陈立军 周继亮 彭绍洪乙烯水合法生产乙醇乙烯水合法生产乙醇华南理工大学化工学院 指导老师：钱 宇 陆恩锡《化工系统工程》课程设计《化工系统工程》课程设计摘 要项目名称：乙烯水合法生产乙醇过程设计 产品名称：乙醇 产品规格：纯度95% 生产能力：100000吨/年 副产品：乙醚 产品用途：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、乙醚、醋酸、乙二醇醚、乙胺等乙烯制乙醇的生产方法• 间接水合法（硫酸法）CH2=CH2+H2SO4 C2H5OSO3H+C2H5OS2OC2H5 C2H5OH• 直接水合法H3PO4CH2=CH2+H2O C2H5OH直接水合法工艺 工艺特点Shell工艺 压力6.50MPa,300℃，催化剂为浸有磷酸的硅澡土，废气送装置外回收VEBA 催化剂改为活性更好的磷酸－膨润土 ，有专门 有专门乙烯回收装置 美国工业化学 采用了较好的催化剂，在6.67MPa,260℃下反 公司 通过定期向催化床喷磷酸保持活性，放空气压缩 回收，尾气作燃料。
工艺流程图• 创 新 与不同1.1.采用了更好的催化剂，反应温度更低采用了更好的催化剂，反应温度更低2.2.将尾气与放空气压缩后送回乙烯装置将尾气与放空气压缩后送回乙烯装置 回收流程、原料、产品乙醇 大于95％; 颜色 ≤10（7%---CO标度）;水 5％; 乙醛≤5mg/kg;酸类 ≤10mg/L; 甲醇 ≤800mg/L;酯 ≤30mg/L; 不挥发物 ≤20mg/L;工艺流程方块图原料质量要求：产品规格乙烯： 大于99.9％,惰性气体<0.1%(vol),O2<5ppm, C2H2<10ppm,H2<5ppm 水： 脱盐纯水 O2<50ug/L水 合 反 应 器未反应 乙烯分 离乙醚乙 醇 分离乙醇 精馏乙烯 ，水水合反应器的设计 ◆乙醇产量： 100000 吨/年；◆乙烯的空速约为1100h-1 ◆乙烯的容积流率约为 169000Nm3/h.◆ 催化剂容积V约为160m3 ，设计催化剂容积为180 m3。
反应方程式反应条件 反应器型式主反应：C2H4 + H2O→C2H5OH 副反应：C2H5 OH+ C2H5OH→C2H5OC2H5+H2O2C2H5OH→(C2H5)2O+H2O恒温固定床反应器，有利于催化剂进行气相反应由于为放热反应,但热 效应小,转化率低,恒温绝热时,反应热仅使反应产物温度升高10-20℃ ◇水烯比:0.7 ◇反应器：温度 260℃， 压力 6.67MPa，转化率 4-5% ;水合器参数设计• 内径为4.0m，外径4.2m，高度为13.5m • 设计压力：8.5MPa • 设计温度：350℃ • 水合器顶部设气体再分布器合磷酸喷淋 装置 • 采用碳钢做筒体，再以铜做衬里防止磷 酸对筒体的腐蚀 • 催化剂：采用磷酸-鹏润土做催化剂反应器进料加热系统计算• 用Superpro进行模拟 • 计算结果管式换热器换热面积为:98.03m2 加热器功率须198.27kW/h 原料气原料气电加 热器产 物 产 物反 应 产 物反应产物预处理 • 分离目的把不凝气和水、乙醇等产物分开 • 高压分离器分离条件温度:50℃, 压力:6.5-7.0MPa • 醇洗塔Kremser方程 回收率：99%，计算塔板数是11，取总板效率为ET=0.4，真实塔板数是27.塔高：14.5m 空塔气速为2880m/h 塔径为2.2m 乙醚塔计算• Aspenplus 模拟结果 回流比R= 0.51塔板数N= 20 进料塔板位置13冷凝器热负荷Q 冷凝器= 18,848.8 cal/s 再沸器热负荷Q 再沸器= 266,621 cal/s 取塔板效率E=0.5 ，则实际塔板数为40塔高22m塔径为1.206m乙烯和其他 气体乙醛乙醚乙醇水其他物 质 含量， %wt1.630.070.61978.10.6正常沸点 ℃小于0℃20.16 ℃34.48 ℃78.32 ℃100.0 ℃大于 110℃粗醇浓缩塔 计算• Aspenplus 模拟结果 回流比R= 2.4 塔板数N= 27进料塔板位置12冷凝器热负荷Q 冷凝器= 926450 cal/s再沸器热负荷Q 再沸器= 953941 cal/s取塔板效率E=0.5，则有实际的塔板数为52塔的高度(板间距 取0.6m)为：33.2m塔径为1.02m萃取精馏塔 计算•在处理羰基化合物后,进入萃取精馏塔，萃取剂为水。
Aspenplus 的模拟结果如下:回流比R= 3.0塔板数N= 28进料塔板位置13冷凝器热负荷Q 冷凝器= 1,072,110 cal/s再沸器热负荷Q 再沸器= 1,362,820 cal/s取塔板效率E=0.5，则实际的塔板数为56塔的高度为：35.6m塔径可由下式计算：0.98 m乙醇精馏塔 • 将多级萃取精馏脱杂质的乙醇液再进行精馏，得到 95%乙醇 • 模拟结果 回流比R= 4.4塔板数N= 26进料塔板位置15冷凝器热负荷Q 冷凝器= 959,779 cal/s再沸器热负荷Q 再沸器= 1,671,070 cal/s取塔板效率E=0.5，则有实际塔板数为52塔高度为：33.2m塔径D=1.11 m欢迎大家提出宝贵意见谢谢大家。