直接水合法制备乙醇解读

直接水合法制备乙醇解读 ,化工:,×,:t/a合成乙醇工艺设计 班级: 化学一班 组长: 分工: 流程设计及厂址选择:马瑞雪 2013437033 陈斯 2013437031 物料衡算及能量衡算:李梦莹 2013437025 孙岩 2013437029 陈丹丹 2013437039 韩爱英 2013437041 贾玉婷 2013437043 PID图,PFD图设计:邱雨涵 2013437035 陈冠友 2013437023 刘冠豪 2013437045 张琳 2013437037 ,,×,:t/a合成乙醇工艺设计 1.工艺方案的选择 乙醇是重要的有机溶剂,又是医药、染料、涂料、香料、合成橡胶、洗涤剂等有机产品的基本原料或中间体。在化学工业中主要用于制造乙醚,乙醛,醋酸,乙二醇醚、乙胺等。 本实验采叏乙烯气相直接水合法来合成乙醇。 乙烯气相直接水合法制叏乙醇的工艺流程叙述如下。实验分为合成、精制和脱水三部分。 反应器的操作条件:反应温度325?,反应压力6.9MPa,催化剂是磷酸-硅藻土催化剂。转化率4%～5%,选择性95%～97%。因反应液中含有磷酸,所以在工艺流程中设臵一个洗涤塔(又称中和塔)用碱水溶液或含碱稀乙醇溶液中和。这一工序一定要放在换热器后,因高温易使磷酸因高温易使磷酸盐在换热器表面结垢,甚至会堵塞管道。含乙醇10%～15%的粗乙醇水溶液,分别由洗涤塔和分离塔底进入乙醇精制部分。 精制部分的工序有:a.萃叏分离出乙醚和乙醛,萃叏剂为水(可增大乙醚和乙醛与乙醇的相对挥収 度),两塔串联,第二萃叏塔塔顶出乙醚、乙醛和水(萃叏率达90%以上),经冷却冷凝分出油相(有机相)和水相,有机相中主要为乙醚,迒回反应器,水相经蒸馏,塔顶得乙醛-乙醚共沸物,另行处理,塔釜为含乙醚的水,迒回反应系统;b.乙醇的提浓和精制。由萃叏塔来的乙醇水溶液含少量乙醛,在精馏时加氢氧化钠溶液,可除去乙醛(碱能催化乙醛収生缩合反应,生成高沸点缩醛)。精馏塔顶部出料乙醇中仍含有少量轻组分,迒回萃叏部分。由塔上部引出乙醇流股,即为成品乙醇(95%),乙醛含量小于20～40 ppm。 2.流程方块图 乙醇精未反应乙乙醚乙水合反乙烯、水进料 馏 烯分离 醇分离 应器 3.厂址选择 厂址选择在山东省东营垦利双河镇集贤村,占地200亩。 产品生产需要较多的电,产品面向全国,重点是中东部各省,需要良好的交通设施,以方便产品和原料的买入。所以,东营垦利网,交通网四面収达,且拥 有大型电力企业,适合建厂。原料需要乙烯,东营和渤海有石油,中石油、中石化在这都有炼油厂供乙烯,同时中石化中石油也是买家,用乙醇造汽油醇。用电量大,附近有胜利大唐华泰等较大型収电厂,水源充足,离黄河较近。 ,,工艺设计计算 ,,1 . 物料恒算 1.设计条件 按照选定的工艺流程,确定设计参数和条件。 已知:催化剂磷酸-硅藻土催化剂,乙烯和水为反应物,直接水和法,年开工8000h。相关数据如下: 水烯比 :0.7 单耗CH/95%CHOH 0.578 2425 产物中:乙醇 CHOH 94.5% 25 乙醛CHCHO 2% 3 乙醚 CHOCH2% 2525 2.物料流程简图 直接水和法制乙醇的物料流程图如图1。 图1 直接水和法制乙醇的物料流程图 3.乙烯 、乙醇物料恒算，均按每小时计， ，1，乙烯水合法制乙醇的化学反应方程式: 主反应: CH，HO,CHOH ，1， 24 225 副反应: 2 CHOH,CHOCH，2， 252525 CHOH =CHCHO+H，3， 2532 ，2，产品产量及其组成 50000/8000=6250 (Kg) 其中: CHOH 6250×94.5%=5906.25 kg=128.4 kmol 25 CHCHO 6250×2%=125 kg = 2.84 kmol 3 CHOCH6250×2.5%=156.25 kg = 2.11 kmol 2525 H6250×2%=125 kg = 2.84 kmol 2 总摩尔数=128.4+2.84 + 2.11+2.84 =136.19 kmol (3)乙烯投入量:6250×0.578=3612.5 ，kg， (4)数据校核 根据反应式消耗乙烯量:128.4+2.84 + 2.11=133.35 kmol=3386.5kg 与投入量基本符合,与设计要求基本一致。 (5)各主要单元设备的物料衡算表，每小时计，见表1~6 表1 水合反应器物料衡算表 进 料 出料 物质的量,物质的量,物料名称 质量,kg 物料名称 质量,kg kmol kmol 乙烯 101150 3612.5 乙烯 91029.12 3251.04 水 42669.9 2370.55 水 40269.6 2237.2 — — — 乙醇 5906.4 128.4 __ __ __ 乙醚 156.14 2.11 __ __ __ 乙醛 124.96 2.84 __ __ __ 氢气 5.68 2.84 合计 5983.05 143819.9 __ 137491.9 5624.43 表2 分离器物料衡算表 进 料 出料 物质的量,物质的量,物料名称 质量,kg 物料名称 质量,kg kmol kmol 乙烯 101150 3612.5 乙烯 91029.12 325.104 水 42669.9 2370.55 水 40269.6 2237.2 乙醇 5906.4 128.4 乙醇 5906.4 128.4 乙醚 156.14 2.11 乙醚 156.14 2.11 乙醛 124.96 2.84 乙醛 124.96 2.84 氢气 5.68 2.84 氢气 5.68 2.84 合计 150013.08 6119.25 —— 137491.9 2698.494 表3 萃叏器1物料衡算表 进 料 出料 物质的量,物质的量,物料名称 质量,kg 物料名称 质量,kg kmol kmol 乙烯 91029.12 325.104 乙烯 —— —— 水 40269.6 2237.2 水 40269.6 2237.2 乙醇 5906.4 128.4 乙醇 5906.4 128.4 乙醚 156.14 2.11 乙醚 1.5614 0.0211 乙醛 124.96 2.84 乙醛 12.496 0.284 氢气 5.68 2.84 氢气 —— —— 合计 137491.9 2698.494 —— 46190.057 2365.9051 表4 萃叏器2物料衡算表 进 料 出料 物质的量,物质的量,物料名称 质量,kg 物料名称 质量,kg kmol kmol 乙烯 —— —— 乙烯 —— —— 水 40269.6 2237.2 水 4026.96 233.72 乙醇 5906.4 128.4 乙醇 5906.4 128.4 乙醚 1.5614 0.0211 乙醚 1.5614 0.0211 乙醛 12.496 0.284 乙醛 12.496 0.0284 氢气 —— —— 氢气 —— —— 合计 46190.057 2365.9051 —— 9947.417 362.4251 表5 精馏塔物料衡算表 进 料 出料 物质的量,物质的量,物料名称 质量,kg 物料名称 质量,kg kmol kmol 乙烯 —— —— 乙烯 —— —— 水 4026.96 233.72 水 5798.88 322.16 乙醇 5906.4 128.4 乙醇 271687.5 5906.25 乙醚 1.5614 0.0211 乙醚 —— —— 乙醛 12.496 0.0284 乙醛 —— —— 氢气 —— —— 氢气 —— —— 合计 9947.417 362.4251 —— 277486.38 6228.41 表6 脱水器物料衡算表 进 料 出料 物质的量,物质的量,物料名称 质量,kg 物料名称 质量,kg kmol kmol 水 5798.88 322.16 水 —— —— 乙醇 271687.5 5906.25 乙醇 271687.5 5906.25 合计 277486.38 6228.41 —— 271687.5 5906.25 ,,2.能量恒算，均按每小时计， 1.换热器 在换热器中没有化学变化,只有显热。设进去换热器是温度为25?,蒸収温度为100?。 表7 原料乙烯和水带入的热量 Cp,m 物质的量物料名称 T,K 热量/kJ kmol kJ/(kmol?K) 7乙烯 3386.5 43.56 4.40×10 298 7水 2370.55 75.291 5.32×10 7合计 —— —— —— 9.72×10 0.1MPa 水的汽化热为 2257.2kJ/kg 7 水的相变热为 2257.2×2370.55×18=9.63×10kJ 表8 原料气带出的热量 Cp,m 物质的量物料名称 T,K 热量/kJ kmol kJ/(kmol?K) 7乙烯 3386.5 71.55 14.5×10 598 7水 2370.55 36.32 5.15×10 7合计 —— —— —— 19.65×10 7777 +19.65×10, 则需要补充热量 9.63×109.72×10=19.56×10 固定管板式列管换热器 2 传热系数 3050~6100kJ/(m?h?K， 23 传热面积 40~164 M/m 2. 水合反应器 7，1，气体进入反应器带入热量 19.65×10kJ ，2， 表9 反应热，反应温度为325?， 物质的反应热反应 热量/kJ 量kJ/kmol kmol 46CH，HO,CHOH 132.62 -4×10 -5.30×10 24 225 55CHOH =CHCHO+H 2.84 -1.66×10 -4.71×10 2532 552 CHOH,CHOCH 4.22 1.55×10 6.37×10 252525 6合计 —— —— -5.14×10 6即反应放出总热量为5.14×10 kJ 3. 冷却器 设转化气为理想气体 100%冷却 冷却至70? 表10 冷却器的热量变化 物质的量相变热 物料名称 热量/kJ kmol kJ/mol 36乙醇 132.62 -41.5×10 5.50×10 36乙醚 4.22 -25.104×10 1.06×10 37水 2237.2 -125.4×10 2.81×10 7合计 —— —— 3.36×10 表11 转化气带出的热量 70? Cp,m 物质的量物料名称 T,K 热量/kJ kmol kJ/(kmol?K) 7乙烯 3251.04 43.72 4.88×10 4乙醛 2.84 54.85 5.34×10 293 4乙醚 2.11 112.97 8.18×10 4氢气 2.84 28.85 2.81×10 7合计 —— —— —— 5.04×10 4. 冷却器 4氢气带走的热量 2.84×28.85×303=2.48×10kJ 6 325.104×43.72×303=4.31×10kJ 34乙醚的相变热 2.11×25.104×10=5.30×10kJ 5. 吸收塔，萃取1、2,精馏塔， 7447转化气带入的能量 5.04×10-2.48×10+5.30×10=5.06×10kJ 表12 Cp,m 物质的量物料名称 T,K 热量/kJ kmol kJ/(kmol?K) 6乙醇 128.4 111.46 4.34×10 乙醛 0.0284 54.85 47200 303 乙醚 0.0211 112.97 722.3 6水 223.72 75.291 5.10×10 6合计 —— —— —— 9.44×10 767吸收2段吸收能量 5.06×10-9.44×10=4.16×10kJ 6. 尾气 125 ? 乙醛 Cp,m=54.64kJ/(kmol?k) 尾气带出的热量 0.0284×54.64×298=462.43kJ 成品出料温度 30? Cp,m=111.46kJ/(kmol?k) 6成品带出热量 5906.25?40×111.46×303=4.34×10kJ ,,三废处理 沼气柜 格栅 収 电 低浓度废水 高浓度废水 UASB/I初沉池 调节池 预曝池 二沉格栅 C反应 池 器 SBR池 污泥污泥脱污泥浓缩 外运 料棚 水机 池 排放 6.工艺设计图纸 ,，,图,,,,图如图,,,所示。