乙酸乙酯的反应器设计流程

1、摘要 乙酸乙酯是一类重要的有机溶剂和有机化工基本原料，其用途非常广泛，目前我国采用传统的方法制备即乙酸和乙醇为原料，浓硫酸为催化剂直接催化合成乙酸乙酯。所以通过对乙酸乙酯的理化性质，社会用途与需求和国内外发展现状进行研究调查以及乙酸乙酯在实验室制法和工业生产各方面对比之后，为此对乙醇和乙酸的缩合进行了乙酸乙酯合成工艺的课程设计。本选题为年产量为年产5017吨乙酸乙酯的反应器的设计 。对工业生产中的物料衡算，热量衡算和合成工艺的设备等方面为间歇釜式反应器的工业设计提供较为详尽的数据与图纸。本选题为年产量为年产5017吨乙酸乙酯的反应器的设计 。关键字：乙酸；乙醇；乙酸乙酯；合成工艺；间歇式反应器

2、AbsttracctEthyyl aacettatee iss a kinnd oof iimpoortaant orgganiic ssolvventts aand bassic orgganiic cchemmicaal rraw matteriialss, iits apppliccatiion is verry bbroaad, ourr coounttry preeparred usiing traadittionnal metthodds tthatt accetiic aacidd annd eethaanoll ass raaw mmateeriaal, conncenntra

3、atedd suulfuuricc accid cattalyyzedd diirecct ssyntthessis of ethhyl aceetatte. So thrrouggh tthe socciall usse oof pphyssicaal aand cheemiccal prooperrtiees oof eethyyl sstattus quoo neeedss, aand connducct rreseearcch aand devveloopmeent at homme aand abrroadd ass weell as varriouus aaspeectss off

4、 etthyll accetaate aftter commparringg laaborratoory andd inndusstriial prooducctioon ssysttem of laww, ffor thee coondeensaatioon oof eethaanoll annd aacettic aciid wweree syynthhesiis oof eethyyl ccurrricuulumm deesiggn. Thee toopicc foor tthe annnuall prroduuctiion of 5,0017 toons annnuall ouutpu

5、ut oof eethyyl rreacctorr deesiggn. In inddusttriaal pprodducttionn off maaterriall baalannce, heeat ballancce aand synntheesiss prroceess equuipmmentt too prroviide morre ddetaaileed ddataa annd ddrawwinggs ffor thee baatchh taank reaactoor iinduustrriall deesiggn. Thee toopicc foor tthe annnuall p

6、rroduuctiion of 5,0017 toons annnuall ouutpuut oof eethyyl rreacctorr deesiggn.Key worrds:Accetiic aacidd; EEthaanoll; EEthyyl aacettatee; SSyntthessis proocesss; Battch reaactoor目 录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc376373868 摘要 HYPERLINK l _Toc376373869 Absttracct HYPERLINK l _Toc376373870 第一章前前言 PAG

7、EREF _Toc376373870 h 8 HYPERLINK l _Toc376373871 1.1 乙酸乙乙酯概述述 PAGEREF _Toc376373871 h 8 HYPERLINK l _Toc376373872 1.1.1 乙乙酸乙酯酯的简介介 PAGEREF _Toc376373872 h 8 HYPERLINK l _Toc376373873 1.1.2 乙乙酸乙酯酯的用途途 PAGEREF _Toc376373873 h 8 HYPERLINK l _Toc376373874 1.1乙乙酸乙酯酯的产能能和市场场需求 PAGEREF _Toc376373874 h 99 H

8、YPERLINK l _Toc376373875 1.2.1 世世界乙酸酸乙酯的的产能与与消费情情况 PAGEREF _Toc376373875 h 9 HYPERLINK l _Toc376373876 1.2.2 我我国乙酸酸乙酯的的产能与与消费状状况 PAGEREF _Toc376373876 h 9 HYPERLINK l _Toc376373877 第二章工工艺流程程的比较较 PAGEREF _Toc376373877 h 12 HYPERLINK l _Toc376373878 2.1 本课题题设计内内容和要要求 PAGEREF _Toc376373878 h 122 HYPERL

9、INK l _Toc376373879 2.1.1 设设计要求求 PAGEREF _Toc376373879 h 12 HYPERLINK l _Toc376373880 2.1.2 具具体设计计内容 PAGEREF _Toc376373880 h 112 HYPERLINK l _Toc376373881 2.2 设计方方案的确确定 PAGEREF _Toc376373881 h 122 HYPERLINK l _Toc376373882 2.2.1反应应原理 PAGEREF _Toc376373882 h 112 HYPERLINK l _Toc376373883 第三章工工艺设计计方案

10、PAGEREF _Toc376373883 h 114 HYPERLINK l _Toc376373884 3.1原原料路线线确定的的原则和和依据 PAGEREF _Toc376373884 h 114 HYPERLINK l _Toc376373885 3.1.1乙醇醇乙酸酯酯化法 PAGEREF _Toc376373885 h 114 HYPERLINK l _Toc376373886 3.1.2乙醛醛缩合法法 PAGEREF _Toc376373886 h 14 HYPERLINK l _Toc376373887 3.1.3乙烯烯加成法法 PAGEREF _Toc376373887 h

11、15 HYPERLINK l _Toc376373888 3.1.4乙醇醇脱氢法法 PAGEREF _Toc376373888 h 15 HYPERLINK l _Toc376373889 第四章工工艺设计计计算 PAGEREF _Toc376373889 h 117 HYPERLINK l _Toc376373890 4.1 设计依依据 PAGEREF _Toc376373890 h 177 HYPERLINK l _Toc376373891 4.2设设计方案案 PAGEREF _Toc376373891 h 17 HYPERLINK l _Toc376373892 4.3设设计条件件 PA

12、GEREF _Toc376373892 h 17 HYPERLINK l _Toc376373893 4.4反反应条件件 PAGEREF _Toc376373893 h 17 HYPERLINK l _Toc376373894 4.5工工艺计算算及方案案选择 PAGEREF _Toc376373894 h 117 HYPERLINK l _Toc376373895 4.5.1反应应器的的的操作有有间歇操操作和连连续操作作 PAGEREF _Toc376373895 h 17 HYPERLINK l _Toc376373896 4.5.2间歇歇反应釜釜进料 PAGEREF _Toc3763738

13、96 h 118 HYPERLINK l _Toc376373897 4.5.3 流流量的计计算 PAGEREF _Toc376373897 h 188 HYPERLINK l _Toc376373898 4.5.4 反反应体积积及反应应时间计计算 PAGEREF _Toc376373898 h 199 HYPERLINK l _Toc376373899 4.6连连续性反反应釜进进料的计计算 PAGEREF _Toc376373899 h 200 HYPERLINK l _Toc376373900 4.6.1流量量的计算算 PAGEREF _Toc376373900 h 20 HYPERLIN

14、K l _Toc376373901 4.6.2反应应体积及及反应时时间计算算 PAGEREF _Toc376373901 h 21 HYPERLINK l _Toc376373902 4.6.3设备备和工艺艺流程图图 PAGEREF _Toc376373902 h 23 HYPERLINK l _Toc376373903 第五章热热量衡算算 PAGEREF _Toc376373903 h 24 HYPERLINK l _Toc376373904 5.1热热量衡算算总式 PAGEREF _Toc376373904 h 224 HYPERLINK l _Toc376373905 5.2每每摩尔各各

15、种物值值在不同同条件下下的值 PAGEREF _Toc376373905 h 24 HYPERLINK l _Toc376373906 5.3各各种气象象物质的的参数如如下表 PAGEREF _Toc376373906 h 225 HYPERLINK l _Toc376373907 5.4每每摩尔物物质在880下的焓焓值 PAGEREF _Toc376373907 h 255 HYPERLINK l _Toc376373908 5.5总总能量衡衡算 PAGEREF _Toc376373908 h 266 HYPERLINK l _Toc376373909 5.6 换热热设计PAGEREF _T

16、oc376373909 h 227 HYPERLINK l _Toc376373910 5.7 水蒸蒸气的用用量 PAGEREF _Toc376373910 h 277 HYPERLINK l _Toc376373911 第六章设设备设计计与选型型 PAGEREF _Toc376373911 h 28 HYPERLINK l _Toc376373912 6.1反反应釜体体及夹套套的设计计计算 PAGEREF _Toc376373912 h 228 HYPERLINK l _Toc376373913 6.1.1 筒筒体和封封头的几几何参数数的确定定 PAGEREF _Toc376373913 h

17、 28 HYPERLINK l _Toc376373914 6.1.2 筒筒体和封封头的型型式 PAGEREF _Toc376373914 h 288 HYPERLINK l _Toc376373915 6.1.3筒体体和封头头的直径径 PAGEREF _Toc376373915 h 28 HYPERLINK l _Toc376373916 6.1.4 确确定筒体体高度HH PAGEREF _Toc376373916 h 28 HYPERLINK l _Toc376373917 6.1.5 夹夹套直径径、高度度的确定定 PAGEREF _Toc376373917 h 29 HYPERLINK

18、l _Toc376373918 6.2釜釜体及夹夹套厚度度的计算算 PAGEREF _Toc376373918 h 29 HYPERLINK l _Toc376373919 6.2.1设备备材料 PAGEREF _Toc376373919 h 229 HYPERLINK l _Toc376373920 6.3 设备的的壁厚计计算 PAGEREF _Toc376373920 h 299 HYPERLINK l _Toc376373921 6.3.1 釜釜体筒体体壁厚计计算 PAGEREF _Toc376373921 h 299 HYPERLINK l _Toc376373922 6.3.2 内内

19、压设计计计算 PAGEREF _Toc376373922 h 229 HYPERLINK l _Toc376373923 6.3.3 外外压设计计计算 PAGEREF _Toc376373923 h 330 HYPERLINK l _Toc376373924 6.3.4 釜釜体封头头壁厚计计算 PAGEREF _Toc376373924 h 300 HYPERLINK l _Toc376373925 6.3.5 夹夹套筒体体壁厚设设计计算算 PAGEREF _Toc376373925 h 31 HYPERLINK l _Toc376373926 6.3.6 夹夹套封头头壁厚设设计与选选择 PA

20、GEREF _Toc376373926 h 311 HYPERLINK l _Toc376373927 6.3.7 反反应釜设设计参数数 PAGEREF _Toc376373927 h 31 HYPERLINK l _Toc376373928 6.4搅搅拌器设设计 PAGEREF _Toc376373928 h 322 HYPERLINK l _Toc376373929 6.4.1 搅搅拌器的的形式选选择 PAGEREF _Toc376373929 h 322 HYPERLINK l _Toc376373930 6.4.2 搅搅拌器转转速n： PAGEREF _Toc376373930 h 3

21、2 HYPERLINK l _Toc376373931 6.4.3 传传动功率率P： PAGEREF _Toc376373931 h 32 HYPERLINK l _Toc376373932 6.4.4 电电机功率率 PAGEREF _Toc376373932 h 32 HYPERLINK l _Toc376373933 6.4.5 减减速器的的选择 PAGEREF _Toc376373933 h 332 HYPERLINK l _Toc376373934 6.4.6 电电动机的的选择 PAGEREF _Toc376373934 h 332 HYPERLINK l _Toc376373935

22、6.5搅搅拌轴直直径的设设计计算算 PAGEREF _Toc376373935 h 33 HYPERLINK l _Toc376373936 6.5.1搅拌拌轴材料料： PAGEREF _Toc376373936 h 333 HYPERLINK l _Toc376373937 6.5.2 搅搅拌轴强强度计算算 PAGEREF _Toc376373937 h 33 HYPERLINK l _Toc376373938 6.5.3 搅搅拌轴刚刚度计算算 PAGEREF _Toc376373938 h 33 HYPERLINK l _Toc376373939 6.6.夹套式式反应釜釜附属装装置的确确定

23、 PAGEREF _Toc376373939 h 333 HYPERLINK l _Toc376373940 6.6.2 反应釜釜总重 PAGEREF _Toc376373940 h 333 HYPERLINK l _Toc376373941 6.7 人孔C PAGEREF _Toc376373941 h 33 HYPERLINK l _Toc376373942 6.8接接管及其其法兰选选择 PAGEREF _Toc376373942 h 344 HYPERLINK l _Toc376373943 6.8.1 水水蒸气进进口管： PAGEREF _Toc376373943 h 34 HYPER

24、LINK l _Toc376373944 6.8.2 冷冷却水出出口管： PAGEREF _Toc376373944 h 34 HYPERLINK l _Toc376373945 6.8.3 进进料管 PAGEREF _Toc376373945 h 334 HYPERLINK l _Toc376373946 第七章总总结 PAGEREF _Toc376373946 h 36 HYPERLINK l _Toc376373947 参考文献献 PAGEREF _Toc376373947 h 37 HYPERLINK l _Toc376373948 致谢 PAGEREF _Toc376373948 h

25、 388第一章前前言1.1乙乙酸乙酯酯概述1.1.1 乙乙酸乙酯酯的简介介乙酸乙酯酯(EAA)，又又名醋酸酸乙酯，英文名名称：EEthyyl aacettatee。分子式式为：CC2H8O4。它是一一种无色色透明具具有流动动性并且且是易挥挥发的可可燃性液液体11，呈呈强烈清清凉菠萝萝香气和和葡萄酒酒香味。乙酸乙乙酯能很很好的溶溶于乙醇醇、氯仿仿、乙醚醚、甘油油、丙二二醇、和和大多数数非挥发发性油等等有机溶溶剂中，稍溶于于水(225时，11mL乙乙酸乙酯酯可溶于于10mmL水中中)，而而且在碱碱性溶液液中易水水解成乙乙酸和乙乙醇。水水分能使使其缓慢慢分解而而呈酸性性。乙酸酸乙酯与与水和乙乙醇皆能

26、能形成二二元共沸沸混合物物，与水水形成的的共沸混混合物沸沸点为770.44，其中中含水量量为6.1%(质量分分数)。与乙醇醇形成的的共沸混混合物的的沸点为为71.8。还与与7.88%的水水和9.0%的的乙醇形形成三元元共沸混混合物，其沸点点为700.2。下表表为乙酸酸乙酯的的一些物物化参数数。表1.11 乙酸酸乙酯的的物化参参数22熔点()-83.6临界温度度()250.1折光率（20)1.37708-1.337300临界压力力(MPPa)3.833沸点()77.006辛醇/水水分配系系数的 对数值值0.733对密度(水=11)0.8994-00.8998闪点()7.2相对蒸气气密度(空气=1

27、)3.044引燃温度度()426饱和蒸气气压(kkPa)13.333(227)爆炸上限限%(VV/V)11.55燃烧热(kJ/moll)22444.2爆炸下限限%(VV/V)2.0室温下的的分子偶偶极距6.5555110-3301.1.2 乙乙酸乙酯酯的用途途乙酸乙酯酯是重要要的精细细化工原原料。它它是一种种具有优优异溶解解性能和和快干性性能的溶溶剂，已已广泛应应用于化化工、医医药、纺纺织、染染料、橡橡胶、涂涂料、油油墨、胶胶粘剂的的生产中中，或作作为原料料、或作作为工艺艺溶剂、萃取剂剂、稀释释剂等等等；由于于它具有有天然水水果香味味，因此此还可作作为调香香剂组分分，应用用于香料料、食品品工业

28、中中；也可可作为粘粘合剂用用于印刷刷油墨、人造珍珍珠等的的生产；作为提提取剂 用于医医药、有有机酸的的产品的的生产等等；此外外还可用用作生产产菠萝、香蕉、草莓等等水果香香精和威威士忌、奶油等等香料的的原料。国外乙酸酸乙酯的的消费结结构与我我国有所所不同，美国和和欧洲国国家乙酸酸乙酯最最大的应应用领域域是涂料料，其中中美国涂涂料方面面的消费费量约占占总消费费量的660%,欧洲在在涂料行行业的消消费量约约占总消消费量的的50%。日本本主要应应用在涂涂料，油油墨方面面，分别别约占总总消费量量的400%和330%。而我国国主要应应用于涂涂料，粘粘合剂和和制药领领域33。乙酸乙酯酯的产能能和市场场需求1

29、.2.1 世世界乙酸酸乙酯的的产能与与消费情情况目前乙酸酸乙酯生生产与消消费主要要集中在在西欧，美国和和亚洲地地区，其其中亚洲洲地区的的生产和和消费又又主要集集中在日日本，中中国及东东南亚国国家44。近近年来，世界乙乙酸乙酯酯的生产产能力不不断增加加。20001年年全球乙乙酸乙酯酯的生产产能力只只有1225.00万吨/年,220066年生产产能力增增加到2222.0万吨吨/年，20001220066年生产产能力的的年均增增长率高高达122.2%。其中中英国BBP化学学公司是是目前世世界上最最大的乙乙酸乙酯酯生产厂厂家，生生产能力力为222.0万万吨/年年，约占占世界总总生产能能力的99.911

30、%。其其次是中中国江苏苏索普集集团公司司，生产产能力为为20.0万吨吨/年，约占99.011%。表表1.22为国外外乙酸乙乙酯的生生产情况况。在涂料方方面，使使得乙酸酸乙酯涂涂料被水水性和高高固含量量涂料、粉末涂涂料和双双组分涂涂料夺去去了市场场额。虽虽然这种种变化还还在继续续，但乙乙酸乙酯酯市场仍仍然保持持持续增增长。东东南亚地地区开始始成为全全球最重重要的乙乙酸乙酯酯的产地地和消费费地。大大部分投投资于乙乙酸乙酯酯的资金金开始将将目标投投向乙酸酸乙酯需需求量增增长迅速速的亚洲洲和中国国。1.2.2我国国乙酸乙乙酯的产产能与消消费状况况（1）生生产现状状 我国乙酸酸乙酯的的生产始始于200世

31、纪550年代代，近年年来，随随着我国国化学工工业和医医药工业业的快速速发展，乙酸乙乙酯的生生产发展展很快。生产能能力已经经从20001年年的377.0万万吨/年年增加到到20006年的的约900.0万万吨/年年。目前前，我国国乙酸乙乙酯的生生产厂家家有200多家，生产企企业主要要集中在在华南和和华东地地区。其其中国内内最大的的乙酸乙乙酯生产产企业江江苏索普普集团产产能达到到20.0万吨吨/年，约占国国内总生生产能力力的222.2%，与乙乙酸产品品实现了了上下游游一体化化，产品品竞争力力较强，80%的乙酸酸乙酯用用于出口口；其次次是山东东金沂蒙蒙集团公公司，生生产能力力为166.0万万吨/年年，

32、约占占国内总总生产能能力的113.33%，主主要原料料乙酸、乙醇均均能自给给，产品品竞争能能力也较较强。目目前国内内大型乙乙酸乙酯酯企业均均采用酯酯化法技技术。表1.22 国外外乙酸乙乙酯主要要生产情情况生产厂家家地址生产能力力(万吨吨/年)美国塞拉拉尼斯公公司德克萨斯斯州潘帕帕6.0美国伊斯斯曼化学学公司德克萨斯斯州朗维维尤6.1美国Sooluttionn公司马萨诸塞塞2.5巴西罗地地亚公司司帕利尼涯涯10.00默西哥塞塞拉尼斯斯公司卡格来吉吉拉9.2英国BPP化学工工司赫尔22.00西班牙EErerros塔拉戈纳纳6.0瑞典Wwweassk乙醇醇化学公公司多姆斯乔乔3.5瑞典联合合碳化物物

33、公司斯德哥尔尔摩3.0日本昭和和电工公公司南阳15.00日本千叶叶公司市原4.7日本协和和发酵公公司四日市4.0印度LAAXMII有机工工业公司司马哈德3.5印度JUUBILLANTT有机合合成公司司加劳拉尼尼蜡3.2韩国三星星/BPP公司蔚山7.0韩国国际际酯类公公司蔚山7.5新加坡塞塞拉尼斯斯公司裕廊岛6.0印度昭和和酯类公公司梅拉克6.0南非萨索索尔公司司赛库达5.0随着生产产能力的的不断增增加，我我国乙酸酸乙酯的的产量也也不断增增加55。220011年我国国乙酸乙乙酯的产产量只有有17.9万吨吨，20006年年进一步步增加到到63.0万吨吨，比220055年增长长约222.199%，2

34、2001120006年年产量的的平均增增长率高高达155.099%，截截止到220099年100月底，我国乙乙酸乙酯酯生产能能力达到到约1550.00万吨/年。表1.33 国内内乙酸乙乙酯主要要生产情情况 6企业名称称产能 (万吨/年)江苏索普普集团20.00山东金沂沂蒙集团团公司18.00广东江门门谦信化化工发展展公司10.00广东顺德德冠集团团公司气气体溶剂剂有限公公司10.00上海吴泾泾化工有有限公司司20.00扬子江乙乙酰化工工有限公公司10.00江西南昌昌赣江溶溶剂厂8.0广东顺德德集团公公司4.5天津冠达达集团公公司3.5上海石油油化工公公司 2.1上海试剂剂有限公公司2.0成都有

35、机机化工厂厂2.0浙江建德德建业有有机化工工有限公公司1.2江苏三木木集团公公司1.0山东海化化股份有有限公司司10.00（2）消消费现状状、进出出口情况况及发展展前景7随着生产产能力的的不断增增加，我我国乙酸酸乙酯的的产量也也不断增增加。220088年尽管管受到金金融危机机的影响响，但是是由于220077年新增增的产能能发挥作作用，产产能仍达达到约995.00万吨/年，同同比增长长约333.8%。表11.4为为我国近近年来乙乙酸乙酯酯的供需需关系。表1.44 国内内近年来来乙酸乙乙酯的供供需关系系（单位位：万吨吨/年）年份产量进口量出口量表观消费费量2002230.774.5881.0993

36、4.1192003334.224.2771.19937.2282004441.883.4662.07743.1192005547.334.6441.88850.0062006663.000.96610.99453.0022007771.000.76613.77058.0062008895.000.11118.33976.77220099(1-6月)0.0338.733另外，随随着乙酸酸乙酯新新用途的的不断开开发，将将会使乙乙酸乙酯酯在其他他方面用用量的比比例也有有一定的的增加。第二章工工艺流程程的比较2.1 本课题题设计内内容和要要求2.1.1 设设计要求求乙酸乙酯酯是一种种重要的的基本有有机

37、化工工原料，其生产产方法有有直接酯酯化法和和间接酯酯化法。该产品品在酯化化工艺中中为最基基础、也也是最重重要的酯酯化产品品。研究究并设计计其生产产工艺具具有很重重要的意意义。2.1.2 具具体设计计内容（1）查查阅文献献，了解解该产品品的性质质、性能能、合成成、应用用等。选选择合理理的生产产原料和和制备工工艺，采采用先进进的生产产设备和和控制手手段，编编制开题题报告(工艺流流程方框框图、开开题报告告)；（2）根根据原料料、产品品和生产产规模，绘制工工艺流程程草图，进行物物料衡算算和热量量衡算(物料平平衡图、原料消消耗、能能量消耗耗综合表表)；（3）进进行主体体设备和和辅助设设备的工工艺计算算与

38、设备备选型，并列出出设备一一览表；（4）绘绘制主体体设备图图；（5）绘绘制带控控制点的的工艺流流程图；（6）进进行生产产车间布布置设计计(生产产车间平平面布置置图和立立面布置置图)；（7）进进行技术术分析、经济效效益分析析、安全全评价与与环保评评价。2.2 设计方方案的确确定目前在世世界范围围内，上上述四种种工艺都都已经投投入运行行，但在在国内投投入运行行的只有有酯化法法、乙醛醛缩合法法、乙醇醇脱氢法法，乙酸酸/乙烯烯加成法法在国内内还不够够成熟。酯化法法中新研研究出的的催化剂剂造价过过高，乙乙醇脱氢氢法适合合在乙醇醇产量高高的地区区或者是是价格廉廉价的地地区较合合适，日日本所有有的乙酸酸乙酯

39、都都是采用用乙醛缩缩合法,并且综综合上面面的概述述中几种种工艺的的对比。2.2.1反应应原理乙醛缩合合法制乙乙酸乙酯酯可分为为三个阶阶段：催催化剂的的制备、乙醛的的缩合反反应、催催化剂的的脱除和和精馏提提纯。（1）乙乙醛的缩缩合反应应反应在两两个串联联的反应应器中进进行，第第一个是是釜式的的反应器器，第二二个也是是采用釜釜式的反反应器。反应方方程式为为：这样做的的好处是是，在第第一个反反应器之之中，反反应剧烈烈放出大大量的热热量，采采用釜式式的反应应器搅拌拌的均匀匀，易于于把热量量移出，相对于于管式的的来说，温度易易于控制制，虽然然转化率率情况有有所降低低，但反反应的可可控性、安全性性提高；第

40、二个个也采用釜式的反应应器，是是考虑到到反应进进行到后后来，放放热量已已经不多多，而且且造价低低。图22.2为为缩合工工序的流流程简图图。 图2.2 缩缩合工序序的流程程简图（2）催催化剂的的脱除我们通过过加水的的方法破破坏掉催催化剂，然后经经过蒸发发器将粗粗乙酸乙乙酯蒸出出，氢氧氧化铝残残液从下下面排除除，残液液再经过过一个分分离器进进一步分分离出氢氢氧化铝铝，液体体部分可可以再返返回蒸发发器。图2.33 蒸发发工序流流程简图图（3）精精馏提纯纯可以采用用三塔的的模式，三塔均均是常压压操作，一塔脱脱乙醛；二塔脱脱出乙醇醇，脱出出的乙醇醇用作生生产催化化剂；第第三塔，塔上得得到产品品，塔下下出

41、重组组分。同同时还可可以设计计一个小小塔，用用来分离离第三塔塔得到的的重组分分，有效效地分离离较纯副副产物乙乙缩醛，产出乙乙缩醛，做到了了副产品品的有效效利用。第三章 工艺艺设计方方案3.1原原料路线线确定的的原则和和依据乙酸乙酯酯的合成成路线主主要有四四种，即即乙醇乙乙酸酯化化法（其其中包括括了乙酸酸乙醇直直接酯化化法和反反应精馏馏法），乙醛缩缩合法，乙醇脱脱氢法，乙烯和和乙酸直直接加成成法。应应当说，乙醇乙乙酸酯化化法在乙乙酸乙酯酯的合成成中依然然占有相相当大的的比例，尤其是是在美国国等国家家，在国国内多数数企业也也依然采采用乙酸酸酯化法法；德国国、日本本等国有有多套乙乙醛直接接缩合生生成

42、乙酸酸乙酯的的装置；乙醇脱脱氢法与与乙烯和和乙酸直直接加成成法在其其中所占占的比例例较小，技术有有待成熟熟。下面面简单介介绍四种种方法的的优势与与缺陷9。3.1.1乙醇醇乙酸酯酯化法反应式：乙醇乙酸酸酯化法法由乙酸酸和乙醇醇在硫酸酸等催化化剂作用用下直接接酯化成成乙酸乙乙酯，常常用的工工艺是用用浓硫酸酸作催化化剂的均均相催化化反应精精馏，该该工艺是是目前国国内广泛泛采用的的生产工工艺，浓浓硫酸有有酸性强强、吸水水性强、性能稳稳定、价价廉等优优点，而而且溶于于反应物物料中，是均相相催化反反应，反反应均匀匀，因而而在全塔塔内都能能进行催催化反应应11。催化化作用不不受塔内内温度限限制，反反应机理理

43、清楚，容易实实现最优优控制，这些优优点可以以使反应应精馏生生产装置置大型化化。用浓浓硫酸作作催化剂剂，也有有其不可可克服的的缺点，即硫酸酸严重腐腐蚀设备备，其强强氧化性性引起磺磺化、碳碳化或聚聚合等副副反应，产品纯纯度低，后处理理进程复复杂，三三废量大大。另一一种酯化化的工艺艺是催化化精馏法法，它采采用固体体酸作催催化剂，属非均均相反应应精馏。在酯化化合成方方面，已已经开发发出的固固体催化化剂有沸沸石分子子筛、离离子交换换树脂、金属硫硫酸盐、固体超超强酸等等，具有有产物纯纯度高，反应选选择性强强，酯收收率高，反应条条件温和和，副产产物较少少等优点点。但若若简单地地将固体体酸催化化剂于反反应中取

44、取代硫酸酸，催化化剂在反反应液中中很快失失去活性性。催化化精馏法法不容易易实现工工业化和和大型化化的困难难，在于于催化精精馏属非非均相催催化反应应精馏过过程，机机理较复复杂，目目前理论论还不能能很好地地解释这这一过程程，在国国际上还还没有一一个国家家提出催催化精馏馏塔的设设计方法法。3.1.2乙醛醛缩合法法反应式：乙醛缩合合法是由由两分子子乙醛经经Tisshchhenkko反应应缩合成成一分子子乙酸乙乙酯，催催化剂为为乙醇铝铝、氯化化铝及氯氯化锌等等，反应应温度为为0110oCC。其生生产工艺艺是将乙乙醛、乙乙醇铝催催化剂及及助催化化剂连续续送入反反应器，反应液液经蒸发发浓缩后后，再经经三塔精

45、精馏，获获得纯度度99.8%以以上的乙乙酸乙酯酯产品。乙醛缩缩合法优优点在于于反应是是在常压压低温下下进行，转化率率和收率率高，对对设备要要求不高高，生产产成本较较酯化法法低；缺缺点是受受原料来来源限制制，仅适适宜于乙乙醛资源源丰富的的地区，催化剂剂乙醇铝铝无法回回收，最最后通过过加水生生成氢氧氧化铝排排放，对对环境有有一定污污染。乙醛缩合合法在欧欧洲和日日本是生生产乙酸酸乙酯的的主流生生产方法法，在我我国工业业性生产产厂很少少。乙醛醛贮存运运输不方方便，一一般都是是自产自自用，因因此乙醛醛缩合法法乙酸乙乙酯生产产装置都都是建在在有乙醛醛生产的的厂内。在冰醋醋酸价格格高的地地方，该该法有很很强

46、的竞竞争优势势。该法法在国外外已经大大型化，在国内内尚有催催化剂和和工程上上的问题题没解决决，有待待突破。该法的的产品只只能用于于化工原原料，不不能用于于食用香香料，这这是因为为乙醛及及副产物物无法除除尽。3.1.3乙烯烯加成法法反应式：随着化学学化工产产业的迅迅速发展展，炼油油技术的的不断提提高，乙乙烯已经经成为一一种丰富富的原料料。由于于乙烯与与乙酸直直接加成成反应生生产乙酸酸乙酯利利用丰富富的乙烯烯原料，原料利利用合理理，来源源广泛，价格低低廉，生生产成本本较低，且对合合成乙酸酸乙酯具具有较高高的产率率与选择择性，既既是一种种原子经经济型反反应，又又是一种种环境友友好型反反应。缺缺点是此

47、此催化体体系对设设备腐蚀蚀严重，投资成成本高。该工艺艺采用的的催化剂剂主要有有液体无无机酸和和有机磺磺酸类、分子筛筛类和杂杂多酸类类催化剂剂。同时时该工艺艺依赖于于石化工工业，需需要有大大量的乙乙烯资源源，只能能在乙烯烯和乙酸酸资源相相对比较较丰富而而廉价的的地区才才可以考考虑。石石油价格格的不断断上涨，造成该该工艺的的劣势更更加凸现现，在中中国这样样自身石石油储量量及产量量不高需需要大量量进口石石油的国国家，如如果盲目目发展这这一工艺艺生产乙乙酸乙酯酯缺乏战战略考虑虑。3.1.4乙醇醇脱氢法法反应式：以乙醇为为原料生生产乙酸酸乙酯，传统工工艺必须须经过乙乙醇氧化化脱氢为为乙醛、乙醛氧氧化成乙

48、乙酸、乙乙酸与乙乙醇酯化化3个工工段才能能完成。乙醇脱脱氢法则则只用乙乙醇一种种原料，经过单单一催化化剂脱氢氢后直接接得到乙乙酸乙酯酯，因此此，这种种方法也也简称一一步法，以区别别于传统统的三工工段工艺艺。乙醇醇脱氢法法总反应应实际上上也是经经过3个个步骤完完成的。具体的的反应机机理有两两种，一一种是“脱氢歧歧化酯化化”机理理，另一一种是“半缩醛醛”机理理，即三三个步骤骤分别为为乙醇脱脱氢为乙乙醛、乙乙醇与乙乙醛反应应生成半半缩醛、半缩醛醛脱氢为为乙酸乙乙酯16。20世纪纪90年年代初清清华大学学化学系系首先对对此工艺艺进行研研究，开开发出催催化剂CCu/ZZnO/Al22O3/ZrrO2，并

49、获获得了国国家专利利。19996年年西南化化工研究究院也开开始进行行乙醇脱脱氢法生生产乙酸酸乙酯的的研究，目前还还在进行行工业试试验，取取得了不不小的进进展。英英国Kvvaerrnerr工程公公司于220世纪纪90年年代研究究乙醇脱脱氢法生生产乙酸酸乙酯，同时已已经在南南非建成成第一家家工业化化生产工工厂。该工艺的的关键问问题在于于催化剂剂，根据据反应历历程，产产物中有有中间产产物乙醛醛与乙酸酸，另外外还有副副产物乙乙烯、丙丙酮、丁丁酮、22-丁醇醇等。由由于氢气气对平衡衡的抑制制及降低低副反应应要求，单程转转化率只只能控制制在600%770%。该工艺艺反应工工段，但但分离设设备较多多，流程程

50、较复杂杂，主要要的副产产物必须须分离。脱氢法反反应特点点是：反反应温和和，各种种反应条条件变化化弹性很很大，工工艺简单单，容易易操作。脱氢法优优点：（1）生生产成本本低，在在没有甲甲醇法乙乙酸生产产的地区区，价格格优势很很大；（2）每每吨乙酯酯副产氢氢气5009m33，适用用于氢气气有用场场合；（3）基基本无腐腐蚀和三三废排放放，副产产物可用用于生产产无苯提提案那水水溶剂（香蕉水水）。脱氢法缺缺点：（1）产产品质量量不如酯酯化法，虽然可可以达到到国标，但若丁丁酮等杂杂质难以以得到完完全分离离，就不不宜用于于食品和和酒增香香等行业业；（2）催催化剂在在使用前前需要还还原，停停车后须须用氮气气保护

51、避避免氧化化，因此此只适用用于大规规模连续续生产，经济规规模在550000t/aa以上；（3）技技术较复复杂，尚尚未成熟熟。表1.55四种工工艺对比比表工艺方法法优点缺点酯化法浓硫酸有有酸性强强、吸水水性强、性能稳稳定、价价廉等优优点，而而且溶于于反应物物料中，是均相相催化反反应，反反应均匀匀，因而而在全塔塔内都能能进行催催化反应应。催化化作用不不受塔内内温度限限制，反反应机理理清楚，容易实实现最优优控制设备腐蚀蚀性大，浓硫酸酸易引起起磺化、炭化和和聚合等等的副反反应，产产品纯度度低，后后处理过过程复杂杂，三废废量大乙醛缩合合法反应条件件温和、原料消消耗少、工艺简简单、设设备腐蚀蚀小，国国外工

52、艺艺成熟，国内也也取得重重大进展展必须在乙乙醛的来来源广泛泛区，催催化剂处处理上存存在一定定污染乙醇脱氢氢法原料利用用上也较较为的经经济，可可以副产产氢气，没有腐腐蚀性催化剂选选择性较较差，分分离工段段塔多，因而能能耗比传传统工艺艺还高，工艺不不成熟乙烯乙酸酸加成法法反应有较较高的选选择性和和转化率率适合乙烯烯来源广广的地区区，乙烯烯价格上上涨后，不利，工艺不不成熟第四章工工艺设计计计算4.1 设计依依据11级制制药工程程制药药反应工工程课课程设计计任务书书4.2设设计方案案对于乙酸酸乙酯的的生产既既可以采采用间歇歇式生产产，也可可以采用用连续式式生产。本次设设计将根根据自己己的生产产规模计计

53、算，对对设计方方案进行行比较，得出合合理的工工艺设计计流程。4.3设设计条件件 EQ oac(,1)生产规规模：550177吨/年 EQ oac(,2)生产时时间：间间歇生产产60000小时时/年，连续生生产80000小小时/年年, EQ oac(,3)物料消消耗：按按5%计计算 EQ oac(,4)乙酸的的转变化化率：557%4.4反反应条件件反应在等等温下进进行，反反应温度度为800，以少少量浓硫硫酸为催催化剂，硫酸量量为总物物料量的的1%，当乙醇醇过量时时，其动动力学方方程为： 。AA为乙酸酸，建议议采用配配比为乙乙酸：乙乙醇=11：5（摩尔比比），反反应物料料密度为为，反应应速度常常数

54、k为为。4.5工工艺计算算及方案案选择4.5.1反应应器的的的操作有有间歇操操作和连连续操作作反应器的的设计基基于“三传一一反”。“三传”指质量量、热量量和动量量传递，其质量量平衡，热量平平衡和动动量平衡衡可以分分别表述述如下：质量平衡衡热量平衡衡动量平衡衡4.5.2间歇歇反应釜釜进料间歇反应应釜操作作期间没没有任何何物料流流入或流流出，假假定反应应釜内部部物料混混合均匀匀，各物物质浓度度、温度度不随空空间位置置而变，根据质质量守恒恒，对反反应物进进行衡算算：年产量为为间歇生生产60000小小时/年年，244小时生生产制，一年2250个个工作日日。4.5.3 流流量的计计算1）乙酸酸乙酯的的产

55、量化学反应应方程式式：乙酸乙酯酯的相对对分子质质量为888，所所以要求求的生产产流量为为2）乙酸酸的流量量乙酸采用用工业二二级品（含量998%），乙酸酸与乙酸酸乙酯的的物质的的量比为为1:11，乙酸酸的转化化率x=0.557,物物料损失失以5%计， 则乙酸酸的进料料量（即即为）3）乙醇醇的流量量乙醇与乙乙酸的摩摩尔配比比为5：1，则乙乙醇的进进料量为为总物料量量流量：硫酸的流流量总物料的的质量流流量如下下计算，因硫酸为为总流量量的1%，则即可算其其物质的的量流量量表3-55-1 物料料进料量量表 名称乙酸乙醇浓硫酸流量17.9989.550.5334.5.4 反反应体积积及反应应时间计计算当乙

56、醇过过量时，可视为为对乙酸酸浓度为为二级的的反应，其反应应速率方方程（A为乙乙酸）当反应温温度为880，催化化剂为硫硫酸时，反应速速率常数数因为乙醇醇大大过过量，反反应混合合物密度度视为恒恒定，等等于0.85kkg/LL,则乙乙酸的初初始浓度度为：当乙酸转转化率xx=0.57，由间歇歇釜反应应有：根据经验验取非生生产时间间，则反反应体积积因装料系系数为00.755，故实实际体积积要求每釜釜体积小小于5mm3则间歇釜釜需2个个，每釜釜体积VV=4.28 m3圆整，取实际际体积。4.6连连续性反反应釜进进料的计计算输入的量量=输出的的量+反应消消耗的量量+累积量量图4-66-1 连续续流动釜釜式反

57、应应器示意意图特点：反应器有有效容积积中任意意一点处处的组成成、温度度等状态态完全相相同。出口物料料的各种种状态与与反应釜釜中相应应的状态态相同4.6.1流量量的计算算乙酸乙酯酯的相对对分子质质量为888，所所以要求求的生产产流量为为2）乙酸酸的流量量乙酸采用用工业二二级品（含量998%），乙酸酸与乙酸酸乙酯的的物质的的量比为为1:11，乙酸酸的转化化率x=0.557,物物料损失失以5%计， 则乙酸酸的进料料量（即即为）3）乙醇醇的流量量乙醇与乙乙酸的摩摩尔配比比为5：1，则乙乙醇的进进料量为为总物料量量流量：硫酸的流流量总物料的的质量流流量如下下计算，因硫酸为为总流量量的1%，则即可算其其物

58、质的的量流量量名称乙酸乙醇浓硫酸流量13.4467.110.400表4-66-1物物料进料料量表.4.6.2反应应体积及及反应时时间计算算当乙醇过过量时，可视为为对乙酸酸浓度为为二级的的反应，其反应应速率方方程（AA为乙酸酸）当反应温温度为880，催化化剂为硫硫酸时，反应速速率常数数k=115因为乙醇醇大大过过量，反反应混合合物密度度视为恒恒定，等等于0.85。因硫酸酸少量，忽略其其影响，乙酸的初初始浓度度：乙醇的初初始浓度度：对于连续续式生产产1）若采采用两釜釜串联，系统为为定态流流动，且且对恒容容系统，不变，不变2）若采采用两釜釜等温操操作，则则代数解得得 所以 装料系数数为0.75，故实

59、际际体积VV=1.7700.755=2.36。故采用一一条的生生产线生生产即可可，即两两釜串联联，反应应器的体体积V0，故故应是外外界向系系统供热热。5.6 换热热设计换热采用用夹套加加热，设设夹套内内的过热热水蒸气气由1330降到1110，温差差为200。5.7 水蒸蒸气的用用量忽略热损损失，则则水的用用量为5第六章 设备备设计与与选型6.1反反应釜体体及夹套套的设计计计算6.1.1 筒筒体和封封头的几几何参数数的确定定设备图6.1.2 筒筒体和封封头的型型式选择圆筒筒体，椭椭圆形封封头。6.1.3筒体体和封头头的直径径反应物料料为液夜夜相类型型，由表表H/DDi=1.01.44 考虑容容器

60、不是是很大，故可取取H/DDi=1.1由式反应釜内内径的估估算值应应圆整到到公称直直径DNN系列，故可取取16000 mmm 。封头取取相同内内径，其其直边高高度hoo由附表表123 初选hho=400 mmm 。6.1.4 确确定筒体体高度HH当 Dgg=16600 mm ，hoo= 440 mmm 时时，由附表11233可查查得椭圆圆形封头头的容积积为 VV封 =0.6177 m查得筒体体1米高的的容积VV1米=2.0144 m33取 H = 116800 mmm 则 H/DDi = 16880/1160001.11 选取取椭圆封封头，其其公称直直径为116000mm，曲面高高度为4400