文档介绍：化工设计:5×104t/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
5×104t/a合成乙醇工艺设计
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***,乙醛,醋酸,乙二醇醚、乙***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325℃,,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:***和乙醛,萃取剂为水(可增大***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***,返回反应器,水相经蒸馏,塔顶得乙醛-***共沸物,另行处理,塔釜为含***的水,返回反应系统;。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。
乙醇精馏
***乙醇分离
未反应乙烯分离
乙烯、水进料
水合反应器
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。
. 物料恒算
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:
单耗C2H4/95%C2H5OH
产物中:乙醇 C2H5OH %
乙醛CH3CHO 2%
*** C2H5OC2H5 2%
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
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=C2H5OC2H5 (2)
C2H5OH =CH3CHO+H2 (3)
(2)产品产量及其组成
50000/8000=6250 (Kg)
其中: C2H5OH 6250×%= kg= kmol
CH3CHO 6250×2%=125 kg = kmol
C2H5OC2H5 6250×%= kg = kmol
H2 6250×2%=125 kg = kmol
总摩尔数=+ + + = kmol
乙烯投入量:6250×= (kg)
数据校核
根据反应式消耗乙烯量:+ + = kmol=
与投入量基本符合,与设计要求基本一致。
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
101150
36