《年產(chǎn)3萬噸乙酸乙酯工藝設(shè)計(jì)》5000字（論文）

年產(chǎn)3萬噸乙酸乙酯工藝設(shè)計(jì)摘要 摘要：本文對(duì)乙酸乙酯的情況進(jìn)行簡介，介紹了乙酸乙酯的主要的生產(chǎn)工藝。本設(shè)計(jì)采用乙醛縮合法進(jìn)行乙酸乙酯的生產(chǎn)，對(duì)整個(gè)流程進(jìn)行物料衡算和熱量衡算并對(duì)主要的設(shè)備如反應(yīng)釜、精餾塔進(jìn)行設(shè)計(jì)。然后利用AUTOCAD對(duì)工藝流程圖和主要設(shè)備進(jìn)行繪制。關(guān)鍵詞：縮醛法；乙酸乙酯；物料衡算；工藝流程1緒論1.1簡介乙酸乙酯(EA)，又名醋酸乙酯，英文名稱：Ethylacetate。分子式為：C2H8O4。它是一種無色透明具有流動(dòng)性并且是易揮發(fā)的可燃性液體[1]。其易溶于乙醇，甘油等有機(jī)溶劑，微溶于水,其沸點(diǎn)為77.06℃。1.2主要生產(chǎn)工藝目前，我國的乙酸乙酯則主要采用乙酸酯化法進(jìn)行生產(chǎn)[2]。表1-1主要工藝對(duì)比表工藝方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)乙酸/乙醇酯化法其可在整個(gè)塔內(nèi)進(jìn)行催化，且該反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理清晰，受塔內(nèi)溫度影響較小。濃硫酸易產(chǎn)生各種副反應(yīng)，產(chǎn)生的產(chǎn)物雜質(zhì)較多，對(duì)后處理工藝要求較高，產(chǎn)生的三廢多。乙醛縮合法原材料消耗少，反應(yīng)較簡單，不易腐蝕設(shè)備，生產(chǎn)工藝比較成熟。必須在乙醛易獲得的區(qū)域，且在催化劑的處理上環(huán)保性較差乙醇脫氫法原材料不會(huì)得到不充分的利用，可產(chǎn)生H2且不具備腐蝕性。因工藝的復(fù)雜性及催化劑的選擇性，使其能耗較高。乙烯/乙酸加成法該反應(yīng)有高選擇性、轉(zhuǎn)化率。適合易獲得乙醛的地區(qū)，成本過高，且工藝存在一定的瑕疵1.3對(duì)于本課題的研究1.3.1研究的內(nèi)容（1）生產(chǎn)工藝條件及生產(chǎn)的流程（2）進(jìn)行物料衡算和熱量衡算（3）對(duì)反應(yīng)釜、精餾塔進(jìn)行工藝計(jì)算（4）利用CAD繪制工藝流程圖1.3.2研究的目的和意義乙酸乙酯是一種化工產(chǎn)品。近年來，乙酸乙酯的各方面發(fā)展迅速，年產(chǎn)量在2001年至2006年五年間增加了53萬噸。隨著生產(chǎn)能力的不斷增加，我國乙酸乙酯的產(chǎn)量也不斷增加[3]。隨著經(jīng)濟(jì)增長，汽車、建筑等行業(yè)的發(fā)展，使乙酸乙酯的需求量不斷增長，所以本課題采用乙醛縮合法設(shè)計(jì)一套年產(chǎn)3萬噸的乙酸乙酯的工藝設(shè)計(jì)。通過本次設(shè)計(jì)我對(duì)乙酸乙酯的各種生產(chǎn)工藝有了更深的了解。2工藝流程2.1設(shè)計(jì)的內(nèi)容與要求2.1.1設(shè)計(jì)的要求（1）了解產(chǎn)品的主要出處及用處；（2）對(duì)縮醛法的流程進(jìn)行物料衡算和熱量衡算；（3）對(duì)反應(yīng)釜及精餾塔進(jìn)行設(shè)計(jì)及計(jì)算（4）使用CAD繪制工藝流程圖；（5）善于思考設(shè)計(jì)過程中遇到的問題并查閱資料，遇到問題時(shí)及時(shí)與輔導(dǎo)老師進(jìn)行商討；2.1.2設(shè)計(jì)的方案現(xiàn)在，國內(nèi)大部分都采用酯化法、縮醛法等方法進(jìn)行生產(chǎn)（大部分廠家采用酯化法生產(chǎn)），醋酸乙烯加成法在國內(nèi)尚不成熟。經(jīng)過上述對(duì)比，本設(shè)計(jì)選用縮醛法對(duì)乙酸乙酯進(jìn)行生產(chǎn)。2.1.3原理利用縮醛法生產(chǎn)乙酸乙酯分四個(gè)步驟：（1）催化劑制備利用鋁和乙酸乙酯加熱至沸騰后，加入乙醇和乙酸乙酯的混合液至無氫氣放出后即為主催化劑制備完成。將乙酸乙酯和一定量的ZnCl2混合后加熱至沸騰后停止加熱，將反應(yīng)物冷卻至室溫后助催化劑制備完成。（2）乙醛縮合反應(yīng)方程式為：CH3CHO→CH3COOC2H5因?yàn)榉磻?yīng)會(huì)產(chǎn)生許多的熱量，所以選用釜式反應(yīng)器。釜式反應(yīng)器可以進(jìn)行均勻的攪拌，可以輕而易舉的將熱量排出。第二個(gè)反應(yīng)器仍然選用釜式反應(yīng)器，在反應(yīng)進(jìn)行到后期時(shí)，放出熱量已經(jīng)較少，且采用反應(yīng)釜成本更低。（3）脫除催化劑將水通入蒸發(fā)器以破壞催化劑，而后加熱蒸出粗乙酸乙酯。氫氧化鋁殘液從蒸發(fā)器下端排出進(jìn)入分離器，在分離器中將氫氧化鋁分離出來，而其他的液體部分將回到蒸發(fā)器中。（4）精餾提純選三個(gè)精餾塔，選擇常壓條件下進(jìn)行操作。將乙醛從脫乙醛塔中脫出；乙醇從脫乙醇塔中脫出，脫出的乙醇作為反應(yīng)釜使用的催化劑的生產(chǎn)原料；在脫重組分塔塔頂?shù)玫揭宜嵋阴?，并從塔底分離出乙縮醛。下圖為工藝流程簡圖圖2-1乙醛縮合法制乙酸乙酯流程簡圖3物料衡算3.1數(shù)據(jù)采集3.1.1相關(guān)數(shù)據(jù)（1）年產(chǎn)量：3萬噸（2）年生產(chǎn)時(shí)間：年工作時(shí)間8592h（358天）3.1.2催化劑在進(jìn)料量中，原料是催化劑的8倍，配比如下表3-1催化劑原料的配比[4](單位：g)3.1.3控制指標(biāo)整個(gè)流程都是常壓情況下操作?？刂浦笜?biāo)見下表：表3-2乙醛和乙酸乙酯的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目指標(biāo)乙酸乙酯乙醛純度/%99.7099.70含水量/%0.300.03含乙醇量/%0.10--進(jìn)料時(shí)，乙醇的純度應(yīng)在99.9%左右，所以在進(jìn)料前，乙醇需經(jīng)過干燥。A3A3B4A4B2B1B3A8A2A1A0F1F2Z1B3C1C2A5A6C304A7C3B31圖3-1全流程物料平衡關(guān)系圖注：A0乙醛進(jìn)料；A1一步反應(yīng)混合物料；A2二步反應(yīng)混合物料；A3粗乙酯蒸汽；A4粗乙酯；A5塔底粗乙酯；A6乙酸乙酯產(chǎn)品；A7乙縮醛；A8催化劑進(jìn)料；B1破壞液；B2含氫氧化鋁的混合液；B3塔頂乙醛；B31脫乙醛塔側(cè)線出料：B4塔頂乙醇；F1一步縮合反應(yīng)釜；F2二步縮合反應(yīng)釜；Z1單效蒸發(fā)器；C1脫乙醛塔；C2脫乙醇塔；C3脫重組分塔3.2F1、F2物料衡算3.2.1一步縮合反應(yīng)釜本設(shè)計(jì)為不間斷連續(xù)操作，采用的基準(zhǔn)單位A6中乙酸乙酯流量為：則A0中乙醛流量：因?yàn)榉磻?yīng)過程有損失，所以設(shè)A0的乙醛流量為3900kg/h。A0中含有：水：催化劑消耗的量

：乙醛：則A8中含有：氯化鋁：乙酸乙酯：乙醇：鋁：在催化劑催化下，乙醇和鋁反應(yīng)生成乙醇鋁：2Al+6CH3CH2OH→2Al(CH3CH2O)+3H2↑鋁：乙醇：乙醇鋁：乙醇鋁易水解，需在A8中加入乙醇，乙醇流量為則F1中含有：乙酸乙酯：鋁：乙醇：其它輕組分：乙醇鋁：F1中主反應(yīng)：2C2H4O→C4H8O2副反應(yīng)：C2H4O+2C2H6O→C6H14O2+H2O所以在A1中：乙酸乙酯：乙醛：乙縮醛：水：乙醇：乙醇鋁：其它微量雜量：總進(jìn)口流量為：=總出口流量為：=3.2.1二步縮合反應(yīng)釜在F2中：主反應(yīng)：2C2H4O→C4H8O2乙醛：乙酸乙酯：副反應(yīng)：C2H4O+2C2H6O→C6H14O2+H2O乙醛：乙醇：3.6492.14∕44.06=7.61乙縮醛：7.61118.17/92.14=9.75水：9.7518.02/118.17=1.49所以在A2中：乙酸乙酯：乙醛：乙縮醛：水：乙醇：乙醇鋁

：83.04kg/h其它輕組分：5.86kg/h4200.07+54.54+3.84+16.47+82.41+5.86+82.04=4445.23kg/h表3-1F1、F2物料衡算表F1進(jìn)口物料/(kg/h)F1出口物料/(kg/h)F2出口物料/(kg/h)乙酸乙酯3903748.634200.07乙醛3896.1509.6154.54乙醇68.0911.453.84水3.914.9816.47乙縮醛072.6682.41輕組分5.865.865.86乙醇鋁82.0482.0482.04總計(jì)4445.234445.234445.233.3Z1物料衡算反應(yīng)方程式：3H2O+Al(CH3CH2O)3→3CH3CH2OH+Al(OH)3A2中乙醇鋁為82.04kg/h所以水：82.0454.06/162.16=27.40氫氧化鋁：82.0478.01/162.16=39.47乙醇：82.04138.12/162.16=69.87由經(jīng)驗(yàn)值可得B2的重組分含量為27%，所以B2的總流量為：B2中含5%的乙縮醛，所以在B2中乙縮醛：乙酸乙酯：在B1中：乙醇：2.25水：26乙醛：2.84在A3中：乙縮醛：乙酸乙酯：水：乙醇：3.84+69.87+2.25=75.96乙醛：54.54+3.84=57.38表3-2Z1物料衡算表F2出口物料kg/hZ1出口物料kg/h乙酸乙酯4200.074106.98乙醛54.5457.38乙醇3.8475.96水16.4715.07輕組分5.860乙縮醛82.4174.02乙醇鋁82.040總計(jì)4445.234488.353.4C1、C2、C3的物料衡算3.4.1脫乙醛塔在C1中，乙醛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：Xd1=,Xd2=,XW=在B3中：乙醛：水：在B31中：乙醇：乙酸乙酯：水：乙醛：在A4中：乙醛：乙縮醛：乙醇：水：乙酸乙酯：3.4.2脫乙醇塔在B4中，乙醇、乙酸乙酯共沸。所以，水：5.36乙酸乙酯：163.71乙醛：2.07乙醇：56.61在A5中：水：3.13乙酸乙酯：3814.75乙醛：0.62乙醇：0.58乙縮醛：74.033.4.3脫重組分塔該塔的A6可得到乙酸乙酯，所以：水：3.13乙酸乙酯：3814.75乙醛：0.62乙醇：0.58在A7中脫除了重組分乙縮醛，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.9%乙酸乙酯：0.013乙縮醛：73.96下表為三塔的物料衡算表3-3C1、C2、C3的物料衡算表C1進(jìn)口物料kg/hC1出口物料kg/hC2出口物料kg/hC3出口物料kg/h乙酸乙酯4106.984019.933814.753814.73水15.078.443.133.13乙醇75.9657.150.580.58乙醛57.382.690.620.62乙縮醛74.0274.0274.030.071總計(jì)4329.414162.233893.113819.814熱量衡算4.1F1、F2的熱量衡算4.1.1一步縮合反應(yīng)釜該反應(yīng)溫度為10℃，所以在A8中溫度由25℃下降到10℃的熱量衡算：反應(yīng)產(chǎn)生的熱量：+++++F1需要承受的熱量為：Q=++++反應(yīng)選用冷水來降溫，進(jìn)口和出口溫度分別為0℃和10℃。冷水的比熱容為：則需要冷水的量為：4.1.2二步縮合反應(yīng)釜反應(yīng)產(chǎn)生的熱量：+++++F2所承受的熱量為：Q=+反應(yīng)選用冷水來降溫，進(jìn)口和出口溫度分別為0℃和10℃。冷水的比熱容為：則需要冷水的量為：4.2Z1的熱量衡算蒸發(fā)器的操作溫度為90（忽略水所消耗的熱量），設(shè)蒸發(fā)器熱量損耗為1%則A2中的原料由10℃至90℃之間吸收熱量為：的乙酸乙酯蒸發(fā)變成氣體所需的熱量：乙醛蒸發(fā)變成氣體需要熱量為：l的乙醇蒸發(fā)變成氣體需要熱量為：的乙縮醛蒸發(fā)變成氣體需要的熱量為：所以單效蒸發(fā)器需要外部供給的熱量為：100℃的飽和水蒸氣（P=1.0bar）為單效蒸發(fā)器供給熱量，汽化潛熱:則需要飽和水蒸氣：4.3冷凝器的熱量衡算需要將水蒸氣降溫至F1的飽和進(jìn)料溫度20.8℃將46.61kmol的乙酯由90℃降溫到20.8℃，放出的熱量：=將1.30kmol的乙醛由90℃降溫到20.8℃，放出的熱量：將1.65kmol的乙醇由90℃降溫到20.8℃，放出的熱量：=將0.63kmol的乙縮醛由90℃降溫到20.8℃，放出的熱量：則冷凝器一共放出熱量：該冷凝器采用F1、F2出口的的冷水進(jìn)行降溫，將冷凝器出口的冷水溫度保持在15℃.則需要15℃冷水：4.4C1、C2、C3熱量衡算4.4.1脫乙醛塔通過對(duì)C1的物料衡算得：F=4329.41kg/h,D=51.43kg/h取可求得上升蒸汽流量：再沸器塔頂?shù)幕亓骱瓦M(jìn)料溫度都為20.8℃，所以塔內(nèi)蒸汽上升帶有熱量為：25.20=塔釜溫度為77.2℃，所以塔釜液帶有熱量：側(cè)邊出料所含熱量：則再沸器熱負(fù)荷：所需水蒸氣量：（2）冷凝器該冷凝器采用進(jìn)出口溫差為10℃的冷水，則需要冷水：4.4.2脫乙醇塔通過對(duì)C2的物料衡算得：F=4162.23kg/h,D=419.35kg/h取可求得上升蒸汽流量：再沸器塔頂?shù)幕亓骱瓦M(jìn)料溫度都為77.2℃，所以塔內(nèi)蒸汽上升帶有熱量為：塔釜溫度為78.2℃，所以塔釜液帶有熱量：則C2承擔(dān)的熱負(fù)荷：所需水蒸氣量：冷凝器該冷凝器采用進(jìn)出口溫差為10℃的冷水，則需要冷水：4.3.3脫重組分塔通過對(duì)C3的物料衡算得：F=3893.11kg/h,D=3658.63kg/h取可求得上升蒸汽流量：（1）再沸器塔頂?shù)幕亓骱瓦M(jìn)料溫度都為78.2℃，所以塔內(nèi)蒸汽上升帶有熱量為：塔釜溫度為110℃，所以塔釜液帶有熱量：則再沸器的熱負(fù)荷為：需要飽和水蒸氣的質(zhì)量為：（2）冷凝器該冷凝器采用進(jìn)出口溫差為10℃的冷水，則需要冷水：5主要設(shè)備選型5.1縮合釜設(shè)計(jì)由計(jì)算的反應(yīng)組分總體積為4.814m3，裝料系數(shù)取0.87，所以釜體積為5.47m3。又因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)為兩個(gè)縮合釜串聯(lián)，單個(gè)釜的體積為2.74m3。查書得，[6]，則反應(yīng)釜直徑：査書得取，封頭內(nèi)徑相同。所以筒高為：封頭高度：直邊高度：夾套直徑：夾套高度：，取。查書得，、。則傳熱面積：査書得，焊縫系數(shù)?。?.6，封頭采用由鋼板拼制的標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭[5]，材料為Q235-B鋼。夾套厚度：夾套封頭厚度：取夾套筒體與封頭厚度為

：。內(nèi)筒筒體厚度與封頭厚度均取。查書得，縮合釜攪拌軸材料選用45鋼[7]表5-1縮合釜設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表設(shè)計(jì)項(xiàng)目結(jié)果5.2脫乙醛塔的設(shè)計(jì)和選型5.2.1相關(guān)數(shù)據(jù)已知：氣相流量：液相流量：氣相密度：液相密度：液體黏度：液體表面張力：5.2.2塔徑選板間距，板上液層高度，查史密斯關(guān)聯(lián)圖：精餾段：取整為。提餾段：取整為。5.2.3塔板的設(shè)計(jì)和布置（1）塔板的設(shè)計(jì)根據(jù)過往經(jīng)驗(yàn)可知，選擇單流程弓形降液管。單流型堰長：堰高：查表得液面梯度：査圖得求出值小，忽略。（2）塔板布置篩孔孔徑：，中心距：塔板上的開孔率：（在0.05-0.15之間）安定區(qū)寬度：邊緣區(qū)：開孔面積：塔板篩孔數(shù)：5.2.4流體力學(xué)驗(yàn)算板壓降：F0==14.74kg0.5/(m0.5s)霧沫夾帶量的驗(yàn)算：由計(jì)算得不會(huì)出現(xiàn)過量霧沫夾帶。液泛驗(yàn)算：進(jìn)口堰：由計(jì)算得不會(huì)出現(xiàn)液泛現(xiàn)象。5.2.5塔高計(jì)算。所以實(shí)際塔板數(shù)取48塊，進(jìn)料板在12塊塔頂?shù)目臻g高度：塔底的空間高度：裙座的空間高度：三至四米需要設(shè)置一個(gè)人孔，所以每間隔七塊塔板設(shè)置一個(gè)人孔，人孔大小為0.60m所以塔高：表5-2F1的設(shè)計(jì)結(jié)果匯總一覽表名稱設(shè)計(jì)結(jié)果塔形篩孔塔