11万吨年乙酸乙烯酯装置工艺设计初步设计说明书.docx

《11万吨年乙酸乙烯酯装置工艺设计初步设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《11万吨年乙酸乙烯酯装置工艺设计初步设计说明书.docx（109页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、11万吨/年乙酸乙烯酯装置工艺设计目录第1章 总论31.1 项目概况31.2 设计依据31.3 设计原则31.3.1 反应器设计原则31.3.2 塔设备设计原则31.4 建设规模及产品方案31.5 建设规模及产品方案31.5.1产品及其规格31.5.2 建设规模31.5.3 产品方案31.6 厂址选择31.7 能量利用及环境保护31.7.1 节能措施31.7.2 主要污染物31.7.3 环保措施31.8 存在问题及建议3参考文献3第2章 工艺流程设计32.1 生产方案选择32.1.1 产品性质及规格标准32.1.2 原料路线确定原则和依据32.1.3 工艺技术方案比较和选择依据32.1.4 操

2、作条件的确定32.2 工艺流程设计32.2.1 反应原理32.2.2 装置工艺原则流程图32.2.3 工艺流程简述3参考文献3第3章 物料衡算33.1 物料衡算及全流程模拟概述33.2 主要设备的物料衡算33.2.1 反应器R0101的物料衡算33.2.2脱氧罐V0201的物料衡算33.2.3脱乙酸塔T0201的物料衡算33.2.4脱水塔T0301的物料衡算33.2.5乙酸乙烯酯精制塔T0401的物料衡算33.3全装置的物料衡算33.4 操作条件汇总33.5 全装置工艺物料平衡图设计及绘制（PID绘制详见附录）33.6 物料衡算结果及小结3参考文献3第4章 热量衡算34.1 热量衡算概述34.

3、2 主要设备的热量衡算34.2.1 反应器R0101能量衡算34.2.2 脱氧罐V0201能量衡算34.2.3 脱乙酸塔T0201能量衡算34.2.4脱水塔T0301能量衡算34.2.5乙酸乙烯酯精制塔T0401能量衡算34.2.6压缩机C0101能量衡算34.3 全装置的能量衡算34.4 热量合理利用方案及换热网络优化34.5 各换热器热负荷及介质用量汇总34.6 全装置热量平衡图设计及绘制（附图1-2）34.7 热量衡算汇总及小结3参考文献3第5章 设备选型35.1 设备工艺设计概述35.2 反应器的设计35.2.1 概述35.2.2 主体设备的设计35.3 精馏塔的设计35.3.1 概述

4、35.3.3乙酸乙烯酯精制塔的设计35.3.4主要工艺尺寸的设计35.3.4 塔高的计算35.3.5塔附属设备的设计35.3.6乙酸乙烯酯精制精馏塔接管的设计35.4 脱水塔（T0301）计算和校核35.4.1精馏塔设计35.4.2脱水塔塔的校核35.4.3精馏塔塔高的计算35.5 换热器的计算及选型35.5.1概述35.5.2原料气冷却器（E0102）的计算及选型35.5.3乙酸乙烯塔塔顶冷凝器（E0401）的计算及选型35.5.4脱乙酸塔塔底再沸器（E0201）的计算及选型35.5.5产品冷却器（E0103）的计算及选型35.6 机泵的计算及设计35.6.1加压泵（P0204）设计35.6

5、.2粗产品加压泵（P0306）设计35.7容器的设计35.7.1 脱氧罐（V0201）的设计35.7.2脱乙酸塔回流罐（V0202）设计35.7.3乙酸乙烯酯储料罐（V0501）设计3参考文献3第6章 原材料、动力消耗定额及消耗量3第7章 自动控制37.1 典型设备自控方案概述37.2 反应器的自控37.3 精馏塔的自控37.3.1 精馏塔塔顶部分控制方案37.3.2 精馏塔塔底部分控制方案37.4 换热器的自控37.5 容器的自控37.6 机泵的自控37.7 全装置PID设计及绘制（见附录附图1-6）3参考文献3第8章 车间及设备布置依据38.1 设计依据38.2 设计范围38.3 车间平面

6、布置方案38.4 车间平面布置图的设计及绘制(见附录附图11)38.5 设备布置原则38.6 典型设备布置方案38.6.1 塔设备的布置38.6.2 换热器的布置38.6.3 泵的布置38.6.4 罐的布置38.6.5 反应器的布置38.7 设备平立面布置图设计及绘制（见附录10-13）3参考文献3第9章 管道布置设计39.1 管道布置设计依据39.2 管道布置设计范围39.3 管道布置原则39.4 管道布置方案39.4.1 容器的管道布置39.4.2 换热器的管道布置39.5 管道布置图平立面设计及绘制（附图15-16）3参考文献3第10章 设计总结310.1 本次设计的总结310.2 本次

7、设计的缺陷310.3 对教学的意见和建议3附录3附图1 11万吨/年乙酸乙烯酯装置原则流程图（A05-01）3附图2 11万吨/年乙酸乙烯酯装置PFD图(B05-1)3附图3 11万吨/年乙酸乙烯酯装置PFD图(B05-2)3附图4 11万吨/年乙酸乙烯酯装置PID图(C05-1)3附图5 11万吨/年乙酸乙烯酯装置PID图(C05-2)3附图6 11万吨/年乙酸乙烯酯装置PID图(C05-3)3附图7 11万吨/年乙酸乙烯酯装置PID图(C05-4)3附图8 11万吨/年乙酸乙烯酯装置PID图(C05-5)3附图9 11万吨/年乙酸乙烯酯装置PID图(C05-6)3附图10 11万吨/年乙酸

8、乙烯酯装置设备平面图(D05-1)3附图11 11万吨/年乙酸乙烯酯装置设备平面图(D05-2)3附图12 11万吨/年乙酸乙烯酯装置设备立面图(D05-3)3附图13 11万吨/年乙酸乙烯酯装置设备立面图(D05-4)3附图14 11万吨/年乙酸乙烯酯装置车间平面图(E05-2)3附图15 11万吨/年乙酸乙烯酯装置管道平立面图(F05-1)3附图16 11万吨/年乙酸乙烯酯装置管道平立面图(F05-2)3参考文献3毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢

9、的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性

10、声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文

11、按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设

12、计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文

13、（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（

14、设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日第1章 总论1.1 项目概况醋酸乙烯是一种重要的有机化工中

15、间体，主要原料为工业冰醋酸和电石，是世界产量最大50种化工原料之一。广泛应用于纤维、粘接剂、涂料、乳化剂、纺织品上浆及整理剂、制鞋、薄膜、安全玻璃、水溶性膜、土壤改良剂等方面；还用于建筑、机械、汽车、造纸、包装、纺织、印染、卷烟、家具、印刷等行业。随着科学技术的进步，新的应用领域还在不断拓展尽管国内醋酸乙烯产业近几年发展虽然较快，但随着对其应用领域的不断开拓以及国家经济发展速度的加快，使醋酸乙烯的需求量逐年上升，市场供需矛盾仍然存在，每年仍有较大的进口量。2004年全国产能已达97万吨，生产装置约15套，每年仍需10万吨以上的进口量，且仍不能满足国内的需要，国内的需求量每年以5%的速度增长，2

16、010年消费量达到142万吨，仍然存在一定的市场缺口。加之下游用途越来越广泛，市场需求量继续扩大。目前，世界醋酸乙烯生产能力为485万吨/年，2002年产量为408万吨。预计到2010年，世界醋酸乙烯需求量将达到650万吨。目前我国现有醋酸乙烯生产厂16家，生产能力为106万吨/年，产量为96万吨。我国自1965年北京有机化工厂从日本引进电石乙炔法生产醋酸乙烯技术以来,依靠自己的力量先后建设了10套万吨级维纶厂。1972年上海石油化工二厂又引进了乙烯法醋酸乙烯装置,1977年四川维尼纶厂引进天然气乙炔法醋酸乙烯装置,13 套装置原设计能力为376kt/a醋酸乙烯,全是为维纶纤维配套。近几年,由

17、于醋酸乙烯需求量大幅上升,各厂都将原有生产装置进行改扩建扩能,但醋酸乙烯在我国缺口仍然很大。国内醋酸乙烯价格基本在左右,但各地区差异较大 。我国有醋酸乙烯生产装置16套,其中乙烯法仅有2套,年产22万吨,占总生产能力的25.161%;天然气乙炔法一套,年产12万t,占13.197%;电石乙炔工艺12套,年产51.190万吨,占总生产能力的60.142%。由于我国醋酸乙烯装置大部分建成于20 世纪60年代和70 年代,其技术水平仅相当于国外20世纪70年代初水平,虽然近年努力改造,醋酸乙烯产量有所增长,但仍落后于世界先进水平。其次我国醋酸乙烯装置规模偏小,国外一般都在10万t/a以上,加拿大19

18、85年己建成了36万t/ a 的装置,差距很大。1.2 设计依据（1）化工工程设计相关规定。 （2）国家经济、建筑、环保等相关政策。（3）本章内容主要包括厂址概况，总平面布置，竖向设计，工厂运输等，设计依据如下： 化工企业总图管理规定 原化工部文件化工企业总图运输设计规范 GB50489-2009 建筑设计防火规范 GB50016-87(2006)厂矿道路设计规范 GBJ2287 工业企业总平面设计规范 GB5018793 压缩机厂房建筑设计规定 HG/T2067389 化工管道设计规范 HG/T2069587 化工设备管道外防腐设计规定 HG/T2067990 化工工厂总图运输施工设计文件编

19、制深度规定 HG/T20561941.3 设计原则以节能减排为目标，减少尾气、污水等对环境的污染，并尽可能优化流程，减少设备和管道的使用，减少投资。采用最合适的设备类型，提高产品的收率和纯度，增大经济效益。1.3.1 反应器设计原则 （1）具有适宜的流体力学条件，流动性能好，有利于热量传递和质量传递； （2）合理的结构，能有效的加速反应和水的脱除； （3）保证压力和温度符合操作条件； （4）操作稳定，调节方便，能适应各种操作条件的变化。 1.3.2 塔设备设计原则 （1）具有适宜的流体力学条件，达到气液两相的良好接触； （2）结构简单，处理能力大，压降低； （3）强化质量传递和能量传递。1.4

20、 建设规模及产品方案化工厂设计是一种创造性的活动，它包括工艺设计和非工艺设计。工艺设计是化工厂设计的核心，决定了整个化工设计的概貌。非工艺设计时以工艺设计为依据，按照各专业的要求进行的设计，它包括总图运输、公用工程、土建、仪表及其控制等。具体设计内容如下：1.查阅文献，完成设计课题的文献综述； 2.对ASPEN PLUS模拟作业的计算结果进行分析说明，有条件的话继续优化； 3.对主要设备及全装置的物料衡算和热量衡算（包括热负荷及传热剂用量的计算）结果进行总结整理，列出物料平衡表、热量平衡表等表格； 4.绘制工艺原则流程图、PFD； 5.对主要设备进行工艺计算与选型，列出各类设备规格表及设备一览

21、表； 6.确定自控方案，绘制工艺管道及仪表流程图（PID）； 7.进行车间及设备布置设计，绘制车间平面布置图及设备平、立面布置图； 8.进行管道布置设计，绘制部分管道平、立面布置图； 9.设计总结，编写初步设计说明书。1.5 建设规模及产品方案1.5.1产品及其规格表1-1 产品及规格表成分质量分率%乙酸乙烯酯99.8年操作时间：333天（8000小时）/年；原料：二氧化碳，氧气，乙酸， 乙烯；主产品：乙酸乙烯酯。 1.5.2 建设规模生产规模：11万吨/年乙酸乙烯酯整套生产装置，包括厂前区、生产区和生产辅助区。公用工程：（1）热剂用蒸汽：根据生产需要选用不同压力级别的蒸汽。（2）冷剂用循环冷

22、却水：上水温度可取25。1.5.3 产品方案 聚乙烯醇自20 世纪60 年代实现大规模工业化生产以来，都是由醋酸乙烯经聚合成聚醋酸乙烯再醇解而制得的。本设计工艺是石油乙烯法。以石油裂解联产的乙烯为原料，采用多管型固定床反应器气相氧化合成醋酸乙烯的拜耳乙烯法，是由德国拜耳公司开发成功，日本可乐丽公司首先实现工业化生产。目前，国内的上海石化和北京有机化工厂采用了拜耳乙烯法合成醋酸乙烯原料路线。主要反应方程式为： C2H4 + CH3COOH+ 0.5O2C2H3OOCCH3 +H2O H=-146KJ/mol副反应：C2H4 + 3O22CO2 + 2H2O H=-1340KJ/mol主要副产物使

23、CO2，其它副产物很少。由于反应放热，少量的CO2存在，有利于反应的排出，同时可抑制乙烯的氧化深度，故生成的CO2留在循环气中不断的循环。但不断循环后CO2将逐步积累，使其含量过高。所以工艺上必须连续抽取部分循环气，经脱除CO2后再循环回反应器使用，以防止CO2在循环气中积累过高。1.6 厂址选择 厂址条件选择是项目建设条件分析的核心内容，不仅关系到工业布局的落实、投资的地区分配、经济结构、生态平衡等具有全局性、长远性的重要问题，还将直接或间接地决定着项目投产后的生产经营和经济效益。厂址的选择一般遵循以下原则：（1） 厂址的地区布局应符合区域经济发展规划、国土开发管理的相关规定；（2） 厂区的

24、自然条件要符合建设要求；（3） 厂址选择应按照指向原理，根据材料、市场、能源、技术、劳动力等生产要素的限度区位来综合分析确定；（4） 厂址选择要考虑交通运输和通讯设施条件；（5） 便于利用现有生活福利社设施、卫生医疗设施、文化教育和商业网点等设施；（6） 要注意保护环境和生态平衡。乙酸乙烯酯对眼睛、皮肤、粘膜和上呼吸道有刺激性。长时间接触有麻醉作用，微溶于水，溶于醇、醇、丙酮、苯、氯仿。乙酸乙烯酯易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂能发生强烈反应。极易受热、光或微量的过氧化物作用而聚合，含有抑制剂的商品与过氧化物接触也能猛烈聚合。其蒸气比空气重，能在较低处

25、扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃。因此甲醇生产厂址远离居民区的郊区，并且选择在下风口和河流的下游，以防使居民中毒，危害居民的身体健康。交通运输要方便，这样原料供应便捷，节省运输费用。1.7 能量利用及环境保护1.7.1 节能措施（1）本项目工艺设计中充分选用了国内外现有的先进技术和工艺，同时采取相应措施使能量得到了充分利用。此外，气化、合成等化学反应过程都要放出大量的热，从各个热量等级分级利用余热进行原料预热。重复利用冷凝水，减少热损失成为节能的主要任务。按不同的保温要求，选用保温性能好的材料。（2）采用部分补充水软化措施提高浓缩倍数。将通过离子交换树脂去除硬度的软化水，与新鲜水配比补入循

26、环水系统，浓缩倍数提高，大大地降低了循环水补水量、排污量、药剂消耗量，提高了水的重复利用率。（3）加快高效水稳剂的研制及应用。针对不同水质、不同工艺运行条件，采用耐高钙硬度、高碱度、高含盐量、高有机物的水稳剂和高效杀菌剂，为降低循环冷却水的消耗提供了强有力的技术支持。（4）项目设计时选用低损耗节能型变压器、电动机，工艺选用Y型节能电动机，主厂房照明采用高效长寿命气体放电灯，二次回路控制设备采用节能型元件，对负荷变动大的风机、水泵应尽量采用变频控制，将变电所布置靠近用电负荷的中心。（5）凡用热、用冷设备及其管道，全部采用新型保温材料，精心设计、施工。（6）加强生产管理，减少原材料和动力消耗。1.

27、7.2 主要污染物本项目涉及到的主要污染源及主要污染物见表1-2： 表1-2 主要污染物汇总表序号污染源名称组成温度，压力，kpa状态备注1工艺废水H2O451.1液态处理后循环使用2催化剂催化剂反应温度-粉尘送回厂家再生3加热炉排放烟气CO2、N2等601.2气体送烟气处理4生活污水H2O常温常压液体送城市污水管网5压缩机、泵噪声-相应的防护措施1.7.3 环保措施1.7.3.1废气 （1）精馏塔顶含乙酸、二氧化碳等不凝气体送总厂分离处置，其后续环保措施依托总厂设施，由于此塔为加压工况，不存在其它废气逸散污染； （2）对非正常工况如检修期间的吹扫废气最终均集中汇集至总厂废气净化系统； （3）

28、对于物料泄漏及火灾、爆炸等突发性事故下的废气污染应急处理措施，则严格按照突发性污染应急预案及时安全处置。正常生产期间，主要的排放气来精馏塔塔顶放出的乙酸以及工厂管道的泄露。乙酸送至总厂处理，对于管道泄漏，治理措施在于预防为主，对设备定期的检修。总体上来看，本厂的废气排放极少。1.7.3.2废水 （1）本项目正常工况下不产生工艺废水； （2）初期雨水：罐区和装置区的初期雨水通过相应区域的围堰和收集闸门收集至装置和罐区附近建设的收集池收集后泵送总厂废水处理站处理； （3）检修期间设施清洗废水则同样依托初期雨水收集池汇集； （4）本项目建设同时将建设应急废水池，具体池容及相关要求将根据项目环境影响评

29、价文件及批复要求实施，突发性事故时的消防废水则汇集至该池，最终通过泵送总厂污水处理设施达标处理。 1.7.3.3废渣 本项目基本无釜残发生，失效的废催化剂则经厂内安全暂存设施暂存，暂存库的建设严格执行环评及批复要求，暂存措施满足危险废物贮存污染控制标准（GB18597-2001），转移处置严格执行相应的法律法规及控制标准 1.7.3.4噪声控制 具体声环境保护对策措施有： （1）设计时，在设备选型方面要考虑选用低噪声的设备。 （2）噪声较大的压缩机，风机等设备的进出口配有消音器。 （3）工艺装置、压力气体的放空选用适用于该种气体特性的放空消音器. （4）管道设计与调节阀的选型考虑防止振动和噪声

30、，避免截面突变；管道与强烈振动的设备连接处选用柔性接头；对辐射强、有噪声的管道，应采取隔声，消声措施。详见安全专篇中的噪音控制设计。1.7.3.5 车间绿化 植物具有美化环境，吸收二氧化碳和有毒气体，吸收和屏蔽噪音的作用；植物微妙而准确地反映着我们周围环境的特性和变化，供给人类许多有用的信息和物质。搞好绿化是现代企业清洁生产的标志。 车间的绿化设计根据车间的总图布置、生产特点、消防安全、环境特征，以及当地的土壤情况、气候条件、植物习性等因素综合考虑，合理布置和选择绿化植物。 车间的平面布置应预留有绿化地，绿化布置不应妨碍工艺装置、储运设施等散发的有害气体的扩散，保证道路的行车安全，保证生产操作

31、、设备检修、消防作业和物料输送；充分利用通道，零星空地及预留地。厂区绿化植物的选择根据生产特点、污染状况和环保要求，选择相应的抗污、净化、减噪或滞尘力强的植物；根据防火、防爆和卫生要求，选择有利于安全生产和职业卫生的植物；根据美化环境的要求，选择观赏性植物；选择易成活、维护成本低的植物。绿化面积不低于12%并配置必要的绿化技术人员。1.8 存在问题及建议在醋酸氧化法生产乙酸乙烯酯的过程中，由于乙烯具有较高的活性在反应过程中，应该注意原料和其他管道中乙烯的浓度。另外在生成产品中，产品乙酸乙烯中具有双键很容易聚合，所以在生产过程中要严格控制温度和压力以防止乙酸乙烯酯聚合而堵塞管道，影响生产。，因此

32、生产过程中对催化剂的合理充分利用显得十分重要，必须十分注意避免催化剂中毒，或者因为其它原因造成催化剂的浪费，提高生产的高效性、经济性。参考文献1 钱伯章，上海期刊，醋酸乙烯的生产技术与国内外市场，2010,35(3)2 颜艺倩 广州科技 2010.2 总第 231 期第2章 工艺流程设计2.1 生产方案选择2.1.1 产品性质及规格标准1.乙酸乙烯酯的性质乙酸乙烯又称乙酸乙烯酯，在常温下是一种无色液体，分子量86.09g/mol，凝固点为-93，沸点是71.8，相对密度(水=1)为0.93，溶于苯，乙醇，四氯化碳。在427时自燃，爆炸极限为2.6-13.4。化学式为CH3COOCH=CH2（V

33、AM），具有甜的醚味；微溶于水，溶于醇、醇、丙酮、苯、氯仿。乙酸乙烯酯易燃，其蒸气与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂能发生强烈反应。极易受热、光或微量的过氧化物作用而聚合，含有抑制剂的商品与过氧化物接触也能猛烈聚合。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃。其单能共聚可生产多种用途粘合剂；还能与氯乙烯、丙烯晴、丁烯酸、丙烯酸、乙烯单能共聚接枝、嵌段等制成不同性能的高分子合成材料。2.产品规格标准对本设计产品具体要求见表2-1。表2-1 本厂乙酸乙烯酯控制指标组分乙酸乙烯酯水摩尔分率/%0.9980.0012.1.2 原料路线确定原则和依据选择生

34、产方法和工艺流程时应该着重考虑以下三项原则：(1) 先进性。先进性的评价包括基建投资、生产成本、消耗定额以及劳动生产率等方面。实际生产过程中，选择的生产方法应达到物料损耗较小、物料循环量较少并且易于回收利用、能量消耗较少和有利于环境保护等要求。(2) 可靠性。应当坚持一切经过试验的原则，不允许把未来的生产工厂当做试验工厂来进行设计。另外，还要考虑原料的可靠性。(3) 合理性。在工艺流程设计中，应从以下着重考虑： 国内人民的消费水平以及各种化工产品的消费趋势。 国内化工生产所用的化工原料及设备制造所需要的各种材料的供应情况。 国内化工机械设备、电气仪表与自控设备的技术水平和制造能力。 国家环境保

35、护、清洁生产的有关规定和化工生产中“三废”排放情况。 劳动就业与化工生产自动化水平的关系。 资金筹措和外汇储备情况。2.1.3 工艺技术方案比较和选择依据（1）石油乙烯法以石油裂解联产的乙烯为原料，采用多管型固定床反应器气相氧化合成醋酸乙烯的拜耳乙烯法，是由德国拜耳公司开发成功，日本可乐丽公司首先实现工业化生产。目前，国内的上海石化和北京有机化工厂采用了拜耳乙烯法合成醋酸乙烯原料路线。主要反应方程式为： C2H4 + CH3COOH+ 0.5O2C2H3OOCCH3 +H2O副反应：C2H4 + 3O22CO2 + 2H2O （2）天然气乙炔法 以天然气为原料，部分氧化裂解制得乙炔，采用固定床

36、反应器气相催化合成醋酸乙烯的天然气乙炔法，是由法国罗纳普朗克公司开发成功，并实现工业化生产。国内四川川维引进有生产装置。反应方程式HCCH+ CH3COOHH2C=CH-O-(CO)CH3 H=118KJ/mol反应条件：气相170-250 ,在Zn(OAc)2催化剂作用下反应，乙炔的转化率为60-70，乙炔的选择性为93%，醋酸的得选择性为99%。但因为该反应的生产成本太高和安全问题，使该反应现在很少使用。（3）电石乙炔法 用水与电石发生乙炔，采用沸腾床反应器气相催化合成醋酸乙烯的电石乙炔法是最早实现工业化的一种生产方法。国内有10家聚乙烯醇生产厂采用电石乙炔法原料路线。该反应分为两个部分：

37、第一部分在120-140，FeCl3为催化剂下反应；反应方程式为：CH3CHO+(CH3CO)2OCH3CH(OCOCH3 )2第二步是分解反应，在120，酸的催化下反应：反应方程式为：CH3CH(OCOCH3)2H2C=CH-O-(CO)CH3+ CH3COOH三种不同的原料路线都能生产出质量优良的聚乙烯醇产品，原料路线对产品品质不构成影响或影响甚微。目前世界上2/3 的聚乙烯醇生产装置采用石油乙烯法原料路线，占据聚乙烯醇生产技术的主导地位。欧美和日本则全部采用石油乙烯法原料路线。固定床反应器与沸腾床反应器相比：优点是克分子比大、空速高、醋酸转化率高、空时收率高、触媒消耗低、反应液质量好，反

38、应气中不带碳粉，这对反应液的分离有利。缺点是产量周期性波动大、反应器内温度不均匀、生产周期短、更换触媒时间长、劳动强度大。沸腾床反应器的特点是技术成熟，操作安全稳定。从以上对比可以看出：固定床反应器比沸腾床反应器具有一定的优势，但需掌握高效催化剂配制的关键技术，而目前这项技术国内只有川维一家掌握，不具普遍性，因此本文以国内聚乙烯醇生产企业普遍采用的沸腾床反应器工艺技术进行论述。由于以上理由，本装置合成乙酸乙烯酯采用石油乙烯法原料路线，采用固定床列管式反应器。2.1.4 操作条件的确定1. 反应方程式主要反应方程式为： C2H4+CH3COOH+0.5O2C2H3OOCCH3+H2O H=-14

39、6KJ/mol副反应：C2H4+3O22CO2+2H2O H=-1340KJ/mol 主要副产物使CO2，其它副产物很少。由于反应放热，少量的CO2存在，有利于反应的排出，同时可抑制乙烯的氧化深度，故生成的CO2留在循环气中不断的循环。但不断循环后CO2将逐步积累，使其含量过高。所以工艺上必须连续抽取部分循环气，经脱除CO2后再循环回反应器使用，以防止CO2在循环气中积累过高。2 .主要影响因素由图2-1可以看出反应温度对产物生成的影响。温度升高，反应的速率增加，但反应的选择性下降，收率也会下降，权衡以上两方面，控制反应温度为150图2-1 乙酸乙烯酯生产温度对选择性和时空收率的影响 由图2-

40、2可以看出反应压力对产物生成的影响，有反应方程式可以看出，压力增加，反应速率会增大，选择性和收率都会增加，但是压力过大，能耗大，对设备要求高，安全系数也会下降。一般来说压力一般去1.0MPa。图2-2乙酸乙烯酯生产压力对选择性和时空收率的影响2.2 工艺流程设计2.2.1 反应原理该工艺流程中的主要反应如下：C2H4+CH3COOH+0.5O2C2H3OOCCH3+H2O H=-146KJ/molC2H4+3O22CO2+2H2O H=-1340KJ/mol2.2.2 装置工艺原则流程图装置工艺原则流程图见图2-3。图2-3装置工艺原则流程示意图2.2.3 工艺流程简述模拟图中两个换热器都采用

41、33,900KPa.由于从反应来的混合物流中含有大量的C2H4，O2，CO2，采用闪蒸塔的主要原因是分离其中气体，再将它们分离出来，再返回反应器来循环使用，这样可以降低后面塔的负荷和增大处理量。这样从脱氧罐部出来的物料进入脱乙酸塔，在精馏过程中主要脱除混合物中的乙酸，然后从脱乙酸塔顶出料进入脱水塔，在精馏过程中脱除混合物中的水，再由塔顶出料进入乙酸乙烯酯精制塔，在此精馏过程中主要出去混合物中的乙烯和少量的二氧化碳，而最终在塔底得到纯度为99.8%的乙酸乙烯酯参考文献1 钱伯章.上海期刊，醋酸乙烯的生产技术与国内外市场，2010,35(3)2 颜艺倩.广州科技 2010.2 总第 231 期3 陈声宗化工设计(第二版) 北京：化学工业出版社4 颜艺倩. 合成醋酸乙烯的工艺技术探讨.学界.研究天地.第3章 物料衡算3.1 物料衡算及全流程模拟概述 化学工程的物料衡算是利用物理与化学的基本定律，对化工过程单元及化工过程单元系统的物料平衡的计算。通过计算，从中找出主副产品的生成量，废物的排出量，确定原材料的消耗与定额，确定各物流的流量、组成和状态，确定每一设备内物质转换与能量传递的速度。从而为确定操作方式、设备选型以及设备尺