课程设计概念设计

1、课程设计概念设计荆楚理工学院课程设计任务书设计题目:3000吨/年乙酸乙酯项目概念设计。教研室主任：许维秀指导教师：危想平2019年11月乙酸乙酯车间工艺设计一、设计任务1. 设计任务：乙酸乙酯项目概念设计2. 产品名称：乙酸乙酯3. 设计规模：3000吨/年乙酸乙酯4. 开工时间：7000小时/年3、原料组成：冰醋酸100%、乙醇95%、硫酸93% 4、全装置总收率，损耗分配和设备 类型 自定5. 产品用途：作为制造乙酰胺、乙酰乙酸酯、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、乙酸浓缩、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。二、

2、概述1乙酸乙酯性质及用途乙酸乙酯又名乙酸乙酯，乙酸瞇，英文名称 Ethyl Acetate或Acetic EtherVinegar 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77C,熔点为83.6C,密度为0.901 g/cm3,于乙醇、氯仿、乙醯和苯等有机溶剂。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、人造 革、胶 粘剂的生产中，也是清漆的组份。它还用于乙基纤维素、人造革、油毡、着色纸、人造珍珠的粘合 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

3、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瞇配制成共萃取剂，它还可用作纺织工业和金属清洗剂。2. 乙酸乙酯发展状况1）国内发展状况为了改进硫酸法的缺点，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、HZSM5等各种分子筛、規酸、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应催化剂进行了研究，认为采用 Sb2O4

4、-MoO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HZSM5弗石分子筛上乙酸和乙醇酯化反应的研究表明，用 HZSM5及 磷改性HZSM-5作为乙酸和乙醇酯化反应的催化剂，乙醇转化率变化不大，但酯化反应选择性明显 提咼。使用H3PMo12O40?19H2代替乙醇乙酸酯化反应中的硫酸催化剂，可获得的产率为91.48%,但是关于催化剂的剂量、反应时间和乙醇/乙酸的质量比对产品产量的研究还在进行之 中。（2）国外发展状况由于使用硫酸作为酯化反应的催

5、化剂存在硫酸腐蚀性强、副反应多等缺点，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180C和在25%的乙烯转化率的条件下，乙酸乙酯的选择性为46%o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

6、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，乙酸与乙醇发生酯化脱水反应生成乙酸乙酯的工艺乙酸、过量乙醇与少量的硫酸混合后经预热进入酯化反应塔。酯化反应塔塔顶的反应混合物 一部分回流，一部分在80C左右进入分离塔。进入分离塔的反应混合物中一般含有约70%的乙 醇、20%的酯和10%的水（乙酸完全消耗掉）。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，送人比例混合器，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，返回分离塔的下部，经分离塔分离，酯重新以三元恒 沸物的形式分出，而蓄 集的含水乙醇则送回醋化反

7、应塔的下部，经气化后再参与酯化反应。含约93%的乙酸乙酯、5% 水和2%乙醇的倾析器上层混合物进人干燥塔，将乙酸乙酯分离出来。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-AI混合氧化物及MoSb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进。95%乙醇从储槽出来，经泵加压至0.30.4MPa,进入原料预热器，与反应产物热交换 被加热至 130C,部分气化，再进入乙醇汽化器，用水蒸气或导热油加热至160C170C,达到完全气化，然后进入原料过热器，与反应产物换热，被加热至230C,再进入

8、脱硫加热器，用导热油加热到反应温度240270C,然后进入脱氢反应器，脱氢反应为吸热反应，要用 导热油加热以维持恒温反应。从脱氢反应器出来的物料进入原料过热器，被冷却至180C,再进入 加氢反应器将酮和醛加氢为醇，以便后续分离。然后进入原料预热器，被冷却至60C,再进入产物 冷凝器，被水冷却至30C,从冷凝器出来的液体，进入反应产物储罐，然后进入分离工段，氢气则从上部进入水洗器，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，产品成本较酯化法低，不产含酸废水，有利 于大规模生产，若副产的氢气能有效合理的利用，该工艺是比较经济的方法。3. 乙醛缩合

9、法由乙醛生产乙酸乙酯包括催化剂制备、反应、分离和精馆4大部分，工艺流程见图3在氯化 铝和少量的氯化锌存在下将铝粉加人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，制备反应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人反应塔，控制反应物的比例，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应 温度在0 C ,反应混合物在反应塔内的停留时间约1 h后进入分离装置。分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

10、岀组 分一起送人精镭塔，在此回收未反应的乙醛并将其返回反应塔，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干燥。4. 乙烯、乙酸直接加成法在酸性催化剂存在下，竣酸与烯炷发生酯化反应可生成相应的醋类。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 与乙酸一步反应制取乙酸乙酯工艺终于在90年代实现了工业化。反应原料中乙烯：乙酸：水：氮体积组成为 80： 6.7 : 3： 10.3o反应系统由3个串联 反应塔组成，反应塔中装填磷餌钥酸催化剂（担载于球状二氧化硅上）。反应塔设置了中间冷却, 反应温度

11、维持在140- 180 C，反应塔压力控制在0.441MPa。反应在担载于金属载体上的杂多酸或杂多酸盐催化下于气相或液相中进行。在水蒸气存在条 件下，乙烯将发生水合反应生成乙醇，然后生成的乙醇又继续与乙酸发生酯化反应生成乙酸乙酯产 物。而且，逆向的乙酸乙酯水解生成乙醇或乙酸的反应也可能发生。该工艺 乙酸的单程转化率为 66%,以乙烯计，乙酸乙酯的选择性约为94%.5. 确定工艺方案及流程从产量分析，生产任务要求是3000吨，产量不是太大，乙烯、乙酸直接合成法有利于大规 模生产，而且该法对设备要求很高，设备造价高，因此不采用该工艺。从经济上考 虑，乙醇脱氢歧 化法对催化剂要求高，采用该工艺不经济。最后从技术成熟方面考虑，虽然乙醇脱氢歧化法在国外 生产技术已经比较成熟，且可以进行大规模的生产，但在国内实施尚有困难，另外，该法总生产能力比酯化法要低，综合 考虑采用酯化法。在国内，乙酸乙酯的生产大都采用酯化法，生产乙酸乙酯的厂家主要有上海试剂一厂，苏州 溶剂厂，北京化工三厂，天津有机化工一厂，吉化公司，徐州溶