化工醋酸乙酯的生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

題目醋酸乙酯車間工藝設(shè)計(jì)學(xué)院班級(jí)指導(dǎo)老師目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)3二、概述31醋酸乙酯性質(zhì)及用途32乙酸乙酯發(fā)展?fàn)顩r4三醋酸乙酯的生產(chǎn)方案及流程51、酯化法52乙醇脫氫歧化法63、乙醛縮合法74、乙烯、乙酸直接加成法85、確定工藝方案及流程9四工藝計(jì)算941物料衡算942初步物料衡算11五設(shè)備設(shè)計(jì)1751精餾塔的設(shè)計(jì)1752最小回流比的估算1953逐板計(jì)算2154逐板計(jì)算的結(jié)果及討論21六熱量衡算2261熱力學(xué)數(shù)據(jù)收集2262熱量計(jì)算，水汽消耗，熱交換面積2463校正熱量計(jì)算、水汽消耗、熱交換面積對(duì)塔27表10校正后的熱量計(jì)算匯總表33醋酸乙酯車間工藝設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)1設(shè)計(jì)任務(wù)醋酸乙酯車間2產(chǎn)品名稱醋酸乙酯3產(chǎn)品規(guī)格純度994年生產(chǎn)能力折算為100醋酸乙酯1500噸/年5產(chǎn)品用途作為制造乙酰胺、乙酰醋酸酯、甲基庚烯酮、其他有機(jī)化合物、合成香料、合成藥物等的原料；用于乙醇脫水、醋酸濃縮、萃取有機(jī)酸；作為溶劑廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)中；食品工業(yè)中作為芳香劑等。由于本設(shè)計(jì)為假定設(shè)計(jì)，因此有關(guān)設(shè)計(jì)任務(wù)書中的其他項(xiàng)目如進(jìn)行設(shè)計(jì)的依據(jù)、廠區(qū)或廠址、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、原料的供應(yīng)、技術(shù)規(guī)格以及燃料種類、水電汽的主要來源，與其他工業(yè)企業(yè)的關(guān)系、建廠期限、設(shè)計(jì)單位、設(shè)計(jì)進(jìn)度及設(shè)計(jì)階段的規(guī)定等均從略。二、概述1醋酸乙酯性質(zhì)及用途醋酸乙酯又名乙酸乙酯，醋酸醚，英文名稱ETHYLACETATE或ACETICETHERVINEGARNAPHTHA醋酸乙酯是具有水果及果酒芳香的無色透明液體，其沸點(diǎn)為77，熔點(diǎn)為836，密度為0901G/CM3,溶于乙醇、氯仿、乙醚和苯等有機(jī)溶劑。醋酸乙酯的重要用途是工業(yè)溶劑，它是許多樹脂的高效溶劑，廣泛應(yīng)用于油墨、人造革、膠粘劑的生產(chǎn)中，也是清漆的組份。它還用于乙基纖維素、人造革、油氈、著色紙、人造珍珠的粘合劑、醫(yī)用藥品、有機(jī)酸的提取劑以及菠蘿、香蕉、草莓等水果香料和威士忌、奶油等香料。此外，還用于木材紙漿加工等產(chǎn)業(yè)部門。對(duì)于用很多天然有機(jī)物的加工，例如樟腦、脂肪、抗生素、某些樹脂等，常使用醋酸乙酯和乙醚配制成共萃取劑，它還可用作紡織工業(yè)和金屬清洗劑。2乙酸乙酯發(fā)展?fàn)顩r（1）國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r為了改進(jìn)硫酸法的缺點(diǎn)，國內(nèi)陸續(xù)開展了新型催化劑的研究，如酸性陽離子交換樹脂全氟磺酸樹脂HZSM5等各種分子篩鈮酸ZRO2SO42等各種超強(qiáng)酸，但均未用于工業(yè)生產(chǎn)。國內(nèi)還開展了乙醇一步法制取醋酸乙酯的新工藝研究，其中有清華大學(xué)開發(fā)的乙醇脫氫歧化酯化法，化學(xué)工業(yè)部西南化工研究院開發(fā)的乙醇脫氫法和中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所的乙醇氧化酯化法。中國科學(xué)研究院長春應(yīng)用化學(xué)研究所對(duì)乙醇氧化酯化反應(yīng)催化劑進(jìn)行了研究，認(rèn)為采用SB2O4MOO3復(fù)合催化劑可提高活性和選擇性。化學(xué)工業(yè)部西南化工研究院等聯(lián)合開發(fā)的乙醇脫氫一步合成醋酸乙酯的新工藝，已通過單管試驗(yàn)連續(xù)運(yùn)行1000小時(shí)，取得了滿意的結(jié)果?，F(xiàn)正在進(jìn)行工業(yè)開發(fā)工作。近來關(guān)于磷改性HZSM5沸石分子篩上乙酸和乙醇酯化反應(yīng)的研究表明，用HZSM5及磷改性HZSM5作為乙酸和乙醇酯化反應(yīng)的催化劑，乙醇轉(zhuǎn)化率變化不大，但酯化反應(yīng)選擇性明顯提高。使用H3PMO12O4019H2O代替乙醇乙酸酯化反應(yīng)中的硫酸催化劑，可獲得的產(chǎn)率為9148,但是關(guān)于催化劑的劑量、反應(yīng)時(shí)間和乙醇乙酸的質(zhì)量比對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)量的研究還在進(jìn)行之中。（2）國外發(fā)展?fàn)顩r由于使用硫酸作為酯化反應(yīng)的催化劑存在硫酸腐蝕性強(qiáng)、副反應(yīng)多等缺點(diǎn)，近年各國均在致力于固體酸酯化催化劑的研究和開發(fā)，但這些催化劑由于價(jià)格較貴、活性下降快等原因，至今工業(yè)應(yīng)用不多。據(jù)報(bào)道，美DAVYVEKEE公司和UCC公司聯(lián)合開發(fā)的乙醇脫氫制醋酸乙酯新工藝已工業(yè)化。據(jù)報(bào)道，國外開發(fā)了一種使用雙效催化劑使用乙烯和氧氣一步生成醋酸乙酯的新工藝。低于180和在25的乙烯轉(zhuǎn)化率的條件下，醋酸乙酯的選擇性為46。催化劑中的PD為氧化中心酸提供酸性中心。隨著科技的不斷進(jìn)步，更多的醋酸乙酯的生產(chǎn)方法不斷被開發(fā)，我國應(yīng)不斷吸收借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)，從根本上改變我國醋酸乙酯的生產(chǎn)狀況。3醋酸乙酯的生產(chǎn)方案及流程1、酯化法酯化工藝是在硫酸催化劑存在下,醋酸與乙醇發(fā)生酯化脫水反應(yīng)生成醋酸乙酯的工藝,其工藝流程見圖1醋酸、過量乙醇與少量的硫酸混合后經(jīng)預(yù)熱進(jìn)入酯化反應(yīng)塔。酯化反應(yīng)塔塔頂?shù)姆磻?yīng)混合物一部分回流，一部分在80左右進(jìn)入分離塔。進(jìn)入分離塔的反應(yīng)混合物中一般含有約70的乙醇、20的酯和10的水（醋酸完全消耗掉）。塔頂蒸出含有83醋酸乙酯、9乙醇和8水分的塔頂三元恒沸物,送人比例混合器,與等體積的水混合,混合后在傾析器傾析,分成含少量乙醇和酯的較重的水層,返回分離塔的下部,經(jīng)分離塔分離,酯重新以三元恒沸物的形式分出,而蓄集的含水乙醇則送回醋化反應(yīng)塔的下部,經(jīng)氣化后再參與酯化反應(yīng)。含約93的醋酸乙酯、5水和2乙醇的傾析器上層混合物進(jìn)人干燥塔,將醋酸乙酯分離出來,所得產(chǎn)品質(zhì)量見表1表一工業(yè)品級(jí)醋酸乙酯的質(zhì)量指標(biāo)項(xiàng)目指標(biāo)醋酸乙酯含量，995乙醇含量，020水分，005酸度以醋酸計(jì)，0005色度鉑鈷,算得的回流比太大試以LN/D25；則LN659251648MOL/100MOL進(jìn)料；LM11648MOL/100MOL進(jìn)料LM/W1164893411247XNXD/1LN/DXDHK/XHK06173012540102513093100572RNXN/XHK00572093100614XMLKXW/LKLM/WXWLK/XLK65570707565574011247401001006861234RMXLK/X00686123400556RM/RN0055600614091因此，RM/RN,算得的回流比太小。試以LN/D27；則LN659271779MOL/100MOL進(jìn)料；LM11779MOL/100MOL進(jìn)料LM/W1177993411261XNXD/1LN/DXDHK/XHK06173012740102513093100542RNXN/XHK00542093100582XMLKXW/LKLM/WXWLK/XLK65570707565574011261401001006861222RMXLK/X00686122200561RM/RN00561005820965RM/RN與的數(shù)值相近所以此方法算得的最小回流比為2753逐板計(jì)算氣液相平衡數(shù)據(jù)可以表示成下列三種圖表1YE/YEYA對(duì)XE/XEXA描繪，XW視作參量。2YE/YEYW對(duì)XE/XEXW描繪，XA視作參量。3YW/YWYA對(duì)XW/XWXA描繪，XE視作參量。由于在任何情況下，液相的摩爾分?jǐn)?shù)（X）均為參數(shù)，平衡圖只能用來由液相組成來求取氣相組成。因此逐板計(jì)算時(shí)，從塔底由下往上算。從X的三個(gè)已知數(shù)塔底的XE,XW和XA出發(fā)，可求得二比值；或1和2或2和3或3和1，究竟選擇哪一對(duì)，應(yīng)以從圖上讀出數(shù)值為準(zhǔn)。如果采用2和3，則根據(jù)XE/XEXW和XA值讀出YE/YEYW根據(jù)XW/XWXA和XE值讀出YW/YWYA值。設(shè)YE/YEYWM，YW/YWYAN；故YEM/1MYA1N/NYW1/1N/NM/1M1求出YW后，YE和YA即可代入式子求得。下一塔板上的液相組成可以應(yīng)用操作線方程求得。54逐板計(jì)算的結(jié)果及討論根據(jù)COLBURN方法算得的最小回流比為271，上述逐板計(jì)算中，所采用的最宜回流比為101、21和511如采用101，則最宜回流比約為最小回流比的37倍。根據(jù)計(jì)算的結(jié)果，作圖如下圖中說明由第7塊塔板由塔底數(shù)起上加入來自塔的進(jìn)料，由第12塊板上加入來自沉降器的進(jìn)料。運(yùn)算到底19塊塔板時(shí)，所得餾出液即可近似達(dá)到所要求結(jié)果。2如最宜回流比采用21，亦即小于最小回流比，算得的結(jié)果表明由12塊塔板加入來自沉降器的加料的進(jìn)料后，乙醇的組成變?yōu)樨?fù)值，這說明采用這種回流蒸餾不可行。3如最宜回流比采用51，計(jì)算的結(jié)果說明由第5塊塔板加入來自塔的進(jìn)料，由第10塊板上加入來自沉降器的進(jìn)料，共需要22塊塔板。由于蒸餾液為非理想溶液，從上述分析結(jié)果可以看出最宜回流比由51加倍至101時(shí)，理論板僅由22塊降至19塊。這說明設(shè)備投資節(jié)省不了多少，然而操作費(fèi)用卻加了。因此采用L/D51，假設(shè)塔板效率為50，則實(shí)際塔板數(shù)為40六熱量衡算61熱力學(xué)數(shù)據(jù)收集1溫度塔頂溫度約為62MOLCH3CH2OH，25MOLH2O，13CH3CH2OH三組分恒沸液的沸點(diǎn)，71塔底溫度約為71MOLH2O，29MOLCH3CH2OH的沸點(diǎn)，79來自塔的進(jìn)料溫度為84來自沉降器的進(jìn)料溫度約為97MOLH2O，3MOLCH3CH2OH的沸點(diǎn)，95冷卻水溫度為20（以廣西年平均氣溫為參考）。飽和水蒸氣135KG/M3,T1082比熱和汽化潛熱表7比熱容和汽化潛熱CH3COOC2H5H2OCH3CH2OH溫度比熱容KJ/KG汽化潛熱KJ/KG比熱容KJ/KG汽化潛熱KJ/KG比熱容KJ/KG汽化潛熱KJ/KG20192741832402719474178246371978417425571214537114418823292918526679200436467419423103028389484216936054421229830828301495222435116421422713236810103傳熱系數(shù)KKJ/M2H表8傳熱系數(shù)有機(jī)蒸汽水液體液體蒸汽沸騰液體蒸汽水蒸氣有機(jī)液體20005055858305010004組成餾出液組成KG/HKMOL/HXE062266302XW0292256142XA0088198043487L/D5,L5D,VLD6D來自塔頂?shù)恼魵饨M成KG/HXE06226661596XW029225661536XA008819861188塔底殘液組成KG/HKMOL/HXE0010485055XW0707571323962XA02825729215835600來自塔的進(jìn)料組成KG/HKMOL/HXE0123266302XW02351042579XA0642729215832464來自沉降器組成KG/HKMOL/HXE0018485055XW096863463526XA00141980433624總加料量246436246088KMOL/HVLWLFW5DFW54876088562923KMOL/H來自塔底的蒸氣組成KG/HYE0065006529238816720YW0411041129231821624YA052405242923467045662熱量計(jì)算，水汽消耗，熱交換面積（1）塔頂蒸氣冷凝（由71氣相冷凝至71液相）QW1596371141536232911888526610513698KJ/H設(shè)冷卻水出口溫度為61230671LN2TM取K2000KJ/M2HSQ/KTM1051369820003321583M2冷卻水用量WQ/CT10513698418602062881KG/H2餾出液由71冷卻至37QWCT26619782145/2256418198291302/27137242785KJ/H設(shè)冷卻水出口溫度為274280371LN2MT取K505KJ/M2HSQ/KTM242785505284169M2冷卻水用量WQ/CT24278541827208298KG/H3塔底在79時(shí)液相變?yōu)闅庀郠W16723646721624231070456838941151571KJ/HTM1087929取K5858KJ/M2HSQ/KTM1151571585829678M2在108，H2O2235KJ/KG蒸氣消耗量WQ/H2OCT11515712235422108794885KG/H4來自沉降器的進(jìn)料加熱，由27至95QWCT48519472224/2634641921982463236/2681916091KJ/HTM1089513取K3050KJ/M2HSQ/KTM1916091305413483M2蒸氣消耗量WQ/H2OCT19160912325421410895805KG/H將以上計(jì)算結(jié)果匯總?cè)缦卤肀?熱量計(jì)算和傳熱面積匯總表項(xiàng)目熱量KJ/H冷卻水量KG/H加熱蒸汽量KG/H熱交換器傳熱面積M2塔頂蒸氣冷凝至沸點(diǎn)7110513698628811583餾出液冷卻至372427858298169蒸餾釜11515714885678來自沉降器的進(jìn)料由27加熱至95191609180548363校正熱量計(jì)算、水汽消耗、熱交換面積對(duì)塔取基準(zhǔn)溫度T020塔頂圖AH的單位為KJ/H流體KG/HTTT0CAVHSHHE15967151203637114165722592339W15364185232932784357734A1188265852661605610129621461210513691265981流體HH1H1HS1214612流體H5/6H22146125/6178843流體H1/6H22146121/635769流體KG/HTTT0CAVHSHE266371719528827W25641791819A19824883511481流體和流體T15，H0流體KG/HTTT0CAVHW62881614141821078170流體KG/HTTT0CAVHW829827741824280來自沉降器的進(jìn)料圖B流體KG/HTTT0CAVHSHE4852771937658W634641418391A19824333719386流體11KG/HTTT0CAVHSHE485957520767551W63464199199851A19828184185211587流體12KG/HTTT0CAVHSHHW805108884234223529994179918209912流體13KG/HTTT0CAVHW8059575421425442來自塔的進(jìn)料圖B流體14KG/HTTT0CAVHSHE2668464204834865W1042419727989A72992741128042190896蒸餾釜流體15KG/HTTT0CAVHSHE21577959196625020W92944189229702A14338271229250483972流體16KG/HTTT0CAVHSHE485795919665626W71324189176268A7292271116592298486流體HH15H1648397229848618548617流體18KG/HTTT0CAVHSHHE167279591966364671939460973W21624189231053434499422A70462718389411265859111718548611515121336998流體19KG/HTTT0CAVHSHHW4885108884234223518201110917981273809流體20KG/HTTT0CAVHW488579594189120733全塔（圖E）加入熱量KJ/H移走熱量KJ/H01148101078170193862428020991225442121319089629848614161273809120773192016940031558592全塔的加入熱量和移走熱量相差較大，下面進(jìn)行熱量校正對(duì)于恒分子溢流來說，蒸餾系統(tǒng)中所有組分的M/TB值均相等在79時(shí)。醇46206352269醋酸乙酯設(shè)M/TB275則M27535284115根據(jù)虛擬的醋酸乙酯分子量重新計(jì)算組成餾出液組成KG/HKMOL/HXE0555266231XW0341256142XA0104198043416混合進(jìn)料KG/HKMOL/HXE00453145273XW068373884104XA027174916286005塔底殘液組成KG/HKMOL/HXE0008485042XW070971323962XA0283729215835587設(shè)D為餾出液的摩爾分?jǐn)?shù)，以100摩爾進(jìn)料0341D0709100D683；D707MOL/100MOL進(jìn)料W1007079293MOL/100MOL進(jìn)料V6D67074242MOL/100MOL進(jìn)料42426005/1002547KMOL/H來自塔底的蒸氣組成KG/HYE0065006525478814569YW0411041125471818843YA0524052425474661393重新計(jì)算蒸餾釜QW1456936467188432310613938389410034525