吉林工业职业技术学院毕业设计
前 言
乙醛是有机化工产品的重要中间体，因其分子中具有羰基，反应能力很强，容易发生氧化，缩合，环化，聚合及许多类型加成反应。乙醛产量半数以上用于生产醋酸及其衍生物（如醋酐、醋酸脂等），也用于制备丁醇、异丁醇、季戊四醇等产品。这些产品广泛应用于纺织、医药、塑料、化纤、染料、香料和食品等工业。
工业上生产乙醛的原料最初采用乙炔，以后又先后发展了乙醇和乙烯路线。乙炔水化法成本高，因其催化剂——汞盐的污染难以处理等致命缺点，现以基本被淘汰。乙醇氧化或脱氢法制乙醛虽有技术成熟，不需要特殊设备，投资省，上马快等优点，但成本高于乙烯直接氧化法。乙烯直接氧化法制乙醛。由于其原料乙烯来源丰富而价廉，加之反应条件温和，选择性好，收率高，工艺流程简单及“三废”处理容易等突出优点，深受世界各国重视，发展非常迅速，现以成为许多国家生产乙醛的主要方法。
本设计采用乙烯直接氧化法制乙醛,年生产能力6.7万吨，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。对工艺流程进行初步的探讨和设计。由于本人水平有限，经验不足，难免有不足和错误之处，恳请批评指正。
2007年6月
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目 录
前 言 ........................................................... I 第1章 设计说明 ................................................. 1 1.1 概述 ........................................................ 1 1.1.1生产方法 ................................................... 1 1.1.2原材料和成品性质及技术规格 ................................. 4 1.2 流程叙述 .................................................. 5 1.2.1总反应流程图 ............................................... 5 总反应流程简图1-1 ............................................... 6 1.2.2反应工段简述 ............................................... 6 1.2.3精馏工段简述 ............................................... 7 1.2.4再生工段简述 ............................................... 9 1.2.5三废处理 ................................................... 9 1.3 设备一览表 ................................................. 11 第2章 设计工艺计算 ............................................ 16 2.1 物料衡算 ................................................... 16 2.2 热量衡算 ................................................... 19 2.3 设备计算 ................................................... 25 2.3.1反应器设备计算 ............................................ 25 2.3.2壁厚计算与强度校核 ........................................ 26 2.3.3纯醛冷凝器设备计算 ........................................ 26 致 谢 ......................................................... 28 参考文献 ........................................................ 29 符号说明 ........................................................ 30 附 图 .......................................................... 31
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第1章 设计说明
1.1 概述
本设计是以吉林工业职业技术学院化学工程系下达的设计任务书为指导思想，并参考吉林石化分公司103厂乙醛车间及生产技术资料为设计依据的。 乙醛是无色，有刺激性气味的液体,密度比水小,沸点20.8O℃,易挥发、易燃烧,且能和水、乙醇、乙醚、氯仿等互溶。乙醛是一种重要的烃类衍生物，在合成工业上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[1]。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。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，为此对材质要求很高。
1.1.1生产方法
国内乙醛生产方法有四种，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。本设计采用第三种方法即乙烯直接氧化法。
乙烯直接氧化法，它是世界上第一个采用均相配位催化剂实现工业化的过程，该法以氯化钯、氯化铜、盐酸水组成的溶液为催化剂，使乙烯直接氧化为乙醛。总反应式为：
实际反应按下述两步进行： 乙烯氧化：CH2=CH2+PdCl2+H2O→CH3CHO+Pd+2HCl 催化剂溶液的氧化再生：Pd+2CuCl2→PdCl2+2CuCl
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乙烯一步氧化法制乙醛是比较成熟的工艺，要想实行真正的节能、节材，就得对现有装置进行改进，如乙醛生产中催化剂氯化钯的消耗量的降低。氯化钯在生产中的催化原理：乙烯在氯化钯水溶液中氧化生成乙醛的反应很复杂，其历程和动力学对氧化过程反应条件的选择十分重要，反应方程式如下：
C2H4+PdCl2+H2O＝CH3CHO+Pd+2HCl (1) 2CuCl2+Pd＝2CuCl+PdCl2 (2) 2CuCl+2HCl+1/2O2＝2CuCl2+2H2O (3) 总的反应方程式：
C2H4+1/2O2＝H2O＋CH3CHO+243.3kJ (4) 当钯离子浓度较低时(0.005－0.04mol/L)，乙烯吸收速度与钯离子浓度的一次方及与乙烯浓度的一次方成正比，与氯离子浓度的二次方及氢离子浓度的一次方成反比，其反应速度方程为：
-d[C2H4]/dt=k1[(PdCl4)][C2H4][Cl][H] (5) 实践证明，氯化铜氧化零价钯反应达到平衡的速度很快，不是整个过程的控制步骤反应(3)在氯离子的存在下，Cu+与Cl-形成络合离子CuCl-，其氧化反应的速度取决于[CuCl2-]和氧气的浓度。在生产过程中，通常称反应(1)为乙烯的羰基化反应，反应(3)为氧化反应。要使反应连续稳定地进行，必须使羰基化反应和氧化反应同步进行，也就是说两个反应速率相等时达到“恒定态”，这是由恒定的氧化度[Cu2+/∑Cu]所规定的。当然，恒定氧化度位于“快速反应区”之内，恒定态是动态的平衡，可以变化。
乙醛装置在反应系统中除生成乙醛外，还同时生成一系列副产物，如：氯甲烷、氯乙烷、醋酸、草酸铜及高聚物残渣等。其中易挥发的副产物随反应气带出催化剂系统，不易挥发的副产物草酸铜及高聚物残渣在反应器中积累，使催化剂中Cu2+减少，影响Pd的氧化，影响催化剂的组成和催化剂活性，因此催化剂需经过再生处理。催化剂在再生单元经过两个过程：在氧化管内，Cu+被盐酸和压缩空气氧化成Cu2+。
在再生器中，经加温，加压使草酸铜及高聚物分解，并加氧使Cu+氧化成Cu2+。 CuCl2+CuC2O4＝2CuCl+2CO2 (6) 当再生器压力大于0.9Mpa，再生温度达到170℃时，草酸铜及高聚物分解率达
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