年產(chǎn)20萬噸醋酸車間設(shè)計(jì).docx

1、目錄1引言 .11.1醋酸的性質(zhì)和用途 .11.1.1性質(zhì) .11.1.2用途 .11.2醋酸的發(fā)展?fàn)顩r .21.3醋酸的生產(chǎn)方法 .31.3.1甲醇羰基化 .31.3.2乙醇氧化法 .31.3.3乙烯氧化法 .31.3.4丁烷氧化法 .41.3.5巴斯夫高壓法 6 .41.3.6UOP/千代田工藝 7 .4_Toc1859628751.4新的合成方法 .41.5小結(jié) .51.6選題目的及意義 .62工藝流程的確定 .72.1本課題要解決的問題 .72.2 擬采用的研究手段 .72.2.1原料的選擇 .72.2.2反應(yīng)原理 .72.2.3催化劑的選擇 .72.2.4反應(yīng)器的選擇 .82.2.5

2、主要工藝條件 .82.2.6生產(chǎn)工藝路線83物料衡算93.1設(shè)計(jì)依據(jù)93.2氧化塔物料衡算103.3蒸發(fā)器物料衡算143.4精餾塔物料衡算153.4.1精餾塔 1 物料衡算153.4.2精餾塔物料衡算163.5醋酸回收塔物料衡算174熱量衡算194.1基本數(shù)據(jù)194.2氧化塔的熱量衡算204.3蒸發(fā)器的熱量衡算224.4冷凝器的熱量衡算234.5精餾塔 1 的熱量衡算244.5.1回流比的計(jì)算錯(cuò) 誤！未定義書簽。4.5.2冷凝器的熱負(fù)荷254.5.3 冷卻水消耗量264.5.4加熱器熱負(fù)荷及全塔熱量衡算265主要設(shè)備的設(shè)計(jì)與輔助設(shè)備的選型285.1精餾塔設(shè)備設(shè)計(jì)285.1.1理論塔板數(shù)的計(jì)算2

3、85.1.2塔的有效高度計(jì)算295.1.3塔徑的計(jì)算305.1.4塔板設(shè)計(jì)315.1.5流體力學(xué)驗(yàn)算335.1.6塔板負(fù)荷性能圖355.2反應(yīng)器的設(shè)計(jì)395.2.1反應(yīng)釜釜體的設(shè)計(jì)395.2.2攪拌裝置設(shè)計(jì) .415.3蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)與選型 .425.3.1蒸發(fā)器的選擇理由 .425.3.2蒸發(fā)器計(jì)算與設(shè)計(jì) .435.4輔助設(shè)備的選型 .445.4.1泵的選型 .445.4.2冷凝器的選型 20 .456生產(chǎn)車間布置 .466.1概述 .466.2車間布置的基本原則和要求 .466.2.1車間布置的基本原則 .466.2.2車間布置的要求 .476.3本設(shè)計(jì)的生產(chǎn)車間布置 .507設(shè)計(jì)概算和環(huán)保

4、、安全及衛(wèi)生措施 .517.1總投資估算 .517.1.1工程費(fèi)用 .517.1.2其他費(fèi)用 .517.1.3預(yù)備費(fèi)用 .527.1.4專項(xiàng)費(fèi)用 .527.2產(chǎn)品單位成本 .537.3關(guān)于流動(dòng)資金 .547.4關(guān)于所得稅 .547.5關(guān)于投資回收期 (靜態(tài)分析法 ).547.6環(huán)境保護(hù)與綜合利用 .557.6.1廢氣處理 .557.6.2廢水處理與綜合利用 .557.6.3噪聲防治 .557.7設(shè)計(jì)中采用的主要防范措施 .558結(jié)論 .57附錄58致謝62年產(chǎn) 20 萬噸醋酸的車間工藝設(shè)計(jì)摘要醋酸是一種重要的有機(jī)和精細(xì)化工原料。本設(shè)計(jì)通過查閱大量參考文獻(xiàn)，綜述了醋酸的國內(nèi)外生產(chǎn)和市場狀況。對各

5、種生產(chǎn)工藝進(jìn)行了比較，確定了乙醛催化氧化法生產(chǎn)醋酸的工藝流程，并進(jìn)行了物料和熱量衡算，得到了流程中物料和熱量的數(shù)值。再次，進(jìn)行了主體設(shè)備、輔助設(shè)備選型以及車間的布置， 完成了年產(chǎn) 20 萬噸醋酸車間工藝設(shè)計(jì)，并繪制了工藝流程圖、主體設(shè)備圖及車間布置圖，同時(shí)，對整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和安全評價(jià)，結(jié)果表明本設(shè)計(jì)是合理的。關(guān)鍵詞： 醋酸，氧化，催化，乙醛The Process Design of Acetic Acid with Annual Output of 200,000 TonsAbstractAcetic acid is an important organic chemical raw

6、 materials. This design reviewed the domestic and foreign production and market of acetic acid by consulting a large number of reference. The acetaldehyde catalytic oxidation process was used to produce acetic acid through comparing various production process. Then, the style of auxiliary facilities

7、 were selected, the workshop was arranged and the process design of annual output of 200000 tons of acetic acid was completed. In addition, the process flow diagram, the main equipment map and the workshop layout were drawn up. Finally, the entire design of economic, environmental and safety evaluat

8、ion were completed. The result shows that the entire design is of certain rationality.Keywords: Acetic acid, Oxidation, Catalysis, Acetaldehyde1 引言1.1醋酸的性質(zhì)和用途1.1.1性質(zhì)醋酸是一種有機(jī)化合物，又叫乙酸（ethanoic acid），別名醋酸 (acetic acid)、冰醋酸（ glacial acetic acid）。分子式 C2H4O2（常簡寫為 HAc ）或 CH3COOH。是典型的脂肪酸。乙酸在常溫下是一種有強(qiáng)烈刺激性酸味的無色

9、液體。 乙酸的熔點(diǎn)為 16.6，沸點(diǎn) 117.9。相對密度 1.05，閃點(diǎn) 39，爆炸極限 4%17%（體積分?jǐn)?shù)）。純的乙酸在低于熔點(diǎn)時(shí)會(huì)凍結(jié)成冰狀晶體，所以無水乙酸又稱為冰醋酸。乙酸易溶于水和乙醇，其水溶液呈弱酸性。乙酸鹽也易溶于水。乙酸的羧基氫原子能夠部分電離變?yōu)闅潆x子（質(zhì)子）而釋放出來，導(dǎo)致羧酸的酸性。 乙酸在水溶液中是一元弱酸， 酸度系數(shù)為 4.8，pKa=4.75（25），濃度為 1mol/L 的醋酸溶液（類似于家用醋的濃度）的pH 為 2.4，即僅有 0.4%的醋酸分子是解離的。乙酸的酸性促使它還可以與碳酸鈉、氫氧化銅、苯酚鈉等物質(zhì)反應(yīng)。2CH 3COOHNa2 CO32CH 3C

10、OONaCO2H 2O(1.1)2CH 3COOHCu OH 2Cu CH 3COO 2H 2 O(1.2)CH 3 COOHC6 H 5 ONaC6 H 5 OH CH 3COONa(1.3)1.1.2用途冰醋酸是最重要的有機(jī)酸之一。主要用于醋酸乙烯、醋酐、醋酸纖維、醋酸酯和金屬醋酸鹽等，也用作農(nóng)藥、醫(yī)藥和染料等工業(yè)的溶劑和原料，在照相藥品制造、織物印染和橡膠工業(yè)中都有廣泛用途。冰醋酸是重要的有機(jī)化工原料之一，它在有機(jī)化學(xué)工業(yè)中處于重要地位。醋酸廣泛用于合成纖維、涂料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、食品添加劑、染織等工業(yè)，是國民經(jīng)濟(jì)的一個(gè)重要組成部分。冰醋酸按用途又分為工業(yè)和食用兩種，食用冰醋酸可作酸味劑、增

11、香劑?？缮a(chǎn)合成食用醋。用水將乙酸稀釋至4 5%濃度，添加各種調(diào)味劑而得食用醋。其風(fēng)味與釀造醋相似。常用于番茄調(diào)味醬、蛋黃醬、醉米糖醬、泡菜、干酪、糖食制品等。使用時(shí)適當(dāng)稀釋，還可用于制作蕃茄、蘆筍、嬰兒食品、沙丁魚、魷魚等罐頭，還有酸黃瓜、肉湯羹、冷飲、酸法干酪用于食品香料時(shí)，需稀釋，可制作軟飲料，冷飲、糖果、焙烤食品、布丁類、膠媒糖、調(diào)味品等。作為酸味劑，可用于調(diào)飲料、罐頭等。洗滌通常使用的冰醋酸，濃度分別為 28%、56%、 99%的。如果買的是冰醋酸，把 28mL 的冰醋酸加到 72mL 的水里，就可得到 28%的醋酸。更常見的是它以 56%的濃度出售，這是因?yàn)檫@種濃度的醋酸只要加同量

12、的水， 即可得到 28%的醋酸。 濃度大干 28%的醋酸會(huì)損壞醋酸纖維和代納爾纖雛。 草酸是有機(jī)酸中的強(qiáng)酸之一，在高錳酸鉀的酸性溶液中， 草酸易被氧化生成二氧化碳和水。 草酸能與堿類起中和反應(yīng)，生成草酸鹽。醋酸也一樣， 28%的醋酸具有揮發(fā)性，揮發(fā)后使織物是中性；就像氨水可以中和酸一樣， 28%的醋酸也可以中和堿。堿也會(huì)導(dǎo)致變色。用酸（如 28%的醋酸）即可把變色恢復(fù)過來。這種酸也常用來減少由丹寧復(fù)合物、茶、咖啡、果計(jì)、軟飲料以及啤酒造成的黃漬。在去除這些污漬時(shí)， 28%的醋酸用在水和中性潤滑劑之后，可用到最大程度。1.2醋酸的發(fā)展?fàn)顩r最初醋酸的獲得是通過糧食的發(fā)酵，l9 世紀(jì)人們發(fā)現(xiàn)了木材干

13、餾制取醋酸的方法1 。在工業(yè)上有代表性的、最早的醋酸制取方法是乙醛氧化法，德國于 1911年建成了首套生產(chǎn)裝置，上世紀(jì) 30年代乙醇 - 乙醛氧化法得到了發(fā)展，乙醛氧化法在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，占據(jù)了醋酸合成的統(tǒng)治地位， 到目前仍有部分企業(yè)采用該法 2 。上世紀(jì) 50年代中期，丁烷氧化法開發(fā)成功，上世紀(jì) 60年代又有輕油氧化法和乙烯 -乙醛氧化法相繼問世。乙烯 -乙醛氧化法成為當(dāng)時(shí)的重要生產(chǎn)方法，同期，甲醇高壓羰基合成醋酸技術(shù)由 BASF公司開發(fā)成功，上世紀(jì) 60年代末期代表醋酸合成最先進(jìn)水平的甲醇低壓羰基合成醋酸技術(shù)由美國孟山都公司開發(fā)成功，并于 1970年建成了第一套裝置。甲醇低壓羰基化法的開發(fā)

14、成功在醋酸工業(yè)的發(fā)展史上具有劃時(shí)代的意義， 世界各大醋酸生產(chǎn)國在較短的時(shí)間內(nèi)完成了其他生產(chǎn)方法向甲醇低壓羰基化法的轉(zhuǎn)變，還陸續(xù)建成了許多大型裝置，并不斷更新技術(shù)和改造擴(kuò)大生產(chǎn)能力， 目前甲醇低壓羰基化法合成醋酸的最大規(guī)模已達(dá) 100萬t/a。全世界 60以上的醋酸生產(chǎn)能力采用甲醇低壓羰基化法生產(chǎn)，其次為乙醛氧化法（以乙烯法為主）占 25，烴類液相氧化法等占 15%3 。我國自 1953年上海試劑一廠首先采用乙醇 -乙醛氧化法合成醋酸投入生產(chǎn)后，全國陸續(xù)建成了許多相同的生產(chǎn)裝置。改革開放后，又引進(jìn)了 4套乙烯法裝置； l996年上海吳涇化工公司從英國 BP公司引進(jìn) l0萬t/a低壓甲醇羰基化法合

15、成醋酸裝置建成投產(chǎn)； l998年我國自行研制的第一套低壓甲醇羰基化法l0萬t/a裝置在江蘇索普集團(tuán)投產(chǎn)； l998年揚(yáng)子江乙酰公司 (BP與中國石化、 四川維尼綸廠的合資企業(yè) )又建成了 l5萬t/a的甲醇羰基化法合成醋酸裝置。 目前國內(nèi)共有醋酸生產(chǎn)裝置90多套，總生產(chǎn)能力已達(dá) l36萬t/a。1.3醋酸的生產(chǎn)方法1.3.1甲醇羰基化大部分乙酸是通過甲基羰基化合成的。此反應(yīng)中，甲醇和一氧化碳反應(yīng)生成乙酸，反應(yīng)方程式如下：CH 3 OH CO CH 3C O O H(1.4)這個(gè)過程是以碘代甲烷為中間體，分三個(gè)步驟完成，并且需要一個(gè)一般由多種金屬構(gòu)成的催化劑。CH 3OHHICH 3 IH 2

16、O(1.5)CH 3 ICOCH 3 COI(1.6)CH 3OI H 2 OCH 3COOHHI(1.7)通過控制反應(yīng)條件，也可以通過同樣的反應(yīng)生成乙酸酐。因?yàn)橐谎趸己图状季浅Ｓ玫幕ぴ?，所以甲基羰基化一直以來備受青睞。早在1925 年，英國塞拉尼斯公司的 Henry Drefyus 已經(jīng)開發(fā)出第一個(gè)甲基羰基化制乙酸的試點(diǎn)裝置4 。然而，由于缺少能耐高壓（ 200atm 或更高）和耐腐蝕的容器，此法一度受到抑制。直到1963 年，德國巴斯夫化學(xué)公司用鈷作催化劑，開發(fā)出第一個(gè)適合工業(yè)生產(chǎn)的辦法。到了1968 年，以銠為基礎(chǔ)的催化劑的 (cis-Rh(CO) 2I2-) 被發(fā)現(xiàn)，使得反映所

17、需壓力減到一個(gè)較低的水平并且?guī)缀鯖]有副產(chǎn)物。 1970 年，美國孟山都公司建造了首個(gè)使用此催化劑的設(shè)備，此后，銠催化甲基羰基化制乙酸逐漸成為支配性的方法（孟山都法）。90 年代后期， BP 化學(xué)成功的將Cativa 催化法商業(yè)化，此法是基于釕，使用(Ir(CO) 2I2-)，比孟山都法更加綠色也有更高的效率，很大程度上排擠了孟山都法5 。1.3.2乙醇氧化法由乙醇在有催化劑的條件下和氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)制得。工藝陳舊，生產(chǎn)規(guī)模小，原料和動(dòng)力消耗高，應(yīng)嚴(yán)格控制，杜絕新建小規(guī)模生產(chǎn)裝置。1.3.3乙烯氧化法由乙烯在催化劑（所用催化劑為氯化鈀、氯化銅和乙酸錳）存在的條件下，與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成。此反應(yīng)可以

18、看作先將乙烯氧化成乙醛，再通過乙醛氧化法制得。乙烯氧化法制醋酸雖然比乙炔法和酒精法先進(jìn)，但與低壓甲醇羰基合成法相比，原料和動(dòng)力消耗高，技術(shù)經(jīng)濟(jì)上缺乏競爭性，不宜再用該技術(shù)新建裝置。原有裝置可借鑒乙烯直接氧化法進(jìn)行改造。1.3.4丁烷氧化法丁烷氧化法又稱為直接氧化法，這是用丁烷為主要原料，通過空氣氧化而制得乙酸的一種方法，也是主要的乙酸合成方法。1.3.5巴斯夫高壓法 6巴斯夫高壓法盡管已工業(yè)化多年,與其它原料路線相比，具有一定的競爭性；但與低壓法相比，相應(yīng)壓力高，原料消耗定額高，副反應(yīng)多，工藝復(fù)雜。因此，不提倡發(fā)展高壓法。1.3.6UOP/千代田工藝7UOP/千代田工藝技術(shù)先進(jìn)，在某些方面比B

19、P技術(shù)更有吸引力，但還沒有工業(yè)化生產(chǎn)裝置，引進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)大。如果在對其風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行充分論證的情況下，可積極引進(jìn)。1.3.7乙醛氧化法 8乙醛氧化法在孟山都法商業(yè)生產(chǎn)之前，大部分的乙酸是由乙醛氧化制得。盡管不能與甲基羰基化相比，此法仍然是第二種工業(yè)制乙酸的方法。乙醛可以通過氧化丁烷或輕石腦油制得，也可以通過乙烯水合后生成。當(dāng)丁烷或輕石腦油在空氣中加熱，并有多種金屬離子包括鎂，鈷，鉻以及過氧根離子催化，會(huì)分解出乙酸?；瘜W(xué)方程式如下：2C4 H 10 O2 4CH 3COOH 2H 2 O(1.8)此反應(yīng)可以在能使丁烷保持液態(tài)的最高溫度和壓力下進(jìn)行，一般的反應(yīng)條件是150和 55atm。副產(chǎn)物包括丁酮，乙

20、酸乙酯，甲酸和丙酸。因?yàn)椴糠指碑a(chǎn)物也有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，所以可以調(diào)整反應(yīng)條件使得副產(chǎn)物更多的生成，不過分離乙酸和副產(chǎn)物使得反應(yīng)的成本增加。在類似條件下，使用上述催化劑，乙醛能被空氣中的氧氣氧化生成乙酸2CH 3CHO O22CH 3 COOH(1.9)使用新式催化劑， 此反應(yīng)能獲得 95%以上的乙酸產(chǎn)率。 主要的副產(chǎn)物為乙酸乙酯，甲酸和甲醛。因?yàn)楦碑a(chǎn)物的沸點(diǎn)都比乙酸低，所以很容易通過蒸餾除去。1.4新的合成方法除已經(jīng)成熟生產(chǎn)方法外，新的醋酸合成方法也不斷出現(xiàn)。（ 1） 乙烯直接氧化法是由日本昭和電工株式會(huì)社開發(fā)， 以氯化鈀化合物為催化劑，在硫酸鹽存在下，由乙烯不經(jīng)乙醛直接氧化為醋酸，反應(yīng)在多管夾套反應(yīng)

21、器中進(jìn)行，與乙烯 -乙醛氧化法相比，投資省、工藝簡單、廢水排放少，適應(yīng)于5 萬 10 萬 t/a 規(guī)模裝置。催化聯(lián)產(chǎn)醋酸、乙烯新工藝，由沙特阿拉伯沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司(SABIC) 開發(fā)，并開發(fā)了經(jīng)磷改性的鉬 -鈮-釩酸鹽催化劑。將體積比為 15:85 的乙烷和空氣在溫度260和壓力 1.38MPa 條件下通過催化劑， 在轉(zhuǎn)化率達(dá) 53.3時(shí)，生產(chǎn)醋酸和乙烯的選擇性分別為49.5和 10.5。其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性可與甲醇羰基化技術(shù)相媲美。（ 2） 哈爾杜 -托普索公司開發(fā)成功雙功能催化劑，直接用天然氣生產(chǎn)醋酸，使用該技術(shù)的醋酸可變成本比傳統(tǒng) BP 技術(shù)降低 15。（ 3） 瓦克爾化學(xué)公司以丁烯為原料，使用

22、專用催化劑直接氧化成醋酸，該工藝的特點(diǎn)是原料成本較低，使 10 萬 20 萬 t/a 中等規(guī)模生產(chǎn)裝置具有競爭能力。（ 4） 赫司特公司開發(fā)了乙烷氣相氧化高選擇率的醋酸生產(chǎn)專利技術(shù)。（ 5） 伊士曼和 BP 公司分別建成了以煤為原料生產(chǎn)合成氣，合成氣制造甲醇、乙酸，利用乙酸甲酯羰基化合成乙酸酐裝置。隨著新技術(shù)、新方法的不斷開發(fā)成功和投入工業(yè)化生產(chǎn)，多種原料、多種方法、有競爭力的醋酸技術(shù)將不斷出現(xiàn)。1.5小結(jié)（ 1）新建醋酸裝置大型化從醋酸工業(yè)的發(fā)展趨勢來看，醋酸裝置的規(guī)模將成大型化。Celanese在新加坡有 50萬 t /a 生產(chǎn)裝置，在美國有120 萬 t /a 的生產(chǎn)廠。我國江蘇索普已成

23、功建設(shè)60 萬 t /a 醋酸生產(chǎn)裝置。經(jīng)測算，同為甲醇羰基合成醋酸工藝，60 萬 t/a 醋酸裝置較 20 萬 t/a 規(guī)模的單位成本降 200300 元/ t。裝置規(guī)模的大型化能穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。（ 2）利用先進(jìn)工藝技術(shù)淘汰落后產(chǎn)能面對醋酸產(chǎn)能過剩的局面，醋酸行業(yè)必須進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和技術(shù)結(jié)構(gòu)的調(diào)整。在控制總量的前提下，用技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)可行的低壓甲醇羰基合成醋酸工藝，淘汰一些技術(shù)落后、生產(chǎn)規(guī)模小、 能耗高、生產(chǎn)成本高的生產(chǎn)裝置。 通過工藝技術(shù)結(jié)構(gòu)調(diào)整和科技進(jìn)步，不斷提高中國醋酸在國內(nèi)外市場上的競爭力。（ 3）發(fā)展下游產(chǎn)品，化解過剩產(chǎn)能生產(chǎn)技術(shù)的突破擴(kuò)大了醋酸的產(chǎn)能，幾年間醋酸由供不應(yīng)

24、求到供需平衡，很快出現(xiàn)供過于求的局面，究其原因是下游產(chǎn)品開發(fā)落后于醋酸項(xiàng)目上馬的速度，造成了醋酸產(chǎn)能的消化不良。解決產(chǎn)能過剩問題，除控制總量，嚴(yán)格醋酸項(xiàng)目的審批外，還要積極開發(fā)醋酸下游產(chǎn)品，建議醋酸生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)當(dāng)?shù)厥袌鲂枨笄闆r， 不斷開發(fā)適合的下游產(chǎn)品，如醋酸乙烯、醋酸酯、雙乙烯酮、醋酸酐、氯乙酸、氨基乙酸等產(chǎn)品，延伸產(chǎn)品鏈，以降低醋酸單一產(chǎn)品的市場風(fēng)險(xiǎn)。1.6選題目的及意義本課題選用乙醛氧化法生產(chǎn)醋酸工藝，乙醛氧化法在孟山都法商業(yè)生產(chǎn)之前，大部分的乙酸是由乙醛氧化制得。盡管不能與甲基羰基化相比，此法仍然是第二種工業(yè)制乙酸的方法。乙醛可以通過氧化丁烷或輕石腦油制得，也可以通過乙烯水合后生成，當(dāng)

25、丁烷或輕石腦油在空氣中加熱，并有多種金屬離子包括鎂、鈷、鉻以及過氧根離子催化，會(huì)分解出乙酸?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式 (1.10)如下：2C4 H 10 5O2 4CH 3 COOH 2H 2O(1.10)此反應(yīng)可以在能使丁烷保持液態(tài)的最高溫度和壓力下進(jìn)行，一般的反應(yīng)條件是150和 55atm。副產(chǎn)物包括丁酮、乙酸乙酯、甲酸和丙酸。因?yàn)椴糠指碑a(chǎn)物也有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，所以可以調(diào)整反應(yīng)條件使得副產(chǎn)物更多的生成，不過分離乙酸和副產(chǎn)物使得反應(yīng)的成本增加。在類似條件下，使用上述催化劑，乙醛能被空氣中的氧氣氧化生成乙酸2CH 3 CHO O2 2CH 3C O O H(1.11)使用新式催化劑，此反應(yīng)能獲得95%以上的乙

26、酸產(chǎn)率。主要的副產(chǎn)物為乙酸乙酯，甲酸和甲醛。因?yàn)楦碑a(chǎn)物的沸點(diǎn)都比乙酸低，所以很容易通過蒸餾除去。此工藝是最能適應(yīng)市場的生產(chǎn)方法，尤其在山西、陜西、內(nèi)蒙、寧夏等地區(qū)。地理、資源優(yōu)勢還有成熟的生產(chǎn)工藝讓其成為比較有競爭力的方法。2 工藝流程的確定2.1本課題要解決的問題醋酸具有巨大的市場效益和廣闊的應(yīng)用前景，乙醛氧化法生產(chǎn)醋酸工藝是最能適應(yīng)市場的生產(chǎn)方法，尤其在山西、陜西、內(nèi)蒙、寧夏13 等地區(qū)。地理、資源優(yōu)勢還有成熟的生產(chǎn)工藝讓其成為比較有競爭力的方法。本設(shè)計(jì)通過查閱大量的文獻(xiàn)、資料搜集、整理和消化相關(guān)知識(shí)，對比醋酸不同合成方法的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合適的生產(chǎn)工藝路線，對于工藝過程中涉及的物料和熱量進(jìn)行

27、衡算，獲得工藝流程中的基本物流數(shù)據(jù)，同時(shí)對生產(chǎn)過程中所需要反應(yīng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、尺寸、材質(zhì)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，完成醋酸的車間生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)，繪制出主設(shè)備的裝配圖和車間布置圖。最后對這個(gè)年產(chǎn)20 萬噸醋酸的車間進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算和成本分析。2.2擬采用的研究手段2.2.1原料的選擇通過文獻(xiàn)資料的整理和分析，本設(shè)計(jì)采用乙醛氧化法生產(chǎn)醋酸工藝。采用乙醛、氧氣、氮?dú)夂痛呋瘎┳鳛樵稀?.2.2反應(yīng)原理乙醛液相催化自氧化合成醋酸是一強(qiáng)放熱反應(yīng)，總反應(yīng)式為：CH 3CHO1 O2CH3C O O H(2.1)2乙醛氧化時(shí)先生成過氧醋酸，再與乙醛合成AMP 分解即為醋酸 9 ：CH 3CHOO2CH 3C O O H(2.2

28、)CH 3 COOHCH 3 CHOAMP 2CH 3COOH(2.3)2.2.3催化劑的選擇采用催化劑能使反應(yīng)過程顯著加速，特別是能加速過氧醋酸的分解，這樣可以避免過氧醋酸的積聚，消除爆炸性危險(xiǎn)。變價(jià)金屬鹽，如鐵、鈷、錳、鎳、銅、鉻的鹽類均可作催化劑。衡量催化劑效果是否良好，可以從氧化液所含過氧醋酸的多少和氧的吸收率高低來觀察。其中鈷是最活潑的。但實(shí)踐證明，鈷并不是最理想的催化劑，因?yàn)殁挻呋瘎^氧醋酸生成的加速作用很強(qiáng)，以致過氧醋酸來不及分解而導(dǎo)致爆炸事故。因此工業(yè)上常用醋酸錳作為乙醛氧化制醋酸的催化劑 15 。2.2.4反應(yīng)器的選擇早期的醋酸生產(chǎn)采用單鍋間歇鼓泡氧化，該法不但產(chǎn)量低，勞動(dòng)

29、強(qiáng)度大，而且也不安全。為克服上述缺點(diǎn)，經(jīng)過不斷摸索、改進(jìn)，醋酸生產(chǎn)工藝逐步由單鍋間歇氧化，過渡為多鍋串連式連續(xù)氧化，最后發(fā)展為目前的塔式鼓泡氧化。在塔式反應(yīng)器中，原料乙醛及催化劑由塔底加入。氧氣則采取分段并流鼓入，以降低塔內(nèi)氧氣分壓，減少副反應(yīng)生成。為保持反應(yīng)溫度恒定，一般均是在反應(yīng)器中布置冷卻盤管，以水帶走反應(yīng)熱量。對采用此種換熱方式的反應(yīng)器，我們稱為內(nèi)冷式鼓泡塔反應(yīng)器，或簡稱為內(nèi)冷式16 。內(nèi)冷式鼓泡塔反應(yīng)器以多段塔節(jié)組成，各塔節(jié)間，因有分布板相隔、塔節(jié)間的逆向返混呱每段塔節(jié)內(nèi)有氧氣鼓入攪拌，溫度、濃度基本均勻，接近于一個(gè)全混式連續(xù)攪拌釜。各節(jié)塔段相疊后，全塔形成了多個(gè)全混連續(xù)攪拌釜串連的

30、反應(yīng)器。隨著塔段的增多，反應(yīng)物或產(chǎn)物的停留時(shí)間分布接近于理想平推流。因有冷卻盤竹不斷取走反應(yīng)熱夕各塔節(jié)內(nèi)的溫度可保持均勻不變。2.2.5主要工藝條件表 2.1乙醛氧化制醋酸主要工藝條件項(xiàng)目指標(biāo)備注原料乙醛濃度98.0%質(zhì)量百分濃度反應(yīng)溫度60 80 塔頂壓力空氣氧化0.15 0.25MPa表壓塔頂壓力氧氣氧化0.05 0.15 MPa表壓醋酸錳溶液濃度20.2%用成品醋酸配制進(jìn)醋酸錳量新鮮錳0.03:1體積比（醋酸錳溶液：乙醛）循環(huán)錳0.1:1體積比2.2.6生產(chǎn)工藝路線圖 2.1為工藝流程示意圖。乙醛和催化劑溶液自反應(yīng)塔中上部加入，為了使乙醛不被大量惰性氣體帶走，工業(yè)上一般采用氧作催化劑，且

31、氧分段鼓泡通入反應(yīng)液中，與乙醛進(jìn)行液相氧化反應(yīng)，氧化過程釋放的大量反應(yīng)熱通過外循環(huán)冷卻而移出，出反應(yīng)器的反應(yīng)尾氣經(jīng)冷凝回收乙醛后放空，反應(yīng)液首先經(jīng)蒸發(fā)器除掉醋酸錳催化劑，醋酸蒸汽則先經(jīng)精餾塔 1蒸出未反應(yīng)的乙醛、甲酸、醋酸甲酯、水、三聚乙醛等輕組分，然后經(jīng)精餾塔 2脫除高沸點(diǎn)副產(chǎn)物后得成品醋酸，要求純度99%，其余的則進(jìn)入醋酸回收塔回收粗醋酸。副產(chǎn)物乙醛醋酸粗吸收回收醋塔塔酸精餾工業(yè)氧回塔氧化流工業(yè)氮反應(yīng)乙乙醛器醛蒸精成發(fā)餾品器催化劑塔醋酸催化劑殘夜圖 2.1 醋酸生成工藝流程框圖3 物料衡算3.1設(shè)計(jì)依據(jù)醋酸生產(chǎn)消耗定額見表3.1。表 3.1 消耗定額 10名稱單耗（每噸醋酸）乙醛770kg

32、氮?dú)?60m3冷卻水250m3醋酸錳2kg設(shè)計(jì)任務(wù)為年產(chǎn)20 萬噸醋酸， 年工作日為 330 天，總時(shí)間為 8000 小時(shí)。則醋酸的生產(chǎn)能力為：21051000(3.1)25000kg / h8000根據(jù)消耗定額得乙醛進(jìn)料量為：100025000770 xx 19250 kg / h所以，選擇乙醛進(jìn)料量為20000kg/h。3.2氧化塔物料衡算通入氧化塔的乙醛量為 20000kg/h，氧化過程中乙醛總轉(zhuǎn)化率為 99.3%，氧化過程中氧的利用率為 98.4%，氧化塔塔頂補(bǔ)充的工業(yè)氮濃度為 45%，未轉(zhuǎn)化的乙醛在氣液相中的體積分配率為氣相 34%，液相 66%，表 3-2 為原料組成情況。表 3.

33、2原料組成 11原料乙醛 %（質(zhì)量）工業(yè)氧 % （質(zhì)量）工業(yè)氮 %（體積分?jǐn)?shù)）催化劑溶液 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）乙醛 99. 5氧氣98氮?dú)?7醋酸60醋酸0. 1氮?dú)?氧氣3醋酸錳10水0. 3水30三聚乙醛 0. 1注：催化劑中醋酸錳用量為氧化塔進(jìn)料乙醛用量的0.08%氧化塔中的反應(yīng)式 (3.2)、(3.3)、(3.4)、 (3.5)、 (3.6)：主反應(yīng) 12：CH 3CHO1 O 2CH 3C O O H(3.2)2副反應(yīng)：3CH 3 CHO 3O2HCOOH 2CH 3COOH CO2 H 2O(3.3)3CH 3CHO O2 CH3 CH OCOCH 3 2 H 2O(3.4)2CH3CHO3 O2CH 3COOCH 3 CO2 H 2 O(3.5)22CH3CHO5O24CO2 4H 2 O(3.6)在氧化塔中 96%的