化工设计专业课程设计.docx

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化工设计专业课程设计

南京工业大学

《化工设计》专业课程设计

设计题目乙醛缩合法制乙酸乙酯

091017

学生姓名胡曦班级、学号化工

指导教师姓名任晓乾

日16月年月课程设计时间2012年512日-2012

课程设计成绩

70%

设计说明书、计算书及设计图纸质量，独立工作能力、综合能力及设计过程表现，30%

设计最终成绩（五级分制）

指导教师签字．

一、设计任务3

概述4二、

2.1乙酸乙酯性质及用途4

2.2乙酸乙酯发展状况4

三.乙酸乙酯的生产方案及流程5

3.1酯化法5

3.2乙醇脱氢歧化法7

3.3乙醛缩合法7

3.4乙烯、乙酸直接加成法9

3.5各生产方法比较9

3.5确定工艺方案及流程9

四．工艺说明10

4.1.工艺原理及特点10

4.2主要工艺操作条件错误!

未定义书签。

4.3工艺流程说明10

4.4工艺流程图（PFD）错误!

未定义书签。

4.5物流数据表10

4.6物料平衡错误!

未定义书签。

4.6.1工艺总物料平衡10

4.6.2公共物料平衡图错误!

未定义书签。

五.消耗量19

5.1原料消耗量19

5.2催化剂化学品消耗量19

5.3公共物料及能量消耗21

六.工艺设备19

6.1工艺设备说明19

6.2工艺设备表19

6.3主要仪表数据表19

6.4工艺设备数据表19

6.5精馏塔Ⅱ的设计19

6.6最小回流比的估算21

6.7逐板计算23

6.8逐板计算的结果及讨论23

七.热量衡算24

24

热力学数据收集1.7．

7.2热量计算，水汽消耗，热交换面积26

7.3校正热量计算、水汽消耗、热交换面积（对塔Ⅱ）29

八．管道规格表24

8.1装置中危险物料性质及特殊储运要求24

8.2主要卫生、安全、环保说明26

8.3安全泄放系统说明24

8.4三废排放说明26

九．卫生安全及环保说明24

9.1装置中危险物料性质及特殊储运要求24

9.2主要卫生、安全、环保说明26

9.3安全泄放系统说明24

9.4三废排放说明26

表10校正后的热量计算汇总表34

十有关专业文件目录34

乙酸乙酯车间工艺设计

一、设计任务

1.设计任务：

乙酸乙酯车间

2.产品名称：

乙酸乙酯

3.产品规格：

纯度99.5%

4.年生产能力：

折算为100%乙酸乙酯10000吨/年

5.产品用途：

作为制造乙酰胺、乙酰醋酸酯、甲基庚烯酮、其他有机化合物、合成香料、合作为溶剂广泛应用于各种工业中；成药物等的原料；用于乙醇脱水、醋酸浓缩、萃取有机酸；

食品工业中作为芳香剂等。

由于本设计为假定设计，因此有关设计任务书中的其他项目如：

进行设计的依据、厂区或厂址、主要技术经济指标、原料的供应、技术规格以及燃料种类、水电汽的主要来源，与其他工业企业的关系、建厂期限、设计单位、设计进度及设计阶段的规定等均从略。

二、概述

1．乙酸乙酯性质及用途

乙酸乙酯又名乙酸乙酯，醋酸醚，英文名称EthylAcetate或AceticEtherVinegar

naphtha.乙酸乙酯是具有水果及果酒芳香的无色透明液体，其沸点为77℃，熔点为-83.6℃，3,溶于乙醇、氯仿、乙醚和苯等有机溶剂。

密度为0.901g/cm

乙酸乙酯的重要用途是工业溶剂，它是许多树脂的高效溶剂，广泛应用于油墨、入造革、胶粘剂的生产中，也是清漆的组份。

它还用于乙基纤维素、入造革、油毡、着色纸、入造珍珠的粘合剂、医用药品、有机酸的提取剂以及菠萝、香蕉、草莓等水果香料和威士忌、奶油等香料。

此外，还用于木材纸浆加工等产业部门。

对于用很多天然有机物的加工，例如樟脑、脂肪、抗生素、某些树脂等，常使用乙酸乙酯和乙醚配制成共萃取剂，它还可用作纺织工业和金属清洗剂。

2.乙酸乙酯发展状况

（1）国内发展状况

为了改进硫酸法的缺点，国内陆续开展了新型催化剂的研究，如酸性阳离子交换树脂﹑全氟磺酸树脂﹑HZSM-5等各种分子筛﹑铌酸﹑ZrO2-SO42－等各种超强酸，但均未用于工业生产。

国内还开展了乙醇一步法制取乙酸乙酯的新工艺研究，其中有清华大学开发的乙醇脱氢歧化酯化法，化学工业部西南化工研究院开发的乙醇脱氢法和中国科学院长春应用化学研究所的乙醇氧化酯化法。

．

中国科学研究院长春应用化学研究所对乙醇氧化酯化反应催化剂进行了研究，认为采用SbO-MoO复合催化剂可提高活性和选择性。

化学工业部西南化工研究院等联合开发的乙324醇脱氢一步合成乙酸乙酯的新工艺，已通过单管试验连续运行1000小时，取得了满意的结果。

现正在进行工业开发工作。

近来关于磷改性HZSM-5沸石分子筛上乙酸和乙醇酯化反应的研究表明，用HZSM-5及磷改性HZSM-5作为乙酸和乙醇酯化反应的催化剂，乙醇转化率变化不大，但酯化反应选择性明显提高。

使用HPMoO?

19HO代替乙醇-乙酸酯化反应中的硫酸催化剂，可获得的产率为23401291.48%,但是关于催化剂的剂量、反应时间和乙醇／乙酸的质量比对产品产量的研究还在进行之中。

（2）国外发展状况

由于使用硫酸作为酯化反应的催化剂存在硫酸腐蚀性强、副反应多等缺点，近年各国均在致力于固体酸酯化催化剂的研究和开发，但这些催化剂由于价格较贵、活性下降快等原因，至今工业应用不多。

据报道，美DavyVekee公司和UCC公司联合开发的乙醇脱氢制乙酸乙酯新工艺已工业化。

据报道，国外开发了一种使用Pd/silicoturgstic双效催化剂使用乙烯和氧气一步生成乙酸乙酯的新工艺。

低于180℃和在25％的乙烯转化率的条件下，乙酸乙酯的选择性为46％。

催化剂中的Pd为氧化中心silicoturgstic酸提供酸性中心。

随着科技的不断进步，更多的乙酸乙酯的生产方法不断被开发，我国应不断吸收借鉴国外的先进技术，从根本上改变我国乙酸乙酯的生产状况。

三.乙酸乙酯的生产方案及流程

1、酯化法

酯化工艺是在硫酸催化剂存在下,醋酸与乙醇发生酯化脱水反应生成乙酸乙酯的工艺,1其工艺流程见图

醋酸、过量乙醇与少量的硫酸混合后经预热进入酯化反应塔。

酯化反应塔塔顶的反应混合物一部分回流，一部分在80℃左右进入分离塔。

进入分离塔的反应混合物中一般含有约70%的乙醇、20%的酯和10%的水（醋酸完全消耗掉）。

塔顶蒸出含有83%乙酸乙酯、9%乙醇和8%水分的塔顶三元恒沸物,送入比例混合器,与等体积的水混合,混合后在倾析器倾析,分成含少量乙醇和酯的较重的水层,返回分离塔的下部,经分离塔分离,酯重新以三元恒沸物的形式分出,而蓄集的含水乙醇则送回醋化反应塔的下部,经气化后再参与酯化反应。

含约93%的乙酸乙酯、5%水和2%乙醇的倾析器上层混合物进入干燥塔,将乙酸乙酯分离出来,所得产品质量见表1

表一工业品级乙酸乙酯的质量指标

项目指标

≧乙酸乙酯含量，%99.5

≦%乙醇含量，0.20

≦水分，%

0.05

≦（酸度以醋酸计），0.005%

）

（色度铂钴-<10

尤其是美国和西欧被广泛采传统的酯化法乙酸乙酯生产工艺技术成熟,,在世界范围内一般采用一种反应物过量的,为增加转化率%,67转化率通常只有约,由于酯化反应可逆用。

．

办法,通常是乙醇过量,并在反应过程中不断分离出生成的水。

根据生产需要,既可采取间歇式生产,也可采取连续式生产。

该法也存在腐蚀严重、副反应多、副产物处理困难等缺点。

近年来开发的固体酸酯化催化剂虽然解决了腐蚀问题,但由于价格太高,催化活性下降快等缺点,在工业上仍无法大规模应用。

2.乙醇脱氢歧化法

该法不用乙酸，直接用乙醇氧化一步合成乙酸乙酯，其催化剂主要是Pd/C和架Ni，Cu-Co-Zn-Al混合氧化物及Mo-Sb二元氧化物等催化剂，这些体系对乙醇的氧化有一定的活性，但其催化性还有待进一步改进。

95%乙醇从储槽出来，经泵加压至0.3～0.4MPa，进入原料预热器，与反应产物热交换被加热至130℃，部分气化，再进入乙醇汽化器，用水蒸气或导热油加热至160℃～170℃，达到完全气化，然后进入原料过热器，与反应产物换热，被加热至230℃，再进入脱硫加热器，用导热油加热到反应温度240～270℃，然后进入脱氢反应器，脱氢反应为吸热反应，要用导热油加热以维持恒温反应。

从脱氢反应器出来的物料进入原料过热器，被冷却至180℃，再进入加氢反应器将酮和醛加氢为醇，以便后续分离。

然后进入原料预热器，被冷却至60℃，再进入产物冷凝器，被水冷却至30℃，从冷凝器出来的液体，进入反应产物储罐，然后进入分离工段，氢气则从上部进入水洗器，以回收氢气中带走的易挥发物料，然后放空或到氧气用户。

该工艺的特点是产品收率高，对设备腐蚀性小，产品成本较酯化法低，不产含酸废水，有利于大规模生产，若副产的氢气能有效合理的利用，该工艺是比较经济的方法。

3、乙醛缩合法

由乙醛生产乙酸乙酯包括催化剂制备、反应、分离和精馏4大部分,工艺流程见图3。

在氯化铝和少量的氯化锌存在下将铝粉加入盛有乙醇和乙酸乙酯混合物的溶液中溶解得到乙．

氧基铝溶液。

催化剂制备装置与主体装置分开,制备反应过程产生的含氢废气经冷回收冷凝物后排放,制备得到的催化剂溶液搅拌均匀后备用。

乙醛和催化剂溶液连续进入反应塔,控制反应物的比例,使进料在混合时就有约98%的乙醛转化为目的产物,1.5%的乙醛在此后的搅拌条件下转化。

通过间接盐水冷却维持反应温度在0℃,反应混合物在反应塔内的停留时间约1h后进入分离装置。

分离装置中粗乙酸乙酯从塔顶蒸出,塔底残渣用水处理得到乙醇和氢氧化铝,将乙醇与蒸出组分一起送入精馏塔,在此回收未反应的乙醛并将其返回反应塔,乙醇和乙酸乙酯恒沸物用于制备乙氧基铝催化剂溶液。

如有必要,乙酸乙酯还可进一步进行干燥。

乙醛缩合制乙酸乙酯工艺由俄罗斯化学家Tischenko于20世纪初开发成功,因而该工艺又称为Tischenko工艺。

反应在醇化物（乙氧基铝）的存在下进行。

由乙醛生产乙酸乙酯的第一步实际上先由乙烯制取乙醛,由乙烯生产乙醛通常在氯化钯存在下于液相中进行（即Wacker工艺）。

根据保持催化剂活性方法的不同,又有两种工艺可选择,一种为一步法工艺,即乙烯和氧气一起进入反应器进行反应;另一种是两步法工艺,即乙烯氧化为乙醛在一个两种工艺在经济上并无大的差异。

而催化剂的空气再生在另一反应器内进行,反应器内进行

乙醛缩合制乙酸乙酯工艺受原料来源的限制,一般应建在乙烯-乙醛联合装置内。

日本主要采取此工艺路线,装置能力已达200kt/a.

4、乙烯、乙酸直接加成法

在酸性催化剂存在下,羧酸与烯烃发生酯化反应可生成相应的醋类。

罗纳·普朗克公司在80年代进行了开发,但由于工程放大问题未解决,一直未实现工业化。

日本昭和电工公司开发的乙烯与醋酸一步反应制取乙酸乙酯工艺终于在90年代实现了工业化。

反应原料中乙烯：

醋酸：

水：

氮体积组成为80：

6.7：

3：

10.3。

反应系统由3个串联反应塔组成,反应塔中装填磷钨钥酸催化剂（担载于球状二氧化硅上）。

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0.44-1MPa。

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。