醋酸甲酯羰基法合成醋酐法设计说明书

北京化工大学北方学院毕业设计（论文）I4 万 t/a 醋酐生产工艺设计摘 要醋酐是重要的有机化工原料，涉及各个领域并对社会的发展起着重要的作用，因此制备醋酐成了工业生产的重要工作，目前工业上生产醋酐主要有三种方法：乙醛氧化联产法、乙烯酮法和醋酸甲酯羰基合成法。虽然醋酐的应用广，实用强，但是如不适当处理及储存就会对环境有危害，对水体造成污染，严重时可危机人的生命。通过对醋酐生产的研究，目前较适合推广及环保的生产是醋酸甲酯羰基化合成法，该方法不仅符合未来的发展趋势，在成本方面也大大降低了投资，是目前生产醋酐最具前景的方法。考虑到生产醋酐的意义及应用前景，进而提出了生产醋酐的具体工艺流程和设备的选型。关键词：物料衡算 能量衡算 热量衡算 装置布置北京化工大学北方学院毕业设计（论文）IIWith an Annual Output of 40 Thousand t/a Acetic Anhydride Production Process DesignAbstractAcetic anhydride is the important organic chemical raw materials, involving various fields and on social development plays a important role, therefore of preparation of acetic anhydride into the important work of industrial production, the industrial production of acetic anhydride are three main methods: oxidation of acetaldehyde generation method, ethylene ketone method and acetic acid methyl ester carbonyl synthesis method. Although the wide application of acetic anhydride, practical strong, but if not properly handle and store it is harmful to the environment, the water pollution caused by serious crisis of human life.Through the study of acetic anhydride production. It is suitable for promotion and environment-friendly production is acetic acid methyl ester carbonyl compound method, this method not only conforms to the trend of development in the future, in terms of cost is also greatly reduced the investment, the acetic anhydride production the most promising method. Considering the production of acetic anhydride significance and application prospect, and puts forward the specific selection of acetic anhydride production process and equipment.Keywords: environmental protection methyl acetate carbonylation acetic anhydride北京化工大学北方学院毕业设计（论文）III目 录前 言 .1第 1 章 绪论 .2第 1.1 节 设计依据、指导思想及设计原则 .2第 1.2 节 设计地区的自然条件 .4第 1.3 节 厂址的选择 .4第 1.4 节 车间（装置）布置及生产制度 .5第 1.5 节 节能与环境保护 .6第 1.6 节 安全技术和安全防火 .7第 2 章 工艺论证 .8第 2.1 节 工艺原理 .8第 2.2 节 工艺流程简图 .8第 2.3 节 原料规格、产品规格 .9第 2.4 节 产品的物理化学性质、结构和性能及用途 .9第 2.5 节 产品的合成工艺路线 .10第 2.6 节 “三废“及其处理 .11第 2.7 节 安全生产 .11第 2.8 节 经济技术分析 .11北京化工大学北方学院毕业设计（论文）IV第 3 章 工艺流程设计 .13第 3.1 节 工作任务及管理范围 .14第 3.2 节 工艺流程 .14第 4 章 物料衡算 .14第 4.1 节 物料衡算的基本方法 .15第 4.2 节 物料衡算的质量守恒 .15第 4.3 节 醋酐工艺流程概述 .15第 4.4 节 有关物料衡算和热量衡算的知识 .17第 4.5 节 各工段的物料衡算 .17第 5 章 热量衡算 .21第 5.1 节 热量衡算的概述 .22第 5.2 节 各工段的热量衡算 .22第 6 章 设备的计算 .29第 6.1 节 精馏塔的计算 .29第 6.2 节 理论板数的计算（逐板计算法） .29第 6.3 节 精馏塔塔径的计算 .32第 6.4 节 冷凝器的计算 .33第 6.5 节 精馏塔输送泵的计算 .35第 6.6 节 精馏工段设备工艺计算 .39第 7 章 设备选型 .43北京化工大学北方学院毕业设计（论文）V第 7.1 节 各设备计算 .43第 7.2 节 设备一览表 .47结 论 .51附 录 .53参考文献 .54致 谢 .56北京化工大学北方学院毕业设计（论文）1前 言目前我国的醋酐生产技术还处于有待改进和发展状态。 醋酐又名醋酸酐、乙酐，分子式 C4H6O3,相对密度 1.080，熔点-73，沸点 139。折光率 1.3904，闪点 54，自然点 400。常温下是一种有强烈的乙酸气味的无色透明液体，具有吸湿性，可溶于氯仿和乙醚并可缓慢的溶解于水中形成乙酸，与乙醇作用生成乙酸乙酯。醋酐是一种有毒化学药品，质量浓度为 0.36mg/m时即可对眼睛产生刺激，0.18mg/m时就能改变人的脑电图像，还能引起组织细胞蛋白质变质，其蒸汽刺激性更强，极易烧伤皮肤及眼睛。醋 酐 的 化 学 性 质 非 常 活 泼 ， 可 用 作 酯 化 剂 ， 与 乙 醇 反 应 生 成 乙 酸 乙 水 中缓 慢 水 解成醋酸，在热水中分解成醋酸；也可用作酰化剂、硝化或者磺化的脱水剂等。能使醇、酚、氨和胺等分别形成乙酸酯和乙酰胺类化合物。在路易斯酸存在下，乙酐还可使芳烃或烯径发生乙酰化反应。在乙酸钠存在下，醋酐与苯甲醛发生缩合反应，生成肉桂酸。缓慢溶于水变成乙酸。与醇类作用生成乙酸酯 3。该设计第一章介绍醋酐的基本生产情况，厂址选择，三废处理等方面对醋酐的生产做了系统的介绍，第二章和第三章则介绍我选的工业合成法：醋酸甲酯羰基化法，其低耗，副产物少，能耗小，设备简单等特点成为了该设计的理念。对设计路线，物料衡算，各工段热量衡算等做了详细的介绍，第四章介绍了设备的选型和设备选择的计算，设计的最后从车间的布置设计及组成等方面做了大致的介绍，设计的最后部分是对自己的设计进行了总结。北京化工大学北方学院毕业设计（论文）2第 1 章 绪论第 1.1 节 设计依据、指导思想及设计原则1.1.1 设计依据醋酐又名醋酸酐、乙酐，其用途也十分广泛，不仅在医药、香料中起着很重要的作用，除此之外，它还作为漂白剂、乙酰化剂、脱水剂和聚合反应的引发剂。正是由于其广泛的应用及影响着人们的衣食住行，因此，醋酐生产工艺成为了当前重要的课题。1.1.2 指导思想及设计原则乙醛氧化法和烯酮法的生产成本都比较高, 经济效益差,环境污染多等问题,且生产规模也不大, 处于逐渐为羰基合成法所取代的过程之中。羰基合成法制醋酐是 80 年代发展起来的新工艺, 其特点是能耗小、成本低、无污染, 有利于大规模生产。1.1.3 合成醋酐的三种常用方法目前合成醋酐有主要有三种方法，乙烯酮法、乙醛氧化法和醋酸甲酯羰基化法。1、乙醛氧化法乙醛和氧在 60、101 kPa 或 70、600-700kPa 条件下进行氧化反应，用氧气或空气作氧化剂，以醋酸乙酯为溶剂，醋酸钴为催化剂，醋酸铜为促进剂。乙醛与氧气(过量约 1%-2%)反应首先生成过氧醋酸，过氧醋酸再与乙醛反应生成醋酐和醋酸。在此条件下，乙醛转化率为 95%，醋酐及醋酸产率的质量比为 56：44。醋酐的总收率为 70%-75%。通过改变工艺条件，可以提高醋酐的产率。反应方程式为：CH3CHO+O2CH 3COOOHCH3COOOH+CH3CHOCH 3COOOCH(OH)CH3(单过氧醋酸酯)CH3COOOCH(OH)CH3(CH 3CO)2O+H2OCH3COOOCH(OH)CH32CH 3COOH北京化工大学北方学院毕业设计（论文）3每吨醋酐消耗乙醛 1.165 t，标准状态空气 2300 m3。乙醛氧化法流程简单，工艺成熟，但腐蚀严重，消耗较高，已逐渐被淘汰。在国外已被醋酸甲酯羰基化和乙烯酮法所替代。2、乙烯酮法乙烯酮法按照原料不同又可以分为：醋酸法和丙酮法。醋酸法醋酸法技术来源为德国 Wacher 化学公司。生产工艺如下：第一步，醋酸在 700-750、10-20kPa 的压力及 0.2%-0.3%磷酸三乙酯(按醋酸质量计)作催化剂的条件下，裂解脱水制成乙烯酮，醋酸转化率约为 85%-90%，对乙烯酮的选择性(物质的量计)约为 90%-95%。反应方程式为：CH3COOHCH 2=C=O+H2O+147kJ/mol第二步是液体乙酸吸收乙烯酮生成醋酐，经精馏提纯制得成品醋酐，乙烯酮的转化率约 100%。反应方程式为：CH3COOH+CH2=C=O(CH 3CO)2O+62.8kJ/mol该生产工艺是德国 Wacher 化学公司开发成功的，并于 1936 年实现工业化。现有两种生产流程：其一，为塔式流程。用 4 个填料塔进行合成与分离。每吨醋酐的消耗定额为，醋酸 1.35t，催化剂 1.5-2kg，氨 0.7-1.0kg，回收醋酸 100-160kg。其二，为液环泵流程。以液环泵为反应及吸收设备。该流程十分简单，正在取代塔式流程。每吨产品的消耗定额为，醋酸 1.22 t，裂解率 75%，合成收率 96%。丙酮法生产工艺如下：第一步是丙酮在 700-800、常压、没有催化剂的条件下进行裂解反应。反应方程式为：CH3COCH3CH 2=C=O+CH4-79.53 kJ/mol第二步是液体乙酸吸收乙烯酮生成醋酐。反应方程式为：CH2=C=O+CH3COOH(CH 3CO)2O+62.8kJ/mol但在相同规模下，丙酮法和醋酸法比较，丙酮法需要较大的裂解炉、吸收塔和洗涤塔，并增加了循环丙酮-水的蒸馏分离等辅助设备，项目建设费用高。同时，丙北京化工大学北方学院毕业设计（论文）4酮法的生产成本也较高。乙烯酮法相对乙醛氧化法和醋酸甲酯羰基化工艺来说，流程复杂，副反应多，能耗较大，利润较低。由于生产技术相当成熟，在国外早期建设的装置应用该法，在我国仍普遍应用。3、醋酸甲酯羰基合成法醋酸甲酯羰基合成法具有流程短 12、产品质量好、消耗指标低、“三废”排放量少等优点，代表了当前醋酐生产的先进技术潮流，国外普遍采用此生产技术，煤经气化产生 CO，与醋酸甲酯羰基合成醋酐，经分离得到产品，反应方程式为：CH3OH+CH3COOHCH 3COOCH3CH3COOCH3+CO(CH 3CO)2O主要副反应：CH 3OH+CH3OHCH 3OCH3+H2O第 1.2 节 设计地区的自然条件设计地区的自然条件应该从安全卫生方面考虑，应建在下风向，远离居民区、文化遗址等人口稠密的地区，尽量不要建在洼地。还要有便利的供水、供电条件、运输条件，还要考虑三废的排放问题。第 1.3 节 厂址的选择本车间建在南通市如皋港精细化工园，集中供热能力达 150 吨/小时以上，又临近热电厂和动力厂，能源供应充分。园区位于滨临长江岸线北汊，北边紧靠疏港公路和沿江高等级公路，水源丰富、原料来源丰富，且靠近港口，运输方便。如皋在南通的西北方向，是主风向的下方向，所以对居民的污染可以降低到最小，该化工园区内污水处理能力达 10 万吨/日，已建成 2 万吨/日，这对醋酐厂的废水处理有很大的作用。第 1.4 节 车间（装置）布置及生产制度车间布置设计是从理论走向生产的重要环节，其中要进行各种管路和各种附加北京化工大学北方学院毕业设计（论文）5设备的布置，详细情况请见图纸。车间布置的主要内容包括确定各工艺设备在车间的平面和立面位置以及设备的空间方位，确定车间内主要道路及通道的位置，确定各种管道、管线的位置和走向。一个号的设