产30万吨乙酸乙酯的工艺设计.doc

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1、年产30万吨乙酸乙酯的工艺设计摘 要乙酸乙酯是重要的精细化工原料。它是一种具有优异溶解性能和快干性能的溶剂，已广泛应用于生产中。目前，乙酸乙酯的工业生产方法已趋于成熟，而乙醛缩合法因其具有原料来源广泛、绿色、环保等优点在众多生产方法中脱颖而出最具发展前景。本设计采用乙醛缩合法，对工艺中的主要设备进行物料与能量衡算，并对乙酸乙酯的精馏塔、反应器进行了设计选型。根据设计要求对设备进行选型。就脱乙醇塔而言，塔体压力为常压，回流比取3，操作条件：XD=99%、XW=0.01。计算出塔板数为46块，塔高22.4m。对塔体的主要尺寸设计：精馏段：算得堰长为0.72m，出口堰高为0.045m，堰宽为0.10

2、6m，降液管底隙高度为0.028m；提馏段：算得堰长为1.2，出口堰高为0.049m，堰宽为0.176m，降液管底隙高度为0.027m。对于反应器选择连续型搅拌反应釜：算得筒体高度4.8m，筒体和封头直径3m，内筒筒体厚度为10mm。设计中，首先根据工艺操作的要求和特点，参照相关工艺的资料，绘制工艺流程图，然后根据工艺计算结构设计的最终数据画出主要设备图。设计满足安全生产要求，而且经济合理。关键词：乙酸乙酯，乙醛缩合法，物料衡算，精馏塔，工艺流程图PRODUCTION DESIGN WITH AN ANNUAL OUTPUT OF 300 THOUSANDS TONS OF ETHYL ACE

3、TATEABSTRACTEthyl acetate is an important fine chemical raw material. It is a kind of excellent solubility and fast-drying solvent, has been widely used in production. At present, the industrial production of ethyl acetate have been more and more mature, and the condensation of acetaldehyde because

4、of its wide raw material sources, green, environmental protection and other advantages stand out from many production methods in the most development prospect.The condensation of acetaldehyde had been used in the design, material and energy balance calculation of the main process equipment, and dist

5、illation tower, reactor for ethyl acetate were design selection. According to the design requirements, we selected the suitable equipment. As far as alcohol tower, the tower body was at atmospheric pressure, reflux ratio was 3, the operating conditions: XD=99%, XW=0.01. We could calculate that the p

6、late number was 46, the height of the tower was 22.4m. The main dimensions design of tower body: rectifying section: the length of the weir was 0.72m, the outlet height of the weir was 0.045m, the width was 0.106m, the down comer height of the bottom clearance was 0.028m; stripping section: the leng

7、th of weir was 1.2mr, the outlet height of the weir was 0.049m, the width was 0.176m, the down comer height of the bottom clearance was 0.027m. The reactor was selected continuous stirred tank reactor: the height of cylinder was 4.8m by calculation, the diameter of cylinder and head was 3m, the thic

8、kness of the inner cylinder was 10mm. In the design, according to the process requirements and characteristics, reference to the related process data, we could draw a process flow diagram, then according to the process of structure design and calculation of the final data to draw the main equipment.

9、 The design satisfied the requirement of safe production, and reasonable in economy.KEY WORDS: ethyl acetate, acetaldehyde, material balance, distillation, process flow diagram符号说明符号意义单位A传热面积m2Af弓形降液管面积m2AT塔截面积m2C气体负荷系数m/sCP定压比热容kJ/(kg)D精馏塔直径md0阀孔直径mE液流收缩系数ET全塔效率ev雾沫夹带量kg液/kg气F原料液流量kmol/hH塔高mHB塔底空间高

10、度mHD塔顶空间高度mHd降液管内清液层高度mHF进料板处高度mhc干板阻力m液柱hl板上充气液层阻力m液柱hp气相通过浮阀塔板的压降m液柱hw出口堰高mhow堰上液层高度 m K0传热系数W/(m2)L精馏塔液相流量kmol/hlw堰长mMAA物质的分子量N实际塔板数块P操作压力KPaPp单层塔板压降Pat物料温度平均温度差u速度m/sV精馏塔气相流量kmol/hWd弓形降液管宽度mWs破沫区宽度m馏出液中易挥发组分摩尔分数原料液中易挥发组分摩尔分数釜残液中易挥发组分摩尔分数相对挥发度液体在降液管中停留时间sL液相密度kg/m3v气相密度kg/m3t孔心距ml粘度目 录摘 要I前 言1第1章

11、 工艺流程的确定81.1 本课题设计的内容和要求81.1.1 设计要求81.1.2 具体设计内容81.2 设计方案的确定81.2.1 设计原理91.2.2 工艺流程10第2章 物料衡算122.1 数据采集122.1.1 全流程的工艺数据122.1.2 催化剂的配方122.1.3 操作条件122.1.4 原料和产品的控制指标132.2 一步缩合反应釜的物料衡算142.3 二步缩合反应釜的物料衡算152.4 单效蒸发器的物料衡算162.5 脱乙醛塔的物料衡算182.6 脱乙醇塔的物料衡算192.7 脱重组分塔物料衡算20第3章 热量衡算223.1 基本数据223.2 一步缩合反应釜的热量衡算233

12、.3 二步缩合釜热量衡算243.4 单效蒸发器的热量衡算253.5 冷凝器的热量衡算263.6 脱乙醛塔的热量衡算273.6.1 再沸器的热负荷273.6.2 冷凝器的冷凝量283.7 脱乙醇塔的热量衡算283.7.1 再沸器的热负荷283.7.2 冷凝器的冷凝量293.8 脱重组分精馏塔的热量衡算293.8.1 再沸器的热负荷293.8.2 冷凝器的冷凝量30第4章 设备选型及车间布置经济核算314.1 缩合釜的设计314.1.1 缩合釜体的设计314.1.2 搅拌装置的设计334.2 单效蒸发器的设计与选型344.2.1 蒸发器的选择理由344.2.2 蒸发器计算与设计344.3 脱乙醛塔

13、的设计与计算374.3.1 基础数据374.3.2 塔径的确定414.3.3 塔板结构设计414.3.4 塔板布置434.3.5 流体力学验算444.3.6 塔高的确定474.4 脱乙醇塔的设计484.4.1 基础数据484.4.2 塔径的确定514.4.3 塔板结构设计524.4.4 塔板布置544.4.5 流体力学验算554.4.6 塔高的确定574.5 脱重组分塔的选型与计算584.5.1 相关计算584.5.2 塔体结构594.6 辅助设备的选型604.6.1 泵的选型604.6.2 再沸器的选型604.6.3 冷凝器选型614.6.4 工艺设备一览表624.7 车间布置的基本原则和要

14、求624.7.1 车间布置的基本原则624.7.2 车间布置的要求634.8 本设计的生产车间布置664.9 建设项目投资664.9.1固定资产投资估算674.9.2 建设期贷款利息684.9.3 流动资金估算684.10 生产成本估算684.10.1 直接材料费684.10.2 生产人员工资及福利684.10.3 制造费用694.11 经济效益694.12 投资回收年限704.13 核算总结70第5章 总结715.1 乙酸乙酯的生产流程715.2 生产设备设计71参 考 文 献72致 谢74附录75外文资料译文及原文76前 言乙酸乙酯(EA)，又名醋酸乙酯，英文名称：Ethyl acetat

15、e。分子式为：C2H8O4。它是一种无色透明具有流动性并且是易挥发的可燃性液体1，呈强烈清凉菠萝香气和葡萄酒香味。乙酸乙酯能很好的溶于乙醇、氯仿、乙醚、甘油、丙二醇、和大多数非挥发性油等有机溶剂中，稍溶于水(25时，1mL乙酸乙酯可溶于10mL水中)，而且在碱性溶液中易水解成乙酸和乙醇。水分能使其缓慢分解而呈酸性。乙酸乙酯与水和乙醇皆能形成二元共沸混合物，与水形成的共沸混合物沸点为70.4，其中含水量为6.1%(质量分数)。与乙醇形成的共沸混合物的沸点为71.8。还与7.8%的水和9.0%的乙醇形成三元共沸混合物，其沸点为70.2。下表为乙酸乙酯的一些物化参数。表1 乙酸乙酯的物化参数2熔点(

16、)-83.6临界温度()250.1折光率（20)1.3708-1.3730临界压力(MPa)3.83沸点()77.06辛醇/水分配系数的 对数值0.73对密度(水=1)0.894-0.898闪点()7.2相对蒸气密度(空气=1)3.04引燃温度()426饱和蒸气压(kPa)13.33(27)爆炸上限%(V/V)11.5燃烧热(kJ/mol)2244.2爆炸下限%(V/V)2.0室温下的分子偶极距6.55510-30一、乙酸乙酯的用途乙酸乙酯是重要的精细化工原料，是醋酸的一种重要的中下游产品。它是一种具有优异溶解性能和快干性能的溶剂，已广泛应用于化工、医药、纺织、染料、橡胶、涂料、油墨、胶粘剂的

17、生产中，或作为原料、或作为工艺溶剂、萃取剂、稀释剂等等；由于它具有天然水果香味，因此还可作为调香剂组分，应用于香料、食品工业中；也可作为粘合剂用于印刷油墨、人造珍珠等的生产；作为提取剂用于医药、有机酸的产品的生产等；此外还可用作生产菠萝、香蕉、草莓等水果香精和威士忌、奶油等香料的原料。二、乙酸乙酯的产量及消费情况国外乙酸乙酯的消费结构与我国有所不同，美国和欧洲国家乙酸乙酯最大的应用领域是涂料，其中美国涂料方面的消费量约占总消费量的60%，欧洲在涂料行业的消费量约占总消费量的50%。日本主要应用在涂料，油墨方面，分别约占总消费量的40%和30%。而我国主要应用于涂料，粘合剂和制药领域3。近年来，

18、世界乙酸乙酯的生产能力不断增加。2001年全球乙酸乙酯的生产能力只有125.0万吨/年，2006年生产能力增加到222.0万吨/年，20012006年生产能力的年均增长率高达12.2%。其中英国BP化学公司是目前世界上最大的乙酸乙酯生产厂家，生产能力为22.0万吨/年，约占世界总生产能力的9.91%。其次是中国江苏索普集团公司，生产能力为20.0万吨/年，约占9.01%。在涂料方面，乙酸乙酯涂料被水性和高固相含量涂料、粉末涂料和双组分涂料夺取了市场额。乙酸乙酯市场仍然保持持续增长。东南亚地区开始成为全球最重要的乙酸乙酯的产地和消费地。大部分投资于乙酸乙酯的资金开始将目标投向乙酸乙酯需求量增长迅

19、速的亚洲和中国。三、我国乙酸乙酯的产量及消费情况我国乙酸乙酯的生产始于20世纪50年代，近年来，随着我国化学工业和医药工业的快速发展，乙酸乙酯的生产发展很快。生产能力已经从2001年的37.0万吨/年增加到2006年的约90.0万吨/年。目前，我国乙酸乙酯的生产厂家有20多家，生产企业主要集中在华南和华东地区。其中国内最大的乙酸乙酯生产企业江苏索普集团产能达到20.0万吨/年，约占国内总生产能力的22.2%，与乙酸产品实现了上下游一体化，产品竞争力较强，80%的乙酸乙酯用于出口；其次是山东金沂蒙集团公司，生产能力为16.0万吨/年，约占国内总生产能力的13.3%。随着生产能力的不断增加，我国乙

20、酸乙酯的产量也不断增加4。2001年我国乙酸乙酯的产量只有17.9万吨，2006年进一步增加到63.0万吨，比2005年增长约22.19%，20012006年产量的平均增长率高达15.09%，截止到2009年10月底，我国乙酸乙酯生产能力达到约150.0万吨/年。目前，国内乙酸乙酯主要消费地区集中在华东、中南、华北、东北地区，产品主要用于生产涂料、制药和粘合剂。我国乙酸乙酯的总需求量已达150万吨/年，供大于求，届时消费结构将有所变化，其中在制药和粘合剂行业消费的比例将会有所下降，随着新型高档涂料的不断发展，预计涂料行业对乙酸乙酯的需求量将会有较大幅度的增加，随着油墨方面的需求量也将有所上升。

21、四、主要生产工艺目前，乙酸乙酯的工业生产方法主要有醋酸酯化法、乙醛缩合法、乙醇脱氢法和醋酸/乙烯加成法4种。传统的醋酸酯化法工艺在国外被逐步淘汰，而大规模生产装置主要采用乙醛缩合法、乙醇脱氢法和醋酸/乙烯加成法，其中新建装置多采用醋酸/乙烯加成法，我国的乙酸乙酯则主要采用醋酸酯化法进行生产6。（1）醋酸酯化法醋酸酯化法是乙酸乙酯最常见的生产方法，是在催化剂（通常为硫酸）存在下，醋酸和乙醇发生酯化反应生成乙酸乙酯，该方法适用于拥有大量低成本乙醇的地区。传统的酯化法生产工艺技术成熟，原料供应充足，生产工艺简单，投资少，在世界范围内，尤其是在美国和西欧地区被广泛采用。由于酯化反应可逆，转化率只有约6

22、7%，为增加转化率，一般采用乙醇过量的方法，并在反应过程中不断分离出生成的水。根据生产需要，既可采取间歇生产，也可采取连续式生产。由于浓硫酸有酸性强、吸水性强、性能稳定、价廉等优点，而且溶于反应物料中，是均相催化反应，反应均匀，因而在全塔内都能进行催化反应。催化作用不受塔内温度限制，反应机理清楚，容易实现控制，这些优点可以使反应精馏生产装置大型化。该法存在反应温度高，乙酸利用率低，易发生副反应，产品处理困难、催化剂对设备腐蚀性强，废液污染环境以及生产成本高等缺点。（2） 乙醛缩合法醛类在醇盐的催化作用下，可进行自身缩合为酯类7。如在乙醇铝的参与下，两分子的乙醛重排成一分子的乙酸乙酯：乙醇铝会在

23、反应过程中被破坏，因此为使反应连续进行，须配备足够的催化剂来维持反应的进行；在低温反应条件下，乙酸乙酯的收率可达98%。乙醛缩合法具有反应条件温和、原料消耗少、工艺简单、设备腐蚀小等特点，因而此工艺在生产成本方面具有突出优势，同时又有较好的环境效益，发达国家多采用这种工艺。此种工艺受原料的限制较大，适合于乙醛原料来源广泛的地区。原料乙醛一是石油路线，二是生物发酵路线。近年来，随着石油资源的逐渐减少，石油价格逐渐上升，生物资源作为一种新型、绿色、可持续能源，其前景会更加广阔。加之此种工艺的高转化率和高选择性，相对于其它工艺方法的优势地位更加明显。（3）乙醇脱氢歧化法乙醇脱氢歧化法有三个基本步骤8

24、。在第一反应器中，乙醇脱氢生产乙醛，再进一步反应生成粗乙酸乙酯。固定床反应器装填了一种改进的铜基催化剂，反应在适中的压力和200-250温度下进行，催化剂每六个月在装置内再生一次，其总寿命不短于1年。从第一反应器中产生的氢气经一个简单的分离器收集，部分氢气送第二反应器进行选择性加氢反应，在该固定床绝热反应器中，装填着一种能有效地将乙醛和在粗乙酸乙酯混乱合物中的其它羰基组分转换为当量乙醇，而又不影响乙酸乙酯收率的催化剂，反应器操作温度不超过150，操作压力与第一反应器基本一致，催化剂寿命在1年以上。送至最后精馏工序的产品蒸汽中含有大量的共沸组份，通过采用高低不同的双压力精馏系统，最有效地去除共沸

25、物组份，以及最大限度地回收到高纯度(99.8%以上)乙酸乙酯。3 醋酸/乙烯加成法醋酸/乙烯加成法是一种直接用乙烯和醋酸工业化生产乙酸乙酯的新工艺。反应系统由3个串联反应塔组成，反应塔中装填磷钨钼酸催化剂(担载于球状二氧化硅)。反应塔设置了中间冷却，反应温度维持在140-180，反应塔压力控制在0.44-1.0MPa。反应在担载于金属载体上的杂多酸或杂多酸盐催化下于气相或液相中进行。在水蒸气存在条件下，乙烯将发生水合反应生成乙醇，然后生成的乙醇又继续与醋酸发生酯化反应生成乙酸乙酯产物。而且，逆向的乙酸乙酯水解生成乙醇或乙酸的反应也可能发生。该工艺醋酸的单程转化率为66%，以乙烯计，酸酸乙酯的选

26、择性约为94%。与传统的乙酸酯化法或乙醛缩合法相比，该方法产率高，原料损耗降低了35%，能耗降低了约20%，装置容易进行扩能改造，且乙酸乙酯产品质量高，纯度易于控制，因此是近年来的研究开发热点。但该工艺的缺点是装置必须设置在乙烯装置的附近。五、工艺改进 针对以上四种乙酸乙酯生产工艺的对比，可看出每种工艺都有他的不足之处，对于部分工艺存在的问题，国内国外的学者进行了相关的改进，包括催化剂的改进、精馏系统的改进和回收系统的改进。（1）酯化法中催化剂的改进和精馏系统的改进 催化剂的改进采用超强固体酸，将原来的催化剂改为SO42-/ZrO2或SO42-/Zr(OH)4催化剂11，在此催化剂制备中引入H

27、2SO4，使ZrO2产生酸中心而对酯化反应产生催化作用，熔烧温度和熔烧时间影响SO42-/ZrO2或SO42-/Zr(OH)4的催化活性，最佳熔烧温度和熔烧时间分别为550和3h。催化剂经再活化可重复使用，对乙酸乙醇的催化酯化反应的选择性为100%，酯化率为84%。另外SO42-/MnOm型超强固体酸制备方法简单，使用温度较高，易同产物分离及易再生，不易腐蚀设备等优点。其它的一些催化剂的改进还有用磷改性HZSM-5沸石分子筛为催化剂,用全氟磺酸树脂作催化剂，用HZSM-5分子筛、铌酸等作为催化剂12。 精馏系统的改进传统的精馏工艺中由于存在水-乙醇-乙酸乙酯的共沸，导致回流酯的带水能力很差，导

28、致酯化塔和回流塔的回流比过大，结果使乙酸乙酯的生产能耗很高。在新工艺中，通过添加促进剂萃取精馏提纯13，即向乙酸乙酯-水及乙酸乙酯-乙醇-水体系中添加促进剂，可以改变它们的互溶度，使乙酸乙酯、水得到较好的分离，同时使水相中乙酸乙酯的含量大大降低，减少其回收能耗。其它的方法还有加饱和盐水萃取脱水精制、采用有机溶剂萃取分离和添加恒沸蒸馏分离等。（2） 乙醛缩合法中的工艺改进 水与乙醇平衡的工艺优化原三塔串联精馏工序中会出现以下问题：（1）粗乙酸乙酯中含水量达到0.03%的标准；（2）二塔回收的乙醇含水量高，而不能作为催化剂制备的原料；（3）含水量不能有效的控制而导致催化剂不能稳定的被破坏，间接导致

29、乙酸乙酯产品的质量。为此国内学者通过对工艺的改进解决了以上存在的问题。解决办法：将原一塔的加压操作改为常压操作；在原催化剂破坏系统中加入足量的蒸馏水，以达到催化剂的充分破坏；在一塔塔顶采出乙醇、乙酸乙酯、乙醛、水来达到脱除水和乙醛的目的，采出的顶液加入适量的水作为催化剂破坏液。通过改进工艺，二塔和三塔的含水率达到控制，成品乙酸乙酯的含水量也下降到0.01%15。 乙醇回收工艺的优化在原工艺中，乙醛虽在一塔被大量脱除，但仍有少量乙醛进入二塔和三塔，导致乙酸乙酯产品含有过量的乙醛。在改进的工艺中16，一塔采用侧线出料，并在一塔顶部通过使顶液全部回流及调节回流罐液位来富集乙醛，然后采取不定期采出顶液

30、的方法来达到回收高质量分数的乙醛的目的。而且，降低了乙醛的单耗，减少了乙醛的挥发，并能使产品中的乙醛含量降低。表2 几种方法的比较工艺方法优点缺点酯化法浓硫酸有酸性强、吸水性强、性能稳定、价廉等优点，而且溶于反应物料中，是均相催化反应，反应均匀，因而在全塔内都能进行催化反应。催化作用不受塔内温度限制，反应机理清楚，容易实现最优控制设备腐蚀性大，浓硫酸易引起磺化、炭化和聚合等的副反应，产品纯度低，后处理过程复杂，三废量大乙醛缩合法反应条件温和、原料消耗少、工艺简单、设备腐蚀小，国外工艺成熟，国内也取得重大进展必须在乙醛的来源广泛区，催化剂处理上存在一定污染乙醇脱氢法原料利用上也较为的经济，可以副

31、产氢气，没有腐蚀性催化剂选择性较差，分离工段塔多，因而能耗比传统工艺还高，工艺不成熟乙烯乙酸加成法反应有较高的选择性和转化率适合乙烯来源广的地区，乙烯价格上涨后，不利，工艺不成熟 高沸点残液回收的工艺优化原工艺中三塔塔釜得到的重组分残液中除含有乙酸乙酯外，还含有缩合反应中产生的副产物-乙缩醛，另外还有原来中带来的巴豆醛、三聚乙醛和乙酸等高沸物。该残液通常采用焚烧的方法来处理，该处理方法既浪费原料，而且焚烧残液会给环境带来污染。国内学者通过向残液中加入水和适当的催化剂17，并在加热的条件下使乙缩醛分解生成乙醇和乙醛，此时将残液中得到的乙醇、乙醛和乙酸乙酯回收再利用，不仅降低了乙醛和乙醇原料的单耗

32、，而且有效的减少了环境的污染。六、本课题研究的内容和意义 乙酸乙酯是一种重要的基本有机化工原料，其生产方法有直接酯化法和间接酯化法。该产品在酯化工艺中为最基础、也是最重要的酯化产品。研究并设计其生产工艺具有很重要的意义。 乙酸乙酯是用途广泛的重要化工产品。其主要用途有：作为工业溶剂，用于涂料、粘合剂、乙基纤维素、人造革、油毡着色剂、人造纤维等产品中；作为粘合剂，用于印刷油墨、人造珍珠的生产；作为提取剂，用于医药、有机酸等产品的生产；作为香料原料，用于菠萝、香蕉、草莓等水果香精和威士忌、奶油等香料的主要原料。用作溶剂，及用于染料和一些医药中间体的合成。是食用香精中用量较大的合成香料之一，大量用于

33、调配香蕉、梨、桃、菠萝、葡萄等香型食用香精. 是硝酸纤维素、乙基纤维素、乙酸纤维素和氯丁橡胶的快干溶剂，也是工业上使用的低毒性溶剂。还可用作纺织工业的清洗剂和天然香料的萃取剂，也是制药工业和有机合成的重要原料 近些年来，随着世界经济的持续稳定增长，建筑、汽车等行业的迅速发展，采用高档溶剂生产涂料、油墨、粘合剂等产品已成大势所趋，进一步带动了乙酸乙酯溶剂需求的快速增长。虽然目前在国内乙酸乙酯的供大于求，但世界上乙酸乙酯的消耗主要集中在东南亚地区，从亚洲这个范围来说，乙酸乙酯还是处于供不应求地区。其次，国内约有65%以上的乙酸乙酯生产厂家是采用酯化法生产乙酸乙酯，生产技术较国外相对落后，同时针对一

34、些缺乏市场竞争力的，工艺落后的小型装置进行淘汰。因此，本课题采用乙醛缩合法设计一套年产30万吨乙酸乙酯且具有先进、可行、经济效益高的生产方案，不仅弥补亚洲对乙酸乙酯消耗的空缺，对提高国内乙酸乙酯在世界市场中的竞争力以及对提升我国整体技术水平是有很重要的意义。第1章 工艺流程的确定1.1 本课题设计的内容和要求1.1.1 设计要求乙酸乙酯是一种重要的基本有机化工原料，其生产方法有直接酯化法和间接酯化法。该产品在酯化工艺中为最基础、也是最重要的酯化产品。研究并设计其生产工艺具有很重要的意义。1.1.2 具体设计内容 （1）查阅文献，了解该产品的性质、性能、合成、应用等。选择合理的生产原料和制备工艺

35、，采用先进的生产设备和控制手段，编制开题报告(工艺流程方框图、开题报告)； （2）根据原料、产品和生产规模，绘制工艺流程草图，进行物料衡算和热量衡算(物料平衡图、原料消耗、能量消耗综合表)； （3）进行主体设备和辅助设备的工艺计算与设备选型，并列出设备一览表； （4）绘制主体设备图； （5）绘制带控制点的工艺流程图； （6）进行生产车间布置设计(生产车间平面布置图和立面布置图)；（7）进行技术分析、经济效益分析、安全评价与环保评价。1.2 设计方案的确定 目前，乙酸乙酯的工业生产方法主要有乙酸/乙醇酯化法、乙醛缩合法、乙醇脱氢法和乙酸/乙烯加成4种。在世界范围内，上述四种工艺都已经投入运行，但

36、在国内投入运行的只有酯化法、乙醛缩合法、乙醇脱氢法，乙酸/乙烯加成法在国内还不够成熟。酯化法中新研究出的催化剂造价过高，乙醇脱氢法适合在乙醇产量高的地区或者是价格廉价的地区较合适，日本所有的乙酸乙酯都是采用乙醛缩合法,并且综合上面的概述中几种工艺的对比，本课题采用乙醛缩合法生产乙酸乙酯。1.2.1 设计原理 乙醛缩合法制乙酸乙酯可分为三个阶段：催化剂的制备、乙醛的缩合反应、催化剂的脱除和精馏提纯。（1）乙醛的缩合反应 反应在两个串联的反应器中进行，第一个是釜式的反应器，第二个也是采用釜式的反应器。反应方程式为：这样做的好处是，在第一个反应器之中，反应剧烈放出大量的热量，采用釜式的反应器搅拌的均

37、匀，易于把热量移出，相对于管式的来说，温度易于控制，虽然转化率情况有所降低，但反应的可控性、安全性提高；第二个也采用釜式的反应器，是考虑到反应进行到后来，放热量已经不多，而且造价低。 图1-1 缩合工序的流程简图（2）催化剂的脱除图1-2 蒸发工序的流程简图我们通过加水的方法破坏掉催化剂，然后经过蒸发器将粗乙酸乙酯蒸出，氢氧化铝残液从下面排除，残液再经过一个分离器进一步分离出氢氧化铝，液体部分可以再返回蒸发器。（3） 精馏提纯我们采用了三塔的模式，三塔均是常压操作，一塔脱乙醛；二塔脱出乙醇，脱出的乙醇用作生产催化剂；第三塔，塔上得到产品，塔下出重组分。同时还可以设计一个小塔，用来分离第三塔得到

38、的重组分，有效地分离较纯副产物乙缩醛，产出乙缩醛，做到了副产品的有效利用。图1-3 精馏提纯工序的流程简图1.2.2 工艺流程图1-4 乙醛缩合法生产乙酸乙酯工艺流程图以乙醇铝作为催化剂，乙醛通过自缩合反应生成乙酸乙酯，通过向单效蒸发器中加入过量的水，将催化剂乙醇铝破坏，再经过蒸发器将生成的氢氧化铝脱除。再依次通过脱乙醛精馏塔、脱乙醇粗馏塔和脱重组分塔，分别脱除粗乙酯中的乙醛、乙醇和乙缩醛，在脱重组分精馏塔塔顶得到较纯净的乙酸乙酯产品。第2章 物料衡算2.1 数据采集2.1.1 全流程的工艺数据（1） 设计项目：乙醛在催化剂作用下生产乙酸乙酯（假定乙醛纯度为99.7%）（2） 产品名称：乙酸乙

39、酯（3） 生产规模：年产30万吨（优等品纯度=99.7%）折算为100%的年产量为29.91万吨（4） 生产时间：年工作时间330天，共7920小时（5） 生产效率：一步缩合釜中乙醛转化率86.9%，二步缩合釜中乙醛转化率89.3%，两个反应釜中主反应的选择性为99.2%。2.1.2 催化剂的配方 （1） 催化剂的原料配比：见表2-1表2-1 催化剂的原料配比（单位：g）乙酸乙酯乙醇铝氯化铝氯化汞碘总计1402852微量微量175（2） 催化剂与原料的质量比该反应中将催化剂和纯原料的质量比控制在1:8。2.1.3 操作条件（1）操作压力：全流程的操作为常压操作（2）操作温度：一步反应缩合釜和二

40、步反应缩合釜的操作温度都为10。 单效蒸发器的操作温度为90。 脱乙醛塔塔顶温度和塔底温度为：26.2和77.2。 脱乙醇塔塔顶温度和塔底温度为：76.3和78.2。 脱重组分塔塔顶温度和塔底温度为：83和110。2.1.4 原料和产品的控制指标表2-2 原料和产品的控制指标项目优等品指标乙酸乙酯乙醛纯度/%99.799.7水分/%0.30.03乙醇含量0.1在乙醛进料前进行干燥，干燥后的乙醛纯度为99.9%。2.1.5 物料平衡关系图 Ao1 一步反应混合物料 乙醛进料一步缩合反应釜二步缩合反应釜（A0） （A1）破坏液 乙醛回收乙醇B1二步反应混合物料单效蒸发器 脱乙醛塔脱乙醇塔（A2）（

41、A3）(A4)B2脱重组分塔产品(A5)(A6) 乙缩醛图2-1 物料衡算关系式2.2 一步缩合反应釜的物料衡算本设计为连续操作，单位以kg/h为基准。 纯净的乙酸乙酯在脱重组分出口量应为： W=33765.15kg/h 则需要的乙醛进料（纯度为99.9%）：m=37802.95kg/h 因反应过程中有损失，所以将乙醛的进料量定位39000kg/h 则 m中含有：乙醛m1=390000.999=38961kg/h水 m10=390000.001=39kg/h 催化剂的用量为m2=390008=4875kg/h 则催化剂原料中含：乙酸乙酯：4875=3900kg/h乙醇：4875=780kg/h

42、铝：4875=139.29kg/h氯化铝：4875=55.71kg/h乙醇和铝在催化剂作用下生成乙醇铝： 2AL+ 6CH3CH2OH 2AL(CH3CH2O)3+3H2 53.96 276.36 324.32 132.290.98699.12kg/h820.44kg/h=136.50kg/h物料中需要加入600kg/h的乙醇来保护催化剂乙醇铝，以防止其水解失效。 则一步缩合反应釜中含有：乙酸乙酯：3900kg/h铝：139.29（1-0.98）=2.79kg/h乙醇铝：820.44kg/h其它轻组分：55.71+2.79=58.50kg/h反应器中主反应方程式： 催化剂 2C2H4OC4H8

43、O288.1288.12389610.869 0.992=33586.25kg/h33586.25kg/h副反应方程式：C2H4O + 2C2H6O C6H14O2 +H2O44.06 92.14 118.17 18.02389610.869（1-0.992）=270.86kg/h 566.43kg/h 726.45kg/h 110.78kg/h 因此在A1流股中含有：乙酸乙酯：389610.869 0.992+3900=37486.25kg/h乙醛：38961-33586.25-270.86=5103.89kg/h乙醇：680.88-566.43=114.45kg/h乙缩醛：726.45kg/h水：39+110.78=149.78kg/h乙醇铝：820.44kg/h其它微量杂质：58.50kg/h则一步缩合釜的物料衡算表可看表2-3。2.3 二步缩合反应釜的物料衡算主反应方程式： 2C2H4O C4H8O288.1288.12 5103.890.893 0.992 =4521.31kg/h4521.31kg/h副反应方程式：C2H4O + 2C2H6O C6H14O2 +H2O44.06 92.14 118.17 18.025103.890.893（1-0.992）=36.46kg/h76.26kg/h97.79kg/h 14.92kg/h 表2