直接水合法制备乙醇解读

1、化工设计：t/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贾玉婷 2013437043PID图，PFD图设计：邱雨涵2013437035 陈冠友2013437023 刘冠豪 2013437045张琳 2013437037 t/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醚，乙醛，醋酸，

2、乙二醇醚、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,反应压力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臵一个洗涤塔(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,因高温易使磷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.萃取分离出乙醚和乙醛,萃取剂为水(可增大乙醚和乙醛与乙醇的相

3、对挥发 度),两塔串联,第二萃取塔塔顶出乙醚、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,有机相中主要为乙醚,返回反应器,水相经蒸馏,塔顶得乙醛-乙醚共沸物,另行处理,塔釜为含乙醚的水,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,在精馏时加氢氧化钠溶液,可除去乙醛(碱能催化乙醛发生缩合反应,生成高沸点缩醛)。精馏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2040 ppm。乙醇精馏乙醚乙醇分离未反应乙烯分离乙烯、水进料 2.流程方块图水合反应器3.厂址选择 厂址选择在山东省东营垦利双

4、河镇集贤村，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。工艺设计计算 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8000h。相关数据如下：水烯比 ：0.7单耗C2H4/95%C2H5OH 0.578

5、产物中：乙醇 C2H5OH 94.5% 乙醛CH3CHO 2% 乙醚 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1。图1 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 H2OC2H5OH （1）副反应： 2 C2H5OHC2H5OC2H5 （2） C2H5OH =CH3CHO+H2 （3）（2）产品产量及其组成 50000/8000=6250 (Kg) 其中： C2H5OH 625094.5%=5906.25 kg=128.4 kmol CH3CHO 62502%=125 kg =

6、 2.84 kmol C2H5OC2H5 62502.5%=156.25 kg = 2.11 kmol H2 62502%=125 kg = 2.84 kmol 总摩尔数=128.4+2.84 + 2.11+2.84 =136.19 kmol(3) 乙烯投入量：62500.578=3612.5 （kg）(4) 数据校核 根据反应式消耗乙烯量：128.4+2.84 + 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16表1 水合反应器物料衡算表进 料出料物料名称质量，kg物质的量，kmol物料名称质量，

7、kg物质的量，kmol乙烯101150 3612.5乙烯 91029.123251.04水42669.9 2370.55水40269.62237.2乙醇5906.4128.4_乙醚156.142.11_乙醛124.962.84_氢气5.682.84合计5983.05143819.9_137491.95624.43表2 分离器物料衡算表进 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 42669.9 2370.55水40269.62237.2乙醇 5906.4 128.4乙醇5906.4128.4乙

8、醚 156.14 2.11乙醚156.142.11乙醛124.962.84乙醛124.962.84氢气5.68 2.84氢气5.682.84合计150013.086119.25137491.92698.494表3 萃取器1物料衡算表进 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91029.12325.104乙烯水 40269.62237.2水 40269.62237.2乙醇 5906.4128.4乙醇5906.4128.4乙醚 156.142.11乙醚1.56140.0211乙醛124.962.84乙醛12.4960.284氢气5.682.84氢气合计1

9、37491.92698.49446190.0572365.9051表4 萃取器2物料衡算表进 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 乙烯水 40269.62237.2水 4026.96233.72乙醇5906.4128.4乙醇5906.4128.4乙醚 1.56140.0211乙醚1.56140.0211乙醛12.4960.284乙醛12.4960.0284氢气氢气合计46190.0572365.90519947.417362.4251 表5 精馏塔物料衡算表进 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乙烯乙烯

10、水4026.96233.72水5798.88322.16乙醇5906.4128.4乙醇271687.55906.25乙醚 1.56140.0211乙醚乙醛12.4960.0284乙醛氢气氢气合计9947.417362.4251277486.386228.41表6 脱水器物料衡算表进 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水5798.88322.16水乙醇271687.55906.25乙醇271687.55906.25合计277486.386228.41271687.55906.25 2.能量恒算（均按每小时计）1. 换热器 在换热器中没有化学变化，只有显

11、热。设进去换热器是温度为25，蒸发温度为100。表7 原料乙烯和水带入的热量物料名称物质的量kmolCp，mkJ/(kmolK)T,K热量/kJ乙烯3386.543.562984.40107水2370.5575.2915.32107合计9.72107 0.1MPa 水的汽化热为 2257.2kJ/kg 水的相变热为 2257.22370.5518=9.63107kJ表8 原料气带出的热量物料名称物质的量kmolCp，mkJ/(kmolK)T,K热量/kJ乙烯3386.571.5559814.5107水2370.5536.325.15107合计19.65107 则需要补充热量 9.63107+1

12、9.651079.72107=19.56107 固定管板式列管换热器 传热系数 30506100kJ/(m2hK） 传热面积 40164 M2/m32. 水合反应器（1） 气体进入反应器带入热量 19.65107kJ（2） 表9 反应热（反应温度为325）反应物质的量kmol反应热kJ/kmol热量/kJC2H4 H2OC2H5OH132.62-4104-5.30106C2H5OH =CH3CHO+H22.84-1.66105-4.711052 C2H5OHC2H5OC2H54.221.551056.37105合计-5.14106即反应放出总热量为5.14106 kJ3. 冷却器设转化气为理想

13、气体 100%冷却 冷却至70表10 冷却器的热量变化物料名称物质的量kmol相变热 kJ/mol热量/kJ乙醇132.62-41.51035.50106乙醚4.22-25.1041031.06106水2237.2-125.41032.81107合计3.36107表11 转化气带出的热量 70物料名称物质的量kmolCp，mkJ/(kmolK)T,K热量/kJ乙烯3251.0443.722934.88107乙醛2.8454.855.34104乙醚2.11112.978.18104氢气2.8428.852.81104合计5.041074. 冷却器氢气带走的热量 2.8428.85303=2.48104kJ 325.10443.72303=4.31106kJ乙醚的相变热 2.1125.104103=5.30104kJ5. 吸收塔（萃取1、2，精馏塔）转化气带入的能量 5.04107-2.48104+5.30104=5.06107kJ表12 物料名称物质的量kmolCp，mkJ/(kmolK)T,K热量/kJ乙醇128.4111.463034.34106乙醛 0.028454.8547200乙醚 0.0211112.97722.3水223.7275.2915.10106合计9.44106吸收2段吸收能量 5.06107-9.44106=4.16107k