乙酸乙酯的工艺设计.docx

南京工业大学 ?化工设计?专业课程设计 设计题目 乙醛缩合法制乙酸乙酯 学生姓名 胡曦 班级、学号 化工091017 指导教师姓名 任晓乾 课程设计时间20 12年5月12日-20 12年6月1日 课程设计成绩设计说明书、计算书及设计图纸质量，70%独立工作能力、综合能力及设计过程表现，30%设计最终成绩〔五级分制〕 指导教师签字 目录一、设计任务 3二、概述 32.1乙酸乙酯性质及用途 32.2乙酸乙酯开展状况 4三. 乙酸乙酯的生产方案及流程 53.1 酯化法 53.2乙醇脱氢歧化法 63.3乙醛缩合法 73.4乙烯、乙酸直接加成法 83.5各生产方法比拟 93.5确定工艺方案及流程 9四．工艺说明 94.1. 工艺原理及特点 94.2 主要工艺操作条件 114.3 工艺流程说明 94.4 工艺流程图〔PFD〕 114.5 物流数据表 94.6 物料平衡 114.6.1 工艺总物料平衡 94.6.2 公共物料平衡图 11五. 消耗量 175.1 原料消耗量 175.2 催化剂化学品消耗量 175.3 公共物料及能量消耗 19六. 工艺设备 176.1 工艺设备说明 176.2 工艺设备表 176.3 主要仪表数据表 176.4 工艺设备数据表 176.5 精馏塔Ⅱ的设计 176.6最小回流比的估算 196.7 逐板计算 216.8 逐板计算的结果及讨论 21七. 热量衡算 227.1 热力学数据收集 227.2 热量计算，水汽消耗，热交换面积 247.3 校正热量计算、水汽消耗、热交换面积(对塔Ⅱ) 27八．管道规格表 228.1 装置中危险物料性质及特殊储运要求 228.2 主要卫生、平安、环保说明 248.3 平安泄放系统说明 228.4 三废排放说明 24九．卫生平安及环保说明 229.1 装置中危险物料性质及特殊储运要求 229.2 主要卫生、平安、环保说明 249.3 平安泄放系统说明 229.4 三废排放说明 24表10校正后的热量计算汇总表 33十 有关专业文件目录 33乙酸乙酯车间工艺设计一、设计任务1.设计任务：乙酸乙酯车间2.产品名称：乙酸乙酯3.产品规格：纯度99.5%4.年生产能力：折算为100%乙酸乙酯10000吨/年5.产品用途：作为制造乙酰胺、乙酰醋酸酯、甲基庚烯酮、其他有机化合物、合成香料、合成药物等的原料；用于乙醇脱水、醋酸浓缩、萃取有机酸；作为溶剂广泛应用于各种工业中；食品工业中作为芳香剂等。

由于本设计为假定设计，因此有关设计任务书中的其他工程如：进行设计的依据、厂区或厂址、主要技术经济指标、原料的供给、技术规格以及燃料种类、水电汽的主要来源，与其他工业企业的关系、建厂期限、设计单位、设计进度及设计阶段的规定等均从略二、概述1．乙酸乙酯性质及用途乙酸乙酯又名乙酸乙酯，醋酸醚，英文名称Ethyl Acetate或 Acetic Ether Vinegar naphtha.乙酸乙酯是具有水果及果酒芳香的无色透明液体，其沸点为77℃，熔点为-83.6℃，密度为0.901g/cm3,溶于乙醇、氯仿、乙醚和苯等有机溶剂乙酸乙酯的重要用途是工业溶剂，它是许多树脂的高效溶剂，广泛应用于油墨、入造革、胶粘剂的生产中，也是清漆的组份它还用于乙基纤维素、入造革、油毡、着色纸、入造珍珠的粘合剂、医用药品、有机酸的提取剂以及菠萝、香蕉、草莓等水果香料和威士忌、奶油等香料此外，还用于木材纸浆加工等产业部门对于用很多天然有机物的加工，例如樟脑、脂肪、抗生素、某些树脂等，常使用乙酸乙酯和乙醚配制成共萃取剂，它还可用作纺织工业和金属清洗剂2.乙酸乙酯开展状况〔1〕国内开展状况为了改良硫酸法的缺点，国内陆续开展了新型催化剂的研究，如酸性阳离子交换树脂﹑全氟磺酸树脂﹑HZSM-5等各种分子筛﹑铌酸﹑ZrO2-SO42－等各种超强酸，但均未用于工业生产。

国内还开展了乙醇一步法制取乙酸乙酯的新工艺研究，其中有清华大学开发的乙醇脱氢歧化酯化法，化学工业部西南化工研究院开发的乙醇脱氢法和中国科学院长春应用化学研究所的乙醇氧化酯化法中国科学研究院长春应用化学研究所对乙醇氧化酯化反响催化剂进行了研究，认为采用Sb2O4-MoO3复合催化剂可提高活性和选择性化学工业部西南化工研究院等联合开发的乙醇脱氢一步合成乙酸乙酯的新工艺，已通过单管试验连续运行1000小时，取得了满意的结果现正在进行工业开发工作近来关于磷改性HZSM-5沸石分子筛上乙酸和乙醇酯化反响的研究说明，用HZSM-5及磷改性HZSM-5作为乙酸和乙醇酯化反响的催化剂，乙醇转化率变化不大，但酯化反响选择性明显提高使用H3PMo12O40•19H2O代替乙醇-乙酸酯化反响中的硫酸催化剂，可获得的产率为91.48%,但是关于催化剂的剂量、反响时间和乙醇／乙酸的质量比对产品产量的研究还在进行之中〔2〕国外开展状况由于使用硫酸作为酯化反响的催化剂存在硫酸腐蚀性强、副反响多等缺点，近年各国均在致力于固体酸酯化催化剂的研究和开发，但这些催化剂由于价格较贵、活性下降快等原因，至今工业应用不多据报道，美Davy Vekee公司和UCC公司联合开发的乙醇脱氢制乙酸乙酯新工艺已工业化。

据报道，国外开发了一种使用Pd/silicoturgstic双效催化剂使用乙烯和氧气一步生成乙酸乙酯的新工艺低于180℃和在25％的乙烯转化率的条件下，乙酸乙酯的选择性为46％催化剂中的Pd为氧化中心silicoturgstic酸提供酸性中心随着科技的不断进步，更多的乙酸乙酯的生产方法不断被开发，我国应不断吸收借鉴国外的先进技术，从根本上改变我国乙酸乙酯的生产状况三. 乙酸乙酯的生产方案及流程1、酯化法酯化工艺是在硫酸催化剂存在下,醋酸与乙醇发生酯化脱水反响生成乙酸乙酯的工艺,其工艺流程见图1醋酸、过量乙醇与少量的硫酸混合后经预热进入酯化反响塔酯化反响塔塔顶的反响混合物一局部回流，一局部在80℃左右进入别离塔进入别离塔的反响混合物中一般含有约70%的乙醇、20%的酯和10%的水〔醋酸完全消耗掉〕塔顶蒸出含有83%乙酸乙酯、9%乙醇和8%水分的塔顶三元恒沸物,送入比例混合器,与等体积的水混合,混合后在倾析器倾析,分成含少量乙醇和酯的较重的水层,返回别离塔的下部,经别离塔别离,酯重新以三元恒沸物的形式分出,而蓄集的含水乙醇那么送回醋化反响塔的下部,经气化后再参与酯化反响含约93%的乙酸乙酯、5%水和2%乙醇的倾析器上层混合物进入枯燥塔,将乙酸乙酯别离出来,所得产品质量见表1 表一 工业品级乙酸乙酯的质量指标工程指标乙酸乙酯含量，%≧99.5乙醇含量，%≦0.20水分，%≦0.05酸度(以醋酸计)，%≦0.005色度(铂-钴)<10传统的酯化法乙酸乙酯生产工艺技术成熟,在世界范围内,尤其是美国和西欧被广泛采用。

由于酯化反响可逆,转化率通常只有约67%,为增加转化率,一般采用一种反响物过量的方法,通常是乙醇过量,并在反响过程中不断别离出生成的水根据生产需要,既可采取间歇式生产,也可采取连续式生产该法也存在腐蚀严重、副反响多、副产物处理困难等缺点近年来开发的固体酸酯化催化剂虽然解决了腐蚀问题,但由于价格太高,催化活性下降快等缺点,在工业上仍无法大规模应用2. 乙醇脱氢歧化法 该法不用乙酸，直接用乙醇氧化一步合成乙酸乙酯，其催化剂主要是Pd/C和架Ni，Cu-Co-Zn-Al混合氧化物及Mo-Sb二元氧化物等催化剂，这些体系对乙醇的氧化有一定的活性，但其催化性还有待进一步改良95%乙醇从储槽出来，经泵加压至0.3～0.4MPa，进入原料预热器，与反响产物热交换被加热至130℃，局部气化，再进入乙醇汽化器，用水蒸气或导热油加热至160℃～170℃，到达完全气化，然后进入原料过热器，与反响产物换热，被加热至230℃，再进入脱硫加热器，用导热油加热到反响温度240～270℃，然后进入脱氢反响器，脱氢反响为吸热反响，要用导热油加热以维持恒温反响从脱氢反响器出来的物料进入原料过热器，被冷却至180℃，再进入加氢反响器将酮和醛加氢为醇，以便后续别离。

然后进入原料预热器，被冷却至60℃，再进入产物冷凝器，被水冷却至30℃，从冷凝器出来的液体，进入反响产物储罐，然后进入别离工段，氢气那么从上部进入水洗器，以回收氢气中带走的易挥发物料，然后放空或到氧气用户 该工艺的特点是产品收率高，对设备腐蚀性小，产品本钱较酯化法低，不产含酸废水，有利于大规模生产，假设副产的氢气能有效合理的利用，该工艺是比拟经济的方法3、乙醛缩合法 由乙醛生产乙酸乙酯包括催化剂制备、反响、别离和精馏4大局部,工艺流程见图3 在氯化铝和少量的氯化锌存在下将铝粉参加盛有乙醇和乙酸乙酯混合物的溶液中溶解得到乙氧基铝溶液催化剂制备装置与主体装置分开,制备反响过程产生的含氢废气经冷回收冷凝物后排放,制备得到的催化剂溶液搅拌均匀后备用乙醛和催化剂溶液连续进入反响塔,控制反响物的比例,使进料在混合时就有约98% 的乙醛转化为目的产物,1.5%的乙醛在此后的搅拌条件下转化通过间接盐水冷却维持反响温度在0 ℃ ,反响混合物在反响塔内的停留时间约1h后进入别离装置别离装置中粗乙酸乙酯从塔顶蒸出,塔底残渣用水处理得到乙醇和氢氧化铝,将乙醇与蒸出组分一起送入精馏塔,在此回收未反响的乙醛并将其返回反响塔,乙醇和乙酸乙酯恒沸物用于制备乙氧基铝催化剂溶液。

如有必要,乙酸乙酯还可进一步进行枯燥乙醛缩合制乙酸乙酯工艺由俄罗斯化学家Tischenko于20世纪初开发成功,因而该工艺又称为Tischenko工艺反响在醇化物〔乙氧基铝)的存在下进行由乙醛生产乙酸乙酯的第一步实际上先由乙烯制取乙醛,由乙烯生产乙醛通常在氯化钯存在下于液相中进行〔即Wacker工艺)根据保持催化剂活性方法的不同,又有两种工艺可选择,一种为一步法工艺,即乙烯和氧气一起进入反响器进行反响; 另一种是两步法工艺,即乙烯氧化为乙醛在一个反响器内进行,而催化剂的空气再生在另一反响器内进行,两种工艺在经济上并无大的差异乙醛缩合制乙酸乙酯工艺受原料来源的限制,一般应建在乙烯-乙醛联合装置内日本主要采取此工艺路线,装置能力已达200kt/a.4、乙烯、乙酸直接加成法 在酸性催化剂存在下,羧酸与烯烃发生酯化反响可生成相应的醋类罗纳· 普朗克公司在80 年代进行了开发,但由于工程放大问题未解决,一直未实现工业化日本昭和电工公司开发的乙烯与醋酸一步反响制取乙酸乙酯工艺终于在90年代实现了工业化 反响原料中乙烯：醋酸：水：氮体积组成为80：6.7：3：10.3反响系统由3个串联反响塔组成,反响塔中装填磷钨钥酸催化。