目錄 一、設(shè)計(jì)任務(wù) 3二、概述 31．乙酸乙酯性質(zhì)及用途 32.乙酸乙酯發(fā)展?fàn)顩r 4三. 乙酸乙酯的生產(chǎn)方案及流程 51、酯化法 52. 乙醇脫氫歧化法 63、乙醛縮合法 74、乙烯、乙酸直接加成法 85、確定工藝方案及流程 9四． 工藝計(jì)算 94.1. 物料衡算 94.2 初步物料衡算 11五. 設(shè)備設(shè)計(jì) 175.1 精餾塔Ⅱ的設(shè)計(jì) 175.2最小回流比的估算 195.3 逐板計(jì)算 215.4 逐板計(jì)算的結(jié)果及討論 21六. 熱量衡算 226.1 熱力學(xué)數(shù)據(jù)收集 226.2 熱量計(jì)算，水汽消耗，熱交換面積 246.3 校正熱量計(jì)算、水汽消耗、熱交換面積(對(duì)塔Ⅱ) 27表10校正后的熱量計(jì)算匯總表 33乙酸乙酯車間工藝設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)1.設(shè)計(jì)任務(wù)：乙酸乙酯車間2.產(chǎn)品名稱：乙酸乙酯3.產(chǎn)品規(guī)格：純度99%4.年生產(chǎn)能力：折算為100%乙酸乙酯1880噸/年5.產(chǎn)品用途：作為制造乙酰胺、乙酰乙酸酯、甲基庚烯酮、其他有機(jī)化合物、合成香料、合成藥物等的原料；用于乙醇脫水、乙酸濃縮、萃取有機(jī)酸；作為溶劑廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)中；食品工業(yè)中作為芳香劑等 由于本設(shè)計(jì)為假定設(shè)計(jì)，因此有關(guān)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中的其他項(xiàng)目如：進(jìn)行設(shè)計(jì)的依據(jù)、廠區(qū)或廠址、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、原料的供應(yīng)、技術(shù)規(guī)格以及燃料種類、水電汽的主要來(lái)源，與其他工業(yè)企業(yè)的關(guān)系、建廠期限、設(shè)計(jì)單位、設(shè)計(jì)進(jìn)度及設(shè)計(jì)階段的規(guī)定等均從略。

二、概述1．乙酸乙酯性質(zhì)及用途 乙酸乙酯又名乙酸乙酯，乙酸醚，英文名稱Ethyl Acetate或 Acetic Ether Vinegar naphtha.乙酸乙酯是具有水果及果酒芳香的無(wú)色透明液體，其沸點(diǎn)為77℃，熔點(diǎn)為-83.6℃，密度為0.901g/cm3,溶于乙醇、氯仿、乙醚和苯等有機(jī)溶劑乙酸乙酯的重要用途是工業(yè)溶劑，它是許多樹(shù)脂的高效溶劑，廣泛應(yīng)用于油墨、人造革、膠粘劑的生產(chǎn)中，也是清漆的組份它還用于乙基纖維素、人造革、油氈、著色紙、人造珍珠的粘合劑、醫(yī)用藥品、有機(jī)酸的提取劑以及菠蘿、香蕉、草莓等水果香料和威士忌、奶油等香料此外，還用于木材紙漿加工等產(chǎn)業(yè)部門對(duì)于用很多天然有機(jī)物的加工，例如樟腦、脂肪、抗生素、某些樹(shù)脂等，常使用乙酸乙酯和乙醚配制成共萃取劑，它還可用作紡織工業(yè)和金屬清洗劑2.乙酸乙酯發(fā)展?fàn)顩r（1）國(guó)內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r為了改進(jìn)硫酸法的缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)陸續(xù)開(kāi)展了新型催化劑的研究，如酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂﹑全氟磺酸樹(shù)脂﹑HZSM-5等各種分子篩﹑鈮酸﹑ZrO2-SO42－等各種超強(qiáng)酸，但均未用于工業(yè)生產(chǎn)國(guó)內(nèi)還開(kāi)展了乙醇一步法制取乙酸乙酯的新工藝研究，其中有清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的乙醇脫氫歧化酯化法，化學(xué)工業(yè)部西南化工研究院開(kāi)發(fā)的乙醇脫氫法和中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所的乙醇氧化酯化法。

中國(guó)科學(xué)研究院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所對(duì)乙醇氧化酯化反應(yīng)催化劑進(jìn)行了研究，認(rèn)為采用Sb2O4-MoO3復(fù)合催化劑可提高活性和選擇性化學(xué)工業(yè)部西南化工研究院等聯(lián)合開(kāi)發(fā)的乙醇脫氫一步合成乙酸乙酯的新工藝，已通過(guò)單管試驗(yàn)連續(xù)運(yùn)行1000小時(shí)，取得了滿意的結(jié)果現(xiàn)正在進(jìn)行工業(yè)開(kāi)發(fā)工作近來(lái)關(guān)于磷改性HZSM-5沸石分子篩上乙酸和乙醇酯化反應(yīng)的研究表明，用HZSM-5及磷改性HZSM-5作為乙酸和乙醇酯化反應(yīng)的催化劑，乙醇轉(zhuǎn)化率變化不大，但酯化反應(yīng)選擇性明顯提高使用H3PMo12O40?19H2O代替乙醇-乙酸酯化反應(yīng)中的硫酸催化劑，可獲得的產(chǎn)率為91.48%,但是關(guān)于催化劑的劑量、反應(yīng)時(shí)間和乙醇／乙酸的質(zhì)量比對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)量的研究還在進(jìn)行之中2）國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r由于使用硫酸作為酯化反應(yīng)的催化劑存在硫酸腐蝕性強(qiáng)、副反應(yīng)多等缺點(diǎn)，近年各國(guó)均在致力于固體酸酯化催化劑的研究和開(kāi)發(fā)，但這些催化劑由于價(jià)格較貴、活性下降快等原因，至今工業(yè)應(yīng)用不多據(jù)報(bào)道，美Davy Vekee公司和UCC公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的乙醇脫氫制乙酸乙酯新工藝已工業(yè)化據(jù)報(bào)道，國(guó)外開(kāi)發(fā)了一種使用Pd/silicoturgstic雙效催化劑使用乙烯和氧氣一步生成乙酸乙酯的新工藝。

低于180℃和在25％的乙烯轉(zhuǎn)化率的條件下，乙酸乙酯的選擇性為46％催化劑中的Pd為氧化中心silicoturgstic酸提供酸性中心隨著科技的不斷進(jìn)步，更多的乙酸乙酯的生產(chǎn)方法不斷被開(kāi)發(fā)，我國(guó)應(yīng)不斷吸收借鑒國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，從根本上改變我國(guó)乙酸乙酯的生產(chǎn)狀況三. 乙酸乙酯的生產(chǎn)方案及流程1、酯化法酯化工藝是在硫酸催化劑存在下,乙酸與乙醇發(fā)生酯化脫水反應(yīng)生成乙酸乙酯的工藝,其工藝流程見(jiàn)圖1乙酸、過(guò)量乙醇與少量的硫酸混合后經(jīng)預(yù)熱進(jìn)入酯化反應(yīng)塔酯化反應(yīng)塔塔頂?shù)姆磻?yīng)混合物一部分回流，一部分在80℃左右進(jìn)入分離塔進(jìn)入分離塔的反應(yīng)混合物中一般含有約70%的乙醇、20%的酯和10%的水（乙酸完全消耗掉）塔頂蒸出含有83%乙酸乙酯、9%乙醇和8%水分的塔頂三元恒沸物,送人比例混合器,與等體積的水混合,混合后在傾析器傾析,分成含少量乙醇和酯的較重的水層,返回分離塔的下部,經(jīng)分離塔分離,酯重新以三元恒沸物的形式分出,而蓄集的含水乙醇則送回醋化反應(yīng)塔的下部,經(jīng)氣化后再參與酯化反應(yīng)含約93%的乙酸乙酯、5%水和2%乙醇的傾析器上層混合物進(jìn)人干燥塔,將乙酸乙酯分離出來(lái),所得產(chǎn)品質(zhì)量見(jiàn)表1 表一 工業(yè)品級(jí)乙酸乙酯的質(zhì)量指標(biāo)項(xiàng)目指標(biāo)乙酸乙酯含量，%≧99.5乙醇含量，%≦0.20水分，%≦0.05酸度(以乙酸計(jì))，%≦0.005色度(鉑-鈷)<10傳統(tǒng)的酯化法乙酸乙酯生產(chǎn)工藝技術(shù)成熟,在世界范圍內(nèi),尤其是美國(guó)和西歐被廣泛采用。

由于酯化反應(yīng)可逆,轉(zhuǎn)化率通常只有約67%,為增加轉(zhuǎn)化率,一般采用一種反應(yīng)物過(guò)量的辦法,通常是乙醇過(guò)量,并在反應(yīng)過(guò)程中不斷分離出生成的水根據(jù)生產(chǎn)需要,既可采取間歇式生產(chǎn),也可采取連續(xù)式生產(chǎn)該法也存在腐蝕嚴(yán)重、副反應(yīng)多、副產(chǎn)物處理困難等缺點(diǎn)近年來(lái)開(kāi)發(fā)的固體酸酯化催化劑雖然解決了腐蝕問(wèn)題,但由于價(jià)格太高,催化活性下降快等缺點(diǎn),在工業(yè)上仍無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用2. 乙醇脫氫歧化法 該法不用乙酸，直接用乙醇氧化一步合成乙酸乙酯，其催化劑主要是Pd/C和架Ni，Cu-Co-Zn-Al混合氧化物及Mo-Sb二元氧化物等催化劑，這些體系對(duì)乙醇的氧化有一定的活性，但其催化性還有待進(jìn)一步改進(jìn)95%乙醇從儲(chǔ)槽出來(lái)，經(jīng)泵加壓至0.3～0.4MPa，進(jìn)入原料預(yù)熱器，與反應(yīng)產(chǎn)物熱交換被加熱至130℃，部分氣化，再進(jìn)入乙醇汽化器，用水蒸氣或?qū)嵊图訜嶂?60℃～170℃，達(dá)到完全氣化，然后進(jìn)入原料過(guò)熱器，與反應(yīng)產(chǎn)物換熱，被加熱至230℃，再進(jìn)入脫硫加熱器，用導(dǎo)熱油加熱到反應(yīng)溫度240～270℃，然后進(jìn)入脫氫反應(yīng)器，脫氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，要用導(dǎo)熱油加熱以維持恒溫反應(yīng)從脫氫反應(yīng)器出來(lái)的物料進(jìn)入原料過(guò)熱器，被冷卻至180℃，再進(jìn)入加氫反應(yīng)器將酮和醛加氫為醇，以便后續(xù)分離。

然后進(jìn)入原料預(yù)熱器，被冷卻至60℃，再進(jìn)入產(chǎn)物冷凝器，被水冷卻至30℃，從冷凝器出來(lái)的液體，進(jìn)入反應(yīng)產(chǎn)物儲(chǔ)罐，然后進(jìn)入分離工段，氫氣則從上部進(jìn)入水洗器，以回收氫氣中帶走的易揮發(fā)物料，然后放空或到氧氣用戶 該工藝的特點(diǎn)是產(chǎn)品收率高，對(duì)設(shè)備腐蝕性小，產(chǎn)品成本較酯化法低，不產(chǎn)含酸廢水，有利于大規(guī)模生產(chǎn)，若副產(chǎn)的氫氣能有效合理的利用，該工藝是比較經(jīng)濟(jì)的方法3、乙醛縮合法 由乙醛生產(chǎn)乙酸乙酯包括催化劑制備、反應(yīng)、分離和精餾4大部分,工藝流程見(jiàn)圖3 在氯化鋁和少量的氯化鋅存在下將鋁粉加人盛有乙醇和乙酸乙酯混合物的溶液中溶解得到乙氧基鋁溶液催化劑制備裝置與主體裝置分開(kāi),制備反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的含氫廢氣經(jīng)冷回收冷凝物后排放,制備得到的催化劑溶液攪拌均勻后備用乙醛和催化劑溶液連續(xù)進(jìn)人反應(yīng)塔,控制反應(yīng)物的比例,使進(jìn)料在混合時(shí)就有約98% 的乙醛轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物,1.5%的乙醛在此后的攪拌條件下轉(zhuǎn)化通過(guò)間接鹽水冷卻維持反應(yīng)溫度在0 ℃ ,反應(yīng)混合物在反應(yīng)塔內(nèi)的停留時(shí)間約1h后進(jìn)人分離裝置分離裝置中粗乙酸乙酯從塔頂蒸出,塔底殘?jiān)盟幚淼玫揭掖己蜌溲趸X,將乙醇與蒸出組分一起送人精餾塔,在此回收未反應(yīng)的乙醛并將其返回反應(yīng)塔,乙醇和乙酸乙酯恒沸物用于制備乙氧基鋁催化劑溶液。

如有必要,乙酸乙酯還可進(jìn)一步進(jìn)行干燥乙醛縮合制乙酸乙酯工藝由俄羅斯化學(xué)家Tischenko于20世紀(jì)初開(kāi)發(fā)成功,因而該工藝又稱為Tischenko工藝反應(yīng)在醇化物（乙氧基鋁)的存在下進(jìn)行由乙醛生產(chǎn)乙酸乙酯的第一步實(shí)際上先由乙烯制取乙醛,由乙烯生產(chǎn)乙醛通常在氯化鈀存在下于液相中進(jìn)行（即Wacker工藝)根據(jù)保持催化劑活性方法的不同,又有兩種工藝可選擇,一種為一步法工藝,即乙烯和氧氣一起進(jìn)人反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng); 另一種是兩步法工藝,即乙烯氧化為乙醛在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行,而催化劑的空氣再生在另一反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行,兩種工藝在經(jīng)濟(jì)上并無(wú)大的差異乙醛縮合制乙酸乙酯工藝受原料來(lái)源的限制,一般應(yīng)建在乙烯-乙醛聯(lián)合裝置內(nèi)日本主要采取此工藝路線,裝置能力已達(dá)200kt/a.4、乙烯、乙酸直接加成法 在酸性催化劑存在下,羧酸與烯烴發(fā)生酯化反應(yīng)可生成相應(yīng)的醋類羅納· 普朗克公司在80 年代進(jìn)行了開(kāi)發(fā),但由于工程放大問(wèn)題未解決,一直未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化日本昭和電工公司開(kāi)發(fā)的乙烯與乙酸一步反應(yīng)制取乙酸乙酯工藝終于在90年代實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化 反應(yīng)原料中乙烯：乙酸：水：氮體積組成為80：6.7：3：10.3反應(yīng)系統(tǒng)由3個(gè)串聯(lián)反應(yīng)塔組成,反應(yīng)塔中裝填磷鎢鑰酸催化劑（擔(dān)載于球狀二氧化硅上) 。

反應(yīng)塔設(shè)置了中間冷卻,反應(yīng)溫度維持在140-180 ℃ ,反應(yīng)塔壓力控制在0.44-1MPa 反應(yīng)在擔(dān)載于金屬載體上的雜多酸或雜多酸鹽催化下于氣相或液相中進(jìn)行在水蒸氣存在條件下,乙烯將發(fā)生水合反應(yīng)生成乙醇,然后生成的乙醇又繼續(xù)與乙酸發(fā)生酯化反應(yīng)生成乙酸乙酯產(chǎn)物而且,逆向的乙酸乙酯水解生成乙醇或乙酸的反應(yīng)也可能發(fā)生該工藝乙酸的單程轉(zhuǎn)化率為66%,以乙烯計(jì),乙酸乙酯的選擇性約為94%.5、確定工藝方案及流程從產(chǎn)量分析，生產(chǎn)任務(wù)要求是1840噸，產(chǎn)量不是太大，乙烯、乙酸直接合成法有利于大規(guī)模生產(chǎn)，而且該法對(duì)設(shè)備要求很高，設(shè)備造價(jià)高，因此不采用該工藝從經(jīng)濟(jì)上考慮，乙醇脫氫歧化法對(duì)催化劑要求高，采用該工藝不經(jīng)濟(jì)最后從技術(shù)成熟方面考慮，雖然乙醇脫氫歧化法在國(guó)外生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，且可以進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)，但在國(guó)內(nèi)實(shí)施尚有困難，另外，該法總生產(chǎn)能力比酯化法要低，綜合考慮采用酯化法在國(guó)內(nèi)，乙酸乙酯的生產(chǎn)大都采用酯化法，生產(chǎn)乙酸乙酯的廠家主要有上海試劑一廠，蘇州溶劑廠，北京化工三廠，天津有機(jī)化工一廠，吉化公司，徐州溶劑廠，杭州長(zhǎng)征化工廠，貴州有機(jī)化工溶劑分廠，沈陽(yáng)市溶劑廠，大連釀酒廠，沈陽(yáng)石油化工二廠，哈爾濱化工四廠﹑六廠﹑七廠等。

四． 工藝計(jì)算4.1. 物料衡算4.1.1設(shè)計(jì)任務(wù)（1） 設(shè)計(jì)項(xiàng)目：乙酸和乙醇在催化劑濃硫酸存在下生產(chǎn)乙酸乙酯（假定70%的乙酸轉(zhuǎn)化為乙酸乙酯）（2） 產(chǎn)品名稱：乙酸乙酯（3） 產(chǎn)品規(guī)格：純度99%（4） 年生產(chǎn)能力：折算為100%乙酸乙酯1880噸/年4.1.2 酯化法主要生產(chǎn)步驟 （1）等分子的冰乙酸和95%乙醇混合和少量的濃硫酸接觸，進(jìn)行酯化反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，并加熱至沸點(diǎn) （2）達(dá)到平衡狀態(tài)的混合液通入精餾塔Ⅰ，由于不斷移去難揮發(fā)的水分，在塔中反應(yīng)趨于完全；由塔Ⅰ頂部出來(lái)的流出液組成為： 乙酸乙酯 20%（重量百分率，下同） 水 10% 乙醇 70% （3）由塔Ⅰ頂部出來(lái)的餾出液通入精餾塔Ⅱ。