年產(chǎn)4萬(wàn)噸醋酸乙烯生產(chǎn)車(chē)間工藝設(shè)計(jì)

乙炔氣相法Wacker流程和Borden流程的比 醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝流 主反應(yīng)方程 主要的副反應(yīng)方程 醋酸乙烯合成反應(yīng)原 生產(chǎn)工藝流程示意 第3章醋酸乙烯的物料衡 主要的反應(yīng)方程 基礎(chǔ)數(shù) 裝置的工藝數(shù) 小時(shí)生產(chǎn)能 計(jì)算基 原料規(guī) 各工序的物料衡 乙炔工 反應(yīng)工 、分離工 、精餾工 醋酸乙烯生產(chǎn)過(guò)程物料衡算匯 第4章醋酸乙烯的熱量衡 基礎(chǔ)數(shù) 反應(yīng)系統(tǒng)的熱量衡 分離系統(tǒng)的熱量衡 精餾系統(tǒng)的熱量衡 精餾一塔熱量衡 精餾二塔熱 精餾三塔的熱量衡 總熱量衡算匯 第5章主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)和選 固定床反應(yīng) 醋酸乙烯精餾 第6章車(chē)間布置設(shè) 概 車(chē)間布置的基本原則和要 廠房建 生產(chǎn)操 設(shè)備裝 安全要 車(chē)間輔助用室及生活用室的配 設(shè)備之間及設(shè)備與建筑物之間的一般安全距 結(jié) 致 摘要：中國(guó)是一個(gè)煤炭資源豐富的國(guó)家，發(fā)展煤炭事業(yè)，生產(chǎn)新的化工原料，有極大的PAEA（PAc物（EVC、聚乙烯醇縮甲醛醋酸等。本文簡(jiǎn)要介紹了醋酸乙烯的理化性質(zhì)、主要用途以及醋酸乙烯的生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。總結(jié)了合成醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝方法，對(duì)比不同生產(chǎn)工藝路線及其優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)提出ProcessEngineeringofVinylAcetateProcessWorkshopinScaleof40000TonsperYearAbstract:Chinaisfullofthecoalresources.Soitcandevelopthecoalbusiness,andproducenewchemicalmaterials.Wehavegreatpotentialityandadvantage.Asanewtypeofchemicalrawmaterials,vinylacetatearewidelyusedinorganicsynthesis,nylon,adhesives,paintindustryetc.Itistopprioritytolookforreasonableproductionmethod.Vinylacetateareusedasintermediateswiththeappliedspreadofpolyvinylalcoholonthenon-fibersphere.Soitmakestherisingdemandaboutvinylacetate,anditisparticularlyimportanttoimprovetheproductionandqualityofvinylacetate.Thoughpolymerizationownwithothermonomercopolymerization,vinylacetatecanbegeneratedpolyvinylalcohol,vinylacetate-ethylenecopolymeremulsionorcopolymerizationester,polyvinylacetate,vinylacetate-choloethylenecopolymer,polyvinylalcoholshrinkformaldehydeetc.Comparingthedifferentproductionprocessrouteanditsadvantagesanddisadvantages,Streetvinylacetatesynthesisisalsoputforwardtheselectionprincipleoftechnology,thispaperexpoundsthefutureofvinylacetatesynthesistechnologydevelopmenttrend,andexpoundsthevinylacetateresearch,production,developmentsituation,Andtheprocessofvinylacetatesynthesisinourcountry.Thispaperintroducesthesynthesisprocessofapplicationofcalciumcarbideacetylenemethodtomakevinylacetate,andaccordingtothedifferentcatalystsvinylacetatesynthesisthispaperintroducesthem.PrimarilyWithmaterialandheatbalancecalculation,thisdesignprocessescalculationandselectionofequipmentandprocessworkshoplayout,Onthebasisofselection,italsopaintstheprocessofflowingdiagramandthemainequipmentassemblydrawing,besides,itputsforwardtheschemeofprocessimprovementandmeasures.Ofimprovingoutput.Keywords:Vinylacetate;Calciumcarbideacetylenemethod;Productionprocess;Materialcalculation;Heatcalculation;productionworkshop引醋酸乙烯(Vinylacetate,簡(jiǎn)稱(chēng)VAc)，全稱(chēng)為醋酸乙烯酯，分子式C4H6O2,結(jié)構(gòu)式是醋酸乙烯的熔點(diǎn)-92.372.20℃,0.93171.3953，閃點(diǎn)-1℃,2.6～13.4(V%)，能溶于乙醇、乙醚、丙酮、氯仿、四氯化碳等有機(jī)溶劑，不溶醋酸乙烯()用于生產(chǎn)聚醋酸乙烯﹑聚乙烯醇﹑乙烯醋酸乙烯共聚物﹑聚乙烯醇縮丁醛﹑氯乙烯-﹑化工﹑建筑﹑造紙﹑卷煙﹑家具﹑包裝﹑裝潢﹑裝飾﹑化妝﹑洗滌﹑醫(yī)藥﹑印刷﹑電氣﹑橡膠﹑皮革﹑化纖﹑電子﹑精細(xì)化工﹑﹑粘結(jié)劑﹑穩(wěn)定劑﹑整理劑深層材料﹑化學(xué)漿料﹑塑料材料﹑薄膜制品﹑防護(hù)涂層﹑采用電石乙炔法建成我國(guó)第一套醋酸乙烯生產(chǎn)裝置以來(lái)（后改為乙烯氣相法，我國(guó)醋酸乙烯生產(chǎn)國(guó)家。生產(chǎn)工藝有電石乙炔法、天然氣乙炔法和乙烯法3種：采用電石乙炔法的Table1.1vinylacetatethemainfactorycapacityandprocessofvinylacetatein產(chǎn)量只有86.2萬(wàn)t，2006年為105.2萬(wàn)t，2008年增加到121.0萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)約11.73%，2003~產(chǎn)能力分別達(dá)到158.5萬(wàn)t∕a﹑154.6萬(wàn)t∕a和72.5萬(wàn)t∕a。分別約占世界醋酸乙烯總生產(chǎn)能力的2008年，全世界醋酸乙烯的總消費(fèi)量約為515.0萬(wàn)t，消費(fèi)主要集巾在北美、西歐和亞17.5萬(wàn)t22.8萬(wàn)t17.413.0萬(wàn)；中東地區(qū)的消費(fèi)量為1.0萬(wàn)t，約占總消費(fèi)量的2.7%；亞太地區(qū)的消費(fèi)量為271.5萬(wàn)t，約占52.79.萬(wàn)t1.8342012年總需求量將達(dá)到約590.0t。求量的44.1%，聚乙烯醇占40.9%，乙烯一醋酸乙烯共聚物占9.0%，其他方面的需求量占課題要求查閱與該課題所相關(guān)的一些資料，對(duì)醋酸乙烯的性質(zhì)和用途、國(guó)內(nèi)外的市場(chǎng)生產(chǎn)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前全球有40多套醋酸乙烯裝置。亞洲是世界最大的醋酸乙烯21921ConsortiumfurElectrochemischeIndustrie公司開(kāi)發(fā)出了乙炔、醋酸氣相合成醋酸乙烯的方法——乙炔氣相法[7]。該方法主要以Wacker和Borden流程為代表。I但由于在催化劑方面作了重要改進(jìn)，醋酸乙烯收率明顯高于同類(lèi)裝置。Celanese公司采用EastmanChemicalCompany開(kāi)發(fā)了一種以單一醋酸為原料的3步法液相生產(chǎn)醋酸乙烯乙烯的原料來(lái)源穩(wěn)定，不受全球油價(jià)的影響，相對(duì)便于進(jìn)行遠(yuǎn)距離運(yùn)愉，成本低廉。(b)綜上所述可知在石油嚴(yán)重依賴進(jìn)口的我國(guó)發(fā)展乙炔法合成醋酸乙烯仍將有重要的意義。我國(guó)乙炔法合成醋酸乙烯原料來(lái)源穩(wěn)定，工藝成熟可靠，生產(chǎn)成本經(jīng)濟(jì)，在原材料供應(yīng)環(huán)境、產(chǎn)品售價(jià)、國(guó)內(nèi)催化劑效能等方面，存在和國(guó)內(nèi)外乙烯法市場(chǎng)抗衡優(yōu)勢(shì)。因此，這次設(shè)計(jì)采用乙炔氣相法工藝路線。Wacker流程是以電石乙炔為原料的典型工藝，該法以脫硫、脫磷化氫的電石乙炔與醋30%左右。Borden流程投資大，技術(shù)難度大。Wacker流程技術(shù)簡(jiǎn)單，在相同規(guī)BordenWacker流程能耗較高、污染較大，生產(chǎn)成本較高。我國(guó)主要采用的是Wacker流程技術(shù)，技術(shù)成熟，可行性高，尤其現(xiàn)在國(guó)內(nèi)許多以電石乙WackerBorden流程的先進(jìn)之處，醋酸乙烯的產(chǎn)量提高很多。因此，這次設(shè)計(jì)采用電石乙炔氣相法技術(shù)，即Wacker流程[8]。電石制乙炔氣體乙炔氣體與醋酸蒸汽在一定溫度下通過(guò)醋酸鋅活性炭催化劑的作用合成醋酸乙烯，反應(yīng)方程式:223H3O2醋酸乙烯水解由乙醛生成乙炔與乙醛作用本工藝采用醋酸鋅-170～220℃于常壓下進(jìn)行合成反應(yīng)。其反應(yīng)機(jī)99.5%的醋酸乙烯目的生成物[12]，該工藝生產(chǎn)醋酸乙烯的工藝流程[13]見(jiàn)圖2.1。Figure2.1calciumcarbideacetyleneofgas-phasevinylacetatesynthesisprocessflow3合成乙炔: (3-主反應(yīng):C2H2 (3-副反應(yīng) (3-副反應(yīng) (3-和總收率按醋酸計(jì)均為97%。丁烯醛的選擇性按乙醛計(jì)為30%。20%≤0.01%HAc產(chǎn)率LMC4H6O2 5555.56kg/h MC2H4O2 8640%97% M31h 10247.07kg/h1hM316%M1 265465.10kg/h走水蒸氣，含量約為46.11kg/h。Table3.1thematerialbalancetableintheacetylene進(jìn)料流量出料水4反應(yīng)（3-3）CH3COOCHCH2+H2O 分離工段第一段是利用循環(huán)液洗滌掉氣體中含有的催化劑粉末和并除去大部分HAc；第O2，ALd，HAc，CO2等75%的乙炔、0.2%CO2,3%N2O2等空氣被完全排除（ALdHAc也被排除，但隨著乙炔進(jìn)入了反應(yīng)器循環(huán)，可以不考慮在內(nèi)的，流量q=（M3+M4+46.11）×0.27%=57.76kg/h。按乙炔和醋酸的摩爾比可知消耗乙炔30.03kg/h，醋酸27.72kg/h。反應(yīng)消耗 11100.99×0.16+30.03=1806.19kg/h，HAc用量10247.07kg/h，消耗10247.07×0.4+27.72-122.96=4003.59kg/h， 主要包括反應(yīng)物 生成11100.99×0.16×86/26-90.17×86/44=5698.74kg/hALd63.12kg/hCr-21.52kg/h57.76kg/h，還有未反應(yīng)完全的乙炔氣體和醋酸蒸汽。此外，隨乙炔Table3.2ReactionsectionmaterialcalculationsummaryofReaction 流量M79294.8013.84% 63.12kg/h。Table3.3ReactionsectionmaterialcalculationsummaryofSeparation 流量M8=M6-M7=（M４+M３+36.89）-Table3.4Reactionsectionmaterialcalculationsummaryofdistillation進(jìn)料流量出料Table3.5Materialscalculationtableintheoverallproduction流入流出流量水4器物料出口溫度T3平均為205℃，計(jì)算基準(zhǔn)溫度To=25℃。查閱《基礎(chǔ)物理化學(xué)》[17]Cpm=A+BT+CT2,J?mol-1?K-1，其中A,B和C系數(shù)如表4.1。質(zhì)量定壓比熱容cp=Cp/M，單位kJ?kg-1?K-1。平均恒壓熱容Cp

TC T

Table4.1RelationcoefficienttablebetweenMoorepressurefixingtheheatcapacityandAfff4.2Hθ（單位fTable4.2Standardgenerationheatofvarious物 θ

Table4.3Evaporationenthalpyundervariousmaterialboiling對(duì)于流動(dòng)系統(tǒng)—連續(xù)反應(yīng)器其能量平衡方程式的一般形式為=連續(xù)系統(tǒng)處于穩(wěn)定時(shí)△E0，忽略機(jī)械功，忽略動(dòng)能和位能，則可知∑Hp AT1BT21CT3C'p,m

T1T0 T1T0 (413.1547.38Jmol1K

298 C' T0與T1與之間的平均等壓比熱cp,m= =

AT1BT21CT

C'p,m

p,m0(TT0

0T1T00 (458.15

29848.28Jmol1K C'' T0與T2與之間的平均等壓比熱cp,m= = AT1BT21CT3 C'p,m T1T0 T1T0 (478.15

29848.67Jmol1K C'' 則T3與T0與T3與之間的平均等壓比熱cp,m= = 4.4各物質(zhì)在兩個(gè)不同溫度區(qū)間的平均等壓比熱容(單位kJ?kg-1?K-Table4.4Theaveragetemperaturepressurespecificheatcapacityintwodifferent 綜上，∑Hp∑HR=∑Hr+∑Hs=1000GA

r

C2H2 )]=-則

10007123.42(100.12)8292986.17kJ?mol- 則Hr

1000112.72(7.14)18291.38kJ?mol-則Hr

100026.90(226.41)87006.13kJ?mol-QQ=∑Hp+∑HR=3083942.33+(-8398283.68)=-5314341.35kJHAc118℃,沸點(diǎn)下的蒸發(fā)焓△vH=23.694kJ/mol,Ql=Q=13876.251.82115=2904299.13kJ205155℃，則所需過(guò)熱蒸汽流h 21398.20 4.32(205 4.32(205 22塊塔板，分為三段。第塔頂排出的混合氣體(主要是C2H2)溫度為0℃,釋放熱量Q6。依上述方法和數(shù)據(jù)，求得HAc在90～205 AT1BT21CT3 Cp,m T1T0 T1T0[21.76T1193.13103T21(76.78106)T3]478 (478.15

363平均等壓比熱容cp,mCp,m89.33=1.49kJkg1K C2H20℃～205℃溫度區(qū)間、VAc55℃～205℃溫度區(qū)間、 △HT1= h75315241252695827149386.99 4.32(80流量如表4.5所示。4.5一塔進(jìn)﹑Table4.5Discharginggasnightphaseflowandenthalpyinthetower流量焓值飽和液體時(shí)的流體焓值:h一塔再沸器=52.09kJ?mol。再計(jì)算得到再沸器給一塔提供的熱量:Q一塔再沸器=F1×h一塔再沸器=2832846.5kJ，△Q一塔=△Q一塔再沸器-Q一塔=-154796kJ。這部分熱量可自加熱第二精餾塔的功能是把醋酸和醋酸乙烯區(qū)分開(kāi)，塔頂出粗醋酸乙烯，塔底出粗醋酸,參數(shù)如表4.6所示。4.6Table4.6Towerkettleandtopdischargeflowandenthalpyinthetower流量焓值Q二塔輸出=(F二塔頂出×h二塔頂出+F二塔釜出×h二塔釜出Q二塔輸入=F二袁進(jìn)料×h二塔袁進(jìn)料△Q二塔=Q二塔輸入-Q二塔輸出=-從塔頂把丁烯醛蒸出。熱量衡算式子:[塔頂出料]+Q[塔釜出料]=Q[回流進(jìn)料]+Q[原始進(jìn)料]+2]。Table4.7Towerkettleandtopdischargeflowandenthalpyinthetower流量焓值三塔必須加入的熱量:Q三塔=3782899kJ408.15K、進(jìn)口壓力321041Pa和進(jìn)口焓值77.56kJ?mol。計(jì)算得到飽和液體的流體焓值:h三塔再沸器=23.17kJ?mol?！鱍三塔=Q三塔再沸器-Q三塔=368146kJ,h 4.32(80

1420.32kg/h4.8Table4.8Heatcalculation 量△Q△Q△Q5空速m3催化劑每h通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)氣體量)U=315h-1[23]。則催化劑床層理論體積0.4[23]，則Vo=Vc×0.4/0.6=29.88m3。則催化劑床層實(shí)際體積之間的間距是57mm,列管有效長(zhǎng)度是8m，則反應(yīng)器內(nèi)列管及其空間排布所占的體積VL=28.26×8=226.08m3，反應(yīng)器內(nèi)催化劑的體積是37.36m3。VW=(12-8)×28.26+20=133.04m3V=VL+Vw=359.12m3，圓整取360m3。φ45mm×2.5mm8m。因反應(yīng)物料較多，采用了四臺(tái)非連續(xù)式固定床反應(yīng)器，則每臺(tái)固定床反應(yīng)器列管數(shù)安如下公式計(jì)算得：VP=π/4dt2Ln=0.785×(0.045-0.005)2×8×N=74.7/4N=1858.58,N=1859,即是固定《化工單元過(guò)程及設(shè)備課程設(shè)計(jì)》[24]知正六邊形對(duì)角線上的管數(shù)b=47，t=1.25d0=1.25×45=56.25mm≈57mm,D=57×(47-1)+2×45=2712mm，圓整后取設(shè)兩根列管管芯到管芯之間的間距是c(列管是按三角形排列 7466個(gè)三角形,每個(gè)三角形的面積是3c2π/4(D-2e)2=7466×3c2,c=63mm,c 封頭的高度h1占短軸之半，知標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭hi=0.25D=0.75mm。這個(gè)橢圓的長(zhǎng)軸是Q=Aa△t，aaλ/d f

dp

)0.7×

4.5dt[26]是質(zhì)量流速，λf是有效導(dǎo)熱系數(shù)，ρ是流體流速，dp是催化劑當(dāng)量，μ是流體粘度，dt帶入

Tt115.1Table5.1Vinylacetatesynthesisreactortechnology1Cr18Ni9Ti,OOCr17Ni12Mo2等。180mm2，氣體穿過(guò)的壓力降小使氣體流動(dòng)分散。另外在床作為載體的活性炭應(yīng)具備的條件是[23]:有較為發(fā)達(dá)的中孔結(jié)構(gòu);1～3nm;活性炭表面應(yīng)具有高濃度的撥基官能團(tuán);載體應(yīng)具50nm的過(guò)渡孔和大孔，比表面積在1000m2/g以上。醋酸鋅以單分子膜狀態(tài)覆蓋在活性炭上，酷酸鋅分子所占的表面積大體上等于活性炭的表面積。催化劑中醋酸鋅吸附量工藝一般控制在30.5%-31.5%。催化劑的堆積密度是6±0.1kg/m3,空速是100～420h-1，催化劑當(dāng)反應(yīng)器需開(kāi)有人孔(反應(yīng)器人孔Dg統(tǒng)一取450mm)，方便各部件的進(jìn)出取用。流率F的進(jìn)料其組成xF=0.9900;流率D的餾出液其組成xD=0.9995;流率W的釜液其組xw=0.0050。實(shí)際液氣比R/(R+1