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1、年产万吨聚醋酸乙烯酯生产工艺设计集团标准化工作小组Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN淤 淤 xxxx届学生淤毕业设计（论文）材料 淤（四）淤学生毕业设计（论文）课题名称 年产5万吨聚醋酸乙烯酯生产工艺设计姓名XXX学号1008103-14学 院化学与环境工程学院专业化学工程指导教师XXX讲师2014年06月02日XXXX大学本科毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计，是本人在指导老师的指导 下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文 中已经注明引用的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或 撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献
2、的个人和集体均已在文 中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本科毕业设计作者签名：二零一四年六月二目录年产5万吨聚醋酸乙烯酯生产工艺设计XXX(XXXX大学化学工程专业xxxx届学生)摘要：本文针对年产5万吨聚醋酸乙烯酯生产任务，进行整个生产流程的设 计。本设计采用乙炔气相法和乳液聚合法合成工艺。设计的主要内容有工艺设计 和非工艺设计两部分。工艺部分主要包括生产方法选择、工艺条件的确定、物料 衡算、热量衡算、设备尺寸的计算和选择。非工艺部分主要介绍了三废处理、岗 位定员、投资成本的估算等。关键词：聚醋酸乙烯酯；乳液聚合；工艺设计The Production Process
3、 Design of 50000 TonsPolyvinyl Acetate per YearX xx(xxxx year Student of Chemical Engineering Major, XXXX University) Abstract: In this paper, according to annual output of 50000 tons of polyvinyl acetate production task carried out the design of the entire production process. This design uses synth
4、esis process of the method of acetylene gas phase andemulsion polymerization. The main content of the design include two parts that is the technological design and the non-technological design. The technological design are partial mainly include the production method choice, the craft condition dete
5、rmination, Material balance, Heat balance, calculation and selection of equipment. The non-technological design partial mainly introduced the three wastes treatment, manning and investment cost estimation.Key words: Polyvinyl acetate; Emulsion polymerization; Process design1. 概述产品概述1.1.1聚醋酸乙烯酯的概述聚乙酸
6、乙烯酯树脂是固体，无色透明；易溶于甲醇、酮类、酯类、芳烃、 氯代烃，不溶于无水、高级醇、烷烃、水等。在阳光下稳定，在125C以下稳 定，150C颜色变深,225C分解，放出，生成棕色树脂状不溶物。在工业上聚乙 酸乙烯酯树脂主要以乳液形式使用，为白色乳状液，略有残余的乙酸乙烯酯气味， 其固体含量为30%60%，多数为50%，直径为10微米，粘度范围很广，pH为 46。它的优点有：粘合力强，稳定性好，抗老化性好，不污染，使用方便，价 格低廉等1。主要用作木材、纸、纤维、皮革等方面的胶粘剂（俗称乳胶、白 胶），其中以木材方面用得最多、最普遍；由于其稳定性好、容易施工和没有臭 味，大量用作内外墙涂料。
7、作为水泥添加剂，可用于室内地板、战舰甲板等；也 用于抹墙壁、防水、修补公路路面等方面。在织物加工方面主要用于硬挺加工、 印染、植绒粘合等。不宜用于聚乙烯、聚丙烯等制品的粘合。由于聚乙酸乙烯酯 的耐水、耐热、耐碱性等稍差，可用共聚法改性。其中，以与丙烯酸酯类共聚物产 量最大，用途最广。乙酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液适用范围广泛，性能优良，价格 低廉，许多工业国都已大量生产，增长很快。聚乙酸乙烯酯溶液或固体树脂,工 业上也有使用，用、悬浮聚合或制得，主要用作胶粘剂，聚乙烯醇和聚乙烯醇缩 醛的原料、口香糖基料等。1.1.2醋酸乙烯的概述乙酸乙烯酯为无色液体，具有甜的醚味；微溶于水，溶于醇、丙酮、苯、氯
8、仿。乙酸乙烯酯易燃，其蒸汽与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高热能引起 燃烧爆炸。与氧化剂能发生强烈反应。极易受热、光或微量的过氧化物作用而聚 合，含有抑制剂的商品与过氧化物接触也能猛烈聚合。其蒸汽比空气重，能在较 低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃。醋酸乙烯是一种重要的有机化工中间体，主要原料为工业冰醋酸和电石，是 世界产量最大的50种化工原料之一。广泛应用于纤维、粘接剂、涂料、乳化剂、 纺织品上浆及整理剂、制鞋、薄膜、安全玻璃、水溶性膜、土壤改良剂等方面； 还用于建筑、机械、汽车、造纸、包装、纺织、印染、卷烟、家具、印刷等行 业。主要用于生产聚乙烯醇树脂和合成纤维。其单体能共聚可生产
9、多种用途粘合 剂；还能与氯乙烯、丙烯腊、丁烯酸、丙烯酸、乙烯单体能共聚接枝、嵌段等制 成不同性能的高分子合成材料。随着科学技术的进步，新的应用领域还在不断拓 展。国内外聚醋酸乙烯酯生产现状与分析1.2.1国外聚醋酸乙烯酯生产现状与分析在20世纪30年代，国外就开始聚醋酸乙烯酯的工业化生产，但产量一直较 小。20世纪70年代以后，由于聚醋酸乙烯酯下游产品的大量开发与应用，聚醋酸 乙烯酯生产能力与产量快速增加。20世纪80年代，国外年产量约为5万吨/年，生产厂主要集中在欧美及日本等 工业发达的国家和地区，主要生产厂有：美国虎克电化学公司、Heyden化学公 司、孟山都化学公司；德国赫司特公司、拜耳
10、公司；日本的庵原化学工业公司、 扶桑化学公司、保士谷化学公司等。20世纪90年代以后，由于环保压力的不断增加，西方发达国家和地区对有机 氯产品的发展持谨慎态度，转而向发展中国家寻求许多下游产品，因此聚醋酸乙 烯酯的生产能力没有继续扩大，反而有所降低，导致全球聚醋酸乙烯酯供求日趋 紧张。特别是中国近年来聚醋酸乙烯酯需求呈快速增加之势31.2.2国内聚醋酸乙烯酯生产现状分析聚醋酸乙烯酯（PVAc）乳液是目前使用量最大，使用历史最悠久的合成乳 液。早在1909年和1927年，Hofman和Dismore先后发表了有关PVAc乳液聚合的专 利。1930年由IG公司实现工业化。在此之后，提出采用聚乙烯醇
11、（PVA）作保护 胶体进行PVAc乳液聚合的方法，从而大大拓宽了 PVAc乳液的应用领域，并迅速发 展。将PVAc乳液作为胶粘剂使用是美国在1945年为弥补动物胶的不足而发展起来 的，主要应用于木制品加工方面。在我国，PVAc乳液也是先作为动物胶的代用品 用于木器家具制造。1995年全球胶粘剂总消费量为728万吨，其中水基胶消费量 为万吨，PVAc乳液约为250万吨，占水基胶的%左右。目前，国际上出现了一批年 产数万吨的PVAc乳液生产商，如美国的联合碳化物、空气物产、国民淀粉、古德 里奇等公司，西德的赫斯特公司，英国的乙烯基产品公司，法国的罗纳普朗克公 司，意大利的埃尼和蒙埃公司，日本的大日
12、本油墨和中央理化公司等。我国自20世纪50年代末期开始PVAc乳液聚合的研究工作。在1961年，天津市 化工研究所实验厂（现有机化工实验厂前身）建成PVAc乳液的生产装置。到了20 世纪70年代，随着我国十几个大维纶厂的相继建成投产，合成PVAc乳液的原料有 了保证，市场迅速拓宽，至1980年PVAc乳液生产厂家发展到20个以上，总产量近 1万吨。到了 1986年，我国PVAc乳液的总产量大约为4万吨。进入20世纪90年代， 我国PVAc乳液的生产有了突飞猛进的发展，1993年产量达到约11万吨，1996年高 达万吨，1999年更是突破了万吨。我国PVAc乳液的工业生产水平与国外相比还比较落后
13、。主要表现在以下几个 方面：首先是我国PVAc乳液的工业生产规模较小，万吨级厂家较少，除了北京有 机化工厂（万t/a），上海石油化工股份有限公司（万t/a），贵州有机化工厂 （万t/a）之外，其余大多数是小企业；其次是我国PVAc乳液产品品种较少，绝 大多数是通用型乳液；再则由于缺乏技术力量和手段，造成了我国PVAc乳液产品 质量较差，应用范围较窄和较低水平重复的局面。近年来我国一些企业通过合资 手段，引进国外先进PVAc乳液生产工艺和设备；同时，一些高校和科研院所在乳 液聚合及PVAc乳液聚合的聚合机理、成核机理以及技术开发方面做了很多研究工 作4国内外醋酸乙烯酯的生产技术及研究情况1.3.
14、1醋酸乙烯的生产工艺概述（1）乙炔液相法Shawinigan公司在的研究基础上发展起来的最早生产方法，液相法选择性 低、副产品多，现在该法已被淘汰。乙炔液相法工艺的反应过程大致如下：在搅 拌槽型反应器或鼓泡塔型反应器内加入一定量的醋酸，在常压、30-70C条件连 续送入乙炔，乙炔以鼓泡形式通过反应液层。反应所使用的催化剂为硫酸汞或磷 酸汞，浓度控制在%左右。随着醋酸乙烯生产规模的扩大，乙炔液相法逐渐被乙 炔气相法取代。（2）电石乙炔气相法的Wacker技术1928年，德国Wacher公司首先实现了电石乙炔气相法的工业化生产，并采用 固定床反应工艺。1956年，日本可乐丽公司成功开发出流化床催化
15、工艺之后，乙 炔气相法的生产技术日臻完善。催化剂随着操作时间而老化，反应温度也由此而 逐步升高，故每3个月需要更换一次催化剂。以醋酸计的单程转化率为80%，以 乙炔和醋酸计的醋酸乙烯选择性分别为97%与95%。(3) 天然气乙炔气相法的Borden技术以天然气乙炔为原料的醋酸乙烯Borden技术是20世纪60年代出美国Borden公 司和Blawkeox公司合作开发成功的。该技术以天然气部分氧化制取乙炔，并用副 产的合成气生产醋酸，然后二者合成醋酸乙烯Borden技术在天然气资源丰富的 国家和地区很有竞争力。另外，Borden技术的反应产物分离方法不同于Wacker技术的低温冷却法，丽是采 用
16、以醋酸为吸收剂回收反应产物的流程，由此提高了乙炔的净化和回收率，并使 装置的操作费用化生产技术(Bayer技术与USI技术)非常相似。但是，BP公司开发 的Leap技术，采用流化床反应器，改善了反应过程的传热，从而提高了醋酸乙烯 的产率，单台反应器生产能力与传统的乙烯气相法相比提高了一倍。催化剂寿命 也延长一倍以上。此外，由于采用流化床反应器，可以减少或除去反应器所需的 大量冷却管/盘管，也便于采用较小的反应器，还可以除去固定床工艺所需的液 体蒸馏塔及气体预热交换器等，使装置投资减少30%。因此Leap技术是目前世界 上最先进的乙烯器相法的醋酸乙烯工业化生产技术。另外2001年Celanese
17、公司开 发了新的固定床VAntage工艺，该工艺虽然也采用固定床技术，但由于在催化剂 方面作了重要改进，VAC收率明显高于同类装置。Celanese公司采用该工艺对新 加坡的190 kt/a装置进行改造后，在不增加投资的情况下生产能力增加了 22%。(4) Halcon法20世纪80年代，美国的Halcon公司开发了以煤为原料制取VAc工艺，工艺过 程大致如下：首先以煤为原料制合成气，合成气羰基合成甲醇，甲醇与合成气羰 基合成醋酸，醋酸与甲醇酯化得到醋酸甲酯。醋酸甲酯通过羰基化反应生成亚乙 基二乙酸酯(EDA)，再经热裂解生成VAc和醋酸。该法不用乙烯和醋酸作原料，实 现了以煤为单一原料生产V
18、AC。醋酸甲酯氢甲酰化反应最为关键，所使用的均相 催化剂系统由RhCl3-B-皮考啉-CH3I构成。反应温度180C，压力5. 1Mpa，醋酸 甲酯单程转化率44%，亚乙基二醋酸酯选择性88. 5%。亚乙基二醋酸酯分解生 成醋酸乙烯的反应在液相中进行，采用苯磺酸作催化剂，乙基二醋酸酯转化率 70%，醋酸乙烯选择性87%。Halcon法生产成本较高，故至今尚未实现工业化生产。但是为今后Cl化学、 醋酸、VAc及下游产品构成一体化的联合装置发展提供了很好的参考(5) 乙烯液相法该工艺的反应机理和使用的催化剂大体上和乙烯氧生产乙醛的过程相同，也 使用氯化钯-氯化铜催化剂，钯含量控制在-0.03gL，
19、催化剂溶液中还添加一定量 的碱金属醋酸盐。乙醛氧化制成醋酸可为本工艺提供原料，这是乙烯液相法的特 点之一。但该工艺的主要设备及连接管道都存在严重的腐蚀问题，装置只能运转 2-3年，若解决腐蚀问题则在经济上不合算，目前该法已被淘汰。(6) 乙烯气相法乙烯气相法工艺是使乙烯、氧气和醋酸蒸汽在钯(Pd)、金(Au)或铂(Pt) /SiO2 (或A12O3)贵金属负载形催化剂的作用下，在100200C、条件下 发生气相氧化而合成醋酸乙烯，反应方程式如下：CH COOH + CH =CH + 1/2O CH COOHCH=CH + HO3222322乙烯气相法醋酸乙烯生产分为合成和回收精制两部分，工业上
20、有两种十分相 似但拥有各自专利权的工艺，Bayer法和USI法，除USI公司外，世界上应用USIX 艺的装置不多，目前工业上大部分采用Bayer法。(7) 哈尔康法及其他合成法哈尔康法以煤为原料制合成气即一氧化碳和氢气，合成气羰基合成甲醇，甲 醇与合成气羰基合成醋酸，醋酸与甲醇酯化得到醋酸甲酯,醋酸甲酯通过羰基化 反应生成亚乙基二乙酸酯(EDA)，再经热裂解生成VAc和醋酸。该法不用乙烯和醋 酸作原料，实现了以煤为单一原料生产VAc。哈尔康法技术上可行，但目前经济 上尚缺乏竞争力。2000年，Eastman开发出二条合成气生产VAc但不必回收醋酸的新路线。第一 条路线是由醋酸经过中间产物乙烯酮
21、制取醋酸乙烯，先是乙烯酮氢化得到乙醛， 然后乙醛与乙烯酮反应生成醋酸乙烯。第二条路线是由乙醚羰基化合成醋酐，然 后醋酐与乙醛在反应精馏塔中反应生成醋酸乙烯和醋酸，副产物醋酸被还原为反 应精馏中所需的乙醛。该工艺的投资成本比与醋酸进行一体化生产的乙烯气相法 工艺高约15%，生产成本高出7%，目前尚没有该工艺工业化的报道。目前还有二醋酸乙二醇酯热解法、醋酐还原脱水法、甲醇法等生产工艺，技 术上如同哈尔康法可行，但未运用于实际生产，主要是因经济成本较乙烯气相法 高。1.3.2聚醋酸乙烯的生产工艺概述(1) 乳液聚合醋酸乙烯的乳液聚合是目前用得最广泛、产量也很高的方法。聚醋酸乙烯酯 乳液成本低廉，应用
22、广泛，但它耐水性、耐热性差，在湿热条件下其胶接强度会有 很大程度的下降，其成膜的抗蠕变性能差，在长时间静载荷作用下,胶层会产生滑 动，同时它的耐湿性、耐寒性及耐机械稳定性也较差。为了有效改善聚醋酸乙烯 酯乳液的应用性能,主要的改性方法有共聚改性、共混改性和外加交联剂5(2) 溶液聚合单体和引发剂溶于适当溶剂中的聚合称作溶液聚合，溶液聚合是高分子工业 中常用的一种聚合方法，醋酸乙烯的溶液聚合主要用来生产聚乙烯醇及其衍生 物。(3) 本体聚合本体聚合就是在不加其他介质的情况下，把醋酸乙烯与引发剂共同加热，进行 反应。如果要求产物的纯度比较高，产品用于生产透明制品时则采用本体聚合。(4) 分散聚合分
23、散聚合是合成聚合物颗粒大小介于典型的悬浮聚合(50微米1毫米)与 乳液聚合(微米)之间的一种聚合方法，颗粒大小大致为10微米。分散聚合 的溶液稳定性好，一般情况下不产生沉淀，其性质有点像胶乳。(5) 悬浮聚合悬浮聚合是指单体在机械搅拌或振荡和分散剂的作用下，单体分散成液滴， 通常悬浮于水中进行的聚合过程，故又称珠状聚合。特点是：反应器内有大量 水，物料粘度低，容易传热和控制；聚合后只需经过简单的分离、洗涤、干燥 等工序，即得树脂产品，可直接用于成型加工；产品较纯净、均匀。缺点是反应 器生产能力和产品纯度不及本体聚合法，而且，不能采用连续法进行生产。本人见解综上所述，目前工业生产醋酸乙烯主要采用
24、的技术是乙炔气相法和乙烯气相 法，乙烯比乙炔相对价廉，因此世界上乙烯法占主要地位。但是在电石或者天然 气资源丰富而价格相对低廉的地区，乙炔气相法还有一定的竞争力。1.4.1乙炔气相法和乙烯气相法的比较乙烯法流程较短，而乙炔法流程较长，工艺过程较为复杂。与乙烯法相比， 电石乙炔法最大的缺点是存在环保问题和能耗问题，因此该法在欧美国家已经逐 渐被淘汰。近几年随着原油价格的节节攀升，特别是电石乙炔法在“三废”的综 合利用方面取得了突破性的进展，乙炔法重新获得了生机。乙炔气相法也很大优 势，其工艺特点有：（a）由于是连续反应，长期稳定的运行便于工艺控制自动 化；（b）催化剂由廉价的锌制得；（c）逐步副
25、反应受控制，EDA等副产物量少；（d） 醋酸乙烯选择性大幅度提高，单体质量好。在我国，虽然石油乙烯工业高速发 展，但我国天然气和电石资源丰富，我国境内乙炔气相法仍被广泛采用，这具有 三大优势：（a）相比较于原料乙烯而言，电石法乙炔合成醋酸乙烯的原料来源 稳定，不受全球油价的影响，相对便于进行远距离运输，成本低廉。（b）醋酸 乙烯进口价比国内出厂价略低，再加上运输和销售成本，两者价格基本相当，但 如果考虑乙烯价格持续走高，以及原料乙烯现货供应非常紧缺的影响，在市场需 求旺盛、销售通畅的情况下，国内乙炔法还是有竞争优势的。（c）乙炔气相法 已在国内应用了数十年，技术成熟。综上所述可知在石油严重依赖
26、进口的我国发展乙炔法合成醋酸乙烯仍将有重 要的意义。我国乙炔法合成VAC原料来源稳定，工艺成熟可靠，生产成本经济， 在原材料供应环境、产品售价、国内催化剂效能等方面，存在和国内外乙烯法市 场抗衡优势。因此，这次设计采用乙炔气相法工艺路线。1.4.2乙炔气相法Wacker流程和Borden流程的比较Wacker流程是以电石乙炔为原料的典型工艺，该法以脱硫、脱磷化氢的电石 乙炔与醋酸为原料，催化剂采用醋酸锌一活性炭体系，并添加次碳酸铋为助催化 剂，反应温度为170200摄氏度，压力为常压。Borden流程是以天然气乙炔为原 料，以醋酸为吸收剂回收反应产物，代替了低温冷却分离产物的方法，提高了乙 炔
27、净化和回收效率，操作费用比当时一般的乙炔法降低30%左右。Borden流程投 资大，技术难度大。Wacker流程技术简单，在相同规模下投资比Borden流程要少 得多，但Wacker流程能耗较高、污染较大，生产成本较高。我国主要采用的是 Wacker流程技术，技术成熟，可行性高，尤其现在国内许多以电石乙炔为原料的 产家在Wacker流程中融合了 Borden流程的先进之处，醋酸乙烯的产量提高很多 7因此，这次设计采用电石乙炔气相法技术，即Wacker流程。1.4.3乳液聚合法和其他聚合法的比较因采取乳液聚合法生产聚醋酸乙烯酯乳胶，有：乳液聚合体系粘度低、易散 热；具有高的聚合反应速率和高的聚合
28、物分子量；乳液聚合以水作介质，成本低廉, 生产安全，环境污染问题小;所得聚合物乳液可直接使用等特点。所以本设计采用 乳液聚合法。生产所需原料电石，水，醋酸，聚乙烯醇，过硫酸钾，邻苯二甲酸二丁酯（DBP），烷基酚聚 氧乙烯醚（OP-10）。2. 聚醋酸乙烯酯生产工艺聚醋酸乙烯酯生产的反应原理2.1.1醋酸乙烯合成反应原理乙炔是具有三键的不饱和烃化合物，化学性质相当活泼，能与带有活泼氢的 化合物进行加成反应，使乙炔中的三键变为结构较为稳定的各种乙烯基（双键） 或烷基衍生物。醋酸是一种具有活泼氢的化合物，醋酸乙烯的生产就是利用乙炔 与带有活泼氢的醋酸进行乙烯基反应这一原理进行的，其反应为：C2H2
29、+ CH COOH CH COOCHCH2从热力学的角度分析，此反应在常温下就可以进行完全，但反应速度极其缓 慢，必须有触媒的存在，并在一定温度下进行反应才有工业意义。本设计采用醋酸锌-活性炭作触媒，在170-220C于常压下进行合成反应。其 反应机理为：1、乙炔分子吸附在触媒的表面上形成络合物：2、这一络合物迅速进行分子重排，生成新的中间化合物：3、醋酸乙烯合成反应就是按以上三步进行的，反应(1)最慢。根据化学平衡原 理，在生产中用提高乙炔对醋酸克分子比(简称克分子比)的方法，增加乙炔的 浓度以加快合成反应速度，从而得到较高的空时收率。在合成反应中，尚有许多副反应。副反应的多少与原料成份、触
30、媒性能以 及反应条件等因素有关。一般来说，反应温度愈高副反应愈多，常见的主要副反 应如下：(1) 乙醛的生成：CH CH (OCOCH ) (CH CO) O + CH CHO33 2323(2) 丁烯醛的生成：2CH CHO H O + CH CH = CHCHOCH CHO + C2 H 2 CH CH = CHCHO(3) 丙酮的生成：2CH COOH CH COCH3 + H O + COZn(OCOCH3)2 CH COCH3 + ZnO + CO2CH COOH + C H CH CH (OCOCH )32233 2(4) 醋酐的生成：2CH COOH (CH CO)2O + H
31、OCH CH (OCOCH ) CH CHO + (CH CO) O33 2332Zn(OCOCH3)2 ZnO + (CH CO)2O(5) 乙炔聚合物的生成：以上副反应的产生不仅浪费了原料，而且影响产品质量。因此，必须严格 控制原料质量，选择适宜的工艺条件，以保证产品质量，降低消耗。2.1.2醋酸乙烯聚合反应原理聚醋酸乙烯酯是由醋酸乙烯醋经自由基聚合而成的高分子化合物.其聚合反 应如下：本研究采用乳液聚合的方法。乳液聚合是在用水或其它液体作介质的乳液 中，按胶束机理或低聚物机理生成彼此孤立的乳胶粒，在其中进行自由基加成聚合 或离子加成聚合来生产高聚物的一种聚合方法。在充分混合的间歇反应器中
32、进行 的乳液聚合过程可分为4个阶段:分散阶段、乳胶粒生成阶段、乳胶粒生长阶段 和聚合反应完成阶段6聚醋酸乙烯酯生产工艺流程简述2.2.1醋酸乙烯酯生产工艺流程简述电石经电磁振动加料器连续加入乙炔发生器，电石与水发生化学反应生成的 乙炔从发生器顶部逸出进入乙炔净化装置中净化，再进入反应器中与醋酸蒸汽反 应合成醋酸乙烯，反应器出料混合物转移至分离工段进行初步分离再进入精馏工 段中进行精馏，制得纯度的醋酸乙烯目的生成物。2.2.2醋酸乙烯酯生产工艺流程简图电石灰渣精馏组分图醋酸乙烯酯生产工艺流程简图2.2.3聚醋酸乙烯酯生产工艺流程简述(1) 把软水经过软水计量槽(W101)计量后放入聚乙烯醇溶解釜
33、(V101)。(2) 把规定量的聚乙烯醇由入孔投入聚乙烯醇溶解釜(V101)内。(3) 向聚乙烯醇溶解釜(V101)的夹套中送入水蒸汽，升温至80摄氏度，搅拌4- 6小时，配制成聚乙烯醇溶液。(4) 把醋酸乙烯酯投入单体计量槽(W102 )内，把邻苯二甲酸二丁酯投入增塑剂 计量槽(W103)内，并把预先配制的规定量的过硫酸钾溶液和碳酸氢钠溶液分别投 入引发剂计量槽(W105)和PH调节剂计量槽(W104)。(5) 把聚乙烯醇溶液由聚乙烯醇溶解釜(V101)通过过滤器(V102)用隔膜泵(P101)输送到聚合釜(R101)中，并由入孔加入规定量的OP-10，并开动搅拌使 其溶解。(6) 向聚合釜
34、(R101)中由单体计量槽(W102)加入单体醋酸乙烯酯，并通过引发 剂计量槽(W104)加入过硫酸钾溶液，在搅拌下乳化30min。(7) 向聚合釜(R101)夹套内通水蒸汽，将釜中物料升温至60摄氏度，向聚合釜 (R101)加入单体和引发剂，聚合反应开始，并通过回流冷凝器(H101)和聚合釜 (R101)夹套通入冷却水进行换热，控制温度，稳定在60摄氏度进行反应，反应 时间10h。(8)反应完全后，向聚合釜(R101)夹套通入冷却水冷却至50摄氏度，再加APH 调节剂和增塑剂，搅拌均匀。出料，通过过滤器过滤(V103 )后，进入乳液储罐 (T104)。图聚醋酸乙烯酯生产工艺流程简图3. 聚醋
35、酸乙烯酯工艺计算物料衡算基本数据按各个反应的选择性来说，床式反应器内主要发生这三个主要反应。合成乙炔：CaC2 +2 H O C2H2 f + Ca(OH)2(1)主反应：C2H2 + CH COOH CH COOCHCH2( 2 )副反应：CH COOCHCH2 + H O CH CHO + CH COOH( 3 )副反应：2CH CHO CH CHCHCHO + H O(4) 聚醋酸乙烯酯的生产规模为：5万t/a；设醋酸乙烯酯过滤损失率为3%，则1、生产时间：年工作日300d，每天24h，总共7200h。2、醋酸乙烯酯的生产规模为：50000/ (1-3%)=a。3、醋酸乙烯酯为一级产品：
36、N%。4、乙炔和醋酸的摩尔比为。5、电石的纯度为80%,其中杂质为CaO占20%。6、醋酸为一等品：N%,水分W%,甲酸W%,乙醛W%,蒸发残渣W%。7、乙炔的单程转换率为16%,醋酸的单程转换率为40%，醋酸乙烯酯的选择性和 总收率按醋酸计均为97%,丁烯醛的选择性按乙醛计为30%。8、乙醛和丁烯醛的总收率按100%计算。9、除副反应(3)、(4 )外，反应器内其他副反应生产的副产物的质量分数为6醋酸乙烯酯的小时生产能力为：弓醋酸乙烯=7200h = 7159.22kg/h纯醋酸乙烯酯的量为：X% = 7123.43kg/h3.1.2乙炔工序物料衡算M._醋酸CaC2 +2H O C2H2
37、f + Ca(OH)2(1)由HAc产率：n =勺醋酸乙烯次m醋酸:烯=40%X97%X97%得:q醋酸q 醋酸=13271.35kg/hq =。醋99.8%的醋酸，QQ2=13297.95kg/h.998由乙炔与醋酸的摩尔比为有:因乙炔的单程转化率为16%,醋酸所带入的杂质量为：q杂质=q99 8%的醋酸x(1-99.8%)=26.60kg /h，乙炔m&炔=,可得q醋酸 M醋酸q 乙快=14377.30kg/h故参与主反应的乙炔流量为:=q乙快 X16%=2300.37kg/hM.q炔x16% x m电石 纯度为80%的电石用量为：q电石=80%一乙炔=7078.06kg/h除电石中的杂质
38、CaO会与水反应外，精制乙炔时，乙炔会从NaClO溶液带走 水蒸汽，含量约为q水蒸汽=47.78kg/ho总水量：q = q X16%x 水2 + q X20%X- + q =3687.92 kg/h 水 乙快M电石M水蒸汽乙炔CaOMM电石灰渣量：q、= q X16%X+ q X20%X=8417.84 kg/h乙炔CaO表乙炔工序物料衡算汇总表进料出料物料名称流量质量分数物料名称流量质量分数(kg/h)(kg/h)电石乙炔水电石灰渣水蒸汽合计合计3.1.3反应工序物料衡算因醋酸乙烯的选择性按醋酸计为97%,故3%的用于发生副反应。CH COOCHCH2 + H O CH CHO + CH
39、COOH（3）因为醋酸的单程转化率为40%，故乙醛的生成量为：q = （qX40%X 醋酸乙烯 X3%）X 乙醛 X100%=116.79kg/h乙醛醋酸M醋酸吃昔酸乙烯反应工序所需水量为：q = （q X40%X 醋酸乙烯 X3%）X水=47.78 kg/h水1醋酸M醋酸醋酸乙烯反应工序所生成的醋酸流量为：q = （q X40%X 醋酸乙烯 X3%）X 醋酸 =159.26 kg/h醋酸 醋酸醋酸M醋酸乙烯M醋酸乙烯的剩余量为：q醋酸X40%X97%X 醋酸乙烯=7380.64 kg/h醋酸2 CH CHO CH CHCHCHO + H O(4)因丁烯醛的选择性按乙醛计为30%，故丁烯醛的流
40、量为:q = q X30%X M丁烯醛 X100% = 27.87 kg/h丁烯醛 乙醛M x2乙醛的剩余量为：q乙醛=q乙醛X70%=81.75 kg/h反应(4)所生产的水量为：q = q X30%X M水 =7.17kg/h水2乙醛M乙醛x2分离塔进口气体中的CO乏等其他副产物是由乙炔和醋酸的其他副反应生成的， 其流量为：q副产物=(q乙炔+j的醋酸+勺水蒸汽 )X%=74-78 kg/h由乙炔和醋酸的摩尔比为可知，其他副产物所消耗的乙炔量和醋酸量分别为：38.89 kg/h 和 35.89 kg/h，则，乙炔剩余量为：q乙快=q乙快X(1 16%) = 12038.04 kg/h醋酸剩
41、余量为：q醋酸=q醋酸X(1 40%) + q醋酸=8086.18 kg/h副产物及其他杂质的总量为：q其他=q副产物+q杂质= 101.38kg/h表反应工序物料衡算汇总表进料出料物料名称流量质量分数物料名称流量 质量分数(kg/h)(kg/h)%的醋酸醋酸乙烯水水乙炔乙醛循环乙炔乙炔丁烯醛醋酸其他合计合计3.1.4分离工序物料衡算出料口气体中乙炔占%,空气占，则有效气体的流量为：qq有效气体=q,盾、快=95乙炔% X一%）=12076.93kg/hq其他1 = q轮+ q其他（%循环乙炔q乙地）=69.66kg/h表分离工序物料衡算汇总表进料出料物料名称流量(kg/h)质量分数物料名称流
42、量(kg/h)质量分数醋酸醋酸乙炔循环乙炔醋酸乙烯醋酸乙烯乙醛乙醛丁烯醛丁烯醛其他其他水合计合计3.1.5精馏工序物料衡算在粗馏装置中，乙醛、丙醛、醋酸甲酯等作为初馏分分离，液体馏分在后续 醋酸乙烯精馏装置、醋酸精馏装置及丁烯醛蒸馏塔和残余物蒸馏塔中就行分离。 进料流量q进料=q循环乙炔=15619.50kg/h因醋酸乙烯的收率为97%,故从醋酸乙烯提纯精馏塔塔顶馏出的醋酸乙烯（纯度为%）流量为：q= q醋酸乙烯97%=7159.22kg/h99.5 %醋酸乙烯99.5%醋酸从醋酸蒸馏塔塔顶馏出流量为：0循环醋酸=8102.38kg/h精馏重组分从各精馏塔塔底馏出，总流量为：q重组分q进料%9
43、.5%醋酸乙烯0循环醋酸=274.87kg/h表精馏工序物料衡算汇总表进料出料物料名称流量质量分数物料名称流量质量分数(kg/h)(kg/h)醋酸乙烯醋酸乙烯醋酸循环醋酸乙醛乙醛丁烯醛丁烯醛其他其他合计合计表醋酸乙烯生产过程物料衡算汇总表进料出料物料名称流量（kg/h） 物料名称 流量（kg/h）电石电石灰渣水醋酸乙烯乙醛醋酸丁烯醛其他合计合计3.1.6聚合工序物料衡算（1）画出物料平衡关系示意图图为聚醋酸乙烯酯乳液聚合间歇操作物料平衡关系示意图。 对于物料数量和组分没有发生变化的设备可不做物料衡算，所以在物料平衡关系 图中，没画出T101，P101等设备。图.聚醋酸乙烯酯乳液聚合间歇操作物料
44、平衡关系示意图M1-软水；M2-聚乙烯醇；M3-聚乙烯醇溶液；M4-过滤后的聚乙烯醇溶液M5-单体 醋酸乙烯酯；M6-增塑剂DBP； M7-PH调节剂碳酸氢钠；M8-引发剂过硫酸钾；M9- 乳化剂OP-10； M10-聚合物；M11-过滤后的聚合物；M12-实际还需加的水（2）明确物料发生的化学变化，写出主、副反应方程式 在V101，V103中，只是物料的混合和过滤，没有发生相变化和化学反 应 在聚合釜R101中，引发剂引发单体发生自由基聚合其反应方程式如下：（3）收集数据资料 生产规模。设计任务书中规定的年产量（生产能力）：50000t/a 生产时间。年工作日：300d/a间歇操作，共两套装
45、置，每套装置聚合釜R101每天2批，其它原料配制每 天1批。 相关技术指标表技术指标表项目内容技术指标项目内容技术指标过滤器过滤损失率3% （质量）过硫酸钾溶液浓度20% （质量）碳酸氢钠溶液浓度8% （质量）聚乙烯醇溶液浓度25%引发剂效率f质量标准。原料均视为纯净物。生产配料表表生产配料表组分名称重量（份）单体醋酸乙烯酯150稳定剂聚乙烯醇乳化剂OP-10引发剂过硫酸钾pH调节剂碳酸氢钠介质蒸馏水100增塑剂邻苯二甲酸二丁酯（DBP）11（4）选择计算基准和计算单位因为是间歇操作过程，所以基准为“批”，单位为Bd-1。聚合釜R101的操 作周期是2Bd-i,而其他原料配制的操作周期是1Bd
46、-i。但引发剂向R101进料 周期仍与聚合釜的操作周期相同，所以在物料衡算时，物料M8的数量仍以2 Bd-1计算。在做设备工艺计算时，引发剂计量槽W105的体积大小应按1Bd-i 计算。（5）确定计算顺序由于产物与原料之间的化学计量关系比较简单，且整个工艺过程比较简单， 容易得到产量与单体原料投料之间的比例关系，所以采用顺流程的计算顺序。（6）计算主要原料（醋酸乙烯酯）投料数量用顺流程的计算顺序进行物料衡算必须先求出主要原料（醋酸乙烯酯）每套 装置每批投料量。每套装置年产量为25000t，年开H 300d，每天生产两批，过 滤器过滤损失率为3%。每批生产聚合物的数量=25000 X103 =429
