年产8万吨乙醛工厂设计

1、宁波工程学院化工设计项目名称： 年产8万吨乙醛工厂设计 学院名称： 专 业： 指导老师： 班 级： 组 员： 完成时间： 目 录前言4总论5项目概述5项目名称5项目性质5编制原则5建设的意义6第1章 物料性质71.1产品性质71.1.1乙醛物理性质71.1.2乙醛化学性质7第2章 产品应用82.1产品应用82.1.1应用于巴豆醛和山梨酸市场82.1.2应用与吡啶以及其衍生物9第3章 工艺的选择103.1原料选择：103.2原料来源：103.3反应：103.4机理:113.4.1.含盐酸水溶液中113.5工艺路线123.5.1.乙炔水合法：123.5.2.乙醇氧化或脱氢法：123.5.3.烃类氧

2、化法：123.5.4.乙烯直接氧化法：13 3.6工艺路线的选择133.6.1 wacker法反应历程143.6.2 wacker法的优点143.7工艺条件153.7.1.原料纯度：153.7.2.原料气配比：153.7.3.反应温度及压力15第4章 物料衡算164.1已知参数164.2.反应器的物料计算164.3冷凝器的物料衡算194.4吸收塔的物料衡算214.5脱轻组分塔的物料衡算224.6精馏塔的物料衡算23第5章 热量衡算245.1反应器的热量衡算245.2第一冷凝器热量衡算29第6章 厂址选择316.1吉林市数据参数316.2厂址选择原则 32 6.3吉林化工园区32 6.3.1基础

3、建设优势33 6.3.2原料供应优势33 6.3.3人才优势34第7章 换热器的设计347.1换热器的设计347.1.1.计算热负荷和冷却水量347.1.2冷凝器选型：347.2.校核传热面积40第8章 aspen核算40第9章 设备选型43前言乙醛是无色，有刺激性气味的液体,密度比水小,沸点20.8o,易挥发、易燃烧,且能和水、乙醇、乙醚、氯仿等互溶。乙醛也是一种重要的烃类衍生物，在合成工业上也是一种重要的中间体，其本身几乎没有直接的用途，完全取决于市场对它的下游产品的需求及下游产品对生产路线的选择,主要用于醋酸、醋酐、醋酸乙烯等重要的基本有机化工产品。但是随着科技的发展,原来完全以乙醛为原

4、料的化工产品(如醋酸)可能会改变原料路线和生产方法,乙醛下游产品的市场也会发生变化,乙醛下游产品的开发会出现一些全新的产品。国内乙醛生产方法有乙烯氧化法、乙醇氧化法和乙炔氧化法三种技术路线。生产的乙醛绝大多数都用于生产醋酸的原料，只有少量用于生产季戊四醇、醋酐、丁醇、丁酸、过氧醋酸等产品。可以说国内乙醛的下游产品在某种意义上说就是乙醛经醋酸而生产的下游产品。据1994年出版的中国化学工业统计信息报道，1993年吉化公司等12家的乙醛产量为26.7万吨，估计国内总生产能力可达到30多万吨。然而总体来说我国醋酸生产装置数量多，装置能力小，据1993年统计，我国醋酸的总生产能力为47.26万吨，19

5、92年产量为44.37万吨，其中乙烯法约占64。但由于醋酸下游产品的需求量巨大，有人预计今后几十年内我国醋酸市场将日趋紧俏，因而改进装置提高乙醛生产能力，从而增大醋酸产量以成当务之急。另外，以乙醛为原料生产其它产品的工艺在我国仍为得到较大发展，如国内已生产的乙醛下游产品，除了醋酸系列产品外，还有季戊四醇、丁烯醛、丁酸、三氧乙醛等产品，但相对来看产量很少。在我国，季戊四醇的乙醛消耗量占第二位，但产量和装置能力都较低。1992年季戊四醇的实际产量为13243吨，耗乙醛约为5300吨，只占乙醛总产量的1.7%。但是可以预计随着该类产品的走俏，作为原料的乙醛需求量越来越大总论 项目概述 项目名称年产8

6、万吨乙醛的工厂设计 项目性质本项目是为了设计一个年产量为8万吨的乙醛工厂的设计，新的生产方法是将乙烯在氯化铜-氯化钯的催化下用空气直接氧化。主要用于生产乙酸、乙酸乙酯和乙酸酐，也用于制备季戊四醇、巴豆醛、巴豆酸和水合三氯乙醛。使单位生产能力的投资和成本大幅降低，有利于提高下游产品的经济竞争力。1 中石化2005 154号石油化工项目可行性研究报告编制规定；2 国家地区建设、税收等有关法律、法规；3 中石化协产发2006 76号化工投资项目可行性研究报告编制办法；4 中华人民共和国环境保护法、中华人民共和国劳动安全法等相关的国家法律、法规；5 化工工厂初步设计文件内容深度规定（hgt20688-

7、2000）； 编制原则（1）认真贯彻执行国家基本建设的各项方针、政策和有关规定，执行国家及各部委颁发的现行标准和规范。（2）结合我国国情，选择技术先进、工艺成熟、切合实际的设计方案，着重考虑先进性、可靠性、合理性三项原则。（3）为了降低工程投资，本项目催化剂及工艺技术全部立足国内，采用国内先进成熟可靠的催化剂及工艺技术。（4）设计中尽一切努力节能降耗，节约用料，提高利用率，增加产量。选用清洁生产工艺，注重环境保护，在生产过程中减少“三废”排放，同时采用行之有效的“三废”治理措施，贯彻执行“三废”治理、“三同时”的原则。（5）注重劳动安全和卫生，设计文件应符合国家有关劳动安全、劳动卫生及消防等标

8、准和规范要求。贯彻化工生产装置布置的“五化”原则，即一体化、露天化、轻型化、大型化和国产化，以达到节省投资和减少占地的目的。（6）做好劳动保护和工业卫生，减轻劳动强度，保护职工身体健康。 建设的意义 乙醛本身几乎没有直接的用途，是一种重要的有机合成中间体，我国市场现在对于乙醛下游产品是需求量日益加大的，所以反过来对于乙醛而言的需求量也是日益增多的，所以我国对于乙醛工业的重视程度一直是保持不变的，由于原来的乙醛的工业制法对于环境的破坏程度比较高，近几年，有了新的催化剂的出现，使得乙醛工业又有了新的一次飞跃。第1章 物料性质1.1产品性质 1.1.1乙醛物理性质表1-1 乙醛的物理性质分子式相对分

9、子质量颜色沸点相对密度44.05无色210.804-0.811表1-1 乙醛的物理性质熔点闪点溶解性燃烧热引燃温度-121-39能跟水、乙醇、乙醚、氯仿等互溶。279.0 kcal/mol140 1.1.2乙醛化学性质乙醛具有毒性：ld501930mg/kg（大鼠经口）；lc5037000mg/m3，1/2小时（大鼠吸入），此浓度使动物出现明显的兴奋症状；15min后即出现麻醉；存活者迅速恢复。动物尸检主要发现为肺水肿。猫接触2g/m3时则出现严重刺激症状，20g/m3浓度时，经12h，因呼吸麻痹而死亡。乙醛为乙醇在体内代谢的一种产物，可引起脸潮红、心悸及血压下降等不适症状。这些作用可由于同时

10、接触二硫代秋兰姆（又称“antabuse”，可作戒酒剂及橡胶抗氧化剂）、氰酰胺和二甲酰甲酰胺而加剧，乙醛为香烟雾中的成分之一，具有纤毛毒性，可减少肺巨噬细胞数。低浓度引起眼、鼻及上呼吸道刺激症状及支气管炎。高浓度吸入尚有麻醉作用。表现有头痛、嗜睡、神志不清及支气管炎、肺水肿、腹泻、蛋白尿肝和心肌脂肪性变。可致死。误服出现胃肠道刺激症状、麻醉作用及心、肝、肾损害。对皮肤有致敏性。反复接触蒸气引起皮炎、结膜炎。第2章 产品应用2.1产品应用乙醛本身几乎没有直接的用途，是一种重要的有机合成中间体，可用于生产许多产品，包括醋酸醋酸酯、乙二醛、巴豆醛、三氯乙醛 、季戊四醇、醋酸。 2.1.1应用于巴豆醛

11、和山梨酸市场巴豆醛，也称丁烯醛，是重要的有机合成中问体。巴豆醛与乙烯酮反应生成的山梨酸是目前国际 上应用最广泛的高效无毒食品防腐剂。巴豆醛氧化可制得巴豆酸，其共聚物可广泛应用于造纸、医药及纺织工业中的黏结剂。 山梨酸( 钾) 则是目前全世界公认的最为安全的食品防腐剂，它与丙酸( 盐) 、 双乙酸钠将成为未来主 要食品防腐剂。山梨酸( 钾) 可参与人体的新陈代谢，在人体内不会积累，最后分解为二氧化碳和水，其毒性仅为苯甲酸( 钠) 的14，是食盐的 12 。山梨酸(钾)的防腐效果优良，且不影响食品的原有风味， 已得到世界公认，被全球所有国家和地区接受和使用。山梨酸(钾) 取代苯甲酸纳作食品防腐剂已

12、是大势所趋。巴豆醛的最大市场消费领域是与乙烯酮合成食品防腐剂山梨酸(钾)，我国山梨酸(钾)的生产技术研究始于2 0世纪 7 0年代，现已形成多套千吨级以上的生产装置， 2 0 1 1 年我国山梨酸(钾)的总产能已超过7万fa 。 国际上巴豆醛的主要生产厂家有 日本大赛璐 、 伊斯曼、 沙索和塞拉尼斯。2 0 0 0年以前我国的巴豆 醛生产很少，主要集中在吉化公司，年产量数千吨， 远远不能满足国内的市场需求。而山梨酸(钾)生产企业主要集中在江苏，近年来， 华东地区纷纷新建生产装置，2 0 1 1 年国内巴豆醛的产能已达到 l 0万 t ，。巴豆醛在我国有良好的市场发展空间，经济效益亦佳。 随着食

13、品工业的不断发展以及食品结构的不断 调整， 山梨酸(钾)作为国内外一致公认的最好、无毒食品防腐剂，将逐步取代毒性较大的苯甲酸钠， 其市场前景被业内外人士普遍看好。我国人口众多，将成为山梨酸及其盐类的生产大国和消费大国，市场消 费潜力巨大，山梨酸及其盐类的市场将进入高速发 展期， 尤其近年来食品安全已引起广泛的重视， 我国对山梨酸的市场需求量将有较大的增长。当前我国的山梨酸技术已日趋完善，产品质量与国外先进技 术不相上下， 出口前景看好， 随着山梨酸产业的发展 壮大，也必将带动需求增长， 2 0 1 1 年巴豆醛的市场 需求增长率已达到 5 ，主要收益于下游山梨酸(钾)需求的增长。 2.1.2应

14、用与吡啶以及其衍生物吡啶，又名氮杂苯，是乙醛的重要衍生物。吡啶、烷基吡啶及其衍生物是重要的精细化工原料，广泛应用于制备农药、医药、食品添加剂、饲料添加剂、 染 料、 日用化学品和高分子化合物，也是制备有机化合物的催化剂和溶剂。近年来， 由于杂环类农药的开发应用，使现代农药达到了超高效、低公害甚至无公害 的新阶段。近年开发的新农药品种中有80是含杂环的化合物，其中又以含氮杂环化合物为主，吡啶衍生物是这类农药中的重中之重。美国农用化学品消 费毗啶约占总消费量的7377。吡啶化合物在农药生产上的应用，主要用于生产除草剂、敌草快等，杀虫剂主要是毒死蜱及甲基毒死蜱等，此外吡啶也用于胺菊酯的原料，另外吡啶

15、还用于生产丙炔菊酯及植物生长调节剂助壮素等。 3一甲基吡啶可用于 生产氟禾草灵、吡氟氯禾草灵等旱田除草剂、 硫代氨基甲酸酯类水田除草剂哌草丹。 3一甲基吡啶也是杀 虫剂吡虫啉的原料，吡虫啉是目前市场上竞争异常 激烈的农药新品种。 2011 年，世界吡啶产能约为 20.5万 t ，预计到 2015年将达到 24万 t 。国外在今后相当长的一个时期内吡啶产能将呈现出过剩态势。吡啶的市场需求 将很大程度上依赖农药的需求 ，百草枯 、敌草快、毒死蜱等农药的市场需求预计在亚洲( 主要是中国) 和 中南美等有较大的增长。目前 ，全球范围内吡啶的生 产和消费基本上处于平衡状态， 预计未来几年美国、欧洲 、日

16、本等国家和地区的吡啶市场消费量不会明 显增长，吡啶的主要下游产品百草枯 、 敌草快 、 毒死蜱等的市场已基本趋于饱和。虽然有一批含吡啶环 的农药新品种不断面世，但由于这些新品种均为高 效品种， 生产装置能力小 ， 实际消费吡啶数量有限， 不会对市场消费形成很明显的拉动作用。 2011 年 ，我国吡啶生产企业仅 5家，总产能约 为 634万t ，开工率为 5 0 。其中，红太阳集团有限 公司的吡啶产能已达到 3.7万 t ，居世界第四位， 也是我国唯一拥有 自主知识产权的规模化吡啶生产企 业。 预计到 2 014年我国吡啶的产能将达到约 9 万 t 。2009年我国吡啶碱的市场消费量约4 8 7

17、万 t ，消费结构为：农用化学品 518 、食品和饲料添加剂 228、s b v吡啶胶乳42、其他 21.2 。2011 年吡啶行业受下游最大用量的新型农药百草枯进口货冲击，市场需求减少，市场消费量为4.57万t 。吡啶化合物的市场销量也在一定程度上影响乙醛的市场销量。 第3章 工艺的选择 3.1原料选择：乙烯，空气。（原料乙烯和空气来源丰富而价格低廉。） 3.2原料来源： 乙烯来自乙烯厂，空气来自大气，低压蒸汽来自动力厂或热电厂。 3.3反应： 3.4机理: 3.4.1.含盐酸水溶液中 1)溶解并形成络合平衡:2.络合物重排: 络合物转化为络合物 3.不稳定的络合物进一步重排得到产物: 3.

18、5工艺路线 3.5.1.乙炔水合法：乙炔在硫酸汞催化剂作用下，液相水合生产乙醛。特点：a.乙醛产率高、纯度高 b.乙炔来自电石时，需要消耗大量电力c.催化剂中含有硫酸，催化剂再生时需用硝酸，设备腐蚀严重d.催化剂中含有汞，在生产过程中易挥发，严重影响工人身体健康目前石油和天然气制乙炔技术得到了很大的发展，乙炔水合法仍是重要的一种工业生产路线。(采用非汞催化剂，乙炔气相水合工艺) 3.5.2.乙醇氧化或脱氢法：乙醇氧化法：用银或铜作催化剂，在550左右的温度下进行反应。特点：乙醛的转化率为35%左右，产率达90-95%，在此反应中易生成一些深度的氧化产物而消耗一部分乙醇。乙醇脱氢法：用铜或以铬活

19、化的铜作催化剂，在260-290的温度下进行反应。特点：反应温度较低，不易生成深度氧化物，所生成的乙醛也不易分解，并副产高纯度氢气。乙醇脱氢法比乙醇氧化法更优越。 3.5.3.烃类氧化法：以丙烷或丁烷等饱和烃类为原料，催化或非催化气相氧化，能制得含有甲醛、醛、醇、酸、酮、酯等复杂有机含氧化合物。特点：由于各种产物的生成量均较大，它们的沸点较接近，分离困难，回收不易，还有较大的设备腐蚀问题，所以该法采用不多。 3.5.4.乙烯直接氧化法：优点：原料便宜，成本低及乙醛收率高，副反应少，是目前被认为生产乙醛最经济的方法，世界上约有70%的乙醛采用此法进行生产。缺点：氯化钯、氯化铜的盐酸溶液作催化剂，

20、对设备的腐蚀极为严重，要用贵金属钛等特殊材料。 3.6工艺路线的选择我们小组选择的是烯烃氧化法，即wacker法，其利用pdcl2、cucl2作催化剂，使空气和乙烯与水反应生成乙醛。用空气作为催化剂，对未转化的乙烯进行循环再利用，这就减少了操作和投资费用。是一个比较经济的工艺方法。图3-1工艺流程图3.6.1 wacker法反应历程 在本工艺中乙烯和氧在不同的反应器中发生反应。在第一个反应器中，乙烯被转化，而这种转化是几乎完全的，没有可回收的乙烯产生。在第二反应器中，催化剂发生再氧化（cu+cu2+）。空气可以用来代替纯氧，由于从反应器出来的气相仅含有可被排放的惰性组分（n2），在一步法工艺中

21、这些惰性组分将会在循环物料流中积累。 在工艺流程图中，乙烯的反应和催化剂氧化在两个独立的泡罩塔反应器中进行，乙烯和催化剂进入乙烯氧化反应器中。在上方的闪蒸器中有乙醛和水的蒸汽，乙醛在粗醛塔中被浓缩，而轻化合物和重化合物通过精馏被除去。 从粗醛塔底部被放出来的水一部分循环到闪蒸器中，用来维持催化剂浓度的恒定，另一部分水用来洗涤从催化剂氧化反应器和乙烯氧化反应器放出尾气中的乙醛。 催化剂溶液离开闪蒸器作为底部产品，并进入催化剂氧化反应器中，使cu+被空气氧化。氧气的转化几乎是完全的，催化剂溶液在分离器底部离开并循环进入第一反应器中，一小部分的催化剂被送入再生器中。 3.6.2 wacker法的优点

22、1.以廉价的空气代替纯氧，可以大大降低工厂的原料成本。2.乙烯和氧在两个反应器中反应，避免了混合爆炸的形成，使得工作环境更加的安全。3.将两种催化剂分开进行充能和加入反应，使得整个反应更加有效率。 3.7工艺条件 3.7.1.原料纯度：乙烯纯度99.5 氧的纯度99.5% 乙炔含量30ppm l硫化物含量3ppm乙炔含量与硫化物含量超标会导致催化剂中毒(a.乙炔与亚铜离子生成乙炔铜，与钯盐作用生成钯炔化合物等难溶物质使催化活性下降，引起发泡b.硫化氢与氯化钯生成稳定的硫化钯沉淀使催化剂活性下降)3.7.2.原料气配比：乙烯与氧的摩尔比是2:1，正好处在乙烯与氧气的爆炸范围之内，工业上乙烯循环使

23、用并大量过量，使混合物的组成在爆炸范围之外，乙烯的转化率为30%-35%。控制循环乙烯气中氧含量在8%左右，乙烯含量在65%左右，若氧含量达到9%或乙烯含量降至60%时，就必须立即停车，并用氮气置换系统中的气体，排入火炬烧掉。 3.7.3.反应温度及压力热力学：乙烯液相氧化生产乙醛在热力学上是很有利的，温度因素主要影响反应速度和选择性。温度t升高，k增加，反应速度增加；温度t升高，k降低，乙烯溶解度减小，反应速度减小。金属钯氧化：温度升高，可以提高pdcl4-的平衡浓度，使催化剂溶液中pd2+浓度增加，有利于加速羰化反应速度。氯化铜的氧化：温度升高，可以增大反应速度常数，但氧的溶解度却随之降低

24、。综合两者分析，温度对反应速度产生的影响，需要视两个相反效应哪个占优势而言。工业上一般控制在120-130摄氏度。乙烯氧化是个热效应很大的放热反应，降低温度，对反应平衡有利。热量移除靠产物乙醛和催化剂溶液中水的蒸发，所以催化剂溶液是处于沸腾状态操作的。反应器出口压力(绝压)为0.3-0.4mpa时，反应温度为399-403k,压力增加，乙烯和氧的溶解度增大，反应温度提高，但是总的效果不一定youli.kaol能量消耗、设备防腐材料的耐热性能和副产物的生成等因素，反应压力一般控制在300-350kpa.第4章 物料衡算 4.1已知参数 (1）生产能力：8万吨/年(2）生产时间：全年310天，每天

25、24小时，共计7440小时(3）产品要求：乙醛99.9%（mol%） 水0.1（mol%）(4）原料规格：乙烯99.7%（含乙烷0.3%）氧气99.00%（含氮1.00%）(5）乙烯的单位转化率：39.5%(6）乙烯生成乙醛的单程吸收率37.00%(7）乙烯的选择性：37.00%/39.5%(8)补加盐酸的浓度31.00%(质量)(9）催化剂增水量225.30kg/h(10）吸收塔底含乙醛4.46%（mol%）(11）反应部分乙醛损失0.99%（mol%）(12）精馏部分乙醛损失1.00%（mol%） 4.2.反应器的物料计算 1.反应器实际生产乙醛量的计算平均生产时间为7440h,且实际生产

26、的乙醛量理论生产的乙醛量损失的乙醛量x 244.102 x0.72所以 x244.1020.72x 解方程得：x245.872（kmol/h） 2.乙烯消耗量的计算（生成目标产物的乙烯消耗量） 1 1 x 245.872 x245.872（kmol/h） 3.加入反应器的乙烯量的计算收率转化为目的产物的乙烯量/加入反应器的乙烯量10037.24245.872/x x660.237（kmol/h） 4.副产物消耗的乙烯量选择性转化为目的产物的乙烯消耗量/反应掉的原料量10097.92245.872/x x=251.095（kmol/h）副产物消耗的乙烯量251.095-245.872=5.223

27、（kmol/h） 5.生成目的产物的耗氧量 1 1/2 245.872 x x=122.936（kmol/h） 6.副产物的量及组成利用碳原子守恒计算副产物的生成量，反应物碳原子数目生成物碳原子数目。计算结果见表21。表41 副产物含量序号名称分子式组成（）含量（kmol/h）1一氧化碳co248.025.0162氯甲烷ch3cl3.530.3693氯乙烷c2h5cl1.540.1614丁醛c3h5cho3.740.3915高沸物含三个c3.080.3226醋酸ch3cooh40.094.1887总量1.0010.4467.总耗氧量生成目的产物的的耗氧量副产物的耗氧量副产物的耗氧量5.0161

28、000.3910.504.11819.3295（kmol/h）总耗氧量122.936+9.3295132.2655（kmol/h） 图42 物料衡算图 表43 副产物含量组分h2on2o2c2h4c2h6co2ch3clc2h5cl含量0.827.148.0165.014.2713.700.940.11设放空量为d，循环气量为c，新鲜氧气量为a，新鲜乙烯量为b，则根据以上物料衡算图，则得方程组：对n2：a1d7.14对c2h6：b0.3d4.27对c2h4：b99.7c65.01660.237对o2：a99.0c8.01132.2655c8.01d8.01对以上四式联立解得（matlab程序见

29、附录2）：d18.926（kmol/h）； a135.133（kmol/h）；b269.382（kmol/h）； c602.465（kmol/h）4。4.3冷凝器的物料衡算1.第一冷凝器的物料衡算采用闪蒸计算基本公式:a)、xi=1 b)、i=zi/ki+e（1-ki）5a)、e：液化率 xi：液相组成 zi：进料组成设：汽相是理想气体，液相是理想溶液。已知条件：e-310/物料衡算p=4bar t=110 kch3cho=21.05 k 高聚物=0.160 kc3h5cho=0.430k= ps/p总利用h-b方程计算h2o、ch3cooh的ps值ln ps=a+b/t+c lnt+d ps

30、/t26试差计算psh2o=1000mmhg kh2o=1000/760/4=0.329psch3cooh=600mmhg kch3cooh=600/760/4=0.20设：液化率=0.282xi（h2o）=0.5090/0.329+0.282（1-0.329）=0.9822xi（ch3cooh）=0.00349/0.2+0.282（1-0.2）=0.0082xi(ch3cho)=0.1381/21.05+0.282(1-21.05)=0.0089xi(高聚物)=0.00035/0.16+0.282(1-0.16)=0.0009xi(c3h5cho)=0.00031/0.430+0.282(1

31、-0.43)=0.0005xi=1.0007一冷凝液量：ze=1709.470.282=482.07 kmol/h未凝气体量：z- ze=1709.47482.07=1227.40kmol/h2.第二冷凝器的物料衡算e-3102物料衡算：已知条件：p=3.5bar t=75 kch3cho=8.02 k高聚物=0.04 kc3h5cho=0.2根据h-b方程：ln ps=a+b/t+c lnt+d ps/t2 试差计算psh2o=289mmhg k(h2o)289/（7603.5）0.1086psch3cooh=170mmhg k(ch3cooh)=170/（7603.5）=0.0639设：液

32、化率=0.258xi(h2o)=0.3256/0.1086+0.258(1-0.1086)=0.9642xi（ch3cooh）=0.0017/0.0639+0.258(1-0.0639)=0.0056xi(高聚物)=0.0001/0.04+0.258(1-0.04)=0.0003xi(ch3cho)=0.1885/8.02+0.258(1-8.02)=0.0303xi(c3h5cho)=0.0002/0.2+0.258(1-0.2)=0.0005xi=1.0009二冷凝液量为：ze=1227.40.258=316.67 kmol/h未凝气体量为：z-ze=1227.4-316.67=910.7

33、3kmol/h3.第三冷凝器的物料衡算 e-3103物料衡算：已知条件：p=3bar t=45 kch3cho=0.56k高聚物=0.45 kc3h5cho=0.05k根据h-b方程：ln ps=a+b/t+c lnt+d ps/t2试差计算psco2 =75000mmhgpsch3cl=153400mmhgpsc2h4=15900mmhgpsh2o=70.6mmhgpsc2h5oh=2250mmhgpsch3cooh=35.9mmhgkco2=75000/(7603)=32.859kc2h5cl=2250/(7603)=0.987kch3cl=153400/(7603)=67.281kc2h

34、4=15900/(7603)=6.974kh2o=70.6/(7603)=0.031kch3cooh=35.9/(7603)=0.016设：液化率=0.166xi(h2o)=0.1032/0.031+0.166(1-0.031)= 0.5379xi(co2)=0.0905/32.859+0.166(1-32.859)= 0.0033xi(c2h5cl)=0.0008/0.987+0.166(1-0.987)=0.0008xi(ch3cl)=0.0062/67.281+0.166(1-67.281)=0.0001xi(c2h4)= 0.4299/6.974+0.166(1-6.974)=0.07

35、18xi（ch3cooh）=0.0004/0.016+x(1-0.016)=0.0022xi(高聚物)=0.00007/0.45+x(1-0.45)=0.0001xi(ch3cho)=0.2432/0.56+x(1-0.56)=0.3842xi(c3h5cho)=0.0001/0.05+x(1-0.05)=0.0005xi=1.0009三冷凝液量为：ze=910.730.166=151.18kmol/h未凝气体量为：z-ze=910.73-151.18=759.55kmol/h4.4吸收塔的物料衡算1.总吸收量塔底进气量塔顶出气量脱盐水量吸收塔的操作压力是2.7bar，温度为44，乙醛的饱和蒸

36、汽压为1709.56mmhg7；乙醛的平衡常数ki3.9674；在最小气液下塔板数无限多，则有aaccacc1；（l/v）min=aacckacc13.96743.9674，（l/v）1.7（l/v）min1.73.96746.745，v均（771.16587.97）/2679.565（kmol/h），l均（l。l。被吸收量）/2l。183.19/2，又因为l均v均（l/v）6.745679.5654583.666（kmol/h），所以求得l。4492.076（kmol/h）。则吸收塔顶加的工艺水量是4492.076kmol/h。2.吸收后塔釜出来的液体量及组成乙醛量二冷凝液量三冷凝液量水的吸

37、收量。氮气，氧气，乙烯，乙烷未被吸收，则釜液中没有；乙醛，丁醛，醋酸，高沸物都被全吸收；部分吸收的有氯甲烷，氯乙烷，二氧化碳，水；吸收量及塔釜出来的液体量及组成见表23。表44吸收塔计算结果组分进气量（kmol/h）出气量（kmol/h）吸收量（kmol/h）进气分率出气分率（）出液量（kmol/h）组成乙烯380.712380.7120.0000.49565.010.2250.000043氧气47.10247.1020.0000.0618.010.0000.000000氮气41.98641.9860.0000.0557.140.0000.000000氯甲烷5.5705.5050.0650.0

38、070.940.0770.000015氯乙烷0.6980.6440.0540.0010.110.0780.000015乙烷25.10925.1090.0000.0334.270.0000.000000二氧化碳80.58680.2300.3560.10513.70.5610.000108乙酸0.0620.0000.0620.00002.4520.000471乙醛169.5990.000169.5990.2200228.9200.043956水17.7154.80212.9130.0230.824975.2240.955313高沸物0.0010.0000.0010.00000.1880.00003

39、6丁醛0.0300.0000.0300.00000.2290.000044总量769.171586.090183.0811.0001005207.9531.0000004.5脱轻组分塔的物料衡算因尾气中乙醛的含量为0.35，则有acc量0.35d，尾气中组分有乙烯，二氧化碳，氯甲烷，氯乙烷，总量为0.2250.5610.0770.0780.941，所以由方程0.35d/（0.35d+0.941）=0.35,解得尾气中乙醛的含量为0.506，由6万吨加入脱盐水量为1000kg/h,则8万吨的加水量为:m8/610001333kg/h73.99（kmol/h）塔釜加入蒸汽量为：m1000/18.0

40、255.49（kmol/h）本设计把从吸收塔出来的粗乙醛进入v0402，再从v0402出来进脱轻塔的量不变，则脱轻塔的进料f5180.16。由脱轻塔的物料衡算列出物料衡算式：fl1l2dw所以w5180.16+73.99+55.49-1.4385308.202（kmol/h）。脱轻组分时，丁醛，醋酸，高沸物，全部进入塔釜，则t0201塔釜液的量及组成见表24。表45脱轻塔计算结果乙醛水丁醛醋酸高沸物各组分量（kmol/h）228.4145104.7040.3914.1880.3225338.019组成0.0430.9570.0000.0000.0001.0004.6精馏塔的物料衡算1.指标要求

41、：水的回收率是99.96，假定釜液中水含量必须要过99.93，塔顶没有高沸物，釜液中的丁醛是0，醋酸在侧采中为0，高沸物也是0。塔顶乙醛99.9，水0.06，醋酸0.02，丁醛0.02。则塔顶乙醛出料计算：8000010000.999/（800044.05）226.788（kmol/h），同理算出塔顶丁醛出料为0.0454kmol/h，水出料为0.1362kmol/h。2.水的回收率0.9996y/（5077.189333/18.02）y5620.38（kmol/h）；又釜液中纯醛的含量是0.02，则有x/（x5620.382.40660.188）0.02x1.125，wx5592.862.4

42、0660.1885624.099（koml/h），塔釜乙醛摩尔分数1.12482/5624.0990.02，同理算出塔釜水摩尔分数为99.93，醋酸摩尔分数为0.04。同理亦可算出侧采各组分含量及摩尔组成。精馏塔物料衡算结果见表25。表46 精馏塔物料衡算结果组分进料（kmol/h）出料(塔顶)（kmol/h）组成釜液（kmol/h）组成侧采（kmol/h）组成乙醛228.414226.78770.9991.124820.00020.50140.1793水5104.7040.13620.00065620.380.99932.11230.7551丁醛0.3910.04540.00020.3456

43、0.00000.18360.0656醋酸4.1880.04540.00024.14260.00040.00000.0000高沸物0.322000.3220.00000.00000.0000总合5338.019227.014815626.31512.79741.0000第5章 热量衡算热量衡算的理论依据是质量和能量守恒定律。5.1反应器的热量衡算1.反应热选基准温度125，即398.15k，在此温度下反应物及主要生成物的生成热及热容如下： c2h4(g) o2(g) ch3cho(l) ch3cooh(l) co2(g) h2o(l)hf(kj/mol) 52.26 0 -192.3 -484.

44、5 -393.51 -285.82cp（kcal/kmol/k）43.56 29.35 0 124 37.1 75.291 查石油化工数据手册可知，在3bar表压下，主反应的相变温度是61.32。 ch3cho(l)(25,1atm) ch3cho(l) (61.32,3atm) 25 1atm ch3cho(g) (61.32,3atm)(125,3.96atm ) ch3cho(g)(125,3.96atm)查得61.32下乙醛的相变热为：=24.39kj/kmol=5836.768（kcal/kmol）平均温度（）；乙醛比热容=26.88 kcal/（kmolk）；平均温度（）下比热容=

45、14.83kcal/（kmolk），则；平均温度下比热容：=11.69kcal/（kmolk）,=6.805kcal/（kmolk）；则；由热量衡算方程+=+得：=-58507+976.282+5836.768+944.37-1849.5=-52599.26(kcal/kmol)。 2.副产物放热量查石油化工数据手册可知，在3bar表压下，下列副反应相变温度是168。 ch3cooh(l)(25,1atm) ch3cooh(l)(168,3.96atm) 25 3.96atm ch3cooh(g)(168,3.96atm)(125,3.96atm) ch3cooh(g)(168,3.96atm

46、)平均温度t1（25168）/296.5()，该温度下乙酸比热容=33.73kcal/（kmolk）。则33.73（16825）4823.39(kcal/kmol)。168时醋酸相变热为=5090.6()，平均温度t2（125168）/2146.5()，且该温度下乙酸比热容20.185kcal/（kmolk），则20.185（125168）867.955(kcal/kmol)；平均温度t3（12525）/275()，该温度下11.69kcal/（kmolk）,6.805kcal/（kmolk）。则（11.69+6.805）（12525）1849.5(kcal/kmol)。由热量衡算方程+得：-

47、128411.48+4823.39+5090.6-867.955-1849.5-121214.945(kcal/kmol)3.水的放热量(25,1atm) (l)(143.67,3.96atm) 25 3.96atm (g)(143.67,3.96atm)(125,3.96atm) (125,3atm)平均温度t1（12525）/275()，该温度下co2的比热容=9.462kcal/（kmolk），则，c2h4和o2反应生成h2o的相变温度是143.67，其相变热为：=9210.05kcal/kmol；t2（25143.67）/284.335()，该温度下h2o的比热容=18.09kcal/

48、（kmolk），则18.09（143.6725）2146.74（kcal/kmol）；t3（125143.67）/2134.335，该温度下h2o的比热容=8.1kcal/（kmolk），8.1（125143.67）151.227（kcal/kmol），平均温度，该温度下11.69kcal/（kmolk）,6.805kcal/kmol。则（11.696.805）（12525）1849.5（kcal/kmol）；由热量衡算方程：+337540.672(2146.749210.05151.227946.2)1849.5315086.644（kcal/kmol）总的反应热为： 231.973(52599.26)2.452(121214.945)2.934/2(315086.644) -12961059.3（kcal/kmol）4.新鲜氧气进入反应器带走的热量已知新鲜氧气的进料温度是20，反应温度是125，平均温度为72.5，其中含有少量氮气。在没有相变热的情况下求新鲜氧气的比热容。表51新鲜氧气比热容表格o2(g)n2(g)xi（）991cpi（kcal/（kmolk）6.8036.976.735+0.06976.8047（kcal/（kmolk）,则新鲜氧气带入的热量为：124.1256.8047(20125)87571.89(/h)5.循环气带走的热量已知循环气和乙烯混合后的进料