年产万吨乙酸乙酯生产工艺的毕业设计

1、毕 业 设 计（论 文）设计（论文）题目： 5万吨/年乙酸乙酯生产工艺设计 学 院 名 称： 化学工程学院 专 业： 化学工程与工艺 班 级： 07-1 姓 名： 应志飞 学 号 指 导 教 师： 周琦 职 称 讲师 定稿日期： 2011 年 5 月 22 日关键词：乙酸乙酯；乙醇脱氢法；工艺设计；ASPEN模拟；衡算ABSTRACTEthyl acetate (EA) is an important chemical solvent. EA is widly used in applications of coatings, adhesives, pharmaceuticals and pr

2、inting ink and its synthesis meyhod has get a lot of interests. The traditional synthesis method of EA is esterification, in which EA was made by direct esterification of ethanol and acetic acid with a sulphuric acid catalyst. Aldehyde condensation, dehydrogenation of ethanol and acetate/ethylene ad

3、dition reaction are the new technologies developed in recent years. Compared with the traditional synthesis, these new methods have adopted by many Chinese and foreign enterprises because of its favorable thermodynamic and economic rationality. However， based on national conditions and taking into c

4、onsideration various aspects, this thesis used Ethanol dehydrogenation was to produce ethyl acetate. ASPEN simulation is carried out to calculate the material and heat balance.Key Words：Ethyl acetateReactive Ethanol dehydrogenation was; Process design; ASPEN simulation; Balance calculation目 录1 项目总论1

5、1.1项目意义11.2建设规模11.3厂区及生产概况22 市场分析32.1产品的性质与用途3物化特性32.1.2 主要用途32.2国、内外产业状况4国外生产状况及发展动向4国内生产状况及发展动向52.3产品的市场需求预测7进出口情况7消费现状及发展前景93 厂址的选择及布置103.1 厂址选择原则103.2 选择原因103.2.1 原料来源方便103.2.2 地理位置优越103.2.3 交通发达113.2.4 社会经济效益113.3 厂区概况113.3.2 厂址地区的自然条件123.3.3 厂址地区的交通运输条件133.3.4 基础设施建设143.4 厂址布置153.4.1 厂区概况154 工

6、艺设计方案164.1 概述164.1.1 生产规模164.1.2 原料164.1.3 产品规格164.2 工艺设计方案16原料路线确定的原则和依据164.3工艺方案设计及说明19流程简介194.4 物料衡算204.4.1 衡算原理204.5 热量衡算25衡算原理254.6 典型设备设计及选型27换热器计算说明书274.6.2 脱氢缩合反应器参数说明314.6.3 设备一览表315 公用工程和辅助设施方案345.1 总图运输345.1.1 总平面布置341、总平面布置原则34工厂运输35工厂绿化355.1.4 排渣355.2 给排水365.2.1 概述365.2.2 工厂给水365.2.3 工厂

7、排水365.2.4 污水处理365.3 供电与电讯365.3.1 供电365.3.2 电信375.4 通风及空气调节385.4.1 通风及空调设置的原则385.4.2 采暖、通风及空调方案385.5 化验室385.6 维修385.6.1 机修385.6.2 电修385.6.3 仪表修理395.7 仓库395.8 土建396 总 结40致 谢41参考文献42 1 项目总论1.1 项目意义未来的国际化工发展中石油化工的的发展形势不容乐观，有经济效益增长显著减弱，进出口贸易幅度较大，受国际市场价格影响显著，节能减排压力大等诸多隐患。预计2008年石油化工行业销售收入增长25%，实现利润增长2%5%，

8、增幅比上年出现较大回落。成本的提高和价格的波动必将使收益相对较低，进行大规模生产的溶剂产业造成巨大影响。在这样的形势下，一种以乙醇为原料生产的“绿色溶剂”就显现出了其独特的市场优势和广阔前景乙酸乙酯是一种无毒无害的绿色溶剂，可广泛应用于食品，医药，有机合成等生产领域。目前正越来越受青睐。建设意义：（1）缓解石油化工产业盈利下滑造成的溶剂市场压力；（2）以乙醇为原料，工艺环保价格低廉更能适应未来市场走向；（3）乙酸乙酯作为新型绿色溶剂无毒无害市场前景广阔。溶剂是化学工业，医药食品工业不可或缺的基本原料，是国民经济的重要物质基础，随着国家适应全球一体化所做的战略调整，和国际市场对于健康环保标准日益

9、提高的要求，特别是对生产原材料的环保化要求使得工业化生产稳对于绿色溶剂的需求变得更加迫切。传统的乙酸乙酯生产技术虽然产量定，但污染严重正在逐步被淘汰。而我们采用的乙醇合成法，不但有较高的产率，并且污染低，排放小，凸显了环保竞争力。乙酸乙酯本身作为绿色溶剂所具有的广阔国际市场前景，也为广西打开了国际化工贸易的大门，这些都符合国家的政策导向即绿色环保面向国际。同时推动地方经济发展，创造更多就业机会，达到经济效益，社会效益和环境效益相统一。大规模生产和高效利用乙酸乙酯，完全符合我国能源结构和经济、环境协调发展的可持续发展战略。因此，投资建设采用乙醇脱氢法生产乙酸乙酯的项目具有乐观的前景，该项目将带来

10、丰厚的经济效益和社会效益。1.2 建设规模为了满足行业日益增长的对绿色溶剂及原料的需求以及宁波化学工业区自身发展规模以及乙醇的供给量，确定项目生产规模为年产5万吨乙酸乙酯中小型化工厂。1.3 厂区及生产概况同时，工厂建设注重环境保护，合理进行了“三废处理”降低了噪声污染，建立了以高压消防水系统和泡沫为主体的完善的消防系统，采取了一系列措施保证工人的劳动安全和工业卫生。2 市场分析2.1 产品的性质与用途2.1.1 物化特性乙酸乙酯（ethyl acetate）分子式为CH3COOC2H5，无色易挥发液体有水果香味，熔点-83.6 ，沸点77.06 ，相对密度0.9003；微溶于水，易溶于乙醇、

11、乙醚等有机溶剂；与水或乙醇都能生成二元共沸混合物；与水的共沸混合物的沸点70.4，与乙醇的共沸混合物的沸点71.8 ，与水和乙醇还可以形成三元共沸混合物，沸点70.2 。在酸或碱的催化下，易水解成乙酸和乙醇；此外，还可发生自缩合等反应。 主要用途乙酸乙酯是应用最广泛的脂肪酸酯之一，具有优良的溶解性能，是一种较好的工业溶剂，已被广泛应用于醋酸纤维、乙基纤维、氯化橡胶、乙烯树脂、乙酸纤维树脂、合成橡胶等生产，也可用于生产复印机用液体硝基纤维墨水，在纺织工业中用作清洗剂；在食品工业中用作特殊改性酒精的香味萃取剂，在香料工业中是最重要的香料添加剂，可作为调香剂的组分，乙酸乙酯也可用作粘合剂的溶剂，油漆

12、的稀释剂以及作为制造药物、染料等的原料10。制药 醋酸乙酯在制药行业用作溶剂，主要生产维生素E及一些医药中间体。我国是人口大国，到2005年人口已达到13.3亿，人口净增长、人口老龄化问题都将增加对医药品的需求量。同时，随着我国加入世界贸易组织，医药出口量明显增加。2002年传统医药出口形势一路飘红，化学原料药依然是我国医药商品出口的主要品种，产量与出口量快速上升，带动了醋酸乙酯消费。胶粘剂 胶粘剂的种类繁多，醋酸乙酯主要用于溶剂型胶粘剂，尤其是聚氨酯类胶粘剂。我国从20世纪50年代开始研制和开发聚氨酯胶粘剂，产量不断增大，2000年国内聚氨酯类胶粘剂的产量约14万t，年均增长率为25%。从未

13、来发展看，我国聚氨酯类胶粘剂的应用领域扩展很快，我国是世界上最大的制鞋国，目前虽有相当部分的制鞋企业以氯丁胶作为胶粘剂，但氯丁胶尽管有初粘性好、可冷粘、价格较便宜等优点，但其不耐增塑剂渗透，必须用苯类有毒溶剂等是其致命弱点，使得氯丁胶已经不适应制鞋工业的发展要求，国外的趋势是逐渐被聚氨酯胶粘剂所代替，欧美等发达国家80%90%的鞋用胶已经被聚氨酯类胶粘剂占领，国内也呈现这种趋势。近年来，东北、华北和华中等内地的鞋厂也开始使用，并有不断扩大的势头。另外，聚氨酯胶在建筑、高速公路、飞机跑道嵌缝材料、高层建筑玻璃密封材料等方面的应用也在不断增长。涂料 醋酸乙酯主要用于高档溶剂型涂料，如聚氨酯涂料、环

14、氧树脂涂料、丙烯酸酯涂料、乙烯基涂料等。我国的醋酸酯涂料是20世纪90年代以后才迅速发展起来的，不仅增长速度快，并且在涂料总产量中所占的比例也不断上升。2000年聚氨酯涂料产量达到8.2万t（固含量以上），已经成为国内重要的涂料品种。此外，环氧树脂涂料、丙烯酸酯等涂料也消费一些醋酸乙酯，但与发达国家相比，国内醋酸乙酯在涂料方面的应用还比较落后。从发达国家的消费情况来看，醋酸乙酯在涂料中作为溶剂应用已经相当广泛，如美国市场醋酸乙酯在涂料中的消耗占60%以上，而我国仅占18%。近年来，我国涂料行业迅猛发展，许多国外著名的涂料生产商采取独资或合资的方式在我国建厂生产高档涂料。随着我国经济高速发展，尤

15、其是建筑和汽车业快速发展，对高档涂料需求日益增加，将极大促进对醋酸乙酯的需求。2.2 国、内外产业状况近年来， 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，2006 年生产能力增加到222.0 万吨，2008 年生产能力增加到约300.0 万吨，同比增长约15.4%。其中北美地区的生产能力为26.6 万吨/年，约占世界乙酸乙酯总生产能力的8.89%； 中南美地区的生产能力为12.0 万吨/年，约占总生产能力的4.0%；西欧地区的生产能力为35.0 万吨/年， 约占总生产能力的11.7%，亚太地区的生产能力为215.4 万吨/年，约占总生产能力的71.

16、8%； 世界其他国家和地区的生产能力为11.0 万吨/年，约占总生产能力的3.7%。2010年醋酸乙酯的产能分布见图2-15。,图2-1 2010年世界醋酸乙酯产能分布目前， 世界乙酸乙酯的总消费量约为200.0 万吨，消费主要集中在西欧、美国和亚洲地区，其中亚洲地区的消费又主要集中在日本、中国及东南亚国家。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， 其中美国的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。预计到201

17、2 年全世界醋酸乙酯的总需求量将达到约250.0 万吨近年来， 随着我国化学工业和医药工业的快速发展，乙酸乙酯的生产发展很快。2003 年生产能力只有54.0 万吨，2006 年增加到90.0 万吨，2008 年进一步增加到约150.0 万吨，2003-2008 年产能的年均增长率达到约10.8%。主要的生产厂家有江苏索普（集团）公司（生产能力为20.0 万吨/年）、山东金沂蒙集团公司（生产能力为18.0 万吨/年）、广东江门谦信化工发展公司（生产能力为10.0 万吨/年）、上海吴泾化工有限公司（生产能力为20.0 万吨/年）、扬子江乙酰化工有限公司（生产能力为10.0万/年）、江西南昌赣江溶

18、剂厂（生产能力为8.0 万吨/年）、广东顺德集团公司（生产能力为4.5 万吨/年）、天津冠达集团公司（生产能力为3.5 万吨/年）、上海石油化工公司（生产能力为2.1 万吨/年）、上海试剂有限公司（生产能力为2.0 万吨/年）、成都有机化工厂（生产能力为2.0 万吨/年）、浙江建德建业有机化工有限公司（生产能力为1.2 万吨/年）、江苏三木集团公司（生产能力为1.0 万吨/年）、河北石家庄新宇三阳实业有限公司(1.5 万吨/年)、山东海化股份有限公司(生产能力为10.0 万吨/年)、江阴百川化学工业有限公司(生产能力为3.0 万吨/年)、吉林燃料乙醇有限公司(生产能力为5.0 万吨/年)以及河

19、南孟州华兴公司(生产能力为3.0 万吨/年)等。其中采用乙醇脱氢法的生产能力约占总生产能力的12.0%， 采用乙醛缩合法的约占1.4%， 采用醋酸酯化法的占86.6%。江苏索普（集团）公司是目前我国最大的醋酸乙酯生产企业，生产能力为20.0 万吨/年，约占国内总生产能力的13.3%， 与醋酸产品实现了上下游一体化， 产品竞争力较强，80%的醋酸乙酯用于出口。今后几年，我国仍有多套新建或扩建乙酸乙酯装置将建成投产， 主要包括江苏金茂源生物化工有限责任公司拟建的10 万吨/年装置， 广西崇左市凯源酒业化工有限公司拟建的8.0 万吨/年生产装置，兖矿集团拟建的10 万吨/年生产装置， 广西新燊石油化

20、工有限公司的一期10 万吨/年生产装置等， 预计到2012 年， 我国乙酸乙酯的总生产能力将达到约195.0 万吨。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。2003 年我国乙酸乙酯的产量只有34.2 万吨，2006 年增加到63.0 万吨，2008 年尽管受到世界金融危机的影响，但是由于2007 年新增的产能发挥作用，产量仍达到约约95.0 万吨，同比增长约33.8%。目前国内大型醋酸乙酯企业均采用酯化法技术，主要生产厂家情况见表2-23。表2-1 2010年醋酸乙酯主要生产厂家情况生产厂家名称地址生产能力(万吨/年)美国塞拉尼斯公司得克萨斯州潘帕6.0美国伊斯曼化学公司得克萨

21、斯州朗 维尤6.1美国Solution公司马萨诸塞2.5巴西罗地亚公司帕利尼涯10.0墨西哥塞拉尼斯公司卡格来吉拉9.2英国BP化学公司赫尔22.0西班牙Ercros公司塔拉戈纳6.0瑞典Sweask乙醇化学公司多姆斯乔3.5日本昭和电工公司南阳15.0日本千叶公司市原4.7日本协和发酵公司四日市4.0印度Laxmi有机工业公司马哈德3.5印度Jubilant有机合成公司加劳拉尼蜡3.2韩国三星/BP公司蔚山7.0韩国国际酯类公司蔚山7.5新加坡塞拉尼斯公司裕廊岛6.0印尼昭和酯类公司梅拉克6.0南非萨索尔公司赛库达5.0表2-2 我国醋酸乙酯主要生产企业情况24 企 业 名 称产 能(万吨/

22、年)江苏索普集团20.0山东金沂蒙集团公司16.0广东江门谦信化工发展公司10.0广东顺德顺冠集团公司气体溶剂有限公司3.0上海吴泾化工有限公司20.0扬子江乙酰化工有限公司10.0江西南昌赣江溶剂厂8.0广东顺德集团公司4.5天津冠达集团公司3.0上海石油化工公司2.1上海试剂有限公司2.0成都有机化工厂2.0浙江建德建业有机化工有限公司1.2江苏三木集团公司1.0目前，国内一些大型甲醇羰基合成醋酸企业或者具有乙醇装置的企业正在配套建设或拟建乙酸乙酯生产装置，主要有山东海化股份有限公司拟采用Davy公司技术，新建10.0万吨/年生产装置(近期已经建成投产)，吉林燃料乙醇有限公司拟建5.0万吨

23、/年生产装置，吉安生物化工公司拟建10.0万吨/年生产装置，广西新火石化公司拟建30.0万吨/年装置，第一期10.0万吨/年已经于2007年4月13日开工。上海吴泾化工有限公司拟将现有生产能力扩建到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，预计到2010年，我国乙酸乙酯的总生产能力将超过120.0万吨/年。随着生产能力的不断增加，我国醋酸乙酯的产量也不断增加。2001年我国醋酸乙酯的产量只有17.9万吨，2006年进一步增加到63.0万吨，比2005年增长约22.19%，2001-2006年产量的年均增长率高达15.09%。2.3 产品的市场需求预测242.3.1 出口情况

24、2005 年以前， 我国是乙酸乙酯的净进口国，从2005 以后，随着我国乙酸乙酯生产能力和产量的大量增加， 由净进口国转变为净出口国，2006 年我国乙酸乙酯的净出口量为10.0 万吨，约占国内总产量的15.87%。2008 年净出口量达到18.28 万吨，同比增长41.27%。近两年，我国乙酸乙酯的进口量逐年减少，2006 年进口量为0.96 万吨，2008 年下降到0.11 万吨，同比下降约85.52%。2009 年上半年进口量为0.03 万吨，同比减少约57.14%。与此相反，我国醋酸乙酯的出口量却在逐年增加。2006 年出口量超过10.0 万吨， 达到10.94 万吨，2008 年尽管

25、受到全球金融危机的影响，但出口量仍高达18.39 万吨，同比增长34.23%。2009 年上半年出口量为8.73 万吨，同比增长0.23%。2010年我国醋酸乙酯出口到30多个国家和地区，其中对亚洲国家的出口量约占总出口量的93%，其中对韩国的出口量为3.23万吨，约占总出口量的29.6%，其次是中国台湾，出口量为1.89万吨，约占总出口量的17.2%；再次是日本，出口量为1.66万吨，约占总出口量的15.1%。我国醋酸乙酯出口主要集中在江苏、山东和广东3省，2006年出口量分别为6.1万吨、2.1万吨和1.53万吨，合计出口量占出口总量的88.78%，其他省份出口量仅为1.21万吨。主要出口

26、企业有江苏索普、山东金沂蒙、广东江门谦信化工发展公司等大型醋酸乙酯生产企业。2003年以前，我国醋酸乙酯的进口价格变化不大，基本上维持在520-550美元/吨，2004年以后进口价格开始上涨，2004年价格为653.2美元/吨，2006年上涨到841.4美元/吨，比2005年上涨7.60%。出口价格近几年也不断上涨。2003年出口价格为573.8美元/吨，2004年上涨到757.3美元/吨，2006年上涨到798.6美元/吨。2008年进一步上涨到905.7美元/吨。我国醋酸乙酯的进出口情况以及2009年的出口情况分别见表2-3和表2-4。表2-3 近年来我国醋酸乙酯的进出口情况 年份进口量(

27、万吨)进口单价(美元/吨)出口量(万吨)出口单价(美元/吨)20004.42538.80.33532.220015.35538.70.46531.820024.58530.91.09600.220034.27552.61.19573.820043.46653.22.07757.320054.64782.01.88805.320060.96841.410.94798.62007(17月)0.57919.17.27797.720080.111563.718.39905.72009(1-6)0.031626.08.73698.9表2-4 2009年我国醋酸乙酯的出口国家情况 国家/地区出口量(万吨)

28、所占比例(%)出口金额(万美元)韩国3.2429.572545.57中国台湾1.8917.241466.28日本1.6615.151378.08新加坡1.4913.591138.08菲律宾0.716.46538.64阿拉伯联合酋长国0.403.68320.63越南0.383.43306.14泰国0.373.35300.20其他国家和地区0.827.51743.18合 计10.94100.008736.802.3.2 消费现状及发展前景近年来，随着我国经济的快速增长，涂料、油墨、粘合剂等产品需求大幅提升，从而拉动醋酸乙酯的消费稳步增长。1997年我国醋酸乙酯的表观消费量只有10.50万吨，200

29、1年增加到22.79万吨，2006年进一步增加到53.02万吨，比2005年增长约5.91%，2007年增加到580.6万吨，2009年进一步增加到821.1万吨，同比增长约5.91%，2004-2009年表观消费量的年均增长率约为13.71%，近年来我国醋酸乙酯的供需情况见表2-5。表2-5 近年来我国醋酸乙酯的供需情况 单位：万吨/年年份生产能力产量进口量出口量表观消费量200026.217.24.420.3321.29200131.217.95.350.4622.79200239.030.74.581.0934.19200354.034.24.271.1937.28200467.041.

30、83.462.0743.19200580.047.34.641.8850.06200690.063.00.9610.9453.022007109.071.00.7613.7058.062008150.095.00.1118.3976.722009150.0105.00.0622.9582.11目前，国内醋酸乙酯主要消费地区集中在华东、中南、华北、东北地区，产品主要用于生产涂料、制药和粘合剂，2008年我国醋酸乙酯消费结构为：制药行业对乙酸乙酯的需求量约占总需求量的30.0%，涂料约占35.0%，粘合剂约占20.0%，油墨约占10.0%，其他产品约占5.0%。预计到2012年，我国乙酸乙酯的总需

31、求量将达到约90.0万吨，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发展，预计涂料行业对醋酸乙酯的需求量将会有较大幅度的增加；随着电子、通讯行业的发展，油墨方面的需求量也将有所上升。另外，随着醋酸乙酯新用途的不断开发，将会使醋酸乙酯在其他方面用量的比例也有一定的增加。3 厂址的选择及布置3.1 厂址选择原则3.2 选择原因 原料来源方便3.2.2 地理位置优越宁波位于东经120度55分至122度16分，北纬28度51分至30度33分。地处我国海岸线中段，浙江绍兴平原东端，东有舟山群岛为天然屏障，北濒杭州湾，西接绍兴市，南临三门湾，并与

32、台州的三门、天台相连。宁波属亚热带季风气候，温和湿润，四季分明，年平均气温16.2摄氏度，全市无霜期一般为230天至240天，年平均降水量为1300毫米至1400毫米。3.2.3 交通发达宁波是浙江沿海的交通枢纽，已形成以深水良港为中心的水、陆、空集疏运网络。铁路、公路四通八达，沪杭甬高速公路使宁波到上海仅3个小时车程，已建设的杭州湾跨海大桥将使宁波进入2小时交通圈，从黑龙江同江到海南三亚的“同三”线沿海大通道宁波段128公里已建成通车；作为空港口岸的宁波栎社国际机场已开通宁波到香港、泰国、日本以及经澳门至台北、高雄、至国内其他城市等30多条航线。宁波拥有得天独厚的天然深水良港，自古以来是中国

33、对外贸易的重要港口。现在的宁波港，已与世界500多个港口有贸易运输往来，2001年全港货物吞吐量达1.285亿吨，名列中国大陆港口第二位，位居世界港口20强，集装箱吞吐量121万标箱。宁波港是由北仑港区、镇海港区、宁波港区组成。内河港、河口港、海峡港并存，大、中、小泊位配套的多功能、多层次的综合性港口。其中，以“水深、浪小、不冻、不淤、陆域宽阔”著称的北仑港，其进港航道可保证30万吨级船舶运行，正建设成为进出口铁矿中转、国际集装箱远洋中转、大型煤炭、原油、成品油、液体化工产品储存中转等五大基地。 社会经济效益3.3 厂区概况83.3.2 厂址地区的自然条件属亚热带季风气候，冬夏季风交替明显，气

34、候温和湿润，全区无霜期一般为230天至240天，四季分明，雨量充沛。3.3.3 厂址地区的交通运输条件3.3.4 基础设施建设(1) 供电工程华东电网35/110/220KV 变电站，不间断双回路供电(2) 供水工程工业用水一期30000 t/d，二期300000 t/d；生活用水10000 t/d(3) 供热工程一期形成3×130t/h 次高压循环流化床锅炉、1×25MW 抽凝式汽轮发电机组、1×12MW 背压式发电机组等三炉二机（已运行），可供1.3-4.1Mpa 蒸汽；二期形成6×130t/h 次高压循环流化床锅炉、2×25MW 抽凝式汽

35、轮发电机组、2×12MW 背压式发电机组等六炉四机(4) 工业气体：可供氮气、氧气、氢气、二氧化碳、重整氢、一氧化碳等(5) 雨污分流：目前处理能力：10000 t/d，扩建后总处理能力50000 t/d(6) 通信：电缆：敷设有电话电缆和宽带电缆邮政：邮政等快递业务覆盖全区(7) 危险废物处理：日焚烧处理化工废渣10 吨的高温焚烧炉；日处理10吨废有机溶剂日处理100 只废包装容器(8) 消防配备抢险救援车，重型水罐车，进口泡沫车，大型水罐车（21 吨），泡沫、干粉联用车，洗消车， 高喷车，后勤指挥车等(9) 应急指挥中心：监控系统涵盖化工区仓储区、管廊和大企业的自备罐区等，承担公

36、安、消防、环保、抢救、防汛防台和危险源监控等方面的协调管理工作(10) 仓储和管廊：中间罐区正在建设中，化工物料传输管道正在建设中。3.4 厂址布置 厂区概况厂区位于浙江省宁波市镇海区化学工业园区，本项目拟定厂区地形为矩形，其中南北方向长总面积约15000m²。厂区分为厂前区、生产辅助区、生产区和储罐区。厂前区位于厂区西北侧，为常年主导风向西北风的上风向。主要建筑包括行政楼、食堂、停车场、宿舍等，职工宿舍和食堂组成生活区，位于行政楼的南侧，停车场位于行政楼与生活区之前。厂前区北面是生产辅助区。生产辅助区主要包括中心控制楼、化验中心、维修车间、材料仓库和水处理车间等。生产区和储罐区主要

37、位于整个厂区的东面。主要有四大部分：乙醇储罐区，反应车间，分离车间和产品罐区。95%乙醇直接通过管道输送至厂区，在乙醇储罐区存放。反应车间由两层组成，其中安放了脱氢反应器和加氢反应器及其辅助设备。反应车间的南侧集中布置分离车间，其中包括闪蒸罐一个，精馏塔五个及其配套的辅助设备。燃料煤堆场和蒸汽锅炉房位于反应车间东面，分离车间的北面，靠近大量耗用蒸汽的精馏工段。产品灌区位于厂区的最南面，其中包括了氢气球罐，乙酸乙酯储罐和副产物无苯天那水溶液粗料储罐。各车间最大可能的采用露天布置，闪蒸塔、精馏塔、储罐等均布置在露天场所，减少了建设投资，便于改扩建。其余厂房多采用单层结构，设计要求满足甲类产品生产的

38、耐火、防火、防爆等级。厂区设有四个出口，两扇主门一南一北，东侧开两扇侧门，厂内10米宽的中央主道横贯南北，东面出口即为总厂铁路。此外，本项目根据当地自然条件，工厂生产特点并结合全厂总平面布置进行绿化设计，厂区绿化面积超过20。厂前区和生产辅助区为重点绿化、美化区，设置花坛，种植花卉，辅以草坪。沿工厂围墙四周、道路两侧及厂内适当的地点种植乔木、灌木、绿篱，为职工生产和生活创造良好的环境条件，以达到净化空气，保护环境，有益于人体健康的目的。绿化既要保护环境，防止污染，美化厂容，又不应妨碍生产操作，物料运输及防火要求。我们采用的植物主要以绿色木本植物为主，能够达到一个良好的降低空气污染的效果。4 工

39、艺设计方案4.1 概述工艺设计主要说明本设计生产乙酸乙酯的具体情况，主要包括生产流程概述、工艺流程说明、工艺特色介绍以及物料衡算书、热量衡算书。 生产规模本设计拟建产量为5万吨/年的乙酸乙酯厂以满足行业日益增长的对绿色溶剂及原料的需求 原料本设计中的原料为95%工业乙醇。 产品规格本设计中的产品为乙酸乙酯。其规格组成如表4-1。乙酸乙酯产品规格表指标名称指标优等品一等品合格品色度(铂-钴色号)，号 101020密度，g/cm30.8970.9020.8970.9020.8960.902乙酸乙酯，% 99.098.597.0水份，% 0.100.200.40酸度(以CH3COOH计)，% 0.0

40、040.0050.010蒸发残渣，% 0.0010.0050.0104.2 工艺设计方案乙酸乙酯的合成路线主要有四种，即乙醇乙酸酯化法（其中包括了乙酸乙醇直接酯化法和反应精馏法），乙醛缩合法，乙醇脱氢法，乙烯和乙酸直接加成法。应当说，乙醇乙酸酯化法在乙酸乙酯的合成中依然占有相当大的比例，尤其是在美国等国家，在国内多数企业也依然采用乙酸酯化法；德国、日本等国有多套乙醛直接缩合生成乙酸乙酯的装置；乙醇脱氢法与乙烯和乙酸直接加成法在其中所占的比例较小，技术有待成熟。下面简单介绍四种方法的优势与缺陷9。（1）乙醇乙酸酯化法反应式：乙醇乙酸酯化法由乙酸和乙醇在硫酸等催化剂作用下直接酯化成乙酸乙酯，常用的

41、工艺是用浓硫酸作催化剂的均相催化反应精馏，该工艺是目前国内广泛采用的生产工艺，浓硫酸有酸性强、吸水性强、性能稳定、价廉等优点，而且溶于反应物料中，是均相催化反应，反应均匀，因而在全塔内都能进行催化反应11。催化作用不受塔内温度限制，反应机理清楚，容易实现最优控制，这些优点可以使反应精馏生产装置大型化。用浓硫酸作催化剂，也有其不可克服的缺点，即硫酸严重腐蚀设备，其强氧化性引起磺化、碳化或聚合等副反应，产品纯度低，后处理进程复杂，三废量大。另一种酯化的工艺是催化精馏法，它采用固体酸作催化剂，属非均相反应精馏。在酯化合成方面，已经开发出的固体催化剂有沸石分子筛、离子交换树脂、金属硫酸盐、固体超强酸等

42、，具有产物纯度高，反应选择性强，酯收率高，反应条件温和，副产物较少等优点。但若简单地将固体酸催化剂于反应中取代硫酸，催化剂在反应液中很快失去活性。催化精馏法不容易实现工业化和大型化的困难，在于催化精馏属非均相催化反应精馏过程，机理较复杂，目前理论还不能很好地解释这一过程，在国际上还没有一个国家提出催化精馏塔的设计方法。（2）乙醛缩合法反应式：乙醛缩合法是由两分子乙醛经Tishchenko反应缩合成一分子乙酸乙酯，催化剂为乙醇铝、氯化铝及氯化锌等，反应温度为010oC。其生产工艺是将乙醛、乙醇铝催化剂及助催化剂连续送入反应器，反应液经蒸发浓缩后，再经三塔精馏，获得纯度99.8%以上的乙酸乙酯产品

43、。乙醛缩合法优点在于反应是在常压低温下进行，转化率和收率高，对设备要求不高，生产成本较酯化法低；缺点是受原料来源限制，仅适宜于乙醛资源丰富的地区，催化剂乙醇铝无法回收，最后通过加水生成氢氧化铝排放，对环境有一定污染。乙醛缩合法在欧洲和日本是生产乙酸乙酯的主流生产方法，在我国工业性生产厂很少。乙醛贮存运输不方便，一般都是自产自用，因此乙醛缩合法乙酸乙酯生产装置都是建在有乙醛生产的厂内。在冰醋酸价格高的地方，该法有很强的竞争优势。该法在国外已经大型化，在国内尚有催化剂和工程上的问题没解决，有待突破。该法的产品只能用于化工原料，不能用于食用香料，这是因为乙醛及副产物无法除尽。（3）乙烯加成法反应式：

44、随着化学化工产业的迅速发展，炼油技术的不断提高，乙烯已经成为一种丰富的原料。由于乙烯与乙酸直接加成反应生产乙酸乙酯利用丰富的乙烯原料，原料利用合理，来源广泛，价格低廉，生产成本较低，且对合成乙酸乙酯具有较高的产率与选择性，既是一种原子经济型反应，又是一种环境友好型反应。缺点是此催化体系对设备腐蚀严重，投资成本高。该工艺采用的催化剂主要有液体无机酸和有机磺酸类、分子筛类和杂多酸类催化剂。同时该工艺依赖于石化工业，需要有大量的乙烯资源，只能在乙烯和乙酸资源相对比较丰富而廉价的地区才可以考虑。石油价格的不断上涨，造成该工艺的劣势更加凸现，在中国这样自身石油储量及产量不高需要大量进口石油的国家，如果盲

45、目发展这一工艺生产乙酸乙酯缺乏战略考虑。（4）乙醇脱氢法反应式：以乙醇为原料生产乙酸乙酯，传统工艺必须经过乙醇氧化脱氢为乙醛、乙醛氧化成乙酸、乙酸与乙醇酯化3个工段才能完成。乙醇脱氢法则只用乙醇一种原料，经过单一催化剂脱氢后直接得到乙酸乙酯，因此，这种方法也简称一步法，以区别于传统的三工段工艺。乙醇脱氢法总反应实际上也是经过3个步骤完成的。具体的反应机理有两种，一种是“脱氢歧化酯化”机理，另一种是“半缩醛”机理，即三个步骤分别为乙醇脱氢为乙醛、乙醇与乙醛反应生成半缩醛、半缩醛脱氢为乙酸乙酯16。20世纪90年代初清华大学化学系首先对此工艺进行研究，开发出催化剂Cu/ZnO/Al2O3/ZrO2

46、，并获得了国家专利。1996年西南化工研究院也开始进行乙醇脱氢法生产乙酸乙酯的研究，目前还在进行工业试验，取得了不小的进展。英国Kvaerner工程公司于20世纪90年代研究乙醇脱氢法生产乙酸乙酯，同时已经在南非建成第一家工业化生产工厂。该工艺的关键问题在于催化剂，根据反应历程，产物中有中间产物乙醛与乙酸，另外还有副产物乙烯、丙酮、丁酮、2-丁醇等。由于氢气对平衡的抑制及降低副反应要求，单程转化率只能控制在60%70%。该工艺反应工段，但分离设备较多，流程较复杂，主要的副产物必须分离。脱氢法反应特点是：反应温和，各种反应条件变化弹性很大，工艺简单，容易操作。脱氢法优点：（1）生产成本低，在没有

47、甲醇法乙酸生产的地区，价格优势很大；（2）每吨乙酯副产氢气509m3，适用于氢气有用场合；（3）基本无腐蚀和三废排放，副产物可用于生产无苯提案那水溶剂（香蕉水）。脱氢法缺点：（1）产品质量不如酯化法，虽然可以达到国标，但若丁酮等杂质难以得到完全分离，就不宜用于食品和酒增香等行业；（2）催化剂在使用前需要还原，停车后须用氮气保护避免氧化，因此只适用于大规模连续生产，经济规模在5000t/a以上；（3）技术较复杂，尚未成熟。4.3工艺方案设计及说明（1）气化选用化工园区及周边生产的95%乙醇，用泵进行加压至反应压力（0.8MPa）之后，加热气化成蒸汽，并继续加热至反应温度（240）。（2）脱氢缩合

48、过热乙醇蒸汽进入列管式固定床反应器，乙醇在Cu-Zn-Zr-Al-O多功能催化剂表面完成脱氢生成乙醛，再与乙醇缩合生成乙酸乙酯两步反应，并有乙醛、丙酮、丁酮等副产物产生。为了便于分离产品，查阅相关文献后，我们选择了240作为反应温度，单程转化率为50%。附CAD流程图。图4-1为Aspen plus中流程模拟的截图21。图4-1 Aspen plus流程模拟截图（3）加氢脱氢缩合之后的混合气成分较复杂，在选择了合适的反应条件之后，可以保证除乙醛外的副产物控制在极少的量。为了减少分离的难度，并提高乙醇的总转化率，我们增加了加氢工段。利用前一工段产生的氢气，将乙醛以及其他极少量的羰基化合物（丙酮、

49、丁酮等）加氢还原成醇类，降低了丙酮、丁酮等产物对产品质量的影响，并且由于减少了乙醛这个含量极大的副产物，有利于分离的进行。（4）闪蒸将反应工段出来的混合气换热冷凝，并换热至过冷液状态后，利用剩余的压力进行闪蒸，将氢气分离出去，但由于氢气量较大和乙酸乙酯的挥发性较强等原因，一部分乙酸乙酯以及乙醇和水也会进入气相。液相直接转入精馏工段。（5）膜分离由于闪蒸得到的氢气含有大量的乙酸乙酯及水和乙醇，需要对氢气进行净化，同时回收随氢气蒸出的产品。由于氢气分子的尺寸与乙酸乙酯、乙醇、水三者的分子尺寸相差较大，我们选择采用中空纤维膜对该混合体系进行分离。氢气进入压缩车间压缩装罐出售。其余物质冷却后进入精馏工

50、段，与前一闪蒸工段得到的液相混合。（6）萃取精馏通过闪蒸和膜分离，得到了含有乙酸乙酯、乙醇、水的混合体系（其他极少量的醇类与酯类基本不影响产品的质量，故这里不再讨论），该三元混合体系有四种可能的共沸物（乙酸乙酯-乙醇，乙酸乙酯-水，乙醇-水，乙酸乙酯-乙醇-水），这是所有乙酸乙酯合成方法中都会碰到的一个分离难题。我们根据相关的专利和文献，决定采用丙三醇作为萃取剂的萃取精馏进行产品的精制。精馏序列如下：进入主萃取精馏塔，目的是得到符合标准的产品乙酸乙酯，在近塔顶位置加入萃取剂丙三醇，在精馏塔塔顶可以得到99%（mol）的高纯度乙酸乙酯，塔釜中得到的是乙酸乙酯、乙醇、水以及丙三醇的混合物。进入辅助精馏塔，在塔顶得到乙酸乙酯、乙醇、水的混合物，基本做到了乙酸乙酯与乙醇的回收，塔底是水和丙三醇的混合物，其中含有少量的乙醇。进入副萃取精馏塔，目的是除去辅助精馏塔塔顶产物中的水，同样在近塔顶位置加入萃取剂丙三醇，在塔顶得到提浓后的乙酸乙酯、乙醇、水混合物，塔底是丙三醇与水的混合物。副萃取精馏塔塔顶产物进入乙醇回收塔，在塔釜得到乙醇与水的共沸物，返回反应工段，塔顶得到含有较高浓度乙酸乙酯和乙醇的水溶液，由于总量已较小，该混合物不再进行分离，而是作为无苯天