乙醛縮合法制乙酸乙酯專業(yè)課程設計

151/151南京工業(yè)大學《化工設計》專業(yè)課程設計設計題目乙醛縮合法制乙酸乙酯設計人員楊福、胡曦、王義超、常偉指導教師姓名任曉乾課程設計時間2012年5月12課程設計成績設計說明書、計算書及設計圖紙質(zhì)量，70%獨立工作能力、綜合能力及設計過程表現(xiàn)，30%設計最終成績（五級分制）指導教師簽字目錄一、設計任務 ………………..6二、概述 2.1乙酸乙酯性質(zhì)及用途 …………………72.2乙酸乙酯發(fā)展狀況 ………………………8三.乙酸乙酯的生產(chǎn)方案及流程 3.1酯化法 ………………93.2乙醇脫氫歧化法 ……………………113.3乙醛縮合法 ………………113.4乙烯、乙酸直接加成法 ……………………133.5經(jīng)濟指標對比…………………133.6討論分析………………………193.7確定工藝方案及流程…………223.8廠區(qū)布置說明總述 …………23四．工藝計算 4.1物料衡算 ……………274.2乙醛縮合法生產(chǎn)乙酸乙酯步驟……………284.3物性數(shù)據(jù)表………………284.4計算結(jié)果列表匯總…………………..31五.設備選型5.1催化劑反應器選型 ……………………385.2列管式反應器 …………405.3乙醛儲罐 ………………………415.4乙酸乙酯儲罐……………415.5精餾塔Ⅰ的設計………………425.6精餾塔Ⅱ的設計………………43

5.7精餾塔Ⅲ的設計………………445.7.1精餾塔設計計算示例…………455.8沉降器………………..615.9回流罐………………….625.10管口表…………………625.11動設備選型…………635.12換熱器選型……………..65六.控制系統(tǒng)設計 6.1DCS控制系統(tǒng) ………………………686.2先進控制系統(tǒng)APC ………………706.3緊急停車系統(tǒng) ESD……………………71七.供電系統(tǒng) 7.1設計范圍 ……………727.2電力負荷性質(zhì) ……………..727.3高壓供電及變電所系統(tǒng)設計 ………………727.4功率因數(shù)補償……..737.5廠區(qū)高壓配電及車間變電所安全設計……737.6配電線路……….747.8配電裝置及防雷接地設計…………………74八．通信系統(tǒng)8.1行政管理電話系統(tǒng) ……768.2生產(chǎn)調(diào)度程控電話系統(tǒng) ………………768.3火災報警系統(tǒng) ……………768.4有線電視 ……………………778.5擴音呼叫/對講系統(tǒng)………………778.6綜合布線系統(tǒng)……………………..778.7全場電信網(wǎng)絡………………….78九．供熱站，冷公用工程系統(tǒng) 9.1冷公用工程系統(tǒng) ……………789.2供熱系統(tǒng)供熱 …………………799.3公用物料及能量消耗………………81十．清潔生產(chǎn)概述10.1本項目清潔生產(chǎn)分析………………..88十一.環(huán)境影響因子識別11.1環(huán)境影響要素識別，篩選………………..8311.2環(huán)境影響因子識別，篩選…………….83十二.施工期的環(huán)境影響評價12.1施工期環(huán)境空氣影響分析……………..8312.2施工期水環(huán)境影響分析……………..8412.3施工噪聲影響分析……….8412.4施工固體廢物影響分析…………..85十三.環(huán)境影響預測與評價13.1環(huán)境空氣影響預測與評價……………..8513.2水環(huán)境影響預測與評價……………...8513.3噪聲影響預測與評價………..85十四.環(huán)境風險評價14.1環(huán)境風險評價的內(nèi)容…………………8514.2風險識別…………………..8514.3評價等級及評價范圍………………….8614.4潛在的風險因素識別………………….8614.5事故發(fā)生對環(huán)境的影響…………8714.6環(huán)境風險防范措施…………………..87十五總量控制15.1總量控制因子……..8815.2總量控制建議……88十六環(huán)境保護措施及其技術(shù)，經(jīng)濟論證16.1三廢及噪聲治理措施…………………89十七.環(huán)境影響經(jīng)濟損益分析17.1概述…9017.2環(huán)境保護費用……….9017.3環(huán)境保護效益………….9017.4環(huán)境影響經(jīng)濟損益分析…………9017.5小結(jié)…………………..91十八.環(huán)境管理與監(jiān)測制度分析18.1環(huán)境管理…………….9118.2環(huán)境監(jiān)測計劃………..91十九.產(chǎn)業(yè)政策符合性及項目選址合理性分析19.1.產(chǎn)業(yè)政策符合性分析……………….9119.2環(huán)境容量………9119.3建設項目的環(huán)境可行性…………..92二十.總結(jié)論 附錄生產(chǎn)毒性及防護………………92文獻參考……….93

乙酸乙酯車間工藝設計一、設計任務1.設計任務：一萬噸乙酸乙酯車間2.產(chǎn)品名稱：乙酸乙酯3.產(chǎn)品規(guī)格：純度99.5%4.年生產(chǎn)能力：折算為99.5%乙酸乙酯9950噸/年5.產(chǎn)品用途：作為制造乙酰胺、乙酰醋酸酯、甲基庚烯酮、其他有機化合物、合成香料、合成藥物等的原料；用于乙醇脫水、醋酸濃縮、萃取有機酸；作為溶劑廣泛應用于各種工業(yè)中；食品工業(yè)中作為芳香劑等。由于本設計為假定設計，因此有關(guān)設計任務書中的其他項目如：進行設計的依據(jù)、廠區(qū)或廠址、主要技術(shù)經(jīng)濟指標、原料的供應、技術(shù)規(guī)格以及燃料種類、水電汽的主要來源，與其他工業(yè)企業(yè)的關(guān)系、建廠期限、設計單位、設計進度及設計階段的規(guī)定等均從略。1.1項目概況本項目為年產(chǎn)1萬噸的乙酸乙酯的生產(chǎn)項目，利用山東沂水縣的經(jīng)濟開發(fā)區(qū)（依為總廠）的乙醛產(chǎn)品，生產(chǎn)乙酸乙酯?？紤]產(chǎn)品的市場需求、原料來源情況以及所用工藝技術(shù)的情況，本公司的設計生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)1萬噸的乙酸乙酯。本項目的總投資為7522.9萬元人民幣，考慮到項目的建設進度以及建設各環(huán)節(jié)各時間的安排等因素，我們項目的建設周期為1年。1.3廠區(qū)和生產(chǎn)概況本項目的廠址選擇在山東沂水縣的經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，占地約為35000m2，靠近公路，臨近河流。廠區(qū)分儲罐區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、輔助區(qū)和行政區(qū)四大塊，該經(jīng)濟開發(fā)區(qū)內(nèi)有完善的水、電、氣的來源，依附于總廠（乙醛生產(chǎn)廠）的空壓站、氮氧站和冷卻站，有充足的冷卻水源，其他的維修、檢驗、消防系統(tǒng)等都相應輔助設施都配套完善。本項目采用的工藝為歐洲、日本廣泛采用的乙醛縮合法的先進工藝，反應器采用釜式與管式反應器相串聯(lián)，精餾段設3塔有效產(chǎn)出高純度的產(chǎn)品。得到高純度的乙酸乙酯產(chǎn)品，同時每年還可得到定量的乙縮醛產(chǎn)品。同時，本項目采用的工藝對于廢物進行了有效合理的處理，產(chǎn)出的廢物很少，對環(huán)境危害小，并且建立了以高壓消防水系統(tǒng)和泡沫系統(tǒng)為主體的完善的消防系統(tǒng)，采取了一系列措施保證工人的勞動安全和工業(yè)衛(wèi)生。二、概述1．乙酸乙酯性質(zhì)及用途乙酸乙酯又名乙酸乙酯，醋酸醚，英文名稱EthylAcetate或AceticEtherVinegarnaphtha.乙酸乙酯是無色、具有水果香味的易燃液體。熔點-83.6℃，沸點77.1℃，相對密度0.9003，折射率1.3723，閃點（開杯）4℃，蒸氣壓（20℃）9.4kPa，汽化熱366.5J/g，比熱容1.92J/（g·℃）。爆炸極限2.13%-11.4%（體積）。與醚、醇、鹵代烴、芳烴等多種有機溶劑混溶，微溶于水，25℃時，10ml水中可溶該品1ml，溫度升高則溶解度降低，乙酸乙酯與水和乙醇皆能形成二元共沸混合物。與水生成的共沸混合物的沸點為70.4℃質(zhì)量標準：GB/T3728-2007項目指標優(yōu)等品一等品合格品乙酸乙酯的質(zhì)量分數(shù)/%≥99.799.599.0乙醇的質(zhì)量分數(shù)/%≤0.100.200.50水的質(zhì)量分數(shù)/%≤0.050.10酸的質(zhì)量分數(shù)（以CH3COOCH計）/%≤0.0040.005色度/Hazen單位（鉑-鈷色號）≤10密度（ρ20）/(g/cm3)≤0．897~0.902蒸發(fā)殘渣的質(zhì)量分數(shù)/%≤0.0010.005氣味a≤符合特征氣味，無異味，無殘留氣味2.乙酸乙酯發(fā)展狀況（1）國內(nèi)發(fā)展狀況為了改進硫酸法的缺點，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﹑HZSM-5等各種分子篩﹑鈮酸﹑ZrO2-SO42－等各種超強酸，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，其中有清華大學開發(fā)的乙醇脫氫歧化酯化法，化學工業(yè)部西南化工研究院開發(fā)的乙醇脫氫法和中國科學院長春應用化學研究所的乙醇氧化酯化法。中國科學研究院長春應用化學研究所對乙醇氧化酯化反應催化劑進行了研究，認為采用Sb2O4-MoO3復合催化劑可提高活性和選擇性?；瘜W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，已通過單管試驗連續(xù)運行1000小時，取得了滿意的結(jié)果?，F(xiàn)正在進行工業(yè)開發(fā)工作。近來關(guān)于磷改性HZSM-5沸石分子篩上乙酸和乙醇酯化反應的研究表明，用HZSM-5及磷改性HZSM-5作為乙酸和乙醇酯化反應的催化劑，乙醇轉(zhuǎn)化率變化不大，但酯化反應選擇性明顯提高。使用H3PMo12O40?19H2O代替乙醇-乙酸酯化反應中的硫酸催化劑，可獲得的產(chǎn)率為91.48%,但是關(guān)于催化劑的劑量、反應時間和乙醇／乙酸的質(zhì)量比對產(chǎn)品產(chǎn)量的研究還在進行之中。（2）國外發(fā)展狀況由于使用硫酸作為酯化反應的催化劑存在硫酸腐蝕性強、副反應多等缺點，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格較貴、活性下降快等原因，至今工業(yè)應用不多。據(jù)報道，美DavyVekee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180℃和在25％的乙烯轉(zhuǎn)化率的條件下，乙酸乙酯隨著科技的不斷進步，更多的乙酸乙酯的生產(chǎn)方法不斷被開發(fā)，我國應不斷吸收借鑒國外的先進技術(shù)，從根本上改變我國乙酸乙酯的生產(chǎn)狀況。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,醋酸與乙醇發(fā)生酯化脫水反應生成乙酸乙酯的工藝,其工藝流程見圖1醋酸、過量乙醇與少量的硫酸混合后經(jīng)預熱進入酯化反應塔。酯化反應塔塔頂?shù)姆磻旌衔镆徊糠只亓鳎徊糠衷?0℃左右進入分離塔。進入分離塔的反應混合物中一般含有約70%的乙醇、20%的酯和10%的水（醋酸完全消耗掉）。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,送入比例混合器,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應塔的下部,經(jīng)氣化后再參與酯化反應。含約93%的乙酸乙酯、5%水和2%乙醇的傾析器上層混合物進入干燥塔,將乙酸乙酯分離出來,工業(yè)品級乙酸乙酯的質(zhì)量指標表項目指標乙酸乙酯含量，%≧99.5乙醇含量，%≦0.20水分，%≦0.05酸度(以醋酸計)，%≦0.005色度(鉑-鈷)<10傳統(tǒng)的酯化法乙酸乙酯生產(chǎn)工藝技術(shù)成熟,在世界范圍內(nèi),尤其是美國和西歐被廣泛采用。由于酯化反應可逆,轉(zhuǎn)化率通常只有約67%,為增加轉(zhuǎn)化率,一般采用一種反應物過量的辦法,通常是乙醇過量,并在反應過程中不斷分離出生成的水。根據(jù)生產(chǎn)需要,既可采取間歇式生產(chǎn),也可采取連續(xù)式生產(chǎn)。該法也存在腐蝕嚴重、副反應多、副產(chǎn)物處理困難等缺點。近年來開發(fā)的固體酸酯化催化劑雖然解決了腐蝕問題,但由于價格太高,催化活性下降快等缺點,在工業(yè)上仍無法大規(guī)模應用。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-Al混合氧化物及Mo-Sb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一步改進。95%乙醇從儲槽出來，經(jīng)泵加壓至0.3～0.4MPa，進入原料預熱器，與反應產(chǎn)物熱交換被加熱至130℃，部分氣化，再進入乙醇汽化器，用水蒸氣或?qū)嵊图訜嶂?60℃～170℃，達到完全氣化，然后進入原料過熱器，與反應產(chǎn)物換熱，被加熱至230℃，再進入脫硫加熱器，用導熱油加熱到反應溫度240～270℃，然后進入脫氫反應器，脫氫反應為吸熱反應，要用導熱油加熱以維持恒溫反應。從脫氫反應器出來的物料進入原料過熱器，被冷卻至180該工藝的特點是產(chǎn)品收率高，對設備腐蝕性小，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)濟的方法。3、乙醛縮合法由乙醛生產(chǎn)乙酸乙酯包括催化劑制備、反應、分離和精餾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入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)進入反應塔,控制反應物的比例,使進料在混合時就有約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溫度在0℃,反應混合物在反應塔內(nèi)的停留時間約1h后進入分離裝置中粗乙酸乙酯從塔頂蒸出,塔底殘渣用水處理得到乙醇和氫氧化鋁,將乙醇與蒸出組分一起送入精餾塔,在此回收未反應的乙醛并將其返回反應塔,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,乙酸乙酯還可進一步進行干燥。乙醛縮合制乙酸乙酯工藝由俄羅斯化學家Tischenko于20世紀初開發(fā)成功,因而該工藝又稱為Tischenko工藝。反應在醇化物（乙氧基鋁)的存在下進行。由乙醛生產(chǎn)乙酸乙酯的第一步實際上先由乙烯制取乙醛,由乙烯生產(chǎn)乙醛通常在氯化鈀存在下于液相中進行（即Wacker工藝)。根據(jù)保持催化劑活性方法的不同,又有兩種工藝可選擇,一種為一步法工藝,即乙烯和氧氣一起進入反應器進行反應;另一種是兩步法工藝,即乙烯氧化為乙醛在一個反應器內(nèi)進行,而催化劑的空氣再生在另一反應器內(nèi)進行,兩種工藝在經(jīng)濟上并無大的差異。乙醛縮合制乙酸乙酯工藝受原料來源的限制,一般應建在乙烯-乙醛聯(lián)合裝置內(nèi)。日本主要采取此工藝路線,裝置能力已達200kt/a.4、乙烯、乙酸直接加成法在酸性催化劑存在下,羧酸與烯烴發(fā)生酯化反應可生成相應的醋類。羅納·普朗克公司在80年代進行了開發(fā),但由于工程放大問題未解決,一直未實現(xiàn)工業(yè)化。日本昭和電工公司開發(fā)的乙烯與醋酸一步反應制取乙酸乙酯工藝終于在90年代實現(xiàn)了工業(yè)化。反應原料中乙烯：醋酸：水：氮體積組成為80：6.7：3：10.3。反應系統(tǒng)由3個串聯(lián)反應塔組成,反應塔中裝填磷鎢鑰酸催化劑（擔載于球狀二氧化硅上)。反應塔設置了中間冷卻,反應溫度維持在140-180℃反應在擔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行。在水蒸氣存在條件下,乙烯將發(fā)生水合反應生成乙醇,然后生成的乙醇又繼續(xù)與醋酸發(fā)生酯化反應生成乙酸乙酯產(chǎn)物。而且,逆向的乙酸乙酯水解生成乙醇或乙酸的反應也可能發(fā)生。該工藝醋酸的單程轉(zhuǎn)化率為66%,以乙烯計,乙酸乙酯的選擇性約為94%.5、技術(shù)經(jīng)濟指標對比對于80kt/a級的工業(yè)乙酸乙酯生產(chǎn)裝置，分析其各項經(jīng)濟技術(shù)指標，對比如表2。表2乙酸乙酯各工藝路線技術(shù)經(jīng)濟指標對照工藝路線乙醛縮合法乙烯加成法酯化法原料單耗/t·t-1乙烯-0.355-乙醛1.02--乙酸-0.7180.692乙醇--0.533其他0.0050.010.005公用工程單耗電/KW·h·t-126.014176.36715.432冷卻水/t·t-1150.198166.88766.755純水t·t-1008.344蒸汽（0.8MPa)/t·t-10.444.2蒸汽(0.4MPa)/t·t-11.100冷凍/MJ·t-11161.000綜合能耗/MJ·t-168921561614652由表2可看出，在三種方法中，乙醛法生產(chǎn)乙酸乙酯的蒸汽消耗明顯低于另兩種方法，綜合總能源消耗乙醛法要遠低于乙烯法和乙酯法。由于乙醛法生產(chǎn)乙酸乙酯在國外，特別是日本，已處于成熟階段，而我國在20世紀90年代中間試驗的基礎上剛實現(xiàn)萬噸級工業(yè)化，所以技術(shù)指標和國外先進水平還有差距。5.1投資和成本對比5.11投資對比對于同為國際上80kt/a的工業(yè)乙酸乙酯生產(chǎn)裝置，在同樣投資環(huán)境下，分析其工程投資情況，對比如表3。表3不同工藝制備乙酸乙酯總投資對比萬美元工藝路線乙醛縮合法乙烯加成法酯化法總投資283052503780生產(chǎn)設施142030001910輔助設施85012001110其他工程5701050760在同規(guī)模的乙酸乙酯三種生產(chǎn)方法中，乙醛法的投資最低，而乙烯法的投資相對最高。乙醛法的總投資額為酯化法的75%，僅為乙烯法的54%。5.12成本對比不同工藝制備乙酸乙酯單位成本對比計算見表4。表4不同工藝制備乙酸乙酯單位成本對比項目單價/元·t-1乙醛縮合法乙烯加成法酯化法單耗/t·t-1單位成本/元·t-1單耗/t·t-1單位成本/元·t-1單耗/t·t-1單位成本/元·t-1原料4295.454631.995392.42乙烯4212000.3531486.8400乙醛41101.024191.860000乙酸4159000.71772985.150.6922878.26乙醇47170.00523.59000.5332514.16其他80.00160.000公用工程253.69572.58459.26蒸汽1001.5150.004.0400.004.2420.00電0.6026.0115.61176.37105.8215.439.26冷凍鹽水1.002828.000000冷卻水0.40150.260.08166.8966.767530.00可變成本合計4549.135204.575851.68直接成本合計132.80265.60174.30分配成本合計116.20224.10149.40注：①單價不含稅；②公用工程價格參考上海地區(qū)平均價格計入；③原料中乙醇、乙酸和乙醛價格用2007-2009年9月國內(nèi)市場平均價；④原料中的乙烯價格用2007-2009年9月平均進口到岸價加手續(xù)費計入；⑤電一欄中：單價的單位為“kW·h·t-1”，單位成本的單位為“元·(kW·h)-1由上表看出，無論是原料成本、公用工程成本和總成本乙醛法生產(chǎn)乙酸乙酯都最低，而酯化法最高；乙烯法總投資最大，且其他費用也偏高，其折舊和固定成本最高。三種方法對比，乙醛法的單位成本為酯化法的78%，為乙烯法的82％。5.13經(jīng)濟效益估算由于三種生產(chǎn)乙酸乙酯方法的生產(chǎn)成本、生產(chǎn)裝置投資有明顯不同，所以其生產(chǎn)裝置投資的經(jīng)濟效益也有明顯差異，在當前國內(nèi)原料價格體系下，乙醛法生產(chǎn)無疑具有明顯優(yōu)勢，見表5。表5不同工藝制備乙酸乙酯經(jīng)濟效益對比元/t項目乙醛縮合法乙烯加成法酯化法備注單位生產(chǎn)成本5047.136167.376499.08單位銷售費用25.2461.6764.99單位總成本5072.376229.046564.07不含稅其中單位折舊249.00473.10323.70單位銷售價格5669.235669.235669.23不含稅單位銷售利潤596.86-559.81-894.84單位所得稅196.96稅率33%單位稅后利潤399.90年總利潤/萬元3199.19總投資/萬元12000.00投資利潤率，%26.66靜態(tài)投資回收期/a3.48注：①裝置生產(chǎn)能力80kt/a，年產(chǎn)量按100%負荷計算。②乙酸乙酯的銷售價格按2007-2009年10月國內(nèi)市場掛牌平均價。③由于乙烯法和乙酸酯化法均按市場價計算原料成本，故計算為虧損，實際生產(chǎn)中一般采用初始原料，成本相應降低。而乙醛法如用初始原料乙烯計算成本，則其成本更低利潤更高。6.討論和分析（1）工業(yè)生產(chǎn)乙酸乙酯的各種方法中，乙醛法、乙烯法和酯化法均為成熟的工藝路線，而酯化法由于其不可避免的缺點終將被淘汰。（2）乙醛法、乙烯法和酯化法生產(chǎn)乙酸乙酯都能得到高質(zhì)量的乙酸乙酯產(chǎn)品，但酯化法生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量達到優(yōu)級品的難度相對較大。（3）乙烯法由于其工藝的特點，在同規(guī)模裝置中其總投資最高。乙醛法總投資最低，故在20世紀70年代起，乙醛法生產(chǎn)乙酸乙酯在全世界得到大的發(fā)展。（4）按目前國內(nèi)市場價格分析，乙醛法生產(chǎn)乙酸乙酯的生產(chǎn)成本最低，依次為乙烯法和酯化法，酯化法的生產(chǎn)成本高很多。所以乙醛法和乙烯法比酯化法更有市場競爭力。（5）由于乙醛法生產(chǎn)乙酸乙酯的總投資最低，裝置建設的難度小，建設周期短。（6）在乙烯、乙醛、乙酸作為原料的情況下，建設乙酸乙酯裝置，使用乙醛法工藝路線應該是投資少、成本低、質(zhì)量能得到保證的一個好的選擇，但乙醛原料供應要保證。6、確定工藝方案及流程從產(chǎn)量分析，生產(chǎn)任務要求是10000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)，而且該法對設備要求很高，設備造價高，因此不采用該工藝。從經(jīng)濟上考慮，乙醇脫氫歧化法對催化劑要求高，采用該工藝不經(jīng)濟。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，且可以進行大規(guī)模的生產(chǎn)，但在國內(nèi)實施尚有困難，用乙醛作為原料，轉(zhuǎn)化率和收率都很高，資源利用充分，經(jīng)濟性高，乙醛作原料，反應副產(chǎn)物較少，后提純處理設備簡單，污染小，對設備要求低；選擇的蘇州工業(yè)園區(qū)內(nèi)，依托的乙醛生產(chǎn)廠，能夠提供足夠的乙醛原料，做到了原料來源的就近性，資源能夠合理利用；工業(yè)園區(qū)內(nèi)乙醛生產(chǎn)廠擁有制冷設備，對于乙醛生產(chǎn)乙酸乙酯過程中需要的冰鹽水能夠有效的提供，可以減少設備方面的投資，同時使其制冷設備能夠做到充分利用。另外，廠址選擇在有生產(chǎn)乙醛廠家的工業(yè)園區(qū)，綜合考慮采用乙醛縮合法。表1.3-1主要技術(shù)經(jīng)濟指標

項目名稱單位數(shù)量備注一生產(chǎn)規(guī)模萬t／a1乙酸乙酯、乙縮醛

二產(chǎn)品方案

1乙酸乙酯萬t／a1純度99.99%2乙縮醛萬t／a0.03純度99.89%三年操作日天300

四主要原材料,燃料用量

1乙醛kg/h1406乙醛99.9%水0.01%五公用動力消耗量

1供水(新鮮水)萬t／a30

平均用水量t/h80

2供電

設備容量kW55

年耗電量kWH20075

3供氣

平均用氣量t/H2.7

4冷凍

平均用冷負荷KW2250

六三廢排放量

1廢水M3/H

2廢氣g／h384

3廢渣kg／h11.2售于經(jīng)銷商七運輸量T／a

1運入量萬t／a1.13管道運輸2運出量萬t／a1槽車運輸八全廠定員人60

1其中：生產(chǎn)工人人48

2管理人員人12

九總占地面積萬m23.53

十全廠建筑面積M213487.08

十一全廠綜合能耗總量（包括二次能源）

十二單位產(chǎn)品綜合能耗

十三工程項目總投資萬元1235.2

1固定資產(chǎn)投資萬元2367

2流動資金萬元1658.5

十四年銷售收入萬元6576

十五成本和費用

1年均總成本費用萬元4132

2年均經(jīng)營成本萬元4024

十六年均利潤總額萬元1383

十七年均銷售稅金萬元994.5

十八財務評價指標%77.11

1投資利潤率%34.12

2投資利稅率%

3資本凈利潤率%21.85

4投資回收期年3

5全員勞動生產(chǎn)率萬元／人3.383

6全投資財務內(nèi)部收益率（稅前和稅后）%77.11稅前內(nèi)部收益率7全投資財務凈現(xiàn)值（稅前和稅后；需注明i,值）萬元7465.28稅前，i＝20年十九清償能力指標

人民幣借款償還期（含建設期）年5

2.1廠區(qū)布置說明總述本廠設計位于沂水縣經(jīng)濟開發(fā)區(qū)。本廠設計布置為長方形，長226m，寬156m。北面、西面和南面均為土地，東邊為省道，西邊不遠處有沂河。廠區(qū)分為行政區(qū)、輔助區(qū)、生產(chǎn)區(qū)和儲罐區(qū)四個部分。其中儲罐區(qū)又分為原料儲罐區(qū)和產(chǎn)品儲罐區(qū)兩個部分，二者獨立布置，且有各自獨立的消防車間。生產(chǎn)區(qū)布置結(jié)構(gòu)緊湊，充分利用空間，有效減少不同車間之間的連接管道長度。原料儲罐區(qū)域和產(chǎn)物儲罐區(qū)域分別放置于生產(chǎn)車間兩側(cè)，同樣也是為了減少不通車間之間的連接管道長度。

原料儲罐區(qū)出來的原料通過低溫保障車間，可以直接通到合成車間I。由于低溫保障車間直接位于原料儲罐區(qū)和生產(chǎn)區(qū)域之間，所以可以減少有保溫要求的管道長度。設備檢修室布置于精餾車間旁邊，靠近精餾車間和三個合成車間，以方便檢修設備。此外，生產(chǎn)區(qū)域附近有完備的消防準備設施：包括三個消防車間和一個150m2的消防水池。整個設計廠區(qū)的綠化面積5475.26m2，綠化率達到15.53%。可以調(diào)節(jié)局部微小氣候、美化潔凈環(huán)境、減小噪音，同時還有隔離作用。最后，這些綠化用地將來還可以在必要時用以做進一步的發(fā)展只用。2.2廠區(qū)布置分項說明2.2.1行政區(qū)處于安全考慮，行政區(qū)靠近廠區(qū)入口且位于上風口。在發(fā)生儲罐泄漏事故或者是生產(chǎn)區(qū)域事故時能夠保證安全。行政區(qū)主要就是半框形的大樓，其中包括食堂、研發(fā)中心、行政辦公等幾個部分。其中食堂位于一樓西邊的位置。行政中心位于二樓東邊和中間位置，研發(fā)中心位于三樓。此外，行政樓正面有很好的綠化布置，包括花壇噴水池和草坪。能夠為工作人員提供一個良好的工作環(huán)境，行政區(qū)域如下圖所示：2.2.2輔助區(qū)輔助區(qū)域包括倒班宿舍、控制中心、公共工程站和電氣工程站。在前面圖中均有標注。倒班宿舍位于控制中心的北面，遠離生產(chǎn)區(qū)域。一方面，倒班宿舍位于全年最高頻率風向的上風口，較為安全；另一方面，倒班宿舍遠離生產(chǎn)區(qū)域和儲罐區(qū)，能夠讓倒班休息的工人充分休息。最后，倒班宿舍和行政中心、公用工程站以馬路和較寬的綠化帶隔開，也能夠起到減少噪音的作用?？刂浦行奈挥趶S區(qū)北面中心位置，和生產(chǎn)區(qū)域只隔了一個主干道，而且和主要生產(chǎn)區(qū)域用綠化帶隔開。公用工程站包括氮氣站和壓縮空氣站。其中氮氣站主要是用以提供開停車及檢修時吹掃管路所用的氮氣?？諝庹镜膲嚎s空氣則是用于設備檢修時吹掃管路和設備只用。壓縮空氣位于全年最多頻率風向的上風口用以采集空氣。公用工程站和生產(chǎn)區(qū)域隔開較遠。電氣工程站位于廠區(qū)的西北方向，緊挨在公共工程旁。而且位于全年最多頻率風向的上風口。與儲罐區(qū)距離較遠。電氣工程站在廠區(qū)西門的旁邊，方便電氣設備的檢修。2.2.3生產(chǎn)區(qū)A.精餾車間精餾車間半露天布置，精餾車間的泵一并布置在車間內(nèi)，不單獨另設泵房，以減少輸送的距離。合成車間與精餾車間的距離滿足相關(guān)的設計規(guī)范。精餾車間內(nèi)的設備包括浮閥精餾塔、填料精餾塔、全凝器、冷凝器、回流罐和再沸器。B.合成車間合成車間包括三個部分：合成車間I（生產(chǎn)車間）、合成車間II（產(chǎn)物預處理車間）、合成車間III（催化劑生產(chǎn)車間）。合成車間泵全部布置在車間內(nèi)部，不單獨另設泵房，節(jié)約了管線。C.設備檢修室維修站位于生產(chǎn)區(qū)域的東南方向。有供交通運輸?shù)闹苯油ǖ?，方便到工藝裝置。維修站外有加工制作的露天場所。設備檢修室的具體位置和與其他生產(chǎn)車間和精餾車間的相對位置2.2.4儲罐區(qū)儲罐區(qū)分為原料儲罐區(qū)和產(chǎn)物儲罐區(qū)兩個部分。兩個部分的儲罐區(qū)均位于下方口。原料儲罐區(qū)和生產(chǎn)區(qū)域距離大于50m，產(chǎn)物儲罐區(qū)和生產(chǎn)區(qū)域的距離大于40m。兩部分儲罐區(qū)域軍原理生活區(qū)和行政服務區(qū)。原料儲罐區(qū)有一個體積為670m3的球罐，這是7天的儲存量。連帶上低溫保障的設備，有8m的外徑。產(chǎn)物儲罐區(qū)有三個球罐，容積為1340m3，這是14天的儲存量。每個儲罐外徑為6m。各個儲罐之間的間距為≥0.6D，符合化工企業(yè)設計防火規(guī)范。此外，標準規(guī)定，容積≥5000m3的液體儲罐周圍設0.3m高的隔堤進行隔離，減少儲罐發(fā)生少量泄露事故時的污染范圍。由于本例中的容積不大，所以沒有另設單獨的防護墻。最后，儲罐組內(nèi)設置集水設施，并設置可控制開閉的排水設施。原料儲罐區(qū)和產(chǎn)品儲罐區(qū)的北面均設有物料操作平臺，供產(chǎn)品供應裝卸用，距離罐區(qū)15m。操作平臺上設置有稱重區(qū)域，當貨運卡車經(jīng)過時在上面稱重，以計量運輸量。2.3廠區(qū)布置的說明表格1）區(qū)域系數(shù)表2.3-1區(qū)域系數(shù)表序號指標名稱單位數(shù)量1廠區(qū)占地面積平方米352562建筑占地面積平方米13487.083綠化面積平方米5475.264圍墻長度米7465建筑系數(shù)%38.256廠區(qū)利用系數(shù)%64.507綠化系數(shù)%15.53

2）各區(qū)域面積表2.3-2各項區(qū)域面積名稱占地面積（平方米）行政服務中心1632倒班宿舍300控制中心500公共工程站600電氣工程站600原料操作平臺287.44原料儲罐區(qū)493.72消防車間I100低溫保障車間300合成車間I238合成車間II194.4合成車間III132精餾車間160消防車間150設備檢修室300產(chǎn)物操作平臺437.44產(chǎn)物儲罐區(qū)1037.44消防車間II100消防水池150原料區(qū)花壇800工藝計算4.1.物料衡算4.1.1設計任務設計項目：乙醛在催化劑情況下進行縮合生產(chǎn)乙酸乙酯（假定99.5%的乙醛轉(zhuǎn)化為乙酸乙酯）產(chǎn)品名稱：乙酸乙酯產(chǎn)品規(guī)格：純度99.5%(質(zhì)量分數(shù))年生產(chǎn)能力：折算為100%乙酸乙酯9950噸/年4.1.2乙醛縮合法制備乙酸乙酯步驟（1）首先在釜中加入5000L乙酸乙酯、160Kg鋁粉、50Kg氯化鋁、20Kg氯化鐵進行混合，加熱回流；隨后將2000L乙酸乙酯與1000（2）按每100ml乙醛配9.1g比例的催化劑進入管式反應器進行縮合反應,反應期間通過間接鹽水冷卻維持反應溫度為0℃,反應停留時間為2（3）達到平衡狀態(tài)的混合液通入水洗塔，然后從右側(cè)進料口向塔中加入適量水，攪拌均勻，乙酸乙酯油層由泵抽入精餾塔Ⅰ，塔底殘渣另外處理得到氫氧化鋁，氫氧化鐵等產(chǎn)物。（4）由分離塔Ⅰ頂部出來的餾出液通入精餾塔Ⅱ進行蒸餾，由精餾塔Ⅱ底部出來的釜液組成有少量的乙酸乙酯與乙醇。精餾塔Ⅱ塔頂蒸出的乙醛作為管式反應器的第二進料。由塔Ⅱ底部出來的乙醇-乙酸乙酯二組分回收處理后作為制造催化劑的原料。（5）精餾塔Ⅰ底部出來的釜液進入精餾塔Ⅲ進一步處理。精餾塔Ⅲ底部殘液主要為重組分，由環(huán)保環(huán)節(jié)處理。精餾塔Ⅲ頂部產(chǎn)品為成品乙酸乙酯。4.1.3物性數(shù)據(jù)（據(jù)化學化工物型數(shù)據(jù)手冊）20℃物質(zhì)密度g/cm3沸點℃相對分子質(zhì)量g/mol乙酸乙酯0.9027788.1乙醛0.783420.844.05乙縮醛0.83102.7118.17乙醇0.7894578.446.07鋁2.702246727氫氧化鋁78.00鐵7.9275056氫氧化鐵106.87水110018.016氯化鐵2.90319161.94氯化鋁2.45178133.34（1）每小時生產(chǎn)能力的計算根據(jù)設計任務，乙酸乙酯的年生產(chǎn)能力為9950噸/年（折算為100%乙酸乙酯，下同）全年按300天計，每天24小時連續(xù)工作，年工時7200h。每小時的生產(chǎn)能力為：9950×1000÷7200=1382以上作為物料衡算基準。（2）生產(chǎn)工藝流程圖（3）催化劑制取部分物料衡算AL+3C2H5OH→AL(C2H5O)3+H2催化劑反應前物料各組分乙酸乙酯鋁粉氯化鋁氯化鐵乙醇140.685kg/h3.565kg/h1.114kg/h0.446kg/h17.59kg/h1596.879mol132.038mol8.355mol2.752mol381.81moln乙醇：n鋁=2.89<3所以鋁粉過量，乙醇全部反應產(chǎn)生氫氣384.86g催化劑生成后物料各組分乙酸乙酯鋁粉氯化鋁氯化鐵三乙醇鋁氫氣140.685kg/h128.736g/h1.114kg/h0.446kg/h20.6381kg/h384.86g/h1596.879mol4.768mol8.355mol2.752mol127.27mol190.905mol（4）反應器的物料衡算乙醛縮合生產(chǎn)乙酸乙酯反應如下:2CH3CHO→CH3COOCH2CH3(主反應) 3CH3CHO+H20→C6H14O2+O2（副反應）原料規(guī)格：乙醛濃度為99.9%（質(zhì)量分數(shù)）催化劑加入量：乙醛=9.1g:100ml加入：產(chǎn)品中100%乙醛量：88.10/x=88.10/1382→x=1382反應要求：反應轉(zhuǎn)化率選擇性乙酸乙酯沉降損耗第一精餾塔乙酸乙酯回收率第二精餾塔乙酸乙酯回收率乙醛99.5%99.5%0.01%99.9%99.5%乙醛量為：m=1406其中：100%乙醛量=1406×99.9%=1404.594kg水量=1406-1404.594=1.40加入催化劑量=163.015支出：乙酸乙酯生成量=（1404.594/88.10）×0.995×0.99.5×88.10=1390.583kg未反應乙醛量=1404.594×0.005=7.02乙縮醛量=1404.594×0.995×（1-0.995）=6.2486kg水=0.4533kg催化劑量=163.015Kg進出酯化器的物料衡算表如下（以下由ASPEN模擬得結(jié)果）：表一：進出反應器的物料衡算表加入支出序號物料名稱純度%數(shù)量kg/h序號物料名稱純度%數(shù)量kg/h1乙醛99.914061乙酸乙酯1001390.6其中CH3CHO1001404.62乙醛1007.0H2O1001.43催化劑-1632催化劑-1634水1000.455乙縮醛1006.36氧氣1001.7合計1569合計1569由反應器出來的反應液進入分離塔，在反應器中反應趨于完全，因此進入分離塔的物料衡算表為：表2：進出分離塔的物料衡算表進料出料序號物料名稱數(shù)量kg/h序號物料名稱數(shù)量kg/h1乙酸乙酯1390.61乙酸乙酯1531.32乙醛7.02乙醛7.03催化劑1633乙縮醛6.34乙縮醛6.34氫氧化鋁11.05水（原料自帶）0.455氫氧化鐵0.36水（洗滌加入）107乙醇（泵抽走）15.9（1）破壞催化劑所需水7.78乙醇（底部排出）1.79水（泵抽走）110水（底部排出）1.711氯化氫1.2合計1577.3合計1577.3表3進出塔Ⅰ的物料衡算表加入支出（塔頂）序號物料名稱數(shù)量kg/h序號物料名稱數(shù)量kg/h1乙酸乙酯1531.31乙酸乙酯0.15312乙醛7.02乙醛7.03乙縮醛6.33乙縮醛04水14水15乙醇15.95乙醇15.9合計1561.4合計24支出（塔底）1乙酸乙酯1531.12乙醛0.00073乙縮醛6.34水05乙醇0.0159合計1537.4總計1561.4表4進出塔Ⅱ的物料衡算表加入支出（塔頂）序號物料名稱數(shù)量kg/h序號物料名稱數(shù)量kg/h1乙酸乙酯0.15311乙酸乙酯02乙醛7.02乙醛7.023乙縮醛03乙縮醛04水14水05乙醇15.95乙醇0合計24合計7.02支出（塔底）1乙酸乙酯0.15312乙醛0.00233乙縮醛04水15乙醇15.9合計17總計24 表5進出塔Ⅲ的物料衡算表加入支出（塔頂）序號物料名稱數(shù)量kg/h序號物料名稱數(shù)量kg/h1乙酸乙酯1531.11乙酸乙酯15302乙醛0.00072乙醛0.00073乙縮醛6.33乙縮醛0.01024水04水05乙醇0.01595乙醇0.0159合計1537.4合計1530支出（塔底）1乙酸乙酯1.1412乙醛03乙縮醛04水05乙醇0合計1.141總計1537.4反應器進出物料表項目支入支出TemperatureC0.00.0Pressureatm1.001.00VaporFrac0.0000.002MoleFlowmol/hr31962.11416073.335MassFlowkg/hr1406.0001406.000VolumeFlowcum/hr1.7532.115EnthalpyMMBtu/hr-5.907-7.308MoleFlowmol/hrC2H4O31884.069159.395C4H8O20.00015783.013C6H14O20.00052.883H2O78.04525.162O20.00052.883 Substream:MIXED MoleFlowmol/hr精餾塔Ⅰ進料塔Ⅰ塔頂出料（塔Ⅱ進料）塔Ⅰ塔底出料（塔Ⅲ進料）塔Ⅱ塔頂出料塔Ⅱ塔底出料塔Ⅲ塔頂出料塔Ⅲ塔底出料C2H4O159.4051159.40514.95673E-7157.58131.8238164.95673E-73.0144E-24C4H8O217379.771.73797717378.043.7675E-101.73797717365.0912.95001C6H14O252.883851.39740E-352.882453.5957E-191.39740E-3.086603352.79585C2H6O344.4721344.1277.34447212.6886E-11344.1277.34447212.6497E-11H2O55.2919555.291932.07088E-54.33215150.959782.07088E-51.3334E-14TotalFlowmol/hr17991.83560.564117431.26161.9135398.650617365.5265.74586TotalFlowkg/hr1561.40624.025321537.3807.02000017.005321530.0007.380178TotalFlowcum/hr1.685293.03229391.8269779.67089E-3.02492821.8180709.12345E-3TemperatureC10.0000054.2838177.2549155.23881107.799477.2019096.32314Pressureatm1.0000001.0000001.0000003.0000003.0000001.0000001.000000VaporFrac0.00.00.00.00.00.00.0LiquidFrac1.0000001.0000001.0000001.0000001.0000001.0000001.000000SolidFrac0.00.00.00.00.00.00.0EnthalpyJ/kmol-4.7561E+8-2.5424E+8-4.7051E+8-1.9143E+8-2.6780E+8-4.7049E+8-4.7402E+8EnthalpyJ/kg-5.4803E+6-5.9321E+6-5.3348E+6-4.4152E+6-6.2780E+6-5.3401E+6-4.2227E+6EnthalpyWatt-2.3769E+6-39588.88-2.2782E+6-8609.688-29655.47-2.2695E+6-8656.822EntropyJ/kmol-K-4.9443E+5-2.7791E+5-4.6422E+5-1.8716E+5-2.8803E+5-4.6350E+5-6.9085E+5EntropyJ/kg-K-5697.241-6484.325-5263.452-4316.852-6752.108-5260.717-6154.350Densitykmol/cum10.6757917.358179.54104316.7423615.991959.5516247.206251Densitykg/cum926.4892743.9569841.4887725.8899682.1717841.5519808.9242AverageMW86.7841542.8591988.1967143.3564942.6572188.10564112.2531LiqVol60Fcum/hr1.751156.03016011.7209968.94723E-3.02121281.7121248.87216E-3五.設備選型5.1催化劑反應釜設計5.1.1催化劑反應釜類型因為催化劑配制比較危險，三乙醇鋁為易燃易爆化學品，同時伴隨有氫氣產(chǎn)生，故反應釜類型選用間歇反應釜，搪玻璃開式葉輪式攪拌器。5.1.2催化劑反應釜材料的選擇配催化劑時有用到乙醇,因乙醇的腐蝕性很強，對油脂、油漆、橡膠件都會有腐蝕，對金屬也有腐蝕性，故反應器材料表面鍍搪玻璃的。5.1.3反應過程首先在釜中加入112L乙酸乙酯、3.6Kg鋁粉、1.12Kg氯化鋁、0.446Kg氯化鐵進行混合，加熱回流；隨后將44.6L乙酸乙酯與22.3L乙醇的混合物慢慢加入，反應產(chǎn)生的氫氣經(jīng)鹽-水回流冷卻器從頂部導出，反應過程中對設備進行冷卻并用調(diào)節(jié)乙醇混合物加入速度來調(diào)控反應溫度，反應終點以無氫氣排出為標志，這時再繼續(xù)反應0.5h或更多一點時間即可完成反應，冷卻后備用，這個乙醇鋁混合物催化劑中含大約2%的鋁。催化劑兩個反應釜并聯(lián)輪流配制。反應量較少，反應時間經(jīng)估算t=55min，輔助時間t0=5min體積主要有液體構(gòu)成，忽略反應后體積變化有Q0=112+44.6+22.3=178.9L/h液體為不起泡圖沸騰液體故裝填系數(shù)f=0.7，由于為攪拌釜反應器故液體裝2/3適宜故總體積選催化劑反應釜參數(shù)匯總類型間歇反應釜臺數(shù)2材料20R（內(nèi)表面鍍搪玻璃）反應釜反應體積0.4m3公稱直徑800m夾套傳熱面積2.4m2設計壓力容器內(nèi)0.25MPa夾套內(nèi)0.6MPa操作條件（溫度、壓力）0℃1atm攪拌軸公稱直徑65mm電動機功率1.5kw電動機型號Y90L-4耳式支座AN3×4電機轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速1400r/min傳動裝置型號CWS100-250冷卻介質(zhì)冷凍鹽水5.2列管式反應器5.2.1管式反應器材料乙醛有腐蝕性，故普通鋼材不能使用，因此使用0Cr18Ni95.2.2管式反應器參數(shù)類型管式反應器臺數(shù)1管式反應器材料反應管公稱直徑0Cr18Ni95cm反應器總體積1.65m3反應管根數(shù)200根單根反應管長度4.2m反應管型式U形管型式（雙程）管式反應器殼體公稱直徑600mm1m長傳熱面19.40m2封頭標準橢圓形封頭(曲邊高150mm、直邊高25mm)反應器總長/m4.555.3乙醛儲罐5.3.1乙醛儲罐形式的選擇搪玻璃臥式儲存容器5.3.2乙醛儲罐材料的選擇當乙醛與空氣中氧氣接觸時容易氧化為乙酸，對鋼材屬于強腐蝕性，故保險起見容器內(nèi)表面鍍搪玻璃，主體為20R。5.3.3儲罐體積計算乙醛的儲備量定為24h處理量，m=1406Kg/h，ρ=783.4Kg/m3V=（1406/783.4）×24=44m3，故根據(jù)《化工工藝設計手冊》選取容積為50m3的儲罐乙醛儲罐各參數(shù)匯總儲罐型號W50000HG/T2375-2004數(shù)量1儲罐材料20R（內(nèi)鍍搪玻璃）公稱直徑3.4m實際容積55m3公稱容積50m3設計條件（溫度、壓力）25℃1atm5.4乙酸乙酯儲罐5.4.1乙醛儲罐形式的選擇搪玻璃臥式儲存容器5.4.2乙酸乙酯儲罐選材乙酸乙酯中含有少量乙醇，雖然量較少，但考慮安全性，故選擇搪玻璃臥式儲罐5.4.3乙酸乙酯儲罐體積計算乙酸乙酯存貨量定為36h，m=1529.9739Kg/h，ρ=902Kg/m3V=（1529.9739/902）×36=62m3，故根據(jù)《化工工藝設計手冊》選用體積為63m3的容器乙酸乙酯儲罐各參數(shù)匯總儲罐型號W63000HG/T2375-2004數(shù)量1儲罐材料20R（內(nèi)鍍搪玻璃）公稱直徑3.6實際容積69m3公稱體積63m3操作條件（溫度、壓力）25℃1atm5.6精餾塔Ⅰ的設計5.6.1精餾塔材料選擇因乙醇的腐蝕性很強，對油脂、油漆、橡膠件都會有腐蝕，對金屬也有腐蝕性，故塔體材料選用Q235（內(nèi)鍍0Cr18Ni9）。裙座采用鑄鐵，增強穩(wěn)定性。5.6.2精餾塔塔徑計算取塔板間距，開人孔的塔板間距EQ，裙座高度板上液層高度h1=60mm=0.06m塔板間距與塔徑的關(guān)系塔徑/D，m0.3～0.50.5～0.80.8～1.61.6～2.42.4～4.0板間距/HT，mm200～300250～350300～450350～600400～600故塔徑取R=1.2m5.6.3精餾塔塔高計算5.6.4人孔方式人孔孔徑R=0.4m每七塊塔板開一個人孔共三個人孔精餾塔Ⅱ的設計參數(shù)匯總表類型篩板塔精餾塔材料Q235(內(nèi)鍍0Cr18Ni9)塔板數(shù)24進料塔板15全塔設計溫度（℃）50全塔設計壓力（atm）3塔高（m）15.4塔徑（mm）Φ1200*1200封頭形狀標準橢圓形封頭保溫層（mm）505.7精餾塔Ⅱ的設計5.7.1精餾塔材料選擇因乙醇的腐蝕性很強，對油脂、油漆、橡膠件都會有腐蝕，對金屬也有腐蝕性，故塔體材料選用Q235（內(nèi)鍍0Cr18Ni9）。裙座采用鑄鐵，增強穩(wěn)定性。5.7.2精餾塔塔徑計算取塔板間距，開人孔的塔板間距EQ，裙座高度板上液層高度h1=60mm=0.06m塔板間距與塔徑的關(guān)系塔徑/D，m0.3～0.50.5～0.80.8～1.61.6～2.42.4～4.0板間距/HT，mm200～300250～350300～450350～600400～600故塔徑取R=1.2m5.7.3精餾塔塔高計算5.7.4人孔方式人孔孔徑R=0.4m每七塊塔板開一個人孔共四個人孔精餾塔Ⅱ的設計參數(shù)匯總表類型篩板塔精餾塔材料Q235(內(nèi)鍍0Cr18Ni9)塔板數(shù)30進料塔板12全塔設計溫度（℃）87全塔設計壓力（atm）1塔高（m）18.2塔徑（mm）Φ1200*1200封頭形狀標準橢圓形封頭保溫層（mm）505.5精餾塔Ⅲ的設計5.5.1精餾塔材料選擇因乙醇的腐蝕性很強，對油脂、油漆、橡膠件都會有腐蝕，對金屬也有腐蝕性，故塔體材料選用Q235（內(nèi)鍍0Cr18Ni9）,塔盤材料為不銹鋼（0Cr18Ni9）。裙座對材料無特殊要求故考慮經(jīng)濟因素采用鑄鐵也可增強塔整體穩(wěn)定性。5.5.2精餾塔塔徑計算取塔板間距，開人孔的塔板間距EQ，裙座高度板上液層高度h1=60mm=0.06m塔板間距與塔徑的關(guān)系塔徑/D，m0.3～0.50.5～0.80.8～1.61.6～2.42.4～4.0板間距/HT，mm200～300250～350300～450350～600400～600故塔徑取R=1.2m以塔Ⅲ為計算示例：5.5.2溢流裝置的確定選用單溢流、弓形降液管、平行受液盤及平行溢流堰，不設進口堰。單溢流又稱直徑流，液體自液盤橫向流過塔板至溢流堰，流體流徑較大，塔板效率高，塔板結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，直徑小于2.2m的塔中廣泛使用。工業(yè)中應用最廣的降液管是弓形降液管。溢流堰長精餾段：根據(jù)塔徑=1.2m溢流堰長提餾段：根據(jù)塔徑=1.2m溢流堰長2)出口堰高選用平直堰，堰上液層高度液流收縮系數(shù)精餾段：提餾段：a)精餾段：b)提流段:3）弓形降液管寬度和面積查圖知精餾段：WD=0.15×1.2=0.18m驗算液體在降液管內(nèi)停留時間提鎦段：停留時間故降液管尺寸可用。4)降液管底隙高度降液管底隙高度是指降液管下端與塔板間的距離，以h0表示。降液管底隙高度應低于出口堰高度hw，(hw-ho)不應低于6mm才能保證降液管底端有良好的液封.工程上ho一般取20-25mm。本次設計中取22mm。hw-ho=39-22=17mm>6mm故降液管底隙高度設計合理。5.5.3安定區(qū)與邊緣區(qū)的確定1)入口安定區(qū)塔板上液流的上游部位有狹長的不開孔區(qū)，叫入口安定區(qū)，其寬度為。此區(qū)域不開孔是為了防止因這部位液層較厚而造成傾向性液封，同時也防止氣泡竄入降液管。一般取=（50~100）mm,精餾段取=70mm,提鎦段取=70mm。2）出口安定區(qū)在塔板上液流的下游靠近溢流堰部位也有狹長的不開孔區(qū)，叫出口安定區(qū)，其寬度與入口安定區(qū)相同，亦為。這部分不開孔是為了減小因流進降液管的液體中含氣泡太多而增加液相在降液管內(nèi)排氣的困難。精餾段取=70mm,提鎦段取=70mm。3）邊緣固定區(qū)在塔板邊緣有寬度為WC的區(qū)域不開孔，這部分用于塔板固定。一般=（25~50）mm。精餾段取=40mm,提鎦段取=40mm。D精=D提=1200mm所以查表得：塔板分塊數(shù)（精餾）=塔板分塊數(shù)（提餾）=3工藝要求：孔徑精餾段取閥孔動能因子=10孔速浮閥孔數(shù)取無效區(qū)寬度=0.04m安定區(qū)寬度=0.07m弓形降液管寬度開孔區(qū)面積=0.7294m2其中R==0.56x==0.35mD<2000mm,e=362mm浮閥排列方式采用等腰三角形叉排圖如下：經(jīng)過精確繪圖，得知，當t’=65mm時，閥孔數(shù)N實際=117個按N=118重新核算孔速及閥孔動能因數(shù)：孔速u0=VS/（π×1/4×d2×N）=5.55mF0=uo×(ρV,M)0.5=11.13閥孔動能因數(shù)變化不大，仍在9～12范圍內(nèi)。∴開孔率(∵5%<%<14%,∴符合要求)故：t=75mm,t’=65mm,閥孔數(shù)N實際=117個∴則每層板上的開孔面積AO=Aa×φ=0.7294×12.46%=0.09089m提留段：取閥孔動能因子孔速浮閥數(shù)取無效區(qū)寬度0.04m安定區(qū)寬度0.07m弓形降液管寬度開孔區(qū)面積=0.7294m2其中0.560.35由圖可得實際浮閥孔數(shù)117個11.13閥孔動能因數(shù)變化不大，仍在9～12范圍內(nèi)∴開孔率%(∵5%<%<14%,∴符合要求)5.5.3.1塔盤流體力學驗算a.塔板壓降校核5.5.3.2干板壓強降a)精餾段：浮閥由部分全開轉(zhuǎn)為全部全開時的臨界速度為U0,cU0,c=（73.1/ρV,M）（1/1.825）=5.31m液層阻力ε取0.45液體表面張力數(shù)值很小，設計時可以忽略不計氣體通過每層塔板的壓降△P為b)提餾段：U，0,c=（73.1/ρV,M）（1/1.825）=5.31m液層阻力ε取0.45液體表面張力數(shù)值很小，設計時可以忽略不計氣體通過每層塔板的壓降△P為5.5.3.3降液管停留時間液體在降液管內(nèi)停留時間a)精餾段：b)提餾段：故降液管設計合理b.液泛的校核為了防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管高度應大于管內(nèi)泡沫層高度。即：Hd≤ψ（HT+hW）Hd=hw+how+hd+hp+△hd=0.2(LS/(lwho))2甲醇-水屬于一般物系，ψ取0.4對于浮閥塔△≈0則Hd=hw+how+hd+hp+△=0.055+0.2(0.000942/(0.84×0.022))2+0.06045=0.1272mψ（HT+hW）=0.4(0.4+0.04694)=0.1788m因0.1272m<0.1788m，故本設計中不會出現(xiàn)液泛5.5.3.4霧沫夾帶綜合考慮生產(chǎn)能力和塔板效率，一般應使霧沫夾帶量eV限制在10%以下，校核方法常為：控制泛點百分率F1的數(shù)值。所謂泛點率指設計負荷與泛點負荷之比的百分數(shù)。其經(jīng)驗值為大塔F1<80%-82%a)精餾段：CF泛點負荷因素由查表得K=1.0Ab=AT-2Af=1.131-20.1018=0.9074b)提餾段：CF泛點負荷因素由查表得K=1.0A,b=A,T-2A,f=1.131-20.1018=0.9074故本設計中的霧沫夾帶量在允許范圍之內(nèi)。∵對于大塔，為避免過量霧沫夾帶，應控制泛點率不超過80%。計算出的泛點率在80%以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足ev<0.1kg液/kg(干氣)的要求。e.漏液驗算a)精餾段：0.2m3/s<Vs’=b)提餾段：0.2m3/s<Vs’=①液相下限線因堰上液層厚度how’為最小值時，對應的液相流量為最小。設how,小’=0.006ma)精餾段：LW=0.84b)提餾段：LW=0.84②液相上限線②液相上限線當停留時間取最小時，LS’為最大，求出上限液體流量LS’值（常數(shù)），在VS—LS圖上，液相負荷上限線為與氣體流量VS無關(guān)的豎直線。以作為液體在降液管中停留時間的下限，因Af=0.1018m2，HT=0.4∵θ=AfHT/LSa)精餾段：則LS,大=0.1018×0.4/5=0.008144m3b)提餾段：則LS,大’=0.1018×0.35/5=0.007126m3③漏液線a)精餾段：b)提餾段：據(jù)此可作出與液體流量無關(guān)的水平漏液線。④霧沫夾帶線a）精餾段：CF泛點負荷因素由查表得K=1.0Ab=AT-2Af=1.131-20.1018=0.9074根據(jù)經(jīng)驗值，因該塔徑1.2m控制其泛點率為80%代入上式K物性系數(shù)查表得K=1,CF泛點負荷因素，查表得CF=0.115代入計算式，整理可得：b)提餾段：CF泛點負荷因素由查表得K=1.0根據(jù)經(jīng)驗值，因該塔徑1.2m控制其泛點率為80%代入上式∵lL=D-2Wd=1.2-20.18=0.84A,b=A,T-2A,f=1.131-20.1018=0.9074K物性系數(shù)查表得K=1,CF泛點負荷因素，查表得CF=0.105代入計算式，整理可得：由上式知霧沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任取兩個LS值，依式算出相應的VS值列于下表中。LS0.00010.00050.0010.0020.0030.0050.00550.006VS2.273032.26122.246382.21682.187142.12792.11312.0983由上式知霧沫夾帶線為直線，則在操作范圍內(nèi)任取兩個LS’值，依式算出相應的VS’值列于下表中LS'0.00010.00050.0010.0020.0030.0050.00550.006VS'2.594842.580572.562742.527072.491412.420072.40222.3844⑤液泛線為了防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管高度應大于管內(nèi)泡沫層高度。聯(lián)立以下三式：由上式確定液泛線。忽略式中項，將以下五式代入上式，得到：因物系一定，塔板結(jié)構(gòu)尺寸一定，則、、、、、、及φ等均為定值，而與又有如下關(guān)系，即：式中閥孔數(shù)N與孔徑亦為定值。因此，可將上式簡化成與的如下關(guān)系式：其中：帶入數(shù)據(jù)：由得精餾段：LS0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.007vs2.63152.55492.477912.39552.304912.075952.0913提餾段：LS，0.0010.0020.0030.0040.0050.0060.007VS，3.25453.16393.0732.97592.86972.751692.61952⑥操作負荷線由以上各線的方程式，可畫出圖塔的操作性能負荷圖。根據(jù)生產(chǎn)任務規(guī)定的氣液負荷，可知操作點P’(0.00173,0.9312)在正常的操作范圍內(nèi)。過圓點連接OP’作出操作線.由塔板負荷性能圖可以看出：（1）在任務規(guī)定的氣液負荷下的操作點P’（設計點），處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置。（2）塔板的氣相負荷上限完全由霧沫夾帶控制，操作下限由漏液控制。（3）精餾段：操作彈性Vmax=2.25,Vmin=0.634操作彈性=Vmax/Vmin=2.25/0.634=3.55>3提餾段：操作彈性Vmax=2.49,Vmin=0.721操作彈性=Vmax/Vmin=2.49/0.721=3.45>3∴此設計符合要求。5.5.3精餾塔塔高計算5.5.4人孔方式人孔孔徑R=0.4m每七塊塔板開一個人孔共四個人孔精餾塔Ⅰ的設計參數(shù)匯總表類型篩板塔精餾塔材料Q235(內(nèi)鍍0Cr18Ni9)塔板數(shù)30進料塔板12全塔設計溫度（℃）100全塔設計壓力（atm）1塔高（m）18.2塔徑（m）1.2封頭形狀標準橢圓形封頭保溫層（mm）505.8沉降器5.8.1沉降器長期與水接觸，容易被腐蝕，故采用不銹鋼（0Cr18Ni9）為材料。5.8.2沉降器臺數(shù)1材料0Cr18Ni9高度6底部直徑2上部直徑2m5.9精餾塔回流罐（參照《化工工藝設計手冊》選擇標準設備）回流罐參數(shù)表個數(shù)3類型常壓平底，平蓋容器材料20R公稱容積1m3公稱直徑900mm高度1600mm5.10管口表序號設備底部放料口公稱直徑（mm）頂部進料口公稱直徑（mm）蒸汽進口公稱直徑（mm）凝水出口管徑（mm）1催化劑反應釜80Ⅰ：125Ⅱ：6525251催化劑反應釜80Ⅰ：125Ⅱ：6525503乙酸乙酯儲罐2002004乙醛儲罐2002005管式反應器50050050506精餾塔Ⅰ505050507精餾塔Ⅱ505050508精餾塔Ⅲ505050505.11動設備選型IH型化工泵輸送介質(zhì)溫度為-20℃～105℃，可輸送介質(zhì)溫度為20℃所選離心泵全部為上海上久泵業(yè)制造有限公司的IH型不銹鋼化工離心泵。11.2泵的選型一覽表序號用途泵型號流量(m3/h)轉(zhuǎn)速(r/min)汽蝕余量(m)揚程(m)軸功率(kw)電機功率（kw）效率%泵外形（長×寬×高）材料1制催化劑進料50-32-125A6.829002.018.80.871.540465×190×252304鋼2乙醛進料50-32-125A6.829002.018.80.871.540465×190×252304鋼3管式反應器進催化劑50-32-125A6.829002.018.80.871.540465×190×252304鋼4粗乙酸乙酯進精餾塔Ⅰ50-32-1257.529002.0231.092.243465×240×340304鋼5精餾塔Ⅲ進料泵50-32-1257.529002.0231.092.243465×240×340304鋼6精餾塔Ⅰ塔頂組分回流泵50-32-1607.529002.034.52.13333465×240×292304鋼7精餾塔Ⅱ進料泵50-32-1257.529002.0231.092.243465×240×340304鋼8精餾塔Ⅱ回流泵50-32-1607.529002.034.52.13333465×240×292304鋼9精餾塔Ⅰ塔頂冷凝水用泵50-32-1607.529002.034.52.13333465×240×292304鋼10精餾塔Ⅱ塔頂冷凝水用泵50-32-1607.529002.034.52.13333465×240×292304鋼11精餾塔Ⅲ塔頂冷凝水用泵50-32-1607.529002.034.52.13333465×240×292304鋼5.12換熱器選型5.12在對MTO的工藝中的換熱器的設計和選型中，針對特定的換熱任務，確定合適的換熱工藝參數(shù)，并進行換熱費用的優(yōu)化，再根據(jù)國家相應標準規(guī)定，進行換熱設備的選取和校核。5.12根據(jù)乙醛縮合的工藝衡算和工藝物料的要求，掌握物料流量、溫度、壓力、化學性質(zhì)、物性參數(shù)等特性，并根據(jù)物料衡算和熱量衡算得出有關(guān)設備的負荷、流程中的位置、與流程中其他設備的關(guān)系等來明確設計任務，設計換熱流程以及選擇換熱器型式。5.12（1）換熱器類型按照換熱的方式和原理不同，換熱設備分為直接式、蓄熱式和間壁式。間壁式換熱器又分為夾套式、管式、管殼式和板式。根據(jù)MTO生產(chǎn)工藝的特點，我們選擇管殼式換熱器，管殼式換熱器主要有以下主要形式：①固定管板式換熱器當冷熱流體溫差不大時，