乙烯直接水合法制乙醇（年产25万吨）.doc

课 程 设 计 任 务 书设计题目： 乙烯直接水合法制乙醇（年产 25 万吨）学院： 专业： 班级： 学生：指导教师： 系主任: （签名）一、设计要求：1、根据设计题目，进行生产实际调研或查阅有关技术资料，选定合理的流程方案和设备类型，并进行简要论述 （字数不小于 8000 字）2、设计说明书内容：封面、目录、设计题目、概述与设计方案简介、工艺方案的选择与论证、工艺流程说明、专题论述、参考资料等3、图纸要求：工艺流程图 1 张（图幅 2 号） ；设备平面或立面布置图 1 张（图幅 3 号） ） 二、进度安排：教学内容学时地点备注查资料、说明书提纲、流程论证、工艺流程 图第一周设计室设备布置图、说明书整理、答辩第二周设计室三、指定参考文献与资料《过程装备成套技术设计指南》 （兼用本课程设计指导书） 、 《过程装备成套技术》 、 《化工单元过程及设备课程设计》等摘 要工业上生产乙醇的方法有粮食发酵法、木材水解法、亚硫酸盐法、乙醛加氢法、一氧化碳和氢气羰基合成法、乙烯间接水合法、乙烯直接水合法等由于受到原料来源和成本高的限制，粮食发酵法、木材水解法、亚硫酸盐法等不可能有较大的发展，故这种方法已不适应大规模制备乙醇的要求。

由于石油工业，石油化学工业、天然气开发和加工工业的发展，开辟了乙烯气的巨大来源，使得乙烯水合法的原料得到充分保证通过对比，此次设计选择以乙烯的直接水合法制取乙醇关键字：乙烯；乙醇；水合法目 录一、前言……………………………………………………………….1二、工艺流程论证……………………………………………………22.1 乙醇用途……………………………………………………...22.2 乙醇的工业制法………………………………………………22.2.1 木材水解发酵法…………………………………………….32.2.2 亚硫酸盐废碱液制取乙醇法……………………………….32.2.3 发酵法……………………………………………………..42.2.4 乙烯水合法…………………………………………………52.2.4.1 间接水合法……………………………………………….52.2.4.2 直接水合法……………………………………………….72..3 生产方法的确定………………………………………………8三、乙烯直接水合的催化剂的选择…………………………………93.1 催化剂的分类………………………………………………...93.2 乙烯直接水合的催化剂的选择…………………………….10四、乙烯直接水合工艺……………………………………………..124.1 乙烯气的提供……………………………………………….124.2 混合原料气的制备及热交换……………………………….124.3 乙烯水合…………………………………………………….134.4 直接水合法工艺条件的选择……………………………….154.4.1 反应温度………………………………………………..154.4.2 反应压力………………………………………………..154.4.3 n(水)／n(乙烯)比……………………………………….16五、典型机械设备选型与论证…………………………………….175.1 机器选型的基本原则…………………………………………175.2 换热器的选择………………………………………………..185.3 压缩机的选择………………………………………………..19六、总结……………………………………………………………...20七、参考文献………………………………………………………...21八、致谢……………………………………………………………...22二、工艺流程论证一、前 言乙醇俗称酒精,系醇类代表,是一种无色透明易挥发和易燃的液体。

其分子式 C2H6O,结构式 CH3-CH2-OH乙醇是一种重要的有机溶剂，大量应用于油漆、染料、军工、医药等工业生产中由于乙醇用途广泛，所以近年来其产量不断增加，生产方法不断改进15 世纪以前,乙醇仅作为饮料和药剂，而并非大量生产的化学品18 世纪末,才首次有关于无水乙醇生产方法的报道但真正的工业化乙醇生产是在 19 世纪末开始发展起来的,到第二次世界大战期间发酵法生产乙醇达到了高峰发酵法是经典的乙醇生产方法在一个相当长的时期里,它是许多国家乙醇的主要来源目前在一些农副产品资源丰富的国家,发酵法仍然是生产乙醇的主要方法但是发酵法受到原料来源和成本高的限制，因此合成法逐渐兴起1930 年，美国联合碳化物公司建立了第一个用石油热裂化副产品乙烯为原料，经硫酸吸收再水解制乙醇的工业装置（简称乙烯间接水合法） 1947 年，美国壳牌化学公司又实现了乙烯直接水合制乙醇的方法直接水合法制乙醇由于具有流程简单、产品成本低等优点，经过不断发展,目前已成为世界合成乙醇生产的主要方法四川理工学院课程设计 1二、工艺流程论证2.1 乙醇用途乙醇在化工、医药、染料、国防、食品等行业有不可或缺的重要应用但是，无水乙醇作为燃料的应用应该是 21 世纪最广泛的应用。

工业上可以将无水乙醇与汽油按比例调和,生产车用乙醇汽油以发酵法生产的燃料乙醇具有和矿物质燃料相似的燃料性能,其生产原料是生物质,是一种可再生能源此外,乙醇燃料过程所排放的一氧化碳和含硫气体均低于汽油燃料,所产生的二氧化碳和作为原料的生物源生长所消耗的二氧化碳基本持平,这对减少对大气的污染及抑制温室效应意义重大因此,燃料乙醇也被称为“清洁燃料2.2 乙醇的工业制法乙醇的生产是在酿酒的基础上发展起来的 工业上生产乙醇的方法有粮食发酵法、木材水解法、亚硫酸盐法、乙醛加氢法、一氧化碳和氢气羰基合成法、乙烯间接水合法、乙烯直接水合法等由于受到原料来源和成本高的限制，粮食发酵法、木材水解法、亚硫酸盐法等不可能有较大的发展，故这种方法已不适应大规模制备乙醇的要求由于石油工业，石油化学工业、天然气开发和加工工业的发展，开辟了乙烯气的巨大来源，使得乙烯水合法的原料得到充分保证1930 年，美国联合碳化物公司建立了第一个用石油热裂化副产品乙烯为原料，经硫酸吸收再水解制乙醇的工业装置，简称乙烯间接水合法1947 年，美国壳牌化学公司又实现了乙烯直接水合制乙醇的方二、工艺流程论证法由于该法比间接水合法有显著优点，现已成为生产乙醇的主要方法。

下面主要介绍以木材水解发酵法、亚硫酸盐废碱液制取乙醇法和糖类、淀粉和纤维素等碳水化合物为原料的发酵法及以乙烯为原料的水合法2.2.1 木材水解发酵法木材是由纤维、半纤维(戊糖、己糖)及木素组成在木材组成中还有无机物(灰分)、树脂、油脂、单宁等物质，木材中大约有一半是纤维为了制备乙醇，要用硫酸或盐酸处理(水解)木材，将纤维变成葡萄糖：(C6H10O5)X+xH2O==xC6H12O6然后再进入制醇的发酵阶段当用 37—38％的浓盐酸水解时可得到含糖量达 30％的溶液但是这种方法由于对设备存在强烈的腐蚀，同时生产浓度为 41％的盐酸比较困难以及对其再生也比较困难，因此浓盐酸水解法没有大量被采用2.2.2 亚硫酸盐废碱液制取乙醇法在用纤维造纸的企业中，有大量的废亚硫酸盐碱液产生，对这种废液经过蒸煮等过程处理后得到乙醇因为纸浆废液中含有纤维素，这种纤维素可以转化为葡萄糖，经过发酵即可得到乙醇和二氧化碳这种乙醇迩常称作亚硫酸盐乙醇当用亚硫酸盐法分解纯纤维时，在一定温度下，用含有过量游离四川理工学院课程设计 3亚硫酸酐的硫酸氢钙或硫酸氢镁溶液去处理大量的木屑，木屑处理后剩下的液体叫做亚硫酸盐废碱液，这是纤维造纸生产的废物。

亚硫酸盐废碱液中，含有 10 一 12％的干物质(如木素、碳氢化合物、蛋白质、树脂，油脂、氧化钙等)大约有 25％的干物质属于糖类，其中有三分之二能发酵生成乙醇大约 15 吨纸浆废液可制得一吨乙醇用蒸汽将亚硫酸酐及其他挥发性物质蒸出，然后再用石灰乳使碱液中和，再导入一组发酵罐中含有酵母的碱液发酵是在 30~C 的温度下并在强力搅拌条件下进行的，时间约需 20 小时发酵完毕后，在分离器中将酵母从发酵液中(酒精溶液)分离出来这种酒精溶液是很稀的溶液，大约含 I％的乙醇，经蒸馏后便可得到纯度为 95％的乙醇这种方法，从综合利用的角度来看，是生产乙醇的一种可行的方法但是由于受到造纸工业规模和相应副产数量少的限制，所以该法最终能提供的乙醇量远远不能满足工业等方面对乙醇的需要2.2.3 发酵法 将富含淀粉的农产品如谷类、薯类等或野生植物果实经水洗、粉碎后，进行加压蒸煮，使淀粉糊化，再加入一定量的水，冷却至 60℃左右并加入淀粉酶，使淀粉依次水解为麦芽糖和葡萄糖，然后加入酵母菌进行发酵制得乙醇： 发酵液中乙醇的质量分数约为 6％～10％，并含有乙醛、高级醇、二、工艺流程论证酯类等杂质，经精馏得质量分数为 95％的工业乙醇并副产杂醇油。

糖厂副产物糖蜜含有蔗糖、葡萄糖等糖类 50％～60％（质量分数），是发酵法制乙醇的良好原料糖蜜经用水稀释，酸化和加热灭菌处理后，加入硫酸铵、磷酸盐、镁盐等酶的营养盐以及酵母菌，便可发酵生成乙醇 以含纤维素的工、农业副产物如木屑、植物茎秆等为原料时，需先用盐酸或硫酸加压、加热处理，使纤维素水解为葡萄糖，中和后再用酵母菌发酵造纸厂的亚硫酸废液中含有可发酵糖，也可用于发酵制乙醇这两种过程由于技术经济指标差，在工业上没有得到推广应用 2.2.4 乙烯水合法 工业上有两种方法，一种是以硫酸为吸收剂的间接水合法；另一种是乙烯催化直接水合法 2.2.4.1 间接水合法 间接水合法也称硫酸酯法，反应分两步进行首先，将乙烯在一定温度、压力条件下通入浓硫酸中，在 20—30 大气压、70—80°C 生成硫酸酯硫酸氢乙酯和硫酸二乙酯：C2H4 + ( 浓) H2SO4 C2H5OSO2OH2C2H4 +（浓） H2SO4 (C2H5O)2SO2其次硫酸酯硫酸氢乙酯和硫酸二乙酯在水解塔中加热至 100°C 水解而得乙醇：四川理工学院课程设计 5C2H5OSO2OH C2H5OH + H2SO4(C2H5O)2SO2 2C2H5OH + H2SO4同时有副产物乙醚生成。

间接水合法生产工艺主要包括以下四个方面一、乙烯气的吸收乙烯为硫酸所吸收是一个取决于若干参数的复杂过程一般认为这一过程的进行包括二步，即乙烯分子由气相转入液相：转入液相的乙烯与硫酸进行反应乙烯不易溶于游离的硫酸所以该过程的初始，乙烯气的吸收速率很低当硫酸中有硫酸氢乙酯生成后，由于乙烯易溶解于该物质，吸收和反应速率加快了当反应速率增大到一最高值之后，随着吸收液中反应生成物硫酸二乙酯浓度的增加，又复减低二、吸收液的水解吸收液的水解过程的优惠条件是：压力采用 1 公斤／厘米2，温度为 90—100℃，加水量控制指标为使吸收液酸浓度达 35—50％采用更高的压力、温度和酸浓度，可以使水解速度加快，但同时这种条件增加了烷基硫酸酯和醇浓缩，接触的机会，使副反应生成物乙醚的数量增加三、粗乙醇的精制 由蒸出塔引出的酒精蒸汽，通过中和、洗涤塔用热的碱水溶液处理，最终除去所含硫酸，得到含酒精 25—35％，乙醚 3—5％的粗酒精精酒精经两级分馏，得到乙醚和含量为 95．6％的工业酒精二、工艺流程论证四、稀硫酸的处理间接水合过程中所产生的大量稀硫酸的处理是关系到该法成本的关键性问题其处理方法有两种：其一‘为浓缩。

将稀硫酸蒸至浓度达90％，然后加入发烟硫酸配制成含量为 96％浓硫酸，返回吸收塔利用，其二为稀硫酸直接用于硫铵和磷肥的制造前者处理过程中所用费用较大，对设备腐蚀亦很严重，后者较经济合理间接水合法可用低纯度的乙醇作原料、反应条件较温和，乙烯转化率高，但设备腐蚀严重，生产流程长，已为直接水合法取代2.2.4.2 直接水合法直接水。