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（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8000ho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 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 6250x94・5%=5906・25 kg=128.4 kmolCH3CHO 6250x2%=125 kg = 2.84 kmolC2H5OC2H5 6250 x2・5%=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 kmol⑶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5983.05143819.9—137491.95624.43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156.142.11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 Mdi■2698.4942g2g2■11128•42237Kjk3 3 -w脚关SR圧*446190.057a No■2365.905122UjN>酋K3 3-It®00®SRs46190.057a Ho■2365.9051128■43k厠 § 3 -»(M®SR圧*¥9947.417SflNds362.42513k舸3 3 -MD)■0(M 灘0 ®SRs9947.417a Ho■362.4251128■4LJ3k3 3 -刪®SR圧*¥277486.38SflNds6228.41k舸3 3 -MD)■*6s为 i 畫*K 進277486.38271687.5SR Nd■6228.41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2.84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. 251ITI•bdr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/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 3050~6100kJ/(m2-h K)传热面积40~164 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 = C2H5OC。