1、化工設計：5X10 4t/a合成乙醇工藝設計班級： 化學一班 組長： 分工：流程設計及廠址選擇：馬瑞雪 2013437033陳斯2013437031物料衡算及能量衡算：李夢瑩2013437025孫巖 2013437029陳丹丹 2013437039 韓愛英 2013437041 賈玉婷 2013437043PID圖，PFD圖設計：邱雨涵 2013437035 陳冠友 2013437023 劉冠豪 2013437045 張琳 20134370375X1 0 4t/a合成乙醇工藝設計.工藝方案的選擇乙醇是重要的有機溶劑，又是醫(yī)藥、染料、涂料、香料、合成橡膠、洗滌劑 等有機產(chǎn)品的基本原料或中間體。在

2、化學工業(yè)中主要用于制造乙醴，乙醛，醋酸, 乙二醇醴、乙胺等。本實驗采取乙烯氣相直接水合法來合成乙醇。乙烯氣相直接水合法制取乙醇的工藝流程敘述如下。實驗分為合成、精制和 脫水三部分。反應器的操作條件：反應溫度325 C,反應壓力6.9MPa,催化劑是磷酸-硅藻土 催化劑。轉(zhuǎn)化率4%5%,選擇性95%97%。因反應液中含有磷酸，所以在工 藝流程中設谿一個洗滌塔（又稱中和塔）用堿水溶液或含堿稀乙醇溶液中和。 這一 工序一定要放在換熱器后，因高溫易使磷酸因高溫易使磷酸鹽在換熱器表面結垢，甚至會堵塞管道。含乙醇10%15%的粗乙醇水溶液，分別由洗滌塔和分離塔底 進入乙醇精制部分。精制部分白工序有：a.萃

3、取分離出乙醴和乙醛，萃取劑為水（可增大乙醴和乙 醛與乙醇的相對揮發(fā) 度），兩塔串聯(lián)，第二萃取塔塔頂出乙醴、乙醛和水（萃取率達 90%以上），經(jīng)冷卻冷凝分出油相（有機相）和水相，有機相中主要為乙醴，返回反應 器，水相經(jīng)蒸儲，塔頂?shù)靡胰?乙醴共沸物，另行處理，塔釜為含乙醴的水，返回反應 系統(tǒng);b.乙醇的提濃和精制。由萃取塔來的乙醇水溶液含少量乙醛 ，在精儲時加氫 氧化鈉溶液，可除去乙醛（堿能催化乙醛發(fā)生縮合反應，生成高沸點縮醛）。精儲塔 頂部出料乙醇中仍含有少量輕組分，返回萃取部分。由塔上部引出乙醇流股，即為 成品乙醇（95%）,乙醛含量小于2040 ppm 。.流程方塊圖乙醴乙 醇分離乙醴乙 醇

4、分離.廠址選擇廠址選擇在山東省東營墾利雙河鎮(zhèn)集賢村，占地 200畝。產(chǎn)品生產(chǎn)需要較多的電，產(chǎn)品面向全國，重點是中東部各省，需要良好的交 通設施，以方便產(chǎn)品和原料的買入。所以，東營墾利網(wǎng)，交通網(wǎng)四面發(fā)達，且擁有大型電力企業(yè)，適合建廠。原料需要乙烯，東營和渤海有石油，中石油、中石 化在這都有煉油廠供乙烯，同時中石化中石油也是買家，用乙醇造汽油醇。用電 量大，附近有勝利大唐華泰等較大型發(fā)電廠，水源充足，離黃河較近。.工藝設計計算.物料恒算.設計條件按照選定的工藝流程，確定設計參數(shù)和條件。已知：催化劑磷酸-硅藻土催化劑，乙烯和水為反應物，直接水和法，年開工8000h。相關數(shù)據(jù)如下：水烯比：0.7單耗

5、C2H95%C 2H5OH 0.578產(chǎn)物中：乙醇C2H50H 94.5%乙醛 CH3CHO 2%乙醴 C2H5OC2H5 2%.物料流程簡圖直接水和法制乙醇的物料流程圖如圖1。水合反應器分離器- 萃取器水合反應器分離器- 萃取器i萃取器2水.圖1直接水和法制乙醇的物料流程圖.乙烯、乙醇物料包算(均按每小時計)(1)乙烯水合法制乙醇的化學反應方程式:主反應:C2C2H4 +H20=C2H50H(1)副反應:2 C2H5OH = C2H5OC2H5(2)C2H5OH =CH3CHO+H2(3)(2)產(chǎn)品產(chǎn)量及其組成50000/8000=6250 (Kg)其中：C2H50H 6250 X94.5%

6、=5906.25 kg=128.4 kmolCH3CHO 6250 X2%=125 kg = 2.84 kmolC2H5OC2H5 6250 X2.5%=156.25 kg = 2.11 kmolH2 6250 X2%=125 kg = 2.84 kmol總摩爾數(shù)=128.4+2.84 + 2.11+2.84 =136.19 kmol 乙烯投入量：6250 X0.578=3612.5(kg)(4)數(shù)據(jù)校核根據(jù)反應式消耗乙烯量：128.4+2.84 + 2.11=133.35 kmol=3386.5kg與投入量基本符合，與設計要求基本一致。(5)各主要單元設備的物料衡算表(每小時計)見表16表1

7、水合反應器物料衡算表物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol乙烯1011503612.5乙烯91029.123251.04水42669.92370.55水40269.62237.2一一一乙醇5906.4128.4乙醴156.142.11乙醛124.962.84氫氣5.682.84合計5983.05143819.9137491.95624.43進料出料表2分離器物料衡算表進料出料物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量， kmol物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量， kmol乙烯1011503612.5乙烯91029.12325.104水42669.92370.55水40269.622

8、37.2乙醇5906.4128.4乙醇5906.4128.4乙醴156.142.11乙醴156.142.11乙醛124.962.84乙醛124.962.84氫氣5.682.84氫氣5.682.84合計150013.086119.25137491.92698.494表3萃取器1物料衡算表物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol乙烯91029.12325.104乙烯水40269.62237.2水40269.62237.2乙醇5906.4128.4乙醇5906.4128.4乙醴156.142.11乙醴1.56140.0211乙醛124.962.84乙醛12.4960.

9、284氫氣5.682.84氫氣合計137491.92698.49446190.0572365.9051進料出料表4萃取器2物料衡算表進料出料物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol乙烯乙烯水40269.62237.2水4026.96233.72乙醇5906.4128.4乙醇5906.4128.4乙醴1.56140.0211乙醴1.56140.0211乙醛12.4960.284乙醛12.4960.0284氫氣氫氣合計46190.0572365.90519947.417362.4251表5精儲塔物料衡算表進料出料物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol物料名稱質(zhì)量，kg

10、物質(zhì)的量，kmol乙烯乙烯水4026.96233.72水5798.88322.16乙醇5906.4128.4乙醇271687.55906.25乙醴1.56140.0211乙醴乙醛12.4960.0284乙醛氫氣氫氣合計9947.417362.4251277486.386228.41表6脫水器物料衡算表進料出料物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol物料名稱質(zhì)量，kg物質(zhì)的量，kmol水5798.88322.16水乙醇271687.55906.25乙醇271687.55906.25合計277486.386228.41271687.55906.254 . 2,能量恒算（均按每小時計）物料名稀物質(zhì)的里

11、kmol物料名稱物盾的里 kul乙烯325. 104乙烯3251.04水2237.2水2237.2物料名椽物質(zhì)的里 kwl乙配2. 112*11物料名稱ftl，h乙烯3386.5己醒2.3462.84求2370.65小Q2 16氧氣2.B4244乙酹5906. 25乙醇128.4乙爵128. 4gi1*Jr分1*萃取器1萃取器m,1a11換熱器TA泠卻罟1-物料名稱物質(zhì)的里康也物料名稱物質(zhì)的里 kRolr水2237.2水123. 72物料名稱質(zhì)里，kg乙鬢021】乙配C.0211乙裝S906. 25乙醛0.2347M0,028425 C,蒸發(fā)溫ZS123. 4乙降120. 4圖2乙醇生產(chǎn)的物料

12、平衡圖1.換熱器在換熱器中沒有化學變化，只有顯熱。設進去換熱器是溫度為3 100 Co表7原料乙烯和水帶入的熱量物料名稱物質(zhì)的量 kmolCp, mkJ/(kmol ?K)T,K熱量/kJ乙烯3386.543.562984.40 X107水2370.5575.2915.32 X107合計9.72 X1070.1MPa水的汽化熱為2257.2kJ/kg水的相變熱為 2257.2 X2370.55 X18=9.63 X107kJ表8原料氣帶出的熱量物料名稱物質(zhì)的量 kmolCp, mkJ/(kmol ?K)T,K熱量/kJ乙烯3386.571.5559814.5 X107水2370.5536.32

13、5.15 X107合計19.65 X107則需要補充熱量 9.63 X107+19.65 X107 9.72 X107=19.56 X107固定管板式列管換熱器傳熱系數(shù) 30506100kJ/(m 2 h K)傳熱面積40164 M 2/m32.水合反應器(1)氣體進入反應器帶入熱量 19.65 X107kJ(2)表9反應熱(反應溫度為325 C)反應物質(zhì)的 量 kmol反應熱kJ/kmol熱量/kJC2H4 +H2O = C2H5OH132.62-4 X104-5.30 X106C2H50H =CH3CHO+H22.84-1.66 X105-4.71 X1052 C2 H5OH = C2 H

14、5OC2H54.221.55 X1056.37 X105合計-5.14 X106即反應放出總熱量為5.14 X106 kJ3.冷卻器設轉(zhuǎn)化氣為理想氣體100%冷卻 冷卻至70 C表10冷卻器的熱量變化物料名稱物質(zhì)的量 kmol相 變 熱kJ/mol熱量/kJ乙醇132.62-41.5 X1035.50 X106乙醴4.22-25.104 X1031.06 X106水2237.2-125.4 X1032.81 X107合計3.36 X107表11轉(zhuǎn)化氣帶出的熱量70 C物料名稱物質(zhì)的量 kmolCp, mkJ/(kmol ?K)T,K熱量/kJ乙烯3251.0443.722934.88 X107

15、乙醛2.8454.855.34 X104乙醴2.11112.978.18 X104氫氣2.8428.852.81 X104合計5.04 X1074.冷卻器氫氣帶走的熱量 2.84 X28.85 X303=2.48 X104kJ325.104 X43.72X303=4.31 X106kJ乙醴的相變熱 2.11 X25.104 X103=5.30 X104kJ.吸收塔（萃取1、2,精儲塔）轉(zhuǎn)化氣帶入的能量 5.04 X107-2.48 X104+5.30 X104=5.06 X107kJ表12物料名稱物質(zhì)的量 kmolCp, mkJ/(kmol ?K)T,K熱量/kJ乙醇128.4111.463034.34 X106乙醛0.028454.8547200乙醴0.0211112.97722.3水223.7275.2915.10