年产3万吨乙烯催化氧化生成乙醛工艺设计

*****课程设计

课程名称化工工艺课设

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实验时间

目录

1.综述 (1)

1.1产品性能介绍 (1)

1.2产品需求 (1)

1.3生产方法 (2)

1.3.1乙炔水化法 (2)

1.3.2乙醇氧化法 (4)

1.3.3烷烃直接氧化法 (5)

1.4流程叙述 (7)

1.4.1反应岗位 (7)

1.4.2精馏岗位 (8)

1.4.3再生岗位 (9)

2设计工艺计算 (10)

2.1原材料和成品的技术规格 (10)

2.1.1原材料 (10)

2.1.2成品 (10)

2.1.3生产指标 (11)

2.1.4生产规模 (11)

2.1.5原料来源 (11)

2.1.6生产制度 (11)

2.2物料衡算 (11)

2.2.1基础计算 (11)

2.1.2冷凝器的物料衡算 (14)

2.2热量衡算 (17)

2.2.1.反应热 (17)

2.2.2凝器热量衡算 (18)

2.3 设备计算 (20)

2.3.1基础数据 (20)

2.3.2纯醛冷凝器设备计算 (20)

4.冷凝器设备CAD (21)

4.1装配图 (22)

4.2附件及剖面图 (23)

4.3工艺流程图 (24)

参考文献 (25)

附录 (26)

乙烯催化氧化生成乙醛工艺设计

1.综述

1.1产品性能介绍

乙醛（acetaldehyde）是一种醛，又名醋醛，无色易流动液体，有刺激性气味。熔点－121℃，沸点20.8℃，相对密度小于1。可与水和乙醇等一些有机物质互溶。易燃易挥发，蒸气与空气能形成爆炸性混合物，爆炸极限 4.0%～57.0%（体积）。天然存在于圆柚、梨子、苹果、覆盆子、草莓、菠萝、干酪、咖啡、橙汁、朗姆酒中。具有辛辣、醚样气味，稀释后具有果香、咖啡香、酒香、青香。

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。1.2产品需求

国内乙醛生产方法有乙烯氧化法、乙醇氧化法和乙炔氧化，法烷烃直接氧化四种技术路线。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，1992年产量为44.37万吨，其中乙烯法约占64％，酒精法约占33％，乙炔法约占3.2％。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[1]。

1.3生产方法

乙醛的生产有三种，分别是乙炔水化法、乙醇氧化法、乙烯络合氧化法。

1.3.1乙炔水化法

在高汞离子或磷酸钙存在下,乙炔与水进行加成反应即生成乙醛。反应式为：

CHO(l)CH O(l)H CH(g)CH 32→+= (1)

乙炔水合法生产乙醛是一种古老的方法，我国目前基本没有用此法生产乙醛。该法分为汞法和非汞法两种，汞法生产一吨乙醛要消耗0.8公斤金属汞，汞蒸汽会逸出会严重危害身体健康，污染环境。因此以前一般都用非汞法，是以可、磷酸钙为催化剂，并且以天然气乙炔为原料，采用多层塔式固定床反应器，但方法的催化剂中的镉剧毒，且强度差，消耗高，生产成本高。乙炔水合法不需要贵金属把催化剂和制氧设备及种耐酸材料,生产规模可大可小,在有天然气或煤炭和水电资源的地区因地制宜地采用乙炔水合法生产乙醛在技术经济上仍然站得住。

1.德国方法是被广泛采用的方法，其反应基本上是在常压及90~100℃的温度下进行。在此过程中,除乙炔水合生成乙醛外,不可避免地还有一些副产物伴生。其中特别需要加以控制,否则将会影响乙醛产率的是乙醛氧化成乙酸及乙醛精合(继而脱水)成丁烯醛(及树脂状物)。这一方法存在一些缺点,主要有：

(1)在反应过程中使用大量的乙炔进行循环，一方面易使催化剂中毒,另方面有可能增加乙炔及乙醛的揖失；

(2)反应放出的热量为乙醛、乙炔及水蒸汽等移出反应系杭而散失,在提汉晨乙醛时又再施以大量热能进行精韶；

(3)如果乙醛的精馏于常压下进行,Rlj 还需要冷冻冷凝；

(4)流程相当复杂。

2.窒素方法为克服德国方法存在的缺点，才研究成功井发展了窒素方概这一方法乃基于下列事实：

(1)乙炔水合是一剧烈的放热反应,生成每克分子乙醛其反应热为3.37千卡。

(2)由于乙醛一水的二元混合物的汽液祖成分布很竟，因此用蛟小的迥流此郎可借精貂而分离之。这就表明,用蛟少的热量良p能达到乙醛提浪的目的。

窒素方法的工艺流程如图所示。

图一窒素方法的工艺流程图

1-反应塔；2-洗涤塔；3-闪蒸器；4-分凝塔；

5-精馏塔；6-冷凝器；7-受器。

将适量乙炔通入盛有催化溶液的反应塔中进行反应,反应温度为68~73℃，反应压力为1.4~1.5公斤/厘米。在此条件下,乙炔基本上完全转化。乙炔中含有的少许惰性气体通过洗涤塔进行洗涤后，散逸于大气中。反应所用的催化溶液耀洗滁塔而于反应塔的上部加入。含有1.5~2%乙醛的催化溶液,即所谓母液进入闪蒸器，在此借真空及母液的显热而急闪蒸发，逸出的蒸气中含有70%(以重量舒)的乙醛。已被分离掉60%乙醛而温度低于反应温度5℃的母液，重新返回反应塔,以便循环利用。从闪蒸器出来的蒸气进入分凝塔中,部份水被冷凝,同时蒸气的温度降至35℃。这时蒸气中乙醛的含量提高到86%。

离开分凝塔的蒸气经加压至2.5公斤/厘米2，后进入精馏塔。借蒸气本身的潜热及压缩产生的热量作为精馏操作的热源。由于乙醛与水易于分离，精馏时所需回流比不大，故并不再需要外界供热。此外,由于精馏系统在2.5公斤/厘米2的压力下进行，这时，乙醛的液化温度为45℃,故其冷凝用普通冷却永即能实现之。

总括起来,窒素方法具有下列优点：