年產(chǎn)10萬噸醋酸工藝設(shè)計（終稿）

畢業(yè)論文：年產(chǎn)10萬噸醋酸工藝設(shè)計(終稿)年產(chǎn)10萬噸醋酸工藝設(shè)計第一章概述醋酸是一種有機化合物乙酸別名醋酸冰醋酸分子式常簡寫為或是典型的脂肪酸被公認為食醋內(nèi)酸味及刺激性氣味的來源純的無水乙酸冰醋酸是無色的吸濕性液體凝固點為167°C62“F凝固后為無色晶體盡管根據(jù)乙酸在水溶液中的離解能力它是一個弱酸但是乙酸是具有腐蝕性的其蒸汽對眼和鼻有刺激性作用乙酸是一種簡單的羧酸是一個重要的化學(xué)試劑乙酸也被用來制造電影膠片所需要的醋酸纖維素和木材用膠粘劑中的聚乙酸乙烯酯以及很多合成纖維和織物在家庭中乙酸稀溶液常被用作除垢劑食品工業(yè)方面在食品添加劑列表E260中乙酸是規(guī)定的一種酸度也是化工醫(yī)藥紡織輕工食品等行業(yè)不可缺少的重要原料隨著酷酸衍生產(chǎn)品的不斷發(fā)展以醋酸為基礎(chǔ)的工業(yè)不僅直接關(guān)系到化學(xué)工業(yè)的發(fā)展而且與國民經(jīng)濟的各個行業(yè)息息相關(guān)酷酸生產(chǎn)與消費正引起世界各國的普遍重視酷酸生產(chǎn)工藝及相關(guān)問題的研究開發(fā)正在H益加深和發(fā)展從最初的糧食發(fā)酵木材干餾生產(chǎn)醋酸開始合成醋酸的工藝路線主要有乙醛氧化法乙炔電石法乙醇氧化法乙烯氧化法丁烷氧化法和羰基合成法等這些方法都各有它的優(yōu)點和缺點在選擇合成醋酸的路線時應(yīng)與當?shù)氐脑腺Y源情況密切聯(lián)系起來因地制宜按醋酸用量的大小工業(yè)技術(shù)條件等作綜合的平衡本設(shè)計采用成熟的乙醛氧化法合成醋酸首先確定乙醛氧化法生產(chǎn)醋酸工藝流程其次對整個工藝過程進行物料和能量衡算然后對其中的單元設(shè)備精餾塔進行設(shè)備設(shè)計最后對此進行經(jīng)濟效益分析11醋酸生產(chǎn)的歷史沿革早在公元前三千年人類已經(jīng)能夠用酒經(jīng)過各種醋酸菌氧化發(fā)酵制醋[1]十九世紀后期人們發(fā)現(xiàn)從木材干餾制木炭的副產(chǎn)餾出液中可以回收醋酸成為醋酸的另一重要來源但這兩種方法原料來源有限都需要脫除大量水分和許多雜質(zhì)濃縮提純費用甚高因此隨著20世紀有機化學(xué)工業(yè)的發(fā)展誕生了化學(xué)合成醋酸的工業(yè)乙醛易氧化生成醋酸收率甚高成為最早的合成醋酸的有效方法1911年德國建成了第一套乙醛氧化合成醋酸的工業(yè)裝置并迅速推廣到其它國家[2]早期的乙醛來自糧食糖蜜發(fā)酵生成的乙醇的氧化1928年德國以電石乙炔進行水合反應(yīng)生成乙醛是改用礦物原料生成醋酸的開始二次大戰(zhàn)后石油化工興起發(fā)展了烴直接氧化生產(chǎn)醋酸的新路線但氧化產(chǎn)物組分復(fù)雜分離費用昂貴因此1957～1959年德國Wacher-chemie和Hoechst兩公司聯(lián)合開發(fā)了乙烯直接氧化制乙醛法后乙烯乙醛醋酸路線迅速發(fā)展為主要的醋酸生產(chǎn)方法70年代石油價格上升以廉價易得原料資源不受限制的甲醇為原料的羰基化路線開始與乙烯路線競爭甲醇羰基化制醋酸雖開始研究于20年代60年代已有BASF公司的高壓法工業(yè)裝置但直到1971年美國Monsanto公司的甲醇低壓羰基化制酷酸工廠投產(chǎn)成功證明經(jīng)濟上有壓倒優(yōu)勢現(xiàn)已取代乙烯路線而占領(lǐng)先地位1989年世界醋酸總生產(chǎn)能力為480kt一套甲醇低壓羰基化裝置的生產(chǎn)能力總計2000kta以上除個別廠外都已建成投產(chǎn)中國工業(yè)生產(chǎn)合成醋酸同樣從發(fā)酵法乙醇乙醛氧化法及電石乙炔乙醛氧化路線開始60年代末全國已形成60kta的生產(chǎn)能力70年代開始發(fā)展乙烯路線引進了每套年產(chǎn)約7萬噸大型裝置輕油氧化制醋酸天然氣制甲醇低壓羰基化制醋酸的工藝路線正積極研究可以肯定這些將會使我國的醋酸生產(chǎn)出現(xiàn)一個飛躍12醋酸的物理性質(zhì)醋酸的主要物性數(shù)據(jù)列于表1-1名稱數(shù)值熔點℃沸點℃比熱容CPJg·k蒸汽液體溶解熱Jg汽化熱Jg黏度mPas20℃25℃40℃介電常數(shù)液體固體折射率nD20生成熱△HokJmol液體25℃氣體25℃燃燒熱△HckJmol液體標準熵SoJmolk液體25℃氣體25℃閃點閉杯℃離解常數(shù)0℃25℃50℃臨界壓力PcMpa166611801013kp111025℃2043194℃1953945沸點時11831097818617020℃2665-10℃13719-48450-43225-874815982825434784754795786表1-1純醋酸的物理性質(zhì)[3]13醋酸的化學(xué)性質(zhì)com酸性羧酸中例如乙酸的羧基氫原子能夠部分電離變?yōu)闅潆x子質(zhì)子而釋放出來導(dǎo)致羧酸的酸性乙酸在水溶液中是一元弱酸酸度系數(shù)為48pKa47525℃濃度為1molL的醋酸溶液類似于家用醋的濃度的pH為24也就是說僅有04的醋酸分子是解離的乙酸的酸性促使它還可以與碳酸鈉氫酚CH3COONacom乙酸的二聚體虛線表示氫鍵溶劑液態(tài)乙酸是一個親水極性質(zhì)子化溶劑與乙醇和水類似因為介電常數(shù)為62它不僅能溶解極性化合物比如無機鹽和糖也能夠溶解非極性化合物比如油類或一些元素的分子比如硫和碘它也能與許多極性或非極性溶劑混合比如水氯仿己烷乙酸的溶解性和可混合性使其成為了化工中廣泛運用的化學(xué)品化學(xué)反應(yīng)對于許多金屬乙酸是有腐蝕性的例如鐵鎂和鋅反應(yīng)生成氫氣和金屬乙酸鹽因為鋁在空氣中表明會形成氧化鋁保護層所以鋁制容器能用來運輸乙酸金屬的乙酸鹽也可以用乙酸和相應(yīng)的堿性物質(zhì)反應(yīng)比如最著名的例子小蘇打與醋的反應(yīng)除了醋酸鉻II幾乎所有的醋酸鹽能CH3COOHaq→CH3C00NaaqC02gH201乙酸能發(fā)生普通羧酸的典型化學(xué)反應(yīng)特別注意的是可以還原生成乙醇通過親核取代機理生成乙酰氯也可以雙分子脫水生成酸酐同樣乙酸也可以成酯或氨基化合物440的高溫下乙酸分解生成甲烷和二氧化碳或乙烯酮和水鑒別乙酸可以通過其氣味進行鑒別若加入氯化鐵IIⅡ生成產(chǎn)物為深紅色并且會在酸化后消失通過此顏色反應(yīng)也能鑒別乙酸乙酸與三氧化砷反應(yīng)生成氧化二甲砷通過產(chǎn)物的惡臭可以鑒別乙酸大部分乙酸是通過甲基羰基化合成的此反應(yīng)中甲醇和一氧化碳反應(yīng)生成乙酸方程式如下CH3OHCO→CH3COOH這個過程是以碘代甲烷為中間體分三個步驟完成并且需要一個一般由多種金屬構(gòu)成的催化劑第二部中1CH3OHHI→CH3I反應(yīng)條件也可以通過同樣的反應(yīng)生成乙酸酐因為一氧化碳和甲醇均是常用的化工原料所以甲基羰基化一直以來備受青睞[]早在1925年英國塞拉尼斯公司的HenryDrefyus己經(jīng)開發(fā)出第一個甲基羰基化制乙酸的試點裝置然而由于缺少能耐高壓200atm或更高和耐腐蝕的容器此法一度受到抑制直到1963年德國巴斯夫化學(xué)公司用鈷作催化劑開發(fā)出第一個適合工業(yè)生產(chǎn)的辦法到了1968年以銠為基礎(chǔ)的催化劑的cis[RhCO212]被發(fā)現(xiàn)使得反映所需壓力減到一個較低的水平并且?guī)缀鯖]有副產(chǎn)物1970年美國孟山都公司建造了首個使用此催化劑的設(shè)備此后銠催化甲基羰基化制乙酸逐漸成為支配性的方法孟山都法[]90年代后期BP化學(xué)成功的將Cativa催化法商業(yè)化此法是基于釕使[IrCO2I2]它比孟山都法更加綠色也有更高的效率很大程度上排擠了孟山都法com乙醇氧化法由乙醇在有催化劑的條件下和氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)制得生產(chǎn)規(guī)模小原料和動力消耗高應(yīng)嚴格控制杜絕新建小規(guī)模生產(chǎn)裝置com乙烯氧化法由乙烯在催化劑所用催化劑為氯化鈀PdC12氯化銅CuC12和乙酸錳CH3C002Mn存在的條件下與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成此反應(yīng)可以看作先將乙烯氧化成乙醛再通過乙醛氧化法制得但與低壓甲醇羰基合成法相比原料和動力消耗高技術(shù)經(jīng)濟上缺乏競爭性不宜再用該技術(shù)新建裝置原有裝置可借鑒乙烯直接氧化法進行改造com丁烷氧化法丁烷氧化法又稱為直接氧化法這是用