年產(chǎn)76萬噸乙醛工藝設(shè)計(jì)裝置畢業(yè)設(shè)計(jì)說明

1、北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：年產(chǎn)7.6萬噸乙醛工藝設(shè)計(jì)裝置專業(yè)：班級：學(xué)生：指導(dǎo)教師：北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)刖百乙醛是有機(jī)化工產(chǎn)品的重要中間體，因其分子中具有?；?，反應(yīng)能力很強(qiáng)，容易發(fā)生氧化，縮合，環(huán)化，聚合及許多類型加成反應(yīng)。乙醛產(chǎn)量半數(shù)以上用于生產(chǎn)醋酸及其衍生物（如醋酊、醋酸脂等），也用于制備丁醇、異丁醇、季戊四醇等產(chǎn)品。這些產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于紡織、醫(yī)藥、塑料、化纖、染料、香料和食品等工業(yè)。工業(yè)上生產(chǎn)乙醛的原料最初采用乙快，以后又先后發(fā)展了乙醇和乙烯路線。乙快水化法成本高，因其催化劑一一汞鹽的污染難以處理等致命缺點(diǎn)，現(xiàn)以基本被淘汰。乙醇氧化或脫氫法制乙醛雖有技術(shù)成熟，不需要特殊設(shè)備，投資省

2、，上馬快等優(yōu)點(diǎn)，但成本高于乙烯直接氧化法。乙烯直接氧化法制乙醛。由于其原料乙烯來源豐富而價廉，加之反應(yīng)條件溫和，選擇性好，收率高，工藝流程簡單及“三廢”處理容易等突出優(yōu)點(diǎn)，深受世界各國重視，發(fā)展非常迅速，現(xiàn)以成為許多國家生產(chǎn)乙醛的主要方法。本設(shè)計(jì)采用乙烯直接氧化法制乙醛，年生產(chǎn)能力6.7萬噸，參考吉林石化分公司103廠乙醛車間，即乙烯和氧氣在催化劑的作用下一步絡(luò)合氧化生成乙醛的生產(chǎn)方法為設(shè)計(jì)依據(jù)的。對工藝流程進(jìn)行初步的探討和設(shè)計(jì)。由于本人水平有限，經(jīng)驗(yàn)不足，難免有不足和錯誤之處，懇請批評指正。ii北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄前言I第1章設(shè)計(jì)說明11.1 概述11.1.1 生產(chǎn)方法11.1.2 原材

3、料和成品性質(zhì)及技術(shù)規(guī)格51.2 流程敘述81.2.1 總反應(yīng)流程圖8總反應(yīng)流程簡圖1-191.2.2 反應(yīng)工段簡述91.2.3 精微工段簡述101.2.4 再生工段簡述121.2.5 三廢處理131.3 設(shè)備一覽表14第2章設(shè)計(jì)工藝計(jì)算202.1 物料衡算202.2 熱量衡算252.3 設(shè)備計(jì)算332.3.1 反應(yīng)器設(shè)備計(jì)算332.3.2 壁厚計(jì)算與強(qiáng)度校核35III北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)2.3.3 純?nèi)├淠髟O(shè)備計(jì)算36致37參考文獻(xiàn)39符號說明40附圖31IV北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章設(shè)計(jì)說明1.1 概述本設(shè)計(jì)是以吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程系下達(dá)的設(shè)計(jì)任務(wù)書為指導(dǎo)思想，并參考吉林石化分公司

4、103廠乙醛車間及生產(chǎn)技術(shù)資料為設(shè)計(jì)依據(jù)的。乙醛是無色，有刺激性氣味的液體，密度比水小，沸點(diǎn)20.8OC,易揮發(fā)、易燃燒，且能和水、乙醇、乙醍、氯仿等互溶。乙醛是一種重要的炫類衍生物，在合成工業(yè)上是一種重要的中間體，主要用于生產(chǎn)醋酸、醋酊、醋酸乙烯、丁醇等重要的基本有機(jī)化工產(chǎn)品，它們被廣泛的應(yīng)用于醫(yī)藥、化學(xué)纖維和合成纖維、塑料、農(nóng)藥、香料等工業(yè)1。近年來,隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展和乙烯均相氧化法的開發(fā)成功，乙醛的產(chǎn)量迅速的增長，然而我國目前乙醛的年產(chǎn)量還較低，遠(yuǎn)未能滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品無法利用，且采用的催化劑腐蝕性較大，為此對材質(zhì)要求很高。1.1.1 生產(chǎn)方法國內(nèi)乙醛生

5、產(chǎn)方法有四種，乙快水化法采用汞鹽做催化劑，存在汞的工業(yè)污染問題，乙醇氧化法雖然不存在汞的污染，但原料單耗大，只有乙烯氧化法，不僅原料的單耗比乙醇法少，且合成工藝路線段，是六十年代發(fā)展起來的新方法，頗受世界各國重視，發(fā)展甚為迅速。北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第四種方法基本不采用。本設(shè)計(jì)采用第三種方法即乙烯直接氧化法。乙烯直接氧化法，它是世界上第一個采用均相配位催化劑實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的過程，該法以氯化鉗、氯化銅、鹽酸水組成的溶液為催化劑，使乙烯直接氧化為乙醛?？偡磻?yīng)式為：+O,*CH,CHO實(shí)際反應(yīng)按下述兩步進(jìn)行：乙烯氧化：CH=Ch+PdCl2+HlCnCHCHO+Pd+2HCl催化劑溶液的氧化再生：Pd+2

6、CuC2-PdCb+2CuCl26Q+2HQf26口+HQ乙烯一步氧化法制乙醛是比較成熟的工藝，要想實(shí)行真正的節(jié)能、節(jié)材，就得對現(xiàn)有裝置進(jìn)行改進(jìn)，如乙醛生產(chǎn)中催化劑氯化鉗的消耗量的降低。氯化鉗在生產(chǎn)中的催化原理：乙烯在氯化鉗水溶液中氧化生成乙醛的反應(yīng)很復(fù)雜，其歷程和動力學(xué)對氧化過程反應(yīng)條件的選擇十分重要，反應(yīng)方程式如下:GH+PdCO(1)2CuC+PdCHCHO+Pd+2HCl2CuCl+PdC22CuCl+2HCl+1/2O2CuCb+2H2O北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)總的反應(yīng)方程式:GH+1/2O2CHCHO+243.3kJ當(dāng)鉗離子濃度較低時（0.0050.04mol/L）,乙烯吸收速度與鉗離

7、子濃度的一次方及與乙烯濃度的一次方成正比，與氯離子濃度的二次方及氫離子濃度的一次方成反比，其反應(yīng)速度方程為：-dC2H4/dt=k1（PdCl4）C2H4ClH實(shí)踐證明，氯化銅氧化零價鉗反應(yīng)達(dá)到平衡的速度很快，不是整個過程的控制步驟反應(yīng)（3）在氯離子的存在下，Cd與C形成絡(luò)合離子CuC，其氧化反應(yīng)的速度取決于CuCl2-和氧氣的濃度。在生產(chǎn)過程中，通常稱反應(yīng)（1）為乙烯的?；磻?yīng)，反應(yīng)（3）為氧化反應(yīng)。要使反應(yīng)連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行，必須使?；磻?yīng)和氧化反應(yīng)同步進(jìn)行，也就是說兩個反應(yīng)速率相等時達(dá)到“恒定態(tài)”，這是由恒定的氧化度Cu2+/Cu所規(guī)定的。當(dāng)然，恒定氧化度位于“快速反應(yīng)區(qū)”之內(nèi)，恒定態(tài)是

8、動態(tài)的平衡，可以變化。乙醛裝置在反應(yīng)系統(tǒng)中除生成乙醛外，還同時生成一系列副產(chǎn)物，如：氯甲烷、氯乙烷、醋酸、草酸銅及高聚物殘?jiān)?。其中易揮發(fā)的副產(chǎn)物隨反應(yīng)氣帶出催化劑系統(tǒng)，不易揮發(fā)的副產(chǎn)物草酸銅及高聚物殘?jiān)诜磻?yīng)器中積累，使催化劑中CiT減少，影響Pd的氧化，影響催化劑的組成和催化劑活性，因此催化劑需經(jīng)過再生處理。催化劑在再生單元經(jīng)過兩個過程：在氧化管內(nèi)，Cd被鹽酸和壓縮空氣氧化成CiT。北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)在再生器中，經(jīng)加溫，加壓使草酸銅及高聚物分解，并加氧使Ci+氧化成Cu+oCuCL+CuGO=2CuCl+2CO(6)當(dāng)再生器壓力大于0.9Mpa,再生溫度達(dá)到170c時，草酸銅及高聚物分解

9、率達(dá)到92.3%,經(jīng)再生，恢復(fù)催化劑溶液中的總銅含量，保持鉗離子濃度的穩(wěn)定和催化劑的活性，從而不影響主反應(yīng)。從反應(yīng)速度方程式(5)可以看出，提高催化劑中鉗含量可以提高?；磻?yīng)速度，從而提高裝置負(fù)荷和反應(yīng)收率。但鉗含量也不宜太高，否則，由于氧化反應(yīng)速度滯后于?；磻?yīng)速度，會引起金屬鉗析出，從而增加氯化鉗消耗，同時使催化劑活性不穩(wěn)定，甚至可能引起停車。而且鉗是貴金屬，高鉗耗對裝置經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不利。在生產(chǎn)中須將催化劑中的鉗含量控制在較低水平，并根據(jù)負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)生產(chǎn)的要求。引起鉗耗的途徑有三條：一是反應(yīng)氣夾帶到蒸儲系統(tǒng)，隨廢水流失。經(jīng)測定，正常生產(chǎn)時，廢水中鉗含量為20X10-6g/t左右，折

10、算每噸乙醛鉗耗為0.12g左右，這是正常的消耗；二是由于不正常操作引起催化劑的損失；三是隨催化劑沉淀、吸附在催化劑殘?jiān)透呔畚镏?。對此我們提出了防止鉗損失的措施：一.防止催化劑霧沫夾帶：控制反應(yīng)器的液位在60刈內(nèi)，除沫器壓差在1500Pa以下，反應(yīng)器和除沫器壓差在0.12MPa以內(nèi)，能有效防止催化劑發(fā)泡而夾帶至后系統(tǒng)。在第一冷凝器冷凝液進(jìn)入P-101泵的入口處，增設(shè)一Dg25的脫鹽水管線，以滿足高負(fù)荷生產(chǎn)的需求，提高催化劑循環(huán)效果，防止形成環(huán)流。實(shí)4北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)際生產(chǎn)中，反應(yīng)器液位的儀表由于催化劑堵塞而引起偏移，因此要經(jīng)常分析第一冷凝器后冷凝液的總銅含量，作為輔助判斷的依據(jù)。二.防止催

11、化劑跑、冒、滴、漏：及時處理再生單元液位計(jì)故障，防止再生單元跑催化劑。在旋風(fēng)分離器的吹氣式液位計(jì)的正壓側(cè)增設(shè)脫鹽水沖洗管，對液位計(jì)進(jìn)行定期沖洗，提高液位計(jì)的準(zhǔn)確性。三.補(bǔ)加氯化鉗時，防止掛壁沉積：在反應(yīng)三樓增設(shè)鹽酸取料口，將補(bǔ)加氯化鉗時，氯化鉗與鹽酸的配比由原1:10調(diào)整為1:30。攪拌后靜置15min,使未溶的氯化鉗沉降，溶液部分倒入催化劑配制梢，加脫鹽水沖洗，防止催化劑掛壁沉積；對未溶解的氯化鉗，繼續(xù)加鹽酸，重復(fù)以上操作，直至完全溶解。這樣可確保進(jìn)入再生系統(tǒng)的氯化鉗以絡(luò)合離子形式存在，防止氯化鉗在過濾器中被黑色殘?jiān)雀呔畚锇绊懷a(bǔ)加氯化鉗的效果10。總的來說，通過對乙醛裝置反應(yīng)單元、再

12、生單元催化劑控制參數(shù)的優(yōu)化，以及進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)改造，有效地提高了催化劑的活性，降低了貴金屬鉗的消耗，同時也降低了乙醛裝置的主要物耗。1.1.2原材料和成品性質(zhì)及技術(shù)規(guī)格1.原材料表1-1乙烯的物理及化學(xué)性質(zhì)沸點(diǎn)（°C）103.7冰點(diǎn)（0C）-169.2臨界溫度（°C）9.9密度(D20g/cm3)0.5699一5北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)臨界壓力（MPa）5.137相對分子量28.053爆炸極限（）上限：2.7下限：36乙烯（結(jié)構(gòu)簡式/分子式CH=CH）常溫常壓下為無色、無臭、稍帶有甜味的可燃性氣體。幾乎不溶于水，溶于乙醇、乙醍等有機(jī)溶劑.屬低毒類。麻醉作用較強(qiáng)，但對呼吸影響較小

13、。人吸入含37.5%乙烯的空氣,15min可引起明顯記憶障礙；含50濃烯的空氣，使含氧量降至10%,引起人意識喪失。若吸入75%-90%L烯與氧的混合氣體，可引起麻醉，但無明顯的興奮期，并迅速蘇醒。吸入上述混合氣體25%-45%!引起痛覺消失，意識不受影響。長期接觸乙烯的工人，常有頭暈、全身不適、乏力、注意力不能集中，個別與胃腸功能紊亂，體征無特殊發(fā)現(xiàn)。氧氣是空氣的組分之一，無色、無臭、無味。氧氣比空氣重，在標(biāo)準(zhǔn)狀況（0C和大氣壓強(qiáng)101325帕）下密度為1.429克/升，能溶于水，但溶解度很小。在壓強(qiáng)為101kPa時，氧氣在約-180攝氏度時變?yōu)榈{(lán)色液體，在約-218攝氏度時變成雪花狀的淡

14、藍(lán)色固體。表1-2原材料中各組分摩爾分?jǐn)?shù)名稱氧氣氮?dú)庖蚁┮彝槟柗謹(jǐn)?shù)（）>99.0<1.00>99.7<0.32.成品北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)表13成品中各組分摩爾分?jǐn)?shù)名稱乙醛水醛醋酸摩爾分?jǐn)?shù)（）>99.0<0.06<0.02<0.023 .吉林市的自然條件本設(shè)計(jì)的廠址選擇在吉林市，一般情況下:平均氣壓745.66mmHg最高溫度36.6C最低溫度-38.1C平均相對溫度71C最大凍土深度174cm最大雪深度420cm平均風(fēng)速2.7m/s松花江水溫15.0C最高江水溫度25.5C4 .生產(chǎn)指標(biāo)乙烯單程轉(zhuǎn)化率是38.03%,乙醛的單程收率是37.24%

15、,選擇性是97.92%。副產(chǎn)物中各組分摩爾分?jǐn)?shù)：組分二氧化碳氯甲烷氯乙烷丁醛醋酸高沸物北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)摩爾分?jǐn)?shù)（）48.023.531.543.7440.093.08循環(huán)氣中各組分摩爾分?jǐn)?shù)：組分水氮?dú)庋鯕庖蚁┮彝槎趸悸燃淄槁纫彝槟柗謹(jǐn)?shù)（）0.827.148.0165.014.2713.70.940.115 .生產(chǎn)規(guī)模年產(chǎn)量6.7萬噸。6 .原料來源乙烯來自乙烯廠，氧氣和氮?dú)鈦碜?02廠空分車間，低壓蒸汽來自動力廠或熱電廠。1.2 流程敘述1.2.1 總反應(yīng)流程圖北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)總反應(yīng)流程簡圖1-11.2.2 反應(yīng)工段簡述反應(yīng)工段流程簡圖1-2由吸收塔T0101來的循環(huán)氣經(jīng)水環(huán)壓縮

16、機(jī)C0101A或C0101B壓縮,然后經(jīng)氣水分離，氣體由分離器頂部出來與104廠來的新鮮乙烯在管道中混合，然后進(jìn)入反應(yīng)器R0101底部。新鮮氧氣（來自102廠空分車間）單獨(dú)送入反應(yīng)器R0101下部。北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)乙烯和氧氣在反應(yīng)器R0101內(nèi)，在溫度125c至130C,壓力3-3.6bar,經(jīng)氯化鉗-氯化銅的鹽酸水溶液作用，進(jìn)行反應(yīng)生成氣體乙醛，含有氣體乙醛和未反應(yīng)的乙烯，氧氣，水蒸汽等夾帶著催化劑的合成氣經(jīng)反應(yīng)器R0101之間的兩根導(dǎo)管進(jìn)入除沫器X0101,在此進(jìn)行氣液分離，液相催化劑經(jīng)除沫器X0101底部的催化劑循環(huán)管返回反應(yīng)器R0101。為保持催化劑的活性穩(wěn)定，從催化劑循環(huán)管每小時

17、引出5至6立方米催化劑送往再生工序進(jìn)行氧化再生，經(jīng)氧化再生后的催化劑，從反應(yīng)器R0101底部送回反應(yīng)系統(tǒng)。夾帶微量催化劑的合成氣進(jìn)入第一冷凝器E0102被冷卻至105C115C,在此合成氣中的水蒸氣部分被冷凝下來，經(jīng)一冷受液梢V0102催化劑再生工序尾氣洗滌塔T0301送來的吸收液混合，經(jīng)凝液輸送泵P0101A或B,從除沫器X0101上部噴淋加入除沫器X0101,為補(bǔ)充在反應(yīng)過程中催化劑損失掉的水分，在凝液輸送泵P0101A或B補(bǔ)加脫鹽水，未凝氣體進(jìn)第二冷凝器E0103,進(jìn)一步冷凝冷卻至75c以下，凝液經(jīng)凝液梢V0103進(jìn)入吸收塔T0101塔釜，未凝氣體進(jìn)第三冷凝器E0104,冷凝下來的凝液進(jìn)

18、入吸收塔T0101塔釜，未凝氣體在此冷卻至45c以下進(jìn)入吸收塔T0101下部，在吸收塔上部加入每小時2,5至60立方米的工藝水吸收。吸收液，第二冷凝器的冷凝液，第三冷凝器的冷凝液一并經(jīng)過粗醛過濾器X0103,冷卻器E0104的飽和蒸汽經(jīng)減壓至2.5bar,供廠房采暖和管線設(shè)備伴線使用。1.2.3 精微工段簡述精儲工段流程簡圖1-3用泵P0402A或B將粗乙醛從V0402抽出送至螺旋換熱器E0201,與X0201塔底排出的廢水換熱，溫度升到95c后，進(jìn)入脫輕組分塔北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)T0201,T0201塔在3bar的壓力操作下，直接蒸汽加熱，控制塔頂溫度60C,塔釜為106C,從塔頂蒸出氯甲烷

19、，氯乙烷等低沸物，進(jìn)入塔頂冷凝器E0203冷凝，凝液回流（回流比為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T0201塔釜流入純?nèi)┧0202,該塔的操作壓力1.2bar直接水蒸氣加熱，控制塔底溫度為125C,通過調(diào)節(jié)回流量控制塔頂溫度約43C,從塔頂蒸出的純?nèi)┻M(jìn)入純?nèi)├淠鱁0204所口B送至成品罐區(qū)，塔釜排出含醛量0.1%的廢水經(jīng)熱交換器E0201,冷卻器E0202冷卻至40c以下流到廢水中和工序。冷凝器E0204排出的未凝氣體經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)入吸收塔T0407,用冷卻至45c以下，流入粗醛貯罐V0402。吸收塔T0101頂部排出的循環(huán)氣

20、，絕大部分返回循環(huán)壓縮機(jī)C0101A或B經(jīng)壓縮后重新參加反應(yīng)，為避免惰性氣體在反應(yīng)系統(tǒng)的積聚，將少量循環(huán)氣連續(xù)經(jīng)阻火器排至火炬S0101燒掉。為防止火炬在燃燒時產(chǎn)生大量的黑煙，必需向火炬適當(dāng)通入消煙蒸氣，為了補(bǔ)充在反應(yīng)過程中由于生成副產(chǎn)物消耗掉的鹽酸，由鹽酸計(jì)量泵P0301A或B每小時加入鹽酸50立升左右，經(jīng)催化劑循環(huán)管補(bǔ)加鹽酸，當(dāng)反應(yīng)器R0101,除沫器X0101出現(xiàn)故障時，可將其內(nèi)催化劑放入觸媒收集坑。本崗位設(shè)有脫鹽水貯罐V0407和工藝水貯罐V0408,做為緩沖罐使用，脫鹽水經(jīng)P0401A或B送往用戶，工藝水經(jīng)P0405MB送往用戶，進(jìn)入車間的過熱蒸汽經(jīng)減壓飽和處理，將31bar的過熱蒸

21、汽經(jīng)減壓調(diào)節(jié)并用P002A或B泵補(bǔ)入脫鹽水后，以14bar飽和蒸汽的形式送往再生火炬，并將9bar的過熱蒸汽經(jīng)減壓調(diào)節(jié)，并用P001A或B泵補(bǔ)加脫鹽水后，以5.5bar飽和蒸汽形勢送往反應(yīng)，精儲，將5.5bar水吸收氣體中的乙醛，吸收液流入粗醛貯梢V0402,塔頂廢氣送火炬。為保持T0201塔和T0202的塔壓力穩(wěn)定，可適當(dāng)調(diào)節(jié)塔內(nèi)的保壓氮?dú)獾牧髁?。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的不合格乙醛，則送至不合格乙醛貯梢V0404貯存，定期用泵打入粗醛梢V0402,為保持純?nèi)┵|(zhì)量，從T0202塔精儲段的第四塊塔板連續(xù)采出75.4kg/h的巴豆醛儲分，經(jīng)冷卻器E0204冷卻，進(jìn)混合罐V0201與100kg/h的工藝水混

22、合后，流入萃取塔T0203,在T0203頂部加100kg/h工藝水，萃取巴豆醛中的乙醛，含醛水溶液從底部經(jīng)U型管流至粗醛貯罐V0402,從塔上部流出含60%巴豆醛的有機(jī)相進(jìn)入巴豆醛貯梢V0405,定期用泵P0404打入梢車，送往焙燒爐燒掉。粗醛梢V0402和巴豆醛貯梢用氮?dú)獗涸?.3bar,純?nèi)┵A梢V0404用氮?dú)獗涸?.81.6bar,各貯梢的放空氣體進(jìn)吸收塔T0401回收乙北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)醛。1.2.4 再生工段簡述再生工段流程簡圖1-4來自除沫器循環(huán)管連續(xù)采出的5-6m3/h觸媒，經(jīng)加入鹽酸和氧氣，把Cu(I)氧化為Cu(II)進(jìn)入旋風(fēng)分離器V0302,在此保持液面，通入氮?dú)鈹嚢?/p>

23、，將溶解在觸媒中的乙醛，醋酸等吹出脫氣后的觸媒經(jīng)壓濾機(jī)X0301過濾后，用觸媒輸送泵P0302打進(jìn)再生器V0304,用直接蒸汽加熱到120C,壓力控制在911bar,通入50100m3/h的氧氣，分解草酸銅和不溶解性殘?jiān)褂|媒中的殘?jiān)勘３衷?00克/升左右，再生的觸媒進(jìn)入閃蒸梢V0303,并控制壓力5bar左右，保持一定的液面，把溶解在觸媒中的氣體分離出來，合格的觸媒從底部返回反應(yīng)器R0101。為了回收尾氣中的乙醛，從旋風(fēng)分離器V0302和閃蒸罐V0303頂部出來的氣體進(jìn)入冷凝器E0301冷凝，未凝氣進(jìn)入尾氣洗滌塔T0301吸收后去火炬S0101燃燒。尾氣洗滌塔T0301的吸收液，冷凝器

24、E0301的冷凝液和P0302泵的軸密封水，用乙醛回收泵P0304打到凝液輸送泵P0101的進(jìn)口進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)。鹽酸由管道送到鹽酸貯梢V0406貯存，當(dāng)需要時V0406壓入鹽酸計(jì)量梢V0301,這兩梢的放空鹽酸氣體進(jìn)入鹽酸氣吸收塔T0302,用工藝水吸收后氣體放空，吸收液流入下水道。鹽酸計(jì)量梢V0301的鹽酸經(jīng)鹽酸計(jì)量泵P0301送到觸媒氧化道或北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)除沫器X0101觸媒循環(huán)管。1.2.5 三廢處理本車間在生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢氣主要是循環(huán)氣。因循環(huán)過程中有大量的有毒有害氣體存在，為此必須放空燒掉，以達(dá)到環(huán)保要求。廢液主要是生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品巴豆醛，CH3CH=CHCHOg(3-甲基丙烯

25、醛。有順式和反式兩種異構(gòu)。普通商品是反式巴豆醛。無色可燃性液體。有催淚性。密度0.858。熔點(diǎn)-76.5C,沸點(diǎn)104Co稍溶于水，溶于乙醇、乙醍、苯、甲苯和汽油?；瘜W(xué)性活潑。純巴豆醛容易樹脂化。在空氣中逐漸氧化生成巴豆酸。用異丙醇鋁還原時生成巴豆醇。用于制正丁醇、正丁醛、橡膠硫化促進(jìn)劑、酒精變性劑和鞍劑等。也用作煙道氣的警告劑。由二分子乙醛縮合而成。它是一種有刺激性氣味的的黃色的粘稠狀液體，因其有毒，目前尚未發(fā)現(xiàn)有較好的利用辦法。為此側(cè)線采出之后，用梢車?yán)翉S外燒掉。精儲塔底廢水，從塔底出來的廢水溫度大約是125C,與從V0402來的粗醛換熱后，再進(jìn)一步由廢水冷卻器冷卻，使其溫度降到40c以

26、下，送至污水進(jìn)行處理。還有車間泵房用的消防水，中間罐區(qū)和成品罐區(qū)用的冷卻恒溫水，因其中沒有有毒物質(zhì)，可直接排入松花江。本車間生產(chǎn)過程沒有廢渣，這是較好的一面。但是該車間對三廢的利用不好，副產(chǎn)品未能充分利用，這是對提高經(jīng)濟(jì)效益不利的。13北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)02.5X1.5F=58n21.3 設(shè)備一覽表設(shè)備名稱規(guī)格型號材質(zhì)數(shù)量kg)1R0101反應(yīng)器62550/62200外殼碳鋼，襯兩層，橡膠，襯兩127800氧氣入口管為鋼，乙烯入口2X0101除沫器X2150062800/62500層陶石專外殼碳鋼，襯兩層，橡膠，襯兩131600管為肽不帶傳重3E0102第冷凝器X15600立式單程列管式08

27、00X2500n=374根層陶石專管，封頭，管板為肽材，外殼為不11500一表13各工段設(shè)備一覽表銹鋼14北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)E0103第二冷凝器立式單程列管式0800X3000n=298根02.5X1.5F=78m2管，封頭，管板為肽材，外殼為不銹鋼2420設(shè)備名稱規(guī)格型號材質(zhì)數(shù)量單重kg）備注臥式列管式0700X55755E0104第二冷凝器n=292根，025X2,F=114m不銹鋼12900一6E0105粗醛冷卻器板式F=85.5m2不銹鋼11400一7V0101壓縮機(jī)氣水分離器立式61000X25003V=2m8=6mm不銹鋼1850一8V0102一冷凝液受梢立式01000X2500

28、3V=2m8=5mm不銹鋼11500一表13各工段設(shè)備一覽表15（續(xù)表13）北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)9V0103二冷凝液受梢立式100025003V=2m8=5mm不銹鋼11800填料浮閥塔©1600X21100,6塊浮閥塔板，板10T0101吸收塔間距是350mm填料高4mX3填料為聚乙烯鮑爾環(huán)50X50X1.5離心式Q=306n3/n刀=不銹鋼111500一11P0102一冷凝液輸56%肽，機(jī)械23送泵H=57n=2960轉(zhuǎn)/分軸功率8.4kwW=75kg密封一表13各工段設(shè)備一覽表（續(xù)表13）序號位號設(shè)備名稱規(guī)格型號材質(zhì)數(shù)量單重(kg)備注Q設(shè)計(jì)=12000Nm/n12C0102A

29、/B水環(huán)壓縮機(jī)Q正常=96NmVnP出口=6bar不銹鋼填料函27400帶馬達(dá)重N=405Kwn=11400轉(zhuǎn)/分16北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)13X0102粗醛過濾器0408X850濾樞©300濾網(wǎng)孔©5不銹鋼125014X0103冷凝液過濾器0323X650濾樞d200濾網(wǎng)孔d1112515E0201粗醛預(yù)熱器螺旋板F=183m不銹鋼1850016T0201脫輕組分塔61100X21700,20塊篩板，2層填料4000X2不銹鋼111500表13各工段設(shè)備一覽表（續(xù)表13）吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）位號設(shè)備名稱規(guī)格型號材數(shù)單重備質(zhì)量（kg）注17E0203脫輕組分塔

30、回流冷繳希0508X550立式列管F=264.5m2172018T0202純?nèi)┧?#169;1800X不30200,銹36塊篩板鋼2190019X0201壓濾機(jī)0400X850Q80mzBtAP=100mm25020E0202廢水冷卻器列管臥式2F=95.55m2©800X3000N=298根110021E0206巴豆醛冷卻器©25X1.5套管。48.3X47100F=0.8m290吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）表13各工段設(shè)備一覽表（續(xù)表13）序號位號設(shè)備名稱規(guī)格型號材質(zhì)數(shù)量單重（kg）備注22E0204A/B純?nèi)├淠髋P列管式©1000X57752F=3

31、25n2碳鋼襯樹脂26800小1600X3200V0201回流罐3碳鋼16050CPK-Em40-250碳鋼28024P0201A/B回流泵H=55米Q=25r3/hN=11Kwn=2940根25E0205純?nèi)├鋮s器列管臥式F=7.1m2不銹鋼200吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第2章設(shè)計(jì)工藝計(jì)算化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)：產(chǎn)品產(chǎn)量，原料消耗量，公用工程的水，電，汽的消耗量，產(chǎn)品和副產(chǎn)品的數(shù)量等都是十分重要的工藝指標(biāo)，為了衡量其先進(jìn)性，經(jīng)濟(jì)性，合理性，就要進(jìn)行化工生產(chǎn)過程中的局部或全過程的物料衡算和熱量衡算。物料衡算是三算中最基本的，因此進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時，首先要進(jìn)行物料衡算?，F(xiàn)在，化

32、工生產(chǎn)基本采用連續(xù)化生產(chǎn)，具特點(diǎn)是不斷的、穩(wěn)定的向反應(yīng)系統(tǒng)或設(shè)備投入物料，同時取出相同數(shù)量的物料，設(shè)備中某一區(qū)域的反應(yīng)參數(shù)（如溫度，壓力，濃度，流量）不隨時間而變，局部反應(yīng)條件可不一致，但總條件不隨時間變化。計(jì)算基準(zhǔn)：以單位時間（小時）為佳，物料衡算式：（質(zhì)量守恒定律）。進(jìn)入系統(tǒng)的物料量=流出系統(tǒng)的物料量+系統(tǒng)內(nèi)累計(jì)的物料量，對于連續(xù)生產(chǎn)過程累計(jì)=0,此時萬進(jìn)=匯出。衡算一般以進(jìn)，出物料的總重量為準(zhǔn)進(jìn)行，分子數(shù)在反應(yīng)過程中有變化，不可以做基準(zhǔn)。2.1 物料衡算1 .反應(yīng)器實(shí)際生產(chǎn)乙醛量的計(jì)算平均生產(chǎn)時間為7440h,實(shí)際生產(chǎn)的乙醛量=理論生產(chǎn)的乙醛量+損失的乙醛量X203.030XX0.72%

33、所以X=203.030+0.72%XX20吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)解方程得：X=262.496(kmol/h)2,乙烯消耗量的計(jì)算(生成目標(biāo)產(chǎn)物的乙烯消耗量)1C2H42C2>CHCHO11X204.52=X=204.52(kmol/h)3.加入反應(yīng)器的乙烯量的計(jì)算收率=轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的乙烯量/加入反應(yīng)器的乙烯量X100%37.24%=204.502/X=X=549.146(kmol/h)4,副產(chǎn)物消耗的乙烯量選擇性=轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物的乙烯消耗量/反應(yīng)掉的原料量X100%97.92%=204.502/X=X=208,846(kmol/h)副產(chǎn)物消耗的乙烯量=268.846-20

34、4.502=4.344(kmol/h)5,生成目的產(chǎn)物的耗氧量12Q>CHCHO11/2204.502X=X=102,251(kmol/h)6 .副產(chǎn)物的量及組成利用碳原子守恒計(jì)算副產(chǎn)物的生成量，反應(yīng)物碳原子數(shù)目=生成物碳原子數(shù)目。計(jì)算結(jié)果見表21。吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）表21副產(chǎn)物含量序號名稱分子式組成（）(kmol/h)1一氧化碳CO48.022.6242氯甲烷CHCl3.530.1933氯乙烷GHCl1.540.0844巴豆醛GHCHO3.740.2045高沸物含三個C3.080.1686醋酸CHCOOH40.092.4527總量一1.006.1177 .總耗氧量=生

35、成目的產(chǎn)物的的耗氧量+副產(chǎn)物的耗氧量副產(chǎn)物的耗氧量=2.934X1+0+0+0.229X0.5+0+2.449=5.504（kmol/h）總耗氧量=114.33+5.504=119.834(kmol/h)22吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）B圖2-1物料衡算圖設(shè)放空量為D,循環(huán)氣量為C,新鮮氧氣量為A,新鮮乙烯量為B,則根據(jù)以上物料衡算圖，則得方程組：對N:AX1%=DX7.14%對C2H:BX0.3%=DX4.27%對C2H:BX99.7%+CX65.01%=622.914對Q:AX99.0%+CX8.01%=119.834+CX8.01%+DX8.01%對以上四式聯(lián)立解得：D=17.3

36、84(kmol/h);A=124.125(kmol/h);23吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）B=247.432(kmol/h);C=578.718(kmol/h)24吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2.2熱量衡算熱量衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量和能量守恒定律。1.反應(yīng)熱選基準(zhǔn)溫度125C,即398.15K,在此溫度下反應(yīng)物及主要生成物的生成熱及熱容如下：GH(g)CO(g)H2O(l)Hfe(kJ/mol)52.26-393.51-285.82Cp(kcal/kmol/K)43.5629.3575.291Q(g)CHCHO(l)CHCOOH(l)0-192.3-484.5012437.11C

37、2H2Q,CHCHO1- 也，二出蒜HO-嬴-丁也為- -192-52.26-0=-244.56kJ/mol=-58507.18(kcal/kmol)GKQ=c4cooh：H2298=H-CH3COOH-Hf"2H4-H0=-484.5-52.26-0-536.76kJ/mol-128411.48(kcal/kmol)25吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）GH43Q=2乂02CQ&乩氮=2M%o+2AHf%3AHRAH&簿二2(二85.82)2(-393.51)_30.52.26- -1410.92kJ/mol-337540.67(kcal/kmol)查石油化工數(shù)據(jù)

38、手冊可知，在3bar表壓下，主反應(yīng)的相變溫度是61.32Co1C2H4+qAH%CHCHO(l)(25C,1atm)AH/CHCHO(l)2“(61.32C,3atm)25c&H/，4Hle1atm''CHCHO(g)CHCHO(g)(125C,3.96atm)查得61.32C下乙醛的相變熱為：H9=24.39kJ/kmol=5836.768(kcal/kmol)26吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)平均溫度工=(25+61.32)/2=43.16(C);乙醛比熱容Cp=26.88kcal/(kmolK);平均溫度T=(125+61.32)/2=93.16(C)93.

39、16C下比熱容CP=14.83kcal/(kmolK,貝UAH'=CpMAT=14.83x(12561.32)=944.37kcal/kmol;平均溫度石=(125+25)/2=75c下比熱容：CpC2H4=11.69kcal/(kmolK),CpO=6.805kcal/(kmolK;則/"'=CpxAT=(11.69+6.805)x(125-25)=1849.5(kcal/kmol);由熱量衡算方程.：HT'+.：Hti=.：Hl+H'+：H*：HT得:$=-58507+976.282+5836.768+944.37-1849.5=-52599.26

40、(kcal/kmol)。2.副產(chǎn)物放熱量查石油化工數(shù)據(jù)手冊可知，在3bar表壓下，下列副反應(yīng)相變溫度是168C。GH+Q乩黑CHCOOH(l)(25C,1atm)CHCOOH(l)(168C,3.96atm)25c27吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3.96atmC2H4QCHCOOH(g)(168C,3.(125C,3.96atm):HT2H2CHCOOH(g)(168C,3.96atm)平均溫度Ti=(25+168)/2=96.5(C),96.5C溫度下乙酸比熱容麗=33.73kcal/(kmolK)。貝UAIi'=可父AT=33.73X(16825)=4823.39(kcal

41、/kmol)。168c時醋酸相變熱為.此三5090.6(kcal/kmol),平均溫度T2=(125+168)/2=146.5(C),該溫度下乙酸比熱容麗=20.185kcal/(kmolK),則AHT=CpMAT=20.185x(125168)=-867.955(kcal/kmol);平均溫度T3=(125+25)/2=75(C),該溫度下CpC2H彳=11.69kcal/(kmolK),CO2=6.805kcal/(kmolK)。貝U用'=CpMAT=(11.69+6.805)X(12525)=1849.5(kcal/kmol)。由熱量衡算方程H2"+&HT2=M

42、98+AH2TM9+AHT得：HT2=-128411.48+4823.39+5090.6-867.955-1849.5=28吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-121214.945(kcal/kmol)3.水的放熱量C,1atm)2H2O+2CQ(125C,3atm)平均溫度T1=(125+25)/2=75(C),該溫度下CO的比熱容CP=9.462kcal/(kmolK),貝UAH382=Cpxat=9.462X(125-25)=946.2(kcal/kmol),GH4和Q反應(yīng)生成H2O的相變溫度是143.67C,其相變熱為：VH3*=9210.05kcal/kmol;T2=(25+143

43、.67)/2=29吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）84.335(C),該溫度下HO的比熱容CP；=18.09kcal/(kmolK),則乩好=cPxat=18.09X(143.6725)=2146.74(kcal/kmol);T3=(125+143.67)/2=134.335C,該溫度下H2O的比熱容瓦=8.1kcal/(kmolK),H/=麗mat=8.1乂(125143.67)=151.227(kcal/kmol),平均溫度T=(125+25)/2=75C,該溫度下加C2H4=11.69kcal/(kmolK)，而O=6.805kcal/kmol。貝U丫=麗3=(11.69+6.805

44、)X(125-25)=1849.5(kcal/kmol);由熱量衡算方程：H3'"+AHt3=H%+AH/cOz+AHAAW'+AH3H2OAHT2=-337540.67+2X(2146.74+9210.05-151.227+946.2)-1849.5=-315086.644(kcal/kmol)總的反應(yīng)熱為：Q=MHMH=231.973X(52599.26)+2.452X(121214.945)+2.934/2X(315086.644)=-12961059.3(kcal/kmol)4 .新鮮氧氣進(jìn)入反應(yīng)器帶走的熱量已知新鮮氧氣的進(jìn)料溫度是20C,反應(yīng)溫度是125C,

45、平均溫度為72.5C,其中含有少量氮?dú)?。在沒有相變熱的情況下求新鮮氧氣的比熱容。30吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)表2-8新鮮氧氣比熱容表格-Q(g)N2(g)X(%)991Cp(kcal/(kmolK)6.8036.97Cp="人Cp=6.735+0.0697=6.8047(kcal/(kmolK)，貝U新鮮氧氣帶入的熱量為：Q=MCpt=124.125X6.8047X(20125)=87571.89(kcal/h)5 .循環(huán)氣帶走的熱量已知循環(huán)氣和乙烯混合后的進(jìn)料溫度是50C,反應(yīng)溫度是125C,則其平均溫度是87.5C,混合氣體中各組分的含量百分比及在此溫度下比熱容見表2

46、9。表2-9混合氣體比熱容表格QNH2OGH4GH6COCHClCHClXCpkcal/(kmolK)XCp0.5610.005740.050.75410.02990.095930.006580.000770.88.6418.012.014.59.50210.8717.2123070.30.4230.109.490.430.9110.0710.013833525655225則混合氣體平均比熱容為：Cp=£XIiCp=11.39kcal/(kmolK),則新鮮循環(huán)氣帶走的熱量為：Q=MCpt=(247.432+578.718)乂11.39X(125-50)=705738.6375(kc

47、al/h)6 .塔底催化劑帶入的熱量催化劑的進(jìn)了溫度是154C,同理可得催化劑平均比熱容為:Cp=£XiCp=1.05kcal/(kmolK),則新鮮循環(huán)氣帶走的熱量為:Q=MCpt=8.93X1.05X(154125)X1095.3=297832.33(kcal/h)31吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)7,鹽酸帶走的熱量鹽酸的進(jìn)料溫度是20C,平均比熱容是Cp=0.95kcal/(kmolK),則鹽酸帶走的熱量為：Q=MCpt=62.8X0.95X(20125)=-6264.3(kcal/h)。8 .水的汽化熱量水在125c時的汽化熱分別是524.14kcal/kg,則鹽酸和催

48、化劑帶入的一部分水的汽化熱量分別為：Q=62.8X(130%)X524.14=23041.1944(kcal/h);Q=(8.938,67)x1095.3x524.14=147263.5409(kcal/h)。9 .反應(yīng)器損失的熱量在生產(chǎn)過程中，反應(yīng)器會因?yàn)椴捎貌馁|(zhì)環(huán)境溫度等原因損失一部分熱量，用以下公式進(jìn)行計(jì)算：Q=KAt,取反應(yīng)器的直徑為2.55m,高21.51m,反應(yīng)時平均溫差A(yù)t=4.5Co散熱系數(shù)K=15kcal/(nbC),則Q=15X(3.14X2.550X21.51+2X3.14X(2.545/2)2)X45=123146.7(kcal/h)10 .反應(yīng)器加水量根據(jù)反應(yīng)器的熱平

49、衡得：£Q=0,將這個方程展開可得：Q+Q+Q+Q+Q+Q+Q+Q+QH2L0,則反應(yīng)器加入的水的汽化熱量為：QH。'=12961059.3+297832.3-6264.3-705738.6375-123146.7X2-87571.896=1207867.73(kcal/h),鹽酸和催化劑中的水的汽化熱量：QH。=1207867.73147263.540923041.1944=11888002.75(kcal/h)。反應(yīng)器中加入的水首先在除沫器中達(dá)到飽和即在143c時汽化，之后冷卻到125C,CH。是整個過程中水的汽化熱，水在143c時的汽化熱為511.17kcal/kg,設(shè)

50、加水量為M則汽化熱量為Q2。=(Cp&+T)M,水的初始溫度為80C,平均溫度為120.5C,該溫度下的平均比熱容為Cp=1.2365kcal/(kmolK),則有：11888002.75(1.236545511.17)18.02=1163.9(kmol/h)32吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）即反應(yīng)器的加水量為1163.9kmol/h,反應(yīng)器加水量的初值是1165.7kmol/h二者差值是1.80kmol/h,基本上是符合的。表2-10反應(yīng)器熱量衡算結(jié)果表格帶入反應(yīng)器的熱量帶出反應(yīng)器的熱量(kcal/h)新鮮氧氣帶入熱量循環(huán)氣的熱量塔底催化劑的熱量鹽酸的熱量143c水的汽化熱催化

51、劑帶入水的汽化熱反應(yīng)器損失的熱量反應(yīng)放出熱量總衡算方程(kcal/h)-12961059.30705738.63750297832.330-6264.309211.2834147263.5409123146.712961059.3Q=02.3設(shè)備計(jì)算1 .3.1反應(yīng)器設(shè)備計(jì)算1.已知空塔速度為0.55m/s(1)反應(yīng)器氣體入口總流量Mkmol/h,M=124.125+578.718+247.432=950.275(kmol/h);33吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)(2)反應(yīng)器氣體出口總量Mkmol/h,EMR=1997.6kmol/h;(3)平均分子流量=(Mt+EMR12=(937.7

52、66+1997.6)/2=1473.938(kmol/h);(4)設(shè)平均總壓為4.76atm;(5)運(yùn)用理想氣體狀態(tài)方程求塔內(nèi)氣體平均總量：V=nRT/P=1467.683X30.082xio3x(125+273.15)/4.76/3600=2807.156x103(cm/s);(6)塔的截面積At=V/u=2796.298X103/55=5.104(R);塔徑D=1At/n/4=2.550m;(8)塔內(nèi)乙醛氣體體積計(jì)算：Vt=要求反應(yīng)器每小時生成乙醛量(kg)/(乙醛的生產(chǎn)能力)=231.973X44.05/134.9=75.66(m/h);9 9)H。(清液層)高度計(jì)算：H。=Vt/At=75.66/5.084=14.82(項(xiàng)，設(shè)塔頂壓力為4atm;(10)校核平均總壓：P底=P頂+H。XPCt/1.0336=4+14.70X1095.3/1.0336/104=5.571(atm),P均=(P底+P頂)12=(5.571+4)/2=4.785(atm)。2.鼓泡塔床層高度電的計(jì)算已知&O戶0.4801，求eg。因?yàn)?#163;G=£OgX1UolXgGuoG(1£G)=0.4801X(10.43Xeg/0.55/(1i)，