年產(chǎn)4萬噸醋酸乙烯生產(chǎn)車間工藝設(shè)計

1、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)2.1.2 醋酸乙烯的主要用途2.1.3 醋酸乙烯的生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢31.3.1 醋酸乙烯的國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場前景31.3.2 醋酸乙烯的國外生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場前景51.4 課題要求及意義 課題的要求 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 乙烘液相法 乙烘氣相法 乙烯液相法 乙烯氣相法 其它方法8.2.2 醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝選擇 乙烘氣相法和乙烯氣相法的比較9.2.

2、2.2 乙烘氣相法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)方程式 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1.2第3章醋酸乙烯的物料衡算143.1 主要的反應(yīng)方程式1.43.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)143.2.1 裝置的工藝數(shù)據(jù) 小時生產(chǎn)能力143.2.3 計算基礎(chǔ)143.2.4 原料規(guī)格153.3 各工序的物料衡算 乙烘工序153.3.2 反應(yīng)工序163.3.3 、分離工序183.3.4 、精儲工序183.4 醋酸乙烯生產(chǎn)過程物料衡算匯總1.9第4章醋酸

3、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 精微系統(tǒng)的熱量衡算274.4.1 精儲一塔熱量衡算274.4.2 精儲二塔熱量284.4.3 精微三塔的熱量衡算294.5 總熱量衡算匯總30第5章主要設(shè)備的工藝設(shè)計和選型315.1 固定床反應(yīng)器315.2 醋酸乙烯精儲塔34第6章車間布置設(shè)計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

4、39結(jié)論40致141參考文獻42年產(chǎn)4萬噸醋酸乙烯的生產(chǎn)車間工藝設(shè)計摘要：中國是一個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，有極大的潛力和優(yōu)勢。醋酸乙烯作為一種新型的有機化工原料，廣泛應(yīng)用于有機合成、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。本文簡要介紹了

5、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。總結(jié)了合成醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝方法，對比不同生產(chǎn)工藝路線及其優(yōu)缺點，同時提出了合成醋酸乙烯技術(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，以及合成醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝流程。著重介紹了運用電石乙烘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)計主要以物料衡算和熱量衡算進行工藝計算和主要設(shè)備選型以及工藝車問的布置。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，電石乙烘法，生產(chǎn)工藝流程，物料衡算，熱量衡算，生產(chǎn)車間ProcessEngineeringofVinylAcetateProcessWorkshopinSca

6、leof40000TonsperYearAbstract:Chinaisfullofthecoalresources.Soitcandevelopthecoalbusiness,andproducenewchemicalmaterials.Wehavegreatpotentialityandadvantage.Asanewtypeofchemicalrawmaterials,vinylacetatearewidelyusedinorganicsynthesis,nylon,adhesives,paintindustryetc.Itistopprioritytolookforreasonable

7、productionmethod.Vinylacetateareusedasintermediateswiththeappliedspreadofpolyvinylalcoholonthenon-fibersphere.Soitmakestherisingdemandaboutvinylacetate,anditisparticularlyimportanttoimprovetheproductionandqualityofvinylacetate.Thoughpolymerizationownwithothermonomercopolymerization,vinylacetatecanbe

8、generatedpolyvinylalcohol,vinylacetate-ethylenecopolymeremulsionorcopolymerizationester,polyvinylacetate,vinylacetate-choloethylenecopolymer,polyvinylalcoholshrinkformaldehydeetc.Comparingthedifferentproductionprocessrouteanditsadvantagesanddisadvantages,Streetvinylacetatesynthesisisalsoputforwardth

9、eselectionprincipleoftechnology,thispaperexpoundsthefutureofvinylacetatesynthesistechnologydevelopmenttrend,andexpoundsthevinylacetateresearch,production,developmentsituation,Andtheprocessofvinylacetatesynthesisinourcountry.Thispaperintroducesthesynthesisprocessofapplicationofcalciumcarbideacetylene

10、methodtomakevinylacetate,andaccordingtothedifferentcatalystsvinylacetatesynthesisthispaperintroducesthem.PrimarilyWithmaterialandheatbalancecalculation,thisdesignprocessescalculationandselectionofequipmentandprocessworkshoplayout,Onthebasisofselection,italsopaintstheprocessofflowingdiagramandthemain

11、equipmentassemblydrawing,besides,itputsforwardtheschemeofprocessimprovementandmeasures.Ofimprovingoutput.Keywords:Vinylacetate;Calciumcarbideacetylenemethod;Productionprocess;Materialcalculation;Heatcalculation;productionworkshopII醋酸乙烯（VAc）是一種重要的有機化工原料，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)方法有乙烘法、乙

12、烯法、乙醛醋酊加成法、以煤為原料的城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，隨著科學技術(shù)的進步，新的應(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)能雖然達到108.3萬t4a但仍不能滿足總量需求，每年都有一定的進口。隨著國內(nèi)醋酸乙烯下游產(chǎn)品需求的增長，預(yù)計到2010年需求量將達到168萬t,到2010年國內(nèi)醋酸乙烯產(chǎn)能將達到140萬t,屆時仍有28萬t左右的市場缺口。因此，國內(nèi)醋酸乙烯市場總體前景較好。本文簡

13、要介紹了合成醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝流程，著重介紹了運用電石乙烘法合成醋酸乙烯工藝流程，并且針對合成醋酸乙烯方法的不同進行了介紹，選出最佳方案。本設(shè)計主要主要以物料衡算和熱量衡算進行工藝計算和設(shè)備選型以及工藝車間的布置，在選型的基礎(chǔ)上進行了設(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(Vinylacetate簡稱VAc),全稱為醋酸乙烯酯，分子式C4H6。2，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

14、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-92.3C,沸點72.20C,相對密度0.9317,折射率1.3953,閃點-1C,爆炸極限2.613.4(V%),能溶于乙醇、乙醴、丙酮、氯仿、四氯化碳等有機溶劑，不溶于水20醋酸乙烯是不飽和的竣酸酯，由于分子內(nèi)存在不飽和雙鍵及竣基，化學性質(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)中最主要的初級衍生物加工產(chǎn)品3,也是有機合成化工(聚合物工藝學)中的主導(dǎo)型原料之一，有較高

15、的生產(chǎn)制備及衍生加工的技術(shù)經(jīng)濟價值。作為醋酸的再加工物，醋酸乙烯的生產(chǎn)開發(fā)狀況對醋酸行業(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、化學漿料、塑料材料、薄膜制品、防護涂層、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月青類纖維。上述用途中以共聚物最有發(fā)展前景。

16、在醋酸乙烯應(yīng)用市場中：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）、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1.3.1 醋酸乙烯的國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀及市場前景（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（原北京有機化工廠）從日本可樂麗引進，采用電石乙烘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

17、酸乙烯的生產(chǎn)穩(wěn)步發(fā)展。2007年我國醋酸乙烯白生產(chǎn)能力達到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200912月底，我國醋酸乙烯的生產(chǎn)廠家增加到15家，總生產(chǎn)能力達到158.3萬t/a,產(chǎn)能僅次于美國，是世界上第二大醋酸乙烯生產(chǎn)國家。生產(chǎn)工藝有電石乙烘法、天然氣乙烘法和乙烯法3種：采用電石乙烘法的生產(chǎn)廠家有11家，生產(chǎn)能力合計為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)能力合計為52.8萬t/a,占全國總

18、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15.5萬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1.12009年我國醋酸乙烯主要生產(chǎn)廠產(chǎn)能和工藝（萬t/a）5Table1.1vinylacetatethemainfactorycapacityandprocessofvinylacetatein2009賽拉尼斯(南.京)化工

19、有限公司30.0氣相乙烯法中石化四川維尼綸廠21.0天然氣乙煥法中石化上海石油化工公司11.8乙烯法中石化北京東方石油化工公司11.0乙烯法山西二維集團股份有限公司13.5電石乙快法安徽皖維高新材料有限公司15.5電石乙快法湖南省湘維有限公司8.0電石乙快法廣西維尼綸集團有限責任公司7.0電石乙快法江西化纖化工有限責任公司10.0電石乙快法福建紡織纖維集團有限公司6.0電石乙快法貴州水晶有機化工集團有限公司5.0電石乙快法蘭州維尼綸有限公司5.0電石乙快法石家莊化，化纖有限公司2.電石乙快法云南云維股份有限公司8.5電石乙快法牡丹江東北化工有限公司3.0電石乙快法隨著生產(chǎn)能力的不斷擴大，我國醋

20、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為105.2萬t,2008年增力口至U121.0萬t,同比增長約11.73%,20032008年產(chǎn)量的年均增長率約為7.39%。2009年產(chǎn)量約為135.0萬t,同比增長約11.57%。(2)醋酸乙烯的市場前景我國醋酸乙烯主要用于生產(chǎn)聚乙烯醇，約占總消費量的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.約占總消費量的21.0%,其它方面的用途占4.0%。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國醋酸乙烯的消費結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化6。20世紀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，

21、醋酸乙烯用于該領(lǐng)域的用量在不斷增加，同時EVA產(chǎn)量大幅度增加，也擴展了醋酸乙烯的應(yīng)用領(lǐng)域。預(yù)計到2015牛，我國醋酸乙烯的總需求量將達到約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，但所占比例將會有所減少，而聚醋酸乙烯、VAE共聚乳液和EVA將成為未來推動醋酸乙烯需求增長的主要動力，在消費結(jié)構(gòu)中的比例將會越來越大。今后幾年，隨著中石化四川維尼綸廠和云南云維集團等醋酸乙烯新建或擴建項目的陸續(xù)實施，預(yù)計到2015年我國醋酸乙烯的總生產(chǎn)能力將超過260.0萬t4a而屆時的年需求量只有約210.0萬t,產(chǎn)能過剩，未來我國醋酸乙烯的市競爭壓力將逐漸加大。1.3.2 醋酸乙烯的國外生產(chǎn)現(xiàn)狀及市

22、場前景(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)達到約686.0萬t4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)能力為206.3萬t彳a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t4a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t/,a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t/4a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個醋酸乙烯生產(chǎn)國家和地區(qū)，2009年生產(chǎn)能力分別達到158.5萬t/

23、、a154.6萬t怖72.5萬t/4a分別約占世界醋酸乙烯總生產(chǎn)能力的23.1%、23.1%?口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t4a約占世界醋酸乙烯總生產(chǎn)能力的23.1%;其次是中國臺灣大連化工公司，生產(chǎn)能力為65.0萬t/4a約占世界總生產(chǎn)能力的9.5%;再次是中國石油化工集團公司，生產(chǎn)能力為43.8萬t/,a約占世界總生產(chǎn)能力的6.4%。(2)醋酸乙烯的國外市場前景200孫，全世界醋酸乙烯的總消費量約為515.0萬t,消費主要集巾在北美、西歐和亞太地區(qū)，其中北美地區(qū)的消費量為117.5萬t,約占世界總消費量的22.8%;西歐地區(qū)的消費量為

24、89.5萬t,約占總消費量的17.4%;中南美地區(qū)的消費量為13.0萬t,約占總消費量的2.5%;中東地區(qū)的消費量為14.0萬t,約占總消費量的2.7%;亞太地區(qū)白消費量為271.5萬t,約占總消費量的52.7%;世界其他國家和地區(qū)的消費量為9.5萬t,約占總消費量的1.8%。預(yù)計今后幾年，世界醋酸乙烯的需求量將以年均約3.4%的速度增長，到2012年總需求量將達到約590.0萬to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

25、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%。而日本的醋酸乙烯則主要用于生產(chǎn)PVOH和EVA,分別占總消費量的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，對醋酸乙烯的性質(zhì)和用途、國內(nèi)外的市場情況和發(fā)展趨勢、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以及自己所擁有的知識體系做根據(jù)，根據(jù)不同生產(chǎn)工

26、藝路線及其優(yōu)缺點，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)計醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝流程和生產(chǎn)車間配置。設(shè)計過程中要對該工藝進行物料衡算和熱量衡算；進行主體設(shè)備的工藝設(shè)計和選型，并繪制主體設(shè)備圖；進行車間布置設(shè)計。從而對該物質(zhì)的特性和工業(yè)設(shè)計有一個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化工原料，是世界上產(chǎn)量最大的50種有機化工原料之一。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。隨著科學技術(shù)的進步，新的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓

27、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。但隨著對其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷開拓以及國家經(jīng)濟發(fā)展速度的加快，尤其是建筑、造紙、印刷、汽車、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)情況及進出口情況，我們知道國內(nèi)產(chǎn)量不能滿足需求，市場對進口的依存度逐年上升。因此，發(fā)展醋酸乙烯工業(yè)具有廣闊的市場前景，這次設(shè)計非常具有可行性。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)是從乙烘法發(fā)展起來的，并逐步向乙烯法過渡。

28、目前全世界正在使用的技術(shù)有以烯法和乙烘法兩種，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 乙烘液相法1912年，F(xiàn)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，乙烘和醋酸液相合成二醋酸乙叉酯時，在副產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)了含量為5%的VAc醋酸乙烯。這個反應(yīng)后來發(fā)展成為醋酸乙烯最早的生產(chǎn)方法一一乙烘液相法7o該法以硫酸汞為催化劑，在3075c的條件下，將過量的乙烘通入醋酸溶液中，生成的醋酸乙烯由未反應(yīng)的乙烘帶出，副產(chǎn)的二醋酸乙叉酯可進一步裂解醋酸乙烯。德國曾用該法建立起一套600t第生產(chǎn)裝置。該法因催化劑選擇性低、副產(chǎn)品多、設(shè)備腐蝕嚴重，目前已被完全淘汰。2

29、.1.2 乙烘氣相法1921年，德國ConsortiumfurElectrochemischeIndustrie公司開發(fā)出了乙烘、醋酸氣相合成醋酸乙烯的方法一一乙烘氣相法7。該方法主要以Wacker和Borden流程為代表。(1) Wacker法工藝192孫，德國Wacke化學公司采用固定床列管式反應(yīng)器建立了第一套乙烘氣相法醋酸乙烯工業(yè)裝置。該法是電石乙烘法的典型工藝。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、日本合成化學公司也相繼采用。到20世紀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60年代初美國

30、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烘，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Wacke袪相似。當時這種新的生產(chǎn)方法在天然氣豐富的國家和地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用。2.1.3 乙烯液相法1960,前蘇聯(lián)MoHeeeB等發(fā)表研究報告7,聲稱用氯化鉗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Hoechs侍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，對設(shè)備有強烈的腐蝕性，裝置只能

31、運轉(zhuǎn)23a。196外，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，BayeF、Hoeehs吸USI等公司先后開展了相關(guān)的工業(yè)研究。196孫第一套乙烯氣相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Hoechs公司聯(lián)合開發(fā)的Bayer法，單臺反應(yīng)器的生產(chǎn)能力在50kt，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NationalDistillers的子公司USI開發(fā)的，整個流程分為合成和精制兩部分，基本上與Bayer法相似。

32、(2) BPAmoco公司的Leap工藝199孫BPAmoc必司開發(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250kt的生產(chǎn)裝置。該裝置的投資費用比同等規(guī)模采用傳統(tǒng)工藝建設(shè)的裝置降低約30%。(3) Celanes&司的VantageX藝2001年Celanes公司開發(fā)了新的固定床Vantage!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，醋酸乙烯收率明顯高于同類裝置。Celanes公司采用該工藝對新加坡的190kt裝置進行改造后，在不增加投資的情況下生產(chǎn)能力增加了22%02.1.5 其它方法(1)乙醛醋酊加成法8Cel

33、anes公司上個世紀50年代曾開發(fā)出了乙醛和醋酊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司1953年采用該技術(shù)建成了年產(chǎn)22.7kt的生產(chǎn)裝置，1970年因缺乏競爭力而關(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)以煤為原料的城基合成法20世紀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，合成氣談基合成甲醇，甲醇與合成氣談基合成醋酸，醋酸與甲醇酯化得到醋酸甲酯。醋酸甲酯通過染基化反應(yīng)生成亞乙基二乙酸酯(EDA),再經(jīng)熱裂解

34、生成醋酸乙烯和醋酸。該法不用乙烯和醋酸作原料，實現(xiàn)了以煤為單一原料生產(chǎn)醋酸乙烯。(3)醋酸單一原料法EastmanChemicalCompanyFF發(fā)了一種以單一醋酸為原料的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。該法使用醋酸酊為溶劑，質(zhì)子酸為催化劑，反應(yīng)溫度為85200C,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用較高。該法在經(jīng)濟上不如乙烯法工藝。2.2 醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝選擇綜上所述，目前工

35、業(yè)生產(chǎn)醋酸乙烯主要采用的技術(shù)是乙烘氣相法和乙烯氣相法，乙烯比乙烘相對價廉，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格相對低廉的地區(qū)，乙烘氣相法還有一定的競爭力。2.2.1 乙烘氣相法和乙烯氣相法的比較乙烯法流程較短，而乙烘法流程較長，工藝過程較為復(fù)雜。與乙烯法相比，電石乙烘法最大的缺點是存在環(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。近幾年隨著原油價格的節(jié)節(jié)攀升，特別是電石乙烘法在土廢”的綜合利用方面取得了突破性的進展，乙烘法重新獲得了生機。乙烘氣相法也很大優(yōu)勢，其工藝特點有：（a）由于是連續(xù)反應(yīng)，長期穩(wěn)定的運行便于工藝控制自動化；（b）催化劑由廉價的鋅制得；（c

36、）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)乙烘氣相法仍被廣泛采用，這具有三大優(yōu)勢：（a）相比較于原料乙烯而言，電石法乙烘合成醋酸乙烯的原料來源穩(wěn)定，不受全球油價的影響，相對便于進行遠距離運愉，成本低廉。（b）醋酸乙烯進口價比國內(nèi)出廠價略低，再加上運輸和銷售成本，兩者價格基本相當，但如果考慮乙烯價格持續(xù)走高，以及原料乙烯現(xiàn)貨供應(yīng)非常緊缺的影響，在市場需求旺盛、銷售通暢的情況下，國內(nèi)乙烘法還是有競爭優(yōu)勢的。（c）乙烘氣相法己在國內(nèi)應(yīng)用了數(shù)十年，技術(shù)成熟。綜上所述可知在石油嚴重依賴進口的我國發(fā)展乙

37、烘法合成醋酸乙烯仍將有重要的意義。我國乙烘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，在原材料供應(yīng)環(huán)境、產(chǎn)品售價、國內(nèi)催化劑效能等方面，存在和國內(nèi)外乙烯法市場抗衡優(yōu)勢。因此，這次設(shè)計采用乙烘氣相法工藝路線。2.2.2 乙烘氣相法Wacker流程和Borden流程的比較Wacker流程是以電石乙烘為原料的典型工藝，該法以脫硫、脫磷化氫的電石乙烘與醋酸為原料，催化劑采用醋酸鋅-活性炭體系，并添加次碳酸鈿為助催化劑，反應(yīng)溫度為170200C,壓力為常壓。Borden流程是以天然氣乙烘為原料，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，提高了乙烘凈化和回收效率，操作費用比當時

38、一般的乙烘法降低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，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)許多以電石乙烘為原料的廠家在Wacker流程中融合了Borden流程的先進之處，醋酸乙烯的產(chǎn)量提高很多。因此，這次設(shè)計采用電石乙烘氣相法技術(shù)，即Wacker流程網(wǎng)。2.3 醋酸乙烯的生產(chǎn)工藝流程電石乙烘法合成醋酸乙烯主要包括乙烘氣發(fā)生及凈化、醋酸乙烯的合成及精制等四個10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)

39、方程式(1)電石制乙烘氣體：CaC2+2H2C»C2H2f+Ca(O哨(2)乙烘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+CH3COOHCH3COOCH=CH22.3.2 主要的副反應(yīng)方程式(1)乙醛的生成。醋酸乙烯水角單10：CH3COOCHCH2+H2OCH3CHO+CH3COOH(2)巴豆醛(丁烯醛)的生成。a.由乙醛生成：2CH3CH8CH3CH=CHCHO+H2Ob.乙烘與乙醛作用：C2H2+CH3CH8CH3CH=CHCHO2.3.3 醋酸乙烯合成反應(yīng)原理乙烘是具有三鍵的不飽和燒化合物，化學性質(zhì)相當活潑，能與帶有活潑氫的化合

40、物進行加成反應(yīng)，使乙烘中的三鍵變?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)就是利用乙烘與帶有活潑氫的醋酸進行乙烯基反應(yīng)這一原理11進行的，其反應(yīng)式為：C2H2+CH3COOHCH3COOH=CH2從熱力學的角度分析，此反應(yīng)在常溫下就可以進行完全，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170220c于常壓下進行合成反應(yīng)。其反應(yīng)機理為：(1)乙烘分子吸附在觸媒的表面上形成絡(luò)合物：C2H2+Zn(OCOCH3)2-HC=CH?Zn(OCOCH3)2(2)這一絡(luò)合物迅速進行分子重排

41、，生成新的中間化合物：HC=CH?Zn(OCOCH3)2-CH2=CHOCOCH3?Zn(OCOCH3)CH2=CHOCOCH3?Zn(OCOCH3)+CH3COOHCH3COOCH=CH2+Zn(OCOCH3)211(3)醋酸乙烯合成反應(yīng)就是按以上三步進行的，反應(yīng)(1)最慢。根據(jù)化學平衡原理，在生產(chǎn)中用提高乙烘對醋酸克分子比(簡稱克分子比)的方法，增加乙烘的濃度以加快合成反應(yīng)速度，從而得到較高的空時收率(STV)0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+H2MCH

42、3CHOCH2CHOCOCH3+H2MCH3CHO+CH3COOHCH3CH(OCOCH3)2-CH3CHO+(CH3CO)2O(2)丁烯醛的生成：2CH3CH8CH3CH=CHCHO+H2OHCCH+CH3CH8CH3CH=CHCHO(3)丙酮的生成：2CH3COOHCH3COCH3+CO2+H2OZn(OCOCH3)2-CH3COCH2+CO2+ZnOCHCH+2CH3COOHCH3CH(OCOCH3)2(4)醋酊的生成：2CH3COOH(CH3CO)2O+H2OCH3CH(OCOCH3)2f(CH3CO)2O+CH3CHOZn(OCOCH3)2f(CH3CO)2O+ZnO(5)乙烘聚合物

43、的生成：3c2H2-C6H62c2H2-CH2=CH-LCH以上副反應(yīng)的產(chǎn)生不僅浪費了原料，而且影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，必須嚴格控制原料質(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)電磁振動加料器連續(xù)加入乙烘發(fā)生器，電石與水發(fā)生化學反應(yīng)生成的乙烘從發(fā)生器頂部逸出進入乙烘凈化裝置中凈化，再進入反應(yīng)器中與醋酸蒸汽反應(yīng)合成醋酸乙烯，12反應(yīng)器出料混合物轉(zhuǎn)移至分離工段進行初步分離再進入精儲工段中進行精儲，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見圖2.1。圖2.1電石乙快氣相法合成醋酸乙烯工藝流程圖Figure2.1calciumc

44、arbideacetyleneofgas-phasevinylacetatesynthesisprocessflowdiagram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)生這三個主要反應(yīng)合成乙烘：CaC2+2H2CCa(OH)2+C2H2T(3-1)主反應(yīng)：C2H2+CH3COOHCH3COOH=CH2(3-2)副反應(yīng)：CH3COOCHCH2+H2MCH3CHO+CH3COOH(3-3)副反應(yīng)：2CH3CH8CH3CH=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)

45、生產(chǎn)時間：年工作日300d,每天24h,總共7200h。(3)產(chǎn)品為一級品：醋酸乙烯的含量不低于99.5%。(4)乙烘和酷酸的摩爾比為2.5。(5)乙烘的單程轉(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均為97%0丁烯醛的選擇性按乙醛計為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)量分數(shù)是0.27%。3.2.2 小時生產(chǎn)能力按年工作日300d,按每年7200h計算，醋酸乙烯的小時生產(chǎn)能力為：L=40kt/7200h=40W6/7200h=5555.56kg/h其中純醋酸乙烯的量為5555.5699.5%=5527.78kg/h3.2.3 計算基礎(chǔ)此過

46、程屬于連續(xù)操作過程，發(fā)生化學反應(yīng)，選kg/h作為計算單位。143.2.4原料規(guī)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00.15%甲酸含量00.06%乙醛含量<0.053%蒸發(fā)殘渣<0.01%03.3各工序的物料衡算3.3.1乙快工序貝UHAc產(chǎn)率MC4H6O2L_MC2H4。2一M4“605555.56kg/h86M4-40%97%97%貝UHAc用量M4=10247.07kg/ho乙快與醋酸的摩爾比為2.5,設(shè)乙快的流量為M3,則一/1M31h-2610247.07kg/h1h-560解得M3=11100.99kg/h乙快的單程轉(zhuǎn)化率為1

47、6%,參與主反應(yīng)的乙快流量為：M3X16%=1776.16kg/ho已知乙快用量，則根據(jù)反應(yīng)CaC2+2H2O尸Ca(OH)2+C2H2T，計算80%純度的電石用量、所需水量和電石灰渣的量如下：C,64M316%M12680%=5465.10kg/h電石的雜質(zhì)是CaO,它會與H2O反應(yīng)，消耗了水。同時，精制乙快時，乙快會從NaClO溶液帶走水蒸氣，含量約為46.11kg/ho總水量：M2=(M3X16%X36/26+Mi>20%x18/56)+46.kg/h=2856.74kg/h電石灰渣：M5=M3X16%X74/26+M1>20%X74/55=6499.57kg/h15表3.1

48、乙快工序物料衡算匯總Table3.1thematerialbalancetableintheacetylenegenerator進物料名稱料流量(kg/h)質(zhì)量分數(shù)物料名稱出料流量(kg/h)質(zhì)量分數(shù)電石5465.100.6567乙快1776.160.2146水2856.740.3483電石灰渣6499.570.7854合計8321.841.000合計8275.731.0003.3.2反應(yīng)工序(1)醋酸乙烯的選擇習慣按醋酸記為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%計算。反應(yīng)(3-3

49、)CH3COOCHCH2+H2O-CH3CHO+CH3COOH相對分子量：86184460反應(yīng)(3-3)生成ALd的量：Z=(10247.0740%X86/603%)M4/86100%=90.17kg/h反應(yīng)(3-3)所需的水量：X=(10247.0740%x86/603%)X18/86=36.89kg/h反應(yīng)(3-3)生成的HAc流量：Y=(10247.0740%x86/603%)>60/86=122.96kg/h已知Cr-ALd的選擇性按乙醛計是30%,則生成Cr-ALd的流量：M=ZX30%X70/88100%=90.17>30%X70/88100%=21.52kg/h剩余A

50、Ld的量為：N=ZX70%=90.17>70%=63.12kg/h(2)分離工段第一段是利用循環(huán)液洗滌掉氣體中含有的催化劑粉末和并除去大部分HAc;第二段是冷凝大部分的VAc,Cr-ALd和H2O等高沸物；第三段是分離出不凝氣乙快(含有N2,16O2,ALd,HAc,CO2等)。進口氣體中75%的乙快、0.2%的CO2,3%的N2和。2等空氣被完全排除(實際上還有ALd和HAc也被排除，但隨著乙快進入了反應(yīng)器循環(huán)，可以不考慮在內(nèi))。(3)分離塔進口氣體中0.2%的CO2和0.07%的其他副產(chǎn)物是有乙烘和醋酸反應(yīng)的副反應(yīng)生成的，流量q=(M3+M4+46.11)>0.27%=57.7

51、6kg/h。按乙快和醋酸的摩爾比可知消耗乙快30.03kg/h,醋酸27.72kg/h。(4)綜上，乙快用量11100.99kg/h,反應(yīng)消耗量11100.990.16+30.03=1806.19kg/h,HAc用量10247.07kg/h,消耗量10247.070.4+27.72-122.96=4003.59kg/h,M6主要包括反應(yīng)物VAc生成量11100.9901686/26-90.1786/44=5698.74kg/h,連帶生成副產(chǎn)物ALd63.12kg/h,Cr-ALd21.52kg/h及其他副產(chǎn)物57.76kg/h,還有未反應(yīng)完全的乙快氣體和醋酸蒸汽。止匕外，隨乙快和醋酸蒸汽進入反

52、應(yīng)器內(nèi)的還有空氣(不影響反應(yīng)，不列入物料衡算)。(5)反應(yīng)工段進出料情況匯總表3.2反應(yīng)工段物料衡算匯總Table3.2ReactionsectionmaterialcalculationsummaryofReactionsection進物料名稱料流量(kg/h)質(zhì)量分數(shù)物料名稱出料流量(kg/h)質(zhì)量分數(shù)乙快11100.990.5191粗醋酸乙烯5698.740.2665乙醛63.120.0030水蒸氣36.890.0017丁烯醛21.520.0010其它63.120.0030醋酸10247.070.4792剩余乙煥9294.800.4346剩余醋酸6243.480.2920合計26731.

53、21.0000合計21384.781.0001173.3.3分離工序(1)逸出的氣體中的乙快占95.9%,逸出的空氣占3.84%,逸出有效氣體9294.80M7=1-3.84%=9320.00kg/h95.9%。激冷塔底部流出液體混合物M8,其中醋酸乙烯流量為5698.74kg/h,ALd流量為63.12kg/h,Cr-ALd流量為21.52kg/h,其它的流量為63.12kg/h0(2)分離工段進出料情況匯總表3.3分離工段物料衡算匯總Table3.3ReactionsectionmaterialcalculationsummaryofSeparationsection進物料名稱料流量(kg

54、/h)質(zhì)量分數(shù)出料物料名稱流量(kg/h)質(zhì)量分數(shù)醋酸乙烯5698.740.2665醋酸6243.480.2920乙醛63.120.0030乙快9320.000.4358丁烯醛21.520.0010醋酸乙烯5698.740.2665其它63.120.0030乙醛63.120.0030乙快9294.800.4346丁烯醛21.520.0010醋酸6243.480.2920其它37.920.0018合計21384.781.0001合計21384.781.00013.3.4精微工序(1)在粗儲裝置中，乙醛、丙醛、醋酸甲酯等作為初儲分分離。液體儲分在后續(xù)醋酸乙烯徑流裝置、醋酸精儲裝置及丁烯醛蒸儲塔和殘

55、余物蒸儲塔中進行分離。進料量M8=M6-M7=(M4+M3+36.89)-M7=10247.07+11100.99+36.89-9320.00=12064.95kg/h1899.5%的VAc產(chǎn)品從醋酸乙烯提純蒸儲塔塔頂儲出，Mi0=5555.56kg/ho醋酸從醋酸蒸儲塔塔頂儲出，M9=6243.48kg/h0精微重組分從各精儲塔塔底儲出，Mii=M8-M9-Mio=265.91kg/h。(2)精儲工段進出料情況匯總表3.4精儲工段進出料情況匯總Table3.4Reactionsectionmaterialcalculationsummaryofdistillationsections進物料名稱料出物料名稱料流量(kg/h