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年产76万吨乙醛工艺设计装置毕业设计说明
毕业设计
题 目: 年产7.6万吨乙醛工艺设计装置
专 业:
班 级:
学 生:
指导教师:
前 言
乙醛是有机化工产品的重要中间体,因其分子中具有羰基,反应能力很强,容易发生氧化,缩合,环化,聚合及许多类型加成反应。乙醛产量半数以上用于生产醋酸及其衍生物(如醋酐、醋酸脂等),也用于制备丁醇、异丁醇、季戊四醇等产品。这些产品广泛应用于纺织、医药、塑料、化纤、染料、香料和食品等工业。
工业上生产乙醛的原料最初采用乙炔,以后又先后发展了乙醇和乙烯路线。乙炔水化法成本高,因其催化剂——汞盐的污染难以处理等致命缺点,现以基本被淘汰。乙醇氧化或脱氢法制乙醛虽有技术成熟,不需要特殊设备,投资省,上马快等优点,但成本高于乙烯直接氧化法。乙烯直接氧化法制乙醛。由于其原料乙烯来源丰富而价廉,加之反应条件温和,选择性好,收率高,工艺流程简单及“三废”处理容易等突出优点,深受世界各国重视,发展非常迅速,现以成为许多国家生产乙醛的主要方法。
本设计采用乙烯直接氧化法制乙醛,年生产能力万吨,对工艺流程进行初步的探讨和设计。由于本人水平有限,经验不足,难免有不足和错误之处,恳请批评指正。前 言 I
第1章 设计说明 1
1.1 概述 1
1.1.1生产方法 1
1.1.2原材料和成品性质及技术规格 4
1.2 流程叙述 5
1.2.1总反应流程图 5
总反应流程简图1-1 6
1.2.2反应工段简述 6
1.2.3精馏工段简述 7
1.2.4再生工段简述 9
1.2.5三废处理 9
1.3 设备一览表 11
第2章 设计工艺计算 16
2.1 物料衡算 16
2.2 热量衡算 19
2.3 设备计算 25
2.3.1反应器设备计算 25
2.3.2壁厚计算与强度校核 26
2.3.3纯醛冷凝器设备计算 26
致 谢 28
参考文献 29
符号说明 30
附 图 31
第1章 设计说明
1.1 概述
本设计是以吉林工业职业技术学院化学工程系下达的设计任务书为指导思想,并参考吉林石化分公司103厂乙醛车间及生产技术资料为设计依据的。
乙醛是无色有刺激性气味的液体,密度比水小,沸点20.8O,易挥发易燃烧,能和水乙醇乙醚氯仿互溶乙烯氧化法,它是世界上第一个采用均相配位催化剂实现工业化的过程,该法以氯化钯氯化铜盐酸水组成的溶液为催化剂,使乙烯直接氧化为乙醛。总反应式为:
实际反应按下述两步进行:乙烯氧化:CH2=CH2+PdCl2+H2O→CH3CHO+Pd+2HCl
催化剂溶液的氧化再生:Pd+2CuCl2→PdCl2+2CuCl
C2H4+PdCl2+H2O=CH3CHO+Pd+2HCl (1)
2CuCl2+Pd=2CuCl+PdCl2 (2)
2CuCl+2HCl+1/2O2=2CuCl2+2H2O (3)
总的反应方程式:
C2H4+1/2O2=H2O+CH3CHO+243.3kJ (4)
当钯离子浓度较低时(0.005-0.04mol/L),乙烯吸收速度与钯离子浓度的一次方及与乙烯浓度的一次方成正比,与氯离子浓度的二次方及氢离子浓度的一次方成反比,其反应速度方程为:
-d[C2H4]/dt=k1[(PdCl4)][C2H4][Cl][H] (5)
实践证明,氯化铜氧化零价钯反应达到平衡的速度很快,不是整个过程的控制步骤反应(3)在氯离子的存在下,Cu+与Cl-形成络合离子CuCl-,其氧化反应的速度取决于[CuCl2-]和氧气的浓度。在生产过程中,通常称反应(1)为乙烯的羰基化反应,反应(3)为氧化反应。要使反应连续稳定地进行,必须使羰基化反应和氧化反应同步进行,也就是说两个反应速率相等时达到“恒定态”,这是由恒定的氧化度[Cu2+/∑Cu]所规定的。当然,恒定氧化度位于“快速反应区”之内,恒定态是动态的平衡,可以变化。
乙醛装置在反应系统中除生成乙醛外,还同时生成一系列副产物,如:氯
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