課程設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)(20210305151548)

1、課程設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)荊楚理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目:3000噸/年乙酸乙酯項(xiàng)目概念設(shè)計(jì)。教研室主任：許維秀指導(dǎo)教師：危想平2019年11月乙酸乙酯車間工藝設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)1. 設(shè)計(jì)任務(wù)：乙酸乙酯項(xiàng)目概念設(shè)計(jì)2. 產(chǎn)品名稱：乙酸乙酯3. 設(shè)計(jì)規(guī)模：3000噸/年乙酸乙酯4. 開工時(shí)間：7000小時(shí)/年3、原料組成：冰醋酸100%、乙醇95%、硫酸93% 4、全裝置總收率，損耗分配和設(shè)備 類型 自定5. 產(chǎn)品用途：作為制造乙酰胺、乙酰乙酸酯、甲基庚烯酮、其他有機(jī)化合物、合成香 料、合成藥 物等的原料；用于乙醇脫水、乙酸濃縮、萃取有機(jī)酸；作為溶劑廣泛應(yīng)用于各 種工業(yè)中；食品工業(yè) 中作為芳香劑等。二、

2、概述1乙酸乙酯性質(zhì)及用途乙酸乙酯又名乙酸乙酯，乙酸瞇，英文名稱 Ethyl Acetate或Acetic EtherVinegar naphtha.乙酸乙酯是具有水果及果酒芳香的無色透明液體，其沸點(diǎn)為77C,熔點(diǎn)為83.6C,密度為0.901 g/cm3,于乙醇、氯仿、乙醯和苯等有機(jī)溶劑。乙酸乙酯的重要用途是工業(yè)溶劑，它是許多樹脂的高效溶劑，廣泛應(yīng)用于油墨、人造 革、膠 粘劑的生產(chǎn)中，也是清漆的組份。它還用于乙基纖維素、人造革、油氈、著色紙、人造珍珠的粘合 劑、醫(yī)用藥品、有機(jī)酸的提取劑以及菠蘿、香蕉、草莓等水果香料和威士忌、奶油等香料。此外， 還用于木材紙漿加工等產(chǎn)業(yè)部門。對于用很多天然有機(jī)物

3、的加工，例如樟腦、脂肪、抗生素、某些 樹脂等，常使用乙酸乙酯和乙瞇配制成共萃取劑，它還可用作紡織工業(yè)和金屬清洗劑。2. 乙酸乙酯發(fā)展?fàn)顩r1）國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r為了改進(jìn)硫酸法的缺點(diǎn)，國內(nèi)陸續(xù)開展了新型催化劑的研究，如酸性陽離子交換樹脂、全氟磺酸樹脂、HZSM5等各種分子篩、規(guī)酸、ZrO2-SO42等各種超強(qiáng)酸，但均未用于 工業(yè) 生產(chǎn)。國內(nèi)還開展了乙醇一步法制取乙酸乙酯的新工藝研究，其中有清華大學(xué)開發(fā)的乙醇脫 氫歧化 酯化法，化學(xué)工業(yè)部西南化工研究院開發(fā)的乙醇脫氫法和中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué) 研究所的乙醇氧 化酯化法。中國科學(xué)研究院長春應(yīng)用化學(xué)研究所對乙醇氧化酯化反應(yīng)催化劑進(jìn)行了研究，認(rèn)為采用 Sb2O4

4、-MoO復(fù)合催化劑可提高活性和選擇性?；瘜W(xué)工業(yè)部西南化工研究院等聯(lián)合開發(fā)的乙醇脫氫 一步合成乙酸乙酯的新工藝，已通過單管試驗(yàn)連續(xù)運(yùn)行1000小時(shí)，取得了滿 意的結(jié)果?，F(xiàn)正在進(jìn) 行工業(yè)開發(fā)工作。近來關(guān)于磷改性HZSM5弗石分子篩上乙酸和乙醇酯化反應(yīng)的研究表明，用 HZSM5及 磷改性HZSM-5作為乙酸和乙醇酯化反應(yīng)的催化劑，乙醇轉(zhuǎn)化率變化不大，但酯化反應(yīng)選擇性明顯 提咼。使用H3PMo12O40?19H2代替乙醇乙酸酯化反應(yīng)中的硫酸催化劑，可獲得的產(chǎn)率為91.48%,但是關(guān)于催化劑的劑量、反應(yīng)時(shí)間和乙醇/乙酸的質(zhì)量比對產(chǎn)品產(chǎn)量的研究還在進(jìn)行之 中。（2）國外發(fā)展?fàn)顩r由于使用硫酸作為酯化反應(yīng)的催

5、化劑存在硫酸腐蝕性強(qiáng)、副反應(yīng)多等缺點(diǎn)，近年各國均在致 力于固體酸酯化催化劑的研究和開發(fā)，但這些催化劑由于價(jià)格較貴、活性下降快等 原因，至今工業(yè) 應(yīng)用不多。據(jù)報(bào)道，美Davy Vekee公司和UCC公司聯(lián)合開發(fā)的乙醇脫氫制乙酸乙酯新工藝已工業(yè)化。據(jù)報(bào)道，國外開發(fā)了一種使用Pd/silicoturgstic雙效催化劑使用乙烯和氧氣一步生 成乙酸乙酯 的新工藝。低于180C和在25%的乙烯轉(zhuǎn)化率的條件下，乙酸乙酯的選擇性為46%o催化劑中的Pd為氧化中心silicoturgstic酸提供酸性中心。隨著科技的不斷進(jìn)步，更多的乙酸乙酯的生產(chǎn)方法不斷被開發(fā)，我國應(yīng)不斷吸收借鑒國外的 先進(jìn)技術(shù)，從根本上改變

6、我國乙酸乙酯的生產(chǎn)狀況。三. 乙酸乙酯的生產(chǎn)方案及流程1酯化法酯化工藝是在硫酸催化劑存在下，乙酸與乙醇發(fā)生酯化脫水反應(yīng)生成乙酸乙酯的工藝乙酸、過量乙醇與少量的硫酸混合后經(jīng)預(yù)熱進(jìn)入酯化反應(yīng)塔。酯化反應(yīng)塔塔頂?shù)姆磻?yīng)混合物 一部分回流，一部分在80C左右進(jìn)入分離塔。進(jìn)入分離塔的反應(yīng)混合物中一般含有約70%的乙 醇、20%的酯和10%的水（乙酸完全消耗掉）。塔頂蒸出含有83%乙酸乙酯、9%乙醇和8%水分的塔頂三元恒沸物，送人比例混合器，與等體積的水混合，混合后在傾析器傾 析，分成含少量乙 醇和酯的較重的水層，返回分離塔的下部，經(jīng)分離塔分離，酯重新以三元恒 沸物的形式分出，而蓄 集的含水乙醇則送回醋化反

7、應(yīng)塔的下部，經(jīng)氣化后再參與酯化反應(yīng)。含約93%的乙酸乙酯、5% 水和2%乙醇的傾析器上層混合物進(jìn)人干燥塔，將乙酸乙酯分離出來。2. 乙醇脫氫歧化法該法不用乙酸，直接用乙醇氧化一步合成乙酸乙酯，其催化劑主要是Pd/C和架Ni,Cu-Co-Zn-AI混合氧化物及MoSb二元氧化物等催化劑，這些體系對乙醇的氧化有一定的 活性， 但其催化性還有待進(jìn)一步改進(jìn)。95%乙醇從儲(chǔ)槽出來，經(jīng)泵加壓至0.30.4MPa,進(jìn)入原料預(yù)熱器，與反應(yīng)產(chǎn)物熱交換 被加熱至 130C,部分氣化，再進(jìn)入乙醇汽化器，用水蒸氣或?qū)嵊图訜嶂?60C170C,達(dá)到完全氣化，然后進(jìn)入原料過熱器，與反應(yīng)產(chǎn)物換熱，被加熱至230C,再進(jìn)入

8、脫硫加熱器，用導(dǎo)熱油加熱到反應(yīng)溫度240270C,然后進(jìn)入脫氫反應(yīng)器，脫氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，要用 導(dǎo)熱油加熱以維持恒溫反應(yīng)。從脫氫反應(yīng)器出來的物料進(jìn)入原料過熱器，被冷卻至180C,再進(jìn)入 加氫反應(yīng)器將酮和醛加氫為醇，以便后續(xù)分離。然后進(jìn)入原料預(yù)熱器，被冷卻至60C,再進(jìn)入產(chǎn)物 冷凝器，被水冷卻至30C,從冷凝器出來的液體，進(jìn)入反應(yīng)產(chǎn)物儲(chǔ)罐，然后進(jìn)入分離工段，氫氣則從上部進(jìn)入水洗器，以回收氫氣中帶走的易揮發(fā)物料，然后放 空或到氧氣用戶。該工藝的特點(diǎn)是產(chǎn)品收率高，對設(shè)備腐蝕性小，產(chǎn)品成本較酯化法低，不產(chǎn)含酸廢水，有利 于大規(guī)模生產(chǎn)，若副產(chǎn)的氫氣能有效合理的利用，該工藝是比較經(jīng)濟(jì)的方法。3. 乙醛縮合

9、法由乙醛生產(chǎn)乙酸乙酯包括催化劑制備、反應(yīng)、分離和精館4大部分，工藝流程見圖3在氯化 鋁和少量的氯化鋅存在下將鋁粉加人盛有乙醇和乙酸乙酯混合物的溶液中溶解得到乙氧基鋁溶液。 催化劑制備裝置與主體裝置分開，制備反應(yīng)過程產(chǎn)生的含氫廢氣經(jīng)冷回收冷凝物后排放，制備得到的催化劑溶液攪拌均勻后備用。乙 醛和催化劑溶液連續(xù)進(jìn)人反應(yīng)塔，控制反應(yīng)物的比例，使進(jìn)料在混合時(shí)就有約98%的乙醛轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物,1.5%的乙醛在此后的攪拌條件下轉(zhuǎn)化。通過間接鹽水冷卻維持反應(yīng) 溫度在0 C ,反應(yīng)混合物在反應(yīng)塔內(nèi)的停留時(shí)間約1 h后進(jìn)入分離裝置。分離裝置中粗乙酸乙酯從塔頂蒸出，塔底殘?jiān)盟幚淼玫揭掖己蜌溲趸X，將乙醇與 蒸

10、岀組 分一起送人精鐳塔，在此回收未反應(yīng)的乙醛并將其返回反應(yīng)塔，乙醇和乙酸乙酯恒沸 物用于制備乙 氧基鋁催化劑溶液。如有必要，乙酸乙酯還可進(jìn)一步進(jìn)行干燥。4. 乙烯、乙酸直接加成法在酸性催化劑存在下，竣酸與烯炷發(fā)生酯化反應(yīng)可生成相應(yīng)的醋類。羅納普朗克公司在80 年代進(jìn)行了開發(fā)，但由于工程放大問題未解決，一直未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。日本昭和電工 公司開發(fā)的乙烯 與乙酸一步反應(yīng)制取乙酸乙酯工藝終于在90年代實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。反應(yīng)原料中乙烯：乙酸：水：氮體積組成為 80： 6.7 : 3： 10.3o反應(yīng)系統(tǒng)由3個(gè)串聯(lián) 反應(yīng)塔組成，反應(yīng)塔中裝填磷餌鑰酸催化劑（擔(dān)載于球狀二氧化硅上）。反應(yīng)塔設(shè)置了中間冷卻, 反應(yīng)溫度

11、維持在140- 180 C，反應(yīng)塔壓力控制在0.441MPa。反應(yīng)在擔(dān)載于金屬載體上的雜多酸或雜多酸鹽催化下于氣相或液相中進(jìn)行。在水蒸氣存在條 件下，乙烯將發(fā)生水合反應(yīng)生成乙醇，然后生成的乙醇又繼續(xù)與乙酸發(fā)生酯化反應(yīng)生成乙酸乙酯產(chǎn) 物。而且，逆向的乙酸乙酯水解生成乙醇或乙酸的反應(yīng)也可能發(fā)生。該工藝 乙酸的單程轉(zhuǎn)化率為 66%,以乙烯計(jì)，乙酸乙酯的選擇性約為94%.5. 確定工藝方案及流程從產(chǎn)量分析，生產(chǎn)任務(wù)要求是3000噸，產(chǎn)量不是太大，乙烯、乙酸直接合成法有利于大規(guī) 模生產(chǎn)，而且該法對設(shè)備要求很高，設(shè)備造價(jià)高，因此不采用該工藝。從經(jīng)濟(jì)上考 慮，乙醇脫氫歧 化法對催化劑要求高，采用該工藝不經(jīng)濟(jì)。最后從技術(shù)成熟方面考慮，雖然乙醇脫氫歧化法在國外 生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，且可以進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)，但在國內(nèi)實(shí)施尚有困難，另外，該法總生產(chǎn)能力比酯化法要低，綜合 考慮采用酯化法。在國內(nèi)，乙酸乙酯的生產(chǎn)大都采用酯化法，生產(chǎn)乙酸乙酯的廠家主要有上海試劑一廠，蘇州 溶劑廠，北京化工三廠，天津有機(jī)化工一廠，吉化公司，徐州溶