0fl - s OI-IX 盍 HJWnon 寸20Z 董 sm寸2OZ 除咱屁 mzon 寸20Z M 屢mm 寸2oz出m Im寸20Z議林 6E0A 寸uozEtEt堡 6Z0A 寸20ZWW+去怒回dLLd回did5x104 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。本实验采取乙烯气相直接水合法来合成乙醇。 乙烯气相直接水合法制取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325C,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萃取分离出乙醚和乙醛，萃取剂为水（可增大乙醚和乙 醛与乙醇的相对挥发 度）,两塔串联,第二萃取塔塔顶出乙醚、乙醛和水（萃取率达 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,返回反应 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,返回反应 系统；b.乙醇的提浓和精制。由萃取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（碱能催化乙醛发生缩合反应,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,返回萃取部分。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。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，交通网四面发达，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发电厂，水源充足，离黄河较近。4 工艺设计计算4.1 . 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 C2H4/95%C2H5OH 0.578产物中：乙醇 C2H5OH 94.5%乙醛 CH3CHO 2%乙醚 C2H5OC2H5 2%2.物料流程简图直接水和法制乙醇的物料流程图如图 1。水台反应器zk 一图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：c2h4 + h2o = c2h5oh（ 1）副反应：2 C2H5OH 二 C2H5OC2H5(2 )C2H5OH =CH3CHO+H2( 3)(2)产品产量及其组成50000/8000=6250 (Kg)其中：C2H5OH 6250x94.5%=5906.25 kg=128.4 kmolCH3CHO 6250x2%=125 kg = 2.84 kmolC2H5OC2H5 6250x2.5%=156.25 kg = 2.11 kmolH2 6250x2%=125 kg = 2.84 kmol 总摩尔数=128.4+2.84 + 2.11+2.84 =136.19 kmol(3) 乙烯投入量：6250x0.578=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 16*呱-0 g E us 土 畀3251.042237.2寸00 CXI111111CNCNCN5624.43迢SLOWN)盖鬻 N)薔 N)嚮 N)r1*ft!呱-0 g E us 土 畀1111迢1111WN)盖1111如WM趣林1目如矗i w*呱-0 g E us 土 畀325.1042237.2寸00 CXI111111CNCNCN2698.494迢SLOWN)盖dnrh sn N)薔 N)嚮 N)r*ft!呱-0 g E us 土 畀寸00 CXI111111CN鬲CN鬲CN迢SLOWN)盖dnrh sn N)薔 N)嚮 N)rWM趣林 iffigCNw10驱Ot/分 66TS06S9ZZS006T9t7WW阪0996X1刼N磁096X1刼NTTZOOH9STW2TTZOOH9STt/8Jt/906SIS2t/8Jt/906SIS2ZZTEZ969Z0t7WZZEZZ969Z0t7W闕N闕N|OIJU|書図国确的書国|OIJU|書図国确6| 書国卞細槪ffi峯尊圜槪确乙器池蛊”峯TS06S9ZZS006T9t7%t/869乙6T6t7ZTWt787890w磁096X1刼Nt78796PJ刼NTTZOOH9STTT7H9STt/8Jt/906SIS2t/8Jt/906SIS2ZZEZZ969Z0t7WZZEZZ969Z0t7W闕NWTSZEZT6Z0T6闕N|OIJU|書図国确的書国|OIJU|書図国确6| 書国槪ffi峯尊圜槪确I器池蛊峯表 5 精馏塔物料衡算表进料出料物料名称质量，kg物质的量，kmol物料名称质量，kg物质的量，kmol乙烯乙烯水4026.96233.72水5798.88322.16乙醇5906.4128.4乙醇271687.55906.25乙醚1.56140.0211乙醚乙醛12.4960.0284乙醛氢气氢气合计9947.417362.4251277486.386228.41表 6 脱水器物料衡算表进料出料物料名称质量，kg物质的量，kmol物料名称质量，kg物质的量，kmol水5798.88322.16水乙醇271687.55906.25乙醇271687.55906.25合计277486.386228.41271687.55906.2542能量恒算（均按每小时计）物料宕称3386.52370.55捌料名称kmcil.3251.042237.22. 112.B42. 34L2B.4韧质的里划工、325. 104水2.11ZS123氢辽2.34ZSi128.4物糾名呀物质的里2237.20.211E醛n.2R4ci?128.4切料毎祢韧贞的星；K223. 72C.02U7,0. 0234128.4物斜窑称BiW 血水322. 16乙薛5906. 25物料容称击里,kg乙醉5906. 25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工，蒸发温 度为iooc。表 7 原料乙烯和水带入的热量物料名称物质的量kmolCp , mkJ/（kmol、K）T,K热量/kJ乙烯3386.543.562984.40x107水2370.5575.2915.32x107合计9.72x1070.1MPa 水的汽化热为 2257.2kJ/kg水的相变热为 2257.2x2370.55x18=9.63x107kJ表 8 原料气带出的热量物料名称物质的量kmolCp，mkJ/（kmol、K）T,K热量/kJ乙烯3386.571.5559814.5x107水2370.5536.325.15x107合计19.65x107则需要补充热量 9.63x107+19.65x1079.72x107=19.56x107固定管板式列管换热器传热系数 30506100kJ/(m2hK)传热面积 40164 M2/m32. 水合反应器(1)气体进入反应器带入热量 19.65x107kJ(2)表9反应热(反应温度为325。0反应物质的 量 kmol反应热 kJ/kmol热量/kJc2h4 +h2o 二 c2h5oh132.62-4x104-5.30x106c2h5oh =ch3cho+h22.84-1.66x 105-4.71x1052 C2H5OH 二 C2H5OC2H54.221.55x1056.37x105合计-5.14x106即反应放出总热量为 5.14x106 kJ3. 冷却器设转化气为理想气体100%冷却冷却至70C表 10 冷却器的热量变化物料名称物质的量kmol