì)算 ) % 重組分： (以異丁醇 C4 H9 OH 計(jì)算 ) % 水： % 所以，時(shí)產(chǎn)精乙醇 (100000 1000)/8000=12500Kg/h 時(shí)產(chǎn)粗乙醇 (12500 %)/%=根據(jù)粗 乙 醇組分，算得各組分的生成量為： 乙 醇 (46)： 12500Kg/h 乙醛 (44)： Kg/h kmol/h 異丁醇 (74)： 水 (18)： 5326Kg/h 合成氣制備乙醇的反應(yīng)過(guò)程主要為： 2CO+4H2→ CH3 CH2 OH+ H2O ? H=(41) 副反 應(yīng)為 ： 2CO +3H2 → CH3 CHO + H2O ? H=(42) CO+3H2 → CH4+H2O ?H = kJ/mol (43) 4CO+8H2 → C4H9OH+3H2O ?H= kJ/mol (44) CO2+H2 → CO+ H2O ?H=(45) 生產(chǎn)中 ， 測(cè)得每生產(chǎn) 1 噸粗 乙 醇生成甲烷 Nm3,即 kmol， 故 CH4 每小時(shí)生成量為 ： ? =， 即 kmol/h， 。從塔頂出來(lái)的氣體先經(jīng)過(guò)一級(jí)冷凝器冷卻，冷凝液體進(jìn)入預(yù)精餾塔回流槽，通過(guò)預(yù)塔回流泵回流到預(yù)精餾塔頂部，未冷凝氣體進(jìn)入二級(jí)冷凝器，其中不凝氣體通過(guò)預(yù)塔水封放空 。分離出的工藝?yán)淠航?jīng)汽提塔汽提出溶解氣后 ， 用泵加壓送鍋爐房。洗苯塔底富油 由貧富油泵加壓后送至粗苯冷凝冷卻器，與脫苯塔塔頂出來(lái)的粗苯汽換熱，將富油預(yù)熱至 60℃，然后至油油換熱器與脫苯塔塔底出來(lái)的貧油換熱，由 60℃升到 140℃，最后進(jìn)入粗苯加熱爐被加熱至 180℃ 左右，進(jìn)入 脫苯塔，用直接蒸汽進(jìn)行氣提蒸餾，從脫苯塔塔頂蒸出的粗苯油水混合汽進(jìn)入粗苯冷凝冷卻器被從洗苯塔底來(lái)的富油和 16℃制冷水冷卻至 30℃左右，然后進(jìn)入相苯油水分離器進(jìn)行分離。 3)煤氣中焦油霧及萘的脫除采用高效蜂窩式電捕焦油器兩臺(tái)，處理氣量為60000070000m3 /h，電捕 焦油器布置在鼓風(fēng)機(jī)前，能最大限度地脫除煤氣中的焦油霧滴及萘，提高了后續(xù)工序的開工率。 （ 3）填料塔 填料塔是在塔內(nèi)裝填新型高效填料，如不銹鋼網(wǎng)波紋填料，每米填料相當(dāng) 5 塊以上的理論板。 本 設(shè)計(jì)中 乙 醇產(chǎn)量為 10 萬(wàn) t/a，屬于中小型產(chǎn)量， 由于生產(chǎn)能力小，蒸汽消耗量對(duì)全廠成本及蒸汽平衡影響比較小，可選用二塔流程。作為一般要求的精乙醇經(jīng)加壓精餾塔后就可以達(dá)到合格的質(zhì)量。 精餾工藝和精餾塔的選擇 乙醇精餾可借鑒 乙醇精餾 ， 按工藝主要分為 兩 種：雙塔精餾工藝技術(shù)、和三塔精餾工藝技術(shù)?，F(xiàn)稀土 La 的加入可明顯提高 Rh/SiO2和 RhV/SiO2 催化劑的活性和乙醇的選擇。這種塔型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，不需特種合金鋼，轉(zhuǎn)化率高，適合于大型或超大型裝置，但反應(yīng)熱不能全部直接副產(chǎn)中壓蒸汽。如 1984 年 ICI 公司提出的逆流式冷管型及 1993 年提出的并流冷管 TCC 型合成塔和國(guó)內(nèi)林達(dá)公司的 U 形冷管型。鉻催化劑，合成壓力為 30MPa，合高壓法的缺點(diǎn)是能耗高、設(shè)備復(fù)雜、產(chǎn)品質(zhì)量差，現(xiàn)已淘汰。相對(duì)于消耗大、造價(jià)的干法加氫轉(zhuǎn)化脫硫，非催化部分氧化轉(zhuǎn)化工藝使 焦?fàn)t煤氣脫硫凈化過(guò)程大大簡(jiǎn)化，脫硫精度高，原料氣凈化成本低，減少了排放硫化物對(duì)環(huán)境的二次污染，是將來(lái)焦?fàn)t煤氣凈化與轉(zhuǎn)化的發(fā)展方向。操作條件為： 溫度約 350℃、壓力約 MPa。 凈化工藝方案選擇 在乙醇合成過(guò)程中 ， 對(duì)原料氣的凈化要求十分嚴(yán)格，原料氣經(jīng)過(guò)凈化處理后才可作為合成乙醇的原料氣 。 據(jù)了解，有些企業(yè)打算對(duì)此進(jìn)行實(shí)踐。它可以改善油品的性能和質(zhì)量，降低一氧化碳、碳?xì)浠衔锏戎饕廴疚锱欧?。例如，?油脂 的 皂化反應(yīng) 中，加入乙醇既能溶解 NaOH，又能溶解油脂，讓它們?cè)诰啵ㄍ蝗軇┑娜芤海┲谐浞纸佑|，加快反應(yīng)速率，提高反應(yīng)限度。 此外 ， 嚴(yán)格控制三廢的排放，充分利用廢熱，降低能耗，保證人員安全與衛(wèi)生。 Distillation 河南理工大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) I 目錄 摘 要 ........................................................... I Abstract ........................................................ I 第 1 章 緒論 ..................................................... 1 設(shè)計(jì)的目的和意義 ........................................ 1 產(chǎn)品的性質(zhì)及用途 ........................................ 1 物理性質(zhì) .......................................... 1 化學(xué)性質(zhì) .......................................... 1 產(chǎn)品的用途 ........................................ 2 乙醇現(xiàn)狀及建廠可行性分析 ................................ 2 國(guó)內(nèi)乙醇發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) ........................ 2 建廠的可行性分析 .................................. 3 合成氣制備乙醇的原理與工藝 .............................. 4 合成法制備乙醇的原理 .............................. 4 乙醇合成的工藝過(guò)程 ................................ 5 第 2 章 工藝流程選擇 ............................................. 6 工藝流程簡(jiǎn)圖 ............................................ 6 原料氣制備方案選擇 ...................................... 6 凈化工藝方案選擇 ........................................ 6 轉(zhuǎn)化工序 ................................................ 8 ......................................... 10 乙醇的合 成 ............................................. 11 乙醇合成工藝的選擇 ............................... 11 乙醇合成塔的選擇 ................................. 11 催化劑的選用 ..................................... 13 粗乙醇的精餾 ........................................... 14 精餾原理 ......................................... 14 精餾工藝和精餾塔的選擇 ........................... 15 第 3 章 工藝流程 ............................................... 18 原料氣凈化工藝流程 ..................................... 18 硫銨 ............................................. 19