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)
=(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)
=229983.55kJ-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
[2].陈甘荣.化学反应工程.化学工业出版社,2004,6
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中国轻工业出版,2002,10
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天津大学出版社,2003,7
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化工工艺设计手.化学工业出版社,2002,1
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天津大学出版社,2005
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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。
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- 精品 年产 80000 辛醇 合成气 净化 羰基 合成 工艺 设计 毕业论文