年產(chǎn)10萬噸乙酸乙酯畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

第11頁共54頁年產(chǎn)10萬噸乙酸乙酯生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)1緒論1.1乙酸乙酯的物化性及用途1.1.1乙酸乙酯的物理性質(zhì)乙酸乙酯（C2H8O4），又稱醋酸乙酯，英文縮寫EA，它是一種具有果香味的無色透明液體，流動(dòng)性比較大，而且易揮發(fā)，能溶于有機(jī)溶劑和水中，但當(dāng)遇到堿性溶液時(shí)，不只是溶解，水解成乙酸和乙醇，溶液顯酸性。乙酸乙酯與水和乙醇都能形成二元共沸混合物、三元共沸混合物，下表1介紹乙酸乙酯的詳細(xì)物理性質(zhì)：表1乙酸乙酯的物化參數(shù)[1]熔點(diǎn)(℃)-83.6臨界溫度(℃)250.1折光率（20℃)1.3708-1.3730臨界壓力(MPa)3.83沸點(diǎn)(℃)77.06辛醇/水分配系數(shù)的對(duì)數(shù)值0.73對(duì)密度(水=1)0.894-0.898閃點(diǎn)(℃)7.2相對(duì)蒸氣密度(空氣=1)3.04引燃溫度(℃)426飽和蒸氣壓(kPa)13.33(27℃)爆炸上限%(V/V)11.5燃燒熱(kJ/mol)2244.2爆炸下限%(V/V)2.01.1.2乙酸乙酯的主要用途乙酸乙酯是重要的精細(xì)化工原料。它是一種既有優(yōu)秀溶解機(jī)能又有快干性能的溶劑，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、紡織、染料、橡膠、涂料、油墨、膠粘劑的制造中，可作為原料、或作為工藝溶劑、萃取劑、稀釋劑等；因?yàn)樗幸环N天然的果香味，因此可以作為調(diào)味劑成分，用于香料，食品工業(yè)；也可以為粘合劑用于印刷油墨、人工珍珠等的出產(chǎn)；作為提取劑用于醫(yī)藥、有機(jī)酸的產(chǎn)品的生產(chǎn)等；它也可以作為菠蘿，香蕉，草莓等多種水果香精和威士忌、奶油等香料的原料?？v觀世界，相比較我國的乙酸乙酯用量來說，美國和歐洲國家乙酸乙酯最大的應(yīng)用領(lǐng)域來看，涂料占了70%，這其中美國涂料方面的消費(fèi)量約占總消費(fèi)量的60%，而歐洲在涂料行業(yè)的消費(fèi)量約占總消費(fèi)量的50%。相比較臨近我國的日本重要應(yīng)用在涂料，油墨兩方面，分別約占總消費(fèi)量的40%和30%。我國主要應(yīng)用于涂料，粘合劑和制藥等領(lǐng)域[3]。1.2乙酸乙酯的產(chǎn)能和市場需求1.2.1世界乙酸乙酯的產(chǎn)能與消費(fèi)情況日前乙酸乙酯的生產(chǎn)與消耗主聚集在歐美和亞洲地區(qū)，這其中亞洲地區(qū)的生產(chǎn)和消費(fèi)又主要集中在日本，中國及東南亞國家[4]。近年來，國際乙酸乙酯的生產(chǎn)能力持續(xù)上漲。2001年全世界乙酸乙酯的生產(chǎn)能力僅有125.0萬噸/年,2006年生產(chǎn)能力增加到222.0萬噸/年，2001~2006年生產(chǎn)能力的年均增長率高達(dá)驚人的12.2%。尤其是英國的BP化學(xué)公司是目前世界上最大的乙酸乙酯生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)能力為22.0萬噸/年，約占全世界總生產(chǎn)能力的9.91%。還有中國江蘇索普集團(tuán)公司，生產(chǎn)能力為20.0萬噸/年，約占9.01%。表2為國外乙酸乙酯的生產(chǎn)情況。在涂料方面，乙酸乙酯涂料被水性和高固含量涂料、粉末涂料和雙組分涂料搶占了市場額；盡管這種變化還在繼續(xù)，但乙酸乙酯市場仍舊保有實(shí)力，特別指出東南亞地區(qū)慢慢成為全球最重要的乙酸乙酯的產(chǎn)地和消費(fèi)地，所以越來越多的資金開始投向亞洲和中國。1.2.2中國乙酸乙酯的生產(chǎn)消費(fèi)狀況（1）生產(chǎn)狀況根據(jù)資料記載，中國的乙酸乙酯的發(fā)展史應(yīng)從20世紀(jì)50年代算起。隨著工業(yè)化的進(jìn)程，乙酸乙酯的前景可觀。特別指出集中于華南和華東地區(qū)的廠家就要20多家。國內(nèi)最大的乙酸乙酯生產(chǎn)企業(yè)江蘇索普集團(tuán)產(chǎn)能達(dá)到20.0萬噸/年，約占國內(nèi)總生產(chǎn)能力的22.2%，80%的乙酸乙酯用于出口；第二是山東金沂蒙集團(tuán)公司，生產(chǎn)能力為16.0萬噸/年，約占國內(nèi)總生產(chǎn)能力的13.3%，主要原料乙酸、乙醇均能自給。（2）乙酸乙酯的消費(fèi)狀況與發(fā)展前景隨著生產(chǎn)能力的提升，生產(chǎn)量的增加，即使2008年金融危機(jī)也不能影響國內(nèi)乙酸乙酯的需求，表4為我國近年來乙酸乙酯的供需關(guān)系。乙酸乙酯的消費(fèi)大部分在工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，主要用途是生產(chǎn)涂料、制藥和粘合劑，各方面的需要已達(dá)到150.0萬噸/年，近年來隨著新型工業(yè)的發(fā)展，乙酸乙酯的訴求量還會(huì)持續(xù)上升。隨著乙酸乙酯用途的不斷開發(fā)，將會(huì)使乙酸乙酯在其他方面用量的比例也有一定的增加。1.3本課題研究的目的、意義和內(nèi)容1.3.1本課題研究的目的和意義乙酸乙酯有著它本身的有點(diǎn)，普遍用于人造香精、清漆、涂料、藥物和有機(jī)酸的萃取溶劑等的原料。隨著世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車業(yè)、藥物、涂料等的大量使用，更是帶動(dòng)乙酸乙酯工業(yè)的飛速發(fā)展。但國內(nèi)有65%以上的生產(chǎn)廠家采用相對(duì)落后的酯化法生產(chǎn)乙酸乙酯，為了防止國外技術(shù)壟斷，本課題采用縮醛法生產(chǎn)10萬噸乙酸乙酯，希望這套具有先進(jìn)、可行、經(jīng)濟(jì)效益高的設(shè)計(jì)方案可以幫助國內(nèi)改進(jìn)技術(shù)，滿足需求。1.3.2本課題研究的內(nèi)容（1）選擇原材料和制備工藝合理生產(chǎn)，采用先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備及控制手段，該提案的制備（工藝流程圖，該報(bào)告的標(biāo)題）；（2）在原材料的基礎(chǔ)上，產(chǎn)品和生產(chǎn)規(guī)模，繪制流程草圖，和物料平衡和熱平衡（物料平衡圖，原材料消耗，能源消耗計(jì)）；（3）對(duì)主體設(shè)備和輔助設(shè)備的工藝計(jì)算與設(shè)備選型，并列出設(shè)備一覽表；（4）繪制主體設(shè)備圖；（5）繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖；（6）車間布局設(shè)計(jì)（車間平面布置圖、立面布置圖）；（7）進(jìn)行技術(shù)分析、經(jīng)濟(jì)效益分析、安全評(píng)價(jià)與環(huán)保評(píng)價(jià)。2.乙酸乙酯的生產(chǎn)工藝流程比較與確定2.1乙酸乙酯的主要生產(chǎn)工藝目前，乙酸乙酯的工業(yè)生產(chǎn)方式主要有乙酸和乙醇酯化法、乙醛縮合法、乙醇脫氫法和乙酸跟乙烯加成4種。最原始的乙酸酯化法工藝在國外被逐漸廢除，因此大規(guī)模生產(chǎn)裝置主要采用乙醛縮合法、乙醇脫氫法和乙酸跟乙烯加成法，其中新建裝置多采用乙酸跟乙烯的加成法，我國的乙酸乙酯則主要采用乙酸酯化法進(jìn)行生產(chǎn)[8]。下面主要介紹兩種乙酸乙酯的工業(yè)生產(chǎn)方法。（1）乙酸/乙醇酯化法有機(jī)羧酸的主要性質(zhì)之一是：有機(jī)羧酸與醇類在無機(jī)強(qiáng)酸催化下發(fā)生酯化作用生成酯類，乙酸乙酯便是由乙酸、95%濃度的乙醇和96%濃度硫酸(加料量的1%)催化劑作用下進(jìn)行酯化反應(yīng)制得的，這個(gè)反應(yīng)是可逆的，通過控制乙醇的加入量，排除生成的水，可以提高乙酸乙酯的轉(zhuǎn)化率，一般情況下，反應(yīng)平衡時(shí)的轉(zhuǎn)化率為67%。工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模決定了需要選取的原料及設(shè)備，上述反應(yīng)選取濃硫酸為催化劑，有其酸性強(qiáng)、吸水性好、易控制、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)；也必不可少的要接受濃硫酸對(duì)設(shè)備的腐蝕，容易引起磺化、炭化和聚合等的副反應(yīng)，且產(chǎn)物純度有所降低，后續(xù)工作較難處理的缺陷。乙醛縮合法通過查閱資料可知；醛類在醇鹽的催化作用下，可以自身縮合為酯類，如下面：由于濃硫酸的存在，所加的醇鹽會(huì)被破壞，因此為了反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行，為了產(chǎn)物的最大產(chǎn)出，必須要確保足夠量的醇鹽，而且溫度要低。通過實(shí)驗(yàn)表明乙醛縮合法有反應(yīng)溫度較低、原料耗費(fèi)少、設(shè)備腐蝕程度小、工藝流程簡單等的優(yōu)點(diǎn)，是很多發(fā)達(dá)國家青睞的生產(chǎn)方式。但是乙醛縮合法的原料限制較大，所以選擇在原料充分的地區(qū)比較實(shí)用。從一圈的來源來說，第一是從石油中獲得，第二是生物合成，石油的急劇減少使得自然地方式不太適用，所以生物合成成了生產(chǎn)乙醛的主要途徑，考慮到我國的生物生產(chǎn)技術(shù)比較先進(jìn)，所以乙醛縮合法又是一項(xiàng)節(jié)能的綠色工程。2.2設(shè)計(jì)方案的確定目前在世界范圍內(nèi)，上述四種工藝都已經(jīng)投入運(yùn)行，但在國內(nèi)投入運(yùn)行的只有酯化法、乙醛縮合法、乙醇脫氫法，乙酸/乙烯加成法在國內(nèi)還不夠成熟。酯化法中新研究出的催化劑造價(jià)過高，乙醇脫氫法適合在乙醇產(chǎn)量高的地區(qū)或者是價(jià)格廉價(jià)的地區(qū)較合適，日本所有的乙酸乙酯都是采用乙醛縮合法,并且綜合上面的概述中幾種工藝的對(duì)比，本課題采用乙醛縮合法生產(chǎn)乙酸乙酯。2.3乙醛縮合法生產(chǎn)工藝2.3.1反應(yīng)原理采用乙醛縮合法制備乙酸乙酯主要由以下三個(gè)階段：（1）乙醛的縮合反應(yīng)本設(shè)計(jì)中，兩個(gè)串聯(lián)反應(yīng)釜提供了反應(yīng)場所，反應(yīng)式為：通過實(shí)驗(yàn)可以知道，在第一個(gè)釜式反應(yīng)器中反應(yīng)放出大量的熱；而釜式反應(yīng)器恰好有熱量轉(zhuǎn)移容易的特點(diǎn)，比管式反應(yīng)器易控溫，安全性高；第二個(gè)采用釜式反應(yīng)器是考慮到后來溫度下降，且造價(jià)低廉。催化劑的脫除可用加水的方法破壞掉催化劑，而后經(jīng)由蒸發(fā)器將粗乙酸乙酯蒸出，氫氧化鋁殘液從下面排除，殘液再經(jīng)過一個(gè)分離器進(jìn)一步分離出氫氧化鋁，液體部分可以再返回蒸發(fā)器（3）精餾提純可以用一塔脫乙醛；二塔脫乙醇，脫出的乙醇用作生產(chǎn)催化劑；三塔上得到產(chǎn)品，塔下出重組分的三塔模式。還可以巧妙地設(shè)計(jì)一個(gè)小塔，作用是分離三塔得到的重組分，有效的分離較純副產(chǎn)物乙縮醛，做到循環(huán)利用。2.3.2工藝流程如下為乙醛縮合法合成乙酸乙酯各個(gè)工序的簡述。圖4為乙醛縮合法生產(chǎn)乙酸乙酸工藝流程簡圖。用乙醇鋁作催化劑，乙醛通過自縮合反應(yīng)生成乙酸乙酯，向單效蒸發(fā)器中加入過量的水，將催化劑乙醇鋁破壞，再經(jīng)過蒸發(fā)器將生成的氫氧化鋁脫除。再依次通過脫乙醛精餾塔、脫乙醇粗餾塔和脫重組分塔，分開脫除粗乙酯中的乙醛、乙醇和乙縮醛，在脫重組分精餾塔塔頂?shù)玫捷^純凈的乙酸乙酯產(chǎn)物。圖1乙醛縮合法生產(chǎn)乙酸乙酸工藝流程簡圖3物料衡算3.1數(shù)據(jù)采集3.1.1全流程的工藝數(shù)據(jù)（1）生產(chǎn)規(guī)模年產(chǎn)10萬噸乙酸乙酯（2）生產(chǎn)時(shí)間年工作時(shí)間為8000個(gè)小時(shí)（3）生產(chǎn)效率一步縮合反應(yīng)釜中乙醛轉(zhuǎn)化率為85.4%，二步縮合反應(yīng)釜中乙醛的轉(zhuǎn)化率為88.3%，在兩個(gè)釜中主反應(yīng)的選擇性都為99%。3.1.2操作條件（1）操作壓力：全流程的操作為常壓操作（2）操作溫度：一步反應(yīng)縮合反應(yīng)的反應(yīng)器和兩步反應(yīng)溫度，反應(yīng)器的操作溫度為10℃。單效蒸發(fā)器的操作溫度為90℃。脫乙醛塔塔頂溫度和塔底溫度為：26.2℃和77.2℃。脫乙醇塔塔頂溫度和塔底溫度為：76.3℃和78.2℃。脫重組分塔塔頂溫度和塔底溫度為：83℃和110℃。3.1.3原料和產(chǎn)品的控制指標(biāo)表2原料乙醛和產(chǎn)品乙酸乙酯的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目優(yōu)等品指標(biāo)乙酸乙酯乙醛純度/%99.799.7水分/%0.30.03乙醇含量0.1在乙醛進(jìn)料前進(jìn)行干燥，干燥后的乙醛純度為99.9%。3.2一步縮合反應(yīng)釜的物量衡算本次設(shè)計(jì)為連續(xù)操作，因此以單位kg/h為基準(zhǔn)。純凈乙酸乙酯在脫重組分出口量應(yīng)為：=。則需乙醛進(jìn)料(純度為0.999)：。因反應(yīng)過程中有損失，將乙醛的入口流量定為12500kg/h。302.1302.1201.1201.2201.0R201圖2一步縮合物料平衡簡圖201.0中含有：乙醛：水：201.1中含有：催化劑用量為

：則催化劑原料中含：乙酯：鋁： 乙醇： 氯化鋁：乙醇和鋁在催化劑的作用下生成乙醇鋁：53.96276.36324.3244.64*0.98224.05262.93201.1物流中需加入60kg/h的乙醇來保護(hù)催化劑中的乙醇鋁，防止其水解失效。201.1中含有：乙酸乙酯：鋁：乙醇：其它輕組分：乙醇鋁：301.1流股中有純度為99.9%的乙醛，其他為乙酸乙酯。因此301.1物料中含有：乙醛：乙酸乙酯：反應(yīng)器中主反應(yīng)方程式如下：88.188.1212538.5*0.99*0.85410603.21副反應(yīng)方程式如下：4492.14118.1718.0210603.21*0.895*0.0141280.2102.8615.65因此在201.2流股中含有：乙酯：乙醛：乙縮醛：102.86kg/h水：乙醇：31.07kg/h乙醇鋁：262.93kg/h其它微量雜量：18.84kg/h總進(jìn)口流量：總出口流量：一步縮合釜中的物料衡算匯總?cè)绫?表2一步縮合釜物料衡算表進(jìn)口物料/(kg/h)出口物料/(kg/h)乙酸乙酯1250.5110645.48乙醛12538.51316.54乙醇85.9531.07水12.528.15乙縮醛102.86102.86輕組分18.8418.84乙醇鋁262.93262.93總計(jì)12405.3912405.393.3二步縮合反應(yīng)釜的物料衡算202.1202.1201.2R202圖3二步縮合物料平衡簡圖二步縮合反應(yīng)釜的出口物流中：主反應(yīng)方程式為：88.188.121316.54*0.998*0.991303.69副反應(yīng)方程式為：4492.14118.1718.021316.54*0.883*0.018.7011.151.75所以，在202.1流股中：乙酸乙酯：乙醛：乙縮醛：水：其它輕組分：18.84kg/h乙醇：氯化鋁：17.86kg/h乙醇鋁

：262.93kg/h二步縮合反應(yīng)器中進(jìn)口物料總流量W進(jìn)口為：二步縮合反應(yīng)器中進(jìn)口物料總量W出口為：表3二步縮合釜物料衡算表進(jìn)口物料kg/h出口物料kg/h乙酸乙酯10645.4811949.17乙醛1316.54154.04乙醇31.0722.37水28.1529.9乙縮醛102.86114.01乙醇鋁262.93262.93總計(jì)12405.3912405.393.4單效蒸發(fā)器的物料衡算此過程主要目的是為了破壞物流中的乙醇鋁催化劑。301.1301.1301.2301.3202.1E301圖4單效蒸發(fā)器物料平衡簡圖該過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為乙醇鋁的水解：54.061621387887.74262.93223.98126.60301.1流股中含有氫氧化鋁、鋁和氯化鋁重組分，重組分被完全脫除，并且301.1流股中重組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.27，則可求得301.1物流中總質(zhì)量流量為：乙縮醛在301.1流股中所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，則301.1流股中含：乙酸乙酯：乙縮醛：202.1流股是來自二步縮合釜的出口物料。301.3流股中：乙醛：乙醇：水：乙縮醛：乙酯：301.1流股為氫氧化鋁混合物，包括微量的鋁和氯化鋁：(去回收工段)Al(OH)3：126.60kg/h鋁

：0.89kg/h氯化鋁：17.86kg/h乙酯：511.41kg/h乙縮醛：26.92kg/h301.2流股中：水：乙醇：7.62kg/h乙酸乙酯：71.28kg/h乙醛：10.56kg/h表4單效蒸發(fā)器物料衡算表進(jìn)口物料kg/h出口物料kg/h乙酸乙酯12020.4511955.15乙醛164.6156.14乙醇29.99253.23水117.6529.91乙縮醛114.01114.01乙醇鋁262.93總計(jì)12405.3912405.393.5脫乙醛塔的物料衡算在該塔中，塔頂輕組分乙醛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)xD1=0.999,塔底輕組分乙醛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)xw=0.0001。302.1302.1302.2302.3301.3C302圖5脫乙醛塔物料平衡簡圖對(duì)其作物料衡算：D1+W+D2=F①D1xd1+Wxw+D2xD2=FxF②可求得：302.2流股中（乙醇和乙酯形成共沸精餾）：水：21.95kg/h乙醇：62.30kg/h乙酯：286.70kg/h乙醛：6.93kg/h302.3流股中：乙醛：8.91kg/h乙醇：乙酯：水：乙縮醛：47kg/h302.2流股中：乙醛：171.63kg/h乙酯：1.683kg/h表5脫乙醛塔物料衡算表進(jìn)口物料kg/h出口物料kg/h乙酯11447.7411447.74乙醇253.23253.23乙醛187.47187.47水30.4130.41乙縮醛4747總計(jì)11965.8411965.843.6脫乙醇塔303.1303.1302.3C303302.3C303303.2303.2圖6脫乙醇塔物料平衡簡圖由F=D+W①FxF=DxD+WxW②對(duì)該精餾塔作物料衡算得：303.1流股中，因乙醇和乙酯形成共沸物，該物流去回收工段：乙酯：7596.6kg/h乙醇：262.68kg/h水：5.64kg/h乙醛：5.94kg/h303.2流股中：乙酯：乙醇：乙醛：水：乙縮醛：155.1kg/h表6脫乙醇塔物料衡算表進(jìn)口物料kg/h出口物料kg/h乙酯11159.3611159.36乙醇190.93190.93乙醛8.918.91水30.4130.41乙縮醛4747總計(jì)11436.6111436.413.7脫重組分塔303.2303.2304.1304.2C304圖7脫重組分塔物料平衡簡圖該塔除去重組分乙縮醛，從精餾塔塔頂?shù)玫揭宜嵋阴ギa(chǎn)品。由得：304.1流股中：水：乙醛：乙酯：乙醇：304.2流股中：乙酯：0.135kg/h乙縮醛：87.09kg/h表7脫重組分塔物料衡算表進(jìn)口物料kg/h出口物料kg/h乙酯11159.3611159.36乙醇190.93190.93乙醛8.918.91水30.4130.41乙縮醛87.0987.09總計(jì)11436.6111436.614熱量衡算4.1基本數(shù)據(jù)表8氣體熱容溫度關(guān)聯(lián)式系數(shù)[19-21]物質(zhì)乙醇4.3960.6285.546-7.0242.685乙醛4.3790.0743.740-4.4771.641水4.395-4.1861.405-1.5640.632乙酸乙酯10.228-14.94813.033-15.7365.999表9液體熱容溫度關(guān)聯(lián)式系數(shù)物質(zhì)ABCD乙醇59.34236.358-12.1641.8030乙醛45.05644.853-16.6072.7000水92.053-3.9953-2.11030.53469乙酸乙酯65.83284.097-26.9983.6631表10物質(zhì)的沸點(diǎn)及正常沸點(diǎn)下的蒸發(fā)焓物質(zhì)蒸發(fā)焓/KJ·mol-1沸點(diǎn)/℃乙醇38.9378.4乙醛25.2020.8乙酸乙酯32.3277.06水40.73100乙縮醛35.83102.74.2一步縮合釜的熱量衡算：該工段中反應(yīng)溫度為10℃2號(hào)物流由25℃降到10℃的熱料衡算如下：3號(hào)物流由21℃降到10℃：主反應(yīng)產(chǎn)生的熱量：++副反應(yīng)產(chǎn)生的熱量：++一步縮合反應(yīng)釜需要承受的熱量為：++++++反應(yīng)放出的熱用-5℃的冷凍鹽水進(jìn)行冷卻,進(jìn)口溫度為-5℃,出口溫度為5℃。冷凍鹽水的比熱容為：則單位時(shí)間內(nèi)需要冷凍的量為：4.3二步縮合反應(yīng)釜熱量衡算：主反應(yīng)的反應(yīng)熱：++副反應(yīng)的反應(yīng)熱：++二步縮合反應(yīng)釜承受的熱負(fù)荷為：+反應(yīng)放出的熱同樣用-5℃的冷凍鹽水進(jìn)行冷卻,進(jìn)口溫度為-5℃,出口溫度為5℃。冷凍鹽水的比熱容為：則單位時(shí)間內(nèi)需要冷凍的量為：4.4單效蒸發(fā)器的熱量衡算該蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度為90℃，有少量的水占用的熱量小，可忽略不計(jì)，且設(shè)單效蒸發(fā)器的熱量損失為1%。其中流股5包括流股8，則進(jìn)料流料5由原來的10℃升高到90℃放出的熱量為:乙酸乙酯有135.67kmol被蒸發(fā)掉，則蒸發(fā)掉的乙酸乙酯需要的熱量為：Q1=+蒸發(fā)掉的乙醛需要的熱量為：Q2=+乙醇有9.34kmol被蒸發(fā)掉，則蒸發(fā)掉的乙醇需要的熱量為：Q3=+乙縮醛有2.82kmol被蒸發(fā)掉，則蒸發(fā)掉乙縮醛需要的熱量為：Q4=在蒸發(fā)器內(nèi)部乙醇鋁水解生成氫氧化鋁和乙醇吸收熱量

：Q5=在301.1流股中有將除氫氧化鋁外的其它輕組分及乙酸乙酯換算成50kg/h的乙酸乙酯，301.1流股的溫度為90℃,則需要外界提供的熱量為：Q6=則蒸發(fā)器總共需外界提供的熱量為：單效蒸發(fā)器需外界提供熱量，該熱源為100℃的飽和水蒸氣，熱源進(jìn)口為100℃的水蒸氣，出口為100℃的熱水。100℃下的飽和蒸氣的壓力為1.0bar,汽化潛熱r=2257.6[22]則單位時(shí)間內(nèi)需要飽和水蒸氣的質(zhì)量為：4.5冷凝器的熱量衡算將90℃的蒸氣冷凝到飽和進(jìn)料溫度，脫乙醛精餾塔飽和進(jìn)料溫度為20.8℃。135.67kmol的乙酯從90℃蒸氣冷凝到20.8℃的液體放熱為：+=1.3kmol的乙醛從90℃蒸氣冷凝到20.8℃的液體放出熱量為：=2.83kmol的乙醇從90℃蒸氣冷凝到20.8℃的液體放出熱量為：+=0.855kmol的乙酯從90℃蒸氣冷凝到20.8℃的液體放出熱量為：=12.94則冷凝總共放出熱量為：凝汽器仍然是鹽水冷卻，和一個(gè)水壺，壺用于冷凝器的進(jìn)氣冷卻鹽水出口鹽水。并用該冷凝器中出口鹽水的溫度控制在10℃。則單位時(shí)間內(nèi)需5℃下冷凍鹽水的質(zhì)量為：：

5主要設(shè)備的設(shè)計(jì)與輔助設(shè)備的選型5.1一步縮合反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)（1）縮合釜中混合物的平均密度＝＝+則混合物的體積為：m查得，裝料系數(shù)為0.8.。則反應(yīng)釜的體積為：m（2）確定氣缸的類型和頭的連接方式從該設(shè)計(jì)的局和條件和反應(yīng)釜的公益性質(zhì)可知其屬于帶攪拌的低壓反應(yīng)釜類型。按照慣例，圓筒形筒體和封頭的選擇。（3）確定筒體與封頭的直徑查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》得，取1.3[23]。則反應(yīng)釜直徑估算如下：m(式中，D——反應(yīng)釜筒體內(nèi)徑；H——筒體高度。)調(diào)查，按照標(biāo)準(zhǔn)氣缸公稱直徑2000mm，a。頭采取相同的內(nèi)徑。（4）確定筒體高度可查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》，當(dāng)公稱通徑DN=2000mm，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭容積V=1.1257，筒每米高體積V=3.142/m。則筒體高度為：（4-1）其中——每個(gè)釜的容積，單位為m。由的值與1.3近似相等，則可得：解得＝7.11m取H＝1.3D＝2m。（5）標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的封頭高度與直邊高度經(jīng)查文獻(xiàn)可知，標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的封頭高度為：直邊高度為500mm。（6）確定夾套直徑查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》得，夾套直徑為：D＝D＋100＝2100mm套頭也是橢圓形，直徑相同的帶夾套的身上。（7）確定夾套高度夾套筒體的高度估算如下：m取H為1.8m。（8）傳熱面積F查《機(jī)械基礎(chǔ)化工設(shè)備》，對(duì)FH=4.493m內(nèi)部表面積的頭，一個(gè)migaonei圓柱體的表面積F1=5.66m。則傳熱面積為：F＝Fh＋1.1×F1＝9.8795m（9）夾套筒體與封頭厚度夾套體和焊縫的內(nèi)筒，由于在檢測困難，因此采取焊縫系數(shù)=0.6，從安全夾套焊縫被=0.6，頭由板使標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭[22]，材料均為Q235-B鋼。查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》得，夾套厚度為：夾套封頭厚度為：式中，p——設(shè)計(jì)壓力，0.1MPa；——在設(shè)計(jì)溫度下Q235-B鋼的許用壓力，113MPa；C——腐蝕裕量，2mm。圓整至鋼板規(guī)格厚度，取夾套筒體與封頭厚度均為

：＝8mm。（10）內(nèi)筒筒體厚度與封頭厚度查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》，經(jīng)過計(jì)算可得：內(nèi)筒筒體厚度與封頭厚度均取10mm。表11縮合釜設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果反應(yīng)釜體積V/m37.11筒體與封頭連接方式焊接氣缸頭的直徑D/mm2000筒體高度H/mm2000夾套直徑Dj/mm2100封頭高度h/mm50夾套高度Hi/mm1800傳熱面積F/m29.8795內(nèi)筒筒體厚度/mm105.2單效蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)與選型5.2.1蒸發(fā)器的選擇理由為了達(dá)到蒸發(fā)最粗酯混合物的目的，設(shè)計(jì)必須參考的蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器的選擇過程，考慮到蒸發(fā)材料和工程造價(jià)等因素特征的第一件事。其次，工程上以往經(jīng)常使用的蒸發(fā)設(shè)備具耗能大，效率低等弊端，因此綜合以上兩個(gè)因素，本設(shè)計(jì)中的蒸發(fā)器將選用中央強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)器。5.2.2蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)在蒸發(fā)過程中的熱量可以被稱為降膜式蒸發(fā)器的熱是必要的：Q=2.147×106kJ/h=（1）傳熱面積A=其中Q為單位時(shí)間的熱量K約為1500Δt為換熱面上的平均溫差平均溫差：℃則可求得單效蒸發(fā)器的換熱面積：A=將A=10.91作為設(shè)計(jì)結(jié)果。（2）加熱管的選擇與管數(shù)的設(shè)計(jì)由于對(duì)易結(jié)垢的材料，蒸發(fā)器的加熱管[25]，和加熱管長度為1.4m。則加熱管的管子數(shù)：取管子數(shù)為48。（3）循環(huán)管的選擇中央循環(huán)管式蒸發(fā)器的循環(huán)管的管截面積可取加熱管的總截面積的0.4-1.0：求得循環(huán)管的內(nèi)徑為

：經(jīng)圓整得，選用熱軋無縫鋼管：。（4）加熱室直徑該加熱器中加熱管的排列方式為正三角形。則加熱室直徑：（5）分離室的直徑和高度分離室的體積為：取，則分離室高度為H=1.8m，分離室直徑為：D=2.7m。表12單效蒸發(fā)器設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表設(shè)計(jì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)果蒸發(fā)器傳熱面積A/m210.91加熱管的管數(shù)n48循環(huán)管的內(nèi)徑D1/mm273加熱室直徑D/mm380分離室直徑H/mm2700分離室高度D/mm18005.3脫乙醛塔的設(shè)計(jì)與計(jì)算5.3.1脫乙醛塔的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)已知：氣相流量：Vs=0.10316m3/s氣相密度：=4.0677kg/m3液相流量：Ls=0.00144m3液相密度：=841.7539kg/m3液體表面張力：σ=0.0206N/m液體黏度：μ=0.25×10-3Pa·s5.3.2塔徑的確定初估塔徑取塔板間距HT=0.3m取hl=0.07m查史密斯關(guān)聯(lián)圖得：uop=0.8uf=0.275m/s確定實(shí)際的塔徑，計(jì)算圓的價(jià)值，把為0.8m。5.3.3塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）選管選用單流程弓形降液管（2）堰的計(jì)算堰長lw=0.71D=0.5m選堰高h(yuǎn)w=0.06mL/lw2.5=3600×0.0014/0.52.5=10.37查表得E=1.2how=0.00284×1.2×（3600×0.00144/0.5）2/3=0.01622mhl=hw+how=0.06622ho=hw-0.015=0.045m（3）液面梯度b=(Lw+D)/2=0.6lw/D=0.7差圖得Wd=0.098mZ=D-2Wd=0.504m可以算出很小忽略。（4）塔板布置取篩孔直徑d0=0.004m，t/d0=3.0，所以t=0.012m。由于操作點(diǎn)靠近排水管線，開孔率降低到0.06穩(wěn)定區(qū)域的寬度是WS=0.05，和邊緣區(qū)WC=0.04m。X=D/2-（Wd+Ws）=0.20mr=D/2-Wc=0.31mx/r=0.645Aa=0.229m2，AT=0.385Aa/AT=0.595篩孔總面積：A0=Aa×=0.229*0.06=0.014m2。篩孔數(shù)：N=A0/a0=0.014/(3.14/4)0.0042=1115個(gè)。5.3.4負(fù)荷性能圖（1）漏液線以F0=8kg1/2/（s*m1/2）為氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn)，則：（2）液體流量上限線對(duì)落管液體停留時(shí)間限制是5秒。（3）液體流量下限線以how=0.006m作為規(guī)定最小液體符合的標(biāo)準(zhǔn)得：取E=1，=0.000425m3/s（4）霧沫夾帶上限線以eV=0.1kg(液體)/kg(氣體)為限，求Vs-Ls關(guān)系。代入已知量解得：（5）液泛線為了防止發(fā)生液泛，應(yīng)滿足式：取0.5其中：HT=0.30m,hw=0.06m其中：c0=0.84，由得：Vs=0.1936m3/s當(dāng)時(shí)即Vs<0.1936m3/s時(shí)，解得:由于得出值皆大于0.1936所以不能用上式。當(dāng)時(shí)即Vs>0.1936m3/s時(shí)，解得：代入數(shù)據(jù)求出值符合要求。利用上述數(shù)據(jù)進(jìn)行負(fù)荷性能圖如下所示VVS，m3/s0.00050.0020.00250.00150.0010.10.20.30.4液體流量上限霧沫夾帶上限液泛線漏液線液體流量下限圖8負(fù)荷性能圖5.3.5塔高的確定Z=NTHT/ETET=0.49（αμl）-0.245將氣相液相組成數(shù)據(jù)帶入求平均值得：ET=0.75則Z=NTHT/ET=49.8塊。解得實(shí)際板數(shù)為50塊，進(jìn)料口選在第13塊板。取塔頂空間高度：H1=0.6m塔底空間高度：為保證塔底有10min的液體儲(chǔ)量，塔底空間高度：裙座高度：h2=2.0+1.5D/2=2.52m所以塔高：H=（50-1）×0.3+0.6+2.25+2.52=20.07m表13精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總一覽表名稱符號(hào)單位設(shè)計(jì)結(jié)果塔形篩孔塔塔徑Dm0.7板間距m0.3溢流形式單溢流堰型平堰堰長m0.5堰寬m0.098堰高m0.06降液管底隙m0.045降液管面積0.0327降液管面積/塔截面0.085篩孔直徑m0.004孔間距tm0.012孔數(shù)N1115堰液頭0.01622板上清液高度0.07降液管內(nèi)清液高0.131霧沫夾帶量0.035.4輔助設(shè)備的選型16乙酸乙酯制備工藝輔助設(shè)備一覽表序號(hào)設(shè)備名稱規(guī)格材質(zhì)數(shù)量1冷凝器JB/T4714-92R組合件42泵IS65-40-250組合件63再沸器JB/T4714-92R組合件34單效蒸發(fā)器組合件16安全防火與環(huán)境保護(hù)化工生產(chǎn)由于它的特殊性，常會(huì)有火災(zāi)、爆炸等危險(xiǎn)，更是對(duì)環(huán)境會(huì)造成破壞，因此化工設(shè)計(jì)應(yīng)高度的對(duì)安全和環(huán)保作出后續(xù)工作。6.1安全防火化工設(shè)計(jì)是一套完善的設(shè)計(jì)，廠址建設(shè)、對(duì)生產(chǎn)的管理、生產(chǎn)操作都不可有絲毫的馬虎，否則會(huì)造成火災(zāi)、爆炸事故，不管你的設(shè)計(jì)有多么先進(jìn)，沒有安全的保護(hù)，任何個(gè)人、單位都不能采用。火災(zāi)不止損害了廠家利益，個(gè)人的身體健康，而且對(duì)社會(huì)造成嚴(yán)重的影響，我們要設(shè)計(jì)出對(duì)社會(huì)有利的東西來服務(wù)人們，決不能讓我們賴以生存的地球再遭破壞。6.1.1火災(zāi)與爆炸發(fā)生的原因 以下三點(diǎn)是復(fù)雜的化工生產(chǎn)中發(fā)生火災(zāi)和爆炸的主要原因：（1）雷擊、閃電、明火等外界因素。（2）物質(zhì)的本身屬性，易分解為可燃?xì)怏w，著火點(diǎn)低等（3）在實(shí)際生產(chǎn)中不符合的規(guī)定的操作，對(duì)可燃?xì)怏w的密封不足，設(shè)備的安全保護(hù)不當(dāng)，胡亂使用照明等的情況。6.1.2防火與防爆的控制溫度的控制和防止可燃物與空氣共存是實(shí)際生產(chǎn)中防爆炸的關(guān)鍵所在。溫度的控制主要是對(duì)一些高溫設(shè)備不要輕易打開檢查，定時(shí)及時(shí)對(duì)設(shè)備維修，對(duì)于易爆的物體一定要隔絕處理，密封性要強(qiáng)，防止可燃?xì)怏w與明火接觸等。6.2環(huán)境保護(hù)社會(huì)的發(fā)展必須要多種產(chǎn)業(yè)的共同進(jìn)步為契機(jī)，而化工生產(chǎn)是主要的發(fā)動(dòng)機(jī)，為世界的繁榮與進(jìn)步有著卓重的貢獻(xiàn)，另一方面，由于化工生產(chǎn)中反應(yīng)眾多，加之人們的認(rèn)識(shí)不足，從而對(duì)我們賴以生存的環(huán)境產(chǎn)生了較大的破壞。環(huán)境保護(hù)主要是處理化工生產(chǎn)中產(chǎn)生的三廢，即廢氣、廢水、廢渣，也可以從節(jié)約資源，降低成本，循環(huán)利用的方式來保護(hù)環(huán)境。該設(shè)計(jì)乙醛縮合法生產(chǎn)乙酸乙酯，采用釜式絕熱縮合，從發(fā)達(dá)國家日本引進(jìn)，本來就已經(jīng)成熟，通過我國生產(chǎn)人員的實(shí)驗(yàn)優(yōu)化才投入到實(shí)際生產(chǎn)中，較好的確保了反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，對(duì)副產(chǎn)品的收集，對(duì)三廢得處理，對(duì)環(huán)境影響較小。7經(jīng)