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1、年产4万吨醋酸乙烯生产车间工艺设计应用化学专业毕业论文ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 本 科 毕 业 设 计 年产4万吨醋酸乙烯生产车间工艺设计 Process Engineering of Vinyl Acetate Process Workshop in the Scale of 40000 Tons per Year 系名称： 化学与环境工程学院 专 业 班 级： 08级应用化学专业 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 职 称： 年 月 毕业设计原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计，是我个人在指导教师的指导下进行的研
2、究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明 本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计的规定，即：按照学校要求提交毕业设计的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分
3、或全部内容。 作者签名： 日 期： 目 录 中文摘要、关键词 . I 英文摘要、关键词 . II 引 言 . 1 第1章 绪论 . 2 1.1 醋酸乙烯的理化性质 . 2 1.2 醋酸乙烯的主要用途 . 2 1.3 醋酸乙烯的生产现状与发展趋势 . 3 1.3.1 醋酸乙烯的国内生产现状及市场前景 . 3 1.3.2 醋酸乙烯的国外生产现状及市场前景 . 5 1.4 课题要求及意义 . 6 1.4.1 课题的要求 . 6 1.4.2 课题的意义 . 6 第2章 醋酸乙烯的生产技术及研究 . 7 2.1 醋酸乙烯的生产工艺方法 . 7 2.1.1 乙炔液相法 . 7 2.1.2 乙炔气相法 .
4、7 2.1.3 乙烯液相法 . 8 2.1.4 乙烯气相法 . 8 2.1.5 其它方法 . 8 2.2 醋酸乙烯的生产工艺选择 . 9 2.2.1 乙炔气相法和乙烯气相法的比较 . 9 2.2.2 乙炔气相法Wacker流程和Borden流程的比较 . 102.3 醋酸乙烯的生产工艺流程 . 10 2.3.1 主反应方程式 . 11 2.3.2 主要的副反应方程式 . 11 2.3.3 醋酸乙烯合成反应原理 . 11 2.3.4 生产工艺流程示意图 . 12 第3章 醋酸乙烯的物料衡算 . 14 3.1 主要的反应方程式 . 14 3.2 基础数据 . 14 3.2.1 装置的工艺数据 .
5、14 3.2.2 小时生产能力 . 14 3.2.3计算基础 . 14 3.2.4 原料规格 . 15 3.3各工序的物料衡算 . 15 3.3.1 乙炔工序 . 15 3.3.2 反应工序 . 16 3.3.3、分离工序 . 18 3.3.4、精馏工序 . 18 3.4醋酸乙烯生产过程物料衡算汇总 . 19 第4章 醋酸乙烯的热量衡算 . 21 4.1 基础数据 . 21 4.2 反应系统的热量衡算 . 22 4.3 分离系统的热量衡算 . 26 4.4 精馏系统的热量衡算 . 27 4.4.1 精馏一塔热量衡算 . 27 4.4.2 精馏二塔热量 . 28 4.4.3 精馏三塔的热量衡算
6、. 29 4.5 总热量衡算汇总 . 30 第5章 主要设备的工艺设计和选型 . 31 5.1 固定床反应器 . 315.2 醋酸乙烯精馏塔 . 34 第6章 车间布置设计 . 37 6.1 概述 . 37 6.2 车间布置的基本原则和要求 . 37 6.2.1 厂房建筑 . 37 6.2.2 生产操作 . 38 6.2.3 设备装修 . 38 6.2.4 安全要求 . 38 6.2.5 车间辅助用室及生活用室的配置 . 39 6.2.6 设备之间及设备与建筑物之间的一般安全距离 . 39 结 论 . 40 致 谢 . 41 参考文献 . 42 年产4万吨醋酸乙烯的生产车间工艺设计 摘 要：中
7、国是一个煤炭资源丰富的国家，发展煤炭事业，生产新的化工原料，有极大的潜力和优势。醋酸乙烯作为一种新型的有机化工原料，广泛应用于有机合成、维尼纶、粘结剂、涂料工业等。寻找合理的生产方法是当务之急。醋酸乙烯作为中间体，随着聚乙烯醇非纤维领域应用的拓展，使得醋酸乙烯的需求不断增长，提高醋酸乙烯的产量和质量尤为重要。醋酸乙烯通过自身聚合或与其它单体共聚，可以生成聚乙烯醇、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液或共聚树酯、聚醋酸乙烯、醋酸乙烯-氯乙烯共聚物、聚乙烯醇缩甲醛醋酸等。 本文简要介绍了醋酸乙烯的理化性质、主要用途以及醋酸乙烯的生产现状和发展趋势。总结了合成醋酸乙烯的生产工艺方法，对比不同生产工艺路线及其优缺点
8、，同时提出了合成醋酸乙烯技术的选择原则，阐述了未来醋酸乙烯合成技术的发展趋势，以及合成醋酸乙烯的生产工艺流程。着重介绍了运用电石乙炔法合成醋酸乙烯的生产工艺流程及其合成反应原理。本设计主要以物料衡算和热量衡算进行工艺计算和主要设备选型以及工艺车间的布置。在此基础上绘制了工艺流程图和主要设备装配图。 关键词：醋酸乙烯，电石乙炔法，生产工艺流程，物料衡算，热量衡算，生产车间 I Process Engineering of Vinyl Acetate Process Workshop in Scale of 40000 Tons per Year Abstract: China is full o
9、f the coal resources.So it can develop the coal business,and produce new chemical materials.We have great potentiality and advantage.As a new type of chemical raw materials,vinyl acetate are widely used in organic synthesis,nylon,adhesives,paint industry etc.It is top priority to look for reasonable
10、 production method.Vinyl acetate are used as intermediates with the applied spread of poly vinyl alcohol on the non-fiber sphere .So it makes the rising demand about vinyl acetate ,and it is particularly important to improve the production and quality of vinyl acetate.Though polymerization own with
11、other monomer copolymerization,vinyl acetate can be generated poly vinyl alcohol,vinyl acetate-ethylene copolymer emulsion or copolymerization ester,poly vinyl acetate,vinyl acetate-choloethylene copolymer,poly vinyl alcohol shrink formaldehyde etc. Comparing the different production process route a
12、nd its advantages and disadvantages,Street vinyl acetate synthesis is also put forward the selection principle of technology,this paper expounds the future of vinyl acetate synthesis technology development trend,and expounds the vinyl acetate research,production,development situation,And the process
13、 of vinyl acetate synthesis in our country.This paper introduces the synthesis process of application of calcium carbide acetylene method to make vinyl acetate,and according to the different catalysts vinyl acetate synthesis this paper introduces them.Primarily With material and heat balance calcula
14、tion,this design process es calculation and selection of equipment and process workshop layout,On the basis of selection,it also paints the process of flowing diagram and the main equipment assembly drawing,besides,it puts forward the scheme of process improvement and measures.Of improving output. K
15、eywords :Vinyl acetate; Calcium carbide acetylene method; Production process;Material calculation;Heat calculation; production workshopII 引 言 醋酸乙烯是一种重要的有机化工原料，特别是醋酸乙烯通过自身聚合或与其它单体共聚，可以生成应用很广的衍生物。乙烯生产方法有乙炔法、乙烯法、乙醛醋酐加成法、以煤为原料的羰基合成法以及醋酸单一原料法等，醋酸乙烯工业的发展具有广阔前景，可以生成应用很广的衍生物，可用于涂料、浆料、粘合剂、维纶、薄膜、乙烯基共聚树脂、缩醛树脂等
16、化工产品，随着科学技术的进步，新的应用领域还在不断拓展。 醋酸乙烯是醋酸的下游产品，又是需求发展迅速的聚乙烯醇和EVA树脂等原料。目前国内醋酸乙烯产能虽然达到l08.3万ta，但仍不能满足总量需求，每年都有一定的进口。随着国内醋酸乙烯下游产品需求的增长，预计到XX年需求量将达到l68万t，到20l0年国内醋酸乙烯产能将达到l40万t，届时仍有28万t左右的市场缺口。因此，国内醋酸乙烯市场总体前景较好。 本文简要介绍了合成醋酸乙烯的生产工艺流程，着重介绍了运用电石乙炔法合成醋酸乙烯工艺流程，并且针对合成醋酸乙烯方法的不同进行了介绍，选出最佳方案。本设计主要主要以物料衡算和热量衡算进行工艺计算和设
17、备选型以及工艺车间的布置，在选型的基础上进行了设备的校核，绘制了工艺流程图，主要设备装配图，并进行了车间的布置。 1 第1章 绪论 1.1 醋酸乙烯的理化性质 醋酸乙烯(Vinyl acetate,简称VAc)，全称为醋酸乙烯酯，分子式C4H6O2,结构式是CH3COOH=CH2，分子量86.09。在常温下醋酸乙烯是一种无色透明液体，易挥发、稍有毒性、带有特殊的气味，对人的眼睛和皮肤有刺激作用。它的蒸汽为湿麻醉剂，能刺激皮肤及呼吸器官。醋酸乙烯能与水部分互溶，与甲醇、乙醇等形成共沸物，能与苯、水形成三元恒沸物1。 醋酸乙烯的熔点-92.3，沸点72. 20,相对密度0.9317，折射率1.39
18、53，闪点-1,爆炸极限2.613.4 (V%)，能溶于乙醇、乙醚、丙酮、氯仿、四氯化碳等有机溶剂，不溶于水2。 醋酸乙烯是不饱和的羧酸酯，由于分子内存在不饱和双键及羧基，化学性质活泼，能够发生聚合反应、加成反应、水解反应、乙烯基转移反应、氧化反应等化学反应2。 1.2 醋酸乙烯的主要用途 醋酸乙烯(VAc)单体(VAM)是醋酸及其衍生物行业中最主要的初级衍生物加工产品，也是有机合成化工(聚合物工艺学)中的主导型原料之一，有较高的生产制备及衍生加工的技术经济价值。作为醋酸的再加工物，醋酸乙烯的生产开发状况对醋酸行业的整体发展具有日益显著的影响作用。 醋酸乙烯(VAc)用于生产聚醋酸乙烯聚乙烯醇
19、乙烯-醋酸乙烯共聚物聚乙烯醇缩丁醛氯乙烯-醋酸乙烯共聚物等众多聚合物类产品。该类产品广泛应用于纺织化工建筑造纸卷烟家具包装装潢装饰化妆洗涤医药印刷电气橡胶皮革化纤电子精细化工粘接等众多领域。主要用做乳化剂粘结剂稳定剂整理剂深层材料化学浆料塑料材料薄膜制品防护涂层纤维材料等。在纤维领域，醋酸乙烯主要用于维尼纶合成和醋酸乙烯一丙烯腈类纤维。上述用途中以共聚物最有发展前景。 在醋酸乙烯应用市场中：聚醋酸乙烯占醋酸乙烯约48%，其应用包括水基涂料、胶粘2 3剂、丙烯酸纤维、纸张涂料和无纺粘合剂；聚乙烯醇(PVOH)用于包装薄膜和玻璃层压片，占醋酸乙烯需求量约35%；其余用于乙烯一醋酸乙烯共聚乳液(VA
20、E)或共聚树脂从日本可乐丽引进，采用电石乙炔法建成我国第一套醋酸乙烯生产装置以来，我国醋酸乙烯的生产稳步发展。XX年我国醋酸乙烯的生产能力达到123.8万t/a。南京塞拉尼斯一套30.0万t/a气相乙烯法醋酸乙烯生产装置建成投产，截止到XX年12月底，我国醋酸乙烯的生产厂家增加到15家，总生产能力达到158.3万t/a，产能仅次于美国，是世界上第二大醋酸乙烯生产国家。生产工艺有电石乙炔法、天然气乙炔法和乙烯法3种：采用电石乙炔法的生产厂家有11家，生产能力合计为84.5万t/a，约占全国总生产能力的53.38%；采用天然气已缺乏的生产厂家有1家，生产能力为21.0万t/a，约占全国总生产能力的
21、13.27%；采用乙烯法的生产厂家有3家，生产能力合计为52.8万t/a，占全国总生产能力的33.85%。其中南京塞拉尼斯公司是我国目前最大的醋酸乙烯生产厂家，生产能力为30.0万t/a，约占国内总生产能力的18.95%；其次是中石化四川维尼纶厂，生产能力为21.0万t/a，约占国内总生产能力的13.27%；再次是安徽皖维高新材料有限公司，生产能力为15.5万t/a，约占国内总生产能力的9.79%。XX年我国醋酸乙烯的主要生产厂家见表1.14。 3 表1.1 XX年我国醋酸乙烯主要生产厂产能和工艺(万t/a)5 Table 1.1 vinyl acetate the main factory
22、capacity and process of vinyl acetate in 2009 生产厂家 赛拉尼斯化工有限公司 中石化四川维尼纶厂 中石化上海石油化工公司 中石化北京东方石油化工公司 山西三维集团股份有限公司 安徽皖维高新材料有限公司 湖南省湘维有限公司 广西维尼纶集团有限责任公司 江西化纤化工有限责任公司 福建纺织纤维集团有限公司 贵州水晶有机化工集团有限公司 兰州维尼纶有限公司 石家庄化工化纤有限公司 云南云维股份有限公司 牡丹江东北化工有限公司 生产能力 30.0 21.0 11.8 11.0 13.5 15.5 8.0 7.0 10.0 6.0 5.0 5.0 2. 8.5
23、 3.0 生产工艺 气相乙烯法 天然气乙炔法 乙烯法 乙烯法 电石乙炔法 电石乙炔法 电石乙炔法 电石乙炔法 电石乙炔法 电石乙炔法 电石乙炔法 电石乙炔法 电石乙炔法 电石乙炔法 电石乙炔法 随着生产能力的不断扩大，我国醋酸乙烯的产量也不断增加。XX年我国醋酸乙烯的产量只有86.2万t，XX年为105.2万t，XX年增加到121.0万t，同比增长约11.73%，2003 XX年产量的年均增长率约为7.39%。XX年产量约为135.0万t，同比增长约11.57%。 (2) 醋酸乙烯的市场前景 我国醋酸乙烯主要用于生产聚乙烯醇，约占总消费量的75.0%。其次是用于生产聚醋酸乙烯和乙烯一醋酸乙烯共
24、聚物约占总消费量的21.0%，其它方面的用途占4.0%。随着经济的发展，我国醋酸乙烯的消费结构发生了较大的变化6。20世纪XX年代我国的醋酸乙烯主要用于生产聚乙烯醇。而近年来随着聚醋酸乙烯共聚物和乳液的发展，醋酸乙烯用于该领域的用量在不断增加，同时EVA产量大幅度增加，也扩展了醋酸乙烯的应用领域。预计到XX年，我国醋酸乙烯的总需求量将达到约210.0万t其中聚乙烯醇的需求量虽然仍占据主导地位，但所占比例将会有所减少，而聚醋酸乙烯、VAE共聚乳液和EVA将成为未4 来推动醋酸乙烯需求增长的主要动力，在消费结构中的比例将会越来越大。 今后几年，随着中石化四川维尼纶厂和云南云维集团等醋酸乙烯新建或扩
25、建项目的陆续实施，预计到XX年我国醋酸乙烯的总生产能力将超过2600万ta。而届时的年需求量只有约210.0万t，产能过剩，未来我国醋酸乙烯的市竞争压力将逐渐加大。 1.3.2 醋酸乙烯的国外生产现状及市场前景 (1) 醋酸乙烯的国外生产现状 近几年，世界醋酸乙烯的生产能力稳步增长。截止到XX年底，全世界醋酸乙烯的总生产能力已经达到约686.0万ta。同比增长约4.9%,生产装量主要集中在北美、西欧和亚太地区,其中北美地区的生产能力为206.3万ta，约占世界醋酸烯总生产能力的30.1%；西欧地区的生产能力为117.1万ta，约占总生产能力的17.1%；亚太地区的生产能力为341.4万ta，约
26、占总生产能力的49.8%；世界其他国家和地区的生产能力为21.2万ta。约占总生产能力的3.0%。美国、我国大陆和日本是世界上最主要的3个醋酸乙烯生产国家和地区，XX年生产能力分别达到158.5万ta154.6万ta和72.5万ta。分别约占世界醋酸乙烯总生产能力的23.1%、23.1%和10.6%。塞拉尼斯公司是目前世界上最大的醋酸乙烯生产厂家，生产能力为158.5万ta，约占世界醋酸乙烯总生产能力的23.1%；其次是中国台湾大连化工公司，生产能力为65.0万ta。约占世界总生产能力的9.5%；再次是中国石油化工集团公司，生产能力为43.8万ta，约占世界总生产能力的6.4%。 醋酸乙烯的国
27、外市场前景 XX年，全世界醋酸乙烯的总消费量约为515.0万t，消费主要集巾在北美、西欧和亚太地区，其中北美地区的消费量为117.5万t，约占世界总消费量的22.8%；西欧地区的消费量为89.5万t，约占总消费量的17.4%；中南美地区的消费量为13.0万t，约占总消费量的2.5%；中东地区的消费量为14.0万t，约占总消费量的2.7%；亚太地区的消费量为271.5万t，约占总消费量的52.7%；世界其他国家和地区的消费量为9.5万t，约占总消费量的1.8%。预计今后几年，世界醋酸乙烯的需求量将以年均约3.4%的速度增长，到XX年总需求量将达到约590.0万t。 世界醋酸乙烯主要用于生产聚醋酸
28、乙烯、聚乙烯醇以及乙烯一醋酸乙烯共聚物等。XX年世界醋酸乙烯的消费结构为：聚醋酸乙烯(包括聚合物和均聚物)的需求量约占总需求量的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5 6.0%。世界各主要国家和地区醋酸乙烯的消费结构各不相同，其中美国和西欧醋酸乙烯主要用于生产聚醋酸乙烯均聚物和PVOH，美国所占比例分别为51.0%、32.3%，西欧分别为58.7%和23.8%。而日本的醋酸乙烯则主要用于生产PVOH和EVA，分别占总消费量的72.4%和17.8%。 1.4 课题要求及意义 1.4.1 课题的要求 课题要求查阅与该课题所相关的一些资料，对醋酸乙烯的性质和用途、国内外的市场情况和发展趋势、目前主要的工业生产原理和路线，以及工业生产中的生产做一个充分的了解。然后根据所查到的资料和一些前沿科技知识以及自己所拥有的知识体系做根据，根据不同生产工艺路线及其优缺点，选择合成醋酸乙烯的合适方法。通过老师的指导，优选工艺，设计醋酸乙烯的生产工艺流程和生产车间配置。设计过程中要对该工艺进行物料衡算和热量衡算；进行主体设备的工艺设计和选型，并绘制主体设备图；
