年产8万吨乙酸乙酯生产车间的设计毕业设计论文.doc
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1、毕业论文(设计)题 目:年产8万吨乙酸乙酯生产车间的设计学生姓名: 学 号: 所在学院:材料与化工学院专业班级: 届 别: 指导教师: 皖西学院本科毕业设计(论文)创作诚信承诺书1.本人郑重承诺:所提交的毕业设计(论文),题目 年产8万吨乙酸乙酯生产车间的设计 是本人在指导教师指导下独立完成的,没有弄虚作假,没有抄袭、剽窃别人的内容; 2.毕业设计(论文)所使用的相关资料、数据、观点等均真实可靠,文中所有引用的他人观点、材料、数据、图表均已标注说明来源; 3. 毕业设计(论文)中无抄袭、剽窃或不正当引用他人学术观点、思想和学术成果,伪造、篡改数据的情况; 4.本人已被告知并清楚:学校对毕业设计
2、(论文)中的抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规范的行为将严肃处理,并可能导致毕业设计(论文)成绩不合格,无法正常毕业、取消学士学位资格或注销并追回已发放的毕业证书、学士学位证书等严重后果; 5.若在省教育厅、学校组织的毕业设计(论文)检查、评比中,被发现有抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规范的行为,本人愿意接受学校按有关规定给予的处理,并承担相应责任。 学生(签名): 日期: 年 月 日目 录1前言22工艺设计方案32.1原料路线确定的原则和依据3表1 四种工艺优缺点比较43设计方案的确定63.1反应原理63.2工艺流程图84物料衡算94.1(1)全流程的工艺数据94.2 一步缩合反应釜的物量衡算
3、94.3二步缩合反应釜的物料衡算94.4单效蒸发器的物料衡算104.5脱乙醛塔的物料衡算114.6脱乙醇塔114.7脱重组分塔125热量衡算135.1基本数据135.2一步缩合釜的热量衡算:145.3二步缩合反应釜热量衡算:145.4单效蒸发器的热量衡算145.5冷凝器的热量衡算155.6脱乙醛塔的热量衡算155.6.1 再沸器的热负荷155.7脱乙醇塔的热量衡算165.7.1再沸器的热负荷165.8脱组分精馏塔的热量衡算175.8.1再沸器的热负荷175.9 脱重组分的冷凝器的热量衡算176 主要设备的设计与辅助设备的选型186.1 一步缩合反应釜的设计186.1.1缩合釜釜体的设计186.
4、2 单效蒸发器的设计与选型206.2.1 蒸发器的选择理由206.2.2 蒸发器计算与设计206.3脱乙醛塔的设计与计算216.3.1脱乙醛塔的基础数据216.3.3 塔板结构设计216.3.4 塔高的确定226.4 辅助设备的选型246.4.1 泵的选型246.4.2 再沸器的选型26246.4.3 冷凝器选型266.4.4 工艺设备一览表267.车间布置设计287.1概述287.2车间布置287.3本设计的生产车间布置308.总结30参考文献:32附录:33致谢34皖西学院2015届本科毕业论文(设计)年产8万吨乙酸乙酯生产车间的设计学生:解东(指导老师:钟煜)(皖西学院材料与化工学院)摘
5、要:乙酸乙酯其分子式为CH3COOC2H5,乙酸乙酯是一种无色透明的特殊的水果味的液体。在行业中有多种用途,可广泛应用于涂料,医药,化工,纺织原材料,如各种产品,发展前景看好。当代生产乙酸乙醋的方法有以下几种:乙醇醋酸直接醋化法、乙酸直接加成法、催化精馏法、乙醛缩合法、乙醇脱氢法。结合我国的国情和社会因素的影响,本文将利用乙酸乙酯和工厂的物料平衡和热量平衡计算乙醛缩合法的生产流程。关键词:乙酸乙酯;乙醛缩合法;工艺车间设计;衡算Annual Output of 80000 Tons of Ethyl Acetate Production Workshop DesignStudent: xie
6、dong(Faculty Adviser:zhong yu )(Materials and chemical institute,West Anhui University)Abstract:Ethyl acetate its molecular formula for CH3COOC2H5, ethyl acetate is a kind of special fruit of colorless transparent liquid.It has many USES in the industry, can be widely used in paint, pharmaceutical,
7、chemical, textile raw materials, such as all kinds of products, development prospects look good.Contemporary acetic vinegar production method has the following kinds: direct acetification of ethanol to acetic acid, acetic acid direct addition method, catalytic distillation method, acetaldehyde conde
8、nsation method, ethanol dehydrogenation method.Combined with Chinas national conditions and social factors, this article will use the ethyl acetate and plant material balance and heat balance calculation of acetaldehyde condensation method in the manufacturing process.Key words: ethyl acetate; Aceta
9、ldehyde condensation method. Process plant design; balance1前言乙酸乙酪又名醋酸乙醋,在行业中有多种用途,可广泛应用于涂料,医药,化工,纺织原材料,如各种产品,医学的有机酸提取剂,染料生产,此外其特殊的果香还可用作生产水果香精和各种调香组分以及食品工业中,用途十分广泛,发展前景看好。近年来,随着世界经济持续增长,各行各业都得到了发展迅速,尤其是建筑、汽车等行业,同时环保法规日益严格,采用各种环保高档溶剂生产涂料、染料、胶合剂等产品已成大势所趋。 乙酸乙酯在一些发达的国家有渐渐取代一些对人体和环境有害的类溶剂,环保无害已成为时代的主题,环
10、保的乙酸乙酯将更受人们接受和发展。乙酸乙酯当代合法的生产方法,乙醇脱氢和乙烯硅氢加成反应以及乙醇乙酸的酯化反应和乙醛缩合法。乙醛缩合法是二十世纪七十年代发展起来的新技术,在日本、美国等国家有较好发展。其优点在于成功率和转化率较高,对工业设备要求较低,在适当条件下反应温和反应成本较低,批量生产和有效使用乙酸乙酯,基本符合我国基本国情,对经济和环境的协调发展有横好的促进作用。因此,乙醛缩合法是一个很好的选择,可以根好适合我国的发展。 为了满足行业日益增长的对绿色溶剂及原料的需求以及启东滨江精细化工园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8万吨乙酸乙酯中型化工厂2工艺设计方案2.1原料
11、路线确定的原则和依据乙酸乙酯当代合法的生产方法,乙醇脱氢和乙烯硅氢加成反应以及乙醇乙酸的酯化反应和乙醛缩合根据项目要求,我们要对以上几种方法做出相应的比较,从各个方面例如工艺的技术对比。下面将比较一下4种方法的优缺点。(1)直接脂化法 乙酸和乙醇在硫酸等催化剂作用下直接醋化合成乙酸乙醋,合成反应式如下: 反应式: 此法是我国一直使用的一项传统工艺,投资少,高收益。但是由于要使用硫酸做催化剂,拥有强腐蚀性,造成了各种损失,设备腐蚀严重,污染难以处理,导致生产成本更高,无法完成企业的 工业化。(2)乙醛缩合法 由两分子乙醛经缩合反应成一分子乙酸乙醋,反应式如下: 反应式: 此方法受地域的影响,如果
12、工厂靠近原料的产地,运输方便,可以在生产的成本上体现优势。同时此路线在常温低压下就可以进行,条件温和,各种消耗小,不会造成设备的腐蚀损坏 且原料消耗也较少。此方法大多被美国和日本所使用,工艺简单,他们有原料来源广泛,有成本优势。但是反应的催化剂难以制备,容易水解损失。(3)乙醇催化脱氢法该反应以乙醇为原料,催化剂采用Cu/Zn0/A1203,反应压力1.OMPa,反应温度250反应历程如下:反应式:该法是一个新开发的路线,前景广阔。各种反应条件要去较低,乙醇歧化反应流程简单,、条件温和,其生产过程中不含各种废水、气等污染,所得的产品浓度高,不损坏反应设备,这一切使得成产成本较低。但是由于技术不
13、成熟,乙醇的转化率较低,只有50%-60%转化率,乙酸乙酯的选择性也不高,由此造成无法工业化。(4)乙酸/乙烯合成醋化法主要过程的乙烯为原料,螯合在二氧化硅多使用酸为催化剂的杂多酸盐。在压力为1.OMPa、反应温度150度左右的条件下反应合成乙酸乙醋。反应式如下: 反应式:该法在国外被大力开发,工艺的优势明显,副反应难以发生。而且乙酸乙酯的出产量和选择性都很高,分别达到90%和95%以上。该路线的工业化应用试验正在国外大力开发。表1 四种工艺优缺点比较工艺方法优点缺点酯化法浓硫酸催化剂的使用使反应均匀,容易控制。而且浓硫酸吸水性强、价格低廉,在反应中混合,性能稳定,全塔催化,达到最优控制投资少
14、,高收益。但是由于要使用硫酸做催化剂,拥有强腐蚀性,造成了各种损失,设备腐蚀严重,污染难以处理,导致生产成本更高乙醛缩合法在常温低压下就可以进行,条件温和,各种消耗小,不会造成设备的腐蚀损坏 且原料消耗也较少受地域的影响,要工厂靠近原料的产地乙醇脱氢法反应流程简单,、条件温和,其生产过程中不含各种废水、气等污染,所得的产品浓度高,不损坏反应设备技术不成熟,乙醇的转化率较低,只有50%-60%转化率,乙酸乙酯的选择性也不高乙烯乙酸加成法乙酸乙酯的出产量和选择性都很高,分别达到90%和95%以上受地域影响,生产成本取决于乙炔的价格波动3设计方案的确定目前在世界范围内,生产乙酸乙酯基本使用以上四种方
15、法,但我国的技术有限,只有以下三种酯化法、乙醛缩合法、乙醇脱氢法路线,乙酸/乙烯加成法受原料限制等等无法通入运行。上述三法在我国也有一些优缺点,乙醇脱氢法受原料乙醇和地域限制较多、酯化法中新催化剂的技术还不成熟。而乙醛缩合法在国外有相当成熟的工艺,在中国上海石化股份公司也已经建有新型设备,达到技术要求,所以本想不将采用乙醛缩合法生产乙酸乙酯。3.1反应原理用乙醛缩合法制乙酸乙酯将会有三个阶段:催化剂的制备、乙醛的缩合反应、催化剂的脱除和精馏提纯。(1) 催化剂的制备:把一定量的铝粉和乙酸乙酯加入催化剂的合成釜中,蒸汽渐热,再加入适量乙醇进行反应,将会生产出乙醇铝的催化剂(2)乙醛的缩合反应缩合
16、反应将进行两步缩合进行,第一步用釜式的反应器,第二步将采用管式的反应器,两者是相互串联的反应方程式为:这样做的好处是,两步缩合反应更完全,分级调节,更易控制。第一步釜式的反应器的应用可以把反应剧烈放出大量的热量轻易排出,且搅拌均匀易于控制,安全性高。第二步管式的反应器的应用将有利于转化率的提高,而且之后反应所产热量已经不多,步影响反应。图2.2为缩合工序的流程简图。 图1 缩合工序的流程简图(3)催化剂的脱除由于催化剂易水解,我们可以加水使催化剂加速水解,然后在蒸发器的作用下将蒸发出粗乙酸乙酯,再分离出氢氧化铝残液,再用一个分离器对残液进行处理,在剩下的液体分离出氢氧化铝,蒸发器可以对剩余的液
17、体进行再利用图2 蒸发工序流程简图(4)精馏提纯 我们使用三塔形式,三塔都是常压操纵,一塔操作脱乙醛,第二塔可以用来对乙醇脱出,用来生产催化剂; 第三柱塔下获得的产品,然后对重组分进行结构调整,将其中有效成分地分离,再设计分离较纯副产物乙缩醛,合理有效利用。图3 精馏提纯工序的流程简图3.2工艺流程图 以下为乙醛缩合法合成乙酸乙酯各个工序的简述。图2.5为乙醛缩合法生产乙酸乙酸工艺流程简图。在催化剂乙醇铝作用下,乙醛进入两个反应单元反应最终得到乙酸乙酯和副产物乙醇、乙缩醛。通过蒸发器的蒸发可得到氢氧化铝残液,催化剂一水解加水使其破坏。在通过三塔的操纵,由除醛精馏塔脱除乙醛、脱乙醇粗馏塔脱除乙醇
18、、脱重组分塔得到产品。图4 乙醛缩合法的工艺流程简图4物料衡算4.1(1)全流程的工艺数据(1)生产规模 年产8万吨乙酸乙酯(2)生产时间 年工作时间为7680小时4.2 一步缩合反应釜的物量衡算表5 一步缩合釜物料衡算表进口物料/(kg/h)出口物料/(kg/h)乙酸乙酯780.6110069.72乙醛10369.621014.07乙醇132.17166.64水10.3842.35乙缩醛206.58206.58轻组分12.3812.38乙醇铝152.12152.12总计11663.8611663.864.3二步缩合反应釜的物料衡算表6 第二步缩合釜物料衡算表进口物料kg/h出口物料kg/h乙
19、酸乙酯10069.7210923.24乙醛1014.07110.32乙醇115.60321.53水42.3545.36乙缩醛206.58233.52乙醇铝152.12152.12总计11663.8611663.864.4单效蒸发器的物料衡算催化剂易水解,本过程主要目的是为了加水使乙醇铝催化剂水解破坏。表7单效蒸发器物料衡算表进口物料kg/h出口物料kg/h乙酸乙酯10827.3410827.34乙醛153.21153.21乙醇172.34342.53水123.7242.35乙缩醛234.58234.58乙醇铝152.13总计11663.8611663.864.5脱乙醛塔的物料衡算在该塔中,我们
20、可以分别取塔顶和塔底轻组分乙醛的质量分数xD1=0.999和xw=0.0001。表8 脱乙醛塔物料衡算表进口物料kg/h出口物料kg/h乙酯10763.5110763.51乙醇282.51282.51乙醛251.68251.68水42.5242.52乙缩醛171.51171.51总计11511.7311511.734.6脱乙醇塔表9脱乙醇塔物料衡算表进口物料kg/h出口物料kg/h乙酯10563.6210563.62乙醇242.62242.62乙醛7.87.8水38.2138.21乙缩醛306.58306.58总计11058.8311058.834.7脱重组分塔该塔除去重组分乙缩醛,从蒸馏塔顶
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