醋酸工艺设计

年产10万吨醋酸工艺设计第一章概述醋酸是一种有机化合物，又叫乙酸（ethanoicacid）别名：醋酸(aceticacid)、冰醋酸(glacialaceticacid)。分子式：C2H4O2（常简写为HAc）或CH3COOH。是典型的脂肪酸。被公认为食醋内酸味及刺激性气味的来源。纯的无水乙酸（冰醋酸）是无色的吸湿性液体，凝固点为16.7°C(62°F)，凝固后为无色晶体。尽管根据乙酸在水溶液中的离解能力它是一个弱酸，但是乙酸是具有腐蚀性的，其蒸汽对眼和鼻有刺激性作用。乙酸是一种简单的羧酸，是一个重要的化学试剂。乙酸也被用来制造电影胶片所需要的醋酸纤维素和木材用胶粘剂中的聚乙酸乙烯酯，以及很多合成纤维和织物。在家庭中，乙酸稀溶液常被用作除垢剂。食品工业方面，在食品添加剂列表E260中，乙酸是规定的一种酸度调节剂.醋酸是一种用途广泛的基本有机产品,也是化工、医药、纺织、轻工、食品等行业不可缺少的重要原料。随着醋酸衍生产品的不断发展,以醋酸为基础的工业不仅直接关系到化学工业的发展,而且与国民经济的各个行业息息相关,醋酸生产与消费正引起世界各国的普遍重视,醋酸生产工艺及相关问题的研究开发正在日益加深和发展。从最初的粮食发酵,木材干馏生产醋酸开始,合成醋酸的工艺路线主要有乙醛氧化法、乙炔电石法、乙醇氧化法、乙烯氧化法、丁烷氧化法和羰基合成法等。这些方法都各有它的优点和缺点，在选择合成醋酸的路线时，应与当地的原料资源情况密切联系起来，因地制宜，按醋酸用量的大小，工业技术条件等作综合的平衡.本设计采用成熟的乙醛氧化法合成醋酸.首先确定乙醛氧化法生产醋酸工艺流程，其次对整个工艺过程进行物料和能量衡算，然后对其中的单元设备——精馏塔进行设备设计，最后对此进行经济效益分析.1.1醋酸生产的历史沿革早在公元前三千年，人类已经能够用酒经过各种醋酸菌氧化发酵制醋。[1]十九世纪后期，人们发现从木材干馏制木炭的副产馏出液中可以回收醋酸，成为醋酸的另一重要来源.但这两种方法原料来源有限，都需要脱除大量水分和许多杂质，浓缩提纯费用甚高，因此，随着20世纪有机化学工业的发展，诞生了化学合成醋酸的工业.乙醛易氧化生成醋酸，收率甚高，成为最早的合成醋酸的有效方法.1911年，德国建成了第一套乙醛氧化合成醋酸的工业装置并迅速推广到其它国家.[2]早期的乙醛来自粮食、糖蜜发酵生成的乙醇的氧化，1928年德国以电石乙炔进行水合反应生成乙醛，是改用矿物原料生成醋酸的开始.二次大战后石油化工兴起发展了烃直接氧化生产醋酸的新路线，但氧化产物组分复杂，分离费用昂贵.因此1957～1959年德国Wacher-chemie和Hoechst两公司联合开发了乙烯直接氧化制乙醛法后，乙烯—乙醛—醋酸路线迅速发展为主要的醋酸生产方法.70年代石油价格上升，以廉价易得、原料资源不受限制的甲醇为原料的羰基化路线开始与乙烯路线竞争。甲醇羰基化制醋酸虽开始研究于20年代，60年代已有BASF公司的高压法工业装置，但直到1971年美国Monsanto公司的甲醇低压羰基化制醋酸工厂投产成功，证明经济上有压倒优势，现已取代乙烯路线而占领先地位。1989年世界醋酸总生产能力为480kt，一套甲醇低压羰基化装置的生产能力总计2000kt/a以上，除个别厂外，都已建成投产。中国工业生产合成醋酸同样从发酵法、乙醇—乙醛氧化法及电石乙炔—乙醛氧化路线开始，60年代末全国已形成60kt/a的生产能力.70年代开始发展乙烯路线，引进了每套年产约7万吨大型装置.轻油氧化制醋酸，天然气制甲醇，低压羰基化制醋酸的工艺路线正积极研究。可以肯定这些将会使我国的醋酸生产出现一个飞跃。1.2醋酸的物理性质醋酸的主要物性数据列于表1-1由名侍称袭数提值深熔点后，索℃口沸点包，序℃变比热写容毙CP赴，予J/缺(g贿﹒塘k)则蒸汽给液体怪溶解坊热，设J/吵g克汽化背热，晓J/条g模黏度孤，病mP何a.似s跑20描℃屿25尤℃惧40歇℃絮介电刷常数姐液体童固体梢折射禾率兆nD塔20奉生成奴热亩△扣Ho田，绞kJ捎/m循ol螺液体陕（旺25献℃亦）物气体窝（孕25亭℃救）旅燃烧杜热拼△治Hc你，貌kJ萌/m组ol脱液体悄标准益熵谨So州，呀J/南(m贩ol御.银k)帽液体吃（亭25冲℃哭）某气体最（会25倍℃垂）瞧闪点驴(茂闭杯彩)维℃族离解废常数塔0郊℃伏25绑℃缘50对℃河临界筑压力香Pc放，屋Mp贵a由16坚.6必6资11绘8.鼠0间（魂10读1.狠3鹊kp丹）爸1.士11锡0(椅25涝℃旷)俭2.失04成3(厦19胞.认4欣℃胆)拦19钞.5绪39锈4.盟5炎（沸监点时长）理11形.8控3蛛10眨.9通7祝8.顶18扒6.砍17摔0歌（纪20狭℃故）荡2.晓66到5奏（鞠-1子0说℃致）典1.箭37撕19掏-4稀84枕.5木0哪-4湿32控.2咬5戏-8捡74艘.8啄15璃9.幸8为28狭2.计5状43爷4.豪78天4.核75括4.体79微5.朋78风6表1-1纯醋酸的物理性质[3]1.3醋酸的化学性质1.3.1酸性羧酸中，例如乙酸，的羧基氢原子能够部分电离变为氢离子（质子）而释放出来，导致羧酸的酸性。乙酸在水溶液中是一元弱酸，酸度系数为4.8，pKa=4.75（25℃），浓度为1mol/L的醋酸溶液（类似于家用醋的浓度）的pH为2.4，也就是说仅有0.4%的醋酸分子是解离的。乙酸的酸性促使它还可以与碳酸钠、氢氧化铜、苯酚钠等物质反应。2CH3COOH+Na2CO3→2CH3COONa+CO2+H2O2CH3COOH+Cu(OH)2→(CH3COO)2Cu+2H2OCH3COOH+C6H5ONa→C6H5OH(苯酚）+CH3COONa沟1.挂3.伴2赞专乙酸凯的二龟聚体鸣,虚诚线表着示氢帖键嚷军秋乙酸锐的解晶体养结构痛显，香分子毒间通肤过郊氢键已结合招为犬二聚连体丽（亦正称二倚缔结贩物）你，二赠聚体惜也存除在于僚12锁0瞎℃肾的模蒸汽浸状态摆。二终聚体抛有较细高的额稳定三性，冈现在趋已经蓝通过驱冰点眨降低窑测定晃分子遥量法临以及御X光筝衍射堵证明爆了分付子量余较小奏的羧牲酸如溜甲酸轰、乙梅酸在嚷固态芽及液低态，祥甚至妈气态躁以二晋聚体乎形式坡存在携。当抢乙酸焰与水巾溶和元的时其候，俊二聚泉体间讯的氢返键会缺很快恳的断深裂。敬其它守的羧显酸也传有类到似的贷二聚悼现象闭。荷1.巴3.掩3暮彩溶剂竖液态激乙酸幕是一泼个惨亲水初（扣极性莲）拢质子泡化溶片剂索，与够乙醇谨和妨水西类似屈。因当为侨介电周常数架为6栏.2夕，它容不仅筛能溶叼解极挖性化仰合物凡，比幕如俗无机由盐木和庙糖篇，也己能够观溶解宜非极板性化碌合物识，比背如律油小类或蚊一些贫元素正的途分子贴，比绒如推硫妻和听碘惊。它咏也能驻与许籍多极书性或阔非极失性溶伙剂混诚合，公比如番水，宝氯仿竞，薄己烷量。乙洪酸的辉溶解萌性和礼可混怎合性舱使其至成为榨了化酱工中个广泛悉运用竞的化旨学品牺。诵1.脾3.隔4行彩化学艘反应蛮对于琴许多含金属难，乙赛酸是肃有磁腐蚀范性的脖，例钥如饰铁意、间镁助和拖锌订，反熟应生达成合氢兼气和太金属弃乙酸矛盐。冶因为敢铝扩在沟空气词中表泽明会角形成确氧化话铝绑保护帽层，址所以祥铝制删容器怜能用市来运子输乙婆酸。欲金属懒的乙桂酸盐晓也可诊以用远乙酸请和相夏应的赢碱尤性物幅质反卷应,茎比如则最著化名的组例子宫：们小苏仇打型与祥醋引的反唱应。可除了镰醋酸农铬秒（I障I）截，几反乎所颤有的演醋酸起盐能燃溶于交水。拘羊Mg碑(欣s目)袄+尿2支CH案3疯CO薯OH妻(扮aq挥)艘→嫂(C务H副3雪CO残O)拢2觉Mg兄(a货q)灾+热敢H之2壁(斯g轮)要Na溪HC脉O暮3贷(s抚)犁+踏CH出3善CO摇OH诚(a匀q)芳→默捆CH街3桨CO支ON夫a灭(a果q)防+碰太CO虾2违(g托)州+睬H继2南O肾(门l目)料乙酸亦能发刺生普缺通羧菠酸的攻典型明化学乌反应菌，特帮别注万意的帽是，胞可以惨还原外生成纸乙醇糟，通在过撇亲核套取代笔机理朝生成缝乙酰揪氯，廉也可词以双易分子辽脱水燃生成蠢酸酐油。同严样，绪乙酸编也可晒以成旗酯篇或氨魂基化形合物灾。4柔40垫℃疯的高况温下槽，乙驱酸分拖解生头成坦甲烷着和还二氧裤化碳容或芹乙烯习酮呀和召水陈。来1.贯3.驼5殃企鉴别婆乙酸倾可以温通过狗其气坑味进飘行鉴扑别。猾若加胁入贱氯化与铁腹（I院II惧），救生成胃产物场为深挣红色存并且猫会在参酸化灿后消唉失，贞通过谎此颜膀色反劲应也薯能鉴志别乙踪酸。事乙酸隙与愤三氧浙化砷献反应灭生成爸氧化膛二甲普砷率，通秆过产衣物的怜恶臭无可以淡鉴别弄乙酸蛋。砌1.扶4胖醋酸童的生跑产方卧法评黄述机1.视4.峰1荒甲醇童羰基豪化盖大部津分乙霜酸是劲通过帖甲基略羰基味化合谨成的废。此栽反应搬中，裕甲醇趣和外一氧出化碳质反应群生成割乙酸贪，方峰程式疼如下惕平CH伸3扑OH育+封悉CO集→李C返H借3值CO林OH昏壳这个塔过程肠是以员碘代及甲烷础为中织间体词，分仗三个动步骤热完成绑，并筐且需寨要一融个一踏般由享多种破金属高构成坚的催貌化剂除（第愤二部轰中）姐吃(1滚)渔CH往3剩OH鉴+乞胃HI抵→纯确CH赵3盆I例+良H光2疼O刊(2谁)恋CH兰3轮I峰+旱CO娱→故C难H阅3质CO瓣I酷(3疗)困CH栽3号CO卸I狸+关H蚀2鼠O孝→枣CH匆3怀CO其OH本+卡H刘I狭通过束控制鱼反应菜条件幼，也赚可以色通过旺同样制的反及应生峡成必乙酸驻酐当。因鞠为一惑氧化拜碳和劣甲醇绿均是骨常用间的化携工原莲料，安所以弄甲基田羰基南化一榨直以粮来备遇受青核睐。梯[桂4胜]植早在恶19霜25鲁年，河英国牢塞拉料尼斯污公司阳的H剧en榜ry悉D息re冤fy不us井已经促开发渗出第淘一个授甲基牙羰基究化制堡乙酸货的试奖点装美置。攻然而番，由举于缺耗少能掉耐高卷压（渣20认0筑at么m锋或更繁高）腹和耐勉腐蚀创的容环器，吃此法底一度素受到船抑制钻。直展到1着96帮3年咏，德邻国冬巴斯定夫艳化学顿公司顾用掌钴筑作催译化剂喘，开堡发出信第一奇个适去合工咬业生挪产的杆办法画。到塔了1查96蓬8年女，以属铑饥为基顿础的傻催化波剂的众(取ci禽s−飞[R效h(片CO静)惨2签I弃2泛]−朱)被敬发现彻，使登得反缠映所具需压龟力减碧到一贝个较锋低的盗水平六并且线几乎著没有爬副产贵物。肚19王70戴年，副美国肆孟山情都版公司队建造宾了首弄个使伟用此丘催化泳剂的所设备跳，此均后，泉铑催宴化甲友基羰曲基化竭制乙臣酸逐毛渐成善为支践配性按的方座法（棍孟山芦都法鞭）。匹[各5够]草90怀年代颂后期宁，椅BP聪化学闯成功锻的将好Ca雕ti播va并催化古法商明业化屑，此套法是膝基于反钌要，使槐用训([貌Ir结(C烦O)付2咽I蜓2敲]−译)它伸比孟离山都丢法更或加绿伏色也趋有更文高的战效率米，很神大程考度上解排挤针了孟槐山都勒法控。场1.辆4.份2氏乙醇市氧化阀法膀由暗乙醇宵在有确催化燃剂移的条贫件下绩和奇氧气厕发生蛙氧化弯反应艘制得洁。断工艺宫陈旧艰,哲生产技规模映小灭,病原料柴和动奸力消林耗高伴,逆应严件格控滩制雨,仔杜绝脚新建度小规觉模生扯产装永置。带1.扎4.酿3隆乙烯辱氧化触法已由乙今烯在纱催化厦剂(影所用顷催化浑剂为除氯化骨钯森:欣Pd峡Cl健2识、酬氯化威铜抄：要Cu友Cl鼠2精和也乙酸尊锰美：(仍CH拔3谣CO牵O)诵2剖Mn秒）存感在的馒条件贪下,兽与氧役气发伪生反榨应生浩成.稍此反捉应可框以看连作先驱将乙太烯氧创化成曾乙醛哥，再规通过足乙醛逃氧化业法制亭得。京乙烯跟法醋隆酸虽纺然比眨乙炔眼法和铅酒精伍法先永进匠,领但与仪低压法甲醇浪羰基荡合成稠法相闭比跃,偏原料恒和动神力消弃耗高筑,期技术尖经济嚼上缺渗乏竞箩争性土,换不宜堆再用乖该技桐术新龟建装根置。愤原有拿装置挪可借睡鉴乙疼烯直军接氧畅化法摆进行庙改造弓。戚1.楼4.桥4浙丁烷厚氧化种法干丁烷棉氧化坝法又我称为岩直接便氧化貌法，壤这是乔用唱丁烷钟为主挤要原维料，挣通过闹空气雀氧化雀而制农得乙棒酸的掏一种料方法壳，也贵是主追要的朽乙酸饶合成淹方法瑞。绵1.肯4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