3万吨年乙酸乙酯毕业设计

1、1 绪论 乙酸乙酯概述 乙酸乙酯的简介乙酸乙酯(EA)，又名醋酸乙酯，英文名称：Ethyl acetate。分子式为：C2H8O4。它是一种无色透明具有流动性并且是易挥发的可燃性液体1，呈强烈清凉菠萝香气和葡萄酒香味。乙酸乙酯能很好的溶于乙醇、氯仿、乙醚、甘油、丙二醇、和大多数非挥发性油等有机溶剂中，稍溶于水(25时，1mL乙酸乙酯可溶于10mL水中)，而且在碱性溶液中易水解成乙酸和乙醇。水分能使其缓慢分解而呈酸性。乙酸乙酯与水和乙醇皆能形成二元共沸混合物，与水形成的共沸混合物沸点为，其中含水量为6.1%(质量分数)。与乙醇形成的共沸混合物的沸点为。还与7.8%的水和9.0%的乙醇形成三元共沸

2、混合物，其沸点为。下表为乙酸乙酯的一些物化参数。表1.1 乙酸乙酯的物化参数2熔点()临界温度()折光率20)临界压力(MPa)沸点()辛醇/水分配系数的 对数值对密度(水=1)闪点()相对蒸气密度(空气=1)引燃温度()426饱和蒸气压(kPa)13.33(27)爆炸上限%(V/V)燃烧热(kJ/mol)爆炸下限%(V/V)室温下的分子偶极距6.55510-30 乙酸乙酯的用途乙酸乙酯是重要的精细化工原料。它是一种具有优异溶解性能和快干性能的溶剂，已广泛应用于化工、医药、纺织、染料、橡胶、涂料、油墨、胶粘剂的生产中，或作为原料、或作为工艺溶剂、萃取剂、稀释剂等等；由于它具有天然水果香味，因此

3、还可作为调香剂组分，应用于香料、食品工业中；也可作为粘合剂用于印刷油墨、人造珍珠等的生产；作为提取剂 用于医药、有机酸的产品的生产等；此外还可用作生产菠萝、香蕉、草莓等水果香精和威士忌、奶油等香料的原料。国外乙酸乙酯的消费结构与我国有所不同，美国和欧洲国家乙酸乙酯最大的应用领域是涂料，其中美国涂料方面的消费量约占总消费量的60%,欧洲在涂料行业的消费量约占总消费量的50%。日本主要应用在涂料，油墨方面，分别约占总消费量的40%和30%。而我国主要应用于涂料，粘合剂和制药领域3。1.2 乙酸乙酯的产能和市场需求 世界乙酸乙酯的产能与消费情况目前乙酸乙酯生产与消费主要集中在西欧，美国和亚洲地区，其

4、中亚洲地区的生产和消费又主要集中在日本，中国及东南亚国家4。近年来，世界乙酸乙酯的生产能力不断增加。2001年全球乙酸乙酯的生产能力只有125.0万吨/年,2006年生产能力增加到222.0万吨/年，20012006年生产能力的年均增长率高达12.2%。其中英国BP化学公司是目前世界上最大的乙酸乙酯生产厂家，生产能力为22.0万吨/年，约占世界总生产能力的9.91%。其次是中国江苏索普集团公司，生产能力为20.0万吨/年，约占9.01%。表1.2为国外乙酸乙酯的生产情况。在涂料方面，使得乙酸乙酯涂料被水性和高固含量涂料、粉末涂料和双组分涂料夺去了市场额。虽然这种变化还在继续，但乙酸乙酯市场仍然

5、保持持续增长。东南亚地区开始成为全球最重要的乙酸乙酯的产地和消费地。大局部投资于乙酸乙酯的资金开始将目标投向乙酸乙酯需求量增长迅速的亚洲和中国。 我国乙酸乙酯的产能与消费状况1生产现状 我国乙酸乙酯的生产始于20世纪50年代，近年来，随着我国化学工业和医药工业的快速开展，乙酸乙酯的生产开展很快。生产能力已经从2001年的37.0万吨/年增加到2006年的约90.0万吨/年。目前，我国乙酸乙酯的生产厂家有20多家，生产企业主要集中在华南和华东地区。其中国内最大的乙酸乙酯生产企业江苏索普集团产能到达20.0万吨/年，约占国内总生产能力的22.2%，与乙酸产品实现了上下游一体化，产品竞争力较强，80

6、%的乙酸乙酯用于出口；其次是山东金沂蒙集团公司，生产能力为16.0万吨/年，约占国内总生产能力的13.3%，主要原料乙酸、乙醇均能自给，产品竞争能力也较强。目前国内大型乙酸乙酯企业均采用酯化法技术。表1.2 国外乙酸乙酯主要生产情况生产厂家地址生产能力(万吨/年)美国塞拉尼斯公司德克萨斯州潘帕美国伊斯曼化学公司德克萨斯州朗维尤美国Solution公司马萨诸塞巴西罗地亚公司帕利尼涯默西哥塞拉尼斯公司卡格来吉拉英国BP化学工司赫尔西班牙Ereros塔拉戈纳瑞典Wweask乙醇化学公司多姆斯乔瑞典联合碳化物公司斯德哥尔摩日本昭和电工公司南阳日本千叶公司市原日本协和发酵公司四日市印度LAXMI有机工业

7、公司马哈德印度JUBILANT有机合成公司加劳拉尼蜡韩国三星/BP公司蔚山韩国国际酯类公司蔚山新加坡塞拉尼斯公司裕廊岛印度昭和酯类公司梅拉克南非萨索尔公司赛库达2007年4月13日开工。上海吴泾化工将现在生产能力扩建到15万吨/年，长春天裕生物工程公司将建5.0万吨/年生产装置。随着生产能力的不断增加，我国乙酸乙酯的产量也不断增加5。2001年我国乙酸乙酯的产量只有17.9万吨，2006年进一步增加到63.0万吨，比2005年增长约22.19%，20012006年产量的平均增长率高达15.09%，截止到2021年10月底，我国乙酸乙酯生产能力到达约150.0万吨/年。表1.3 国内乙酸乙酯主要

8、生产情况 6企业名称产能 (万吨/年)江苏索普集团山东金沂蒙集团公司广东江门谦信化工开展公司广东顺德冠集团公司气体溶剂上海吴泾化工扬子江乙酰化工江西南昌赣江溶剂厂广东顺德集团公司天津冠达集团公司上海石油化工公司 上海试剂成都有机化工厂浙江建德建业有机化工江苏三木集团公司山东海化股份2消费现状、进出口情况及开展前景7随着生产能力的不断增加，我国乙酸乙酯的产量也不断增加。2021年尽管受到金融危机的影响，但是由于2007年新增的产能发挥作用，产能仍到达约95.0万吨/年，同比增长约33.8%。表1.4为我国近年来乙酸乙酯的供需关系。目前，国内乙酸乙酯主要消费地区集中在华东、中南、华北、东北地区，产

9、品主要用于生产涂料、制药和粘合剂。我国乙酸乙酯的总需求量已达150万吨/年，供大于求，届时消费结构将有所变化，其中在制药和粘合剂行业消费的比例将会有所下降，随着新型高档涂料的不断开展，预计涂料行业对乙酸乙酯的需求量将会有较大幅度的增加，随着油墨方面的需求量也将有所上升。表1.4 国内近年来乙酸乙酯的供需关系单位：万吨/年年份产量进口量出口量表观消费量20022003200420052006200720212021(1-6月)另外，随着乙酸乙酯新用途的不断开发，将会使乙酸乙酯在其他方面用量的比例也有一定的增加。 乙酸乙酯的生产工艺及工艺改良 乙酸乙酯的主要生产工艺目前，乙酸乙酯的工业生产方法主要

10、有乙酸/乙醇酯化法、乙醛缩合法、乙醇脱氢法和乙酸/乙烯加成4种。传统的乙酸酯化法工艺在国外被逐步淘汰，而大规模生产装置主要采用乙醛缩合法、乙醇脱氢法和乙酸/乙烯加成法，其中新建装置多采用乙酸/乙烯加成法，我国的乙酸乙酯那么主要采用乙酸酯化法进行生产8。1乙酸/乙醇酯化法有机羧酸与醇类在无机强酸催化作用下发生酯化作用生成酯类，这是有机羧酸的主要性质之一，乙酸乙酯即是由乙酸、95%浓度的乙醇和96%浓度硫酸(加料量的1%)催化剂参与下进行酯化反响制得的。这个反响是可逆的，将乙醇过量以及有效移除反响产生的水，可以提高乙酸乙酯的产得率，通常反响的平衡转化率为67%。工业生产可以是间歇的，也可以是连续的

11、，这主要取决于生产规模。由于浓硫酸有酸性强、吸水性强、性能稳定、价廉等优点，而且溶于反响物料中，是均相催化反响，反响均匀，因而在全塔内都能进行催化反响。催化作用不受塔内温度限制，反响机理清楚，容易实现最优控制，这些优点可以使反响精馏生产装置大型化。但由于采用了浓硫酸，就有其不可防止的缺点，设备腐蚀性大，浓硫酸易引起磺化、炭化和聚合等的副反响，产品纯度低，后处理过程复杂，三废量大。2乙醛缩合法醛类在醇盐的催化作用下，可进行自身缩合为酯类9。如在乙醇铝的参与下，两分子的乙醛重排成一分子的乙酸乙酯：乙醇铝会在反响过程中被破坏，因此为使反响连续进行，须配备足够的催化剂来维持反响的进行；在低温反响条件下

12、，乙酸乙酯的收率可达98%。乙醛缩合法具有反响条件温和、原料消耗少、工艺简单、设备腐蚀小等特点，因而此工艺在生产本钱方面具有突出优势，同时又有较好的环境效益，兴旺国家多采用这种工艺。此种工艺受原料的限制较大，适合于乙醛原料来源广泛的地区。原料乙醛一是石油路线，二是生物发酵路线。近年来，随着石油资源的逐渐减少，石油价格逐渐上升，生物资源作为一种新型、绿色、可持续能源，其前景会更加广阔。加之此种工艺的高转化率和高选择性，相对于其它工艺方法的优势地位更加明显。3乙醇脱氢歧化法乙醇脱氢歧化法有三个根本步骤10。在第一反响器中，乙醇脱氢生产乙醛，再进一步反响生成粗乙酸乙酯。固定床反响器装填了一种改良的铜

13、基催化剂，反响在适中的压力和200-250温度下进行，催化剂每六个月在装置内再生一次，其总寿命不短于1年。从第一反响器中产生的氢气经一个简单的别离器收集，局部氢气送第二反响器进行选择性加氢反响，在该固定床绝热反响器中，装填着一种能有效地将乙醛和在粗乙酸乙酯混乱合物中的其它羰基组分转换为当量乙醇，而又不影响乙酸乙酯收率的催化剂，反响器操作温度不超过150，操作压力与第一反响器根本一致，催化剂寿命在1年以上。送至最后精馏工序的产品蒸汽中含有大量的共沸组份，通过采用上下不同的双压力精馏系统，最有效地去除共沸物组份，以及最大限度地回收到高纯度(99.8%以上)乙酸乙酯。4乙烯乙酸加成法以附载在载体上的

14、杂多酸或杂多酸金属盐为催化剂，在水蒸汽参与下，乙烯容易水合成为乙醇，随即乙醇与参与的乙酸进行酯化反响得到乙酸乙酯。当然乙酸乙酯也会在相同反响条件下水解为乙醇或发生乙烯与乙醇作用生成二乙醚的副反响： 综合这些反响，得到含有一些醇和醚类的乙酸乙酯产品：反响在多段管状反响器中进行，在每段之间移走反响热以抑制副反响的发生。此工艺的优点是乙酸乙酯具有较高的产率(90%)与选择性(95%)，而且由于直接利用丰富的乙烯原料，因而能降低生产本钱。国外关于该工艺的研究与开发局部已进入工业化应用阶段。表1.5是几种生产工艺的比照。 工艺改良针对以上四种乙酸乙酯生产工艺的比照，可看出每种工艺都有他的缺乏之处，对于局

15、部工艺存在的问题，国内国外的学者进行了相关的改良，包括催化剂的改良、精馏系统的改良和回收系统的改良。1酯化法中催化剂的改良和精馏系统的改良 催化剂的改良采用超强固体酸，将原来的催化剂改为SO42-/ZrO2或SO42-/Zr(OH)4催化剂11，在此催化剂制备中引入H2SO4，使ZrO2产生酸中心而对酯化反响产生催化作用，熔烧温度和熔烧时间影响SO42-/ZrO2或SO42-/Zr(OH)4的催化活性，最正确熔烧温度和熔烧时间分别为550和3h。催化剂经再活化可重复使用，对乙酸乙醇的催化酯化反响的选择性为100%，酯化率为84%。另外SO42-/MnOm型超强固体酸制备方法简单，使用温度较高，

16、易同产物别离及易再生，不易腐蚀设备等优点。其它的一些催化剂的改良还有用磷改性HZSM-5沸石分子筛为催化剂,用全氟磺酸树脂作催化剂，用HZSM-5分子筛、铌酸等做催化剂12。表1.5 四种工艺比照表工艺方法优点缺点酯化法浓硫酸有酸性强、吸水性强、性能稳定、价廉等优点，而且溶于反响物料中，是均相催化反响，反响均匀，因而在全塔内都能进行催化反响。催化作用不受塔内温度限制，反响机理清楚，容易实现最优控制设备腐蚀性大，浓硫酸易引起磺化、炭化和聚合等的副反响，产品纯度低，后处理过程复杂，三废量大乙醛缩合法反响条件温和、原料消耗少、工艺简单、设备腐蚀小，国外工艺成熟，国内也取得重大进展必须在乙醛的来源广泛

17、区，催化剂处理上存在一定污染乙醇脱氢法原料利用上也较为的经济，可以副产氢气，没有腐蚀性催化剂选择性较差，别离工段塔多，因而能耗比传统工艺还高，工艺不成熟乙烯乙酸加成法反响有较高的选择性和转化率适合乙烯来源广的地区，乙烯价格上涨后，不利，工艺不成熟考虑到生产效益的可行性，我们对几种目前在国内已投入生产的工艺进行经济上的比照,由于乙烯乙酸工艺在国内不成熟，而且未投入运行。因此我们只对其它三种工艺进行经济比照。表1.6进行比照了年产量为8万吨乙酸乙酯的不同工艺的经济指标。 精馏系统的改良传统的精馏工艺中由于存在水-乙醇-乙酸乙酯的共沸，导致回流酯的带水能力很差，导致酯化塔和回流塔的回流比过大，结果使

18、乙酸乙酯的生产能耗很高。在新工艺中，通过添加促进剂萃取精馏提纯13，即向乙酸乙酯-水及乙酸乙酯-乙醇-水体系中添加促进剂，可以改变它们的互溶度，使乙酸乙酯、水得到较好的别离，同时使水相中乙酸乙酯的含量大大降低，减少其回收能耗。其它的方法还有加饱和盐水萃取脱水精制、采用有机溶剂萃取别离和添加恒沸蒸馏别离等。表1.6 三种工艺的经济情况指标14工艺路线乙醛缩合法乙烯加成法酯化法原料单耗乙烯乙醛乙酸乙醇其他公用工程单耗电15，432冷却水纯水00蒸汽4蒸汽00冷冻00综合能耗68921561614652 1乙醛缩合法中工艺的改良 水与乙醇平衡的工艺优化原三塔串联精馏工序中会出现以下问题：1粗乙酸乙酯

19、中含水量到达0.03%的标准；2二塔回收的乙醇含水量高，而不能作为催化剂制备的原料；3含水量不能有效的控制而导致催化剂不能稳定的被破坏，间接导致乙酸乙酯产品的质量。为此国内学者通过对工艺的改良解决了以上存在的问题。解决方法：将原一塔的加压操作改为常压操作；在原催化剂破坏系统中参加足量的蒸馏水，以到达催化剂的充分破坏；在一塔塔顶采出乙醇、乙酸乙酯、乙醛、水来到达脱除水和乙醛的目的，采出的顶液参加适量的水作为催化剂破坏液。通过改良工艺，二塔和三塔的含水率到达控制，成品乙酸乙酯的含水量也下降到0.01%15。 乙醇回收工艺的优化在原工艺中，乙醛虽在一塔被大量脱除，但仍有少量乙醛进入二塔和三塔，导致乙

20、酸乙酯产品含有过量的乙醛。在改良的工艺中16，一塔采用侧线出料，并在一塔顶部通过使顶液全部回流及调节回流罐液位来富集乙醛，然后采取不定期采出顶液的方法来到达回收高质量分数的乙醛的目的。而且，降低了乙醛的单耗，减少了乙醛的挥发，并能使产品中的乙醛含量降低。 高沸点残液回收的工艺优化原工艺中三塔塔釜得到的重组分残液中除含有乙酸乙酯外，还含有缩合反响中产生的副产物-乙缩醛，另外还有原来中带来的巴豆醛、三聚乙醛和乙酸等高沸物。该残液通常采用燃烧的方法来处理，该处理方法既浪费原料，而且燃烧残液会给环境带来污染。国内学者通过向残液中参加水和适当的催化剂17，并在加热的条件下使乙缩醛分解生成乙醇和乙醛，此时

21、将残液中得到的乙醇、乙醛和乙酸乙酯回收再利用，不仅降低了乙醛和乙醇原料的单耗，而且有效的减少了环境的污染。1.4 本课题研究的内容、目的和意义 本课题研究的内容乙酸乙酯是一种重要的根本有机化工原料，其生产方法有直接酯化法和间接酯化法。该产品在酯化工艺中为最根底、也是最重要的酯化产品。研究并设计其生产工艺具有很重要的意义。 本课题研究的目的和意义 乙酸乙酯是用途广泛的重要化工产品。它是工业上的重要溶剂，广泛用作人造香精、乙基纤维素、清漆、涂料、印刷油墨、药物和有机酸的萃取溶剂及水果香料的原料。近些年来，随着世界经济的持续稳定增长，建筑、汽车等行业的迅速开展，采用高档溶剂生产涂料、油墨、粘合剂等产

22、品已成大势所趋，进一步带动了乙酸乙酯溶剂需求的快速增长。虽然目前在国内乙酸乙酯的供大于求，但世界上乙酸乙酯的消耗主要集中在东南亚地区，从亚洲这个范围来说，乙酸乙酯还是处于供不应求地区。其次，国内约有65%以上的乙酸乙酯生产厂家是采用酯化法生产乙酸乙酯，生产技术较国外相对落后，同时针对一些缺乏市场竞争力的，工艺落后的小型装置进行淘汰。因此，通过此课题采用缩醛法设计一套年产3万吨乙酸乙酯且具有先进、可行、经济效益高的生产方案，不仅弥补亚洲对乙酸乙酯消耗的空缺，对提高国内乙酸乙酯在世界市场中的竞争力以及对提升我国整体技术水平是有很重要的意义。2 工艺流程确实定2.1 本课题设计内容和要求 设计要求乙

23、酸乙酯是一种重要的根本有机化工原料，其生产方法有直接酯化法和间接酯化法。该产品在酯化工艺中为最根底、也是最重要的酯化产品。研究并设计其生产工艺具有很重要的意义。 具体设计内容 1查阅文献，了解该产品的性质、性能、合成、应用等。选择合理的生产原料和制备工艺，采用先进的生产设备和控制手段，编制开题报告(工艺流程方框图、开题报告)；2根据原料、产品和生产规模，绘制工艺流程草图，进行物料衡算和热量衡算(物料平衡图、原料消耗、能量消耗综合表)；3进行主体设备和辅助设备的工艺计算与设备选型，并列出设备一览表；4绘制主体设备图；5绘制带控制点的工艺流程图；6进行生产车间布置设计(生产车间平面布置图和立面布置

24、图)；7进行技术分析、经济效益分析、平安评价与环保评价。2.2 设计方案确实定目前在世界范围内，上述四种工艺都已经投入运行，但在国内投入运行的只有酯化法、乙醛缩合法、乙醇脱氢法，乙酸/乙烯加成法在国内还不够成熟。酯化法中新研究出的催化剂造价过高，乙醇脱氢法适合在乙醇产量高的地区或者是价格廉价的地区较适宜，日本所有的乙酸乙酯都是采用乙醛缩合法,并且综合上面的概述中几种工艺的比照，本课题采用乙醛缩合法生产乙酸乙酯。反响原理乙醛缩合法制乙酸乙酯可分为三个阶段：催化剂的制备、乙醛的缩合反响、催化剂的脱除和精馏提纯。1乙醛的缩合反响反响在两个串联的反响器中进行，第一个是釜式的反响器，第二个也是采用釜式的

25、反响器。反响方程式为：这样做的好处是，在第一个反响器之中，反响剧烈放出大量的热量，采用釜式的反响器搅拌的均匀，易于把热量移出，相对于管式的来说，温度易于控制，虽然转化率情况有所降低，但反响的可控性、平安性提高；第二个也采用釜式的反响器，是考虑到反响进行到后来，放热量已经不多，而且造价低。图2.2为缩合工序的流程简图。 图2.2 缩合工序的流程简图2催化剂的脱除我们通过加水的方法破坏掉催化剂，然后经过蒸发器将粗乙酸乙酯蒸出，氢氧化铝残液从下面排除，残液再经过一个别离器进一步别离出氢氧化铝，液体局部可以再返回蒸发器。图2.3 蒸发工序流程简图3精馏提纯我们采用了三塔的模式，三塔均是常压操作，一塔脱

26、乙醛；二塔脱出乙醇，脱出的乙醇用作生产催化剂；第三塔，塔上得到产品，塔下出重组分。同时还可以设计一个小塔，用来别离第三塔得到的重组分，有效地别离较纯副产物乙缩醛，产出乙缩醛，做到了副产品的有效利用。图2.4 精馏提纯工序的流程简图2.2.2 工艺流程 以下为乙醛缩合法合成乙酸乙酯各个工序的简述。图2.5为乙醛缩合法生产乙酸乙酸工艺流程简图。以乙醇铝作为催化剂，乙醛通过自缩合反响生成乙酸乙酯，通过向单效蒸发器中参加过量的水，将催化剂乙醇铝破坏，再经过蒸发器将生成的氢氧化铝脱除。再依次通过脱乙醛精馏塔、脱乙醇粗馏塔和脱重组分塔，分别脱除粗乙酯中的乙醛、乙醇和乙缩醛，在脱重组分精馏塔塔顶得到较纯洁的

27、乙酸乙酯产品。图2.5 乙醛缩合法生产乙酸乙酸工艺流程简图3 物料衡算3.全流程的工艺数据1生产规模 年产3万吨乙酸乙酯2生产时间 年工作时为7920小时3生产效率 一步缩合反响釜中乙醛转化率为86.9%，二步缩合反响釜中乙醛的转化率为89.3%，在两个釜中主反响的选择性都为99.2%。3. 催化剂的配方1催化剂的原料配比：表3.1 催化剂的原料配比18(单位：g)乙酸乙酯乙醇铝氯化铝氯化汞碘总计1402852微量微量1752催化剂与原料的质量比该反响中将催化剂和纯原料的质量比控制在1:8。3. 操作条件1操作压力：全流程的操作为常压操作2操作温度：一步反响缩合釜和二步反响缩合釜的操作温度都为

28、10。 单效蒸发器的操作温度为90。 脱乙醛塔塔顶温度和塔底温度为：26.2和77.2。 脱乙醇塔塔顶温度和塔底温度为：76.3和78.2。 脱重组分塔塔顶温度和塔底温度为：83和110。3. 原料和产品的控制指标表3.2 原料乙醛和产品乙酸乙酯的标准项 目优 等 品 指 标乙酸乙酯乙醛纯度/% 水分/% 项 目优 等 品 指 标乙醇含量 在乙醛进料前进行枯燥，枯燥后的乙醛纯度为99.9%。 物料平衡关系图全流程的物料平衡简图如下：R201R202E301C302C303C304 201.0乙醛进料； 201.1催化剂进料；201.2一步反响混合物料；202.1二步反响混合物料；301.1含氢

29、氧化铝的混合液；301.2破坏液；粗乙酯图 3.1 全流程物料平衡关系图3.2 一步缩合反响釜的物量衡算本次设计为连续操作，因此以单位kg/h为基准。纯洁乙酸乙酯在脱重组分出口量应为：=。那么需乙醛进料(纯度为0.999)： 。因反响过程中有损失，将乙醛的入口流量定为3900kg/h。R201图3.2 一步缩合物料平衡简图201.0中含有：乙醛：水：201.1中含有：催化剂用量为：那么催化剂原料中含：乙酯： 铝：乙醇：氯化铝：乙醇和铝在催化剂的作用下生成乙醇铝：物流中需参加60kg/h的乙醇来保护催化剂中的乙醇铝，防止其水解失效。中含有： 乙酸乙酯：铝：乙醇：其它轻组分：乙醇铝：流股中为纯度为

30、99.9%的乙醛，其他为乙酸乙酯。含有：乙醛：乙酸乙酯： 反响器中主反响方程式如下：副反响方程式如下：因此在流股中含有：乙酯：乙醛：乙缩醛：/h水： 乙醇：/h乙醇铝：/h其它微量杂量：/h总进口流量为：=总出口流量为：=表3.3 一步缩合釜物料衡算表进口物料/(kg/h)出口物料/(kg/h)乙酸乙酯乙醛乙醇水乙缩醛轻组分乙醇铝总计3.3 二步缩合反响釜的物料衡算R202图3.3 二步缩合物料平衡简图二步缩合反响釜的出口物流中： 主反响方程式为： 副反响方程式为：所以，在流股中： 乙酸乙酯：乙醛：乙缩醛：水：其它轻组分：/h乙醇：氯化铝：/h乙醇铝：/h二步缩合反响器中： 表3.4 二步缩合

31、釜物料衡算表进口物料kg/h出口物料kg/h乙酸乙酯乙醛乙醇水乙缩醛乙醇铝总计3.4单效蒸发器的物料衡算此过程主要目的是为了破坏物流中的乙醇铝催化剂。E301图3.4 单效蒸发器物料平衡简图该过程中发生的化学反响为乙醇铝的水解：中含有氢氧化铝、铝和氯化铝重组分，重组分被完全脱除重组分的质量分数为0.27，那么可求得物流中总质量流量为：乙缩醛在的质量分数为5%，那么含：乙酸乙酯：乙缩醛：是来自二步缩合釜的出口物料。：乙醛：乙醇：水：乙缩醛：乙酯：氢氧化铝混合物，包括微量的铝和氯化铝：(去回收工段)Al(OH)3 ：/h铝：/h氯化铝：/h乙酯：/h 乙缩醛：/h 中： 水：乙醇：/h乙酸乙酯：/

32、h乙醛：kg/h表3.5 单效蒸发器物料衡算表进口物料kg/h出口物料kg/h乙酸乙酯乙醛乙醇水乙缩醛乙醇铝总计 3.5脱乙醛塔的物料衡算在该塔中，塔顶轻组分乙醛的质量分数xD1=0.999,塔底轻组分乙醛的质量分数xw。C302图 3.5 脱乙醛塔物料平衡简图对其作物料衡算： D1+W+D2=F D1xd1+Wxw+D2xD2=FxF 可求得：乙醇和乙酯形成共沸精馏：水：/h乙醇：/h乙酯：/h乙醛：/h中：乙醛：/h乙醇：乙酯：水：乙缩醛：47kg/h中：乙醛：kg/h乙酯：kg/h表3.6 脱乙醛塔物料衡算表进口物料kg/h出口物料kg/h乙酯乙醇乙醛水乙缩醛总计3.6 脱乙醇塔C303

33、图3.6 脱乙醇塔物料平衡简图由F=D+W FxF=DxD+WxW 对该精馏塔作物料衡算得：，因乙醇和乙酯形成共沸物，该物流去回收工段：乙酯：/h乙醇：/h水：/h乙醛：/h中： 乙酯：乙醇：乙醛：水：乙缩醛：47kg/h表3.7 脱乙醇塔物料衡算表进口物料kg/h出口物料kg/h乙酯乙醇乙醛水乙缩醛总计脱重组分塔C304图3.7脱重组分塔物料平衡简图该塔除去重组分乙缩醛，从精馏塔塔顶得到乙酸乙酯产品。由 得：中：水：乙醛：乙酯：乙醇：304.2流股中：乙缩醛：101.06kg/h表3.8 脱重组分塔物料衡算表进口物料kg/h出口物料kg/h乙酯乙醇乙醛水乙缩醛总计4热量衡算19-21物质乙醇

34、乙醛水乙酸乙酯物质ABCD乙醇乙醛水乙酸乙酯物质沸点/蒸发焓/KJmol-1乙醇乙醛乙酸乙酯水100乙缩醛4.2一步缩合釜的热量衡算：该工段中反响温度为102号物流由25降到10的热料衡算如下： 3号物流由21降到10： 主反响产生的热量： + +副反响产生的热量： +一步缩合反响釜需要承受的热量为： +反响放出的热用-5的冷冻盐水进行冷却,进口温度为-5,出口温度为5。冷冻盐水的比热容为：那么单位时间内需要冷冻的量为：二步缩合反响釜热量衡算：主反响的反响热： + +副反响的反响热： + +二步缩合反响釜承受的热负荷为：+反响放出的热同样用-5的冷冻盐水进行冷却,进口温度为-5,出口温度为5。

35、冷冻盐水的比热容为：那么单位时间内需要冷冻的量为：单效蒸发器的热量衡算该蒸发器的蒸发温度为90，有少量的水占用的热量小，可忽略不计，且设单效蒸发器的热量损失为1%。其中流股5包括流股8，那么进料流料5由原来的10升高到90放出的热量为:乙酸乙酯被蒸发掉，那么蒸发掉的乙酸乙酯需要的热量为： Q1=+蒸发掉的乙醛需要的热量为：Q2=+，那么蒸发掉的乙醇需要的热量为：Q3=+乙缩醛有0.855kmol被蒸发掉，那么蒸发掉乙缩醛需要的热量为：Q4=在蒸发器内部乙醇铝水解生成氢氧化铝和乙醇吸收热量：Q5=在流股中有将除氢氧化铝外的其它轻组分及乙酸乙酯换算成50kg/h的乙酸乙酯，流股的温度为90,那么需

36、要外界提供的热量为：Q6=那么蒸发器总共需外界提供的热量为：Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5-Q6=单效蒸发器需外界提供热量，该热源为100的饱和水蒸气，热源进口为100的水蒸气，出口为100的热水。10022那么单位时间内需要饱和水蒸气的质量为：冷凝器的热量衡算将90的蒸气冷凝到饱和进料温度，脱乙醛精馏塔饱和进料温度为20.8。90蒸气冷凝到20.8的液体放热为： +=90蒸气冷凝到20.8的液体放出热量为：=90蒸气冷凝到20.8的液体放出热量为：+=90蒸气冷凝到20.8的液体放出热量为： 那么冷凝总共放出热量为：该冷凝器仍采用冷却盐水，将一釜和二釜的出口盐水用于该冷凝器的进口冷却盐水。

37、并用该冷凝器中出口盐水的温度控制在10。那么单位时间内需5下冷冻盐水的质量为：脱乙醛塔的热量衡算由以上对精馏一塔物料衡算得：F=/h,D=/h用解析法计算最小回流比：代入数据求得： 取那么上升蒸气流量为：V=(R+1)D=/h 再沸器的热负荷1塔顶上升混合气带出的热量在塔顶回流液温度为20.8，与进料的温度相同，那么塔顶上升气带出的热量为：=2塔釜残液带出的热量： +=3侧线料带出的热量那么再沸器的热负荷为：加热介质采用1.0bar下的饱和水蒸气，冷却水为100的水，那么需水蒸气的量为： 冷凝器的冷凝量该冷凝器采用进口温度为了-5，出口温度为5的冷冻盐水，那么需冰冻盐水的质量为：脱乙醇塔的热量

38、衡算由以上对精馏一塔物料衡算得：F=/hD=/h用解析法计算最小回流比：代入数据求得： 取那么上升蒸气的质量流量为：V=(R+1)D=/h再沸器的热负荷(1)塔顶上升混合气带出的热量在塔顶回流液温度为77.2，与进料的温度相同，那么塔顶上升气带出的热量为： (2)塔釜残液带出的热量脱乙醇塔承受的热负荷为：再沸器采用100的饱和水蒸气进行加热。那么需饱和水蒸气的质量为： 脱乙醇塔冷凝器热量衡算脱乙醇塔顶冷凝器需要的冷凝量用10下的盐水进行冷却，冷凝器冷却水的进口温度为10，出口温度为20，那么单位时间内需10盐水的质量为：脱组分精馏塔的热量衡算由以上对精馏一塔物料衡算得：F=/hD=/h用解析法

39、计算最小回流比：，代入数据求得：取那么V=(R+1)D=/h再沸器的热负荷1塔顶上升混合气带出的热量在塔顶回流液温度为20.8，与进料的温度相同，那么塔顶上升气带出的热量为： 2塔釜残液带出的热量那么再沸器的热负荷为：再沸器需要100的饱和水蒸气加热，单位时间内需饱和水蒸气的质量为： 脱重组分的冷凝器的热量衡算那么冷凝器的冷凝量为冷凝器采用10的盐水，盐水的出口温度定为50，那么单位时间内需10的盐水为：5 主要设备的设计与辅助设备的选型5.1 一步缩合反响釜的设计缩合釜釜体的设计1缩合釜中混合物的平均密度+那么混合物的体积为： m查得，装料系数为0.8.。那么反响釜的体积为： m2确定筒体与

40、封头型式以及连接方式由本设计的聚合条件以及该设备的工艺性质，可以知道其属于带搅拌的低压反响釜类型。根据惯例，选择圆柱形筒体和椭圆形封头。查化工设计手册得，对对密封要求较高时，采用焊接连接。3确定筒体与封头的直径查?化工设备机械根底?得，23。那么反响釜直径估算如下：m (式中，D反响釜筒体内径；H 筒体高度。)经查，符合筒体公称直径的标准，取D2000mm。封头取相同的内径。4确定筒体高度查?化工设备机械根底?得，当公称直径DN2000mm时，标准椭圆形封头的容积V，筒体每一米高的容积V/m。那么筒体高度为： 4-1其中每个釜的容积，单位为m。由的值与近似相等，那么可得：解得 m 取H D2m

41、。5标准椭圆封头的封头高度与直边高度查化工设计手册得，标准椭圆封头的封头高度为：直边高度为500mm。6确定夹套直径查?化工设备机械根底?得，夹套直径为： DD1002100mm夹套封头也采用椭圆形，并与夹套筒体取相同直径。7确定夹套高度夹套筒体的高度估算如下：m取H为m。8传热面积F查?化工设备机械根底?得，封头内外表积Fhm，筒体一米高内外表积F1 m。那么传热面积为：FFh F1 m9夹套筒体与封头厚度夹套筒体与内筒的环焊缝，因检测困难，故取焊缝系数0.6，从平安计夹套上所有焊缝均取0.6，封头采用由钢板拼制的标准椭圆形封头22，材料均为Q235-B钢。查?化工设备机械根底?得，夹套厚度

42、为：夹套封头厚度为：式中，p设计压力，0.1MPa；在设计温度下Q235-B钢的许用压力，113MPa； C腐蚀裕量，2mm。圆整至钢板规格厚度，查?化工设备机械根底?，取夹套筒体与封头厚度均为：8mm。10内筒筒体厚度与封头厚度查?化工设备机械根底?，经过计算可得：内筒筒体厚度与封头厚度均取10mm。 搅拌装置设计1搅拌器的型式与主要参数考虑其工艺条件和搅拌容量，查?化工设备设计根底?和?化工设备机械根底?得，本设计采用桨式直叶搅拌器。其主要结构参数：D0.51DN0.5120001020mm那么b0.20 D0.202000400mm；H0.50 D0.5020001000mm；Z2。2搅

43、拌轴直径经查?化工设备设计根底?得，搅拌轴材料选用45钢24。搅拌功率为20kW；转速为80 r/min。那么 d365 式中，d搅拌轴直径，mm； P搅拌功率，kW；n搅拌轴转速，r/min；材料许用压力，MPa。 查45号钢得，取为30MPa。那么表5.1 缩合釜设计结果一览表设计工程设计结果反响釜体积 V/m3筒体与封头连接方式焊接筒体和封头的直径 D/mm2000筒体高度 H/mm2000夹套直径 Dj/mm2100封头高度 h/mm50夹套高度Hi/mm1800传热面积 F/m2内筒筒体厚度/mm105.2 单效蒸发器的设计与选型5.2.1 蒸发器的选择理由为了到达蒸发出绝大局部的粗

44、乙酯混合物目的，本设计中必须引用一种蒸发器，在蒸发器的选择过程中，首先考虑到要蒸发物质的特性以及工程本钱等诸多因素。其次，工程上以往常用的蒸发设备具有耗能大，效率低等缺点，所以综合以上两个因素，本设计中的蒸发器将选用中央强制循环蒸发器。5.2.2 蒸发器计算与设计由蒸发过程的热量衡算可知，降膜蒸发器需要提供的热量为：Q=2.147106 kJ/h=1传热面积A=其中 Q为单位时间的热量K约为1500 t为换热面上的平均温差平均温差：那么可求得单效蒸发器的换热面积：A=将A=10.91作为设计结果。2加热管的选择与管数的设计因为有易结垢的物质，蒸发器的加热管选用25,加热管的长度选为 。那么加热

45、管的管子数：取管子数为48。3循环管的选择：求得循环管的内径为：经圆整得，选用热轧无缝钢管：。4加热室直径该加热器中加热管的排列方式为正三角形。那么加热室直径：5别离室的直径和高度别离室的体积为：取，那么别离室高度为H=。表5.2 单效蒸发器设计结果一览表设计工程设计结果蒸发器传热面积 A/m2加热管的管数 n48循环管的内径 D1/mm273加热室直径D/mm380别离室直径H/mm2700别离室高度D/mm18005.3脱乙醛塔的设计与计算：气相流量：Vs=3/s 气相密度 ：=/m3液相流量：Ls=3 液相密度：=/m3液体外表张力：液体黏度 ：10-3 Pas5.3.2塔径确实定初估塔

46、径取塔板间距HT= 取hl=查史密斯关联图得： uopf=/s确定实际塔径，对计算值进行圆整，取=0.8m。5.3.3 塔板结构设计1选管选用单流程弓形降液管2堰的计算堰长lw=0.71D= 选堰高hw= L/lw=3600how36000.00144/0.52/3=hl=hw+howho=hw-0.015=3液面梯度b=(Llw/D=0.7 差图得 Wd=Z=D-2Wd=可以算出很小忽略。4塔板布置取筛孔直径d0=,t/d0=3.0,所以t=。，。X=D/2-Wd+Ws=r=D/2-Wc=Aa=2，ATAa/ AT筛孔总面积：A0=Aa=0.229*0.06=2。筛孔数：N=A0/a02=1

47、115个。5.3.4 对设计塔板进行校核1板压降取板厚=3mm 查表得c0=F0=/(ms)Hp=h1+hc=(液柱)2雾沫夹带那么：Af=0.10316/(0.385-0.0327)=/sev=(液体)/那么可认为精馏塔径及塔板各工艺结构尺寸合格。3液泛校核Hr1=设进口堰 ：hr=hr1Hd=hw+how+hr+hp =液柱因为泡沫的相对密度=0.5，所以降液管内泡沫层高度为Hd/,那么：该值小于塔板间距300mm，故不会发生液泛。4液体在降液管内的停留时间的校核降液截面积Af=2 ,故液体在降液管内的停留时间t所以合格。5漏液点气速和稳定系数计算当F0=8kg1/2/sm1/2时U0,漏=F0/v1/2=8/(4.0677)1/2=/s实际孔速：U0=Vs/A0/s塔的操作稳定性：K= U0/ U0,漏5. 负荷性能图1漏液线以F0=8kg1/2/s*m1/2为气体最小负荷的标准，那么：2液体流量上限线以5秒作为液体在降液管中停留时间的下限得：