开题报告 -

本科生毕业设计任务书

（工科及部分理科专业适用）

题目： 年产1500吨乙醛车间工艺设计

题目来源：□省部级以上 □市厅级 □横向 √自选 题目性质：□理论研究 □应用与理论研究 √实际应用研究 学 院： 境环与化学工程 系： 化学工程 专业班级： 制药071

学生姓名： 吴昌峰 学号 5801307022 起讫日期： 2011.2.21—2010.6.

指导教师： 邹建国 职称： 教 授

指导教师所在单位： 环化学院化工教研室 学院审核（签名）： 审核日期：

二0 0九年制

一、选题的依据及意义

乙醛是重要的化学制药工业中间体， 主要用于制造醋酸、醋酐、醋酸乙酯、氯乙酸、聚乙醛、三氯乙醛、正丁醇、季戊四醇和醋酸乙烯等产品[1]。因此乙醛的生产与发展，取决于市场对它下游产品的需求。

醋酸是乙醛下游产品中最为重要的产品之一。醋酸是用途最广的有机酸之一，醋几乎贯穿了整个人类文明史，不仅可以促消化，起到调味的作用，还可以与金属发生反应生成美术上要用的颜料的，包括白铅（碳酸铅）、铜绿（铜盐的混合物包括乙酸铜）。它最主要在工业上用于生产醋酸乙烯、乙酸干、对苯二甲酸、聚乙酸醇、醋酸乙酯、醋酸丁酯、氯乙酸、醋酸纤维和醋酸盐等。另外，醋酸还可以进一步加工成农药、医药、染料、涂料、合成纤维、塑料和粘合剂等多种产品。我过是醋酸消耗大国，特别是中国的工业发展需要大量的醋酸作为原料。国内仍然需要从国外进口醋酸来满足需求。醋酸消费量的增长势必会带动乙醛市场发展。

乙二醛是又一种乙醛下游产品，是分子结构最简单的脂肪族二元醛，乙二醛只有形成水合物才稳定，商品为30％～40％的水溶液，以四醇型的形式存在。乙二醛是近年来颇受国内外化工界重视的化学品，除具有脂肪醛的通性外，由于含有两个并列的羰基，还具有特殊的化学性质，可与醇、氨、酰胺、醛、含羧酸的化合物进行加成或缩合反应，还可以与类蛋白动物胶、纤维素、聚乙烯醇以及脲等发生交联反应，因此在工业上得到广泛的应用。在纺织印染、建材、皮革、医药、农药、国防、涂料、轻工、粘合剂、石油冶金、环保等方面具有广泛的用途，开发利用前景广阔[2]。

乙醛其他下游产品，如季戊四醇、乙醛酸、吡啶、巴豆酸等，在医药、化工等领域同样具有广泛的用途和开发应用前景，虽然现在的市场需求量不是很大，消耗量较小，但随着工业的发展，下游产品的开发，市场需求量会越来越大，未来对乙醛消耗的拉动也是非常可观的。

总体来说，乙醛是一种非常重要的化学中间品，它可以经过工业处理成为许多重要的化学产品。随着工业的发展，国内对这些产品的需求量越来越大，同时国内这方面的优质产品比较少。采取先进的方法，生产出优质的产品，可以为企业带来丰厚的利润，也可以为中国的工业发展提供支持。进行乙醛生产工艺的研究势在必行，意义重大。

二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）

乙醛本身几乎没有直接的用途，而是重要的中间体，可用于生产许多产品，

包括醋酸、醋酸酯、季戊四醇、醋酸乙烯酯和吡啶类化合物等。如果能以乙醛为原料进一步向下游深加工发展，则可以使乙醛法醋酸装置起死回生[2]。在乙醛的制备过程中，研究者们进行了大量卓有成效的研究。目前还不能大规模工业化生产，但已经取得了重要进展，我们相信用新工艺，新方法制备乙醛满足中国工业的发展。污染少，原料易得，利用度高，可循环这些方面一定会成为今后乙醛生产的研究方向和趋势。

目前世界上主要有两条生产乙醛的工艺路线，一条是以乙醇为原料，经催化氧化生产乙醛；另一条是以乙烯为原料。进行催化氧化反应生产乙醛。我国乙醇法和乙烯法两条路线都存在。 目前我国乙醚生产规模、技术水平、质量指标均未达到国际先进水平，而且面临原料贵、污染大、浪费多等问题。随着工业的发展，需要大量优质的乙醛作为原料，只有改进生产工艺，才能满足工业的需要，下面介绍一些新工艺、新方法。

目前我国多数厂家用乙醇氧化法制乙醛，以电解银等为催化剂，但此法反应温度高，副产物CO2多，乙醇转化率不够理想。用Ag/ZSM-5为催化氧剂已得到相当好的结果 。使用粘结剂的目的是为了制备有较好的机械强度的大颗粒催化剂。可以选择硅胶、硅一铝胶、铝胶、硅酸钠为粘结剂的催化剂，增加机械强度。实验时保持其他条件不变，改变空速、所随着空速的减小，乙醛产率增大，空速为1640每小时时，乙醛产率达最大值[1]。

乙醛制造商对乙醛的新原料路线进行了研究。新的原料路线以甲醛和氯甲烷为原料，在气相中催化反应生成乙醛和氯化氢，通过蒸馏或其它常用的分离工艺，从反应混合物中分离出产品乙醛。减少生产成本，可以循环使用。也有的制造商利用淀粉浆渣联产乙醇，乙醛或醋酸，该工艺利用小麦或小麦面粉深加工后产生的浆渣生产乙醇，把乙醇蒸汽直接引入氧化塔生成乙醛，生成的乙醛可以作为产品分离出来，也可以进一步氧化生成醋酸[4]。这一工艺利用农副产品深加工产生的废水废渣生产乙醇，乙醛和醋酸，绿色环保，具有很好的经济效益和社会效益。

已知传统的生产方法主要有乙醇催化氧化发、乙烯直接氧化法、轻油氧化法、甲醛和氯甲烷气相催化法和乙炔水合法等。 （1）乙醇催化氧化法

用乙醇为原料，空气为氧化剂，先将乙醇蒸汽和空气混合，加热到460℃，在银催化剂的作用下发生氧化脱氢反应，生成乙醛。反应中乙醛继续氧化生成醋酸是主要的副反应。此方法操作简单，乙醛产率高[1]。

反应方程式如下：

CH3CH2OH+O2 CH3CHO+H2O

（2）乙烯直接氧化生产乙醛

在工业上由乙烯合成乙醛原理较为复杂，乙烯在含有氯化钯和氯化铜的稀盐酸溶液中氧化生成乙醛： CH2CH2 +1/2O2 PdCl2,CuCl2

CH3CHO

乙烯和氯化钯生成络合物吗，络合物水解是生成乙醛和钯： CH2CH2 +PdCl2+H2O CH3CHO+Pd+2HCl

氯化铜是钯从新氧化成为氯化钯，本身还原成氯化亚铜： CuCl2+Pd 2CuCl+PdCl2

空气中的样再使氯化亚铜氧化成氯化铜，结果等于用空气中的样将乙烯氧化成乙醛。氯化钯和氯化铜的腐蚀性很强，要用特殊的材料制造设备[3]。 （3）轻油氧化法生产乙醛

轻油是石油提炼后的一种油质的产物。它由不同的碳氢化合物混合组成。它的主要成分是含5到11个碳原子的链烷、环烷或芳烃。石脑油可用作提炼煤气之用。轻油氧化法制备乙醛，是利用合适的氧化剂和催化剂在高温高压氧化裂解轻油，在通过复杂的后续工序氧化得到想要的乙醛产品[4]。由于其产物的成分复杂，杂质含量比较多，后续处理提纯的工序比较复杂，使得生产成本增高，因此，该方法没有多大的工业生产价值，在工业的应用就比较少。 （4）甲醛和氯甲烷气相催化生产乙醛

本方法是一个新的原料路线，以甲醛和氯甲烷为原料，经过预热，在400-600℃条件下，在气相中催化反应生成乙醛和氯化氢，通过蒸馏或其它常用的分离工艺，从反应混合物中分离出产品乙醛[5]。

反映方程式如下：

HCHO+CH3Cl CH3CHO+HCl （5）乙炔水合法制乙醛

乙炔水合法生产乙醛是一种古老的方法,我国目前仍用此法生产乙醛。该法又分为汞法和非汞法两种,由于汞法生产一吨乙醛要消耗约0.8公斤金属汞,且汞蒸汽逸出会严重危害[4]。

该反应一般在常压下进行，温度80℃，以Hg为催化剂。乙炔水化反应，乙醛产物与过量的未反应乙炔混合比例为1∶12。这种生产方法在回收乙醛产物时，分离过程中会有一定的困难，产生昂贵的生产费用[6]。

反应方程式如下：

C2H2+H2O CH3CHO

全世界生产的乙醛几乎都以乙烯为原料。而乙烯是以天然气或石油为起始原

料，因此将受限于有限的资源。并且随着石油价格上涨，乙烯价格也大幅度上涨，从而乙醛价格也不断攀升[5]。同时考虑到国际社会对环境污染的重视，石油大量开发和使用所带来环境污染的严重问题，会在一定程度上限制石油的开发和使用，因此乙烯直接氧化法生产乙醛的工艺也会收到一定的影响。本设计拟采用乙醇催化氧化法生产乙醛，主要考虑以下因素：

（1）原料来源广泛，可以依靠农副产品甚至是纤维素发酵生产，我国农业资源丰富，采用生物资源生产原料乙醇成本低，而且原料供应充足。

（2）工艺成熟，技术可靠。

（3）起始原料生物产品对于环境污染小，而且可以利用农副产品深加工产生的废水废渣生产乙醇、乙醛，绿色环保，具有很好的经济效益和社会效益[1]。 （6）乙醇催化氧化法的改进

目前我国多数厂家用乙醇氧化法制乙醛是以电解银等为催化剂。但此法反应温度高，副产物CO2多，乙醇转化率不够理想。目前有很多研究都探索出了用Ag/ZSM-5为催化氧剂，虽然此法已得到相当好的结果。但在此基础上，通过查阅文献[1],得到了更好的生产方法，本设计是以硅胶为粘结剂的Ag/ZSM-5/SiO2催化剂催化乙醇制乙醛，得到更高的乙醛收率。

利用淀粉浆渣联产乙醇，乙醛和，或醋酸，该工艺利用小麦或小麦面粉深加工后产生的浆渣生产乙醇，把乙醇蒸汽直接引入氧化塔生成乙醛，生成的乙醛可以作为产品分离出来，也可以进一步氧化生成醋酸。这一工艺利用农副产品深加工产生的废水废渣生产乙醇，乙醛和，或醋酸，绿色环保，具有很好的经济效益和社会效益。

本方法的主要优点是：①粘合剂的使用提高了催化剂的机械强度，可以得到大颗粒的催化剂，节约了银的使用量，从而降低了催化剂的成使用成本；②大颗粒的催化剂增加了反应混合气体的流速，使反应物能够更充分的混合反应，提高了反应物的转化率；③从文献了解到反映的温度越低，乙醛的产率越高，因此采用这种催化剂降低了能耗和废气的排放，这与国家的节能减排的政策相吻合，在未来的化工行业市场占得了先机。 三、本课题研究内容 3.1设计应完成的工作内容

本课题设计研究年产1500吨乙醛车间工艺设计，采用乙醇氧化法。 (1) 设计的主要内容

① 总论：主要包括乙醛在国民经济中的地位和作用（用途）；国内外乙醛生

产发展概况；乙醛生产方法简述及论证；生产流程的选择及论证；主要设备的选择及论证； 产品规格，主、辅原料规格及来源情况等。

② 物料衡算：根据生产规模及其特点确定年生产时间(h)、单位时间产量及计算基准，对车间所有有物料变化的过程及设备（或系统），按一定顺序和计算步骤，逐个进行物料衡算，确定每股进、出料的组分、流量及百分比含量。要求对每个过程设备列物料平衡表，对车间作物料平衡图。

③ 热量衡算：对车间分离工段所有有能量变化的过程及设备（或系统）进行热量衡算，计算出输出、输入设备的热量。选定传热介质和温控指标，计算加热剂或冷却剂的消耗量。

④ 设备计算与选型：主要包括乙醛精馏塔的设计计算（简捷法计算理论板数和实际板数）。根据物料衡算结果和工艺要求，确定工艺设备的型式、主要尺寸和数量（包括传热设备、容积型设备、流体输送设备等）。

⑤ 非工艺部分：主要包括安全卫生与环保等方面的内容。

⑥ 列表： 主要包括工艺条件一览表，生产控制一览表，设备一览表等。 （2）图纸

① 年产1500吨乙醛车间工艺流程图 ② 乙醛精馏塔装配图和部件图 四、本课题研究方案

本设计采用的乙醇催化氧化法生产乙醛，主要由酒精蒸发、乙醛合成和分离精制等工艺过程所组成。 （1）酒精蒸发工段

原料酒精采用外购95%工业酒精，在酒精配制罐中和回收的酒精经过配制，达到合适的浓度后，输送到蒸发器中，蒸发器中采用水蒸汽直接加热，是酒精气化，并按照比例通入定量的空气，是气体混合，然后向合成工段输送。工艺流程见图1-1。

回收酒精计量槽混合蒸汽空气酒精贮槽酒精中间罐酒精配制罐回收酒精罐水蒸汽酒精蒸发器

图 1-1 酒精蒸发工段工艺流程示意图

（2）氧化合成工段

由蒸发工段过来的酒精混合蒸汽，通入加热器加热，自顶部进入装有催化剂的氧化炉中，进行氧化脱氢反应生成乙醛，该过程中主要副反应为乙醛继续氧化成醋酸。该反应为放热反应，反应器下部设置列管式换热装置，用水作为冷却剂，出口气经多级冷凝和经吸收塔吸收，冷凝液和吸收液进入稀醛槽送分离工段，未凝气体排空。工艺流程见图1-2.

预热器混合蒸汽酒精氧化炉分离器氧化炉冷凝器吸收塔稀醛稀醛槽

图1-2 乙醛合成工段工艺流程示意图

（3）分离精制工段

稀乙醛经过预热，通入加压蒸馏塔中，用蒸汽直接加热，塔顶得到产品乙醛，

塔釜送入乙醇回收塔中，同样用水蒸气直接加热，回收乙醇，得到的回收乙醇送入乙醇回收罐中，供原料酒精配制使用。工艺流程见图1-3。

冷凝器计量槽冷凝器计量槽预热器加压塔乙醛贮罐回酒塔去回收酒精罐稀醛去污水池

图1-3 分离工段工艺流程示意图

4.3 主要设备论证

整个乙醛生产工艺的操作方式为连续化生产。主要设备有：究竟蒸发锅、氧化炉、吸收塔、加压塔和究竟回收塔等。 （1）究竟蒸发锅

把酒精气化，和空气混合，预热其采用盘管事蒸汽加热，为仿佛可用铜制或附有锡的铁制成。 （2）氧化炉

选用固定床薄层反应器，反应器共分为三段：上部为反映段，中部为废热锅炉段，下部为冷凝段。废热锅炉段和冷凝段采用列管式结构，管内走混合气，管间为传热介质反映连续进行。 （3）吸收塔

选用填料塔，为一直立是圆筒，内有填料乱堆或整砌在靠近底部的支撑板上，气体从底部通入，液体在塔顶经过分布器淋洒到填料层表面上。常用的填料塔分为两大类：散装填料和规整填料。散装填料有中空的环形天牢、表面敞开的鞍形填料等，规整填料有丝网波纹填料、板波填料等。原理是利用填料有最大气液分布面积进行气液物质和热交换，但太长太大的填料塔意识气液分布不均匀，降低效率。

（4）乙醛精馏塔和酒精回收塔

乙醛精馏塔和酒精回收他均选用浮阀塔，塔釜用直接蒸汽加热。浮阀塔的操作弹性大，特别是在低负荷时，仍能保持正常操作。浮阀塔由于气液接触状态良好，雾沫夹带量小（因气体水平吹出之故），塔板效率高，生产能力大。塔结构简单，制造费用便宜，并能适应常用的物料状况，是化工、炼油行业中使用最广泛的塔形之一。特点是：生产能力比泡罩塔约大20%～40%；气体两个极限负荷比为5～6，操作弹性大；塔板效率比泡罩塔高10%～15%；雾沫夹带少，液面梯度小；结构复杂程度位于泡罩塔和筛板塔之间；对于物料的适应性较好；通气量大、放大效应小，常用于粗浓段的重水生产过程。 五、研究目标、主要特色及工作进度 5.1 研究目标及主要特色

乙醛作为重要的有机化工原料，从目前乙醛下游产品的发展趋势分析，乙醛的生产具有很好的利润空间，特别是优质的乙醛产品，更是国内市场所或缺的。所以，开发乙醛生产项目，尤其是优质一圈产品的生产将具有十分良好的市场前景。目前国内外对于乙醛的生产有很多工艺路线，其中以乙醇为原料，经催化氧化生产乙醛和以乙烯为原料生产乙醛是应用得最多的，也是工艺最成熟的两条路线。但目前我国乙醛生产规模、技术水平、质量指标均未达到国际先进水平，而且面临原料贵、污染大、浪费多等问题。随着工业的发展，需要大量优质的乙醛作为原料，只有改进生产工艺，才能满足工业的需要。

为此，本课题研究的目的是：在现有的乙醛生产方法的基础上，改进乙醛生产的工艺路线和生产方法，达到物料损耗较小、物料循环量较少并易回收利用、能量消耗较少和有利于环境保护等要求，从而可以很好的满足工业生产对乙醛的需求，为化工行业提供量更大、质更优乙醛产品，也为我国工业的发展做出更大的贡献。

本课题的主要特色有：①原料来源广泛，可以依靠农副产品甚至是纤维素发酵生产，我国农业资源丰富，采用生物资源生产原料乙醇成本低，而且原料供应充足；②工艺成熟，技术可靠；③起始原料生物产品对于环境污染小，而且可以利用农副产品深加工产生的废水废渣生产乙醇、乙醛，绿色环保，具有很好的经济效益和社会效益[1]。

本工艺方法的主要优点是：①粘合剂的使用提高了催化剂的机械强度，可以得到大颗粒的催化剂，节约了银的使用量，从而降低了催化剂的成使用成本；②大颗粒的催化剂增加了反应混合气体的流速，使反应物能够更充分的混合反应，

提高了反应物的转化率；③从文献了解到反映的温度越低，乙醛的产率越高，因此采用这种催化剂降低了能耗和废气的排放，这与国家的节能减排的政策相吻合，在未来的化工行业市场占得了先机。 5.2 毕业设计工作进度计划表

毕业设计工作进度计划安排见表-1。

表-1 毕业设计工作进度计划

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 各阶段工作内容 查阅文献资料,完 开题报告与翻译 毕业实习 查阅文献资料 完成总论和物料衡算 查阅文献资料 完成能量衡算 查阅文献资料 完成设备计算与选型 查阅文献资料 完成设计说明书 查阅文献资料 完成制图任务 整理完善文件 图纸资料打印 准备毕业答辩 起讫日期 02.21—03.06 03.07—03.25 03.26—04.08 04.09—04.15 04.16—04.22 04.23—04.30 05.01—05.22 05.23—05.29 05.30— 实施地点 六、参考文献

[1] 卢伟京.陆金标.杨华.Ag/ZSM—5/SiO2催化氧化乙醇制乙醛[J].广西化工,1996.25(3)：15-17.

[2] 李涛.乙醛及其衍生物的生产技术发展及市场前景[J].南京：精细石油化工进展,2006.6(9).2006：20-25.

[3] 胡宏纹.有机化学（上册）[M].第二版.北京：高等教育出版社,1990：370. [4] 刘妍.孙斌.赵地顺等.催化裂化汽油氧化法脱硫[J].天津化工,2004. [5] 吴光华.乙醛生产工艺研究进展[C].专家论坛.精细化工原料及中间体,2009(6):8-9.

[6] 郑国汉.乙炔水合制乙醛工业化前景的技术经济评价[J].石油化工,1980.9(10):594-598.

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