直接水合法制备乙醇解析

1、化工设计：5xlO化/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萌3E婷2013437043PID图,PFD图设计:邱雨涵2013437035陈冠友2013437023刘冠豪2013437045张琳20134370375x10 4t/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醞，乙醛，醋

2、酸, 乙二醇醛、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325°C仮应压力69MPa,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 艺流程中设路一个洗涤塔（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,因高温易使隣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萃取分离出乙醞和乙醛，萃取剂为水

3、（可增大乙豔和乙 醛与乙醇的相对挥发度），两塔串联，第二萃取塔塔顶出乙醛、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,有机相中主要为乙瞇返回反应 器，水相经蒸馆，塔顶得乙醛乙醛共沸物，另行处理，塔釜为含乙醛的水，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,在精馆时加氢 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）。精馆塔 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 ppmo3厂址选择未反应乙 烯分离厂乙醛乙醇分离乙醇精 徭厂址选择在山东省东营垦利双

4、河镇集贤村z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 .工艺设出十算41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8000ho相关数据如下：水烯比：0.7单耗 C2H4/95%C2H5OH 0.5

5、78产物中：乙醇C2H5OH 94.5%乙醛 CHsCHO 2%乙醛 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lo乙烯图i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 + H20 = 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 6250x945%=590625 kg=128.4 kmolCH3CHO 6250x2%=125 kg =

6、 2.84 kmolC2H5OC2H5 6250 x25%=156.25 kg = 2.11 kmolH2 6250x2%= 125 kg = 2.84 kmol总摩尔数=128.4+2.84 + 乙 11+乙84 =136.19 kmol乙烯投入量：6250x0.578=36i2.5 ( kg )(4)数据校核根据反应式消耗乙烯量：12&4+乙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®算表迸料出料物料名称质量,kg物质的量，kmol物料名称质

7、量/ kg物质的量，kmol乙烯1011503612.5乙烯91029.123251.04水42669.92370.55水40269.62237.2乙醇5906.4128.4乙醛156.142.11乙醛124.962.84氢气5.682.84合计5983.05143819.9137491.95624.43表2分离器物料衡算表迸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1011503612.5乙烯91029.12325.104水42669.92370.55水40269.62237.2乙醇5906.4128.4乙醇5906.4128.4乙醛156.142.

8、11乙醛156.142.11乙醛124.962.84乙醛124.962.84氢气5.682.84氢气5.682.84合计150013.086119.25137491.92698.49400 舔0 ©关ss137491.95 土 COa Mdi2698.4942g2g21112842237Kjk3 3 -w脚关SR圧*446190.057a No2365.905122UjN>酋K3 3-It®00®SRs46190.057a Ho2365.905112843k厠 § 3 -»(M®SR圧*¥9947.417SflNds3

9、62.42513k舸3 3 -MD)0(M 灘0 ®SRs9947.417a Ho362.42511284LJ3k3 3 -刪®SR圧*¥277486.38SflNds6228.41k舸3 3 -MD)*6s为 i 畫*K 進277486.38271687.5SR Nd6228.41酋 k 3R 3 S -wEE*4271687.5271687.5SRMoJ5906.25k刖3 S -删4 . 2能量恒算（均按每小时计）物料名称扔质的里 knol乙烯3386. 5水2370.55冷却器扔料名称kmol乙烯3251.04水2237.2乙齟2.11乙酵2.84氨气2.

10、84乙薛128.4柳料名称初质的塑加乙烯325.104水2237.2乙離2.11乙匪2.84氢弓2.84ZS?128.4物料名称水322.16乙薛5906. 251ITIbdr物料名祢物质的堂 knoL2237.20.2110.284乙醉128.4初料毎称物质的星kmol223. 72乙联0.0211乙醛0.0284乙醇128.4物料名称盾里，kg乙醉5906. 25图2乙醇生产细料平衡图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°C ,蒸发温度为100°Co表7原料乙烯和水带入的热量物料名称物质的量kmolCp , mkJ/(kmohK)T,K热量

11、/kJ乙烯3386.543.562984.40 xlO7水2370.5575.2915.32xl07合计9.72x107O.IMPa水的汽化热为2257.2kJ/kg水的相变热为 2257.2x2370.55x 18=9.63x 107kJ表8原料气带出的热量物料名称物质的量kmolCp , mkJ/(kmohK)T,K热量/kJ乙烯3386.571.5559814.5xl07水2370.5536.325.15xl07合计19.65xl07则需要补充热量 9.63xl07+19.65xl07 - 9.72xl07=19.56xl07固定管板式列管换热器传热系数 30506100kJ/(m2-h

12、 K)传热面积40164 M2/m32.水合反应器(1 )气体进入反应器带入热量19.65xl07kJ(2 )表9反应热(反应温度为325°C )反应物质的 量 kmol反应热 kJ/kmol热*/kJC2H4 + H2O = C2H5OH132.62-4xl04-5.30 xlO6C2H5OH 二CH3CHO+H22.84-1.66x10s-4.71 xlO52 C2H5OH = C2H5OC2H54.221.55x10s6.37x105合计-5.14X106即反应放出总热量为5.14xl06 kJ3.冷却器设转化气为理想气体100%冷却冷却至7(rc表10冷却器的热量变化物料名称

13、物质的量kmol相变热kJ/mol热量/kJ乙醇132.62-41.5X1035.50x106乙醛4.22-25.104X1031.06X106水2237.2-125.4X1032 81X107合计336“07表11转化气带出的热量70°C物料名称物质的量kmolCp , mkJ/(kmohK)T,K热量/kJ乙烯3251.0443.724.88x107乙醛2.8454.852935.34xl04乙醛2.11112.978.18xl04氢气2.8428.85乙 81xl04合计5.04xl074.冷却器氢气带走的热量 2.84x2&85x303=2.48x：104kJ325.104x43.72x303=4.31xl06kJ乙讎的相变热 2.11x25.104xl03=5.30xl04kJ5.吸收塔（萃取4 2,精惴塔）转化气带入的能量 5.04x 107-2.48x 104+5.30x 104=5.06x 107kJ表2物料名称物质的量kmolCp , mkJ/(kmohK)T,K热量/kJ乙醇128.4111.464.34x106乙醛0.028454.8530347200乙醛0.0211112.97722.3水223.7275.2915.10xl06合计9.44 xlO6吸收 2