2012年 06月工业背景及工艺流程乙醛是无色、有刺激性气味的液体，密度比水小，沸点20.8℃，易挥发、易燃烧且能和水、乙醇、乙醚、氯仿等互溶，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。
乙醛也是一种重要的烃类衍生物在合成工业有机化工产品上也是一种重要的中间体。
其本身几乎没有直接的用途，完全取决于市场对它的下游产品的需求及下游产品对生产路线的选择，主要用于醋酸、醋酐、醋酸乙烯等重要的基本有机化工产品，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。
国内乙醛生产方法有乙烯氧化法、乙醇氧化法和乙炔氧化法三种技术路线。
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。
精馏方案的确定：精馏塔流程的确定;塔型的选择;操作压力的选定;进料状态选定;加热方式等所选方案必须：（1）满足工艺要求；（2）操作平稳、易于调节；（3）经济合理；（4）生产安全。
包括：流程的确定;塔型的选择;操作压力的选定;进料状态选定;加热方式等操作压力选择●精馏可在常压、加压或减压下进行。
●沸点低、常压下为气态的物料必须选用加压精馏；热敏性、高沸点物料常用减压精馏。
进料状态的选择●一般将料液预热到泡点或接近泡点后送入塔内。
这样可使：● (1)塔的操作比较容易控制；● (2)精馏段和提馏段的上升蒸汽量相近，塔径相似，设计制造比较方便。
加热方式：●（1）间接蒸汽加热●（2）直接蒸汽加热●适用场合：待分离物系为某轻组分和水的混合物。
●优点：可省去再沸器；并可利用压力较低的蒸汽进行加热。
操作费用和设备费用均可降低。
符号一览表第一章精馏塔的工艺设计1.1 基本数据1.1.1 生产任务处理量： 4600 kmol/h各组分含量：（含乙醛） 0.9568 wt%(或mol%)（含水） 0.0432 wt%(或mol%)1.1.2 分离要求连续精馏操作压力： 0.12 MPa（D 1.08bar B 1.2bar）塔顶产品组成： (含乙醛) 0.999 wt%(或mol%)塔底残液组成： (含乙醛) 0.0002 wt%(或mol%)1.1.3 设计条件和设计项目设计相图图1-1乙醛—水系统相平衡x—y图图1-2乙醛—水系统相平衡p—x—y图图1-3乙醛—水系统相平衡t—x—y图1.2 物料衡算采用模拟计算，模拟条件：设定条件：进料F= 4358.732 kmol/h其中水占 0.9568 乙醛占 0.0432塔顶中乙醛XD=0.999塔釜中乙醛XW=0.0002操作条件：间接精馏，轻关键组分在馏出物中的回收率=D*XD /(F*XF)=0.99557重关键组分在馏出物中的回收率=D*(1-XD )/(F*(1-XF))=0.000044995压力1.2bar，塔顶压力1.0bar ，塔底压力1.2bar泡点进料塔顶全冷凝1.2.1 物料衡算由设定条件：进料F= 4358.732 kmol/h其中水占 0.9568 乙醛占 0.0432塔顶中乙醛XD=0.999塔釜中乙醛XW=0.0002由 F = D + WFXf = D XD+ W XW可得：D=187.651 kmol/h W= 4171.081 kmol/h1.2.2 回流比的选择（简捷法精馏设计）（1）理论板与回流比图图1-4 乙醛—水系统理论板与回流比图因为 R=(1.1~2.0)Rmin，且合理的理论板数应在上图曲线斜率绝对值较小的区域内选择。
所以由上图得，选取理论板为18块。
此时回流比为：1.39087392（下表得到）表1-1 乙醛—水系统理论板与回流比表（2）简捷精馏计算结果将由（1）得到的回流比带入ASPEN再次模拟得到：表1-2 乙醛—水系统简捷计算结果汇总表1.2.3 严格精馏计算有简捷计算结果进行精确计算，计算结果：表1-3 乙醛—水系统严格计算物料汇总表1.2.4 辅助设备(塔顶冷凝器、塔釜再沸器等)的精确计算塔顶冷凝器：表1-4 乙醛—水系统严格计算冷凝器数据汇总表塔釜再沸器：表1-5 乙醛—水系统严格计算再沸器数据汇总表再沸器数据温度热负荷塔底出料量塔内气体负荷塔釜回流比（V/W ）104.41℃7110.3816kw4171.0810 kmol/h596.5160 kmol/h0.1431.2.5 模拟各塔板数据及分布图（1）物性数据及分布图温度 热负荷 塔顶出料量 回流量 塔顶回流比（L/D ）20.71℃ -3213.67KW 187.6510 kmol/h260.9989 kmol/h1.391表1-6 乙醛—水系统各塔板数据汇总表图1-5 乙醛—水系统各塔板气液流率图图1-6 乙醛—水系统各塔板热力学数据图（2）浓度数据及分布图表1-7 乙醛—水系统各塔板物料浓度数据汇总表图1-7 乙醛—水系统各塔板物料浓度数据图（3）水利学数据分子量乙醛44.05 操作压力 1.2bar 操作温度25.81 ℃表1-8 乙醛—水系统塔板水力学数据图（4）混合组分平均物性参数的计算精馏段液体密度ρL =849.4831kg/m3 蒸汽密度ρV=1.5422kg/m3液体流量Ls=63.5992m3/h=0.017664m3/s 蒸汽流量Vs=11708.13095m3/h液体表面张力：σ=0.040733N/m提馏段液体密度ρL =915.8436kg/m3 蒸汽密度ρV=0.7137kg/m3液体流量Ls=99.9030352m3/h 蒸汽流量Vs=17075.7057m3/h液体表面张力：σ=0.05795587N/m第二章主要设备工艺尺寸设计2.1 实际塔板数计算2.1.1 基本数据已知：理论塔板数N T =18（包括再沸器和冷凝器）,进料混合物粘度μL =0.2417446cp,进料板15块上根据水-乙醛的T-x-y 图，以及塔釜、进料和进料的组成可求得各部分的相对挥发度如下表：表2-1 乙醛—水系统相对挥发度2.1.1 全塔效率计算 精馏段：平均相对挥发度α=∛(αD *αF )= 12.98根据公式5132.5lg()T L E μα=-=51-32.5lg(0.242*12.98)=34.86又： 可得N 上=(N T -1)/E T =15−10.3486=40(块) 提馏段：平均相对挥发度α=∛(αD *αF )= 51.33根据公式5132.5lg()T L E μα=-=51-32.5lg(0.242*51.33=16.755又： 可得N 下=(N T -1)/E T =13−10.1675=12 (块) 则最终N=N 上+N 下+2=54(块) 2.2 塔径计算 ①精馏段塔径D 的计算由已知条件可计算两相流动参数1T TN E N -=1TT N E N -=参照表410-取板间距0.6T H m =由图49-查得200.095C =，可算出液泛气速 取空塔气速0.7n f u u =根据塔设备系列化规格，将D 圆整到2D m =，作为初选塔径 ②提馏段塔径'D 的计算由已知条件可计算两相流动参数 参照表410-取板间距仍0.6T H m =由图49-查得20'0.077C =，可算出液泛气速 取空塔气速'0.7'f u u =根据塔设备系列化规格，将'D 圆整到'2D m =，作为初选塔径 ③初选塔径由aspen 模拟的塔径为1.936m ，与计算结果基本一致。
根据精馏段和提馏段塔径初选结果，可以取全塔塔径为2m. 对此初选塔径可以算出：按表49-选择单流型塔板，并取堰长0.7=0.72=1.4m W L D =⨯。
由图421-查得溢流管面积和塔板总面积之比为降液管道面积20.088=0.088 3.14=0.2763m f T A A =⨯ 塔横截面积22==3.14m 4T D A π塔净截面积20.922=0.922 3.14=2.864m n T A A =⨯验证/=1.035/1.62=0.639f u u2.3 塔板详细设计选择平顶溢流堰，并参考表411-，取堰高0.05W h m =采用垂直弓形降液管和普通平底受液盘，取0.04o h m =,取板厚p 0.04f m =取'0.07s s W W m ==，0.05c W m =，又从图421-求出0.150.1520.3d W D m ==⨯=。
于是，可以算出 故得2221222120.632sin 20.630.950.630.95sin 2.20460.95a x A x r x r m r --⎛⎫⎛⎫=-+=-+= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭取6o d mm =， 3.0o t d =孔径取 =6d mm ,则孔间距36=18mm ⨯开孔数 0220.2222==78630.7850.0064A n d π=⨯个（）2.4 精馏段塔板校核2.4.1 干板压降校核由 Aa=2.2046Ao=Aa×=2.2046×0.1008=0.22222板厚3mm δ=， 则4/80.5o d δ==由《常用化工单元设备的设计》图414-（以下图均指该书图），开孔率()20.9070.1008o a o A A t d ϕ===，查得0.75o C =。
故可求出干板压降2.52.563.627.4241.4w L L ==，查图411-，可得修正系数 1.05E =。
进而求得堰上液高按面积()2T f A A -计算的气体速度 相应的气体动能因子从图416-查得液层充气系数0.61β=，可求出液层阻力 于是，板压降2.4.2 液沫夹带量校核按0.0127LV F =和泛点百分率为0.70，从图422-查得0.015ψ=。
求得塔板效率2.4.3 溢流液泛条件校核已知0.05w h m =，0.03797ow h m =，0∆=，0.0889f h m =，可求溢流管中的当量清液高度故降液管内的当量清液高度对乙醛-水混合物体系，取0.6φ=，降液管内泡沫层高度 不会发生溢流液泛。
2.4.4 液体在降液管内停留时间的校核 液体在降液管内的停留时间0.27630.1923.27(3,5)0.1767f d sA H s s L τ⨯===∈，不会产生严重气泡夹带。