年產4萬噸醋酸乙烯生產車間工藝設計

乙炔氣相法Wacker流程和Borden流程的比 醋酸乙烯的生產工藝流 主反應方程 主要的副反應方程 醋酸乙烯合成反應原 生產工藝流程示意 第3章醋酸乙烯的物料衡 主要的反應方程 基礎數(shù) 裝置的工藝數(shù) 小時生產能 計算基 原料規(guī) 各工序的物料衡 乙炔工 反應工 、分離工 、精餾工 醋酸乙烯生產過程物料衡算匯 第4章醋酸乙烯的熱量衡 基礎數(shù) 反應系統(tǒng)的熱量衡 分離系統(tǒng)的熱量衡 精餾系統(tǒng)的熱量衡 精餾一塔熱量衡 精餾二塔熱 精餾三塔的熱量衡 總熱量衡算匯 第5章主要設備的工藝設計和選 固定床反應 醋酸乙烯精餾 第6章車間布置設 概 車間布置的基本原則和要 廠房建 生產操 設備裝 安全要 車間輔助用室及生活用室的配 設備之間及設備與建筑物之間的一般安全距 結 致 摘要：中國是一個煤炭資源豐富的國家，發(fā)展煤炭事業(yè)，生產新的化工原料，有極大的PAEA（PAc物（EVC、聚乙烯醇縮甲醛醋酸等。本文簡要介紹了醋酸乙烯的理化性質、主要用途以及醋酸乙烯的生產現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。總結了合成醋酸乙烯的生產工藝方法，對比不同生產工藝路線及其優(yōu)缺點，同時提出ProcessEngineeringofVinylAcetateProcessWorkshopinScaleof40000TonsperYearAbstract:Chinaisfullofthecoalresources.Soitcandevelopthecoalbusiness,andproducenewchemicalmaterials.Wehavegreatpotentialityandadvantage.Asanewtypeofchemicalrawmaterials,vinylacetatearewidelyusedinorganicsynthesis,nylon,adhesives,paintindustryetc.Itistopprioritytolookforreasonableproductionmethod.Vinylacetateareusedasintermediateswiththeappliedspreadofpolyvinylalcoholonthenon-fibersphere.Soitmakestherisingdemandaboutvinylacetate,anditisparticularlyimportanttoimprovetheproductionandqualityofvinylacetate.Thoughpolymerizationownwithothermonomercopolymerization,vinylacetatecanbegeneratedpolyvinylalcohol,vinylacetate-ethylenecopolymeremulsionorcopolymerizationester,polyvinylacetate,vinylacetate-choloethylenecopolymer,polyvinylalcoholshrinkformaldehydeetc.Comparingthedifferentproductionprocessrouteanditsadvantagesanddisadvantages,Streetvinylacetatesynthesisisalsoputforwardtheselectionprincipleoftechnology,thispaperexpoundsthefutureofvinylacetatesynthesistechnologydevelopmenttrend,andexpoundsthevinylacetateresearch,production,developmentsituation,Andtheprocessofvinylacetatesynthesisinourcountry.Thispaperintroducesthesynthesisprocessofapplicationofcalciumcarbideacetylenemethodtomakevinylacetate,andaccordingtothedifferentcatalystsvinylacetatesynthesisthispaperintroducesthem.PrimarilyWithmaterialandheatbalancecalculation,thisdesignprocessescalculationandselectionofequipmentandprocessworkshoplayout,Onthebasisofselection,italsopaintstheprocessofflowingdiagramandthemainequipmentassemblydrawing,besides,itputsforwardtheschemeofprocessimprovementandmeasures.Ofimprovingoutput.Keywords:Vinylacetate;Calciumcarbideacetylenemethod;Productionprocess;Materialcalculation;Heatcalculation;productionworkshop引醋酸乙烯(Vinylacetate,簡稱VAc)，全稱為醋酸乙烯酯，分子式C4H6O2,結構式是醋酸乙烯的熔點-92.372.20℃,0.93171.3953，閃點-1℃,2.6～13.4(V%)，能溶于乙醇、乙醚、丙酮、氯仿、四氯化碳等有機溶劑，不溶醋酸乙烯()用于生產聚醋酸乙烯﹑聚乙烯醇﹑乙烯醋酸乙烯共聚物﹑聚乙烯醇縮丁醛﹑氯乙烯-﹑化工﹑建筑﹑造紙﹑卷煙﹑家具﹑包裝﹑裝潢﹑裝飾﹑化妝﹑洗滌﹑醫(yī)藥﹑印刷﹑電氣﹑橡膠﹑皮革﹑化纖﹑電子﹑精細化工﹑﹑粘結劑﹑穩(wěn)定劑﹑整理劑深層材料﹑化學漿料﹑塑料材料﹑薄膜制品﹑防護涂層﹑采用電石乙炔法建成我國第一套醋酸乙烯生產裝置以來（后改為乙烯氣相法，我國醋酸乙烯生產國家。生產工藝有電石乙炔法、天然氣乙炔法和乙烯法3種：采用電石乙炔法的Table1.1vinylacetatethemainfactorycapacityandprocessofvinylacetatein產量只有86.2萬t，2006年為105.2萬t，2008年增加到121.0萬t，同比增長約11.73%，2003~產能力分別達到158.5萬t∕a﹑154.6萬t∕a和72.5萬t∕a。分別約占世界醋酸乙烯總生產能力的2008年，全世界醋酸乙烯的總消費量約為515.0萬t，消費主要集巾在北美、西歐和亞17.5萬t22.8萬t17.413.0萬；中東地區(qū)的消費量為1.0萬t，約占總消費量的2.7%；亞太地區(qū)的消費量為271.5萬t，約占52.79.萬t1.8342012年總需求量將達到約590.0t。求量的44.1%，聚乙烯醇占40.9%，乙烯一醋酸乙烯共聚物占9.0%，其他方面的需求量占課題要求查閱與該課題所相關的一些資料，對醋酸乙烯的性質和用途、國內外的市場生產經過幾十年的發(fā)展，目前全球有40多套醋酸乙烯裝置。亞洲是世界最大的醋酸乙烯21921ConsortiumfurElectrochemischeIndustrie公司開發(fā)出了乙炔、醋酸氣相合成醋酸乙烯的方法——乙炔氣相法[7]。該方法主要以Wacker和Borden流程為代表。I但由于在催化劑方面作了重要改進，醋酸乙烯收率明顯高于同類裝置。Celanese公司采用EastmanChemicalCompany開發(fā)了一種以單一醋酸為原料的3步法液相生產醋酸乙烯乙烯的原料來源穩(wěn)定，不受全球油價的影響，相對便于進行遠距離運愉，成本低廉。(b)綜上所述可知在石油嚴重依賴進口的我國發(fā)展乙炔法合成醋酸乙烯仍將有重要的意義。我國乙炔法合成醋酸乙烯原料來源穩(wěn)定，工藝成熟可靠，生產成本經濟，在原材料供應環(huán)境、產品售價、國內催化劑效能等方面，存在和國內外乙烯法市場抗衡優(yōu)勢。因此，這次設計采用乙炔氣相法工藝路線。Wacker流程是以電石乙炔為原料的典型工藝，該法以脫硫、脫磷化氫的電石乙炔與醋30%左右。Borden流程投資大，技術難度大。Wacker流程技術簡單，在相同規(guī)BordenWacker流程能耗較高、污染較大，生產成本較高。我國主要采用的是Wacker流程技術，技術成熟，可行性高，尤其現(xiàn)在國內許多以電石乙WackerBorden流程的先進之處，醋酸乙烯的產量提高很多。因此，這次設計采用電石乙炔氣相法技術，即Wacker流程[8]。電石制乙炔氣體乙炔氣體與醋酸蒸汽在一定溫度下通過醋酸鋅活性炭催化劑的作用合成醋酸乙烯，反應方程式:223H3O2醋酸乙烯水解由乙醛生成乙炔與乙醛作用本工藝采用醋酸鋅-170～220℃于常壓下進行合成反應。其反應機99.5%的醋酸乙烯目的生成物[12]，該工藝生產醋酸乙烯的工藝流程[13]見圖2.1。Figure2.1calciumcarbideacetyleneofgas-phasevinylacetatesynthesisprocessflow3合成乙炔: (3-主反應:C2H2 (3-副反應 (3-副反應 (3-和總收率按醋酸計均為97%。丁烯醛的選擇性按乙醛計為30%。20%≤0.01%HAc產率LMC4H6O2 5555.56kg/h MC2H4O2 8640%97% M31h 10247.07kg/h1hM316%M1 265465.10kg/h走水蒸氣，含量約為46.11kg/h。Table3.1thematerialbalancetableintheacetylene進料流量出料水4反應（3-3）CH3COOCHCH2+H2O 分離工段第一段是利用循環(huán)液洗滌掉氣體中含有的催化劑粉末和并除去大部分HAc；第O2，ALd，HAc，CO2等75%的乙炔、0.2%CO2,3%N2O2等空氣被完全排除（ALdHAc也被排除，但隨著乙炔進入了反應器循環(huán)，可以不考慮在內的，流量q=（M3+M4+46.11）×0.27%=57.76kg/h。按乙炔和醋酸的摩爾比可知消耗乙炔30.03kg/h，醋酸27.72kg/h。反應消耗 11100.99×0.16+30.03=1806.19kg/h，HAc用量10247.07kg/h，消耗10247.07×0.4+27.72-122.96=4003.59kg/h， 主要包括反應物 生成11100.99×0.16×86/26-90.17×86/44=5698.74kg/hALd63.12kg/hCr-21.52kg/h57.76kg/h，還有未反應完全的乙炔氣體和醋酸蒸汽。此外，隨乙炔Table3.2ReactionsectionmaterialcalculationsummaryofReaction 流量M79294.8013.84% 63.12kg/h。Table3.3ReactionsectionmaterialcalculationsummaryofSeparation 流量M8=M6-M7=（M４+M３+36.89）-Table3.4Reactionsectionmaterialcalculationsummaryofdistillation進料流量出料Table3.5Materialscalculationtableintheoverallproduction流入流出流量水4器物料出口溫度T3平均為205℃，計算基準溫度To=25℃。查閱《基礎物理化學》[17]Cpm=A+BT+CT2,J?mol-1?K-1，其中A,B和C系數(shù)如表4.1。質量定壓比熱容cp=Cp/M，單位kJ?kg-1?K-1。平均恒壓熱容Cp

TC T

Table4.1RelationcoefficienttablebetweenMoorepressurefixingtheheatcapacityandAfff4.2Hθ（單位fTable4.2Standardgenerationheatofvarious物 θ

Table4.3Evaporationenthalpyundervariousmaterialboiling對于流動系統(tǒng)—連續(xù)反應器其能量平衡方程式的一般形式為=連續(xù)系統(tǒng)處于穩(wěn)定時△E0，忽略機械功，忽略動能和位能，則可知∑Hp AT1BT21CT3C'p,m

T1T0 T1T0 (413.1547.38Jmol1K

298 C' T0與T1與之間的平均等壓比熱cp,m= =

AT1BT21CT

C'p,m

p,m0(TT0

0T1T00 (458.15

29848.28Jmol1K C'' T0與T2與之間的平均等壓比熱cp,m= = AT1BT21CT3 C'p,m T1T0 T1T0 (478.15

29848.67Jmol1K C'' 則T3與T0與T3與之間的平均等壓比熱cp,m= = 4.4各物質在兩個不同溫度區(qū)間的平均等壓比熱容(單位kJ?kg-1?K-Table4.4Theaveragetemperaturepressurespecificheatcapacityintwodifferent 綜上，∑Hp∑HR=∑Hr+∑Hs=1000GA

r

C2H2 )]=-則

10007123.42(100.12)8292986.17kJ?mol- 則Hr

1000112.72(7.14)18291.38kJ?mol-則Hr

100026.90(226.41)87006.13kJ?mol-QQ=∑Hp+∑HR=3083942.33+(-8398283.68)=-5314341.35kJHAc118℃,沸點下的蒸發(fā)焓△vH=23.694kJ/mol,Ql=Q=13876.251.82115=2904299.13kJ205155℃，則所需過熱蒸汽流h 21398.20 4.32(205 4.32(205 22塊塔板，分為三段。第塔頂排出的混合氣體(主要是C2H2)溫度為0℃,釋放熱量Q6。依上述方法和數(shù)據(jù)，求得HAc在90～205 AT1BT21CT3 Cp,m T1T0 T1T0[21.76T1193.13103T21(76.78106)T3]478 (478.15

363平均等壓比熱容cp,mCp,m89.33=1.49kJkg1K C2H20℃～205℃溫度區(qū)間、VAc55℃～205℃溫度區(qū)間、 △HT1= h75315241252695827149386.99 4.32(80流量如表4.5所示。4.5一塔進﹑Table4.5Discharginggasnightphaseflowandenthalpyinthetower流量焓值飽和液體時的流體焓值:h一塔再沸器=52.09kJ?mol。再計算得到再沸器給一塔提供的熱量:Q一塔再沸器=F1×h一塔再沸器=2832846.5kJ，△Q一塔=△Q一塔再沸器-Q一塔=-154796kJ。這部分熱量可自加熱第二精餾塔的功能是把醋酸和醋酸乙烯區(qū)分開，塔頂出粗醋酸乙烯，塔底出粗醋酸,參數(shù)如表4.6所示。4.6Table4.6Towerkettleandtopdischargeflowandenthalpyinthetower流量焓值Q二塔輸出=(F二塔頂出×h二塔頂出+F二塔釜出×h二塔釜出Q二塔輸入=F二袁進料×h二塔袁進料△Q二塔=Q二塔輸入-Q二塔輸出=-從塔頂把丁烯醛蒸出。熱量衡算式子:[塔頂出料]+Q[塔釜出料]=Q[回流進料]+Q[原始進料]+2]。Table4.7Towerkettleandtopdischargeflowandenthalpyinthetower流量焓值三塔必須加入的熱量:Q三塔=3782899kJ408.15K、進口壓力321041Pa和進口焓值77.56kJ?mol。計算得到飽和液體的流體焓值:h三塔再沸器=23.17kJ?mol。△Q三塔=Q三塔再沸器-Q三塔=368146kJ,h 4.32(80

1420.32kg/h4.8Table4.8Heatcalculation 量△Q△Q△Q5空速m3催化劑每h通過的標準氣體量)U=315h-1[23]。則催化劑床層理論體積0.4[23]，則Vo=Vc×0.4/0.6=29.88m3。則催化劑床層實際體積之間的間距是57mm,列管有效長度是8m，則反應器內列管及其空間排布所占的體積VL=28.26×8=226.08m3，反應器內催化劑的體積是37.36m3。VW=(12-8)×28.26+20=133.04m3V=VL+Vw=359.12m3，圓整取360m3。φ45mm×2.5mm8m。因反應物料較多，采用了四臺非連續(xù)式固定床反應器，則每臺固定床反應器列管數(shù)安如下公式計算得：VP=π/4dt2Ln=0.785×(0.045-0.005)2×8×N=74.7/4N=1858.58,N=1859,即是固定《化工單元過程及設備課程設計》[24]知正六邊形對角線上的管數(shù)b=47，t=1.25d0=1.25×45=56.25mm≈57mm,D=57×(47-1)+2×45=2712mm，圓整后取設兩根列管管芯到管芯之間的間距是c(列管是按三角形排列 7466個三角形,每個三角形的面積是3c2π/4(D-2e)2=7466×3c2,c=63mm,c 封頭的高度h1占短軸之半，知標準橢圓型封頭hi=0.25D=0.75mm。這個橢圓的長軸是Q=Aa△t，aaλ/d f

dp

)0.7×

4.5dt[26]是質量流速，λf是有效導熱系數(shù)，ρ是流體流速，dp是催化劑當量，μ是流體粘度，dt帶入

Tt115.1Table5.1Vinylacetatesynthesisreactortechnology1Cr18Ni9Ti,OOCr17Ni12Mo2等。180mm2，氣體穿過的壓力降小使氣體流動分散。另外在床作為載體的活性炭應具備的條件是[23]:有較為發(fā)達的中孔結構;1～3nm;活性炭表面應具有高濃度的撥基官能團;載體應具50nm的過渡孔和大孔，比表面積在1000m2/g以上。醋酸鋅以單分子膜狀態(tài)覆蓋在活性炭上，酷酸鋅分子所占的表面積大體上等于活性炭的表面積。催化劑中醋酸鋅吸附量工藝一般控制在30.5%-31.5%。催化劑的堆積密度是6±0.1kg/m3,空速是100～420h-1，催化劑當反應器需開有人孔(反應器人孔Dg統(tǒng)一取450mm)，方便各部件的進出取用。流率F的進料其組成xF=0.9900;流率D的餾出液其組成xD=0.9995;流率W的釜液其組xw=0.0050。實際液氣比R/(R+1