【文章內(nèi)容簡介】 ，使生成的乙醛迅速離開反應(yīng)區(qū)，轉(zhuǎn)化率的控制 也同時(shí)受到安全操作因素的限制及原料氣的配比要求，也與轉(zhuǎn)化率的控制有關(guān)。進(jìn)入反應(yīng)的原料氣是由新鮮乙烯，新鮮氧氣和循環(huán)氣所組成，雖然氧含量高達(dá) 17％。但由于采用氧和乙烯分別通入反應(yīng)器的方式，故不會形成爆炸性混合物，在液相中穩(wěn)定的進(jìn)行氧化反應(yīng)，但自反應(yīng)器出來的氣相混合物的組成必須嚴(yán)格控制，如在爆炸極限之內(nèi)，就有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，所以要求循環(huán)氣北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 5 中氧含量控制在 8％左右，乙烯含量控制在 65％左右。當(dāng)循環(huán)中氧含量達(dá)到 9％或乙烯含量將至 60％時(shí)，就必須停車。并用氮?dú)廪D(zhuǎn)換系統(tǒng)中氣體，將氣體排入火炬燒掉，為了確保安全裝置需配置自 動報(bào)警聯(lián)鎖停車系統(tǒng)。 循環(huán)氣的氧含量與單程轉(zhuǎn)化率的控制和原料氣的組成有關(guān)，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(zhuǎn)化率，但由于受到循環(huán)氣中乙烯極限濃度的限制，乙烯轉(zhuǎn)化率也不會高，當(dāng)原料氣的配比為乙烯 65％、氧氣 17％、惰性氣體 18％左右時(shí)，單程轉(zhuǎn)化率可以控制在 35％左右，進(jìn)入反應(yīng)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(yīng)要消耗一部分氧氣，所以一般氧氣用量控制過量約 10％。 反應(yīng)溫度和壓力 乙烯直接氧化為乙醛的反應(yīng)熱效率很大 PdC12CuC12 C2H4+1／ 202——————— →CH3CH0 HCl(ag) 反應(yīng)過程放出熱量 H=／ mo1 溫度因素主要是影響反應(yīng)速度和副反應(yīng)，升高溫度 K 值增大，有利于加快反應(yīng)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(yīng)速度產(chǎn)生不利影響，故應(yīng)有一適應(yīng)溫度范圍，一般控制在 120130℃為保持一定的反應(yīng)，必須及時(shí)移走反應(yīng)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(yīng)熱，催化劑溶液是處于沸騰狀態(tài)，反應(yīng)溫度是根據(jù)給 定的壓力而自然確定的，一般反應(yīng)器的壓力控制在 \bar 左右。 第 節(jié) 生產(chǎn)流程敘述 反應(yīng)崗位 由吸收塔 （ C2101） 來的循環(huán)氣經(jīng)水環(huán)壓縮機(jī) （ K2101)加壓后，進(jìn)入氣液分離器 （ V2101） 。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(jìn)入反應(yīng)器(R2101)底部。 由氣液分離器 (V2101)下部出來的工藝水通過循環(huán)水泵 (P2103)加壓進(jìn)入冷卻器北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 6 (E2104)冷卻到 42℃左右，一少部分在氣液分離器液面調(diào)節(jié)器 (LIC2301)控制下流入去粗醛貯槽 (V2402)的管道中，其余回水環(huán)壓縮機(jī)做為水環(huán)壓縮機(jī)的工作液用。通過工藝遙控閥 (HIC2709)連續(xù)向循環(huán)氣壓縮機(jī)系統(tǒng)補(bǔ)加少量新鮮工藝水。 新鮮氧氣通過單獨(dú)管道進(jìn)入反應(yīng)器下部。在反應(yīng)器內(nèi)乙烯和氧氣通過氯化鈀 — 氯化銅 — 鹽酸水溶液催化作用，在壓力 ，溫度 125135℃條件下生成乙醛。合有乙醛，未反應(yīng)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(dǎo)管進(jìn)入除沫器 (V2102)進(jìn)行氣液分離。分離出來的催化劑經(jīng)觸媒循環(huán)管回到反應(yīng)器。 氣液分離后夾帶微量催化劑的工藝氣體進(jìn)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。為了保持反應(yīng)器液面穩(wěn)定，加入一定量的脫鹽水以補(bǔ)充工藝過程損失掉的水份。 第一冷凝器出來的氣體進(jìn)入第二冷凝器 (E2102)冷卻到 78℃以下。冷凝液由二冷收槽 (V2104)底流入吸收塔塔釜。沒有冷凝的氣體進(jìn)入第三冷凝器 (E2103)進(jìn)一步冷凝，凝液流入吸收塔塔釜，沒有冷凝的氣體進(jìn)入吸收塔下部，在 吸收塔上部加2560m3/h的工藝水吸收乙醛。吸收液在塔釜匯同來自 (V2104)、 (E2103)的凝液一并經(jīng)過濾器 (F2102)過濾、粗醛冷卻器 (E2105)冷卻到 45℃以下，流入粗醛貯槽 (V2402)。 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(jī)，經(jīng)加壓后重新參加反應(yīng)。為避免惰性氣體在系統(tǒng)內(nèi)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(shí)產(chǎn)生大量黑煙，向火炬通入中壓蒸汽 消煙。 為補(bǔ)充反應(yīng)過程中生成副產(chǎn)物消耗掉的鹽酸，由鹽酸計(jì)量泵 (P2302)，通過觸媒循環(huán)管向反應(yīng)系統(tǒng)補(bǔ)入一定量的鹽酸。當(dāng)反應(yīng)器，除沫器發(fā)生故障時(shí)，可將觸媒放入觸媒收集坑。待觸媒溫度降到 80℃以下時(shí)，用觸媒輸送泵 (P2102)送至觸媒貯罐(V2307)或 (V2305)中。流散的觸媒收集在收集坑內(nèi)也用上述辦法回收。用做緩沖的脫鹽水罐 (V2407)貯存一定量的脫鹽水。脫鹽水通過脫鹽水泵 (P2401)加壓后送往生產(chǎn)裝置。 用做緩沖的工藝水罐 (V2407)貯存一定量的工藝水。工藝水通過工藝水泵 (P2405)加壓后送往生產(chǎn)裝置。過熱蒸汽要經(jīng)飽和減壓處理后供生產(chǎn)使用。將 的過熱中壓蒸汽經(jīng)增濕泵 (P2020)補(bǔ)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(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 7 產(chǎn)使用。將 的低壓過熱蒸汽，經(jīng)增濕泵 (P2020)補(bǔ)入脫鹽水使其飽和再經(jīng)減壓，以 。將 ，供風(fēng)機(jī)采暖和設(shè)備伴熱使用。 精餾崗位 用泵 (P2402A/B)將粗乙醛從粗乙醛貯槽 (V2402)抽出送至熱交換器 (E2201)，與(C2202)塔底排出的廢水換熱、溫度升到 95℃～ 106℃后，進(jìn)入脫輕組份塔 (C2201)。(C2201)塔在 的壓力下操作，直接蒸汽加熱控制塔頂溫度 60℃～ 71℃，塔底溫度 95106℃。從塔頂蒸出的低沸物氯甲烷，氯乙烷等，進(jìn)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。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?nèi)┧?(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(diào)節(jié)回流量控制塔頂溫度為 4245℃，從塔頂蒸出的純乙醛進(jìn)入冷凝器 (E2203 A/B)冷凝，凝液進(jìn)入回流缶 (V2201)，再用泵 (P2201A/B)把一部分純?nèi)┧突厮?(回流比 1： 1)，另 — 千部分送純?nèi)├鋮s器 (E2205)冷卻到 35℃以下進(jìn)入純?nèi)┵A缶 (V2403A/B)貯存，定期用泵(P2403A/B)送到成品缶區(qū)。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。冷凝器 (E2203)排出的未凝氣體，經(jīng)壓力調(diào)節(jié)進(jìn)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。為保持 (T2201)和 (T2202)塔的壓力穩(wěn)定，可適當(dāng)調(diào)節(jié)通入塔內(nèi)的保壓氮?dú)饬髁?。開車或停車以及生產(chǎn)中產(chǎn)的不合格乙醛，送至不合格乙醛貯槽(V2404)貯存，定期用泵 (P2406)打入粗醛貯槽 (V2402)。為保證純?nèi)┵|(zhì)量，從 (T2202)塔精餾段第 ()塊塔板連續(xù)采出 ，經(jīng)冷卻器 (E2204)冷卻后，進(jìn)入混合缶 (Z2101)與 100kg/h 的工藝水混合后，流入萃取塔 (T2203)在 (T2203)頂部加 100kg/h 的工藝水，以萃取巴豆醛餾伶中的乙醛，合醛水溶液從底部經(jīng) U形管流至粗醛貯槽 (V2402)。從塔頂部流出約合 60％巴豆醛的有機(jī)相，進(jìn)入巴豆醛貯缶(V2405)定期用泵 (P2404)打入槽車，送焙燒爐燒掉。 粗醛貯槽 (V2402)和巴豆醛貯槽 (V2405)用氮?dú)獗涸?，純?nèi)┵A槽(V2403A/B)和不合格醛貯槽 (V2404)用氮?dú)獗涸?，各貯槽的放空氣體進(jìn)入吸收塔 (T2401)。 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 8 第 2 章 物料衡算 理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律， 計(jì)算基準(zhǔn)是以小時(shí)為基準(zhǔn)的，累積量為 0。 進(jìn)入系統(tǒng)的物料量和流出系統(tǒng)的物料量相等。 設(shè)計(jì)計(jì)算以摩爾為單位反應(yīng)工序物料衡算。 反應(yīng)器和除抹器的物料衡算 第 節(jié) 反應(yīng)部分的物料衡算 有關(guān)物料衡算技術(shù)數(shù)據(jù) (1）生產(chǎn)能力： 萬噸 /年 (2）生產(chǎn)時(shí)間：全年 8000 小時(shí) (3）產(chǎn)品要求：乙醛≥ %（ mol%） 水≤ （ mol%） (4）原料規(guī)格：乙烯 %（含乙烷 %） 氧氣 %（含氮 %） (5）乙烯的單位轉(zhuǎn)化率： 41% (6）乙烯生成乙醛的單程吸收率： % (7）乙烯的選擇性： %/41% (8) 補(bǔ)加鹽酸的濃度： %(質(zhì)量 ) (9）催化劑增水量： (10）吸收塔底含乙醛 %（ mol%） (11）反應(yīng)部分乙醛損失 %（ mol%） (12）精餾部分乙醛損失 %（ mol%） 反應(yīng)副產(chǎn)物的分配 組分 CO2 CH3Cl C2C5Cl C3H5CHO 高聚物 HAC 含量（ mol%） 循環(huán)氣的組成 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 9 組分 H2O N2 O2 C2H4 C2H6 CO2 CH3Cl C2H5Cl 含量 循環(huán)氣總量 F 42 氧 21 新鮮乙烯放空氣總量 3增水量（ ） (1）按生成能力需求每小時(shí)生成乙醛是： 107kg/8000h 1/=(2）要求反應(yīng)的每小時(shí)實(shí)際生產(chǎn)乙醛是： (%%)=(3）生成乙醛消耗乙烯量是： C2H4+1/2O2=CH5CHO=(4）生成乙醛耗氧量是： (5）加入反應(yīng)器的乙烯總量是： (6）生成副產(chǎn)物消耗乙烯的量： 41%（ 137%/41%） =(7）副產(chǎn)物的含量及組成 副產(chǎn)物各組分的摩爾分率為 Xi， 副產(chǎn)物各組分每生成 1kmol 消耗的乙烯量為 Yi， 副產(chǎn)物總量為 D，各副產(chǎn)物組分含量為 Di， 根據(jù)公式： D=∑ Di*Di=D*Xi 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 10 D=（∑ Xi*Yi*Di） /∑ Xi*Yi） =組分 Xi（ mol%） Yi Xi*Yi(mol%) Di CO2 CH3Cl 1 C2H5Cl 1 C3H5CHO 2 CH3COOH 1 高聚物 ∑ (8)計(jì)算原料乙烯量，原料氧 氣量、循環(huán)氣量： 設(shè)：原料乙烯量為 F1；組成 X1 原料氧氣量 F2；組成 X2 放空量為 F3；組成 X3 循環(huán)氣量 F4；組成 X4 ①原料乙烯中乙烷量與放空中的乙烷量相等 F1X1=F3X3=%F1=F3 % ②原料氧氣的氮的含量與放空中氮的含量相等 F2X2=F3X3=〉 F2 1%=F3 % ③乙烯總量投入量 =新鮮乙烯量 +循環(huán)氣中乙烯量 =%F1+%F4 ④乙烯未反應(yīng)量 =總投入量 反應(yīng)掉量 (141%)==%F3+%F4 F1= F2= F3= F4= (9）循環(huán)氣中氧氣的含量 =F4 X4= %= (10）進(jìn)料量乙烯與氧氣比值 C2H4:O2=F1X1/F2X2 =( %)/( 99%) =2:1 (11）生成副產(chǎn)物耗氧量為 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 11 設(shè)：每生成 1kmol 副產(chǎn)物耗氧為 Yimol 組分 Xi（ mol%） Yi XiYi(mol%) Di YiDi CO2 CH3Cl 1 C2H5Cl 0 0 0 C3H5CHO 1 CH3COOH 1 高聚物 0 0 0 ∑ (12）放空消耗的氧氣量 =F3X3= =(13）氧氣消耗量 =主反應(yīng)消 耗量 +副反應(yīng)耗氧量 ==+=(14）氧氣的總投入量 =原料氧氣量 +循環(huán)氧氣量 =F2X2+F4X4 = %+ % =新鮮乙烯進(jìn)料量 組分 C2H4 C2H6 ∑ Xi 100 Fi 65 新鮮氧氣進(jìn)料量 組分 Xi F2（ kmol/h） O2 F2 = N2 F2 = ∑ 100 F2= 第 節(jié) 反應(yīng)器底部各入口的組分量及組成 (1) 觸煤增水量的計(jì)算： 觸煤水量 =放空量 組分 H2O N2 O2 C2H4 C2H6 CO2 CH3Cl C2H5Cl ∑ Xi（ mol%） F1X（ mol%） 循環(huán)氣量 組分 H2O N2 O2 C2H4 C2H6 CO2 CH3Cl C2H5Cl ∑ Xi（ mol%） Fi（ mol%） 北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )