年产10万吨甲醇低压羰基化合成醋酸精制工段工艺设计Word格式.docx

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摘要

醋酸是一种重要的基本有机化工原料产品，在各行各业中有广泛的应用。

本设计介绍了醋酸的一些物理性质、化学性质，用途，现状和发展状况并且对比了各种合成方法，还对工艺流程进行了简述。

本设计采用甲醇为原料，铑为催化剂，低压羰基化流程工艺。

本工艺简单，原料来源广泛，污染少，安全可靠，转化率和选择率高，产品质量高。

本工艺的设计重点是合成工序和精馏工序的物料衡算、热量衡算、主要设备计算和选型。

同时绘制了工艺流程图和主要设备装置图。

并且对于工艺进行车间布置和三废处理。

关键词:

甲醇低压羰基化物料衡算热量衡算

Withanannualoutputof100000tonsoflow-pressuremethanolcarbonylationaceticacidrefiningprocessdesign

Abstract

Aceticacidisanimportantbasicorganicchemicalrawmaterialproducts,havebeenwidelyappliedinallwalksoflife.Thisdesignintroducessomephysicalproperties,chemicalproperties,applicationstatusanddevelopmentofaceticacid,andcomparisonofvarioussyntheticmethods,butalsoontheprocessaredescribed.

Thisdesignusesmethanolasrawmaterials,rhodiumcatalyst,low-pressurecarbonylationprocess.Thissimpleprocess,widematerialsource,lesspollution,safeandreliable,highconversionandselectivity,highproductquality.Thedesignkeyofthisprocessisamaterialbalancesynthesisprocessanddistillationprocesscalculation,heatbalancecalculation,calculationandselectionofmainequipment.Atthesametime,renderingtheprocessflowdiagramandmainequipmentinstallationdiagram.Andworkshoplayoutandwastetreatmentforprocess.

Keywords:

Methanol；

Low-pressurecarbonylation；

materialbalance；

heatbalance

1前言

醋酸作为一种重要的基本有机化工原料。

氯乙酸、醋酸乙烯单体、聚乙烯醇、对苯二甲酸、醋酸酯、醋酸纤维及金属醋酸盐等主要的原料是醋酸。

电影胶片所需要的醋酸纤维素和木材用胶粘剂中的聚乙酸乙烯酯和很多合成纤维常用醋酸作为原料而制的。

随着科学发展，醋酸在科学领域中是一种重要有机化工产品。

在农药、医药、染料、粘合剂、有机溶剂等很多方面有着广泛用途。

1.1世界醋酸生产概况

人类最初通过酒精发酵及木材干馏而获得醋酸。

在1911年德国建成了全球首套乙醛法醋酸装置。

1952年Celanese公司在美国开发了更高级的低碳烷烃氧化生产醋酸的方法。

60年代乙烯—乙醛—醋酸工艺获得快速发展，Hoechst-Wacker公司开发了乙烯直接氧化制乙醛的工艺。

1960年德国BASF公司相继开发了甲醇高压羰基合成醋酸技术，但是这种技术操作压力高和副产物多，再加上产品精制复杂等原因而没有得到推广。

1968年，这是醋酸工业一次划时代飞跃的一年，因为美国公司Monsanto成功研发了甲醇低压羰基合成醋酸的工艺，并成功于1970年每年13.5万吨的工业化生产装置在Texas建成。

1983年Holcon/Eastman公司成功开发了醋酸醋酐联产技术并且建成了每年22.5万吨醋酐生产装置。

1997年日本成功开发了乙烯直接氧化制醋酸的工艺并且建成了每年10万吨的装置。

目前，世界上乙烯直接氧化法，乙醛氧化法，甲醇低压羰基合成法装置能力分别占总生产能力的15％、25％和60％。

世界上最大的五大醋酸生产商分别是BP公司，Milleni-um公司，Celanese公司，Acetex公司和Daicel公司。

它们拥有的生产能力大概占总生产能力的80％，并且有增加的趋势。

1998年全球生产能力能达到758.8万吨，其主要分布在北美39.2％、亚洲30.1％、西欧21.0％、东欧6.3％、南美洲及其他地区为3.3％。

2002年能扩大到890万吨，新增的装置能力主要集中Celanese公司、BP公司以及东南亚地区。

世界上最大的生产醋酸大国是美国，1998年生产能力能达到每年250万吨。

四大醋酸生产厂是Sterling，Millennium，Eastman和Celanese公司。

其中世界上最大的生产装置是Celanese公司在Texas州的Clearlake装置。

生产方法是甲醇羰基化法，经过两年的扩产，生产能力已达每年100万吨。

1998年西欧地区生产能力已超过每年150万吨。

并且BP公司是该地区最大的生产厂商，该公司在1998年底在Hull地区装置能力能达到每年67.5万吨。

2000年整个西欧地区装置能力大概在每年172万吨。

1998年日本的生产能力能达到每年70万吨。

日本三大著名醋酸生产厂商是昭和电工，协同醋酸，大赛格。

乙烯直接氧化法制醋酸的装置是1997年昭和电工投产的每年10万吨，也是全世界唯一的一家。

1.2国内生产状况

1953年，乙醇—乙醛—醋酸工业生产装置首次在上海建成。

后来乙醇为原料的中型醋酸装置相继建成。

1958年，电石—乙炔—乙醛生产装置在吉化公司建成。

70年代到80年代末，一些企业利用乙烯为原料生产乙醛的技术，四套乙烯—乙醛—醋酸装置被自行设计而成，在我国当时缓解醋酸需求起了很大的作用。

1996年，是我国醋酸工业进入一个发展的新时期的一年，我国引进Monsanto/BP技术建成了第一套甲醇低压羰基化制醋酸装置。

1997年我国利用自主研发的甲醇羰基化技术建成了每年生产十万吨的醋酸装置。

1998年，每年生产18万吨羰基合成醋酸装置在四川建成并投产使用。

目前醋酸生产装置超过90多套，实际生产能力大概有每年生产1200万吨。

其中甲醇低压羰基化装置有3套，实际生产能力大概有每年有35万吨。

乙烯—乙醛—醋酸装置有四套实际生产能力大概有44.5万吨每年。

还有一部分是乙醇—乙醛—醋酸装置。

1998年比1997年增长11.7﹪。

1.3醋酸的用途

醋酸作为一种重要的有机化工原料，它可以衍生出几百种下游产品，比如醋酐，对苯二甲酸，醋酸纤维，聚乙烯醇，醋酸酯以及金属醋酸盐。

醋酸常用于基本有机合成、农药、医药、食品、印染、造漆等行业。

所以醋酸工业的发展与国民经济息息相关。

最初工业上合成乙酸的原料是粮食，然后是木材、煤炭、矿石、天然气。

石油和煤炭是现在工业工艺主要采用的原料。

1.4醋酸的物理性质

表1.1醋酸的物理性质

熔点

16.6℃

相对密度

1.0492

沸点117.9℃爆炸极限

上限4.0v％

下限17.0v％

折射率（20℃）

1.3718

溶解度

能溶水，乙醇等

闪点

39℃

蒸汽压（20℃）

1.50kpa

比热容（20℃）

2.01kJ/（kg·

℃）

粘度（20℃）

1.22cp

蒸发潜热kJ/kg

60℃880

表面张力（20℃）

29.58

80℃812

0.0994

醋酸又叫乙酸，是一种有机物又是典型的脂肪酸。

分子式：

C2H4O2（常简写为HAc）或CH3COOH。

相对分子质量为60.06，纯的醋酸具有强烈的刺激气味和强腐蚀性，并为无色水状液体。

吃用醋的主要成分是醋酸，故得名醋酸。

大部分高纯度醋酸在低于16度时可以凝结成片状晶体，所以也被称为冰醋酸。

另外醋酸蒸汽易着火，并且能够和空气在一定条件下形成爆炸性混合物。

强的吸湿性也是冰醋酸的一个性质，水的含量每增加0.1

%凝固点就降低0.15％左右。

根据这性质，可以有以下物理性质。

1.5醋酸的化学性质

根据有关资料显示，醋酸属于典型的脂肪族一元羧酸并具有一元酸的所有典型化学性质。

羧基和烷基是醋酸分子结构所具有的。

CH3COOH+ROH→CH3COOR+H2O

这是酯化反应并且生成等分子的水。

在反应过程中生成的水会减慢反应的速度。

为了减少对反应速度的影响通常在反应过程中加入过量的醋酸。

另外采用共沸蒸馏法，既能除去水，也能达到加快反应速度和加大反应进程的目的。

实际操作中，为了更好地控制反应速度，通常采用电导率法测定反应系统中的水浓度。

在实际工业生产中，酯化反应的催化剂一般使用无机酸和有机酸，比如磷酸，高氯酸和硫酸等。

在特定条件下非酸性的盐类、金属和金属氧化物也可以作为反应得催化剂，比如丝光沸石、Y分子筛等。

在生产工业中正丁醇与乙酸的酯化反应用到的催化剂一般是氯化钴。

1.5.1与不饱和烃的酯化反应

醋酸酯大多是仲醇或者叔醇类，生成醋酸酯一般是由醋酸和烯烃反应生成。

醋酸和丙烯反应生成异丙酯；

和异丁烯反应生成醋酸叔丁酯。

但反应中催化剂不一样，产物也不一样，如加入铂等贵金属催化剂，以上反应产物会变成不饱和酯。

1.5.2醇醛缩合反应

在有催化剂的存在下，醋酸和甲醛能发生缩合反应生成丙烯酸。

（一般使用负载氢氧化钾的硅胶为催化剂）

H3COOH+HCHO→CH2=CH-COOH+H2O

该缩合反应的单程转化率在50％—60％之间和收率可达到80％—100％.但是这种工艺路线的能耗比较多，所以没有进一步工业化应用。

1.5.3与金属氧化物或碳酸盐反应

醋酸是一种弱酸并具有酸性物质的一般化学性质，能与金属氧化物、碳酸盐反应生成醋酸盐。

其反应速度大于大部分有机酸，但小于硫酸、盐酸这种强酸。

醋酸的水溶液对于许多金属是有腐蚀性的。

1.5.4分解反应

醋酸燃烧后生成二氧化碳和水。

在高温下，浓硫酸可使醋酸脱水炭化生成二氧化碳和少量二氧化硫。

在227℃、低压和PC催化剂存在条件下，醋酸可以分解得到乙烯酮、甲烷、二氧化碳等产物。

干燥的醋酸经蒸馏就能生成醋酸酐，一般条件下沸腾7小时就能达到平衡，如果加入酸性催化剂，则平衡就缩小为20分钟。

生产醋酸酐的工业方法之一是醋酸经乙酸酮合成醋酸酐。

在一定条件下，醋酸分子脱去—COOH,放出去CO2，所以成为脱羧反应。

1.5.5酸碱性

醋酸是一价弱酸，常温下醋酸在水中的解离常数是pKa=4.76。

常用于水中的极弱的碱的定量分析。

醋酸盐就是醋酸与