年产76万吨乙醛装置工艺设计.docx
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年产76万吨乙醛装置工艺设计
诚信声明
本人声明：
我所呈交的本科毕业设计论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。
本人签名：
孙月日期：
2010年12月1日
毕业设计（论文）任务书
设计（论文）题目：
年产7.6万吨乙醛装置工艺设计
学院：
吉林工业职业技术学院专业:
石油化工生产技术班级:
3082班
学生：
孙月指导教师：
肖鹏
1设计（论文）的主要任务及目标
1设计年产7.6万吨乙醛装置工艺设计
2设计条件：
年生产天数310天，一天工作时间24小时
温度：
130C压力：
0.3Mpa
产品中乙醛含量：
＞99.9%
水含量：
＜0.06%
硫酸含量：
＜0.02%
巴豆醛含量：
＜0.02%
主反应转化率：
97.92%
3提交技术文件
设计说明书、设计计算书一份
工艺流程图一份
平面管道布置图一份
设备布置图一份
2.设计（论文）的基本要求和内容
1设计要求
[1]设计说明书的编号必须程序清晰，步骤完整，取数有据，结果准确，并做到设计通顺，字迹工整。
[2]绘图应该满足化工制图的要求，并符合《机械制图》的标准
[3]设计应该以现有的生产装置的可行操作参数为基础，努力提高经济效益。
[4]对个设备设计计算列表汇总
2设计内容
[1]工艺计算：
生产路线的选择和工艺流程的设计；总物料衡算；总热量衡算；反应器主要工艺尺
寸的计算
[2]设备设计
反应器的机械强度及有关参数的确定；辅助设备的选择及确定
3.主要参考文献
[1]魏文德•有机化工原料大全,第1版.北京:
化学工业出版社.1989:
287〜289
[2]侯芙生.炼油工程师手册，第1版.北京:
石油工业出版社.1995:
163〜164
[3]韩秀山.吉化电石厂乙醛装置主要技术指标居国际先进水平.四川化工与蚀控制.2005:
57
[4]黄璐，王保国.化工设计，第1版.北京:
化学工业出版社.2001:
284〜292
[5]陈敏恒，从德滋，方图南，等.化工原理.北京：
化学工业出版社.1999:
94〜
106
[6]刘家祺.分离过程.北京：
化学工业出版社.2002:
56〜59
[7]罗传义，时景荣试验设计与数据处理，第1版.2002:
1〜16
[8]贾绍义，柴诚敬.化工原理课程设计，第1版.天津:
天津大学出版
社.2002:
134〜159
[9]卢焕章.石油化工设计手册,第1版.北京：
化学工业出版社.1982:
9〜36
[10]陈新志，蔡振云，胡望明.化工热力学.北京：
化学工业出版社.2001:
109〜
117
4.进度安排
设计（论文）各阶段名称
起止日期
1
文献查阅及初步设计计算
12月1日-12月3日
2
设计计算
12月4日-12月6日
3
图纸绘制
12月7日-12月9日
4
设计计算及图纸完善
12月10日-12月15日
5
毕业设计答辩准备
12月16日-12月31日
6
毕业设计答辩
1月2日
年产7.6万吨乙醛装置工艺设计
摘要
乙醛是一种重要的烃类衍生物，在工业生产中有重要运用。
乙醛的生产方法有四种，分别是乙炔水化法、乙醇氧化法、乙烯络合氧化法、烷烃直接氧化法。
乙炔水化法采用汞盐做催化剂，存在汞的工业污染问题，乙醇氧化法原料单耗大，只有乙烯直接氧化法，不仅原料的单耗比乙醇法少，且是一种新工艺。
第四种方法基本不采用。
本设计主要采用乙烯一步氧化制乙醛，该过程运用了matlab、excel等软件进
行设计，使其达到设计出一套年产8万吨乙醛装置目的。
该设计首先叙述了选择的工艺流程（包括反应、再生、精馏三个工段），其次在给定年产量的条件下，对各个工段进行物料衡算、热量衡算、设备选型计算，从而对塔、换热器、泵等设备的结构及设计条件进行确定。
并绘制了带控制点的流程图、平面布置图及管道布置图，编制了设计说明书。
关键词：
乙醛物料衡算流程图
Abstract
Acetaldehydeisasortofimportanthydrocarbonramification,andithasimportantapplicationinindustrialproduction.Theproductionofacetaldehydehasfourmethods.TheyareAcetylenehydrationOxidationofethanol、EthylenecomplexationoxidationprocessandAlkanedirectoxidation.Acetylenehydrationadoptsmercurysaltascatalyzer,andithasmercuricindustrialpollutionproblem,Oxidationofethanolleadstotheunitconsumptionofrawmaterialbelarege.EthylenecomplexationoxidationprocessnotonlyhaslessunitconsumptionofrawmaterialthanOxidationofethanolbutalsoisanewprocess.Thefourthisnotadoptedinusual.
ThedesignadoptEthyleneone-stepoxidizedmanufacturingacetaldehyde.Matlabexcelhasbeenusedinthisprocess.AtlastIachievedworkingoutasuitannualproduceeighttricroacetaldehydedevice.Thedesignrelatesselectedtechnologicalprocessatfirst（includingreaction,regeneration,rectifythreeaile.Secondly,versuseachaileproceedmaterialbalanee,heatbalanee,equipmentlectotypefigureonthecondition,therebyversustower,heatexchanger,pumpgradeequipmentdrawingstructureanddesigningconditionsproceed.AndIhasdrawnflowchartwithreferencepoint、floorplanandpipingdiagram,compileddesignspecifications.
Keyword:
AcetaldehydeMaterialbalanceFlowchart
毕业设计（论文）任务书.I
摘要IV
AbstractV
目录V.I.
、八、亠丄
刖言1
第1章设计说明2
1.1绪论2
1.1.1设计的依据和指导思想2
1.1.2生产制度和生产方法2
1.1.3车间概况及特点3
1.1.4原材料和成品的技术规格3
1.1.5三废处理4
1.2流程叙述4
1.2.1反应岗位4
1.2.2精馏岗位5
1.2.3再生岗位6
1.3设备一览表8
第2章设计工艺计算13
2.1物料衡算1.3
2.1.1基础计算13
2.1.2冷凝器的物料衡算1.6
2.1.3吸收塔的物料衡算1.8
2.1.4脱轻组分塔的物料衡算19
2.1.5精馏塔的物料衡算20
2.2热量衡算20
2.2.1反应器的热量衡算20
2.2.2第一冷凝器热量衡算25
2.3设备计算26
2.3.1反应器设备计算26
2.3.2精馏塔设备计算27
233纯醛冷凝器设备计算29
234P0102泵的设备计算30
2.4精馏塔水利学性能计算32
2.4.1基础数据32
2.4.2计算步骤32
致谢35
参考文献36
附录37
、八
前
乙醛是无色，有刺激性气味的液体，密度比水小，沸点20.8OC,易挥发、易燃烧,且能和水、乙醇、乙醚、氯仿等互溶。
乙醛也是一种重要的烃类衍生物，在合成工业上也是一种重要的中间体，其本身几乎没有直接的用途，完全取决于市场对它的下游产品的需求及下游产品对生产路线的选择，主要用于醋酸、醋酐、醋酸乙烯等重要的基本有机化工产品。
但是随着科技的发展，原来完全以乙醛为原料的化工产品（如醋酸）可能会改变原料路线和生产方法，乙醛下游产品的市场也会发生变化，乙醛下游产品的开发会出现一些全新的产品⑴。
国内乙醛生产方法有乙烯氧化法、乙醇氧化法和乙炔氧化法三种技术路线。
生产的乙醛绝大多数都用于生产醋酸的原料，只有少量用于生产季戊四醇、醋酐、丁醇、丁酸、过氧醋酸等产品。
可以说国内乙醛的下游产品在某种意义上说就是乙醛经醋酸而生产的下游产品。
据1994年出版的《中国化学工业统计信息》报道，1993年吉化公司等12家的乙醛产量为26.7万吨，估计国内总生产能力可达到30多万吨。
然而总体来说我国醋酸生产装置数量多，装置能力小，据1993年统计，
我国醋酸的总生产能力为47.26万吨，1992年产量为44.37万吨，其中乙烯法约占64%，酒精法约占33%，乙炔法约占3.2%。
但由于醋酸下游产品的需求量巨大，有人预计今后几十年内我国醋酸市场将日趋紧俏，因而改进装置提高乙醛生产能力，从而增大醋酸产量以成当务之急。
另外，以乙醛为原料生产其它产品的工艺在我国仍为得到较大发展，如国内已生产的乙醛下游产品，除了醋酸系列产品外，还有季戊四醇、丁烯醛、丁酸、三氧乙醛等产品，但相对来看产量很少。
在我国，季戊四醇的乙醛消耗量占第二位，但产量和装置能力都较低。
1992年季戊四醇的
实际产量为13243吨，耗乙醛约为5300吨，只占乙醛总产量的1.7%。
但是可以预计随着该类产品的走俏，作为原料的乙醛需求量越来越大
第1章设计说明
1.1绪论
1.1.1设计的依据和指导思想
本设计是以吉林工业职业技术学院化学工程系化学工程与工艺专业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，即乙烯和氧气在
催化剂的作用下一步络合氧化生成乙醛的生产方法为设计依据的。
乙醛是一种重要的烃类衍生物，在合成工业上也是一种重要的中间体，主要用于生产醋酸、醋酐、醋酸乙烯、丁醇等重要的基本有机化工产品，它们被广泛的应用于医药、化学纤维和合成纤维、塑料、农药、香料等工业⑴。
近年来，随着
石油化学工业的发展和乙烯均相氧化法的开发成功，乙醛的产量迅速的增长，然而我国目前乙醛的年产量还较低，远未能满足工农业生产的需要，鉴于这种情况，设计了一套年产8万吨的乙醛装置，以满足国民经济发展的需要。
1.1.2生产制度和生产方法
1•生产制度
本车间的年工作时间是7440h⑵，并采用连续操作，工人则采用四班倒制，连续三班操作。
2•生产方法
乙醛的生产有四种，分别是乙炔水化法、乙醇氧化法、乙烯络合氧化法、烷烃直接氧化。
本设计采用第三种方法即乙烯络合氧化法。
3•四种方法的比较
乙炔水化法采用汞盐做催化剂，存在汞的工业污染问题，乙醇氧化法虽然不存在汞的污染，但原料单耗大，只有乙烯直接氧化法，不仅原料的单耗比乙醇法少，且合成工艺路线段，是六十年代发展起来的新方法，颇受世界各国重视，发展甚为迅速。
第四种方法基本不采用。
4.流程中存在的问题
在生产过程中产生的副产品无法利用，且采用的催化剂腐蚀性较大，为此对材质要求高
1.1.3车间概况及特点
参考吉林石化分公司103厂乙醛车间状况，本车间劳动定员33人，管理人员
5人，工艺工人24人，电气工人4人，每班工艺工人6人，一个班长，工人定岗、定位看管反应、精馏和再生工段的操作情况和仪表记录，本车间设备总数为176
台，有备用没轮换使用，本车间的生产特点是易燃易爆易中毒，采用甲级防火防爆。
生产过程中的产品和副产品都是有毒物质，为此要严格密封以保证没有泄漏。
1.1.4原材料和成品的技术规格
1•原材料
表1-1原材料中各组分摩尔分数
名称
氧气
氮气
乙烯
乙烷
摩尔分数（％）
>99.0
w1.00
>99.7
w0.3
2.成品
表1
—2成品中各组分摩尔分数
名称
乙醛
水
丁醛
醋酸
摩尔分数（％）
>99.0
w0.06
w0.02
w0.02
3.吉林市的自然条件
一般情况下
本设计的丿址选择仕吉林市，
:
平均气压
745.66
mmHg
最高温度
36.6
最低温度
-38.1
平均相对温度
71
最大冻土深度
174
cm
最大雪深度
420
cm
平均风速
2.7
m/s
松花江水温
15.0
最高江水温度
25.5
4.生产指标
乙烯单程转化率是38.03%，乙醛的单程收率是37.24%，选择性是97.92%
副产物中各组分摩尔分数：
组分二氧化碳氯甲烷氯乙烷丁醛醋酸高沸物
摩尔分数（％）48.023.531.543.7440.093.08
循环气中各组分摩尔分数：
组分水氮气氧气乙烯乙烷二氧化碳氯甲烷氯乙烷
摩尔分数（％）0.827.148.0165.014.2713.70.940.11
5.生产规模
年产量7.6万吨（即10.75吨/小时）。
6.原料来源
乙烯来自乙烯厂，氧气和氮气来自乙二醇厂空分车间，低压蒸汽来自动力厂或热电厂。
1.1.5三废处理
本车间在生产过程产生的废气主要是循环气。
因循环过程中有大量的有毒有害气体存在，为此必须放空烧掉，以达到环保要求。
废液主要是生产过程中的副产品巴豆醛，它是一种有刺激性气味的的黄色的粘稠状液体，因其有毒，目前尚未发现有较好的利用办法。
为此侧线采出之后，用槽车拉至厂外烧掉。
再有是精馏塔底废水，从塔底出来的废水温度大约是125C,与从V0402来的粗醛换热后，再进一步由废水冷却器冷却，使其温度降到40C以
下，送至污水进行处理。
还有车间泵房用的消防水，中间罐区和成品罐区用的冷却恒温水，因其中没有有毒物质，可直接排入松花江。
本车间生产过程没有废渣，这是较好的一面。
本车间对三废的利用不好，副产品未能充分利用，这是对提高经济效益不利
的一面。
1.2流程叙述
1.2.1反应岗位
由吸收塔T0101来的循环气经水环压缩机C0101A或C0101B压缩，然后经气水分离，气体由分离器顶部出来，由与104厂来的新鲜乙烯在管道中混合，然后进入反应器R0101底部。
新鲜氧气（来自102厂空分车间）单独送入反应器R0101下部。
乙烯和氧气在反应器R0101内，在温度125C至130C，压力3-3.5bar,经氯化钯-氯化铜的盐酸水溶液作用，进行反应生成气体乙醛，含有气体乙醛和未反应的乙烯，氧气，水蒸汽等夹带着催化剂的合成气经反应器R0101和除沫器
X0101之间的两根导管进入除沫器X0101，在此进行气液分离，液相催化剂经除沫器X0101底部的催化剂循环管返回反应器R0101。
为保持催化剂的活性稳定，从催化剂循环管每小时引出5至6立方米催化剂送往再生工序进行氧化再生，经氧化再生后的催化剂，从反应器R0101底部送回
反应系统。
夹带微量催化剂的合成气进入第一冷凝器E0102被冷却至105C—115C，在
此合成气中的水蒸气部分被冷凝下来，经一冷受液槽V0102催化剂再生工序尾气
洗涤塔T0301送来的吸收液混合，经凝液输送泵P0101A或B，从除沫器X0101
上部喷淋加入除沫器X0101，为补充在反应过程中催化剂损失掉的水分，在凝液输送泵P0101A或B补加脱盐水，未凝气体进第二冷凝器E0103,进一步冷凝冷却至75C以下，凝液经凝液槽V0103进入吸收塔T0101塔釜，未凝气体进第三冷凝器E0104,冷凝下来的凝液进入吸收塔T0101塔釜，未凝气体在此冷却至45C以下进入吸收塔T0101下部，在吸收塔上部加入每小时2.5至60立方米的工艺水吸收。
吸收液，第二冷凝器的冷凝液，第三冷凝器的冷凝液一并经过粗醛过滤器X0103，冷却器E0104的饱和蒸汽经减压至2.5bar，供厂房采暖和管线设备伴线使用。
1.2.2精馏岗位
用泵P0402A或B将粗乙醛从V0402抽出送至螺旋换热器E0201，与X0201塔底排出的废水换热，温度升到95C后，进入脱轻组分塔T0201，T0201塔在3bar的压力操作下，直接蒸汽加热，控制塔顶温度60C，塔釜为106C，从塔顶蒸出
氯甲烷，氯乙烷等低沸物，进入塔顶冷凝器E0203冷凝，凝液回流（回流比为68）未凝气体去火炬燃烧，为减少随低沸物带走的乙醛量，在塔顶加萃取水，脱去低沸物的粗乙醛，从T0201塔釜流入纯醛塔T0202,该塔的操作压力1.2bar直接水蒸气加热，控制塔底温度为125C，通过调节回流量控制塔顶温度约43C,从塔顶蒸出的纯醛进入纯醛冷凝器E0204A和B送至成品罐区，塔釜排出含醛量＜0.1%
的废水经热交换器E0201，冷却器E0202冷却至40C以下流到废水中和工序。
冷凝器E0204排出的未凝气体经压力调节阀调节进入吸收塔T0407,用冷却至45C
以下，流入粗醛贮罐V0402。
吸收塔T0201顶部排出的循环气，绝大部分返回循环压缩机C0101A或B经
压缩后重新参加反应，为避免惰性气体在反应系统的积聚，将少量循环气连续经阻火器排至火炬S0101烧掉。
为防止火炬在燃烧时产生大量的黑烟，必需向火炬适当通入消烟蒸气，为了补充在反应过程中由于生成副产物消耗掉的盐酸，由盐酸计量泵P0301A或B每
小时加入盐酸50立升左右，经催化剂循环管补加盐酸，当反应器R0101，除沫器
X0101出现故障时，可将其内催化剂放入触媒收集坑。
本岗位设有脱盐水贮罐V0407和工艺水贮罐V0408，做为缓冲罐使用，脱盐水经P0401A或B送往用户，工艺水经P0405A或B送往用户，进入车间的过热蒸汽经减压饱和处理，将31bar的过热蒸汽经减压调节并用P002A或B泵补入脱盐水后，以14bar饱和蒸汽的形式送往再生火炬，并将9bar的过热蒸汽经减压调节，并用P001A或B泵补加脱盐水后，以5.5bar饱和蒸汽形势送往反应，精馏，将5.5bar水吸收气体中的乙醛，吸收液流入粗醛贮槽V0402,塔顶废气送火炬。
为保持T0201塔和T0202的塔压力稳定，可适当调节塔内的保压氮气的流量。
生产过程中产生的不合格乙醛，则送至不合格乙醛贮槽V0404贮存，定期用
泵打入粗醛槽V0402，为保持纯醛质量，从T0202塔精馏段的第四块塔板连续采出75.4kg/h的巴豆醛馏分，经冷却器E0204冷却，进混合罐V0201与100kg/h的工艺水混合后，流入萃取塔T0203，在T0203顶部加100kg/h工艺水，萃取巴豆醛中的乙醛，含醛水溶液从底部经U型管流至粗醛贮罐V0402，从塔上部流出含60%巴豆醛的有机相进入巴豆醛贮槽V0405，定期用泵P0404打入槽车，送往焙烧炉烧掉。
粗醛槽V0402和巴豆醛贮槽用氮气保压在0.3bar，纯醛贮槽V0404用氮气保压在0.8—1.6bar，各贮槽的放空气体进吸收塔T0401回收乙醛。
1.2.3再生岗位
来自除沫器循环管连续采出的5—6m3/h触媒，经加入盐酸和氧气，把Cu（I）氧化为Cu（H）进入旋风分离器V0302，在此保持液面，通入氮气搅拌，将溶解在触媒中的乙醛，醋酸等吹出脱气后的触媒经压滤机X0301过滤后，用触媒输送泵P0302打进再生器V0304,用直接蒸汽加热到120C，压力控制在9-11bar,通入50-100m3/h的氧气，分解草酸铜和不溶解性残渣，使触媒中的残渣含量保持
在100克/升左右，再生的触媒进入闪蒸槽V0303,并控制压力5bar左右，保持一定的液面，把溶解在触媒中的气体分离出来，合格的触媒从底部返回反应器R0101。
为了回收尾气中的乙醛，从旋风分离器V0302和闪蒸罐V0303顶部出来的气体进入冷凝器E0301冷凝，未凝气进入尾气洗涤塔T0301吸收后去火炬S0101燃烧。
尾气洗涤塔T0301的吸收液，冷凝器E0301的冷凝液和P0302泵的轴密封水，用乙醛回收泵P0304打到凝液输送泵P0101的进口进入反应系统。
盐酸由管道送到盐酸贮槽V0406贮存，当需要时V0406压入盐酸计量槽
V0301，这两槽的放空盐酸气体进入盐酸气吸收塔T0302,用工艺水吸收后气体放
空，吸收液流入下水道。
盐酸计量槽V0301的盐酸经盐酸计量泵P0301送到触媒氧化道或除沫器
X0101触媒循环管。
1.3设备一览表
表1—3各工段设备一览表
序号
位号
设备名称
规格型号
材质
数量
单重（kg）
备注
1
R0101
反应器
02500/$2200
X21500
外壳碳钢，衬两层，橡胶，衬两层陶砖
1
27800
氧气入口管为钢，乙烯入口管为肽
2
X0101
除沫器
$2800/$2500
X15600
外壳碳钢，衬两层，橡胶，衬两层陶砖
1
31600
不带砖重
3
E0102
第一冷凝器
立式单程列管式
$800X2500
n=374根
$2.5X1.5
F=58m2
管，封头，管板为肽材，外冗为不锈钢
1
1500
一
4
E0103
第二冷凝器
立式单程列管式
$800X3000
n=298根
$2.5X1.5
F=78m2
管，封头，管板为肽材，外冗为不锈钢
1
2420
一
表1—3各工段设备一览表（续表1—3）
序号
位号
设备名称
规格型号
材质
数量
单重（kg）
备注
5
E0104
第三冷凝器
卧式列管式0700X5575n=292根，025X2F=114m2
不锈钢
1
2900
一
6
E0105
粗醛冷却器
板式F=
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