【精编完整版】年产80000吨丁辛醇合成气净化及羰基合成的工艺设

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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80 000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10 000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

The significance and application,market analyze,development trend of butanol and octanol at the instruction.The process of OXO synthesis is confirmed.On the basis were stated in the instruction.0n the basis of the process,the calculation of the material balance and were described in detail.Under the conditions of the process,the process and instrument diagram,processing equipment diagram and plant layout diagram were drown.The design instruction with 20000 words was finished.

Key Word ：Butanol and octanol;OXO synthesis; Process design,;The calculation of the material balance; -Butyl alcohol）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0.810 gmol。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-Butyl alcohol）

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（Octyl alcohol）英文名称2-ethyl n-bal: n i-bal = 10:1

所以主反应消耗CO的量= Kmol-bal的量= Kmol n-bal: n C3H8 = 11:0.3 , n i-bal: n C3H8 = 11:0.3，

所以反应生成C3H8的量= Kmol n-bal = 44.55 Kmol i-bal = 4.45 Kmol C3H8 = 3.98 Kmolh，

表2-2 反应器进口物料平衡表

组分K molh %(mol) 分子量Kgh %(wt) C3H650.335 32.9 42.1 2119.1 56.87 H250.4 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K molh %(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 H20.065 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=100 K molh

M合成气=1008.+1372.49+16.8=1490.09 K molh

n丙烯=50.335+2.65=52.98 K molh

M丙烯=2119.1+116.87=2235.97 K molh

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C3H6H2CO C3H8杂质K molh 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 C3H8H2杂质K molh 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

1 atm,25℃下生成热ΔH Kcalmol 1 atm,25℃下燃烧热ΔH Kcalmol 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

C3H691.8 45.6

n-Bal 253 39.5

C3H896.59 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×103c×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100 K mol H2= K mol H2=K mol·Cp°（t2-t1）[6] （2-2）

（1）求CO的Cp- Cp°：

Tr CO = TTc=

Pr CO =PPc==0.743

查表得Cp- Cp°＝0.2 K cal(K mol·K)=0.837 K J(K mol·K)

（2）求CO的Cp°：

Cp°= a + bT + cT2（2-3）

表2-10 CO的a、b、c的值

a b×103c×106

CO 6.3424 1.8363 -0.2801

=6.8898 K cal(K mol·K) =28.83 KJ(K mol·K)

=6.9721 K cal(K mol·K) =29.17 KJ(K mol·K)

所以=(Cp1+ Cp2)2=12(28.83+29.17)=29 KJ(K mol·K)

所以Cp= Cp°+0.837=29.837 KJ(K mol·K)

所以Q CO= =48.1×29.837×（90-40）=71757.99 KJ(K mol·K)

同理求得Q H2=72971.4 KJ-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）=-49156.04 kJ·Cp.m·(T2-T1) （2-9）=（1.335×28.25+1.335×89.609）×（29-95）

=-11073.92 kJ-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：

ΔH298 reac n-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

ΔH293 reac i-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) ΔH298 reac C3H8=∑（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 2-13 a、b、c、d的值

n-Bal 官能团 a b×102c×104d×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 2-14 a、b、c、d的值

i-Bal 官能团 a b×102c×104d×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

=28.4675 K cal(kmol·K) =119.11 kJ (kmol·K)

=24.5276 K cal(kmol·K) =102.62 kJ(kmol·K)

所以=(Cp1+ Cp2)2=12(119.11+102.62)= 110.86kJ(kmol·K)

=27.7405 K cal(kmol·K) =116.06kJ(kmol·K)

=23.2618 K cal(kmol·K) =97.33 kJ(kmol·K)

所以=(Cp1+ Cp2)2=12(116.06+97.33)= 107.05 kJ(kmol·K)

求：C3H8的Cp°：

Cp°= a + bT + cT2

表 2-15 a、b、c的值

a B×103c×106

C3H8 2.410 57.195 -17.533

=21.084 Kcal(kmol·K) =88.22 kJ(kmol·K)

=17.897 Kcal(kmol·K) =74.88 kJ(kmol·K)

所以=(Cp1+Cp2)2=12(88.22+74.88)=81.55kJ(kmol·K)

所以：

ΔH1 n-Bal =∑n·Cp.m·(T2-T1) （2-10）

=（44.55×110.865）×（29-95）

=342732.50 kJ·Cp.m·(T2-T1) （2-11）

=（4.45107.05）×（29-95）

=35727.94 kJ·Cp.m·(T2-T1) （2-12）

=（1.335×28.25+1.335×89.609）×（29-95）=7620.90 kJ-Bal

ΔH n-Bal=ΔH1+ΔH2+ΔH3（2-13）=(44.55×112.675+4.45×109.705+3.985×83.00+0.065×28.32) ×(40-95)

=(44.55×110.95+4.45×107.80+3.985×81.61+0.065×28.29) ×(80-40)

=229983.55 kJ-BaOH==253002.29 kmol

所以n-Bal的年产量为：316747.29+253002.29=569749.58 kmol

则实际生产n-Bal的量为：=74.19 k molh

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= 0.32×106 kJh

(2) 合成气从1120出来经加热器1520加热到180℃，进入1121：

Q总==59556.08 kJh = 0.60×106 kJh

(3) OXO羰基合成反应器：

Q 总= - = -1.35×106 kJh

(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= 0.51×106 kJh

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

[1]. 华东化工学院机械制图教研组编：《化工制图》，1980，3

[2]. 陈甘荣.化学反应工程.化学工业出版社，2004，6

[3]. 周镇江.轻化工工厂设计概论.北京：中国轻工业出版，2002，10

[4]. 姚玉英.化工原理.天津：天津大学出版社，2003，7

[5]. 国家医药管理局上海医药实际院。化工工艺设计手.化学工业出版社，2002，1

[6]. 袁凤隐.压力容器与化工设备实用手册.化学工业出版社，2000，3

[7]. 谭蔚.化工设备设计基础.天津大学出版社，2000，10

[8]. 靳士兰，巨勇智.化工设备机械基础.吉林出版社，2000，4

[9]. 贺匡国.化工容器及设备简明设计手册.化学工业出版社，1995，6

[10]. 魏崇光.化工工程制图.化学工业出版社，1994，5

[11]. 匡国柱，史启才.化工单元过程及设备课程设计.化学工业出版社，2005，1

[12]. 黄璐，王保国.化工设计.北京：化学工业出版社，2004，7

[13]. 韩冬冰，李叙凤，王文华.化工工程设计.学苑出版社，1997，7

[14].夏清, 陈常贵, 姚玉英. 化工原理（下册）[M]. 天津：天津大学出版社,2005

[15].化工部. 化工工艺孔管设计化工管路手册（上下册）[M]. 北京：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。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/hzrl.html