精品年产80000吨丁辛醇合成气净化及羰基合成的工艺设计毕业论文.docx
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精品年产80000吨丁辛醇合成气净化及羰基合成的工艺设计毕业论文
年产80000吨丁辛醇合成气净化及羰基合成的工艺设计
摘要
本设计是关于年产80000吨丁辛醇合成气净化及羰基合成的工艺设计。
在该设计中首先叙述了丁辛醇生产的意义与应用及生产方法，确定了羰基合成的工艺路线。
并在此基础上进行物料衡算、热量衡算、关键设备的选择和计算。
依据车间布置设计的原则，对车间及设备进行了合理的布置。
对自动控制、环境保护做了详细的说明。
在这些基础上绘制了带控制点的流程图。
顺利的完成了10000字的化工课程设计说明书，
关键词：
丁辛醇;羰基合成;工艺设计;物料衡算;热量衡算
Abstract
Thesignificanceandapplication,marketanalyze,developmenttrendofbutanolandoctanolattheinstruction.TheprocessofOXOsynthesisisconfirmed.Onthebasiswerestatedintheinstruction.0nthebasisoftheprocess,thecalculationofthematerialbalanceandweredescribedindetail.Undertheconditionsoftheprocess,theprocessandinstrumentdiagram,processingequipmentdiagramandplantlayoutdiagramweredrown.Thedesigninstructionwith20000wordswasfinished.
KeyWord：
Butanolandoctanol;OXOsynthesis;Processdesign,;Thecalculationofthematerialbalance;-Butylalcohol）英文名称1-Butanol。
产品理化性质：
分子式C4H10；系统命名为1-丁醇。
分子量：
74.12，熔点-90.2℃，相对密度为0.810gmol。
无色透明液体，沸点117.5℃，凝固点-89.5℃，闪点36-38℃，自然点365℃，微溶于水，能与乙醇和乙醚混溶。
3.异丁醇（i-Butylalcohol）
产品理化性质：
分子式C4H10；系统命名为2-甲基-1-丙醇。
分子量：
74.12，熔点-108℃，相对密度为0.805gmol。
无色透明液体，沸点108.0℃，凝固点37.7℃，闪点28℃，自燃点426.6℃，易溶于水，乙醇和乙醚。
折光率（n20）：
1.395-1.397。
4.辛醇（Octylalcohol）英文名称2-ethyln-bal:
ni-bal=10:
1
所以主反应消耗CO的量=Kmol-bal的量=Kmoln-bal:
nC3H8=11:
0.3,
ni-bal:
nC3H8=11:
0.3，
所以反应生成C3H8的量=Kmoln-bal=44.55Kmoli-bal=4.45KmolC3H8=3.98Kmolh，
表2-2反应器进口物料平衡表
组分
Kmolh
%（mol）
分子量
Kgh
%（wt）
C3H6
50.335
32.9
42.1
2119.1
56.87
H2
50.4
32.95
2
100.8
2.71
CO
49
32.03
28.01
1372.49
36.83
C3H8
2.65
1.73
44.1
116.87
3.14
杂质
0.6
0.39
28
16.8
0.45
合计
152.98
100
3726.06
100
表2-3反应器进口物料平衡表
组分
Kmolh
%（mol）
分子量
Kgh
%（wt）
n-Bal
44.55
83.02
72.11
3212.5
86.22
i-Bal
4.45
8.29
72.11
320.89
8.61
C3H8
3.985
7.45
44.1
175.74
4.72
H2
0.065
0.12
2
0.13
忽略
杂质
0.6
1.12
28
16.8
0.45
合计
53.665
100
3726.06
100
其中：
1.杂质为CH4+Ar+N2，所以分子量取平均值，为28便于计算。
2.H2质量百分比为3×10-5数量级，故忽略计算。
经核算：
n合成气=50.4+0.6+49=100Kmolh
M合成气=1008.+1372.49+16.8=1490.09Kmolh
n丙烯=50.335+2.65=52.98Kmolh
M丙烯=2119.1+116.87=2235.97Kmolh
如图2-3：
图2-3物料平衡图
2.6热量衡算
2.6.1能量衡算的意义与作用
在化工生产过程中，各工序都要在严格控制的工艺下（如温度、压力、流量、浓度等）进行。
经历各种化学变化和物理变化，进行着物质的生产。
在这过程中，各类化工单元操作，或者有动量的传递（如流量传送）；或者有热量的传递（如换热设备）；或者有伴随热量的质量传递（如精馏，吸收等）。
若有化学反应，则不仅兼有“三传”（动量传递，热量传递，质量传递），还具有“一反”（化学反应产生的热效应—吸收或放热）。
物质在整个过程中发生质量的传递和能量的变化。
前者可从物料衡算中求得，后者则依据能量守衡定律，利用能量传递和转化的规律，通过平衡计算求得，这样的化工计算称为能量衡算[5]。
化工生产中，能量衡算概括起来应用于以下几个方面：
（1）确定效率如流体输运、搅拌、粉碎等单元操作中所需效率。
（2）确定热量或冷量如蒸发、蒸馏、冷凝、冷却、闪蒸等所需要的热量或冷量。
（3）确定供热效率或放热效率如化学反应中，由于热效应（使体系的温度上升或下降）需确定的热量或冷量。
（4）确定节能措施为充分利用余热，降低总能量消耗所采用的相应措施。
由此可见，能量衡算作为化工计算的一部分是非常重要的，所以我们必须对能量衡算进行认真严格的计算。
2.6.2热量衡算及所需媒质的量
热平衡式：
Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6；（2-1）
式中Q1—处理物料时需要的热量kJ；
Q2—加热剂或冷却剂与设备和物料传递的热量（符号规定加热剂加
入热量为“＋”，冷却剂吸收热量为“－”）kJ；
Q3—过程的热效应（符号规定放热为“＋”，过程吸热为“－”，
注意：
Q与热焓符号相反，即Q=－H。
如过程放热则H为“－”，则Q为“＋”）kJ；
Q4—离开设备物料带出的热量kJ；
Q5—设备各部件所消耗的热量kJ；
Q6—设备向四周散失的热量，又称热损失kJ。
物料表
表2-4反应器进口物料表
反应器进口
物质
C3H6
H2
CO
C3H8
杂质
Kmolh
50.335
50.4
49
2.65
0.6
%mol
32.9
32.95
32
1.73
0.39
表2-5反应器出口物料表
反应器出口
物质
n-Bal
i-Bal
C3H8
H2
杂质
Kmolh
44.55
4.45
3.98
0.065
0.6
%mol
83.02
8.29
7.45
0.12
1.12
生成热和燃烧热
表2-6生成热和燃烧热表
1atm,25℃下生成热ΔHKcalmol
1atm,25℃下燃烧热ΔHKcalmol
CO,g
-26.416
i-Bal,g
-596.8
H2,g
-1.0
H2,g
-68.31
n-Bal,g
-52.40
CO,g
-67.62
C3H8
-24.820
C3H6
-490.2
C3H6
4.88
临界温度，临界压力
表2-7临界温度和临界压力表
临界温度tc℃
临界压力pcatm
CO
-140.23
34.53
H2
-239.90
12.80
C3H6
91.8
45.6
n-Bal
253
39.5
C3H8
96.59
41.98
各键的ΔT、ΔP
表2-8各键的ΔT和ΔP表
ΔT
ΔP
-CHO
0.048
0.33
-CH-
0.012
0.210
CH3-
0.020
0.227
气体热容Cp°
表2-9气体热容Cp°
a
b×103
c×106
CO
6.3424
1.8363
-0.2801
H2
6.424
1.039
-0.07804
C3H6
2.253
45.116
-13.740
C3H8
2.410
57.195
-17.533
2.6.3热量计算
据物料衡算，净化后合成气设为100KmolH2=KmolH2=Kmol·Cp°（t2-t1）[6]（2-2）
（1）求 CO的Cp-Cp°：
TrCO=TTc=
PrCO=PPc==0.743
查表得 Cp-Cp°＝0.2Kcal（Kmol·K）=0.837KJ（Kmol·K）
（2）求 CO的Cp°：
Cp°=a+bT+cT2（2-3）
表2-10CO的a、b、c的值
a
b×103
c×106
CO
6.3424
1.8363
-0.2801
=6.8898Kcal（Kmol·K）=28.83KJ（Kmol·K）
=6.9721Kcal（Kmol·K）=29.17KJ（Kmol·K）
所以=（Cp1+Cp2）2=12（28.83+29.17）=29KJ（Kmol·K）
所以Cp=Cp°+0.837=29.837KJ（Kmol·K）
所以QCO==48.1×29.837×（90-40）=71757.99KJ（Kmol·K）
同理求得QH2=72971.4KJ-Bal=∑n·Cp.m·（T2-T1）（2-7）
=（44.55×29.425+44.55×28.25+44.55×89.609）×（29-95）
=（4.45×29.425+4.45×28.25+4.45×89.609）×（29-95）
=-49156.04kJ·Cp.m·（T2-T1）（2-9）
=（1.335×28.25+1.335×89.609）×（29-95）
=-11073.92kJ-Bal和C3H8在25℃，1atm下的生成热，i-Bal查到的数据为20℃，1atm下的燃烧热，所以：
ΔH298reacn-Bal=∑（niΔH298.°f）prod-∑（niΔH298.°f）reactant
=ΔH298.°n-Bal-ΔH298.°H2-ΔH298.°C3H6-ΔH298.°CO
=1×（-52.40）-1×（-26.416）-1×（-1.0）-1×4.88
ΔH293reaci-Bal=∑（niΔH293.°C）reactant-∑（niΔH293.°C）prod
=ΔH298.°C3H6+ΔH298.°CO+ΔH298.°H2-ΔH298.°i-Bal
=1×（-490.2）-1×（-67.82）-1×（-68.31）-1×（-596.8）
ΔH298reacC3H8=∑（niΔH298.°f）prod-∑（niΔH298.°f）reactant
=ΔH298.°C3H8-ΔH298.°H2-ΔH298.°C3H6
=1×（-24.820）-1×（-1.0）-1×4.88
（3）ΔH3
由于n-Bal、i-Bal热容不能直接查到，所以由Rihani-Doraiswamy法查得,如下表
表2-13a、b、c、d的值
n-Bal
官能团
a
b×102
c×104
d×106
1个
CH3-
0.6087
2.1433
-0.0852
0.001135
2个
-CH2-
0.3945
0.1363
-0.0197
0.002596
1个
-CHO
3.5184
0.9437
0.0614
-0.006978
合计
4.1961
7.3596
-0.2632
-0.000651
所以：
Cp°n-Bal=4.1961+7.3596×T102-0.2632×T2104-0.000651×T3106
表2-14a、b、c、d的值
i-Bal
官能团
a
b×102
c×104
d×106
2个
CH3-
0.6087
2.1433
-0.0852
0.001135
1个
-CH-
-3.5232
3.4158
-0.2816
0.008015
1个
-CHO
3.5184
0.9437
0.0614
-0.006978
合计
1.2126
8.6461
-0.3906
0.003307
所以：
Cp°n-Bal=1.2126+8.6461×T102-0.3906×T2104+0.003307×T3106
=28.4675Kcal（kmol·K）=119.11kJ（kmol·K）
=24.5276Kcal（kmol·K）=102.62kJ（kmol·K）
所以=（Cp1+Cp2）2=12（119.11+102.62）=110.86kJ（kmol·K）
=27.7405Kcal（kmol·K）=116.06kJ（kmol·K）
=23.2618Kcal（kmol·K）=97.33kJ（kmol·K）
所以=（Cp1+Cp2）2=12（116.06+97.33）=107.05kJ（kmol·K）
求：
C3H8的Cp°：
Cp°=a+bT+cT2
表2-15a、b、c的值
a
B×103
c×106
C3H8
2.410
57.195
-17.533
=21.084Kcal（kmol·K）=88.22kJ（kmol·K）
=17.897Kcal（kmol·K）=74.88kJ（kmol·K）
所以=（Cp1+Cp2）2=12（88.22+74.88）=81.55kJ（kmol·K）
所以：
ΔH1n-Bal=∑n·Cp.m·（T2-T1）（2-10）
=（44.55×110.865）×（29-95）
=342732.50kJ·Cp.m·（T2-T1）（2-11）
=（4.45107.05）×（29-95）
=35727.94kJ·Cp.m·（T2-T1）（2-12）
=（1.335×28.25+1.335×89.609）×（29-95）
=7620.90kJ-Bal
ΔHn-Bal=ΔH1+ΔH2+ΔH3（2-13）
（2-16）
=（44.55×112.675+4.45×109.705+3.985×83.00+0.065×28.32）×（40-95）
（2-17）
=（44.55×110.95+4.45×107.80+3.985×81.61+0.065×28.29）×（80-40）
=229983.55kJ-BaOH==253002.29kmol
所以n-Bal的年产量为：
316747.29+253002.29=569749.58kmol
则实际生产n-Bal的量为：
=74.19kmolh
所以按照比例向回推算：
（1）合成气初始状态为40℃，2.6MPa.g下进入系统。
经预加热器1519加热到90℃，进入1120：
Q总==321360.96kJh=0.32×106kJh
（2）合成气从1120出来经加热器1520加热到180℃，进入1121：
Q总==59556.08kJh=0.60×106kJh
（3）OXO羰基合成反应器：
Q总=-=-1.35×106kJh
（4）混合丁醛从1120出来经冷却器1506冷却到40℃：
（5）混合丁醛从1120出来经换热器1507升温到80℃：
Q总=229983.55=0.51×106kJh
第3章全流程的Aspen模拟计算
水洗塔结果图：
净化槽1：
净化槽2：
反应器1：
反应器2：
反应器结果：
全流程图：
第4章自动控制
4.1自控设计原则
生产部分的控制设计原则[13]是安全可靠，经济合理，力求做到技术先进，质量可靠，经济合理，满足生产中自动化的要求。
本设计范围包括温度、压力、给料，排放等过程的自动控制。
生产控制部分设计目的在于保证生产的正常运行，工艺参数的稳定控制以保证产品质量，减轻工人劳动强度，提高劳动生产率，降低成本。
本设计采用控制柜或控制板集中控制。
设计中采用单回路控制，无负责回路。
对于所采用的仪表大多是与设备配套引进的，对于无配套的仪表在满足工艺要求的情况下，主要选取国内生产的仪表产品。
设计中采用的仪表主要是常规仪表。
4.2自控水平与控制点
自动控制是现代化工厂的发展趋势，本次设计充分体现了这一点。
在本设计中主要有液面自动控制，温度、压力和流量自动控制。
在合成气净化装置过程中，经FQ102计量和FIC103空话子补充高纯度的氢气，水洗后的废冷凝液由LIC101控制送至冷凝液受槽1118中。
合成气从1#净化槽出来有TIC102控制加热送至2#净化槽，净化后在PIC113控制压力，FIC451控制流量下进入汽提塔1180中。
羰基合成反应时由PIC301控制混合气的压力分两路进入OXO反应器中。
OXO反应是放热反应，由TIC305316控制反应温度。
循环水的温度由TIC409控制，由LIC301303控制反应器的液位稳定，PIC305控制排放。
产品稳定时由TIC450控制汽提塔中粗丁醛进气温度，由LIC452控制稳定塔进料流量。
本设计中，在生产设备中安装自动控制设备，既可以减少劳动量，又可以符合生产要求，从而提高产品的质量，最重要的是减少了人工操作的危险性，使大规模的化工生产更人性化。
因此，自动控制是本车间设计中最重要的组成部分。
第五章环保措施
工业“三废”主要是指废气、废水、废渣。
“三废”对环境的危害很大，如果不及时地加以处理直接排放，将会对环境造成很大的破坏，因此应予以高度重视。
5.1三废的产生情况
废气：
稳定塔受槽中气相组分通过除沫网排放至燃料气网。
废液：
1123水洗塔在洗涤后产生的废液。
废渣：
1120净化槽含有活性碳废催化剂。
1121净化槽中含浸苛性钠活性氧化铝，氧化锌等废催化剂。
5.2三废处理情况
废气的处理方法通常有吸收法和燃烧法。
在本设计中用燃烧法，由火炬系统燃烧除掉。
废液的处理方法有控制PH值法、油和油脂的处理和有机废水生化处理。
在本设计中送至废冷凝液贮槽1118。
废渣的处理方法有焚烧法和安全填埋法[14]。
本设计中将废渣送至工业垃圾厂，进行填埋和焚烧。
结束语
我的设计题目为《年产8万吨丁辛醇合成气净化及羰基合成的初步设计》。
首先，通过查找资料了解有关丁辛醇工艺设计的意义与作用、产品的性质与特点及生产方法等。
基合成工业技术的发展迅速发展起来的。
羰基合成反应技术1938年在德国最先开发成功，随随着世界经济全球化的发展，规模生产经济最大化的要求，丁辛醇工业发展的重点集中在催化剂的研究和开发上。
丁辛醇是随着石油化工、聚氯乙烯材料工业以及羰基合成工业技术的发展而迅速发展起来的。
丁辛醇的工业化生产方法主要有乙醛缩合法、发酵法、齐格勒法和羰基合成法等。
并在有关资料和指导老师下发的任务书基础上进行了物料衡算、热量衡算。
最后，公用工程进行初步计算及对“三废、噪音”污染方面给予关注。
并绘制出物料流程图。
到此基本上完成了年产8万吨丁辛醇丙烯净化及羰基合成车间的初步设计工作。
这次设计中最大创造性工作是将进几年丁辛醇装置进行比较，经过几次更改完善，而得出较佳装置设计方案。
参考文献
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《化工制图》，1980，3
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中国轻工业出版，2002，10
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化学工业出版社,1996
[16].潘国昌.化工设备设计[M].清华大学出版社,2001
致谢
本次设计是在诸位老师的正确指导下，同学们的互相帮助和自己的努力下顺利完成的。
在此，感谢齐齐哈尔大学给了我这次宝贵的学习锻炼的机会，以及我们化学与化学工程学院的领导给我门创造了良好的设计环境。
我要感谢每一位帮助过我的老师，尤其感谢的是胡明刚老师对我悉心的指导，和同组同学对我帮助，使我的设计走在正确的轨道，解决了诸多的难题。
虽然设计的过程是曲折的，但是只有这样才使我们得到了充分的锻炼，把所学习到的知识和实际融合在一起。
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
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本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
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