【導(dǎo)讀】近年來(lái)，隨著乙醇下屬產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，特別是乙醇燃料的推廣應(yīng)用，乙醇的需求大幅度上升。為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)乙醇的需求，開(kāi)展了10萬(wàn)t/a的乙。本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是進(jìn)行工藝論證，物料衡算和熱量衡算等。壓下利用列管均溫合成塔合成乙醇，雙塔精餾工藝精制乙醇。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。

　　

【正文】 at, reducing energy consumption, staff safety and health are well considered. Keywords: Ethanol。 Purification。 Synthesis。 Distillation 河南理工大學(xué) 2020 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 合成氣壓縮工段 ......................................... 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 洗脫苯 ........................................... 19 河南理工大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) II 精脫硫 ........................................... 20 轉(zhuǎn)化 ............................................. 20 乙醇合成流程 ........................................... 22 乙醇精餾流程 ........................................... 23 第 4 章 工藝計(jì)算 ................................................ 24 乙醇生產(chǎn)的物料平衡計(jì)算 ................................. 24 合成塔物料平衡計(jì)算 ............................... 24 粗乙醇精餾 的物料平衡計(jì)算 ......................... 30 甲醇生產(chǎn)的能量平衡計(jì)算 ................................. 32 合成塔能量計(jì)算 ................................... 32 主精餾塔能量衡算 ................................. 33 第 5 章 主要設(shè)備計(jì)算及選型 ...................................... 36 甲醇合成塔的設(shè)計(jì) ....................................... 36 粗乙醇貯槽 ............................................. 38 主精餾塔的設(shè)計(jì) ......................................... 39 精餾塔全塔物料衡算及塔板數(shù)的確定 ................. 39 塔徑的確定 ....................................... 40 主精餾塔的選型 ......................................... 40 壁厚 ............................................. 40 封頭 ............................................. 40 裙座 ............................................. 41 接管設(shè)計(jì) ......................................... 41 第 6 章 總結(jié) .................................................... 43 致謝 ........................................................... 45 參考文獻(xiàn) ....................................................... 46 附錄 ........................................................... 47 河南理工大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1章 緒論 設(shè)計(jì)的目的和意義 由于我國(guó)石油資源短缺，能源安全已經(jīng)成為不可回避的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，尋求替代能源已成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵。乙醇作為石油的補(bǔ)充已成為現(xiàn)實(shí)，發(fā)展乙 醇工業(yè)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。煤在世界化石能源儲(chǔ)量中占有很大比重（我國(guó)情況更是如此），而且煤制乙醇的合成技術(shù)很成熟。隨著石油和天然氣價(jià)格的迅速上漲，煤制乙醇更加具有優(yōu)勢(shì)。本設(shè)計(jì)遵循 “ 工藝先進(jìn)、技術(shù)可靠、配置科學(xué)、安全環(huán)保 ” 的原則；結(jié)合乙醇的性質(zhì)特征設(shè)一座年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸煤制乙醇的生產(chǎn)車(chē)間。 作為替代燃料 ， 近幾年，汽車(chē)工業(yè)在我國(guó)獲得了飛速發(fā)展，隨之帶來(lái)能源供應(yīng)問(wèn)題。石油作為及其重要的能源儲(chǔ)量是有限的，而乙醇燃料以其安全、廉價(jià)、燃燒充分，利用率高、環(huán)保的眾多優(yōu)點(diǎn)，替代汽油已經(jīng)成為車(chē)用燃料的發(fā)展方向之一。我 國(guó)政府已充分認(rèn)識(shí)到發(fā)展車(chē)用替代燃料的重要性，并開(kāi)展了這方面的工作。 通過(guò)設(shè)計(jì)可以鞏固、深化和擴(kuò)大所學(xué)基本知識(shí)，培養(yǎng)分析解決問(wèn)題的能力；還可以培養(yǎng)創(chuàng)新精神，樹(shù)立良好的學(xué)術(shù)思想和工作作風(fēng)。通過(guò)完成設(shè)計(jì)，可以知道乙醇的用途；基本掌握煤制乙醇的生產(chǎn)工藝；了解國(guó)內(nèi)外乙醇工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀；以及乙醇工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。 產(chǎn)品的性質(zhì)及用途 物理性質(zhì) 乙醇是一種很好的溶劑，既能溶解許多 無(wú)機(jī)物 ，又能溶解許多有機(jī)物，所以常用乙醇來(lái)溶解 植物色素 或其中的藥用 成分 ，也常用乙醇作為反應(yīng)的溶劑，使參加反應(yīng)的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物均能溶解，增大接觸面積，提高 反應(yīng)速率 。例如，在 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。 乙醇的物理性質(zhì)主要與其低碳直鏈醇的性質(zhì)有關(guān)。分子中 的羥基可以形成 氫鍵 ，因此乙醇黏度很大，也不及相近 相對(duì)分子質(zhì)量 的 有機(jī)化合物 極性大。室溫下，乙醇是無(wú)色 易燃 ，且有特殊香味的揮發(fā)性液體。 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) 2020 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 。乙醇的 pKa=，與水相近 。 乙醇的 酸性 很弱，但是電離平衡的存在足以使它與 重水 之間的 同位素 交換迅速進(jìn)行。因?yàn)橐掖伎梢噪婋x出極少量的氫離子，所以其只能與少量 金 屬 （主要是 堿金屬 ）反應(yīng)生成對(duì)應(yīng)的醇金屬以及 氫氣 。 醇可以和高活躍性金屬反應(yīng)，生成 醇鹽 和氫氣。醇金屬遇水則迅速 水解 生成醇和 堿 。 （ 1）乙醇可以與金屬鈉反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣，但不如水與金屬鈉反應(yīng)劇烈。 （ 2）活潑金屬（鉀、鈣、鈉、鎂、鋁）可以將乙醇羥基里的氫取代出來(lái)。 產(chǎn)品的用途 乙醇的用途很廣，主要有： 基本有機(jī)化工原料 ， 乙醇可用來(lái)制取乙醛、乙醚、乙酸乙酯、 乙胺 等化工原料，也是制取、 染料 、涂料、 洗滌劑 等產(chǎn)品的原料 。 汽車(chē)燃料 ，乙醇可以調(diào)入 汽油 ，作為車(chē)用 燃料 ，我國(guó)雅津 甜高粱乙醇 在汽油中占 10%。美國(guó)銷(xiāo)售 乙醇汽油 已有 20 年歷史。 乙醇汽油也被稱為（ E 型汽油），我國(guó)使用乙醇汽油是用 90%的普通汽油與 10%的燃料乙醇調(diào)和而成。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廴疚锱欧拧? 車(chē)用乙醇汽油是指在不含 乙基叔丁基醚 （ MTBE）、含氧 添加劑 的專用汽油 組分油中，按體積比加入一定比例（我國(guó)目前暫定為 10%）的變性燃料乙醇，由車(chē)用乙醇汽油定點(diǎn)調(diào)配中心按國(guó)標(biāo) GB18351— 2020 的質(zhì)量要求，通過(guò)特定工藝混配而成的新一代清潔環(huán)保型車(chē)用燃料 ，乙醇還廣泛用作不同濃度的消毒劑、 飲料等。 乙醇現(xiàn)狀及建廠可行性分析 國(guó)內(nèi)乙醇發(fā)展現(xiàn)狀 及發(fā) 展趨勢(shì) 目前燃料乙醇的生產(chǎn)大多還集中在國(guó)家規(guī)定的 5 家定點(diǎn)生產(chǎn)企業(yè)。其中吉林燃料乙醇公司 30 萬(wàn)噸后擴(kuò)建到 40 萬(wàn)噸，河南天冠燃料乙醇公司 30 萬(wàn)噸，安徽豐原生化公司32 萬(wàn)噸后擴(kuò)建到 44 萬(wàn)噸，黑龍江華潤(rùn)酒精公司 10 萬(wàn)噸。另外， 2020 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。 我國(guó)燃料乙醇主要生產(chǎn)廠家及其產(chǎn)能 生產(chǎn)企業(yè) 2020 產(chǎn)能（萬(wàn)噸） 主要原料 吉林燃料乙醇有限公司 40 玉米 黑龍江華潤(rùn)酒精有限公司 10 玉米 安徽豐原生化股份有限公司 44 玉米 河南天冠 燃料乙醇有限公司 30 小麥 河南理工大學(xué) 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 廣西中糧生物質(zhì)能源公司 20 木薯 迄今為止 ， 乙醇的生產(chǎn)方法有糧食發(fā)酵法，木材水解法，乙烯間接水合法，乙烯直接水合法， 乙醛加氫法，一氧化碳 (二氧化碳 )和氫氣的碳基合成法等 ， 這幾種制備方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表 11： 表 11 幾種乙醇生產(chǎn)方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較 原料 糧食 石油氣 電石 合成氣 生產(chǎn)方法 發(fā)酵法 乙烯水合法 乙醛加氫法 合成法 勞動(dòng)生產(chǎn)率 100 5400 700 5000 產(chǎn)品成本 100 20 50 10 動(dòng)力消耗 100 450 1200 400 基建費(fèi)用 100 40 70 40 從表 11 中的數(shù)據(jù)可以看出 ， 乙烯水合法和合成氣合成法除動(dòng)力消耗較高外 ， 勞動(dòng)生產(chǎn)率是發(fā)酵法的 50 倍以上 ， 產(chǎn)品成本和基建投資只有發(fā)酵法的 1/2 至 1/5。 乙醛加氫法 ， 由于首先要由乙烯氧化制取乙醛 ， 增加了生產(chǎn)工序和設(shè)備 ， 因此生產(chǎn)成本較高 。 乙烯水合法則由于需要大量消耗乙烯這一重要化工原料也在一定程度上受到了限制。 發(fā)酵法盡管是乙醇的主要生產(chǎn)方法 ,占全球乙醇總產(chǎn)量的 90 % 以上，但是需要以糧食和經(jīng)濟(jì)作物為原料，如巴西以甘蔗為原料 ， 美國(guó)和歐盟以玉米和小麥為原料 。 據(jù)統(tǒng)計(jì) ， 每噸乙醇大約需要 45 谷物 125 馬鈴薯和更多的甘蔗 。 雖然可以使用纖維素類(lèi)原料生產(chǎn)乙醇 ,但同時(shí)需要高成本的水解酶或酸，廢液產(chǎn)量十分驚人，而且仍有 10% 40% 的木質(zhì)素難以被降解，顯然發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇會(huì)越來(lái)越受到原料供應(yīng)地限制，在這種情況下 ， 采用合成氣生產(chǎn)乙醇無(wú)疑具有良好的發(fā)展前景。 未來(lái)，中國(guó)政府還將繼續(xù)發(fā)展乙醇行業(yè)，中國(guó)燃料乙醇的潛在市場(chǎng)規(guī)模將急劇擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)乙醇汽油消費(fèi)量占總汽油消費(fèi)量的比例將上