乙酸乙酯的反应器设计流程45063.docx

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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：乙乙酸；乙乙醇；乙乙酸乙酯酯；合成成工艺；

2、间歇式式反应器器AbstrracttEthyll accetaate is a kkindd off immporrtannt oorgaanicc soolveentss annd bbasiic oorgaanicc chhemiicall raaw mmateeriaals, itts aappllicaatioon iis vveryy brroadd, oour couuntrry ppreppareed uusinng ttradditiionaal mmethhodss thhat aceeticc accid andd etthannol as raww maaterriall

3、, cconccenttratted sullfurric aciid ccataalyzzed dirrectt syynthhesiis oof eethyyl aacettatee. SSo tthrooughh thhe ssociial usee off phhysiicall annd cchemmicaal ppropperttiess off etthyll sttatuus qquo neeeds, annd ccondductt reeseaarchh annd ddeveeloppmennt aat hhomee annd aabrooad as welll aas vv

4、ariiouss asspeccts of ethhyl aceetatte aafteer ccomppariing labboraatorry aand inddusttriaal pprodducttionn syysteem oof llaw, foor tthe conndennsattionn off etthannol andd accetiic aacidd weere synntheesiss off etthyll cuurriicullum dessignn. TThe toppic forr thhe aannuual prooducctioon oof 55,0117

5、 toons annnuall ouutpuut 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 toopic

6、c foor tthe annnuall prroduuctiion of 5,0017 toons annnuall ouutpuut oof eethyyl rreacctorr deesiggn.Key wwordds:Aceeticc accid; Etthannol; Etthyll accetaate; Syynthhesiis pproccesss; BBatcch rreacctorr目 录摘 要Abstrractt第一章 前 言81.1 乙乙酸乙酯酯概述81.1.11 乙酸酸乙酯的的简介81.1.22 乙酸酸乙酯的的用途81.1乙乙酸乙酯酯的产能能和市场场需求91.2.11

7、世界界乙酸乙乙酯的产产能与消消费情况况91.2.22 我国国乙酸乙乙酯的产产能与消消费状况况9第二章 工艺流流程的比比较122.1 本本课题设设计内容容和要求求122.1.11 设计计要求122.1.22 具体体设计内内容122.22 设计计方案的的确定122.2.11反应原原理12第三章 工艺设设计方案案143.1原料料路线确确定的原原则和依依据143.1.11乙醇乙乙酸酯化化法143.1.22乙醛缩缩合法143.1.33乙烯加加成法153.1.44乙醇脱脱氢法15第四章 工艺设设计计算算174.1 设设计依据据174.2设计计方案174.3设计计条件174.4反应应条件174.55工艺计计

8、算及方方案选择择174.5.11反应器器的的操操作有间间歇操作作和连续续操作174.5.22间歇反反应釜进进料184.5.33 流量量的计算算184.5.44 反应应体积及及反应时时间计算算194.6连续续性反应应釜进料料的计算算204.6.11流量的的计算204.6.22反应体体积及反反应时间间计算214.6.33设备和和工艺流流程图23第五章 热量衡衡算245.1热量量衡算总总式245.2每摩摩尔各种种物值在在不同条条件下的的值245.3各种种气象物物质的参参数如下下表255.4每摩摩尔物质质在800下的焓焓值255.5总能能量衡算算265.6 换热设设计275.7 水蒸气气的用量量27第

9、六章 设备设设计与选选型286.1反应应釜体及及夹套的的设计计计算286.1.11 筒体体和封头头的几何何参数的的确定286.1.22 筒体体和封头头的型式式286.1.33筒体和和封头的的直径286.1.44 确定定筒体高高度H286.1.55 夹套套直径、高高度的确确定296.2釜体体及夹套套厚度的的计算296.2.11设备材材料296.3 设设备的壁壁厚计算算296.3.11 釜体体筒体壁壁厚计算算296.33.2 内压设设计计算算296.3.33 外压压设计计计算306.3.44 釜体体封头壁壁厚计算算306.3.55 夹套套筒体壁壁厚设计计计算316.3.66 夹套套封头壁壁厚设计计

10、与选择择316.3.77 反应应釜设计计参数316.4搅拌拌器设计计326.4.11 搅拌拌器的形形式选择择326.4.22 搅拌拌器转速速n：326.4.33 传动动功率PP：326.4.44 电机机功率326.4.55 减速速器的选选择326.4.66 电动动机的选选择326.5搅拌拌轴直径径的设计计计算336.5.11 搅拌轴轴材料：336.5.22 搅拌拌轴强度度计算336.5.33 搅拌拌轴刚度度计算336.6.夹夹套式反反应釜附附属装置置的确定定336.6.22 反反应釜总总重336.77 人孔孔C336.8接管管及其法法兰选择择346.8.11 水蒸蒸气进口口管：346.8.22

11、 冷却却水出口口管：346.8.33 进料料管34第七章 总 结36参考文献37致 谢38第一章 前 言1.1 乙乙酸乙酯酯概述1.1.11 乙酸酸乙酯的的简介乙酸乙酯(EA)，又名名醋酸乙乙酯，英英文名称称：Etthyll accetaate。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。乙乙酸乙酯酯能很好好的溶于于乙醇、氯氯仿、乙乙醚、甘甘油、丙丙二醇、和和大多数数非挥发发性油等等有机溶溶剂中，稍稍溶于水水(255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

12、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)。与与乙醇形形成的共共沸混合合物的沸沸点为771.88。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，其其沸点为为70.2。下表表为乙酸酸乙酯的的一些物物化参数数。表1.1 乙酸乙乙酯的物物化参数数2熔点()-83.66临界温度()250.11折光率（220)1.37008-11.37730临界压力(MPaa)3.83沸点()77.066辛醇/水分分配系数数的 对对数值0.73对

13、密度(水水=1)0.8944-0.8988闪点()7.2相对蒸气密密度(空空气=11)3.04引燃温度()426饱和蒸气压压(kPPa)13.333(277)爆炸上限%(V/V)11.5燃烧热(kkJ/mmol)2244.2爆炸下限%(V/V)2.0室温下的分分子偶极极距6.5555100-3001.1.22 乙酸酸乙酯的的用途乙酸乙酯是是重要的的精细化化工原料料。它是是一种具具有优异异溶解性性能和快快干性能能的溶剂剂，已广广泛应用用于化工工、医药药、纺织织、染料料、橡胶胶、涂料料、油墨墨、胶粘粘剂的生生产中，或或作为原原料、或或作为工工艺溶剂剂、萃取取剂、稀稀释剂等等等；由由于它具具有天然然

14、水果香香味，因因此还可可作为调调香剂组组分，应应用于香香料、食食品工业业中；也也可作为为粘合剂剂用于印印刷油墨墨、人造造珍珠等等的生产产；作为为提取剂剂 用于于医药、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、香香蕉、草草莓等水水果香精精和威士士忌、奶奶油等香香料的原原料。国外乙酸乙乙酯的消消费结构构与我国国有所不不同，美美国和欧欧洲国家家乙酸乙乙酯最大大的应用用领域是是涂料，其其中美国国涂料方方面的消消费量约约占总消消费量的的60%,欧洲洲在涂料料行业的的消费量量约占总总消费量量的500%。日日本主要要应用在在涂料，油油墨方面面，分别别约占总总消费量量的400%和330%。而而

15、我国主主要应用用于涂料料，粘合合剂和制制药领域域3。1.1 乙酸乙酯的的产能和和市场需需求1.2.11 世界界乙酸乙乙酯的产产能与消消费情况况目前乙酸乙乙酯生产产与消费费主要集集中在西西欧，美美国和亚亚洲地区区，其中中亚洲地地区的生生产和消消费又主主要集中中在日本本，中国国及东南南亚国家家4。近年年来，世世界乙酸酸乙酯的的生产能能力不断断增加。220011年全球球乙酸乙乙酯的生生产能力力只有1125.0万吨吨/年,20006年生生产能力力增加到到2222.0万万吨/年年，2000120006年生生产能力力的年均均增长率率高达112.22%。其其中英国国BP化化学公司司是目前前世界上上最大的的乙

16、酸乙乙酯生产产厂家，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%。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，约约占9.01%。表11.2为为国外乙乙酸乙酯酯的生产产情况。在涂料方面面，使得得乙酸乙乙酯涂料料被水性性和高固固含量涂涂料、粉粉末涂料料和双组组分涂料料夺去了了市场额额。虽然然这种变变化还在在继续，但但乙酸乙乙酯市场场仍然保保持持续续增长。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。1.2.22

17、 我国乙乙酸乙酯酯的产能能与消费费状况（1）生产产现状 我国乙酸乙乙酯的生生产始于于20世世纪500年代，近近年来，随随着我国国化学工工业和医医药工业业的快速速发展，乙乙酸乙酯酯的生产产发展很很快。生生产能力力已经从从20001年的的37.0万吨吨/年增增加到220066年的约约90.0万吨吨/年。目目前，我我国乙酸酸乙酯的的生产厂厂家有220多家家，生产产企业主主要集中中在华南南和华东东地区。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，约约占国内内总生产产能力的的22.2%，与与乙酸产产品实现现了上下下游一体体化，产产品竞争争力较强强，800%的乙

18、乙酸乙酯酯用于出出口；其其次是山山东金沂沂蒙集团团公司，生生产能力力为166.0万万吨/年年，约占占国内总总生产能能力的113.33%，主主要原料料乙酸、乙乙醇均能能自给，产产品竞争争能力也也较强。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1.2 国外乙乙酸乙酯酯主要生生产情况况生产厂家地址生产能力(万吨/年)美国塞拉尼尼斯公司司德克萨斯州州潘帕6.0美国伊斯曼曼化学公公司德克萨斯州州朗维尤尤6.1美国Sollutiion公公司马萨诸塞2.5巴西罗地亚亚公司帕利尼涯10.0默西哥塞拉拉尼斯公公司卡格来吉拉拉9.2英国BP化化学工司司赫尔22.0西班牙Erreroos塔拉戈纳6.

19、0瑞典Wweeaskk乙醇化化学公司司多姆斯乔3.5瑞典联合碳碳化物公公司斯德哥尔摩摩3.0日本昭和电电工公司司南阳15.0日本千叶公公司市原4.7日本协和发发酵公司司四日市4.0印度LAXXMI有有机工业业公司马哈德3.5印度JUBBILAANT有有机合成成公司加劳拉尼蜡蜡3.2韩国三星/BP公公司蔚山7.0韩国国际酯酯类公司司蔚山7.5新加坡塞拉拉尼斯公公司裕廊岛6.0印度昭和酯酯类公司司梅拉克6.0南非萨索尔尔公司赛库达5.0随着生产能能力的不不断增加加，我国国乙酸乙乙酯的产产量也不不断增加加5。20001年年我国乙乙酸乙酯酯的产量量只有117.99万吨，220066年进一一步增加加到6

20、33.0万万吨，比比20005年增增长约222.119%，22001120006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，我我国乙酸酸乙酯生生产能力力达到约约1500.0万万吨/年年。表1.3 国内乙乙酸乙酯酯主要生生产情况况 66企业名称产能 (万万吨/年年)江苏索普集集团20.0山东金沂蒙蒙集团公公司18.0广东江门谦谦信化工工发展公公司10.0广东顺德冠冠集团公公司气体体溶剂有有限公司司10.0上海吴泾化化工有限限公司20.0扬子江乙酰酰化工有有限公司司10.0江西南昌赣赣江溶剂剂厂8.0广东顺德集集团公司司4.5天津冠达集集团公司司3.5上海石油

21、化化工公司司 2.1上海试剂有有限公司司2.0成都有机化化工厂2.0浙江建德建建业有机机化工有有限公司司1.2江苏三木集集团公司司1.0山东海化股股份有限限公司10.0（2）消费费现状、进进出口情情况及发发展前景景7随着生产能能力的不不断增加加，我国国乙酸乙乙酯的产产量也不不断增加加。20008年年尽管受受到金融融危机的的影响，但但是由于于20007年新新增的产产能发挥挥作用，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1.4 国内近近年来乙乙酸乙酯酯的供需需关系（单单位：万万吨/年年）年份产量进口量出口量表观消费量量

22、200230.74.581.0934.199200334.24.271.1937.288200441.83.462.0743.199200547.34.641.8850.066200663.00.9610.94453.022200771.00.7613.70058.066200895.00.1118.39976.7222009(1-66月)0.038.73另外，随着着乙酸乙乙酯新用用途的不不断开发发，将会会使乙酸酸乙酯在在其他方方面用量量的比例例也有一一定的增增加。第二章 工艺流流程的比较2.1 本本课题设设计内容容和要求求2.1.11 设计计要求乙酸乙酯是是一种重重要的基基本有机机化工原原料

23、，其其生产方方法有直直接酯化化法和间间接酯化化法。该该产品在在酯化工工艺中为为最基础础、也是是最重要要的酯化化产品。研研究并设设计其生生产工艺艺具有很很重要的的意义。2.1.22 具体体设计内内容 （11）查阅阅文献，了了解该产产品的性性质、性性能、合合成、应应用等。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）根据据原料、产产品和生生产规模模，绘制制工艺流流程草图图，进行行物料衡衡算和热热量衡算算(物料料平衡图图、原料料消耗、能能量消耗耗综合表表)；（3）进行行主体设设备和辅辅助设备备的工艺艺计算与

24、与设备选选型，并并列出设设备一览览表；（4）绘制制主体设设备图；（5）绘制制带控制制点的工工艺流程程图；（6）进行行生产车车间布置置设计(生产车车间平面面布置图图和立面面布置图图)；（7）进行行技术分分析、经经济效益益分析、安安全评价价与环保保评价。2.2 设设计方案案的确定定目前在世界界范围内内，上述述四种工工艺都已已经投入入运行，但但在国内内投入运运行的只只有酯化化法、乙乙醛缩合合法、乙乙醇脱氢氢法，乙乙酸/乙乙烯加成成法在国国内还不不够成熟熟。酯化化法中新新研究出出的催化化剂造价价过高，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

25、酯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。2.2.11反应原原理乙醛缩合法法制乙酸酸乙酯可可分为三三个阶段段：催化化剂的制制备、乙乙醛的缩缩合反应应、催化化剂的脱脱除和精精馏提纯纯。（1）乙醛醛的缩合合反应反应在两个个串联的的反应器器中进行行，第一一个是釜釜式的反反应器，第第二个也也是采用用釜式的的反应器器。反应应方程式式为：这样做的好好处是，在在第一个个反应器器之中，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，相相对于管管式的来来说，温温度易于于控制，虽虽然转化化率情况况有所降降低，但但反应的的可控性性、安全全性提

26、高高；第二二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。 图图2.22 缩合合工序的的流程简简图（2）催化化剂的脱脱除我们通过加加水的方方法破坏坏掉催化化剂，然然后经过过蒸发器器将粗乙乙酸乙酯酯蒸出，氢氢氧化铝铝残液从从下面排排除，残残液再经经过一个个分离器器进一步步分离出出氢氧化化铝，液液体部分分可以再再返回蒸蒸发器。图2.3 蒸发工工序流程程简图（3）精馏馏提纯可以采用三三塔的模模式，三三塔均是是常压操操作，一一塔脱乙乙醛；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，塔塔上得到到产品

27、，塔塔下出重重组分。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，产产出乙缩缩醛，做做到了副副产品的的有效利利用。第三章 工艺设设计方案案3.1原料料路线确确定的原原则和依依据乙酸乙酯的的合成路路线主要要有四种种，即乙乙醇乙酸酸酯化法法（其中中包括了了乙酸乙乙醇直接接酯化法法和反应应精馏法法），乙乙醛缩合合法，乙乙醇脱氢氢法，乙乙烯和乙乙酸直接接加成法法。应当当说，乙乙醇乙酸酸酯化法法在乙酸酸乙酯的的合成中中依然占占有相当当大的比比例，尤尤其是在在美国等等国家，在在国内多多数企业业也依然然采用乙乙酸酯化化法；德德国、日日本等国国有多套

28、套乙醛直直接缩合合生成乙乙酸乙酯酯的装置置；乙醇醇脱氢法法与乙烯烯和乙酸酸直接加加成法在在其中所所占的比比例较小小，技术术有待成成熟。下下面简单单介绍四四种方法法的优势势与缺陷陷9。3.1.11乙醇乙乙酸酯化化法反应式：乙醇乙酸酯酯化法由由乙酸和和乙醇在在硫酸等等催化剂剂作用下下直接酯酯化成乙乙酸乙酯酯，常用用的工艺艺是用浓浓硫酸作作催化剂剂的均相相催化反反应精馏馏，该工工艺是目目前国内内广泛采采用的生生产工艺艺，浓硫硫酸有酸酸性强、吸吸水性强强、性能能稳定、价价廉等优优点，而而且溶于于反应物物料中，是是均相催催化反应应，反应应均匀，因因而在全全塔内都都能进行行催化反反应11。催化化作用不不受

29、塔内内温度限限制，反反应机理理清楚，容容易实现现最优控控制，这这些优点点可以使使反应精精馏生产产装置大大型化。用用浓硫酸酸作催化化剂，也也有其不不可克服服的缺点点，即硫硫酸严重重腐蚀设设备，其其强氧化化性引起起磺化、碳碳化或聚聚合等副副反应，产产品纯度度低，后后处理进进程复杂杂，三废废量大。另另一种酯酯化的工工艺是催催化精馏馏法，它它采用固固体酸作作催化剂剂，属非非均相反反应精馏馏。在酯酯化合成成方面，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、金金属硫酸酸盐、固固体超强强酸等，具具有产物物纯度高高，反应应选择性性强，酯酯收率高高，反应应条件温温和，副副产物较较少等优优点

30、。但但若简单单地将固固体酸催催化剂于于反应中中取代硫硫酸，催催化剂在在反应液液中很快快失去活活性。催催化精馏馏法不容容易实现现工业化化和大型型化的困困难，在在于催化化精馏属属非均相相催化反反应精馏馏过程，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。3.1.22乙醛缩缩合法反应式：乙醛缩合法法是由两两分子乙乙醛经TTishhcheenkoo反应缩缩合成一一分子乙乙酸乙酯酯，催化化剂为乙乙醇铝、氯氯化铝及及氯化锌锌等，反反应温度度为010ooC。其其生产工工艺是将将乙醛、乙乙醇铝催催化剂及及助催化化剂连续续送入反反应

31、器，反反应液经经蒸发浓浓缩后，再再经三塔塔精馏，获获得纯度度99.8%以以上的乙乙酸乙酯酯产品。乙乙醛缩合合法优点点在于反反应是在在常压低低温下进进行，转转化率和和收率高高，对设设备要求求不高，生生产成本本较酯化化法低；缺点是是受原料料来源限限制，仅仅适宜于于乙醛资资源丰富富的地区区，催化化剂乙醇醇铝无法法回收，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。乙醛缩合法法在欧洲洲和日本本是生产产乙酸乙乙酯的主主流生产产方法，在在我国工工业性生生产厂很很少。乙乙醛贮存存运输不不方便，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。

32、在在冰醋酸酸价格高高的地方方，该法法有很强强的竞争争优势。该该法在国国外已经经大型化化，在国国内尚有有催化剂剂和工程程上的问问题没解解决，有有待突破破。该法法的产品品只能用用于化工工原料，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。3.1.33乙烯加加成法反应式：随着化学化化工产业业的迅速速发展，炼炼油技术术的不断断提高，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，原原料利用用合理，来来源广泛泛，价格格低廉，生生产成本本较低，且且对合成成乙酸乙乙酯具有有较高的的产率与与选择性性，既是是一种原原子经济济型反

33、应应，又是是一种环环境友好好型反应应。缺点点是此催催化体系系对设备备腐蚀严严重，投投资成本本高。该该工艺采采用的催催化剂主主要有液液体无机机酸和有有机磺酸酸类、分分子筛类类和杂多多酸类催催化剂。同同时该工工艺依赖赖于石化化工业，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，造造成该工工艺的劣劣势更加加凸现，在在中国这这样自身身石油储储量及产产量不高高需要大大量进口口石油的的国家，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。3.1.44乙醇脱脱氢法反应式：以乙醇为原原料生产产乙酸乙乙酯，传传统工

34、艺艺必须经经过乙醇醇氧化脱脱氢为乙乙醛、乙乙醛氧化化成乙酸酸、乙酸酸与乙醇醇酯化33个工段段才能完完成。乙乙醇脱氢氢法则只只用乙醇醇一种原原料，经经过单一一催化剂剂脱氢后后直接得得到乙酸酸乙酯，因因此，这这种方法法也简称称一步法法，以区区别于传传统的三三工段工工艺。乙乙醇脱氢氢法总反反应实际际上也是是经过33个步骤骤完成的的。具体体的反应应机理有有两种，一一种是“脱脱氢歧化化酯化”机机理，另另一种是是“半缩缩醛”机机理，即即三个步步骤分别别为乙醇醇脱氢为为乙醛、乙乙醇与乙乙醛反应应生成半半缩醛、半半缩醛脱脱氢为乙乙酸乙酯酯16。20世纪990年代代初清华华大学化化学系首首先对此此工艺进进行研究

35、究，开发发出催化化剂Cuu/ZnnO/AAl2O3/ZrrO2，并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，目目前还在在进行工工业试验验，取得得了不小小的进展展。英国国Kvaaernner工工程公司司于200世纪990年代代研究乙乙醇脱氢氢法生产产乙酸乙乙酯，同同时已经经在南非非建成第第一家工工业化生生产工厂厂。该工艺的关关键问题题在于催催化剂，根根据反应应历程，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，单单程转化化率只能能控制

36、在在60%700%。该该工艺反反应工段段，但分分离设备备较多，流流程较复复杂，主主要的副副产物必必须分离离。脱氢法反应应特点是是：反应应温和，各各种反应应条件变变化弹性性很大，工工艺简单单，容易易操作。脱氢法优点点：（1）生产产成本低低，在没没有甲醇醇法乙酸酸生产的的地区，价价格优势势很大；（2）每吨吨乙酯副副产氢气气5099m3，适适用于氢氢气有用用场合；（3）基本本无腐蚀蚀和三废废排放，副副产物可可用于生生产无苯苯提案那那水溶剂剂（香蕉蕉水）。脱氢法缺点点：（1）产品品质量不不如酯化化法，虽虽然可以以达到国国标，但但若丁酮酮等杂质质难以得得到完全全分离，就就不宜用用于食品品和酒增增香等行行

37、业；（2）催化化剂在使使用前需需要还原原，停车车后须用用氮气保保护避免免氧化，因因此只适适用于大大规模连连续生产产，经济济规模在在50000t/a以上上；（3）技术术较复杂杂，尚未未成熟。表1.5四四种工艺艺对比表表工艺方法优点缺点酯化法浓硫酸有酸酸性强、吸吸水性强强、性能能稳定、价价廉等优优点，而而且溶于于反应物物料中，是是均相催催化反应应，反应应均匀，因因而在全全塔内都都能进行行催化反反应。催催化作用用不受塔塔内温度度限制，反反应机理理清楚，容容易实现现最优控控制设备腐蚀性性大，浓浓硫酸易易引起磺磺化、炭炭化和聚聚合等的的副反应应，产品品纯度低低，后处处理过程程复杂，三三废量大大乙醛缩合法

38、法反应条件温温和、原原料消耗耗少、工工艺简单单、设备备腐蚀小小，国外外工艺成成熟，国国内也取取得重大大进展必须在乙醛醛的来源源广泛区区，催化化剂处理理上存在在一定污污染乙醇脱氢法法原料利用上上也较为为的经济济，可以以副产氢氢气，没没有腐蚀蚀性催化剂选择择性较差差，分离离工段塔塔多，因因而能耗耗比传统统工艺还还高，工工艺不成成熟乙烯乙酸加加成法反应有较高高的选择择性和转转化率适合乙烯来来源广的的地区，乙乙烯价格格上涨后后，不利利，工艺艺不成熟熟第四章 工艺设设计计算算4.1 设设计依据据11级制药药工程制制药反应应工程课课程设计计任务书书4.2设计计方案对于乙酸乙乙酯的生生产既可可以采用用间歇式

39、式生产，也也可以采采用连续续式生产产。本次次设计将将根据自自己的生生产规模模计算，对对设计方方案进行行比较，得得出合理理的工艺艺设计流流程。4.3设计计条件生生产规模模：50017吨吨/年生生产时间间：间歇歇生产660000小时/年，连连续生产产80000小时时/年,物物料消耗耗：按55%计算算乙乙酸的转转变化率率：577%4.4反应应条件反应在等温温下进行行，反应应温度为为80，以少少量浓硫硫酸为催催化剂，硫硫酸量为为总物料料量的11%，当当乙醇过过量时，其其动力学学方程为为： 。AA为乙酸酸，建议议采用配配比为乙乙酸：乙乙醇=11：5（摩摩尔比），反反应物料料密度为为，反应应速度常常数k为

40、为。4.5工艺艺计算及及方案选选择4.5.11反应器器的的操操作有间间歇操作作和连续续操作反应器的设设计基于于“三传一一反”。“三传”指质量量、热量量和动量量传递，其其质量平平衡，热热量平衡衡和动量量平衡可可以分别别表述如如下：1) 质量平衡2) 热量平衡3) 动量平衡4.5.22间歇反反应釜进进料间歇反应釜釜操作期期间没有有任何物物料流入入或流出出，假定定反应釜釜内部物物料混合合均匀，各各物质浓浓度、温温度不随随空间位位置而变变，根据据质量守守恒，对对反应物物进行衡衡算：年产量为间间歇生产产60000小时时/年，224小时时生产制制，一年年2500个工作作日。4.5.33 流量量的计算算1）

41、乙酸乙乙酯的产产量化学反应方方程式：乙酸乙酯的的相对分分子质量量为888，所以以要求的的生产流流量为2）乙酸的的流量乙酸采用工工业二级级品（含含量988%），乙乙酸与乙乙酸乙酯酯的物质质的量比比为1:1，乙乙酸的转转化率xx=0.57,物料损损失以55%计， 则乙酸酸的进料料量（即即为）3）乙醇的的流量乙醇与乙酸酸的摩尔尔配比为为5：1，则乙乙醇的进进料量为为总物料量流流量：4） 硫酸的流量量总物料的质质量流量量如下计计算，因硫酸为总总流量的的1%，则则即可算其物物质的量量流量表3-5-1 物料进进料量表表 名称乙酸乙醇浓硫酸流量17.989.50.534.5.44 反应应体积及及反应时时间计

42、算算当乙醇过量量时，可可视为对对乙酸浓浓度为二二级的反反应，其其反应速速率方程程（A为乙酸酸）当反应温度度为800，催化化剂为硫硫酸时，反反应速率率常数因为乙醇大大大过量量，反应应混合物物密度视视为恒定定，等于于0.885kgg/L,则乙酸酸的初始始浓度为为：当乙酸转化化率x=0.557，由由间歇釜釜反应有有：根据经验取取非生产产时间，则则反应体体积因装料系数数为0.75，故故实际体体积要求每釜体体积小于于5m33则间歇釜需需2个，每每釜体积积V=44.288 m33圆整，取取实际体体积。4.6连续续性反应应釜进料料的计算算输入的量=输出的的量+反应消消耗的量量+累积量量图4-6-1 连续流流

43、动釜式式反应器器示意图图特点：反应器有效效容积中中任意一一点处的的组成、温温度等状状态完全全相同。出口物料的的各种状状态与反反应釜中中相应的的状态相相同4.6.11流量的的计算乙酸乙酯的的相对分分子质量量为888，所以以要求的的生产流流量为2）乙酸的的流量乙酸采用工工业二级级品（含含量988%），乙乙酸与乙乙酸乙酯酯的物质质的量比比为1:1，乙乙酸的转转化率xx=0.57,物料损损失以55%计， 则乙酸酸的进料料量（即即为）3）乙醇的的流量乙醇与乙酸酸的摩尔尔配比为为5：1，则乙乙醇的进进料量为为总物料量流流量：5） 硫酸的流量量总物料的质质量流量量如下计计算，因硫酸为总总流量的的1%，则则即

44、可算其物物质的量量流量名称乙酸乙醇浓硫酸流量13.467.10.40表4-6-1 物料进进料量表表 .4.6.22反应体体积及反反应时间间计算当乙醇过量量时，可可视为对对乙酸浓浓度为二二级的反反应，其其反应速速率方程程（A为为乙酸）当反应温度度为800，催化化剂为硫硫酸时，反反应速率率常数kk=155因为乙醇大大大过量量，反应应混合物物密度视视为恒定定，等于于0.885。因因硫酸少少量，忽忽略其影影响，乙酸的初始始浓度：乙醇的初始始浓度：对于连续式式生产1）若采用用两釜串串联，系系统为定定态流动动，且对对恒容系系统，不不变，不不变2）若采用用两釜等等温操作作，则代数解得 所以 装料系数为为0.775，故故实际体体积V=1.7770.75=2.336。故采用一条条的生产产线生产产即可，即即两釜串串联，反反应器的的体积VV5，反应时间：连续性性反应时时间 4.6.33设备和和工艺流流程图经上述计算算可知,间歇釜釜进料需需要4.5m3反应釜釜2个,而连续续性进料料需1个个4m3反应釜釜。根据据间歇性性和连续续性反应应特征比比较，间间歇进料料需2条条生产线线，连续续性需11条生产产线。虽虽然，间间歇生产产的检测测控制等等装备就就比连续续性生产产成本高高，所耗耗费的人人力物力力大于连连续生产产，但该该课题年年产量少少，选择择间歇生生产比连连续生产产要优越越许