关于醋酸乙烯生产车间工艺设计的毕业论文.docx

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关于醋酸乙烯生产车间工艺设计的毕业论文

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年产4万吨醋酸乙烯的生产车间工艺设计

摘要：

中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（PVA）、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液（VAE）或共聚树酯（EVA）、聚醋酸乙烯（PVAc）、醋酸乙烯-氯乙烯共聚物（EVC）、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，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

ProcessEngineeringofVinylAcetateProcessWorkshopinScaleof40000TonsperYear

Abstract:

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

引言

醋酸乙烯（VAc）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t∕a，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2010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。

第1章绪论

1.1醋酸乙烯的理化性质

醋酸乙烯（Vinylacetate,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1.3953，闪点-1℃,爆炸极限2.6～13.4（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[3]，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﹑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（VAE）或共聚树脂（EVA）、氯乙烯一醋酸乙烯共聚物（EVC）、乙烯一乙烯醇（EVOH）绝缘树脂和聚乙烯醇缩丁醛（PVB）。

1.3醋酸乙烯的生产现状与发展趋势

1.3.1醋酸乙烯的国内生产现状及市场前景

（1）醋酸乙烯的生产现状

自1963年北京东方石油化工股份有限公司（原北京有机化工厂）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（后改为乙烯气相法），我国醋酸乙烯的生产稳步发展。

2007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2009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%。

2009年我国醋酸乙烯的主要生产厂家见表1.1[4]。

表1.12009年我国醋酸乙烯主要生产厂产能和工艺（万t/a）[5]

Table1.1vinylacetatethemainfactorycapacityandprocessofvinylacetatein2009

生产厂家

生产能力

生产工艺

赛拉尼斯（南京）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

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

3.0

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。

2003年我国醋酸乙烯的产量只有86.2万t，2006年为105.2万t，2008年增加到121.0万t，同比增长约11.73%，2003~2008年产量的年均增长率约为7.39%。

2009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90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2015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建项目的陆续实施，预计到2015年我国醋酸乙烯的总生产能力将超过260．0万t∕a。

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2009年底，全世界醋酸乙烯的总生产能力已经达到约686.0万t∕a。

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t∕a，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t∕a，约占总生产能力的17.1%；亚太地区的生产能力为341.4万t∕a，约占总生产能力的49.8%；世界其他国家和地区的生产能力为21.2万t∕a。

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，2009年生产能力分别达到158.5万t∕a﹑154.6万t∕a和72.5万t∕a。

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t∕a，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t∕a。

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t∕a，约占世界总生产能力的6.4%。

（2）醋酸乙烯的国外市场前景

2008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2012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乙烯、聚乙烯醇以及乙烯一醋酸乙烯共聚物等。

2008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；进行车间布置设计。

从而对该物质的特性和工业设计有一个更加全面和深入的了解。

1.4.2课题的意义

醋酸乙烯是一种重要的有机化工原料，是世界上产量最大的50种有机化工原料之一。

通过自身聚合或与其它单体共聚，可以生成多种衍生物。

这些衍生物的用途十分广泛，可用于纸张或织物的上胶剂、粘接剂、涂料、墨水、皮革加工、一纤维加工、乳化剂、水溶性膜、土壤改良剂等方面。

随着科学技术的进步，新的应用领域还在不断拓展。

酷酸乙烯生产经过几十年的发展，目前全球有40多套醋酸乙烯装置。

亚洲是世界最大的醋酸乙烯生产地区和消费地区。

近年来，我国醋酸乙烯生产有较大幅度增长。

但随着对其应用领域的不断开拓以及国家经济发展速度的加快，尤其是建筑、造纸、印刷、汽车、卷烟、食品等行业的快速发展，使醋酸乙烯的需求量逐年上升，市场供需矛盾同渐突出。

根据查阅的有关醋酸乙烯生产情况及进出口情况，我们知道国内产量不能满足需求，市场对进口的依存度逐年上升。

因此，发展醋酸乙烯工业具有广阔的市场前景，这次设计非常具有可行性。

第2章醋酸乙烯的生产技术及研究

2.1醋酸乙烯的生产工艺方法

醋酸乙烯生产技术是从乙炔法发展起来的，并逐步向乙烯法过渡。

目前全世界正在使用的技术有以烯法和乙炔法两种，其中乙烯法的产能约占全部醋酸乙烯产能的72%以上。

2.1.1乙炔液相法

1912年，FKlatte在一篇德国专利中第一次提到了醋酸乙烯的存在。

他在用汞盐为催化剂，乙炔和醋酸液相合成二醋酸乙叉酯时，在副产物中发现了含量为5%的VAc醋酸乙烯。

这个反应后来发展成为醋酸乙烯最早的生产方法——乙炔液相法[7]。

该法以硫酸汞为催化剂，在30～75℃的条件下，将过量的乙炔通入醋酸溶液中，生成的醋酸乙烯由未反应的乙炔带出，副产的二醋酸乙叉酯可进一步裂解醋酸乙烯。

德国曾用该法建立起一套600t∕a的生产装置。

该法因催化剂选择性低、副产品多、设备腐蚀严重，目前已被完全淘汰。

2.1.2乙炔气相法

1921年，德国ConsortiumfurElectrochemischeIndustrie公司开发出了乙炔、醋酸气相合成醋酸乙烯的方法——乙炔气相法[7]。

该方法主要以Wacker和Borden流程为代表。

（1）Wacker法工艺

1928年，德国Wacker化学公司采用固定床列管式反应器建立了第一套乙炔气相法醋酸乙烯工业装置。

该法是电石乙炔法的典型工艺。

1965年，日本可乐丽公司首先使用了流化床反应器，随后美国DuPont公司、日本合成化学公司也相继采用。

到20世纪60年代后期，固定床工艺大多转换为流化床工艺。

（2）Borden法工艺

Borden法工艺是20世纪60年代初美国Borden公司和Blawknox公司合作开发成功的。

该法以天然气部分氧化制取乙炔，用副产的合成气制取醋酸，然后两者合成制取醋酸乙烯。

该法的主要工艺过程和设备Wacker法相似。

当时这种新的生产方法在天然气丰富的国家和地区得到了广泛的应用。

2.1.3乙烯液相法

1960年，前苏联MoHeeeB等发表研究报告[7]，声称用氯化钯和乙酸钠在冰醋酸溶液中，通人乙烯加压密封静置过夜可制得醋酸乙烯。

随后英国ICI、德国Hoechst等公司先后投入研究并各自取得了专利，其中以ICI法为代表性。

英国ICI公司、日本德山公司等用该法先后建立了工业装置。

由于该法所用的催化剂体系中含有氯离子，对设备有强烈的腐蚀性，装置只能运转2～3a。

1969年，ICI关闭了该法的生产装置，其它公司也相继停产或停建。

目前该法已被淘汰。

2.1.4乙烯气相法

（1）Bayer法和USI法

自乙烯直接氧化合成醋酸乙烯方法问世后，Bayer[7]、Hoeehst及USI等公司先后开展了相关的工业研究。

1968年第一套乙烯气相Bayer法装置在日本投产，1972年乙烯气相USI法装置也开车成功。

由Bayer和Hoechst公司联合开发的Bayer法，单台反应器的生产能力在50kt∕a以上。

目前世界上绝大部分新建装置都采用该工艺。

USI法是美国NationalDistillers的子公司USI开发的，整个流程分为合成和精制两部分，基本上与Bayer法相似。

（2）BPAmoco公司的Leap工艺

1998年BPAmoco公司开发出了流化床乙烯气相法Leap工艺，并于2001年在英国Hull地区采用该工艺建设了一套250kt∕a的生产装置。

该装置的投资费用比同等规模采用传统工艺建设的装置降低约30%。

（3）Celanese公司的Vantage工艺

2001年Celanese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，醋酸乙烯收率明显高于同类装置。

Celanese公司采用该工艺对新加坡的190kt∕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%。

2.1.5其它方法

（1）乙醛醋酐加成法

Celanese公司上个世纪50年代曾开发出了乙醛和醋酐加成制二醋酸乙叉酯，再裂解制醋酸乙烯的工艺，该工艺[7]以FeCl3为催化剂，流程较长，副产物较多，分离提纯过程较为复杂。

Celanese公司1953年采用该技术建成了年产22.7kt∕a的生产装置，1970年因缺乏竞争力而关闭。

此法成为了以一氧化碳为起始原料合成醋酸乙烯的工业基础。

（2）以煤为原料的羰基合成法

20世纪80年代，美国的Halon公司开发了以煤为原料制取醋酸乙烯工艺，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），再经热裂解生成醋酸乙烯和醋酸。

该法不用乙烯和醋酸作原料，实现了以煤为单一原料生产醋酸乙烯。

（3）醋酸单一原料法

EastmanChemicalCompany开发了一种以单一醋酸为原料的3步法液相生产醋酸乙烯技术。

第①步醋酸裂解为乙烯酮；第②步乙烯酮加氢为乙醛；第③步乙醛与额外的乙烯酮缩合成醋酸乙烯。

该法使用醋酸酐为溶剂，质子酸为催化剂，反应温度为85～200℃，反应压力为0.5～2MPa。

该技术克服了以煤为原料工艺存在的缺陷，避免了醋酸在工艺过程中的大量循环。

其主要缺点是每1mol醋酸乙烯须2mol乙烯酮为原料，而乙烯酮装置的投资费用较高。

该法在经济上不如乙烯法工艺。

2.2醋酸乙烯的生产工艺选择

综上所述，目前工业生