年产80000吨丁辛醇合成气净化及羰基合成的工艺设计课程设计(编辑修改稿)

年产80000吨丁辛醇合成气净化及羰基合成的工艺设计课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

驱动的单级叶轮离心压缩机，可获得 的压差，蒸汽透平 P1303 用 蒸汽操作，排出蒸汽压力为。 工艺参数 丁辛醇生产的工艺参数如下表： 表 21 工艺参数表 序号 工艺参数 位号 单位 指标 1 界区丙烯压力 FIC101 MPa 177。 2 丙烯压力 PIC205 MPa 177。 3 OXO 反应温度 TIC305/316 0C 87120 4 OXO 反应液位 LI306/307 % 803848 5 OXO 进料压力 PIC301 MPa ＜ 6 OXO 系统压力 PIC305 MPa 177。 7 OXO 气相 CO 浓度 AR301/302 102 8 1105 液位 LIC403 % 60177。 5 物料衡算 物料衡算的意义和作用 物料衡算是化工计算中最基本，最重要的内容之一，是进行化工计算的基础。 在化学工程中，为了导出某一过程的基本方程式和建立数学模型，设计或改造工艺流程和设备，了 解和控制生产操作流程，核算生产过程的经济效益等都要惊醒物料衡算。 物料衡算在生产和设计中都得到广泛的应用 在工厂设计中，物料衡算是在工艺流程及工艺参数确定后即开始的一项化工计算工作。 因此，设计工作从定性分析转入定量计算。 物料衡算是通过每一道工序的物料变化情况进行平衡计算，从而得到在正常生产情况下各股物料的量。 通过物料平衡在已知产品生产任务情况下算出所需要的原材料，生成的副产物及废物等的生成量，或者在已知原料投放情况下，算出产品，副产物及废物量。 此外，通过物料衡算，不仅可以算出原材料消耗定额，并在此次基础上作 出能量平衡，算出动量消耗和消耗定额。 算出生产过程所需要热量或冷量，同时为设备选型和计算提供依据。 物料衡算的结果直接关系到生产成本和车间运输量，对工厂技术经济指标有举足轻重的影响。 物料衡算的方法与步骤 1. 收集计算数据 （ 1）原料、辅料、中间产品及产品的规格； （ 2）过程中单位时间内的物流量； （ 3）有关消耗定额； （ 4）有关转化率； （ 5）有关物理化学常数。 如相对密度，相平衡常数等。 2 . 画物料流程图 3. 确定衡算范围 4. 确定计算基准 . 物料衡算 本次设计为年 产丁辛醇 80 000 吨，其中辛醇 55 000 吨，正丁醇 25 000 吨，同时副产异丁醇 8000 吨。 以每小时投料量作为计算基准。 一年的工作日按 330天计算，每天工作 24 小时，设计中采用已知下列数据： 丙烯的摩尔质量为 摩尔质量为 2kg/ ，氢气占%，杂质（ CH4+N2+Ar）占 %。 由于合成气净化过程中杂质为 106/mol 数量级，物料变化可以忽略不计，所以对合成气净化过程不进行物料衡算，直接对羰基合成反应进行物料衡算。 涉及到的反应有： CH2CH=CH2+CO+H2 090 ~110 .Rh TPPC MPa g ， CH3CH2CH2CHO CH3CH=CH2+CO+H2 090 ~110 .Rh TPPC MPa g ， （ CH3） 2CHCHO CH3CH=CH2+H2  CH3CH2CH3 上述三个反应，正丁醛是目的产物，而异丁醛是副产物，在选择的反应条件下，正丁醛 /异丁醛生成的比率为 10： 1。 丙烯除了进行上述两个反应外，还与氢气发生加氢反应生成，丁醛 /丙烷的生成比率为 11：。 物料计算：计算基准取 100Kmol/h 进口合成气进入反应器。 物料平衡图如下： 图 22 物料平衡图 [3] 100Kmol/h 合成气中含 CO= 49100 =49100 Kmol/h H2= = Kmol/h 因为 H2过量，所以以 CO 为反应基准，需 C3H6 49 Kmol/h CO 的量 [4] 因为产物 n nbal: n ibal = 10:1 所以主反应消耗 CO 的量 = 1049 = Kmol/h C3H6的量 = 1049 = Kmol/h 生成 nbal 的 量 = 1049 = Kmol/h 副反应消耗 CO 的量 = 149 = Kmol/h C3H6的量 = 149 = Kmol/h 生成 ibal 的量 = 149 = Kmol/h H2的量 主反应消耗 H2 = 1049 = Kmol/h OXO 羰基合成 丙烯 汽提塔 稳定塔 稳定 受槽 丙烯、丙烷、合成气 排空 产品 溶解汽 燃料气管网 收集槽收集槽 合成气 收集槽 副反应消耗 H2 = 149 = Kmol/h，因为 n nbal: n C3H8 = 11: , n ibal: n C3H8 = 11:， 所以反应生成 C3H8的量 = = Kmol/h 所以三个反应共消耗 H2 = + 49 = Kmol/h 反应剩余的 H2 = – = Kmol/h 、副反应共消耗 C3H6 = + 49 = Kmol/h 因 为丙烯净化后组成为 C3H695%，其余为 C3H8 所以丙烯用量为 247。 95% = Kmol/h 其中含 C3H8的量 = – = Kmol/h C3H8 = + = Kmol/h 、副产物的量 n nbal = Kmol/h， n ibal = Kmol/h， n C3H8 = Kmol/h， 表 22 反应器进口物料平衡表 组分 K mol/h %(mol) 分子量 Kg/h %(wt) C3H6 H2 2 CO 49 C3H8 杂质 28 合计 100 100 表 23 反应器进口物料平衡表 组分 K mol/h %(mol) 分子量 Kg/h %(wt) nBal iBal C3H8 H2 2 忽略 杂质 28 合计 100 100 其中： 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 3179。 105数量级，故忽略计算。 经核算： n 合成 气 =++49=100 K mol/h M 合成气 =1008.++= K mol/h n 丙烯 =+= K mol/h M 丙烯 =+= K mol/h 如图 23： 图 23 物料平衡图 热量衡算 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。 羰基 合成 装置 合成气 K mol/h nBal K mol/h iBal K mol/h 丙烯 K mol/h C3H8 K mol/h H2 K mol/h 杂质 K mol/h 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。 热量衡算及所需媒质的量 热平衡式： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6； （ 21） 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 24 反应器进口物料表 反应器进口 物质 C3H6 H2 CO C3H8 杂质 K mol/h 49 % mol 32 表 25 反应器出口物料表 反应器出口 物质 nBal iBal C3H8 H2 杂质 K mol/h % mol 生成热和燃烧热 表 26 生成热和燃烧热表 1 atm,25℃下 生成热 Δ H/ Kcal/mol 1 atm,25℃下 燃烧热 Δ H/ Kcal/mol CO,g iBal,g H2,g H2,g nBal,g CO,g C3H8 C3H6 C3H6 临界温度，临界压力 表 27 临界温度和临界压力表 临界温度 tc/℃ 临界压力 pc/atm CO H2 C3H6 nBal 253 C3H8 各键的Δ T、Δ P 表 28 各键的Δ T和Δ P表 Δ T Δ P CHO CH CH3 气体热容 Cp176。 表 29 气体热容 Cp176。 a b179。 103 c179。 106 CO H2 C3H6 C3H8 热量计算 据物料衡算，净化后合成气设为 100 K mol/h 进入， H2:CO = :，由于净化所除去的杂质量过小，所以忽略不计。 为了调节 H2与 CO 的比 需加高纯度氢气，所以在计算中以 H2:CO = :1 为基准。 则： n H2= = +1 K mol/h n H2= 1100 =+1 K mol/h 40℃， 下进入系统。 经预加热器 1519 加热到90℃，进入 1120： 查表得： tc CO = ℃ , pc CO = atm = MPa tc H2 = ℃ , pc H2 = atm = MPa 求 Q CO： Q CO = n178。 Cp176。 （ t2t1） [6] （ 22） （ 1） 求 CO 的 Cp Cp176。 ： Tr CO = T/Tc= 12 7 3 + 4 0 + 9 02 = 2 .5 52 7 3 1 4 0 .2 3（ ） Pr CO =P/Pc= = 查表得 Cp Cp176。 ＝ K cal/(K mol178。 K)= K J/(K mol178。 K) （ 2）求 CO 的 Cp176。 ： Cp176。 = a + bT + cT2 （ 23） 表 210 CO的 a、 b、 c的值 a b179。 103 c179。 106 CO 40℃ Cp176。 =+179。 313/179。 313/106 = K cal/(K mol178。 K) = KJ/(K mol178。 K) 90℃ Cp =+179。 363/179。 363/106 = K cal/(K mol178。 K) = KJ/(K mol178。 K) 所以 =(Cp1+ Cp2)/2=1/2(+)=29 KJ/(K mol178。 K) 所以 Cp= Cp176。 += KJ/(K mol178。 K) 所以 Q CO= =179。 179。 （ 9040） = KJ/(K mol178。 K) 同理求得 Q H2= KJ/h 所以 Q 总 = Q H2+Q CO=+= KJ/h=179。 106 KJ/h 1120 出来经加热器 1520 加热到 180℃，进入 1121 过程中物料由 90℃，。