醋酸甲酯羰基法合成醋酐法設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）I4 萬(wàn) t/a 醋酐生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)摘 要醋酐是重要的有機(jī)化工原料，涉及各個(gè)領(lǐng)域并對(duì)社會(huì)的發(fā)展起著重要的作用，因此制備醋酐成了工業(yè)生產(chǎn)的重要工作，目前工業(yè)上生產(chǎn)醋酐主要有三種方法：乙醛氧化聯(lián)產(chǎn)法、乙烯酮法和醋酸甲酯羰基合成法。雖然醋酐的應(yīng)用廣，實(shí)用強(qiáng)，但是如不適當(dāng)處理及儲(chǔ)存就會(huì)對(duì)環(huán)境有危害，對(duì)水體造成污染，嚴(yán)重時(shí)可危機(jī)人的生命。通過(guò)對(duì)醋酐生產(chǎn)的研究，目前較適合推廣及環(huán)保的生產(chǎn)是醋酸甲酯羰基化合成法，該方法不僅符合未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，在成本方面也大大降低了投資，是目前生產(chǎn)醋酐最具前景的方法?？紤]到生產(chǎn)醋酐的意義及應(yīng)用前景，進(jìn)而提出了生產(chǎn)醋酐的具體工藝流程和設(shè)備的選型。關(guān)鍵詞：物料衡算 能量衡算 熱量衡算 裝置布置北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）IIWith an Annual Output of 40 Thousand t/a Acetic Anhydride Production Process DesignAbstractAcetic anhydride is the important organic chemical raw materials, involving various fields and on social development plays a important role, therefore of preparation of acetic anhydride into the important work of industrial production, the industrial production of acetic anhydride are three main methods: oxidation of acetaldehyde generation method, ethylene ketone method and acetic acid methyl ester carbonyl synthesis method. Although the wide application of acetic anhydride, practical strong, but if not properly handle and store it is harmful to the environment, the water pollution caused by serious crisis of human life.Through the study of acetic anhydride production. It is suitable for promotion and environment-friendly production is acetic acid methyl ester carbonyl compound method, this method not only conforms to the trend of development in the future, in terms of cost is also greatly reduced the investment, the acetic anhydride production the most promising method. Considering the production of acetic anhydride significance and application prospect, and puts forward the specific selection of acetic anhydride production process and equipment.Keywords: environmental protection methyl acetate carbonylation acetic anhydride北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）III目 錄前 言 .1第 1 章 緒論 .2第 1.1 節(jié) 設(shè)計(jì)依據(jù)、指導(dǎo)思想及設(shè)計(jì)原則 .2第 1.2 節(jié) 設(shè)計(jì)地區(qū)的自然條件 .4第 1.3 節(jié) 廠址的選擇 .4第 1.4 節(jié) 車(chē)間（裝置）布置及生產(chǎn)制度 .5第 1.5 節(jié) 節(jié)能與環(huán)境保護(hù) .6第 1.6 節(jié) 安全技術(shù)和安全防火 .7第 2 章 工藝論證 .8第 2.1 節(jié) 工藝原理 .8第 2.2 節(jié) 工藝流程簡(jiǎn)圖 .8第 2.3 節(jié) 原料規(guī)格、產(chǎn)品規(guī)格 .9第 2.4 節(jié) 產(chǎn)品的物理化學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和性能及用途 .9第 2.5 節(jié) 產(chǎn)品的合成工藝路線 .10第 2.6 節(jié) “三廢“及其處理 .11第 2.7 節(jié) 安全生產(chǎn) .11第 2.8 節(jié) 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 .11北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）IV第 3 章 工藝流程設(shè)計(jì) .13第 3.1 節(jié) 工作任務(wù)及管理范圍 .14第 3.2 節(jié) 工藝流程 .14第 4 章 物料衡算 .14第 4.1 節(jié) 物料衡算的基本方法 .15第 4.2 節(jié) 物料衡算的質(zhì)量守恒 .15第 4.3 節(jié) 醋酐工藝流程概述 .15第 4.4 節(jié) 有關(guān)物料衡算和熱量衡算的知識(shí) .17第 4.5 節(jié) 各工段的物料衡算 .17第 5 章 熱量衡算 .21第 5.1 節(jié) 熱量衡算的概述 .22第 5.2 節(jié) 各工段的熱量衡算 .22第 6 章 設(shè)備的計(jì)算 .29第 6.1 節(jié) 精餾塔的計(jì)算 .29第 6.2 節(jié) 理論板數(shù)的計(jì)算（逐板計(jì)算法） .29第 6.3 節(jié) 精餾塔塔徑的計(jì)算 .32第 6.4 節(jié) 冷凝器的計(jì)算 .33第 6.5 節(jié) 精餾塔輸送泵的計(jì)算 .35第 6.6 節(jié) 精餾工段設(shè)備工藝計(jì)算 .39第 7 章 設(shè)備選型 .43北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）V第 7.1 節(jié) 各設(shè)備計(jì)算 .43第 7.2 節(jié) 設(shè)備一覽表 .47結(jié) 論 .51附 錄 .53參考文獻(xiàn) .54致 謝 .56北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1前 言目前我國(guó)的醋酐生產(chǎn)技術(shù)還處于有待改進(jìn)和發(fā)展?fàn)顟B(tài)。 醋酐又名醋酸酐、乙酐，分子式 C4H6O3,相對(duì)密度 1.080，熔點(diǎn)-73，沸點(diǎn) 139。折光率 1.3904，閃點(diǎn) 54，自然點(diǎn) 400。常溫下是一種有強(qiáng)烈的乙酸氣味的無(wú)色透明液體，具有吸濕性，可溶于氯仿和乙醚并可緩慢的溶解于水中形成乙酸，與乙醇作用生成乙酸乙酯。醋酐是一種有毒化學(xué)藥品，質(zhì)量濃度為 0.36mg/m時(shí)即可對(duì)眼睛產(chǎn)生刺激，0.18mg/m時(shí)就能改變?nèi)说哪X電圖像，還能引起組織細(xì)胞蛋白質(zhì)變質(zhì)，其蒸汽刺激性更強(qiáng)，極易燒傷皮膚及眼睛。醋 酐 的 化 學(xué) 性 質(zhì) 非 常 活 潑 ， 可 用 作 酯 化 劑 ， 與 乙 醇 反 應(yīng) 生 成 乙 酸 乙 水 中緩 慢 水 解成醋酸，在熱水中分解成醋酸；也可用作酰化劑、硝化或者磺化的脫水劑等。能使醇、酚、氨和胺等分別形成乙酸酯和乙酰胺類化合物。在路易斯酸存在下，乙酐還可使芳烴或烯徑發(fā)生乙酰化反應(yīng)。在乙酸鈉存在下，醋酐與苯甲醛發(fā)生縮合反應(yīng)，生成肉桂酸。緩慢溶于水變成乙酸。與醇類作用生成乙酸酯 3。該設(shè)計(jì)第一章介紹醋酐的基本生產(chǎn)情況，廠址選擇，三廢處理等方面對(duì)醋酐的生產(chǎn)做了系統(tǒng)的介紹，第二章和第三章則介紹我選的工業(yè)合成法：醋酸甲酯羰基化法，其低耗，副產(chǎn)物少，能耗小，設(shè)備簡(jiǎn)單等特點(diǎn)成為了該設(shè)計(jì)的理念。對(duì)設(shè)計(jì)路線，物料衡算，各工段熱量衡算等做了詳細(xì)的介紹，第四章介紹了設(shè)備的選型和設(shè)備選擇的計(jì)算，設(shè)計(jì)的最后從車(chē)間的布置設(shè)計(jì)及組成等方面做了大致的介紹，設(shè)計(jì)的最后部分是對(duì)自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)。北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2第 1 章 緒論第 1.1 節(jié) 設(shè)計(jì)依據(jù)、指導(dǎo)思想及設(shè)計(jì)原則1.1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)醋酐又名醋酸酐、乙酐，其用途也十分廣泛，不僅在醫(yī)藥、香料中起著很重要的作用，除此之外，它還作為漂白劑、乙?；瘎?、脫水劑和聚合反應(yīng)的引發(fā)劑。正是由于其廣泛的應(yīng)用及影響著人們的衣食住行，因此，醋酐生產(chǎn)工藝成為了當(dāng)前重要的課題。1.1.2 指導(dǎo)思想及設(shè)計(jì)原則乙醛氧化法和烯酮法的生產(chǎn)成本都比較高, 經(jīng)濟(jì)效益差,環(huán)境污染多等問(wèn)題,且生產(chǎn)規(guī)模也不大, 處于逐漸為羰基合成法所取代的過(guò)程之中。羰基合成法制醋酐是 80 年代發(fā)展起來(lái)的新工藝, 其特點(diǎn)是能耗小、成本低、無(wú)污染, 有利于大規(guī)模生產(chǎn)。1.1.3 合成醋酐的三種常用方法目前合成醋酐有主要有三種方法，乙烯酮法、乙醛氧化法和醋酸甲酯羰基化法。1、乙醛氧化法乙醛和氧在 60、101 kPa 或 70、600-700kPa 條件下進(jìn)行氧化反應(yīng)，用氧氣或空氣作氧化劑，以醋酸乙酯為溶劑，醋酸鈷為催化劑，醋酸銅為促進(jìn)劑。乙醛與氧氣(過(guò)量約 1%-2%)反應(yīng)首先生成過(guò)氧醋酸，過(guò)氧醋酸再與乙醛反應(yīng)生成醋酐和醋酸。在此條件下，乙醛轉(zhuǎn)化率為 95%，醋酐及醋酸產(chǎn)率的質(zhì)量比為 56：44。醋酐的總收率為 70%-75%。通過(guò)改變工藝條件，可以提高醋酐的產(chǎn)率。反應(yīng)方程式為：CH3CHO+O2CH 3COOOHCH3COOOH+CH3CHOCH 3COOOCH(OH)CH3(單過(guò)氧醋酸酯)CH3COOOCH(OH)CH3(CH 3CO)2O+H2OCH3COOOCH(OH)CH32CH 3COOH北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3每噸醋酐消耗乙醛 1.165 t，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)空氣 2300 m3。乙醛氧化法流程簡(jiǎn)單，工藝成熟，但腐蝕嚴(yán)重，消耗較高，已逐漸被淘汰。在國(guó)外已被醋酸甲酯羰基化和乙烯酮法所替代。2、乙烯酮法乙烯酮法按照原料不同又可以分為：醋酸法和丙酮法。醋酸法醋酸法技術(shù)來(lái)源為德國(guó) Wacher 化學(xué)公司。生產(chǎn)工藝如下：第一步，醋酸在 700-750、10-20kPa 的壓力及 0.2%-0.3%磷酸三乙酯(按醋酸質(zhì)量計(jì))作催化劑的條件下，裂解脫水制成乙烯酮，醋酸轉(zhuǎn)化率約為 85%-90%，對(duì)乙烯酮的選擇性(物質(zhì)的量計(jì))約為 90%-95%。反應(yīng)方程式為：CH3COOHCH 2=C=O+H2O+147kJ/mol第二步是液體乙酸吸收乙烯酮生成醋酐，經(jīng)精餾提純制得成品醋酐，乙烯酮的轉(zhuǎn)化率約 100%。反應(yīng)方程式為：CH3COOH+CH2=C=O(CH 3CO)2O+62.8kJ/mol該生產(chǎn)工藝是德國(guó) Wacher 化學(xué)公司開(kāi)發(fā)成功的，并于 1936 年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化?，F(xiàn)有兩種生產(chǎn)流程：其一，為塔式流程。用 4 個(gè)填料塔進(jìn)行合成與分離。每噸醋酐的消耗定額為，醋酸 1.35t，催化劑 1.5-2kg，氨 0.7-1.0kg，回收醋酸 100-160kg。其二，為液環(huán)泵流程。以液環(huán)泵為反應(yīng)及吸收設(shè)備。該流程十分簡(jiǎn)單，正在取代塔式流程。每噸產(chǎn)品的消耗定額為，醋酸 1.22 t，裂解率 75%，合成收率 96%。丙酮法生產(chǎn)工藝如下：第一步是丙酮在 700-800、常壓、沒(méi)有催化劑的條件下進(jìn)行裂解反應(yīng)。反應(yīng)方程式為：CH3COCH3CH 2=C=O+CH4-79.53 kJ/mol第二步是液體乙酸吸收乙烯酮生成醋酐。反應(yīng)方程式為：CH2=C=O+CH3COOH(CH 3CO)2O+62.8kJ/mol但在相同規(guī)模下，丙酮法和醋酸法比較，丙酮法需要較大的裂解爐、吸收塔和洗滌塔，并增加了循環(huán)丙酮-水的蒸餾分離等輔助設(shè)備，項(xiàng)目建設(shè)費(fèi)用高。同時(shí)，丙北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4酮法的生產(chǎn)成本也較高。乙烯酮法相對(duì)乙醛氧化法和醋酸甲酯羰基化工藝來(lái)說(shuō)，流程復(fù)雜，副反應(yīng)多，能耗較大，利潤(rùn)較低。由于生產(chǎn)技術(shù)相當(dāng)成熟，在國(guó)外早期建設(shè)的裝置應(yīng)用該法，在我國(guó)仍普遍應(yīng)用。3、醋酸甲酯羰基合成法醋酸甲酯羰基合成法具有流程短 12、產(chǎn)品質(zhì)量好、消耗指標(biāo)低、“三廢”排放量少等優(yōu)點(diǎn)，代表了當(dāng)前醋酐生產(chǎn)的先進(jìn)技術(shù)潮流，國(guó)外普遍采用此生產(chǎn)技術(shù)，煤經(jīng)氣化產(chǎn)生 CO，與醋酸甲酯羰基合成醋酐，經(jīng)分離得到產(chǎn)品，反應(yīng)方程式為：CH3OH+CH3COOHCH 3COOCH3CH3COOCH3+CO(CH 3CO)2O主要副反應(yīng)：CH 3OH+CH3OHCH 3OCH3+H2O第 1.2 節(jié) 設(shè)計(jì)地區(qū)的自然條件設(shè)計(jì)地區(qū)的自然條件應(yīng)該從安全衛(wèi)生方面考慮，應(yīng)建在下風(fēng)向，遠(yuǎn)離居民區(qū)、文化遺址等人口稠密的地區(qū)，盡量不要建在洼地。還要有便利的供水、供電條件、運(yùn)輸條件，還要考慮三廢的排放問(wèn)題。第 1.3 節(jié) 廠址的選擇本車(chē)間建在南通市如皋港精細(xì)化工園，集中供熱能力達(dá) 150 噸/小時(shí)以上，又臨近熱電廠和動(dòng)力廠，能源供應(yīng)充分。園區(qū)位于濱臨長(zhǎng)江岸線北汊，北邊緊靠疏港公路和沿江高等級(jí)公路，水源豐富、原料來(lái)源豐富，且靠近港口，運(yùn)輸方便。如皋在南通的西北方向，是主風(fēng)向的下方向，所以對(duì)居民的污染可以降低到最小，該化工園區(qū)內(nèi)污水處理能力達(dá) 10 萬(wàn)噸/日，已建成 2 萬(wàn)噸/日，這對(duì)醋酐廠的廢水處理有很大的作用。第 1.4 節(jié) 車(chē)間（裝置）布置及生產(chǎn)制度車(chē)間布置設(shè)計(jì)是從理論走向生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，其中要進(jìn)行各種管路和各種附加北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5設(shè)備的布置，詳細(xì)情況請(qǐng)見(jiàn)圖紙。車(chē)間布置的主要內(nèi)容包括確定各工藝設(shè)備在車(chē)間的平面和立面位置以及設(shè)備的空間方位，確定車(chē)間內(nèi)主要道路及通道的位置，確定各種管道、管線的位置和走向。一個(gè)號(hào)的設(shè)