【正文】 化原 187。手冊 187。化原 187?；?187。化原 187?；?187。物理化學 187。X 側 +WX 進 =DDCH3CL=。 反應器和除抹器的物料衡算 第 節(jié) 反應部分的物料衡算 有關物料衡算技術數(shù)據(jù) (1）生產(chǎn)能力： 萬噸 /年 (2）生產(chǎn)時間：全年 8000 小時 (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) 補加鹽酸的濃度： %(質量 ) (9）催化劑增水量： (10）吸收塔底含乙醛 %（ mol%） (11）反應部分乙醛損失 %（ mol%） (12）精餾部分乙醛損失 %（ mol%） 反應副產(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 北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 (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生成乙醛是： 107kg/8000h 1/=(2）要求反應的每小時實際生產(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 北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 (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)計算原料乙烯量，原料氧 氣量、循環(huán)氣量： 設：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乙烯未反應量 =總投入量 反應掉量 (141%)==%F3+%F4 F1= F2= F3= F4= (9）循環(huán)氣中氧氣的含量 =F4 X4= %= (10）進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 北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 (論文 ) 11 11 設：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 =主反應消 耗量 +副反應耗氧量 ==+=(14）氧氣的總投入量 =原料氧氣量 +循環(huán)氧氣量 =F2X2+F4X4 = %+ % =新鮮乙烯進料量 組分 C2H4 C2H6 ∑ Xi 100 Fi 65 新鮮氧氣進料量 組分 Xi F2（ kmol/h） O2 F2 = N2 F2 = ∑ 100 F2= 第 節(jié) 反應器底部各入口的組分量及組成 (1) 觸煤增水量的計算： 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%） 北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 (論文 ) 12 12 (2）鹽酸中水的計算： C2H4 +HCl+3/2 O2 CH3Cl+H2O+CO2 C2H4 +HCl C2C5Cl 消耗 HCl 的量 =+= (3）鹽酸的濃度 31%（質量百分比） 31%=( )/( +G) G=F 水 =已知：第一冷凝器的回流量為 CH4CHO :H2O： C3H5CHO： 高聚物： HAC: kmol/h 要求反應組成出口組成中水量是 760kmol/h 補加脫水鹽量： 脫鹽水量 =760冷回流量水 觸煤增水量 鹽酸水量 循環(huán)氣量 ==補加鹽酸的量： = HCl+H2O=+=反應器出口組分量及組分 組分 Fi Xi CH3CHO 反應器的生成量 +冷收回量 N2 新鮮中的量 +循環(huán)氣體中的 N2量 O2 入口處氧氣總量（循 +新） （主）副反應耗氧量 H2O 已知 870 760 C2H4 循環(huán)氣中的量 +新鮮 C2H4的量 反應量 C2H6 循環(huán)氣中的量 +新鮮乙烯中的 C2H6的量 CO2 循環(huán)氣中的量 +付反應生成量 CH3Cl 循環(huán)氣中的量 +付反應生成量 C2H5Cl 循環(huán)氣中的量 +付反應生成量 C3H5CHO 付反應生成量 +冷回流量 高聚物 付反 應生成量 +冷回流量 CH3COOH 付反應生成量 +冷回流量 ∑ 北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 (論文 ) 13 13 第 節(jié) 第一冷凝器的物料衡算 采用閃蒸計算 基本公式 : （ 1)ΣXi=1 b)λi=Zi/[Ki+e（ 1Ki） ] （ 2)e：液化率 Xi：液相組成 Zi：進料組成 設：汽相是理想氣體，液相是理想溶液。 進入系統(tǒng)的物料量和流出系統(tǒng)的物料量相等。 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)。為保證純醛質量，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)。為保持 (T2201)和 (T2202)塔的壓力穩(wěn)定，可適當調節(jié)通入塔內的保壓氮氣流量。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。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。 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，進入脫輕組份塔 (C2201)。將 的低壓過熱蒸汽，經(jīng)增濕泵 (P2020)補入脫鹽水使其飽和再經(jīng)減壓，以 。過熱蒸汽要經(jīng)飽和減壓處理后供生產(chǎn)使用。 用做緩沖的工藝水罐 (V2407)貯存一定量的工藝水。用做緩沖的脫鹽水罐 (V2407)貯存一定量的脫鹽水。待觸媒溫度降到 80℃以下時，用觸媒輸送泵 (P2102)送至觸媒貯罐(V2307)或 (V2305)中。 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。 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。沒有冷凝的氣體進入第三冷凝器 (E2103)進一步冷凝，凝液流入吸收塔塔釜，沒有冷凝的氣體進入吸收塔下部，在 吸收塔上部加2560m3/h的工藝水吸收乙醛。 第一冷凝器出來的氣體進入第二冷凝器 (E2102)冷卻到 78℃以下。 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。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。 新鮮氧氣通過單獨管道進入反應器下部。 由氣液分離器 (V2101)下部出來的工藝水通過循環(huán)水泵 (P2103)加壓進入冷卻器北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 (論文 ) 6 6 (E2104)冷卻到 42℃左右，一少部分在氣液分離器液面調節(jié)器 (LIC2301)控制下流入去粗醛貯槽 (V2402)的管道中，其余回水環(huán)壓縮機做為水環(huán)壓縮機的工作液用。 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） 。 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％。當循環(huán)中氧含量達到 9％或乙烯含量將至 60％時，就必須停車。進入反應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 17％。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。 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）。 北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 (論文 ) 2 2 第 1 章 設計說明書 第 節(jié) 廠址選擇論證 本裝置 建在吉林化學工業(yè)股份有限公司電石廠院內，地處松花江畔，水源充足，水質優(yōu)良，同時各處均有鐵路與全國鐵路網(wǎng)相連，交通便利，附近有熱電廠、吉化動力廠及豐滿發(fā)電廠，所需電力、蒸氣充足，所有原材料氧氣由吉化化肥廠空分車間供應方便，同時，本裝置地處吉林市東北部，離市區(qū)居民有一定距離，該地區(qū)的風向主要為西南風，對市區(qū)居民的生活及附近的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)均無太大的影響，因此，該處建廠，地址最佳。國內已生產(chǎn)的乙醛下游產(chǎn)品，除了醋酸系列產(chǎn)品外，還有季戊四醇、丁烯醛、丁酸、三氧乙醛等產(chǎn)品，但相對來看產(chǎn)量很少。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。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。 Distillation； 北京化工大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計 (論文 ) V