醋酸的生產(chǎn)工藝及設(shè)備

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）任 務(wù) 書題目名稱 醋酸的生產(chǎn)工藝 審題人 （指導教師） 題目性質(zhì) 真實題目 虛擬題目學生學號 指導教師 學生姓名 專業(yè)名稱 精細化學品生產(chǎn)技術(shù) 技術(shù)職稱 教授/副教授/講師 學生院系 化學工程學院 學生層次 高職?？?2012年11月02日 云南廣播電視大學云南國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計說明書作 者:學 號：學 院:化工學院專 業(yè):精細化學品生產(chǎn)技術(shù)題 目:醋酸的生產(chǎn)工藝及制備指導者： 評閱者： 2012年12月 摘 要本設(shè)計主要是，通過不同的制取方法了解它們各自的制備及生產(chǎn)工藝。從而尋找出較好的制取醋酸的生產(chǎn)工藝。培養(yǎng)人們積極探索客觀事物之間存在的聯(lián)系，能更好的運用他們來

2、服務(wù)人類，為工業(yè)的發(fā)展，人們生活水品的提高。通過對醋酸的生產(chǎn)工藝以及制備的深入探索，能更好的運用現(xiàn)代技術(shù)去制取醋酸。從而更好地為人類制取醋酸提供了方便。也能降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，從而更好的讓產(chǎn)品服務(wù)社會，為國家的發(fā)展做出貢獻。醋酸是一種重要的基本有機化工原料，醋酸廣泛用于有機合成、醫(yī)藥、農(nóng)藥、印染、輕紡、食品、造漆、粘合劑等諸多工業(yè)部門因此 ,醋酸工業(yè)的發(fā)展與國民經(jīng)濟各部門息息相關(guān)。通過查閱資料和咨詢老師，采用了乙醛氧化法的醋酸生產(chǎn)技術(shù)。詳細的對此方法的優(yōu)缺點及工藝流程進行了分析和概述，并對具體的生產(chǎn)過程中所使用的原料、催化劑、生產(chǎn)設(shè)備進行了論述。關(guān)鍵詞：制備；生產(chǎn)工藝；有機合成；醋酸；乙醛氧化

3、。目 錄摘要3目錄5第一章 醋酸的結(jié)構(gòu)51.1醋酸的結(jié)構(gòu)51.2 醋酸的物理性質(zhì)61.3醋酸的化學性質(zhì)61.3.1醋酸的酸性61.3.2乙酸的二聚體81.3.3化學反應 71.4醋酸的用途81.4.1工業(yè)用途8第二章.醋酸生產(chǎn)工藝82.1 醋酸生產(chǎn)的歷史沿革82.2 醋酸工藝生產(chǎn)方法92.3 乙醇的氧化法102.4 乙烯的氧化法112.5 丁烷氫化法112.6 干代田工藝112.7 乙醛氫化法11第三章 乙醛的氧化法 123.1乙醛氧化法的工藝過程123.1.1關(guān)于反應方程式123.1.2催化劑的使用和生產(chǎn)123.1.3工藝流程圖123.2 乙醛氧化法的特點133.2.1乙醛氧化法的優(yōu)點133

4、.2.2乙醛氧化法的缺點133.3.1主反應133.3.2副反應133.4.2工藝條件133.4.3影響因素143.4.3.1氣液傳質(zhì)的影響因素143.4.3.2乙醛氫化速率的影響因素143.4.4催化劑153.4.5乙酸的精制153.4.6反應器的選擇16第四章 實驗設(shè)備分析16第五章 物料計算185.1氧化塔物料衡算185.2蒸發(fā)器存料換算195.3精餾塔的物料換算205.3.1精餾塔1的物料衡算215.3.2精餾塔2的物料衡算21第六章 醋酸廢水處理 22參考文獻23謝 辭25第一章 醋酸1.1醋酸的結(jié)構(gòu)乙酸又稱醋酸，廣泛存在自然界，它是一種有機化合物。乙酸（acetic acid）分子

5、中含有兩個碳原子的飽和羧酸，是烴的重要含氧衍生物。分子式CH3COOH，結(jié)構(gòu)簡式CH3COOH，分子模型圖如下：乙酸分子模型   圖1-11.2醋酸的物理性質(zhì) 純醋酸的物理性質(zhì)名 稱數(shù) 值熔點，沸點，比熱容CP，J/(gk)蒸汽液體溶解熱，J/g汽化熱，J/g黏度，mPa. s202540介電常數(shù)液體固體折射率nD20生成熱Ho，kJ/mol液體（25）氣體（25）燃燒熱Hc，kJ/mol液體標準熵So，J/(mol. k)液體（25）氣體（25）閃點(閉杯)離解常數(shù)02550臨界壓力Pc，Mpa16.66118. 0（101. 3kp）1.110(25)2.043(19.

6、 4)19.5394.5（沸點時）11.8310.978.186.170（20）2.665（-10）1.3719-484.50-432.25-874.8159.8282.5434.784.754.795.7861.3醋酸的化學性1.3.1酸性當水加到冰乙酸中，混合后的總體積變小，密度增加，直至分子比為11 ，相當于形成一元酸的原乙酸CH3C（OH）3，進一步稀釋，體積不再變化。 分子量：60.05分子結(jié)構(gòu)：  O CH3COH冰醋酸工業(yè)乙酸的腐蝕性較強，但低于甲酸，其蒸汽對眼和鼻有刺激性作用。 羧酸中，如乙酸，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，致羧酸的酸性

7、。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，也就是說僅有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。 2CH3COOH + Na2CO32CH3COONa + CO2 + H2O 2CH3COOH + Cu(OH)2 (CH3COO)2Cu + 2H2O CH3COOH + C6H5ONa C6H5OH (苯酚）+ CH3COONa 1.3.2乙酸的二聚體乙酸晶體結(jié)構(gòu)顯分子間通過氫鍵結(jié)合為二聚體（亦稱二締結(jié)物），二聚體也存在于120的蒸汽狀態(tài)。二聚體有高的

8、穩(wěn)定性，現(xiàn)在已經(jīng)通過冰點降低測定分子量以及X光衍射證明了分子量較小的羧酸如甲酸、乙酸在固態(tài)及液態(tài)，甚至氣態(tài)以二聚體形式存在。當乙酸與水溶和的時候，二聚體間的氫鍵會很快的斷裂。其它的羧酸也有類似的現(xiàn)液態(tài)乙酸是一個親水（極性）質(zhì)子化溶劑，與乙醇和水類似。因為介電常數(shù)為6.2，它不僅能溶解極性化合物，比如無機鹽和糖，也能夠溶解非極性化合物，比如油類或一些元素的分子，比如硫和碘。它也能與許多極性或非極性溶劑混合，比如水，氯仿，己烷。乙酸的溶解性和可混合性使其成為了化工中廣泛運用的化學品。 1.3.3化學反應 對于許多金屬，乙酸是有腐蝕性的，例如鐵、鎂和鋅，反應生成氫氣和金屬乙酸鹽。因為鋁在空氣中表明會

9、形成氧化鋁保護層，所以鋁制容器能用來運輸乙酸。金屬的乙酸鹽也可以用乙酸和相應的堿性物質(zhì)反應,比如最著名的例子：小蘇打與醋的反應。除了醋酸鉻（II），幾乎所有的醋酸鹽能溶于水。 Mg(s) + 2 CH3COOH(aq) (CH3COO)2Mg(aq) + H2(g) NaHCO3(s) + CH3COOH(aq) CH3COONa(aq) + CO2(g) + H2O(l) 乙酸能發(fā)生普通羧酸的典型化學反應，特別注意的是，可以還原生成乙醇，通過親核取代機理生成乙酰氯，也可以雙分子脫水生成酸酐。同樣，乙酸也可以成酯或氨基化合物。440的高溫下，乙酸分解生成甲烷和二氧化碳或乙烯酮和。 1.4醋酸的

10、用途1.4.1 工業(yè)用途醋酸是最重要的有機化工原料之一，主要用于合成醋酸乙烯、醋酸酯、醋酸鹽和氯代醋酸等產(chǎn)品，是合成纖維、膠黏劑、醫(yī)藥、農(nóng)藥和染料的重要原料，也是優(yōu)良的有機溶劑，在塑料、橡膠、印刷等行業(yè)中也有十分廣泛的用途 醋酸應用廣泛，尤其在化纖生產(chǎn)中作為溶劑或原料。醋酸離解程度比無機酸弱得多，故其腐蝕性比無機酸弱。它是弱還原性有機酸。醋酸能使鈍化型金屬具有鈍化或活化行為，取決于其濃度、溫度及含有的雜質(zhì). 生活用途醋酸可以用來去除水垢，通過化學反應制成食醋。 其他用途醋酸是一種極為重要的化工產(chǎn)品，它在有機化工中的地位與無機化工中的硫酸相當，用途有：& u7 _- h, N/ U+ |

11、2 R0 l(1)醋酸乙烯。醋酸的最大消費領(lǐng)域是制取醋酸乙烯，約占醋酸消費的44%以上，它廣泛用于生產(chǎn)維綸、聚乙烯醇、乙烯基共聚樹脂、黏合劑、涂料等。. - R/ a3 A: / K( Z(2)溶劑。醋酸在許多工業(yè)化學反應中用作溶劑。! F; 6 g1 h5 O6 r! 4 _/ x(3)醋酸纖維素。醋酸可用于制醋酐，醋酐的80%用于制造醋酸纖維，其余用于醫(yī)藥、香料、染料等。" l- t* g" q2 - N(4)醋酸酯。醋酸乙酯、醋酸丁酯是醋酸的兩個重要下游產(chǎn)品。醋酸乙酯用于清漆、稀釋料、人造革、硝酸纖維、塑料、染料、藥物和香料等；醋酸丁酯是一種很好的有機溶劑，用于硝化纖

12、維、涂料、油墨、人造革、醫(yī)藥、塑料和香料等領(lǐng)域 第二章 醋酸的生產(chǎn)工藝2.1醋酸生產(chǎn)的歷史沿革早在公元前三千年，人類已經(jīng)能夠用酒經(jīng)過各種醋酸菌氧化發(fā)酵制醋。2 十九世紀后期，人們發(fā)現(xiàn)從木材干餾制木炭的副產(chǎn)餾出液中可以回收醋酸，成為醋酸的另一重要來源. 但這兩種方法原料來源有限，都需要脫除大量水分和許多雜質(zhì)，濃縮提純費用甚高，因此，隨著20世紀有機化學工業(yè)的發(fā)展，誕生了化學合成醋酸的工業(yè). 乙醛易氧化生成醋酸，收率甚高，成為最早的合成醋酸的有效方法. 1911年，德國建成了第一套乙醛氧化合成醋酸的工業(yè)裝置并迅速推廣到其它國家.3早期的乙醛來自糧食、糖蜜發(fā)酵生成的乙醇的氧化，1928年德國以電石乙

13、炔進行水合反應生成乙醛，是改用礦物原料生成醋酸的開始. 二次大戰(zhàn)后石油化工興起發(fā)展了烴直接氧化生產(chǎn)醋酸的新路線，但氧化產(chǎn)物組分復雜，分離費用昂貴. 因此19571959年德國Wacher-chemie和Hoechst兩公司聯(lián)合開發(fā)了乙烯直接氧化制乙醛法后，乙烯乙醛醋酸路線迅速發(fā)展為主要的醋酸生產(chǎn)方法. 70年代石油價格上升，以廉價易得、原料資源不受限制的甲醇為原料的羰基化路線開始與乙烯路線競爭。 甲醇羰基化制醋酸雖開始研究于20年代，60年代已有BASF公司的高壓法工業(yè)裝置，但直到1971年美國Monsanto公司的甲醇低壓羰基化制醋酸工廠投產(chǎn)成功，證明經(jīng)濟上有壓倒優(yōu)勢，現(xiàn)已取代乙烯路線而占領(lǐng)

14、先地位。 1989年世界醋酸總生產(chǎn)能力為480kt，一套甲醇低壓羰基化裝置的生產(chǎn)能力總計2000kt/a以上，除個別廠外，都已建成投產(chǎn)。中國工業(yè)生產(chǎn)合成醋酸同樣從發(fā)酵法、乙醇乙醛氧化法及電石乙炔乙醛氧化路線開始，60年代末全國已形成60kt/a的生產(chǎn)能力. 70年代開始發(fā)展乙烯路線，引進了每套年產(chǎn)約7萬噸大型裝置. 輕油氧化制醋酸，天然氣制甲醇，低壓羰基化制醋酸的工藝路線正積極研究。 可以肯定這些將會使我國的醋酸生產(chǎn)出現(xiàn)一個飛躍。 2.2 醋酸工業(yè)生產(chǎn)方法工業(yè)上生產(chǎn)醋酸的方法主要有3種:乙醛法、丁烷或輕油氧化法以及甲醇羰基化法。 (1)乙醛法 這是比較古老的生產(chǎn)方法。乙醛可由乙炔 、乙烯和乙醇

15、制得,1959年用乙烯直接氧化制乙醛(常稱瓦克法)獲得成功,現(xiàn)在已成為生產(chǎn)乙醛的主要方法。乙醛生產(chǎn)醋酸的反應式為: 工藝過程為:將含5%10%乙醛的醋酸液通入空氣或氧氣氧化,催化劑為醋酸錳或醋酸鈷,反應溫度5080,反應壓力0.11.0MPa。除主產(chǎn)物醋酸外,還有甲醛和甲酸等副產(chǎn)物生成 。乙醛轉(zhuǎn)化率90%以上,醋酸選擇性大于94%。(2)丁烷(或輕油)液相氧化法 20世紀50年代初在美國首先實現(xiàn)工業(yè)化。丁烷或輕油在Co,Cr,V或Mn的醋酸鹽催化下在醋酸溶液中被空氣氧化,反應溫度95100,壓力1.05.47MPa,反應產(chǎn)物眾多,分離困難,而且對設(shè)備和管路腐蝕性強,雖然能用廉價的丁烷和輕油作原

16、料,除美國 、英國等少數(shù)國家還繼續(xù)采用外,其他國家對該法興趣不大。 (3)甲醇羰基化法 以甲醇為原料合成醋酸,不但原料價廉易得,而且生成醋酸的選擇性高達99%以上,基本上無副產(chǎn)物,現(xiàn)在世界上有近40%的醋酸是用該法生產(chǎn)的,新建生產(chǎn)裝置多考慮采用這一生產(chǎn)方法。 甲醇低壓羰基化制醋酸的工藝原理 主反應: HI(或CHI)為助催化劑. 副反應: = = 。 2.3 乙醇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。2CH3CHO+O22CH3COOH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。當丁烷或輕石腦油

17、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，會分解出乙酸?；瘜W方程式如下：2 C4H10 + 5 O2 4 CH3COOH + 2 H2O此反應可以在能使丁烷保持液態(tài)的最高溫度和壓力下進行，一般的反應條件是150和55atm。副產(chǎn)物包括丁酮，乙酸乙酯，甲酸和丙酸。因為部分副產(chǎn)物也有經(jīng)濟價值，所以可以調(diào)整反應條件使得副產(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：2 CH3CHO + O2 2 CH3COOH也能被 氫氧化銅懸濁液氧化：2Cu(OH)2+CH3CHOCH3COOH+Cu2O+2H2O 使

18、用新式催化劑，此反應能獲得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。因為副產(chǎn)物的沸點都比乙酸低，所以很容易通過蒸餾除去。2.4 乙烯氧化法由乙烯在催化劑(所用催化劑為氯化鈀:PdCl2、氯化銅：CuCl2和乙酸錳：(CH3COO)2Mn）存在的條件下,與氧氣發(fā)生反應生成。此反應可以看作先將乙烯氧化成乙醛，再通過乙醛氧化法制得。乙烯法醋酸雖然比乙炔法和酒精法先進,但與低壓甲醇羰基合成法相比,原料和動力消耗高,技術(shù)經(jīng)濟上缺乏競爭性,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行改造。 CH3COOCHCH2H2O®     

19、60;         C2H4CH3COOH 1/2 O2 o92.5 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。2C4H105O24CH3COOH2H2O2.6 千代田工藝 千代田公司于1997年開發(fā)了采用甲醇低壓羧基合成法的Acetica工藝。7該工藝采用多相銠催化劑與聚乙烯基吡啶樹脂組合，用碘代甲烷做促進劑。據(jù)稱，該多相催化劑體系可改進銠的管理，使醋酸的產(chǎn)率超過99%。該工藝于1752.8MPa的條件下，在鼓泡塔式閉路反應器中進行，采用懸浮的固體銠基復合催化劑（負載于特種

20、材料球體上），反應后，產(chǎn)品閃蒸、脫水、精制，甲醇的轉(zhuǎn)化率大于99%。千代田工藝技術(shù)先進,在某些方面比BP技術(shù)更有吸引力,但還沒有工業(yè)化生產(chǎn)裝置,引進的風險大。如果在對其風險性進行充分論證的情況下,可積極引進。2.7 乙醛氧化法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。8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，會分解出乙酸?；瘜W方程式如下： 2 C4H10 + 5 O2 4 CH3COOH + 2 H2O 此反應可

21、以在能使丁烷保持液態(tài)的最高溫度和壓力下進行，一般的反應條件是150和55 atm。副產(chǎn)物包括丁酮，乙酸乙酯，甲酸和丙酸。因為部分副產(chǎn)物也有經(jīng)濟價值，所以可以調(diào)整反應條件使得副產(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 2 CH3CHO + O2 2 CH3COOH 使用新式催化劑，此反應能獲得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。因為副產(chǎn)物的沸點都比乙酸低，所以很容易通過蒸餾除去。 第三章 乙醛氧化法3.1 乙醛氧化法的工藝過程3.1.1 反應方程式乙醛液相催化自氧化合成醋酸是一強放熱反

22、應，總反應式為： 乙醛氧化時先生成過氧醋酸，再與乙醛合成AMP 9分解即為醋酸： 3.1.2 催化劑的使用乙醛和催化劑溶液自反應塔中上部加入，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，且氧分段鼓泡通入反應液中，與乙醛進行液相氧化反應，氧化過程釋放的大量反應熱通過外循環(huán)冷卻而移出，出反應器的反應尾氣經(jīng)冷凝回收乙醛后放空，反應液首先經(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脫除高沸點副產(chǎn)物后得成品醋酸，要求純度99%，其余的則進入醋酸回收塔回收粗醋酸3.1.3工藝流程圖 圖3-1 工藝流程圖1-第一氧化塔；

23、2-第一氧化塔冷卻器；3-第二氧化塔；4-第二氧化塔冷卻器；5-尾氣吸收塔；6-蒸發(fā)器；7-脫低沸物塔；8-脫高沸物塔；9-脫水塔3.2 乙醛氧化法的特點3.2.1 乙醛氧化法優(yōu)點 乙醛氧化法所要求的反應條件易于實現(xiàn)，對反應器皿的要求相對于其他方法較為簡單。生產(chǎn)原料來源廣泛，成本較低。其副產(chǎn)物包括丁酮，乙酸乙酯，甲酸和丙酸，有很好的經(jīng)濟價值。因為副產(chǎn)物的沸點都比乙酸低，所以很容易通過蒸餾除去。乙醛氧化法具有工藝簡單、技術(shù)成熟、收率高、成本較低等特點。3.2.2 乙醛氧化法缺點需要對反應條件進行嚴格控制，分離乙酸和副產(chǎn)物使得反應的成本增加。3.3 乙醛氧化法的原料按原料路線分 ， 乙醛氧化法主要

24、有糧食酒精（乙醇） 乙醛氧化法、 電石乙炔乙醛氧化法和石油乙烯乙醛氧化法 。 乙炔乙醛氧化法生產(chǎn)醋酸 ， 是先用電石乙炔水合法制乙醛 ， 然后乙醛再氧化成醋酸 。酒精 （ 乙醇 ）乙醛氧化法屬 20 世紀三四十年代傳統(tǒng)方法， 用該法每生產(chǎn) 1 t 醋酸消耗糧食 2 t， 成本高。乙烯乙醛氧化 法 （二 段 乙 烯 氧 化 法 ） 利 用 石油資源制取乙烯 ， 再以乙烯逐級氧化制取醋酸 。該路線使用乙醛作為中間體 ， 由乙烯氧化生成 ，即 為 Wacker 工 藝 。 乙 烯 乙 醛 氧 化 法 因 工 藝 簡 單 ，收 率 較 高 。 3.4乙醛氧化法的生產(chǎn)原理3.4.1 主反應 2CH3CH

25、O+O22CH3COOH副反應 CH3CHO+O2 CH3COOOH CH3COOH CH3OH+H2O CH3OH+O2 HCOOH+H2O CH3COOH+CH3OH CH3COOCH3+H2O 3CH3CHO+O2 CH3CH(OCOCH3)2+H2O CH3CH(OCOCH3)2 (CH3CO)2O+CH3CHO3.4.2 工藝條件原料配比：乙醛與投氧量摩爾比為2：1 反應溫度：343353K 反應壓力： 0.15MPa 催化劑： 醋酸錳3.4.3影響因素乙醛液相氧化生產(chǎn)醋酸的過程是一個氣液非均相反應，可分兩個基本過程：一是氧氣擴散到乙醛的醋酸溶液界面，繼而被溶液吸收的傳質(zhì)過程；二是在

26、催化劑作用下，乙醛轉(zhuǎn)化為醋酸的反應過程。3.4.3.1氣液傳質(zhì)（氧的吸收和擴散）的影響因素 氧氣的通入速度： 通入氧氣的速率越快，氣液接觸面積越大，氧氣的吸收率越大，設(shè)備的生產(chǎn)能力也就越大。但是，氧氣的通入速率并非是可以無限增加的，因為氧氣的吸收率與通入氧氣的速率并非簡單的線性關(guān)系。當通入氧氣的速率超過一定值后，氧氣的吸收率反而降低，氧氣的損耗反而會加大，甚至還會把大量的乙醛與醋酸夜帶出。此外，氧氣的吸收不完全會引起尾氣中氧濃度的增加，造成不完全因素。所以，氧氣的通入速率受到經(jīng)濟性和安全性的制約，存在一適宜值。 氧氣分布的板的孔徑：為防止局部過熱，生產(chǎn)中采取氧氣分段通入氧化塔，各段氧氣通入處還

27、設(shè)置有氧氣分布板，以使氧氣均勻的分布成適當大小的氣泡，加快氧的擴散與吸收。氧氣分布板的孔徑與氧的吸收率成反比，孔徑小可以增加氣泡的數(shù)量和氣液兩相接觸的面積，但孔徑過小則造成流體流動阻力增加，使氧氣的輸送壓力增高?？讖竭^大則會造成氣液相接觸面積過小，并會加劇液相物料的帶出。氧氣通過的液注高度： 在一定通氧速率條件下，氧的吸收率與其通過的液注高度成正比。液注越高，氣液兩相接觸時間越長，吸收效果越好，吸收率增加。此外，氣體的溶解度也與壓力有關(guān)，液注高則靜壓高，有利于氧氣的溶解和吸收。一般，液注超過4m時，氧的吸收率可以達到97%98%以上，液注再增加氧的吸收率無明顯變化。3.4.3.2乙醛氧化速率的

28、影響因素 乙醛氧化生產(chǎn)醋酸的速率與催化劑的性質(zhì)和用量、反應溫度、反應壓力、原料純度、氧化液的組成等諸多因素有關(guān)。反應溫度 溫度在乙醛的氧化過程中是一個非常重要的因素，乙醛氧化成過氧醋酸分解的速率都隨溫度的升高而加快。但溫度不宜太高，過高的溫度會使副反應的加劇，同時，為使乙酸保持液相，必須提高系統(tǒng)壓力，否則在氧化塔頂部空間乙酸與氧氣的濃度增加，增加爆炸的危險性。但溫度也不宜過低，過低會降低乙酸氧化為過氧乙酸以及過氧乙酸的分解速度，易導致過氧乙酸積累，同樣存在不安全性。因此，用氧氣氧化時，適宜溫度應控在343353K，還必須及時的出去反應熱。 反應壓力 提高反應壓力，既可促進氧向液體界面擴散，有利

29、于氧被反應液吸收，還能使乙醛沸點升高，減少乙醛的揮發(fā)。但是，升高壓力會增加設(shè)備的投資費用和操作費用的。實際生產(chǎn)操作壓力控制在0.15MPa（表壓）左右。 原料純度 乙醛氧化成醋酸反應特點是以自由基為鏈載體，所以凡能奪取反應鏈中自由基的雜質(zhì)，稱為阻化劑。阻化劑的存在，會使反應速度顯著下降。水就是一種典型的能阻抑鏈反應進行的阻化劑，故要求原料乙醛含量（質(zhì)量分數(shù)）>99.7%，其中水分含量<0.03%。乙醛原料中三聚乙醛可使乙醛氧化反應的誘導期增長，并被帶入成品醋酸中，影響產(chǎn)品質(zhì)量，故要求原料乙醛中三聚乙醛含量<0.01%。氧化液的組成 在一定條件下，乙醛液相氧化所得的反應液稱為氧

30、化液。其主要成分有醋酸錳、醋酸、乙醛、氧、過氧醋酸，此外還有原料帶入的水分及副反應生成的醋酸甲酯，甲酸，二氧化碳等。氧化液中醋酸濃度和乙酸濃度的改變對氧的吸收能力有較大的影響。當氧化液中醋酸含量（質(zhì)量分數(shù)）為82%95%時，氧的吸收率保持在98%左右，超出此范圍，氧的吸收率下降。當氧化液中乙醛的含量在5%15%時，氧的吸收率保持在98%左右，超出此范圍，氧的吸收率下降。從產(chǎn)品的分離角度考慮，一般在流出的氧化液中，乙醛含量不應超過2%3%。3.4.4催化劑 在一定的溫度和壓力下，氧氣才能和乙醛反應，但反應速率很小，為了加快過程進行，升高溫度反應并加入催化劑，不僅使反應生成過氧醋酸的過程進行的很快

31、，而且使過氧醋酸連續(xù)分解成醋酸的過程也加速進行，避免在物系中過氧醋酸的積聚 。變價金屬的硫酸鹽和醋酸鹽均可作為催化劑，如、錳、鈷、銅等。據(jù)研究。乙醛氧化反應中各種催化劑的相對活性，醋酸的濃度越高，催化劑的活性越高。其中鈷是最活潑的，它對過氧醋酸生成所起的加速作用很強，以致過氧醋酸來不及分解而積聚引起爆炸，因此，一般采用比較不活潑的醋酸錳為催化劑。 醋酸錳的用量對乙醛吸收氧的速率有影響，醋酸錳在氧化液中的含量必須均勻合適，使生成的過氧醋酸及時分解，加快醋酸的生成，減少副反應的進行，一般情況下醋酸錳連續(xù)投料量是乙醛質(zhì)量的0.080.1.3.4.5乙酸的精制乙醛氧化除了生成乙酸以外，還含有許多雜質(zhì)，

32、例如：醋酸錳、醋酸、乙醛、氧、過氧醋酸，此外還有原料帶入的水分及醋酸甲酯，甲酸，二氧化碳等。要得到高純度的乙酸，必須將粗乙酸進行分離，以得到精制乙酸。 精制過程如下： 氧化塔出料的氧化液首先進入催化劑回收塔，通過再沸器用間接蒸汽加熱進行蒸發(fā)，塔釜濃縮后的催化劑溶液由催化劑循環(huán)泵連續(xù)打入氧化塔的氧化液循環(huán)泵入口，或在活性下降時打入高沸物注槽中，蒸發(fā)的醋酸、低沸物等蒸汽直接向脫高沸物塔氣相進料。從催化劑回收塔蒸出的醋酸等物質(zhì)進入脫高沸物塔后，由再沸器通入蒸汽加熱蒸餾，醋酸、水、甲酸、甲酯等低沸物從塔頂蒸出，經(jīng)塔頂冷凝器冷凝后進入高沸塔回流罐，一部分由高沸物回流泵打回流，一部分由回流泵輸送向脫低沸物

33、塔進料，回流比為1：1.塔釜經(jīng)過蒸餾得到含醋酸93（質(zhì)量分數(shù)）左右的高沸物貯槽中。 從高沸物塔回流罐來的流出液進入脫低沸物塔，由再沸器通入蒸汽間接加熱蒸餾，甲酸、水、甲酯、乙醛等低沸物從塔頂蒸出，經(jīng)低沸塔塔頂冷凝器冷凝后進入回流罐，通過回流泵部分打回流，回流比為25：1，一部分打向脫水塔作進料。經(jīng)過精餾，脫低沸物塔塔釜可得到99.8以上的醋酸，醋酸經(jīng)冷凝器冷凝和醋酸冷卻器冷卻后，進入醋酸中間貯槽，由醋酸泵連續(xù)打入中間罐區(qū)成品罐中。3.4.6反應器的選擇乙醛氧化生產(chǎn)醋酸的主要設(shè)備是氧化反應器，與其他液相氧化反應相同。 乙醛氧化生產(chǎn)醋酸的主要特點是:反應為一氣液非均相的強放熱反應，介質(zhì)有強腐蝕性，

34、反應潛伏著爆炸的危險性。所以，對氧化反應器相應的要求是：能提供充分的相接觸界面;能有效移走反應熱；設(shè)備材質(zhì)必須耐腐蝕；確保安全防爆；同時流動形態(tài)要滿足反應要求（全混型） 工業(yè)生產(chǎn)中采用的氧化反應器為全混型鼓泡床塔式反應器，簡稱氧化塔。按照移除熱量的方式不同，氧化塔有兩種形式，即內(nèi)冷卻型和外冷卻型。氧化塔溢流口高于循環(huán)液進口約1.5米，循環(huán)液進口略高于原料乙醛進口，安全設(shè)施與內(nèi)冷卻型相同。 為使氧化塔耐腐蝕，減少因腐蝕引起的停車檢修次數(shù)，乙醛氧化塔材料選用鎳、鉻、鉬、鈦的不銹鋼。內(nèi)冷卻型氧化塔：塔身分為多節(jié)，各節(jié)設(shè)有冷卻盤管或直管傳熱裝置，內(nèi)通冷卻水移走反應熱以控制反應溫度。氧氣分數(shù)段通入，各段

35、設(shè)有氧氣分配管，氧氣由分配管上小孔吹入塔中（也有采用泡罩或噴射裝置的），通過花板，達到氧氣均勻分布。在氧化塔上部設(shè)有擴大空間部分，目的是使廢氣在此緩沖減速，減少乙醛和醋酸的夾帶量。塔的頂部設(shè)有面積適當?shù)姆辣?，并有氮氣通入塔中稀釋氣相中乙醛及氧氣濃度，以保證氧化過程的安全操作。內(nèi)冷卻型氧化塔可以分段控制冷卻水和通氧量，但傳熱面積太小，生產(chǎn)能力受到限制。在大規(guī)模生產(chǎn)中都采用外冷卻型鼓泡床氧化塔，該塔是一個空塔，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，位于塔外的冷卻器為列管式熱交換器，制造檢修遠比內(nèi)冷卻型氧化塔方便。乙醛和醋酸錳是在塔中上部加入的，氧氣分三段加入。氧化液由塔底抽出送入塔外冷卻器進行冷卻，移走反應熱后再循環(huán)回

36、氧化塔。第四章 實驗設(shè)備的分析4.1 反應釜反應釜是綜合反應容器，根據(jù)反應條件對反應釜結(jié)構(gòu)功能及配置附件的設(shè)計。從開始的進料-反應-出料均能夠以較高的自動化程度完成預先設(shè)定好的反應步驟，對反應過程中的溫度、壓力、力學控制（攪拌、鼓風等）、反應物/產(chǎn)物濃度等重要參數(shù)進行嚴格的調(diào)控。 反應釜是一種反應設(shè)備，在操作的時候一定要注意，否則因為很多的原因造成很多的損壞，造成不必要的生產(chǎn)停止。反應釜的操作要注意很多方面。 首先，是自己一定要嚴格的按照規(guī)章制度去操作反應釜1。 其次，在操作前，應仔細檢查有無異狀，在正常運行中，不得打開上蓋和觸及板上之接線端子，以免觸電；嚴禁帶壓操作；用氮氣試壓的過程中，仔細

37、觀察壓力表的變化，達到試壓壓力，立即關(guān)閉氮氣閥門開關(guān)；升溫速度不宜太快，加壓亦應緩慢進行，尤其是攪拌速度，只允許緩慢升速。 最后，釜體加熱到較高溫度時，不要和釜體接觸，以免燙傷；實驗完應該先降溫。不得速冷，以防過大的溫差壓力造成損壞。同時要及時的拔掉電源。 同時反應釜使用后要注意去保養(yǎng)，這樣高壓釜才能有更好的使用壽命。 （1）、裝置地：反應釜應安裝在符合防爆要求的高壓操作室內(nèi)，在裝備多臺反應釜時，應分開放置，每兩臺之間應用安全的防爆墻隔開，每間操作室均應有通向室外的通道和出口，當存在易爆介質(zhì)時應保證設(shè)備地通風良好。 （2）、打開包裝后檢查設(shè)備有無損壞，根據(jù)設(shè)備型號按結(jié)構(gòu)圖將設(shè)備安裝起來，所配備

38、件按照裝箱單查清。加熱方式如果是導熱油電加熱，請按照使用溫度購買相應型號的導熱油（注意：導熱油絕對不允許含有水分）加入，加入時將夾套上部的加油口打開并將夾套中上部的油位口打開，通過加油口往里加油待油位口流油時即可，后將油位口擰死，勿將加油口擰死以免產(chǎn)生壓力。 （3）、釜體、釜蓋的安裝及密封：釜體和釜蓋采用墊片或錐面與圓弧面的線接觸，通過擰緊主螺母使它們相互壓緊達到良好的密封效果，擰緊螺母時必須對角對稱多次逐步加力擰緊，用力均勻，不允許釜蓋向一邊傾斜，以達到良好的密封效果，在擰緊主螺母時不得超過規(guī)定的擰緊力矩40120N.M范圍，以防密封面被擠壞或超負荷磨損，密封面應特別加以愛護，每次安裝之前用

39、比較柔軟的紙或布將上下密封面擦拭干凈，特別注意不要將釜體、釜蓋密封面碰上疤痕，若合理操作可使用上萬次以上，密封面破壞后，需重新加工修復方可達到良好的密封性能，拆卸釜蓋時應將釜蓋上下緩慢抬起，防止釜體與釜蓋之間的密封面相互碰撞。如果密封是采用墊片密封（四氟、鋁墊、銅墊、石棉墊等），通過擰緊主螺母便能達到良好的密封效果。 （4）、閥門、壓力表、安全閥的安裝通過擰緊正反螺母，即達到密封的效果，聯(lián)接兩頭的圓弧密封面不得相對旋轉(zhuǎn)，對所有螺絲聯(lián)接件在裝配時，均須涂抹潤滑劑或油料調(diào)和的石墨，以免咬死。閥門的使用：針形閥系線密封，僅需輕輕轉(zhuǎn)動閥針，壓緊密封面即能達到良好的密封性能，禁止用力過大，以免損壞密封面

40、。 第五章 物料的計算我們以年產(chǎn)10萬噸的公司為例，進行分析5.1氧化塔物料衡算氧化塔物料衡算中的已知數(shù)據(jù) 每小時通入氧化塔的乙醛量為10000kg/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% 氧化塔塔頂補充的工業(yè)氮使其濃度達到45% 未轉(zhuǎn)化的乙醛在氣液相中的分配率（體積%） 氣相：34% 液相：66% 催化劑中醋酸錳用量為氧化塔進料乙醛重量的0. 08%（2）氧化塔物料衡算圖見圖5-1圖5-1 氧化塔物料衡算圖圖5-1（3）催化劑用量 已知催化劑溶液中醋酸錳用量為氧化塔進料乙醛重量的0.08%，催化劑中醋酸錳的含量為10%，設(shè)催化劑溶液用量為x 其中： 醋酸

41、錳 80. 65×0. 1=8. 06kg 水 80. 65×0. 3=24. 20kg 醋酸 80. 65×0. 6=48. 39kg 5.2 蒸發(fā)器物料衡算已知數(shù)據(jù)： （進料中醋酸錳含量） （完成液中醋酸錳含量） 蒸發(fā)器進出物料圖見圖5-2圖5-2 列衡算式： 5.3精餾塔的物料衡算5.3.1 精餾塔1物料衡算已知數(shù)據(jù)：（1）進料流量13245. 68kg/h （2）醋酸質(zhì)量分數(shù)0. 968，水的質(zhì)量分數(shù)0. 0154 （3）餾出液中醋酸含量3%，釜液中醋酸的回收率為98% （4）醋酸和水的摩爾質(zhì)量分別為60kg/kmol和18kg/kmol精餾塔1進出物料圖

42、見圖5-3圖5-3 則：進料組成 進料平均摩爾質(zhì)量進料流量列衡算式： =0. 97 =0. 98得： 即： 5.3.2 精餾塔物料衡算已知數(shù)據(jù)：（1）進料流量F=12825.92kg/h （2）進料醋酸含量98%，釜殘液醋酸含量10%，成品醋酸含量99. 8%精餾塔2進出物料圖見圖5-4圖5-4 列衡算式： 得： 5.4 醋酸回收塔物料衡算已知數(shù)據(jù)：（1）進料流量F=419.76+257.09=676.85kg/h （2）經(jīng)回收后得到粗醋酸含量65%以上（按65%計算） （3）從精餾塔出來的醋酸含量20%，副產(chǎn)物中含5%的醋酸醋酸回收塔進出物料圖見圖5-5圖5-5 列衡算式： F=X+Y F&

43、#215;0. 2=0. 05X+0. 65Y得： X=507.64kg/h Y=169.21kg/h第六章 工業(yè)廢水的處理6.1醋酸廢水理技術(shù)：醋酸作為一種重要的有機化工原料,廣泛應用于輕紡、醫(yī)藥、染料、香料、農(nóng)藥等行業(yè),但這些行業(yè)生產(chǎn)過程大多會產(chǎn)生不同濃度廢醋酸,若不進行回收利用或處理方法不當,會造成污染,增加生產(chǎn)成本;如果能進行有效的處理,對污染防治、經(jīng)濟效益、持續(xù)發(fā)展等多方面有著重要的意義。廢醋酸處理大致可以分為兩類:提純廢醋酸與合成下游產(chǎn)品。一、分離提純提純廢稀醋酸的方法主要有:萃取、膜分離、吸附、精餾以及上述部分方法的聯(lián)合。醋酸廢水處理技術(shù)：1、萃取法據(jù)報道,對醋酸有較強萃取能力的

44、萃取劑主要是叔胺類化合物的三辛胺(TOA)和磷酰類化合物的氧化三辛膦(TOPO),配以極性稀釋劑。以叔胺為萃取劑進行醋酸提取分離,采用pH值“擺動效應”進行溶劑再生的工藝路線在實驗室取得很好的效果,但要實現(xiàn)工業(yè)化,須解決萃取劑的萃取能力不夠強、處理費用高、溶劑再生易乳化等問題。醋酸廢水處理技術(shù)：2、膜分離法膜分離利用離子、分子和微粒的電性,幾何尺寸的差別,將多組分的混合物進行精細分離。在多種膜分離法中,用于有機溶劑回收純化的操作方法主要是:擴散透析和滲透蒸發(fā)。6.2醋酸廢水處理技術(shù)：6.2.1吸附法活性炭吸附法吸附分離法適用于分離低濃度廢醋酸溶液?，F(xiàn)階段一般采用活性炭作為吸附劑,當稀醋酸水溶液

45、與活性炭接觸時,醋酸和一部分水被活性炭吸附,然后加熱活性炭,醋酸與水脫附,得到濃縮的醋酸水溶液。但吸附容量不大,后續(xù)處理困難,只適用于少量的廢醋酸分離,因此還未能在工業(yè)上應用。樹脂吸附法樹脂吸附是近年來研究較多的一種吸附分離方法。離子交換樹脂特別是弱堿性樹脂吸附酸,較強堿性樹脂其吸附能力強,易再生。6.2.2精餾法普通精餾法 醋酸和水不產(chǎn)生共沸組成,但由于沸點相近且屬于高度非理想物系,因此要從低濃度廢醋酸得到高純的醋酸,需耗費大量蒸汽,經(jīng)濟效果差,一般少采用,主要是用于含水較少的醋酸粗提純。萃取精餾法 萃取精餾的特點就是在原料進口和塔頂有溶劑的進口,下段為萃取段,上段為精餾段,整個流程中溶劑可以循環(huán)再生利用。 共沸精餾