一段法乙烯直接氧化生產(chǎn)乙醛裝置工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　2013 年 04 月 26 日</p><p>　論文題目一段法乙烯直接氧化生產(chǎn)乙醛（6.0萬(wàn)噸/年）工藝設(shè)計(jì)</p><p>　學(xué)院名稱(chēng)化學(xué)工程技術(shù)學(xué)院</p><p>　專(zhuān) 業(yè)化學(xué)工程（本）</p>

2、<p>　姓 名</p><p>　學(xué) 號(hào)</p><p>　起訖日期2012年11月15日——2013年4月26日</p><p>　指導(dǎo)教師</p><p>　　一段法乙烯直接氧化生產(chǎn)乙醛裝置工藝設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p>&

3、lt;p>　　乙醛是石油、化工的中間產(chǎn)品，乙烯直接氧化法生產(chǎn)乙醛是二十世紀(jì)六十年代的新工藝。它具有原料便宜，成本低及乙醛收率高，副反應(yīng)少等優(yōu)點(diǎn)，目前被認(rèn)為是生產(chǎn)乙醛最經(jīng)濟(jì)的方法，世界上約有70％的乙醛是采用此法來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)的，乙烯直接氧化制乙醛的工藝路線(xiàn)又有一步和兩步法。要生產(chǎn)過(guò)程是將乙烯和氧氣以及催化劑氯化銅、氯化鈀的鹽酸水溶液混合后進(jìn)入氧化反應(yīng)器，在溫度120-130℃，壓力0.3MPa條件下，直接氧化生成乙醛，含醛10%的粗醛

4、水溶液在輕組分塔蒸餾脫去二氧化碳、氯甲烷、氯乙烷等低沸物后，進(jìn)入精餾塔，在塔底脫去少量高沸物，塔頂餾出物經(jīng)冷凝后獲得純凈的乙醛產(chǎn)品。提高原料轉(zhuǎn)化率意味著降低生產(chǎn)成本，增加生產(chǎn)效益，這對(duì)化工生產(chǎn)企業(yè)至關(guān)重要。乙烯直接氧化法是將乙烯和空氣（或氧氣）通入氯化鈀和氯化銅的鹽酸溶液中，乙烯氧化而成乙醛。這種方法流程簡(jiǎn)單，公用設(shè)施量少，故基建費(fèi)用省；原料乙烯的來(lái)源豐富，價(jià)格便宜，處理、貯運(yùn)安全；反應(yīng)的選擇性良好，副產(chǎn)物醋酸、草酸、高級(jí)醛和酮類(lèi)，氯化

5、烴類(lèi)生成量少；乙醛的收率高。其最大缺點(diǎn)是鹽酸的腐蝕性大，需用鈦合金鋼設(shè)備。本設(shè)計(jì)在已有的工藝方案的基礎(chǔ)上對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程進(jìn)行物料衡算、能量衡算</p><p>　　關(guān)鍵詞：乙醛 設(shè)計(jì) 精餾塔 物料衡算 能量衡算 設(shè)備</p><p>　　A method for direct oxidation of ethylene to acetaldehyde production plan

6、t process design </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Acetaldehyde is the petroleum, chemical intermediate products, direct oxidation of ethylene production of acetaldehyde was ninete

7、en sixties new technology. It has the advantages of cheap raw material, low cost and high yield of acetaldehyde, less side effect and other advantages, is now considered the most economical method of acetaldehyde product

8、ion, about 70% of the world's acetaldehyde using this method to production, the direct oxidation of ethylene to acetaldehyde process line and one step </p><p>　　Key Words:Acetaldehyde;Design;Material ba

9、lance;Energy balance;Device</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目 錄III</b></p><p

10、>　　第一章 設(shè)計(jì)項(xiàng)目1</p><p>　　第二章 前 言2</p><p>　　第三章 工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)3</p><p><b>　　3.1 概述3</b></p><p>　　3.1.1 簡(jiǎn)介3</p><p>　　3.1.2 本地區(qū)的自然條件4</p>

11、<p>　　3.2 產(chǎn)品說(shuō)明4</p><p>　　3.2.1 產(chǎn)品名稱(chēng)4</p><p>　　3.2.2 產(chǎn)品的基本物理化學(xué)性質(zhì)4</p><p>　　3.2.3 產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)6</p><p>　　3.2.4 產(chǎn)品的主要用途6</p><p>　　3.3 原材料規(guī)格7</p&g

12、t;<p>　　3.4 公用工程規(guī)格7</p><p>　　3.5 生產(chǎn)基本原理及化學(xué)反應(yīng)方程式8</p><p>　　3.6生產(chǎn)工序及工藝流程敘述10</p><p>　　3.6.1 反應(yīng)工序11</p><p>　　3.6.2 蒸餾工序12</p><p>　　3.6.3 觸媒再生工序

13、13</p><p>　　3.6.4 中間罐區(qū)工序13</p><p>　　3.6.5 成品罐區(qū)工序14</p><p>　　3.7 不正?，F(xiàn)象發(fā)生的原因及處理方法14</p><p>　　3.7.1 反應(yīng)工序14</p><p>　　3.7.2 蒸餾工序16</p><p>　

14、　3.8 生產(chǎn)控制一覽表18</p><p>　　3.8.1 反應(yīng)工序18</p><p>　　3.8.2 蒸餾工序19</p><p>　　3.9 原材料及動(dòng)力消耗定額20</p><p>　　3.10 副產(chǎn)品及排出物20</p><p>　　3.11 安全生產(chǎn)基本原則21</p>

15、<p>　　3.11.1 防火、防爆及衛(wèi)生等級(jí)21</p><p>　　3.11.2 原材料成品及衛(wèi)生安全濃度22</p><p>　　3.11.3 防火須知22</p><p>　　3.12 主要設(shè)備一覽表23</p><p>　　3.12.1 反應(yīng)工序23</p><p>　　3.12

16、.2 蒸餾工序及其他工序24</p><p>　　3.13 主要設(shè)備及催化劑溶液組成的選擇25</p><p>　　3.13.1 反應(yīng)器25</p><p>　　3.13.2 催化劑溶液的組成對(duì)其活性和穩(wěn)定性的影響25</p><p>　　第四章 設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)28</p><p>　　4.1 物料衡算

17、28</p><p>　　4.1.1 反應(yīng)系統(tǒng)的物料衡算28</p><p>　　4.1.2 精餾系統(tǒng)的物料衡算35</p><p>　　4.2 熱量衡算36</p><p>　　4.3 反應(yīng)器的設(shè)備計(jì)算43</p><p>　　4.3.1 反應(yīng)器的設(shè)備計(jì)算43</p><p>

18、;　　4.3.2 反應(yīng)器（鼓泡塔）氣液鼓泡層高度HGL的計(jì)算44</p><p>　　4.3.3 成品冷凝器計(jì)算45</p><p>　　4.3.4 冷凝液泵計(jì)算46</p><p>　　4.3.5 醛塔最小回流比的計(jì)算48</p><p>　　4.3.6 純?nèi)┧碚摪鍞?shù)的計(jì)算52</p><p>　

19、　4.3.7 精餾塔計(jì)算54</p><p>　　4.4 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析60</p><p>　　第五章 結(jié) 論64</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)65</b></p><p><b>　　附表67</b></p><p><b>　　致 謝79&

20、lt;/b></p><p><b>　　第一章 設(shè)計(jì)項(xiàng)目</b></p><p>　　一、設(shè)計(jì)項(xiàng)目名稱(chēng)：一段法乙烯直接氧化生產(chǎn)乙醛裝置工藝設(shè)計(jì)（年產(chǎn)6.0萬(wàn)噸乙醛）</p><p><b>　　二、工藝設(shè)計(jì)條件：</b></p><p>　　新鮮乙烯純度99.7 %（余已乙烷計(jì)）</p

21、><p>　　新鮮氧氣純度99.0 %（余已氮?dú)庥?jì)）</p><p>　　原料氣配比C2H4:O2:其它=65∶17∶18</p><p>　　乙烯單程轉(zhuǎn)化率 38.08%</p><p>　　催化劑選擇性 97.92%</p><p>　　催化劑生產(chǎn)能力 134.90Kg乙醛/m催化劑小時(shí)</p>&

22、lt;p>　　副產(chǎn)物分配（表1-1）</p><p>　　表1-1 副產(chǎn)物分配</p><p>　　循環(huán)氣組成（表1-2）</p><p><b>　　表1-2循環(huán)氣組成</b></p><p>　?。?） 乙醛損失量占反應(yīng)器生成乙醛的0.72%</p><p>　　三、規(guī)模：全年生產(chǎn)時(shí)間

23、為8000小時(shí)，合333天，年產(chǎn)乙醛6.0萬(wàn)噸。</p><p>　　四、成品要求：乙醛的純度為99.7%，水0. 06%, 巴豆醛0.02%，醋酸0.02%。</p><p><b>　　第二章 前 言</b></p><p>　　乙醛是一種醛，性狀為無(wú)色易流動(dòng)液體，有刺激性氣味。熔點(diǎn)－121℃，沸點(diǎn)20.8℃，相對(duì)密度小于1?？扇苡谒?/p>

24、乙醇等一些有機(jī)物質(zhì)。易燃易揮發(fā)，蒸氣與空氣能形成爆炸性混合物，爆炸極限4.0％～57.0％（體積）。市場(chǎng)上出售的大都是40%乙醛水溶液，要想得到純度高的乙醛，可往三聚乙醛中加入1%-5%的98%的濃硫酸，蒸餾制得。冷凝水要用冰水，盛接瓶放在冰水中，小心操作。得到的乙醛密封放到冰箱中。主要用途： 用于制造醋酸、醋酐、合成樹(shù)脂、橡膠、塑料、香料，也用于制革、制藥、造紙、醫(yī)藥，用作防腐劑、防毒劑、顯像劑、溶劑、還原劑等。</p>

25、<p>　　乙炔液相水合法已有60多年的工業(yè)化歷史，至今工業(yè)化還在采用，該法以乙炔為原料，在硫酸溶液用高價(jià)汞鹽為催化劑，乙炔與水直接反應(yīng)生成乙醛，可以得到高純度、高產(chǎn)率的乙醛。但有三個(gè)缺點(diǎn)：一是需要使用毒性大、價(jià)格昂貴的汞鹽做催化劑，有損生產(chǎn)操作者的健康；二是因反應(yīng)在硫酸溶液中進(jìn)行，必須使用耐腐蝕的生產(chǎn)設(shè)備；三是催化劑穩(wěn)定性差，需要龐大的催化劑再生設(shè)備。故其發(fā)展受到限制。雖然非汞鹽催化劑氣相制乙醛的方法，已進(jìn)行了大量研究工作

26、，但尚未大規(guī)模生產(chǎn)。</p><p>　　乙醇氧化脫氫法雖然技術(shù)成熟，乙醛的產(chǎn)量高，但其原料來(lái)源困難，故不能大規(guī)模生產(chǎn)。</p><p>　　丙烷—丁烷氣相氧化制乙醛的方法，一方面受到原料產(chǎn)地的限制，同時(shí)氧化物比較復(fù)雜，分離困難，乙醛收率不高。</p><p>　　乙烯直接氧化法是直接以石油裂解乙烯為原料一步合成，原料來(lái)源豐富，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，選擇性高，

27、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，是生產(chǎn)乙醛最經(jīng)濟(jì)的一種方法。</p><p>　　乙烯液相氧化法制乙醛是六十年代的新工藝，是目前公認(rèn)的最經(jīng)濟(jì)的方法。乙烯直接氧化法是將乙烯和空氣（或氧氣）通入氯化鈀和氯化銅的鹽酸溶液中，乙烯氧化而成乙醛。這種方法流程簡(jiǎn)單，公用設(shè)施量少，故基建費(fèi)用??；原料乙烯的來(lái)源豐富，價(jià)格便宜，處理、貯運(yùn)安全；反應(yīng)的選擇性良好，副產(chǎn)物醋酸、草酸、高級(jí)醛和酮類(lèi)，氯化烴類(lèi)生成量少；乙醛的收率高（90-95%）。其最大

28、缺點(diǎn)是鹽酸的腐蝕性大，需用鈦合金鋼設(shè)備。</p><p>　　目前世界上主要有兩條生產(chǎn)乙醛的工藝路線(xiàn)，一條是以乙醇為原料，經(jīng)催化氧化生產(chǎn)乙醛；另一條是以乙烯為原料進(jìn)行催化氧化反應(yīng)生產(chǎn)乙醛。國(guó)際上幾乎都采用乙烯路線(xiàn)生產(chǎn)乙醛而我國(guó)乙醇法和乙烯法兩條路線(xiàn)都存在，但大型乙醛生產(chǎn)裝置多數(shù)以乙烯為原料生產(chǎn)乙醛。</p><p>　　乙烯直接氧化法是直接以石油裂解乙烯為原料一步合成，原料來(lái)源豐富，工藝過(guò)

29、程簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，選擇性高，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，是生產(chǎn)乙醛最經(jīng)濟(jì)的一種方法。</p><p>　　本設(shè)計(jì)在考慮了種種原因的基礎(chǔ)上，采用了一段乙烯直接氧化法制乙醛的工藝。</p><p>　　第三章 工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</p><p><b>　　3.1 概述</b></p><p><b>　　3.1.1 簡(jiǎn)介&

30、lt;/b></p><p>　　乙醛是重要的有機(jī)化工中間體，由乙醛可以制取醋酸、醋酸酐、醋酸乙烯、2—乙基己醇、季戊四醇等。其中制醋酸用乙醛約占總產(chǎn)量的一半。由乙醛出發(fā)生產(chǎn)的一系列有機(jī)產(chǎn)品，是制取醫(yī)藥、農(nóng)藥、溶劑、合成纖維、樹(shù)脂、塑料、染料、炸藥、降雨劑等不可缺少的原料。近年來(lái)，隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展和乙烯均相氧化法開(kāi)發(fā)成功，乙醛的產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)，目前乙醛的年產(chǎn)量在200萬(wàn)噸以上。</p>&

31、lt;p>　　工業(yè)生產(chǎn)乙醛的主要方法有四種：</p><p>　　乙炔在汞鹽催化作用下液相水合法：</p><p>　　△H=－141.52KJ/mol</p><p>　?。?） 乙醇氧化脫氫法或者乙醇脫氫法：</p><p>　　△H=－242KJ/mol</p><p>　　上列方程中氧用量為理論量的70%

32、左右。</p><p>　?。?）丙烷—丁烷氣相直接氧化法：</p><p>　?。?）乙烯均相氧化法：</p><p>　　上述四種方法中，乙炔液相水合法已有60多年的工業(yè)化歷史，至今工業(yè)化還在采用，該法以乙炔為原料，乙炔用電石水解得到，耗電量大，而且需要有毒的汞鹽做催化劑，污染環(huán)境，故其發(fā)展受到限制。雖然非汞鹽催化劑氣相制乙醛的方法，已進(jìn)行了大量研究工作，但尚未

33、大規(guī)模生產(chǎn)。</p><p>　　乙醇氧化脫氫法雖然技術(shù)成熟，乙醛的產(chǎn)量高，但其原料來(lái)源困難，故不能大規(guī)模生產(chǎn)。</p><p>　　丙烷—丁烷氣相氧化制乙醛的方法，一方面受到原料產(chǎn)地的限制，同時(shí)氧化物比較復(fù)雜，分離困難，乙醛收率不高。</p><p>　　乙烯直接氧化法是直接以石油裂解乙烯為原料一步合成，原料來(lái)源豐富，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，選擇性高，易于實(shí)現(xiàn)

34、工業(yè)化，是生產(chǎn)乙醛最經(jīng)濟(jì)的一種方法。</p><p>　　本設(shè)計(jì)在考慮了以上種種原因的基礎(chǔ)上，采用了乙烯直接氧化法制乙醛的工藝。</p><p>　　3.1.2 本地區(qū)的自然條件</p><p>　　平均氣壓 760mmHg 最高溫度 35.1℃</p><p>　　最低溫度

35、 －10℃ 平均相對(duì)溫度 71% </p><p>　　最深凍土深度 30cm 最大降雪量 420mm</p><p>　　平均風(fēng)速 3.5m/s </p><p>　　最高自然水溫 24℃</p>

36、<p><b>　　3.2 產(chǎn)品說(shuō)明</b></p><p>　　3.2.1 產(chǎn)品名稱(chēng)</p><p>　　3.2.2 產(chǎn)品的基本物理化學(xué)性質(zhì)</p><p>　　1、純乙醛是無(wú)色透明、易揮發(fā)、易燃、易流動(dòng)的液體，大量乙醛有刺激性的窒息氣味，少量乙醛則有蘋(píng)果香味。</p><p>　　乙醛能與大多數(shù)有機(jī)溶劑

37、（如：乙醇、乙醚、苯等）以任意比例完全混合。雖然溶解性能非常之好，但由于其本身的不穩(wěn)定性及活性不能做溶劑使用。</p><p>　　2、乙醛的物理常數(shù)見(jiàn)下表（表3-1）：</p><p>　　表3-1 乙醛的物理常數(shù)</p><p>　　3、乙醛與下列物質(zhì)形成恒沸混合物（表3-2）</p><p>　　表3-2 乙醛與下列物質(zhì)形成恒沸混合物&

38、lt;/p><p>　　4、純乙醛的壓力與沸點(diǎn)的關(guān)系：</p><p>　　表3-3 純乙醛的壓力與沸點(diǎn)的關(guān)系</p><p>　　注：壓力為750mmHg柱</p><p>　　5、由于乙醛具有碳氧雙鍵，及氧的誘導(dǎo)效應(yīng)，雙鍵中的電子偏向于氧的一方面，使氧略帶負(fù)電性，而碳略帶正電性。所以，在雙鍵處可進(jìn)行加成反應(yīng)，及羰基上氧原子的取代反應(yīng)；同時(shí)，和

39、羰基相連的a碳原子上的氫，受羰基的影響也很活潑，使易醛氧化；與羰基相連的甲基尚可發(fā)生烴基所特有的一系列反應(yīng)?，F(xiàn)將這三方面的化學(xué)反應(yīng)分述如下：</p><p>　　乙醛和亞硫酸氫鈉發(fā)生加成作用，生成難溶的亞硫酸氫鈉加成物：</p><p>　　這個(gè)加成物受酸或堿的作用后，很容易再分解成原來(lái)的醛。用這個(gè)方法可分離醛和其他有機(jī)物的混合物，將這個(gè)混合物和亞硫酸氫鈉的溶液混合振蕩，醛的亞硫酸氫鈉加成

40、物即結(jié)晶而出，把結(jié)晶提純后，再使之分解就可得到純的醛。</p><p>　　6、和氫氰酸的加成作用生成氰烴化物：</p><p><b>　?。?—羥基丙腈）</b></p><p>　　和丙烯腈反應(yīng)得甲醛基丁腈，可做殺蟲(chóng)劑及制備增塑劑。</p><p><b>　?。兹┗‰妫?lt;/b></

41、p><p>　　7、和氫的加成作用：</p><p>　　乙醛的羰基加一分子氫后，生成乙醇。</p><p><b>　?。ㄒ掖迹?lt;/b></p><p>　　8、和氨及衍生物的加成作用：</p><p>　　氨及胺本身可以和乙醛發(fā)生加成作用，這個(gè)反應(yīng)過(guò)程經(jīng)過(guò)下列步驟：</p><

42、p>　　先是一分子氨和一分子乙醛作用：</p><p>　　這個(gè)產(chǎn)物中一個(gè)羥基和一個(gè)氫基同時(shí)和一個(gè)碳原子相連，因此它極不穩(wěn)定，立即失去一分子水，變成不穩(wěn)定的亞氨基醛。亞氨基醛也極不穩(wěn)定,三個(gè)分子立即自相締合,生成環(huán)狀的己氨,它是橡膠硫化的促進(jìn)劑。</p><p>　　9、和氧的加成作用：</p><p>　　乙醛極易被氧化，在空氣中放置時(shí)可以被空氣中的氧氣氧化

43、，首先生成過(guò)氧醋酸，它是相當(dāng)強(qiáng)烈的氧化劑，可以將未反應(yīng)的乙醛氧化成醋酸。</p><p>　　在有催化劑醋酸錳存在下，此反應(yīng)進(jìn)行得很快，當(dāng)有條件能從反應(yīng)物中除去水時(shí)，也可得到醋酐。</p><p>　　10、和乙炔的加成作用：</p><p>　　在有乙炔銅存在時(shí)，在加壓下乙醛與乙炔反應(yīng)得到3—羥基—1—丁炔。</p><p>　　這一產(chǎn)物及

44、易繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，例如：用脫水的方法可由它制得乙烯基乙炔。</p><p><b>　?。ㄒ蚁┗胰玻?lt;/b></p><p>　　3.2.3 產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　乙醛99.7%； 水0.03%； 醋酸0.01%； 總氯30ppm</p><p>　　過(guò)氧醋酸0.01%； 巴豆醛

45、0.03%； 三聚乙醛0.01%</p><p>　　3.2.4 產(chǎn)品的主要用途</p><p>　　乙醛是重要的有機(jī)合成中間體，有乙醛可以制備醋酸、醋酐、2—乙基乙醇、季戊四醇、四聚乙醛、合成吡啶堿等，其中制醋酸用乙醛約占總產(chǎn)量的一半。</p><p>　　乙醛及其衍生物，是制取醫(yī)藥、農(nóng)藥、溶劑、合成纖維、樹(shù)脂、塑料、染料、炸藥、降雨劑等不可缺少的原料，由此

46、可見(jiàn)，以乙醛的原料制得的一系列化工產(chǎn)品，直接與人們的衣食住行息息相關(guān)。所以，乙醛作為一種重要的有機(jī)合成中間體，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。</p><p><b>　　3.3 原材料規(guī)格</b></p><p><b>　　表3-4原材料規(guī)格</b></p><p>　　3.4 公用工程規(guī)格</p>&l

47、t;p>　　表3-5 公用工程規(guī)格</p><p>　　3.5 生產(chǎn)基本原理及化學(xué)反應(yīng)方程式</p><p>　　工業(yè)上生產(chǎn)乙醛的主要方法是乙烯直接氧化法。</p><p>　　乙烯直接氧化制乙醛屬于均相絡(luò)合氧化，它是均相催化氧化的另一重要領(lǐng)域，所用的催化劑是過(guò)渡金屬的絡(luò)合物，最主要的是Pd絡(luò)合物。絡(luò)合催化氧化反應(yīng)中，催化劑的過(guò)渡金屬原子與反應(yīng)物分子構(gòu)成配位鍵

48、使其活化，并在配位上進(jìn)行反應(yīng)。具有代表性的絡(luò)合催化氧化反應(yīng)是在50年代末研究開(kāi)發(fā)成功的乙烯在水溶液中，直接氧化制乙醛的反應(yīng)。其反應(yīng)原理可解釋如下：</p><p><b>　　總反應(yīng)：</b></p><p>　　但是上述反應(yīng)不是一步完成的，它是由下列三個(gè)基本反應(yīng)構(gòu)成：</p><p>　?。?）烯烴的羰化反應(yīng)</p><p

49、>　?。?）Pd的氧化反應(yīng)</p><p>　?。?）氯化亞銅的氧化</p><p>　　這樣反應(yīng)（1）所析出的金屬Pd，通過(guò)反應(yīng)（2）立即被Cu（Ⅱ）氧化為Pd（Ⅱ），而反應(yīng)（2）被還原成了Cu（Ⅰ），在反應(yīng)（3）中又立即被氧化成為Cu（Ⅱ），從而形成了催化劑的循環(huán)。在此反應(yīng)中，是催化劑，是氧化劑，也稱(chēng)共催化劑，沒(méi)有的存在就不能構(gòu)成此催化過(guò)程。但氧的存在也是必須的，要使反應(yīng)能平穩(wěn)的

50、進(jìn)行，必須將還原生成的低價(jià)銅復(fù)氧化成高價(jià)銅，以保持催化劑溶液中有一定的Cu（Ⅱ）濃度。</p><p>　　在鈀催化劑下，烯烴的絡(luò)合催化氧化具有良好的選擇性，副產(chǎn)物的生成量不多，約為5%左右，主要的副反應(yīng)有以下幾種：</p><p><b>　?。?）（氯甲烷）</b></p><p><b>　?。?）</b></

51、p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　?。?）（乙二醛）</b></p><p><b>　　（6）（草酸）</b></p><p><b>　?。?）（

52、草酸銅）</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　催化劑溶液的組成是影響烯烴氧化反應(yīng)的關(guān)鍵因素。雖然烯烴的氧化速度取決于羰化反應(yīng)的速度，但催化劑的活性是否能保持穩(wěn)定，則受Pd氧化反應(yīng)的熱力為條件限制，也受Cu（Ⅰ）氧化反應(yīng)的反應(yīng)速度的影響。要滿(mǎn)足其熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定條件，除與反應(yīng)條件有關(guān)外，與催化劑溶液的組成也密切相關(guān)。工業(yè)

53、生產(chǎn)中，對(duì)催化劑溶液的控制指標(biāo)有：鈀含量、總銅含量、氧化度和PH值等。</p><p>　　烯烴的氧化速度是與Pd（Ⅱ）的濃度成正比的，但由于受到Pd氧化熱力學(xué)平衡的限制，Pd（Ⅱ）濃度超過(guò)其平衡總濃度，將會(huì)有Pd析出，故有一適宜的鈀濃度?？傘~是Cu（Ⅱ）和Cu（Ⅰ）的總和。Cu（Ⅱ）是Pd的氧化劑，為了使Pd的氧化能有效的進(jìn)行，而不致有金屬析出，溶液中必須有過(guò)量的Cu（Ⅱ）存在。除了控制總銅含量外，還必須控制氧

54、化度。氧化度就是指在總銅中，Cu（Ⅱ）所占的百分?jǐn)?shù)。烯烴的氧化速度是與濃度成反比，故催化劑的酸度不宜過(guò)大，但催化劑溶液又必須保持酸性，不然會(huì)有堿式銅鹽沉淀。</p><p>　　工業(yè)生產(chǎn)中，催化劑溶液的組成一般為：Pd含量0.25到0.45g/L，總銅含量為65到75g/L，Cu（Ⅱ）/總銅約為0.6，PH值0.8到1.2。</p><p>　　從前面討論可知，在鈀鹽催化劑下，乙烯均相

55、氧化制乙醛的過(guò)程包括三個(gè)基本反應(yīng)。這三步反應(yīng)可在同一反應(yīng)器中進(jìn)行，稱(chēng)一段法。也可分開(kāi)在兩個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，即乙烯羰化和Pd氧化在同一臺(tái)反應(yīng)器中進(jìn)行，Cu（Ⅰ）的氧化在另一臺(tái)反應(yīng)器中進(jìn)行，稱(chēng)二段法。本設(shè)計(jì)主要討論一段法生產(chǎn)乙醛的過(guò)程。</p><p>　　在理論上，該流程主要分三部分：氧化部分、粗乙醛的精制部分、催化劑溶液的再生部分。</p><p>　?。?）氧化部分。乙烯絡(luò)合催化氧化一步合

56、成乙醛是一氣液反應(yīng)，又是一強(qiáng)放熱反應(yīng)。所以采用的反應(yīng)器要求有良好的傳質(zhì)條件，氣液相間有充分的接觸表面，催化劑溶液有充分的軸向混合以達(dá)到整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)濃度均一，并能及時(shí)除去反應(yīng)熱。所以工業(yè)上采用具有循環(huán)管的鼓泡床塔式反應(yīng)器，催化劑溶液的裝載量為1/2到1/3體積。原料乙烯和循環(huán)氣混合從底部進(jìn)入。為了有效傳質(zhì)，氣體的空塔速度很高，流體處于湍流狀態(tài)，反應(yīng)器是被密度較低的氣液混合物充滿(mǎn)。這種氣液混合物經(jīng)過(guò)反應(yīng)器上部側(cè)線(xiàn)流至除沫分離器，進(jìn)行氣液分離

57、，催化劑溶液經(jīng)過(guò)循環(huán)管返回反應(yīng)器。經(jīng)除沫器上部逸出的反應(yīng)氣體經(jīng)過(guò)吸收后進(jìn)入粗乙醛精制部分。</p><p>　?。?）粗乙醛精制部分。粗乙醛水溶液含乙醛10%左右，并含少量副產(chǎn)物，氯甲烷、氯乙烷、丁烯醛、醋酸及高沸物。采用兩個(gè)精餾塔分離，第一個(gè)脫輕組份塔作用是將低沸物除去。由于氯乙烷和乙醛的沸點(diǎn)接近，因此在塔的上部加入吸收水，屬于萃取精餾。高沸物的分離屬于一般精餾。</p><p>　　（

58、3）催化劑溶液再生。在催化劑溶液內(nèi)存在樹(shù)脂和固體草酸銅。草酸銅的生成不僅存污染催化劑，更不利于的是使Cu離子濃度下降，而影響活性。為了使催化劑保持活性，需要對(duì)催化劑溶液進(jìn)行再生。</p><p>　　一段法生產(chǎn)乙醛，乙烯的單程轉(zhuǎn)化率為35到38%，選擇性為95%，催化劑的生產(chǎn)能力為150Kg乙醛/立方米催化劑.h，乙醛純度99.7%。</p><p>　　3.6生產(chǎn)工序及工藝流程敘述<

59、;/p><p>　　乙醛生產(chǎn)裝置共分七個(gè)生產(chǎn)過(guò)程：乙烯直接氧化過(guò)程、粗乙醛精制過(guò)程、催化劑再生過(guò)程、中間罐區(qū)過(guò)程、廢水中和過(guò)程、成品罐區(qū)過(guò)程、輔助設(shè)施。</p><p>　　3.6.1 反應(yīng)工序</p><p>　　圖3-1 反應(yīng)工段流程簡(jiǎn)</p><p>　　由吸收塔（C-101）來(lái)的循環(huán)氣經(jīng)過(guò)水環(huán)壓縮機(jī)（K-101）加壓后，進(jìn)入氣液分離器（

60、V-101）。氣體由頂部出來(lái)與新鮮乙烯在管道中混合后進(jìn)入反應(yīng)器（R-101）底部。由氣液分離器下部出來(lái)的工藝水通過(guò)循環(huán)水泵（P-103）加壓后進(jìn)入冷卻器（E-104）冷卻到42℃左右，一少部分在氣液分離器液面調(diào)節(jié)器控制下流入去粗醛貯槽（V-402）的管道中，其余回水環(huán)壓縮機(jī)的工作液用。通過(guò)工藝遙控閥（HIC-1709）連續(xù)向循環(huán)氣壓縮機(jī)中補(bǔ)加少量新鮮工藝水。</p><p>　　由新鮮氧氣通過(guò)單獨(dú)管道進(jìn)入反應(yīng)器下

61、部。</p><p>　　聯(lián)化新鮮氧氣通過(guò)單獨(dú)管道進(jìn)入再生器下部。</p><p>　　當(dāng)聯(lián)化氧氣供應(yīng)不上時(shí)，不停再生系統(tǒng)直接將閥門(mén)切換到氧氣管線(xiàn)上。相反在氧氣壓力偏低，不滿(mǎn)足再生器（V-302）的工藝要求時(shí)，把氧氣管線(xiàn)切換到聯(lián)化的氧氣管線(xiàn)上。</p><p>　　在反應(yīng)器內(nèi)乙烯和氧氣通過(guò)催化劑的催化作用，在壓力0.3-0.375Mpa，溫度125-135℃條件下生

62、成乙醛。含有乙醛、未反應(yīng)的乙烯、氧氣、水蒸氣以及副產(chǎn)物的工藝氣體夾帶著催化劑通過(guò)兩根連接導(dǎo)管進(jìn)入除沫器（V-102）進(jìn)行氣液分離。分離出來(lái)的催化劑經(jīng)過(guò)觸媒循環(huán)管回到反應(yīng)器。</p><p>　　為保持催化劑的活性穩(wěn)定，從催化劑循環(huán)管連續(xù)采出3-5立方米/小時(shí)的催化劑送往再生系統(tǒng)進(jìn)行催化劑的再生。再生后的催化劑從反應(yīng)器底部返回反應(yīng)系統(tǒng)。</p><p>　　氣液分離后夾帶微量催化劑的工藝氣體

63、進(jìn)入第一冷凝器（E-101）被冷卻到105-120℃，冷凝下來(lái)的水和催化劑有冷凝收集槽（V-103）底部流出，與再生工序尾氣吸收塔（C-302）的吸收液混合，經(jīng)冷凝輸送泵（P-101）加壓后從除沫器上部噴淋加入除沫器。為了保持反應(yīng)器液面的穩(wěn)定，加入一定量的脫鹽水以補(bǔ)充工藝過(guò)程損失掉的水分。</p><p>　　第一冷凝器出來(lái)的氣體進(jìn)入第二冷凝器（E-102）冷卻到78℃以下。冷凝液有二冷受槽（V-104）底部流入

64、吸收塔塔釜。沒(méi)有冷凝的氣體進(jìn)入第三冷凝器（E-103）進(jìn)一步冷凝，凝液流入吸收塔塔釜，沒(méi)有冷凝的氣體進(jìn)入吸收塔下部，在吸收塔上部加入25-60立方米/小時(shí)的工藝水吸收乙醛。吸收液在塔釜匯同來(lái)自（V-103）、（E-103）的凝液一并經(jīng)過(guò)過(guò)濾器（F-102）過(guò)濾，粗醛冷卻器（E-105）冷卻到45℃以下，流入粗醛貯槽（V-402）。</p><p>　　吸收塔頂排除的僅含微量乙醛的工藝氣體大部分返回水環(huán)壓縮機(jī)，經(jīng)過(guò)

65、加壓后重新參加反應(yīng)。為避免惰性氣體在系統(tǒng)內(nèi)積累，維持循環(huán)氣組成穩(wěn)定，通過(guò)遙控閥（HIC-1701）和限流板（F0-1231）連續(xù)采出少量循環(huán)氣送到火炬（B-101）燒掉，為防止火炬燃燒時(shí)產(chǎn)生大量黑煙，向火炬通入中壓蒸汽消煙。</p><p>　　為補(bǔ)充反應(yīng)過(guò)程中生成副產(chǎn)物消耗掉的鹽酸，有鹽酸計(jì)量泵（P-302），通過(guò)觸媒循環(huán)管向反應(yīng)系統(tǒng)補(bǔ)加一定量的鹽酸。</p><p>　　當(dāng)反應(yīng)器、除沫

66、器發(fā)生故障時(shí)，可將觸媒放入觸媒收集坑。待觸媒溫度降到80℃以下時(shí)，用觸媒輸送泵（P-102）送入觸媒貯槽（V-307）或者（V-305）中。流散的觸媒收集在收集坑中使用同樣的方法。</p><p>　　用做緩沖的脫鹽水罐（V-407）貯存一定量的脫鹽水。脫鹽水通過(guò)脫鹽水泵（P-401）加壓后送往生產(chǎn)裝置。</p><p>　　用做緩沖的工藝水罐（V-408）貯存一定量的工藝水。工藝水通過(guò)工

67、藝水泵（P-405）加壓后送往生產(chǎn)裝置。</p><p>　　過(guò)熱蒸汽要經(jīng)飽和減壓處理后供生產(chǎn)使用。將3.1Mpa的過(guò)熱中壓蒸汽經(jīng)過(guò)增濕入脫鹽水，再經(jīng)過(guò)減壓后以1.4Mpa的飽和蒸汽的形式供生產(chǎn)使用。將0.9Mpa的低壓蒸汽，經(jīng)增濕泵（P-001）補(bǔ)入脫鹽水使其飽和后再經(jīng)過(guò)減壓，以0.55Mpa飽和蒸汽的形式供生產(chǎn)使用。將0.55Mpa的飽和蒸汽減壓到0.25Mpa，供風(fēng)機(jī)采暖和設(shè)備供熱使用。</p>

68、<p>　　3.6.2 蒸餾工序</p><p>　　用泵（P-402A/B）將粗乙醛從粗乙醛貯槽（V-402）抽出送到熱交換器（E-201），與（C-202）塔底排出的廢水換熱，溫度降到95-106℃后，進(jìn)入脫輕組分塔（C-201）。（C-201）在0.25-0.35Mpa的壓力下操作。直接蒸汽加熱控制塔頂溫度60-71℃，塔底溫度95-106℃。從塔頂蒸出的低沸物氯甲烷、氯乙烷等，進(jìn)入塔頂冷

69、凝器（E-202）冷凝。凝液回流，未凝氣體去火炬燃燒。為減少底沸物帶走的乙醛量，在塔頂加萃取水，脫去底沸物的粗乙醛從（C-201）流入純?nèi)┧–-202），該塔的操作壓力為0.12-0.14Mpa，直接蒸汽加熱，控制塔底溫度125-135℃，通過(guò)調(diào)節(jié)回流量控制塔頂溫度42-45℃，從塔頂蒸出的純乙醛進(jìn)入冷凝器（E-203A/B）冷凝，凝液進(jìn)入回流罐（V-201），再用泵（P-201A/B）把一部分純?nèi)┧突厮?，另一部分送純?nèi)├鋮s器（E-

70、205）冷卻到35℃以下進(jìn)入純?nèi)┵A罐（V-403A/B）貯存，定期用泵（P-403A/B）送到成品罐區(qū)。塔釜排出的含醛量小于0.1%的廢水經(jīng)過(guò)熱交換器（E-201）、冷卻器（E-206）冷卻到40℃以下，流至廢水中和</p><p>　　為保持（C-201）與（C-202）塔的壓力穩(wěn)定，可適當(dāng)調(diào)節(jié)通入塔內(nèi)的保壓氮?dú)饬髁俊?lt;/p><p>　　開(kāi)車(chē)或者停車(chē)以及生產(chǎn)中產(chǎn)生的不合格乙醛，送至老裝

71、置的不合格乙醛貯槽（V-404）貯存。</p><p>　　3.6.3 觸媒再生工序</p><p>　　從除沫器循環(huán)管采出的催化劑，在氧化管中加入鹽酸和空氣，把Cu（Ⅰ）氧化成Cu（Ⅱ），進(jìn)入旋風(fēng)分離器（V-301）。在此保持30-50%的液位，加入氮?dú)鈹嚢?，將溶解在觸媒中的乙醛、乙烯、二氧化碳、醋酸等吹出。脫氣后的觸媒經(jīng)過(guò)籃式過(guò)濾器（F-301）過(guò)濾后，用觸媒輸送泵（P-301）打

72、進(jìn)再生器（V-302），用中壓蒸汽加熱，溫度控制在160-180℃，控制壓力0.8-1.1Mpa，通入15-40立方米/小時(shí)的氧氣，以分解草酸銅和不溶性殘?jiān)?，使觸媒中的殘?jiān)３衷?0g/L左右。再生后的觸媒進(jìn)入閃蒸罐（V-303），并控制壓力0.4-0.52Mpa，保持40%的液面，把溶解在觸媒中的氣體分離出來(lái)，合格的觸媒從底部返回反應(yīng)器。</p><p>　　為回收尾氣中的乙醛，從旋風(fēng)分離器和閃蒸罐頂部出來(lái)的氣

73、體進(jìn)入冷凝器（E-301）冷凝，未凝氣體進(jìn)入尾氣吸收塔（C-302）用水吸收乙醛后放空。</p><p>　　尾氣吸收塔的吸收液，冷凝器（E-301）的冷凝液和（P-303）泵的軸封水，用粗醛回收泵（P-303）打到凝液輸送泵（P-101）的進(jìn)口，一同打到反應(yīng)系統(tǒng)。</p><p>　　鹽酸由九車(chē)間用管道送到鹽酸貯槽（V-406）貯存，當(dāng)需要時(shí)由（V-406）壓到鹽酸計(jì)量槽（V-304），

74、兩槽的放空鹽酸氣進(jìn)入鹽酸氣吸收塔（C-301），用工藝水吸收后氣體放空，吸收液放入廢水管道，與廢水一同流入廢水池。</p><p>　　鹽酸計(jì)量槽中的鹽酸計(jì)量泵（P-302A/B），分別送到觸媒氧化管和除沫器觸媒循環(huán)管。</p><p>　　3.6.4 中間罐區(qū)工序</p><p>　　氮?dú)赓A罐：有外管送來(lái)的壓力為0.5Mpa的氮?dú)?，?jīng)氮?dú)鈮嚎s機(jī)（K-401A/B

75、）壓縮，經(jīng)冷卻器冷卻后進(jìn)入氮?dú)赓A罐（V-401）。當(dāng)（V-401）中氮?dú)鈮毫ι?.15Mpa時(shí)，氮?dú)鈮嚎s機(jī)自動(dòng)停車(chē)；當(dāng)壓力低于1.75Mpa時(shí)，壓縮機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)。為保持壓縮機(jī)的油箱中的油溫不致過(guò)高，設(shè)有油循環(huán)和冷卻系統(tǒng)。</p><p>　　粗醛貯罐（V-402）、粗醛泵（P-402A/B）：粗醛貯罐接受來(lái)自粗醛冷卻器（E-105），巴豆醛萃取塔（C-203），尾氣吸收塔（C-401）和巴豆醛貯槽（V-405）送

76、來(lái)的粗醛，該槽用氮?dú)獗３謮毫υ?.03-0.05Mpa，防止乙醛揮發(fā)損失，防空氣去（C-401）塔。（V-402）中的粗醛經(jīng)過(guò)粗醛泵（P-402A/B）送往蒸餾工序。</p><p>　　純?nèi)┵A槽（V-403A/B）、純?nèi)┍茫≒-403A/B）：純?nèi)┵A槽接受由純?nèi)├鋮s器冷卻的純?nèi)?，并用氮?dú)獗３謮毫υ?.09-0.12Mpa，減少乙醛揮發(fā)損失，放空氣去（C-401）塔。槽裝滿(mǎn)后，可用純?nèi)┍盟屯善焚A槽（V-601A

77、、B、C）。若（V-403A/B）中乙醛不合格，可通過(guò)（P-403A/B）打入老裝置的不合格乙醛貯罐（V-404）。</p><p>　　尾氣吸收塔（C-401）：該塔接受來(lái)自（V-402）、（V-405）、（V-403A/B）、（V-404）、（V-601A、B、C）、（E-203）、（V-201）放空氣體，用工藝水洗滌、回收乙醛后送往火炬燃燒，吸收液流入（V-402）。</p><p>

78、;　　脫鹽水槽（V-407）和工藝水槽（V-408）。</p><p>　　鹽酸貯槽（V-406）：定期接受來(lái)自氯乙烯車(chē)間通過(guò)管道送來(lái)的鹽酸。</p><p>　　廢水中和工序：燒堿車(chē)間用管道將20%的液堿送至液堿貯罐（V-501）中，用泵（P-501）打入液堿高位槽（V-503A/B）中備用。</p><p>　　蒸餾工序排出的酸性污水靠起本身的余壓流入污水中和池

79、（V-56A/B）中。在攪拌下將液堿由高位槽徐徐加入中和池中，用PH試紙檢查PH值。當(dāng)PH值達(dá)到6-9時(shí)，停止向中和池中加堿，打開(kāi)中和池出口閥門(mén)將中和后的污水均勻排放到污水生化處理場(chǎng)。</p><p>　　3.6.5 成品罐區(qū)工序</p><p>　　成品乙醛經(jīng)過(guò)主裝置中間罐區(qū)輸送泵送入成品乙醛球罐（V-601A、B、C）中貯存。乙醛貯罐用低壓氮?dú)獗３謮毫?。氮封壓力?.08-0.12M

80、pa。貯罐尾氣與（V-403A/B）氮?dú)馄胶夤芟噙B，其放空氣體去（C-401）塔吸收。</p><p>　　成品乙醛定期用乙醛輸送泵（P-407A/B）送到醋酸、丁辛醇車(chē)間。</p><p>　　3.7 不正?，F(xiàn)象發(fā)生的原因及處理方法</p><p>　　3.7.1 反應(yīng)工序</p><p><b>　　表3-6 反應(yīng)工序</

81、b></p><p>　　3.7.2 蒸餾工序</p><p>　　表3-7 蒸餾工序</p><p>　　3.8 生產(chǎn)控制一覽表</p><p>　　3.8.1 反應(yīng)工序</p><p><b>　　表3-8反應(yīng)工序</b></p><p>　　3.8.2

82、蒸餾工序</p><p><b>　　表3-9蒸餾工序</b></p><p>　　3.9 原材料及動(dòng)力消耗定額</p><p>　　表3-10 原材料及動(dòng)力消耗定額</p><p>　　3.10 副產(chǎn)品及排出物</p><p>　　表3-11副產(chǎn)品及排出物</p><p>

83、;　　3.11 安全生產(chǎn)基本原則</p><p>　　3.11.1 防火、防爆及衛(wèi)生等級(jí)</p><p>　　表3-12防火、防爆及衛(wèi)生等級(jí)</p><p>　　3.11.2 原材料成品及衛(wèi)生安全濃度</p><p>　　表3-13 原材料成品及衛(wèi)生安全濃度</p><p>　　3.11.3 防火須知<

84、/p><p>　?。?）動(dòng)火前必須辦理動(dòng)火證，并有專(zhuān)人監(jiān)護(hù)。</p><p>　　（2）在開(kāi)車(chē)狀態(tài)下，裝置內(nèi)不準(zhǔn)出現(xiàn)明火。</p><p>　?。?）各崗位必須設(shè)消防器材，專(zhuān)人保管，定期檢查，保證靈活好用。</p><p>　?。?）每個(gè)人必須會(huì)使用消防用具。</p><p>　?。?）乙醛著火，不能用泡沫滅火器，可用水或

85、干粉滅火器。</p><p>　?。?）電器設(shè)備著火可用二氧化碳和四氯化碳滅火器，但在使用四氯化碳滅火器時(shí)必須帶防毒面具站在風(fēng)頭上，以防光氣中毒。</p><p>　?。?）如反應(yīng)段噴出氣體引起火災(zāi)，可用消防水槍噴水降溫燃燒氣體，可用二氧化碳或干粉滅火器。</p><p>　?。?）發(fā)生火災(zāi)時(shí)應(yīng)立即停止通風(fēng)。因設(shè)備漏，乙烯、氧氣、乙醛等著火時(shí)，要保持系統(tǒng)正常壓力，以

86、免回火，并戴好必要的放毒面具救火，火災(zāi)消除后，可開(kāi)通風(fēng)設(shè)備。</p><p>　?。?）發(fā)生火災(zāi)后及時(shí)報(bào)告消防隊(duì)和廠(chǎng)調(diào)度室，并有組織地進(jìn)行救火。</p><p>　　3.12 主要設(shè)備一覽表</p><p>　　3.12.1 反應(yīng)工序</p><p>　　表3-14 反應(yīng)工序</p><p>　　3.12.2

87、蒸餾工序及其他工序</p><p>　　3-15蒸餾工序及其他工序</p><p>　　3.13 主要設(shè)備及催化劑溶液組成的選擇</p><p>　　3.13.1 反應(yīng)器</p><p>　　乙烯絡(luò)合催化氧化一步合成乙醛的反應(yīng)是一氣液相反應(yīng)，傳質(zhì)過(guò)程對(duì)反應(yīng)速度有顯著影響。所采用反應(yīng)器的型式，要求氣液相間有充分的接觸表面而且有良好的傳質(zhì)條件，

88、催化劑溶液有充分的軸向混合以達(dá)到整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)濃度的均一，并能將反應(yīng)熱及時(shí)除去。由于反應(yīng)介質(zhì)具有強(qiáng)腐蝕性，要在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置傳熱和氣體分布裝置等構(gòu)件，材料不易解決。工業(yè)上是采用具有循環(huán)管的鼓泡床塔式反應(yīng)器。原料乙烯和循環(huán)氣的混合氣與氧氣分別鼓泡通入塔內(nèi)，為了減少傳質(zhì)阻力采用高線(xiàn)速的操作條件，在整個(gè)反應(yīng)器充滿(mǎn)著氣液混合物。這種氣液混合物經(jīng)反應(yīng)器上部側(cè)線(xiàn)流到除沫分離器，由于氣體線(xiàn)速很小，催化劑溶液自除沫分離器沉降下來(lái)，經(jīng)循環(huán)管回流入反應(yīng)器。催化

89、劑溶液在循環(huán)管內(nèi)流速很大（4-7米/秒），循環(huán)速度和快，故混合較充分。反應(yīng)熱是借產(chǎn)物乙醛和主要是水的蒸發(fā)帶走的，由于催化劑溶液的充分混合，塔內(nèi)溫度分布基本上均勻。</p><p>　　因?yàn)榇呋瘎┤芤壕哂兴嵝圆⒑懈邼舛嚷入x子，有強(qiáng)烈的腐蝕作用，反應(yīng)器材料必須在操作溫度下與有良好的耐腐蝕性能，一般用碳鋼制造，內(nèi)襯耐酸耐溫的橡膠和瓷磚，各法蘭連接處和通氧氣的管子腐蝕更眼找能夠，即使采用鈦鋼也難滿(mǎn)足要求，需要使用特種材

90、料。</p><p>　　3.13.2 催化劑溶液的組成對(duì)其活性和穩(wěn)定性的影響</p><p>　　要使烯烴的氧化反應(yīng)能以一定速度穩(wěn)定的進(jìn)行，催化劑溶液的組成是關(guān)鍵。雖然乙醛及其它羰基化合物的生成速度是取決于羰化反應(yīng)，而催化劑的活性也以此為標(biāo)志，但其活性是否能保持穩(wěn)定，則受到鈀氧化反應(yīng)的熱力學(xué)條件限制，也受到亞銅鹽氧化反應(yīng)速度的影響。要滿(mǎn)足其熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定條件，除與反應(yīng)天驕有關(guān)外，與

91、催化劑溶液的組成也密切相關(guān)。工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)催化劑溶液的控制指標(biāo)有鈀含量、銅含量（或者鈀銅比），氧化度、氯銅比、PH值等。</p><p>　　（1）鈀含量：催化劑溶液中鈀鹽濃度愈高，羰化反應(yīng)速度愈快。但鈀鹽濃度受到熱力學(xué)條件的限制，超過(guò)其平衡濃度，將會(huì)有金屬析出。的平衡濃度與反應(yīng)溫度有關(guān)，與和氯等離子的濃度也有關(guān)。為了滿(mǎn)足熱力學(xué)條件，高的鈀濃度是靠高的離子濃度來(lái)維持，但離子濃度增高，必然帶來(lái)游離氯離子濃度也相應(yīng)增

92、高，游離氯離子濃度增加，雖對(duì)Pd氧化反應(yīng)的平衡也是有利的，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致羰化反應(yīng)速度的下降。故銅與鈀、氯與銅應(yīng)有一適當(dāng)?shù)谋戎?。而且由于鈀是貴金屬，故在工業(yè)裝置中，在維持必要的反應(yīng)速度前提下，都采用較低的鈀含量，一般是0.5千克左右鈀/溶液。</p><p>　?。?）銅含量：催化劑溶液中總銅含量是Cu（Ⅱ）和Cu（Ⅰ）含量總和。Cu（Ⅱ）是Pd的氧化劑，為了使Pd的氧化反應(yīng)能有效地進(jìn)行，而不致有金屬鈀析出，溶液中必

93、須有過(guò)量的Cu（Ⅱ）存在。除了需控制高的銅/鈀比（一般其原子比為200左右：1）外，還必須控制氧化度的指標(biāo)。較高的氧化度，可以使達(dá)到較高的平衡濃度，對(duì)羰化反應(yīng)有利。</p><p>　?。?）氧化度、氯/銅原子比和PH值：氧化度、氯/銅原子比和PH值三者是相互關(guān)聯(lián)的。在催化劑溶液中氯離子是以?xún)煞N形式存在，一種是中心金屬離子和的配位體，他們對(duì)改善Pd氧化的熱力學(xué)平衡起著重要作用。另一種是游離氯離子，在催化劑溶液中游

94、離氯離子濃度增高有利于Pd的氧化，但卻不利于乙烯的羰化反應(yīng)，使其速度下降。兩種效果恰好相反，因此氯離子濃度必須控制適宜，一般是在滿(mǎn)足Pd氧化反應(yīng)的熱力學(xué)條件前提下，盡可能采用低的氯離子濃度。游離氯離子濃度過(guò)高也會(huì)影響反應(yīng)的選擇性，使喊氯的副產(chǎn)物增多。但Cl/Cu原子比也不宜過(guò)低，過(guò)低會(huì)產(chǎn)生沉淀，導(dǎo)致金屬鈀析出，對(duì)反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生不利的影響?？捎么姿徙~代替部分氯化銅以調(diào)節(jié)Cl/Cu比。</p><p>　?。?）氧化度

95、是一重要的控制指標(biāo)，圖3-2所示為氧化度與溶液PH值和羰化反應(yīng)速度的關(guān)系。</p><p>　　圖3-2 氧化度與溶液PH值和羰化反應(yīng)速度的關(guān)系</p><p>　　催化劑溶液的PH值隨氧化度增加而增加，而對(duì)于一定的Cl/Cu比都有一適宜的氧化度范圍，在次范圍內(nèi)，在此范圍內(nèi)，烯烴的羰化反應(yīng)速度最快，氧化度高，雖然氫離子濃度低，但游離的氯離子濃度增高，使羰化反應(yīng)速度減慢。如氧化度太小，不僅

96、氫離子濃度高，而且由于二價(jià)銅離子濃度太低，不利于Pd的氧化，使羰化速度顯著降低。氧化度高也會(huì)使氯化副產(chǎn)物增多，影響反應(yīng)的選擇性。</p><p>　　在高氧化度下，當(dāng)Cl/Cu＜2時(shí)，二價(jià)銅離子就會(huì)形成沉淀，影響Pd的氧化，因此溶液必須保持一定的酸濃度，防止堿式銅鹽的沉淀。一般PH值維持在1—1.2。催化劑溶液中鈀鹽含量也會(huì)影響PH值，鈀含量減少，和氯化亞銅產(chǎn)生沉淀，都會(huì)導(dǎo)致PH值的上升。</p>

97、<p>　　由此可知，催化劑溶液中各組分對(duì)反應(yīng)所起的影響是比較復(fù)雜的，各組分的作用是相互制約的。它們有的產(chǎn)生一致的影響，有的則產(chǎn)生完全相反的效果，故催化劑溶液中各組分濃度的合理配制和保持其恒定是很重要的。</p><p>　　第四章 設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)</p><p><b>　　4.1 物料衡算</b></p><p>　　4.1.1 反

98、應(yīng)系統(tǒng)的物料衡算</p><p>　　4.1.1.1 反應(yīng)器和除沫器的物料衡算</p><p>　　1、物料衡算的范圍：從反應(yīng)器R—101到吸收塔C—101。</p><p>　　2、規(guī)模：全年生產(chǎn)時(shí)間為8000小時(shí)，合333天，年產(chǎn)乙醛6.0萬(wàn)噸。</p><p>　　3、成品要求：乙醛的純度為99.7%，水0. 06%, 巴豆醛0.02%

99、，醋酸0.02%。</p><p><b>　　4、已知條件：</b></p><p>　　新鮮乙烯純度99.7 %（余已乙烷計(jì)）</p><p>　　新鮮氧氣純度99.0 %（余已氮?dú)庥?jì)）</p><p>　　原料氣配比 C2H4:O2:其它=65∶17∶18</p><p>　　乙烯單程轉(zhuǎn)化率

100、 38.08%</p><p>　　催化劑選擇性 97.92%</p><p>　　催化劑生產(chǎn)能力 134.90Kg乙醛/m催化劑小時(shí)</p><p><b>　　副產(chǎn)物分配</b></p><p><b>　　表4-1副產(chǎn)物分配</b></p><p><b&g

101、t;　　循環(huán)氣組成</b></p><p>　　表4-2 循環(huán)氣組成</p><p>　?。?）乙醛損失量占反應(yīng)器生成乙醛的0.72%。</p><p><b>　　5、計(jì)算過(guò)程：</b></p><p>　　反應(yīng)工序的物料衡算方框圖：</p><p>　　按生產(chǎn)能力每小時(shí)生產(chǎn)產(chǎn)品乙

102、醛量：</p><p>　　生產(chǎn)能力為6.0萬(wàn)噸/年，生產(chǎn)時(shí)間為8000小時(shí)</p><p>　　若純度按99.7%計(jì)算則有：</p><p>　　反應(yīng)器每小時(shí)生成的乙醛量：</p><p>　　物料衡算框圖如下（圖4-1）：</p><p>　　圖4-1 物料衡算框圖</p><p><

103、;b>　　生成乙醛耗乙烯量：</b></p><p>　　1 1</p><p><b>　　171.17565</b></p><p>　　生成乙醛消耗氧氣量：</p><p>　　0．5 1</p><p><b&g

104、t;　　171.17565</b></p><p>　　加入反應(yīng)器乙烯的量：</p><p>　　乙烯單程轉(zhuǎn)化率：38.03%；催化劑的選擇性：97.92%</p><p><b>　　∴ </b></p><p>　　副產(chǎn)物消耗乙烯的量：</p><p>　　依據(jù)：碳元素平衡，GFW

105、按3個(gè)碳計(jì)算；</p><p>　　副產(chǎn)物總量及各組分量</p><p>　　設(shè)副產(chǎn)物各組分比例為：</p><p>　　設(shè)每生產(chǎn)1kmol/h副產(chǎn)物消耗乙烯為：</p><p><b>　　的計(jì)算：</b></p><p>　　表4-3 副產(chǎn)物組分、含量</p><p>

106、<b>　　列下面方程有： </b></p><p><b>　　即： </b></p><p>　　副產(chǎn)物中各組分的量：</p><p>　　表4-4 副產(chǎn)物中各組分的量</p><p><b>　　副產(chǎn)物耗氧量：</b></p><p>　　表

107、4-5 副產(chǎn)物耗氧量</p><p><b>　　∴ </b></p><p>　　新鮮乙烯量，放空氣量，循環(huán)氣量，氧氣量的計(jì)算：</p><p>　　求解方法：列出四元一次線(xiàn)性方程組，然后求解。</p><p>　　注意：a、采用高斯消去法；b、乙烯有損失，其量為；</p><p>　　已知：設(shè)

108、新鮮氧氣組成為；新鮮乙烯組成為；</p><p>　　循環(huán)氣組成為； 放空氣組成為；且=</p><p>　　分別對(duì)乙烷，乙烯，氧氣，氮?dú)膺M(jìn)行物料衡算：</p><p><b>　　衡算式如下：</b></p><p>　　a、乙烷：進(jìn)入乙烷量=放空乙烷量</p><p>　　b、氮?dú)猓哼M(jìn)入氮?dú)饬?/p>

109、=放空氮?dú)饬?lt;/p><p><b>　　c、乙烯：</b></p><p>　　循環(huán)乙烯+放空乙烯=加入反應(yīng)器乙烯總量－主副反應(yīng)消耗乙烯－三冷乙烯消耗</p><p>　　d、氧氣：進(jìn)入氧氣量-放空氧氣量=主副反應(yīng)消耗的氧氣量</p><p><b>　　帶入數(shù)據(jù)有：</b></p>

110、<p>　　聯(lián)立解得： </p><p>　　4.1.1.2 冷凝器的物料衡算</p><p>　?。?1）反應(yīng)系統(tǒng)氣相產(chǎn)物產(chǎn)量及冷凝液量，未凝氣量。</p><p>　　方法：因氣相產(chǎn)物包括冷凝液量，而冷凝液量又必須知道氣相產(chǎn)物量之后才能計(jì)算，故而應(yīng)該采用迭代法進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　第一冷凝器的計(jì)算過(guò)程

111、：</p><p><b>　　反應(yīng)器補(bǔ)加軟水量：</b></p><p>　?。∟為產(chǎn)量，單位是年產(chǎn)萬(wàn)噸乙醛）</p><p>　　循環(huán)氣經(jīng)壓縮機(jī)增水為進(jìn)料量的2.9%。</p><p>　　氣體進(jìn)水量：2.9% × 425.0935 +3.4856 =15.8133（kmol/h）</p>&

112、lt;p>　　反應(yīng)產(chǎn)物中含水量：860.00+ 15.8133 = 875.8133（kmol/h）</p><p>　　第一冷凝器被冷凝下來(lái)的物質(zhì)有：水、巴豆醛、醋酸、高沸物</p><p>　　已知：其他組分在凝液中忽略不計(jì)，即</p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　

113、—冷凝液組分的組成</b></p><p><b>　　—?dú)怏w進(jìn)料的組成</b></p><p>　　—各組分的汽液平衡常數(shù)</p><p>　　E—液化率，冷凝液量占進(jìn)料量的分子分?jǐn)?shù)</p><p>　　設(shè)氣體進(jìn)料量為G1,冷凝液量為W1, 則有: E = W1/G1</p><p&g

114、t;　　使用迭代的方法求解凝液量與液化率:</p><p>　　迭代精度取 初值e = 0.2</p><p>　　迭代結(jié)果：E1=0.3542095 E2=0.3118542 E3=0.1325018</p><p><b>　　第二冷凝器：</b></p&

115、gt;<p><b>　　第三冷凝器：</b></p><p><b>　　=4.4526</b></p><p>　　4.1.1.3 吸收塔的物料衡算</p><p>　　（12）水吸收塔的物料衡算（才用簡(jiǎn)捷法）</p><p>　　a、最小汽液比的計(jì)算：</p>&

116、lt;p>　　條件：平均溫度T= 44℃ 壓力P = 2.7bar 活度系數(shù)：</p><p>　　所以乙醛的飽和蒸汽壓：</p><p><b>　?。╩mHg）</b></p><p>　　=109.56(mmHg)</p><p><b>　　乙醛的相平衡常數(shù)：</b

117、></p><p>　　最小液汽比下，理論板數(shù)為無(wú)窮多</p><p>　　此時(shí)：（吸收因子）=1.00</p><p><b>　　∴ </b></p><p><b>　　實(shí)際液汽比：</b></p><p><b>　　b、吸收量的計(jì)算：</b&g

118、t;</p><p>　　吸收量 = 料氣體量－出料氣體量</p><p>　　乙醛吸收量 = 127.3548－0 = 127.3548 (kmol/h)</p><p>　　乙烯吸收量 = 285.2268－284.6831=0 (kmol/h)</p><p>　　巴豆醛吸收量 = 0.031－0 = 0.031(kmol/h)<