畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）年產(chǎn)4萬噸醋酸乙烯生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)

1、anyang institute of technology本科畢業(yè)設(shè)計(jì)年產(chǎn)4萬噸醋酸乙烯生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)process engineering of vinyl acetate process workshop in the scale of 40000 tons per year系（院）名稱：化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)： 08級(jí)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：職稱：年月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)，是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研

2、究成果，也不包含我為獲得安陽工學(xué)院及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：使用授權(quán)說明本人完全了解安陽工學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。作者簽名：日期：目錄中文摘要、關(guān)鍵詞i英文摘要、關(guān)鍵詞ii引言1第1章緒論21.1 醋酸乙烯的理化性質(zhì)21.2

3、醋酸乙烯的主要用途21.3 醋酸乙烯的生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)31.3.1 醋酸乙烯的國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場(chǎng)前景31.3.2 醋酸乙烯的國外生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場(chǎng)前景51.4 課題要求及意義61.4.1 課題的要求61.4.2 課題的意義6第2章醋酸乙烯的生產(chǎn)技術(shù)及研究72.1 醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝方法72.1.1 乙炔液相法72.1.2 乙炔氣相法72.1.3 乙烯液相法82.1.4 乙烯氣相法82.1.5 其它方法82.2 醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝選擇92.2.1 乙炔氣相法和乙烯氣相法的比較92.2.2 乙炔氣相法wacker流程和borden流程的比較102.3 醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝流程102.3.1 主反應(yīng)方程

4、式112.3.2 主要的副反應(yīng)方程式112.3.3 醋酸乙烯合成反應(yīng)原理112.3.4 生產(chǎn)工藝流程示意圖12第3章醋酸乙烯的物料衡算143.1 主要的反應(yīng)方程式143.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)143.2.1 裝置的工藝數(shù)據(jù)143.2.2 小時(shí)生產(chǎn)能力143.2.3計(jì)算基礎(chǔ)143.2.4 原料規(guī)格153.3各工序的物料衡算153.3.1 乙炔工序153.3.2 反應(yīng)工序163.3.3、分離工序183.3.4、精餾工序183.4醋酸乙烯生產(chǎn)過程物料衡算匯總19第4章醋酸乙烯的熱量衡算214.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)214.2 反應(yīng)系統(tǒng)的熱量衡算224.3 分離系統(tǒng)的熱量衡算264.4 精餾系統(tǒng)的熱量衡算274.4.1

5、精餾一塔熱量衡算274.4.2 精餾二塔熱量284.4.3 精餾三塔的熱量衡算294.5 總熱量衡算匯總30第5章主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)和選型315.1 固定床反應(yīng)器315.2 醋酸乙烯精餾塔34第6章車間布置設(shè)計(jì)376.1 概述376.2 車間布置的基本原則和要求376.2.1 廠房建筑376.2.2 生產(chǎn)操作386.2.3 設(shè)備裝修386.2.4 安全要求386.2.5車間輔助用室及生活用室的配置396.2.6 設(shè)備之間及設(shè)備與建筑物之間的一般安全距離39結(jié)論40致謝41參考文獻(xiàn)42年產(chǎn)4萬噸醋酸乙烯的生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)摘要：中國是一個(gè)煤炭資源豐富的國家，發(fā)展煤炭事業(yè)，生產(chǎn)新的化工原料，有極大的

6、潛力和優(yōu)勢(shì)。醋酸乙烯作為一種新型的有機(jī)化工原料，廣泛應(yīng)用于有機(jī)合成、維尼綸、粘結(jié)劑、涂料工業(yè)等。尋找合理的生產(chǎn)方法是當(dāng)務(wù)之急。醋酸乙烯作為中間體，隨著聚乙烯醇非纖維領(lǐng)域應(yīng)用的拓展，使得醋酸乙烯的需求不斷增長，提高醋酸乙烯的產(chǎn)量和質(zhì)量尤為重要。醋酸乙烯通過自身聚合或與其它單體共聚，可以生成聚乙烯醇（pva）、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液（vae）或共聚樹酯（eva）、聚醋酸乙烯（pvac）、醋酸乙烯-氯乙烯共聚物（evc）、聚乙烯醇縮甲醛醋酸等。本文簡(jiǎn)要介紹了醋酸乙烯的理化性質(zhì)、主要用途以及醋酸乙烯的生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。總結(jié)了合成醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝方法，對(duì)比不同生產(chǎn)工藝路線及其優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)提出了合成醋

7、酸乙烯技術(shù)的選擇原則，闡述了未來醋酸乙烯合成技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，以及合成醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝流程。著重介紹了運(yùn)用電石乙炔法合成醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝流程及其合成反應(yīng)原理。本設(shè)計(jì)主要以物料衡算和熱量衡算進(jìn)行工藝計(jì)算和主要設(shè)備選型以及工藝車間的布置。在此基礎(chǔ)上繪制了工藝流程圖和主要設(shè)備裝配圖。關(guān)鍵詞：醋酸乙烯，電石乙炔法，生產(chǎn)工藝流程，物料衡算，熱量衡算，生產(chǎn)車間process engineering of vinyl acetate process workshop in scale of 40000 tons per yearabstract: china is full of the coal res

8、ources.so it can develop the coal business,and produce new chemical materials.we have great potentiality and advantage.as a new type of chemical raw materials,vinyl acetate are widely used in organic synthesis,nylon,adhesives,paint industry etc.it is top priority to look for reasonable production me

9、thod.vinyl acetate are used as intermediates with the applied spread of poly vinyl alcohol on the non-fiber sphere .so it makes the rising demand about vinyl acetate ,and it is particularly important to improve the production and quality of vinyl acetate.though polymerization own with other monomer

10、copolymerization,vinyl acetate can be generated poly vinyl alcohol,vinyl acetate-ethylene copolymer emulsion or copolymerization ester,poly vinyl acetate,vinyl acetate-choloethylene copolymer,poly vinyl alcohol shrink formaldehyde etc.comparing the different production process route and its advantag

11、es and disadvantages,street vinyl acetate synthesis is also put forward the selection principle of technology,this paper expounds the future of vinyl acetate synthesis technology development trend,and expounds the vinyl acetate research,production,development situation,and the process of vinyl aceta

12、te synthesis in our country.this paper introduces the synthesis process of application of calcium carbide acetylene method to make vinyl acetate,and according to the different catalysts vinyl acetate synthesis this paper introduces them.primarily with material and heat balance calculation,this desig

13、n process es calculation and selection of equipment and process workshop layout,on the basis of selection,it also paints the process of flowing diagram and the main equipment assembly drawing,besides,it puts forward the scheme of process improvement and measures.of improving output.keywords :vinyl a

14、cetate; calcium carbide acetylene method; production process;material calculation;heat calculation; production workshop引言醋酸乙烯（vac）是一種重要的有機(jī)化工原料，特別是醋酸乙烯通過自身聚合或與其它單體共聚，可以生成應(yīng)用很廣的衍生物。乙烯生產(chǎn)方法有乙炔法、乙烯法、乙醛醋酐加成法、以煤為原料的羰基合成法以及醋酸單一原料法等，醋酸乙烯工業(yè)的發(fā)展具有廣闊前景，可以生成應(yīng)用很廣的衍生物，可用于涂料、漿料、粘合劑、維綸、薄膜、乙烯基共聚樹脂、縮醛樹脂等化工產(chǎn)品，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新

15、的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓展。醋酸乙烯是醋酸的下游產(chǎn)品，又是需求發(fā)展迅速的聚乙烯醇和eva樹脂等原料。目前國內(nèi)醋酸乙烯產(chǎn)能雖然達(dá)到l08.3萬ta，但仍不能滿足總量需求，每年都有一定的進(jìn)口。隨著國內(nèi)醋酸乙烯下游產(chǎn)品需求的增長，預(yù)計(jì)到2010年需求量將達(dá)到l68萬t，到20l0年國內(nèi)醋酸乙烯產(chǎn)能將達(dá)到l40萬t，屆時(shí)仍有28萬t左右的市場(chǎng)缺口。因此，國內(nèi)醋酸乙烯市場(chǎng)總體前景較好。本文簡(jiǎn)要介紹了合成醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝流程，著重介紹了運(yùn)用電石乙炔法合成醋酸乙烯工藝流程，并且針對(duì)合成醋酸乙烯方法的不同進(jìn)行了介紹，選出最佳方案。本設(shè)計(jì)主要主要以物料衡算和熱量衡算進(jìn)行工藝計(jì)算和設(shè)備選型以及工藝車間的布置，在選型

16、的基礎(chǔ)上進(jìn)行了設(shè)備的校核，繪制了工藝流程圖，主要設(shè)備裝配圖，并進(jìn)行了車間的布置。第1章緒論1.1 醋酸乙烯的理化性質(zhì)醋酸乙烯(vinyl acetate,簡(jiǎn)稱vac)，全稱為醋酸乙烯酯，分子式c4h6o2,結(jié)構(gòu)式是ch3cooh=ch2，分子量86.09。在常溫下醋酸乙烯是一種無色透明液體，易揮發(fā)、稍有毒性、帶有特殊的氣味，對(duì)人的眼睛和皮膚有刺激作用。它的蒸汽為濕麻醉劑，能刺激皮膚及呼吸器官。醋酸乙烯能與水部分互溶，與甲醇、乙醇等形成共沸物，能與苯、水形成三元恒沸物1。醋酸乙烯的熔點(diǎn)-92.3，沸點(diǎn)72. 20,相對(duì)密度0.9317，折射率1.3953，閃點(diǎn)-1,爆炸極限2.613.4 (v%

17、)，能溶于乙醇、乙醚、丙酮、氯仿、四氯化碳等有機(jī)溶劑，不溶于水2。醋酸乙烯是不飽和的羧酸酯，由于分子內(nèi)存在不飽和雙鍵及羧基，化學(xué)性質(zhì)活潑，能夠發(fā)生聚合反應(yīng)、加成反應(yīng)、水解反應(yīng)、乙烯基轉(zhuǎn)移反應(yīng)、氧化反應(yīng)等化學(xué)反應(yīng)2。1.2 醋酸乙烯的主要用途醋酸乙烯(vac)單體(vam)是醋酸及其衍生物行業(yè)中最主要的初級(jí)衍生物加工產(chǎn)品3，也是有機(jī)合成化工(聚合物工藝學(xué))中的主導(dǎo)型原料之一，有較高的生產(chǎn)制備及衍生加工的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。作為醋酸的再加工物，醋酸乙烯的生產(chǎn)開發(fā)狀況對(duì)醋酸行業(yè)的整體發(fā)展具有日益顯著的影響作用。醋酸乙烯(vac)用于生產(chǎn)聚醋酸乙烯聚乙烯醇乙烯-醋酸乙烯共聚物聚乙烯醇縮丁醛氯乙烯-醋酸乙烯共

18、聚物等眾多聚合物類產(chǎn)品。該類產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于紡織化工建筑造紙卷煙家具包裝裝潢裝飾化妝洗滌醫(yī)藥印刷電氣橡膠皮革化纖電子精細(xì)化工粘接等眾多領(lǐng)域。主要用做乳化劑粘結(jié)劑穩(wěn)定劑整理劑深層材料化學(xué)漿料塑料材料薄膜制品防護(hù)涂層纖維材料等。在纖維領(lǐng)域，醋酸乙烯主要用于維尼綸合成和醋酸乙烯一丙烯腈類纖維。上述用途中以共聚物最有發(fā)展前景。在醋酸乙烯應(yīng)用市場(chǎng)中：聚醋酸乙烯占醋酸乙烯約48%，其應(yīng)用包括水基涂料、膠粘劑、丙烯酸纖維、紙張涂料和無紡粘合劑；聚乙烯醇(pvoh)用于包裝薄膜和玻璃層壓片，占醋酸乙烯需求量約35%；其余用于乙烯一醋酸乙烯共聚乳液(vae)或共聚樹脂（eva)、氯乙烯一醋酸乙烯共聚物(evc)、

19、乙烯一乙烯醇(evoh)絕緣樹脂和聚乙烯醇縮丁醛(pvb)。1.3 醋酸乙烯的生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)1.3.1 醋酸乙烯的國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場(chǎng)前景 (1) 醋酸乙烯的生產(chǎn)現(xiàn)狀自1963年北京東方石油化工股份有限公司（原北京有機(jī)化工廠）從日本可樂麗引進(jìn)，采用電石乙炔法建成我國第一套醋酸乙烯生產(chǎn)裝置以來（后改為乙烯氣相法），我國醋酸乙烯的生產(chǎn)穩(wěn)步發(fā)展。2007年我國醋酸乙烯的生產(chǎn)能力達(dá)到123.8萬t/a。南京塞拉尼斯一套30.0萬t/a氣相乙烯法醋酸乙烯生產(chǎn)裝置建成投產(chǎn)，截止到2009年12月底，我國醋酸乙烯的生產(chǎn)廠家增加到15家，總生產(chǎn)能力達(dá)到158.3萬t/a，產(chǎn)能僅次于美國，是世界上第二大醋酸乙

20、烯生產(chǎn)國家。生產(chǎn)工藝有電石乙炔法、天然氣乙炔法和乙烯法3種：采用電石乙炔法的生產(chǎn)廠家有11家，生產(chǎn)能力合計(jì)為84.5萬t/a，約占全國總生產(chǎn)能力的53.38%；采用天然氣已缺乏的生產(chǎn)廠家有1家，生產(chǎn)能力為21.0萬t/a，約占全國總生產(chǎn)能力的13.27%；采用乙烯法的生產(chǎn)廠家有3家，生產(chǎn)能力合計(jì)為52.8萬t/a，占全國總生產(chǎn)能力的33.85%。其中南京塞拉尼斯公司是我國目前最大的醋酸乙烯生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)能力為30.0萬t/a，約占國內(nèi)總生產(chǎn)能力的18.95%；其次是中石化四川維尼綸廠，生產(chǎn)能力為21.0萬t/a，約占國內(nèi)總生產(chǎn)能力的13.27%；再次是安徽皖維高新材料有限公司，生產(chǎn)能力為15.

21、5萬t/a，約占國內(nèi)總生產(chǎn)能力的9.79%。2009年我國醋酸乙烯的主要生產(chǎn)廠家見表1.14。表1.1 2009年我國醋酸乙烯主要生產(chǎn)廠產(chǎn)能和工藝(萬t/a)5table 1.1 vinyl acetate the main factory capacity and process of vinyl acetate in 2009生產(chǎn)廠家生產(chǎn)能力生產(chǎn)工藝賽拉尼斯（南京）化工有限公司中石化四川維尼綸廠中石化上海石油化工公司中石化北京東方石油化工公司山西三維集團(tuán)股份有限公司安徽皖維高新材料有限公司湖南省湘維有限公司廣西維尼綸集團(tuán)有限責(zé)任公司江西化纖化工有限責(zé)任公司福建紡織纖維集團(tuán)有限公司貴州水晶有

22、機(jī)化工集團(tuán)有限公司蘭州維尼綸有限公司石家莊化工化纖有限公司云南云維股份有限公司牡丹江東北化工有限公司30.021.011.811.013.515.58.07.010.06.05.05.0氣相乙烯法天然氣乙炔法乙烯法乙烯法電石乙炔法電石乙炔法電石乙炔法電石乙炔法電石乙炔法電石乙炔法電石乙炔法電石乙炔法電石乙炔法電石乙炔法電石乙炔法隨著生產(chǎn)能力的不斷擴(kuò)大，我國醋酸乙烯的產(chǎn)量也不斷增加。2003年我國醋酸乙烯的產(chǎn)量只有86.2萬t，2006年為105.2萬t，2008年增加到121.0萬t，同比增長約11.73%，2003 2008年產(chǎn)量的年均增長率約為7.39%。2009年產(chǎn)量約為

23、135.0萬t，同比增長約11.57%。 (2) 醋酸乙烯的市場(chǎng)前景我國醋酸乙烯主要用于生產(chǎn)聚乙烯醇，約占總消費(fèi)量的75.0%。其次是用于生產(chǎn)聚醋酸乙烯和乙烯一醋酸乙烯共聚物約占總消費(fèi)量的21.0%，其它方面的用途占4.0%。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國醋酸乙烯的消費(fèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化6。20世紀(jì)90年代我國的醋酸乙烯主要用于生產(chǎn)聚乙烯醇。而近年來隨著聚醋酸乙烯共聚物和乳液的發(fā)展，醋酸乙烯用于該領(lǐng)域的用量在不斷增加，同時(shí)eva產(chǎn)量大幅度增加，也擴(kuò)展了醋酸乙烯的應(yīng)用領(lǐng)域。預(yù)計(jì)到2015年，我國醋酸乙烯的總需求量將達(dá)到約210.0萬t其中聚乙烯醇的需求量雖然仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但所占比例將會(huì)有所減少，而聚醋

24、酸乙烯、vae共聚乳液和eva將成為未來推動(dòng)醋酸乙烯需求增長的主要?jiǎng)恿?，在消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例將會(huì)越來越大。今后幾年，隨著中石化四川維尼綸廠和云南云維集團(tuán)等醋酸乙烯新建或擴(kuò)建項(xiàng)目的陸續(xù)實(shí)施，預(yù)計(jì)到2015年我國醋酸乙烯的總生產(chǎn)能力將超過2600萬ta。而屆時(shí)的年需求量只有約210.0萬t，產(chǎn)能過剩，未來我國醋酸乙烯的市競(jìng)爭(zhēng)壓力將逐漸加大。1.3.2 醋酸乙烯的國外生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場(chǎng)前景(1)醋酸乙烯的國外生產(chǎn)現(xiàn)狀近幾年，世界醋酸乙烯的生產(chǎn)能力穩(wěn)步增長。截止到2009年底，全世界醋酸乙烯的總生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到約686.0萬ta。同比增長約4.9%,生產(chǎn)裝量主要集中在北美、西歐和亞太地區(qū),其中北美地區(qū)的生產(chǎn)

25、能力為206.3萬ta，約占世界醋酸烯總生產(chǎn)能力的30.1%；西歐地區(qū)的生產(chǎn)能力為117.1萬ta，約占總生產(chǎn)能力的17.1%；亞太地區(qū)的生產(chǎn)能力為341.4萬ta，約占總生產(chǎn)能力的49.8%；世界其他國家和地區(qū)的生產(chǎn)能力為21.2萬ta。約占總生產(chǎn)能力的3.0%。美國、我國大陸和日本是世界上最主要的3個(gè)醋酸乙烯生產(chǎn)國家和地區(qū)，2009年生產(chǎn)能力分別達(dá)到158.5萬ta154.6萬ta和72.5萬ta。分別約占世界醋酸乙烯總生產(chǎn)能力的23.1%、23.1%和10.6%。塞拉尼斯公司是目前世界上最大的醋酸乙烯生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)能力為158.5萬ta，約占世界醋酸乙烯總生產(chǎn)能力的23.1%；其次是中國

26、臺(tái)灣大連化工公司，生產(chǎn)能力為65.0萬ta。約占世界總生產(chǎn)能力的9.5%；再次是中國石油化工集團(tuán)公司，生產(chǎn)能力為43.8萬ta，約占世界總生產(chǎn)能力的6.4%。（2）醋酸乙烯的國外市場(chǎng)前景2008年，全世界醋酸乙烯的總消費(fèi)量約為515.0萬t，消費(fèi)主要集巾在北美、西歐和亞太地區(qū)，其中北美地區(qū)的消費(fèi)量為117.5萬t，約占世界總消費(fèi)量的22.8%；西歐地區(qū)的消費(fèi)量為89.5萬t，約占總消費(fèi)量的17.4%；中南美地區(qū)的消費(fèi)量為13.0萬t，約占總消費(fèi)量的2.5%；中東地區(qū)的消費(fèi)量為14.0萬t，約占總消費(fèi)量的2.7%；亞太地區(qū)的消費(fèi)量為271.5萬t，約占總消費(fèi)量的52.7%；世界其他國家和地區(qū)的消

27、費(fèi)量為9.5萬t，約占總消費(fèi)量的1.8%。預(yù)計(jì)今后幾年，世界醋酸乙烯的需求量將以年均約3.4%的速度增長，到2012年總需求量將達(dá)到約590.0萬t。世界醋酸乙烯主要用于生產(chǎn)聚醋酸乙烯、聚乙烯醇以及乙烯一醋酸乙烯共聚物等。2008年世界醋酸乙烯的消費(fèi)結(jié)構(gòu)為：聚醋酸乙烯(包括聚合物和均聚物)的需求量約占總需求量的44.1%，聚乙烯醇占40.9%，乙烯一醋酸乙烯共聚物占9.0%，其他方面的需求量占6.0%。世界各主要國家和地區(qū)醋酸乙烯的消費(fèi)結(jié)構(gòu)各不相同，其中美國和西歐醋酸乙烯主要用于生產(chǎn)聚醋酸乙烯均聚物和pvoh，美國所占比例分別為51.0%、32.3%，西歐分別為58.7%和23.8%。而日本的

28、醋酸乙烯則主要用于生產(chǎn)pvoh和eva，分別占總消費(fèi)量的72.4%和17.8%。1.4 課題要求及意義1.4.1 課題的要求課題要求查閱與該課題所相關(guān)的一些資料，對(duì)醋酸乙烯的性質(zhì)和用途、國內(nèi)外的市場(chǎng)情況和發(fā)展趨勢(shì)、目前主要的工業(yè)生產(chǎn)原理和路線，以及工業(yè)生產(chǎn)中的生產(chǎn)做一個(gè)充分的了解。然后根據(jù)所查到的資料和一些前沿科技知識(shí)以及自己所擁有的知識(shí)體系做根據(jù)，根據(jù)不同生產(chǎn)工藝路線及其優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合成醋酸乙烯的合適方法。通過老師的指導(dǎo)，優(yōu)選工藝，設(shè)計(jì)醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝流程和生產(chǎn)車間配置。設(shè)計(jì)過程中要對(duì)該工藝進(jìn)行物料衡算和熱量衡算；進(jìn)行主體設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)和選型，并繪制主體設(shè)備圖；進(jìn)行車間布置設(shè)計(jì)。從而對(duì)該物

29、質(zhì)的特性和工業(yè)設(shè)計(jì)有一個(gè)更加全面和深入的了解。1.4.2 課題的意義醋酸乙烯是一種重要的有機(jī)化工原料，是世界上產(chǎn)量最大的50種有機(jī)化工原料之一。通過自身聚合或與其它單體共聚，可以生成多種衍生物。這些衍生物的用途十分廣泛，可用于紙張或織物的上膠劑、粘接劑、涂料、墨水、皮革加工、一纖維加工、乳化劑、水溶性膜、土壤改良劑等方面。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓展。酷酸乙烯生產(chǎn)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前全球有40多套醋酸乙烯裝置。亞洲是世界最大的醋酸乙烯生產(chǎn)地區(qū)和消費(fèi)地區(qū)。近年來，我國醋酸乙烯生產(chǎn)有較大幅度增長。但隨著對(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷開拓以及國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快，尤其是建筑、造紙、印刷、汽車

30、、卷煙、食品等行業(yè)的快速發(fā)展，使醋酸乙烯的需求量逐年上升，市場(chǎng)供需矛盾同漸突出。根據(jù)查閱的有關(guān)醋酸乙烯生產(chǎn)情況及進(jìn)出口情況，我們知道國內(nèi)產(chǎn)量不能滿足需求，市場(chǎng)對(duì)進(jìn)口的依存度逐年上升。因此，發(fā)展醋酸乙烯工業(yè)具有廣闊的市場(chǎng)前景，這次設(shè)計(jì)非常具有可行性。第2章醋酸乙烯的生產(chǎn)技術(shù)及研究2.1 醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝方法醋酸乙烯生產(chǎn)技術(shù)是從乙炔法發(fā)展起來的，并逐步向乙烯法過渡。目前全世界正在使用的技術(shù)有以烯法和乙炔法兩種，其中乙烯法的產(chǎn)能約占全部醋酸乙烯產(chǎn)能的72%以上。2.1.1 乙炔液相法1912年，f klatte在一篇德國專利中第一次提到了醋酸乙烯的存在。他在用汞鹽為催化劑，乙炔和醋酸液相合成二醋酸

31、乙叉酯時(shí)，在副產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)了含量為5%的vac醋酸乙烯。這個(gè)反應(yīng)后來發(fā)展成為醋酸乙烯最早的生產(chǎn)方法乙炔液相法7。該法以硫酸汞為催化劑，在3075的條件下，將過量的乙炔通入醋酸溶液中，生成的醋酸乙烯由未反應(yīng)的乙炔帶出，副產(chǎn)的二醋酸乙叉酯可進(jìn)一步裂解醋酸乙烯。德國曾用該法建立起一套600ta的生產(chǎn)裝置。該法因催化劑選擇性低、副產(chǎn)品多、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，目前已被完全淘汰。2.1.2 乙炔氣相法 1921年，德國consortium fur electrochemische industrie公司開發(fā)出了乙炔、醋酸氣相合成醋酸乙烯的方法乙炔氣相法7。該方法主要以wacker和borden流程為代表。(1)

32、wacker法工藝 1928年，德國wacker化學(xué)公司采用固定床列管式反應(yīng)器建立了第一套乙炔氣相法醋酸乙烯工業(yè)裝置。該法是電石乙炔法的典型工藝。 1965年，日本可樂麗公司首先使用了流化床反應(yīng)器，隨后美國dupont公司、日本合成化學(xué)公司也相繼采用。到20世紀(jì)60年代后期，固定床工藝大多轉(zhuǎn)換為流化床工藝。(2) borden法工藝borden法工藝是20世紀(jì)60年代初美國borden公司和blawknox公司合作開發(fā)成功的。該法以天然氣部分氧化制取乙炔，用副產(chǎn)的合成氣制取醋酸，然后兩者合成制取醋酸乙烯。該法的主要工藝過程和設(shè)備wacker法相似。當(dāng)時(shí)這種新的生產(chǎn)方法在天然氣豐富的國家和地區(qū)得

33、到了廣泛的應(yīng)用。2.1.3 乙烯液相法 1960年，前蘇聯(lián)moheeeb等發(fā)表研究報(bào)告7，聲稱用氯化鈀和乙酸鈉在冰醋酸溶液中，通人乙烯加壓密封靜置過夜可制得醋酸乙烯。隨后英國ici、德國hoechst等公司先后投入研究并各自取得了專利，其中以ici法為代表性。英國ici公司、日本德山公司等用該法先后建立了工業(yè)裝置。由于該法所用的催化劑體系中含有氯離子，對(duì)設(shè)備有強(qiáng)烈的腐蝕性，裝置只能運(yùn)轉(zhuǎn)23a。1969年，ici關(guān)閉了該法的生產(chǎn)裝置，其它公司也相繼停產(chǎn)或停建。目前該法已被淘汰。2.1.4 乙烯氣相法(1) bayer法和usi法自乙烯直接氧化合成醋酸乙烯方法問世后，bayer7、hoeehst及

34、usi等公司先后開展了相關(guān)的工業(yè)研究。1968年第一套乙烯氣相bayer法裝置在日本投產(chǎn)，1972年乙烯氣相usi法裝置也開車成功。由bayer和hoechst公司聯(lián)合開發(fā)的bayer法，單臺(tái)反應(yīng)器的生產(chǎn)能力在50kta以上。目前世界上絕大部分新建裝置都采用該工藝。 usi法是美國national distillers的子公司usi開發(fā)的，整個(gè)流程分為合成和精制兩部分，基本上與bayer法相似。(2) bp amoco公司的leap工藝 1998年bp amoco公司開發(fā)出了流化床乙烯氣相法leap工藝，并于2001年在英國hull地區(qū)采用該工藝建設(shè)了一套250kta的生產(chǎn)裝置。該裝置的投資費(fèi)

35、用比同等規(guī)模采用傳統(tǒng)工藝建設(shè)的裝置降低約30%。(3) celanese公司的vantage工藝 2001年celanese公司開發(fā)了新的固定床vantage工藝，該工藝雖然也采用固定床技術(shù)，但由于在催化劑方面作了重要改進(jìn)，醋酸乙烯收率明顯高于同類裝置。celanese公司采用該工藝對(duì)新加坡的190kta裝置進(jìn)行改造后，在不增加投資的情況下生產(chǎn)能力增加了22%。2.1.5 其它方法(1)乙醛醋酐加成法 celanese公司上個(gè)世紀(jì)50年代曾開發(fā)出了乙醛和醋酐加成制二醋酸乙叉酯，再裂解制醋酸乙烯的工藝，該工藝7以fecl3為催化劑，流程較長，副產(chǎn)物較多，分離提純過程較為復(fù)雜。 celanese公

36、司1953年采用該技術(shù)建成了年產(chǎn)22.7kta的生產(chǎn)裝置，1970年因缺乏競(jìng)爭(zhēng)力而關(guān)閉。此法成為了以一氧化碳為起始原料合成醋酸乙烯的工業(yè)基礎(chǔ)。(2)以煤為原料的羰基合成法 20世紀(jì)80年代，美國的halon公司開發(fā)了以煤為原料制取醋酸乙烯工藝，工藝過程大致如下：首先以煤為原料制合成氣，合成氣羰基合成甲醇，甲醇與合成氣羰基合成醋酸，醋酸與甲醇酯化得到醋酸甲酯。醋酸甲酯通過羰基化反應(yīng)生成亞乙基二乙酸酯(eda)，再經(jīng)熱裂解生成醋酸乙烯和醋酸。該法不用乙烯和醋酸作原料，實(shí)現(xiàn)了以煤為單一原料生產(chǎn)醋酸乙烯。(3)醋酸單一原料法 eastman chemical company開發(fā)了一種以單一醋酸為原料的

37、3步法液相生產(chǎn)醋酸乙烯技術(shù)。第步醋酸裂解為乙烯酮；第步乙烯酮加氫為乙醛；第步乙醛與額外的乙烯酮縮合成醋酸乙烯。該法使用醋酸酐為溶劑，質(zhì)子酸為催化劑，反應(yīng)溫度為85200，反應(yīng)壓力為0.52mpa。該技術(shù)克服了以煤為原料工藝存在的缺陷，避免了醋酸在工藝過程中的大量循環(huán)。其主要缺點(diǎn)是每1mol醋酸乙烯須2mol乙烯酮為原料，而乙烯酮裝置的投資費(fèi)用較高。該法在經(jīng)濟(jì)上不如乙烯法工藝。2.2 醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝選擇綜上所述，目前工業(yè)生產(chǎn)醋酸乙烯主要采用的技術(shù)是乙炔氣相法和乙烯氣相法，乙烯比乙炔相對(duì)價(jià)廉，因此世界上乙烯法占主要地位。但是在電石或者天然氣資源豐富而價(jià)格相對(duì)低廉的地區(qū)，乙炔氣相法還有一定的競(jìng)爭(zhēng)

38、力。2.2.1 乙炔氣相法和乙烯氣相法的比較乙烯法流程較短，而乙炔法流程較長，工藝過程較為復(fù)雜。與乙烯法相比，電石乙炔法最大的缺點(diǎn)是存在環(huán)保問題和能耗問題，因此該法在歐美國家已經(jīng)逐漸被淘汰。近幾年隨著原油價(jià)格的節(jié)節(jié)攀升，特別是電石乙炔法在“三廢”的綜合利用方面取得了突破性的進(jìn)展，乙炔法重新獲得了生機(jī)。乙炔氣相法也很大優(yōu)勢(shì)，其工藝特點(diǎn)有：(a)由于是連續(xù)反應(yīng)，長期穩(wěn)定的運(yùn)行便于工藝控制自動(dòng)化；(b)催化劑由廉價(jià)的鋅制得；(c)逐步副反應(yīng)受控制，副產(chǎn)物量少；(d)醋酸乙烯選擇性大幅度提高，單體質(zhì)量好。在我國，雖然石油乙烯工業(yè)高速發(fā)展，但我國天然氣和電石資源豐富，我國境內(nèi)乙炔氣相法仍被廣泛采用，這具

39、有三大優(yōu)勢(shì)：(a)相比較于原料乙烯而言，電石法乙炔合成醋酸乙烯的原料來源穩(wěn)定，不受全球油價(jià)的影響，相對(duì)便于進(jìn)行遠(yuǎn)距離運(yùn)愉，成本低廉。(b)醋酸乙烯進(jìn)口價(jià)比國內(nèi)出廠價(jià)略低，再加上運(yùn)輸和銷售成本，兩者價(jià)格基本相當(dāng)，但如果考慮乙烯價(jià)格持續(xù)走高，以及原料乙烯現(xiàn)貨供應(yīng)非常緊缺的影響，在市場(chǎng)需求旺盛、銷售通暢的情況下，國內(nèi)乙炔法還是有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的。(c)乙炔氣相法己在國內(nèi)應(yīng)用了數(shù)十年，技術(shù)成熟。綜上所述可知在石油嚴(yán)重依賴進(jìn)口的我國發(fā)展乙炔法合成醋酸乙烯仍將有重要的意義。我國乙炔法合成醋酸乙烯原料來源穩(wěn)定，工藝成熟可靠，生產(chǎn)成本經(jīng)濟(jì)，在原材料供應(yīng)環(huán)境、產(chǎn)品售價(jià)、國內(nèi)催化劑效能等方面，存在和國內(nèi)外乙烯法市場(chǎng)抗衡

40、優(yōu)勢(shì)。因此，這次設(shè)計(jì)采用乙炔氣相法工藝路線。2.2.2 乙炔氣相法wacker流程和borden流程的比較wacker流程是以電石乙炔為原料的典型工藝，該法以脫硫、脫磷化氫的電石乙炔與醋酸為原料，催化劑采用醋酸鋅-活性炭體系，并添加次碳酸鉍為助催化劑，反應(yīng)溫度為170200，壓力為常壓。 borden流程是以天然氣乙炔為原料，以醋酸為吸收劑回收反應(yīng)產(chǎn)物，代替了低溫冷卻分離產(chǎn)物的方法，提高了乙炔凈化和回收效率，操作費(fèi)用比當(dāng)時(shí)一般的乙炔法降低30%左右。borden流程投資大，技術(shù)難度大。wacker流程技術(shù)簡(jiǎn)單，在相同規(guī)模下投資比 borden流程要少得多，但wacker流程能耗較高、污染較大，

41、生產(chǎn)成本較高。我國主要采用的是wacker流程技術(shù)，技術(shù)成熟，可行性高，尤其現(xiàn)在國內(nèi)許多以電石乙炔為原料的廠家在wacker流程中融合了borden流程的先進(jìn)之處，醋酸乙烯的產(chǎn)量提高很多。因此，這次設(shè)計(jì)采用電石乙炔氣相法技術(shù)，即wacker流程8。2.3 醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝流程電石乙炔法合成醋酸乙烯主要包括乙炔氣發(fā)生及凈化、醋酸乙烯的合成及精制等四個(gè)部分。在我國主要采用此法生產(chǎn)醋酸乙烯，生產(chǎn)原理9如下：2.3.1 主反應(yīng)方程式(1) 電石制乙炔氣體:cac2+2h2oc2h2+ca(oh)2 (2) 乙炔氣體與醋酸蒸汽在一定溫度下通過醋酸鋅活性炭催化劑的作用合成醋酸乙烯，反應(yīng)方程式:c2h2

42、+ch3coohch3cooch=ch2 2.3.2 主要的副反應(yīng)方程式 (1) 乙醛的生成。醋酸乙烯水解10:ch3coochch2+h2och3cho+ch3cooh (2) 巴豆醛(丁烯醛)的生成。 a.由乙醛生成:2ch3choch3ch=chcho+h2o b.乙炔與乙醛作用:c2h2+ch3choch3ch=chcho 2.3.3 醋酸乙烯合成反應(yīng)原理乙炔是具有三鍵的不飽和烴化合物，化學(xué)性質(zhì)相當(dāng)活潑，能與帶有活潑氫的化合物進(jìn)行加成反應(yīng)，使乙炔中的三鍵變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定的各種乙烯基(雙鍵)或烷基衍生物。醋酸是一種具有活潑氫的化合物，醋酸乙烯的生產(chǎn)就是利用乙炔與帶有活潑氫的醋酸進(jìn)行乙烯基

43、反應(yīng)這一原理11進(jìn)行的，其反應(yīng)式為：c2h2+ch3coohch3cooh=ch2 從熱力學(xué)的角度分析，此反應(yīng)在常溫下就可以進(jìn)行完全，但反應(yīng)速度極其緩慢，必須有觸媒的存在，并在一定溫度下進(jìn)行反應(yīng)才有工業(yè)化意義。本工藝采用醋酸鋅-活性炭作觸媒，在170220于常壓下進(jìn)行合成反應(yīng)。其反應(yīng)機(jī)理為： (1) 乙炔分子吸附在觸媒的表面上形成絡(luò)合物： c2h2+zn(ococh3)2hc=chzn(ococh3)2 (2) 這一絡(luò)合物迅速進(jìn)行分子重排，生成新的中間化合物： hc=chzn(ococh3)2ch2=chococh3zn(ococh3) ch2=chococh3zn(ococh3)+ch3co

44、ohch3cooch=ch2+zn(ococh3)2(3) 醋酸乙烯合成反應(yīng)就是按以上三步進(jìn)行的，反應(yīng)(1)最慢。根據(jù)化學(xué)平衡原理，在生產(chǎn)中用提高乙炔對(duì)醋酸克分子比(簡(jiǎn)稱克分子比)的方法，增加乙炔的濃度以加快合成反應(yīng)速度，從而得到較高的空時(shí)收率(stv)。在合成反應(yīng)中，尚有許多副反應(yīng)。副反應(yīng)的多少與原料成份、觸媒性能以及反應(yīng)條件等因素有關(guān)。一般來說，反應(yīng)溫度愈高副反應(yīng)愈多，常見的主要副反應(yīng)如下： (1) 乙醛的生成： c2h2+h2och3cho ch2chococh3+h2och3cho+ch3cooh ch3ch(ococh3)2ch3cho+(ch3co)2o (2) 丁烯醛的生成： 2

45、ch3choch3ch=chcho+h2o hcch+ch3choch3ch=chcho (3) 丙酮的生成： 2ch3coohch3coch3+co2+h2o zn(ococh3)2ch3coch2+co2+zno chch+2ch3coohch3ch(ococh3)2 (4) 醋酐的生成： 2ch3cooh(ch3co)2o+h2o ch3ch(ococh3)2(ch3co)2o+ch3cho zn(ococh3)2(ch3co)2o+zno (5) 乙炔聚合物的生成： 3c2h2c6h6 2c2h2ch2=ch-cch 以上副反應(yīng)的產(chǎn)生不僅浪費(fèi)了原料，而且影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，必須嚴(yán)格控制

46、原料質(zhì)量，選擇適宜的工藝條件，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低消耗。2.3.4 生產(chǎn)工藝流程示意圖電石經(jīng)電磁振動(dòng)加料器連續(xù)加入乙炔發(fā)生器，電石與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的乙炔從發(fā)生器頂部逸出進(jìn)入乙炔凈化裝置中凈化，再進(jìn)入反應(yīng)器中與醋酸蒸汽反應(yīng)合成醋酸乙烯，反應(yīng)器出料混合物轉(zhuǎn)移至分離工段進(jìn)行初步分離再進(jìn)入精餾工段中進(jìn)行精餾，制得純度99.5%的醋酸乙烯目的生成物12，該工藝生產(chǎn)醋酸乙烯的工藝流程13見圖2.1。圖2.1 電石乙炔氣相法合成醋酸乙烯工藝流程圖figure 2.1 calcium carbide acetylene of gas-phase vinyl acetate synthesis proces

47、s flow diagram第3章醋酸乙烯的物料衡算3.1 主要的反應(yīng)方程式按各個(gè)反應(yīng)的選擇性來說，床式反應(yīng)器內(nèi)主要發(fā)生這三個(gè)主要反應(yīng)。合成乙炔: cac2+2h2oca(oh)2+c2h2 (3-1)主反應(yīng): c2h2 +ch3coohch3cooh=ch2 (3-2)副反應(yīng)：ch3coochch2+h2och3cho+ch3cooh (3-3)副反應(yīng)：2ch3choch3ch=chcho+h2o (3-4)3.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)3.2.1 裝置的工藝數(shù)據(jù)(1)生產(chǎn)規(guī)模:醋酸乙烯生產(chǎn)能力是100kt/a。 (2)生產(chǎn)時(shí)間:年工作日300d,每天24h，總共7200h。 (3)產(chǎn)品為一級(jí)品:醋酸乙烯

48、的含量不低于99.5%。 (4)乙炔和酷酸的摩爾比為2.5。 (5)乙炔的單程轉(zhuǎn)化率為16%,醋酸的單程轉(zhuǎn)化率為40%,醋酸乙烯的選擇性和總收率按醋酸計(jì)均為97%。丁烯醛的選擇性按乙醛計(jì)為30%。 (6)乙醛和丁烯醛，反應(yīng)器內(nèi)約莫生成其它副產(chǎn)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是0.27%。3.2.2 小時(shí)生產(chǎn)能力按年工作日300d，按每年7200h計(jì)算，醋酸乙烯的小時(shí)生產(chǎn)能力為： l=40kt/7200h=40106/7200h=5555.56kg/h其中純醋酸乙烯的量為5555.5699.5%=5527.78kg/h3.2.3計(jì)算基礎(chǔ)此過程屬于連續(xù)操作過程，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，選kg/h作為計(jì)算單位。3.2.4 原料規(guī)

49、格電石(純度80%，雜質(zhì)氧化鈣約占20%），醋酸為一等品（乙酸含量99.8%，水分0.15%，甲酸含量0.06%，乙醛含量0.05%，蒸發(fā)殘?jiān)?.01%）。3.3各工序的物料衡算3.3.1 乙炔工序則hac產(chǎn)率則hac用量m4=10247.07kg/h。乙炔與醋酸的摩爾比為2.5，設(shè)乙炔的流量為m3，則解得m3=11100.99kg/h。乙炔的單程轉(zhuǎn)化率為16%，參與主反應(yīng)的乙炔流量為：m316%=1776.16kg/h。已知乙炔用量，則根據(jù)反應(yīng)cac2+2h2oca(oh)2+c2h2，計(jì)算80%純度的電石用量、所需水量和電石灰渣的量如下：電石的雜質(zhì)是cao，它會(huì)與h2o反應(yīng)，消耗了水。同時(shí)

50、，精制乙炔時(shí)，乙炔會(huì)從naclo溶液帶走水蒸氣，含量約為46.11kg/h。總水量：m2=（m316%36/26+m120%18/56）+46.kg/h=2856.74kg/h電石灰渣：m5=m316%74/26+m120%74/55=6499.57kg/h表3.1乙炔工序物料衡算匯總table 3.1 the material balance table in the acetylene generator進(jìn)料出料物料名稱流量(kg/h) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)物料名稱流量(kg/h) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)電石 5465.10 0.6567 乙炔 1776.16 0.2146水 2856.74 0.3483 電石灰渣

51、 6499.57 0.7854合計(jì) 8321.84 1.000 合計(jì) 8275.73 1.0003.3.2 反應(yīng)工序 (1)醋酸乙烯的選擇習(xí)慣按醋酸記為97%，則40%的醋酸生成的醋酸乙烯有3%用于發(fā)生副反應(yīng)（3-3）和副反應(yīng)（3-4）。乙醛(ald)和丁烯醛(cr-ald或巴豆醛)的總收率均按100%計(jì)算。反應(yīng)（3-3）ch3coochch2+h2o ch3cho+ch3cooh 相對(duì)分子量: 86 18 44 60反應(yīng)（3-3）生成ald的量：z=（10247.0740%86/603%）44/86100%=90.17kg/h反應(yīng)（3-3）所需的水量：x=（10247.0740%86/603%）18/86=36.89kg/h反應(yīng)（3-3）生成的hac流量：y=（10247.0740%86/603%）60/86=122.96kg/h已知cr-ald的選擇性按乙醛計(jì)是30%，則生成cr-ald的流量：m=z30%70/88100%=90.1730%70/88100%=21.52kg/h剩余ald的量為：n=z70%=90.1770%=63.12kg/h