噸/年乙酸乙酯工藝設(shè)計(jì)概述乙酸乙酯的理化性質(zhì)乙酸乙酯又叫做醋酸乙酯（EA）[1]，是一種具有濃烈清涼菠蘿香氣和葡萄酒香味的液體，無色透明，容易揮發(fā)，顯低毒性，可溶解于氯仿、乙醇、乙醚和芳香烴等有機(jī)溶劑，溶解性：微溶于水，溶于醇、酮、醚、氯仿等多數(shù)有機(jī)溶劑。

乙酸乙酯又稱醋酸乙酯。純凈的乙酸乙酯是無色透明具有刺激性氣味的液體，是一種用途廣泛的精細(xì)化工產(chǎn)品，具有優(yōu)異的溶解性、快干性，用途廣泛，是一種非常重要的有機(jī)化工原料和極好的工業(yè)溶劑，被廣泛用于醋酸纖維、乙基纖維、氯化橡膠、乙烯樹脂、乙酸纖維樹酯、合成橡膠、涂料及油漆等的生產(chǎn)過程中。我們所說的陳酒很好喝，就是因?yàn)榫浦泻幸宜嵋阴ァＲ宜嵋阴ゾ哂泄阄?。因?yàn)榫浦泻猩倭恳宜幔鸵掖歼M(jìn)行反應(yīng)生成乙酸乙酯。因?yàn)檫@是個(gè)可逆反應(yīng)，所以要具有長時(shí)間，才會(huì)積累導(dǎo)致陳酒香氣的乙酸乙酯。

官能團(tuán)酯基-COOR（碳與氧之間是雙鍵），折光率1.3618[2]。乙酸乙酯的用途1、作為工業(yè)溶劑，用于\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"涂料、\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"粘合劑、\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"乙基纖維素、\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"人造革、油氈著色劑、\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"人造纖維等產(chǎn)品中。2、作為粘合劑，用于印刷\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"油墨、人造\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"珍珠的生產(chǎn)。3、作為提取劑，用于\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"醫(yī)藥、\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"有機(jī)酸等產(chǎn)品的生產(chǎn)。4、作為香料原料，用于\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"菠蘿、\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"香蕉、\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"草莓等水果香精和\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"威士忌、\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"奶油等香料的主要原料。香料制造、可以做白酒勾兌用\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"香料、人造\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"香精。5、\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"萃取劑，從水溶液中提取許多化合物（\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"磷、\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"鎢、\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"砷、\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"鈷）。6、\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"有機(jī)溶劑。分離糖類時(shí)作為校正溫度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。7、檢定\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"鉍、金、鐵、\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"汞、氧化劑和鉑。8、測定鉍、硼、金、\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"鐵、鉬、鉑、鉀和鉈。9、生化研究，蛋白質(zhì)順序分析。10、環(huán)保、農(nóng)藥殘留量分析。11、有機(jī)合成。12、是硝酸纖維素、乙基纖維素、\t"/item/%E4%B9%99%E9%85%B8%E4%B9%99%E9%85%AF/_blank"乙酸纖維素和氯丁橡膠的快干溶劑，也是工業(yè)上使用的低毒性溶劑。13、還可用作紡織工業(yè)的清洗劑和天然香料的萃取劑，也是制藥工業(yè)和有機(jī)合成的重要原料。14、GB2760—96規(guī)定為允許使用的食用香料。主要用于著香、柿子脫澀、制作香辛料的顆?；蚱瑒⑨劥着淞?。廣泛用于配制櫻桃、桃、杏等水果型香精及白蘭地等酒用香精。乙酸乙酯國內(nèi)外市場情況國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r工業(yè)制備乙酸乙酯,我國從1945年開始研究乙酸乙酯生產(chǎn)相關(guān)工藝,國內(nèi)傳統(tǒng)通常利用酯化反應(yīng)再進(jìn)行精制加工?？闪蛩岱ù嬖诒容^多的缺點(diǎn),例如會(huì)產(chǎn)生硫酸酯等多種副產(chǎn)物,給乙酸乙酯的精制帶來不變、加入的酸催化劑容易腐蝕設(shè)備,維護(hù)成本過高、酸性廢產(chǎn)物的外排污染環(huán)境等問題。為了解決這些存在的問題,新型催化劑的開發(fā)便有很大的必要,近年來用于酯化的固體酸催化劑的實(shí)例包括負(fù)載在二氧化硅等上作為催化劑的固體強(qiáng)酸催化劑,雜多酸金屬鹽或雜多酸,離子交換樹脂(例如amberlyst15,smopex-101)、沸石(例如USY,BEA,MOR,ZSM-5)分子篩催化劑、硫酸化氧化物ZrO2SO4等各種酸性催化劑。盡管酯化反應(yīng)看起來很簡單,但它是一個(gè)平衡過程(具有低平衡常數(shù)),并且為了改進(jìn)獲得更多的轉(zhuǎn)化率,催化劑的活性性質(zhì)尤為重要。硫酸化氧化物ZrO2-SO4等各種酸性催化劑[3]。西南化工研究院[4]開發(fā)了年產(chǎn)乙醇脫氫工藝3000噸/年,用于山東EA工業(yè)裝置的生產(chǎn)。以Cu/ZnO/A12O3為催化劑,乙醇轉(zhuǎn)化率可達(dá)到65%左右,乙酸乙酯選擇性指數(shù)為90%[5]左右。中科院長春應(yīng)化所對乙醇氧化酯化反應(yīng)的催化劑進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)表明使用Sb2O4-MoO3復(fù)合催化劑可將乙醇轉(zhuǎn)化率提高到58~60%,乙酸乙酯選擇性指數(shù)達(dá)到91%左右。西北石油研究院關(guān)于金屬改性ZSM-5沸石分子篩[6]對乙酸和乙醇酯化反應(yīng)的研究表明,用ZSM-5及金屬改性ZSM-5作為酯化的催化劑,雖然乙醇的轉(zhuǎn)化率無較大變化,但酯化反應(yīng)選擇性系數(shù)明顯增大。使用H3PMo12O4019H2O作為乙酸乙酯酯化反應(yīng)中的催化劑,選擇性系數(shù)達(dá)到92.18%,但在反應(yīng)中催化劑的使用劑量、原料的進(jìn)料比和反應(yīng)時(shí)間對產(chǎn)品產(chǎn)量的影響仍在研究當(dāng)中國外發(fā)展?fàn)顩r由于大多數(shù)酯化法使用H2SO4作催化劑存在較多問題,世界各國也一直在研究開發(fā)新型催化劑來解決這些問題。例如固體酸酯化催化劑,美國Davy公司和UCC公司共同推出的乙醇脫氫歧化發(fā)生產(chǎn)乙酸乙酯已在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用Davy公司一直在研發(fā)試用新的催化劑,他們發(fā)現(xiàn)使用Na2SO4等金屬鹽做催化劑有利于提高轉(zhuǎn)化率[7]圖,Na2SO4作為強(qiáng)電解質(zhì),H2SO4將H+離子化并使體系呈酸性。在反應(yīng)體系中,Na2SO4自身的結(jié)合水可以用來提高催化劑表面的H+活性,生成的水又可以使Na2SO4離子化更多的H+,有利于酯化反應(yīng),增大活性和選擇性系數(shù)是降低生產(chǎn)成本的有效辦法,此辦法實(shí)用于東南亞,非洲等地。日本昭和公司[8]回通過在銅基催化劑中心上添加各種金屬氧化物,開發(fā)了高活性、高選擇性的CuZn-ZrA-O催化劑,該催化劑在225℃、1MPa下進(jìn)行,乙醇轉(zhuǎn)化率達(dá)50.2%,乙酸乙酯選擇性為96%,選擇性和轉(zhuǎn)化率有了明顯的提高進(jìn)出口情況2005年以前,我國是乙酸乙酯的進(jìn)口國,從2005以后,隨著我國乙酸乙酯生產(chǎn)能力和產(chǎn)量的大量增加,由凈進(jìn)口國轉(zhuǎn)變?yōu)閮舫隹趪?2006年我國乙酸乙酯的凈出口量為100萬噸,約占國內(nèi)總產(chǎn)量的15.87%。2008年凈出口量達(dá)到1828萬噸,同比增長41%。近兩年,我國乙酸乙酯的進(jìn)口量逐年減少,2006年進(jìn)口量為0.96萬噸,2008年下降到0.11萬噸,同比下降約85.52%。2009年上半年進(jìn)口量為0.03萬噸,同比減少約57%。與此相反,我國醋酸乙酯的出口量卻在逐年增加。2006年出口量超過10.0萬噸,達(dá)到1094萬噸,2008年盡管受到全球金融危機(jī)的影響,但出口量仍高達(dá)1839萬噸,同比增長34%,2009年上半年出口量為873萬噸,同比增長0.23%,2010年我國醋酸乙酯出口到30多個(gè)國家和地區(qū),其中對亞洲國家的出口量約占總出口量的93%,其中對韓國的出口量為323萬噸,約占總出口量的29.6%,其次是中國臺灣,出口量為1.89萬噸,約占總出口量的17.2%:再次是日本,出口量為1.66萬噸,約占總出口量的15%。我國醋酸乙酯出口主要集中在江蘇、山東和廣東3省,2006年出口量分別為6.1萬噸、2.1萬噸和1.53萬噸,合計(jì)出口量占出口總量的78%,其他省份出口量僅為1.21萬噸。主要出口企業(yè)有江蘇索普、山東金沂蒙、廣東江門謙信化工發(fā)展公司等大型醋酸乙酯生產(chǎn)企業(yè)。2003年以前,我國醋酸乙酯的進(jìn)口價(jià)格變化不大,基本上維持在520-550美元/噸,2004年以后進(jìn)口價(jià)格開始上漲,2004年價(jià)格為653.2美元/噸,2006年上漲到841.4美元/噸,比2005年上漲76%。出口價(jià)格近幾年也不斷上漲。2003年出口價(jià)格為573.8美元噸,2004年上漲到7573美元/噸,2006年上漲到7986美元/噸2008年進(jìn)一步上漲到905.7美元/噸。消費(fèi)現(xiàn)狀及發(fā)展前景近年來,隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長,涂料、油墨、粘合劑等產(chǎn)品需求大幅提升,從而拉動(dòng)醋酸乙酯的消費(fèi)穩(wěn)步增長。1997年我國醋酸乙酯的表觀消費(fèi)量只有10.50萬噸,2001年增加到279萬噸,2006年進(jìn)一步增加到53.02萬噸,比2005年增長約59%,2007年增加到580.6萬噸,2009年進(jìn)一步增加到821.1萬噸,同比增長約59%,2004-009年表觀消費(fèi)量的年均增長率約為13.71%近年來我國醋酸乙酯的供需情況見表2-5表2.5近年來我國醋酸乙酯的供需情況單位:萬噸/年年份生產(chǎn)能力產(chǎn)量進(jìn)口量出口量表觀消費(fèi)量200020.3321.2920050.4622.79200239.030.74.581.0934.19200354.034.24.271.1937.28200467.041.83.462.0743.19200580.047.34.641.8850.06200690.063.00.9610.9453.022007109.071.00.7613.7058.062008150.095.00.1118.3976.72目前,國內(nèi)醋酸乙酯主要消費(fèi)地區(qū)集中在華東、中南、華北東北地區(qū),產(chǎn)品主要用于生產(chǎn)涂料、制藥和粘合劑,2008年我國醋酸乙酯消費(fèi)結(jié)構(gòu)為:制藥行業(yè)對乙酸乙酯的需求量約占總需求量的30%涂料約占35%粘合劑約占20%油墨約占10%,其他產(chǎn)品約占50%。預(yù)計(jì)到2012年,我國乙酸乙酯的總需求量將達(dá)到約900萬噸,供大于求,屆時(shí)消費(fèi)結(jié)構(gòu)將有所變化,其中在制藥和粘合劑行業(yè)消費(fèi)的比例將會(huì)有所下降,隨著新型高檔涂料的不斷發(fā)展,預(yù)計(jì)涂料行業(yè)對醋酸乙酯的需求量將會(huì)有較大幅度的增加;隨著電子、通訊行業(yè)的發(fā)展,油墨方面的需求量也將有所上升。另外,隨著醋酸乙酯新用途的不斷開發(fā)將會(huì)使醋酸乙酯在其他方面用量的比例也有一定的增加。乙酸乙酯的生產(chǎn)方案及流程酯化法乙酸酯化法是傳統(tǒng)的乙酸乙酯生產(chǎn)方法,在催化劑存在下,由乙酸和乙醇發(fā)生酯化反應(yīng)而得，化學(xué)方程式為:CH3COOH+CH2CH3OH→CH3CH2COOCH3+H2O酯化法生產(chǎn)工藝流程見圖2.1,進(jìn)料通過混合器混合后進(jìn)入預(yù)熱器,預(yù)熱后進(jìn)入酯化塔。酯化塔塔頂餾出液一部分回流,剩余部分通入分離塔。進(jìn)入分離塔的物質(zhì)通常包含乙酸乙酯、水和乙醇。從分離塔出來,乙酸乙酯、水和乙醇的三元共沸混合物再與水按特定比例送入混合器,然后由混合器進(jìn)入沉降器,在沉降器中分層,上層為脂層,進(jìn)入干燥塔干燥生成成品乙酸乙酯,下層回流進(jìn)入分離塔做二次進(jìn)料。所得產(chǎn)品質(zhì)量見表1.3.1。圖1.3.1酯化法生產(chǎn)工藝流程圖表1.3.1產(chǎn)品質(zhì)量表項(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(以醋酸計(jì)),%≤0.005色度(鉑-鈷)<10近年來開發(fā)出了一種酯化法工藝方法稱之為"切換法"，即在同一套裝置內(nèi)通過切換生產(chǎn)原料，可以根據(jù)市場需要生產(chǎn)乙酸乙酯或乙酸丁酯。這種對常規(guī)酯化技術(shù)的改革具有降低生產(chǎn)成本的潛力。通過消除產(chǎn)品間的切換時(shí)間而增加多用途酯化設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，從而降低投資成本和操作成本。以前建設(shè)的酯化法乙酸乙酯裝置或乙酸丁酯裝置都可以投入少量資金改造為切換法。此工藝目前國內(nèi)比較成熟。研究人員在現(xiàn)有乙酸酯化法基礎(chǔ)上開發(fā)了一種乙酸乙酯綠色節(jié)能新工藝-非高分子固體酸催化酶化-加鹽萃取精餾聯(lián)合技術(shù)，簡稱"鹽析法"。與傳統(tǒng)酯化法相比可減少20%-25%的能耗，能有效降低乙醇用量，此技術(shù)已經(jīng)在部分企業(yè)實(shí)現(xiàn)改造。酯化法工藝[9]優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟、投資少。缺點(diǎn)是成本高、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、廢酸不易處理、排放時(shí)環(huán)境污染大、副反應(yīng)多及副產(chǎn)物處理困難等。酯化法適用于擁有大量低成本乙醇的地區(qū)。乙醇脫氫法乙醇脫氫法。乙醇脫氫法是近年來開發(fā)的一種新的工藝方法。乙醇脫氫法是采用銅基催化劑[10]使乙醇脫氫，生成粗乙酸乙酯，再分別經(jīng)高、低壓蒸餾除去共沸物，回收未反應(yīng)的乙醇，去除丁酮、乙醚、醋酸、水等雜質(zhì)，得到純度為98.7%-99.9%的乙酸乙酯成品。該工藝在生產(chǎn)乙酸乙酯的同時(shí)可副產(chǎn)氫氣。由于主反應(yīng)只副產(chǎn)氫氣，乙酸乙酯理論收率可達(dá)到96%，較酯化法高很多，同時(shí)由于避免使用乙酸和硫酸，因此設(shè)備腐蝕小，且不會(huì)產(chǎn)生大量的含酸廢水。國內(nèi)清華大學(xué)有此專利技術(shù)。英國Kvaener工藝技術(shù)公司(KTP)也擁有此項(xiàng)專利技術(shù)，并建設(shè)有工業(yè)化生產(chǎn)裝置。南非Sasol化學(xué)工業(yè)公司建造了一套5.0萬t/a乙酸乙酯生產(chǎn)裝置，是第一家使用KTP公司乙醇脫氫法生產(chǎn)乙酸乙酯工藝的工廠。目前，該技術(shù)的所有權(quán)已經(jīng)轉(zhuǎn)移至DavyProcessTechnolog公司。DPT公司乙醇脫氫產(chǎn)品純度高，適宜于有大量廉價(jià)乙醇并且氫氣有合理用途的工廠。乙醛縮合法乙醛縮合法大多是以乙醇鋁作催化劑,由科學(xué)家Tischenko于20世紀(jì)初開發(fā)成功,雙乙醛分子被氧化和縮合,并重新組排形成一個(gè)乙酸乙酯分子,將反應(yīng)液脫醛得到產(chǎn)物。該工藝工程反應(yīng)條件易控制,成本低,副產(chǎn)物乙縮醛作為香料,有一定的利用價(jià)值。工藝流程見圖1.3.3,在AlCl3和少量ZnCl2存在下,將鋁粉溶解在含有乙醇和乙酸乙酯混合物的溶液中,得到乙醇鋁溶液,催化劑制備裝置和產(chǎn)品生產(chǎn)裝置[11]分離。當(dāng)制備催化劑時(shí),通過冷凍回收經(jīng)反應(yīng)產(chǎn)生的廢氣,并將該流程所得的冷凝物導(dǎo)出。實(shí)現(xiàn)了廢棄物的環(huán)保處理。將原料和催化劑共同加入反應(yīng)器,在混合過程和進(jìn)料過程中,約有98%的乙醛轉(zhuǎn)化為所需產(chǎn)物。為了將反應(yīng)溫度穩(wěn)定在5℃左右,需通入定量的冷卻水,并且確保反應(yīng)器在進(jìn)入分離裝置之前反應(yīng)時(shí)間達(dá)到1小時(shí)。圖1.3.3乙醛縮合法工藝流程圖乙醛縮合法是在催化劑乙醇鋁(也稱三乙氧基鋁)的存在下，兩個(gè)分子的乙醛自動(dòng)氧化和縮合，重排形成一分子的乙酸乙酯。采用該工藝時(shí)，如果反應(yīng)過程中有兩種醛存在，則可以生產(chǎn)出混合酯類，利用兩步法[12]。例如Eastman公司在生產(chǎn)中采用大量乙醛和適量丁醛，可同時(shí)生產(chǎn)乙酸乙酯和乙酸丁酯。該工藝在常壓低溫下(0-20℃)進(jìn)行，反應(yīng)條件溫和，但是鋁基催化劑目前尚無法回收，乙醇鋁水解后產(chǎn)生的殘?jiān)绻苯优欧?，將?huì)污染環(huán)境。隨著環(huán)保要求的提高，必須尋求適宜的處理方法。該法不足之處是只有在乙醛價(jià)格處于低位時(shí)才具有競爭力。乙醛縮合法在國外已經(jīng)比較成熟。該法的優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)反應(yīng)中沒有廢物產(chǎn)生。乙醛縮合法工藝受原料乙醛的限制，一般應(yīng)建在乙烯-乙醛聯(lián)合裝置內(nèi)。乙烯，乙酸直接加成法乙醇脫氫法：乙醇脫氫法是近年來開發(fā)的一種新的工藝方法。乙醇脫氫法是采用銅基催化劑使乙醇脫氫，生成粗乙酸乙酯，再分別經(jīng)高、低壓蒸餾除去共沸物，回收未反應(yīng)的乙醇，去除丁酮、乙醚、醋酸、水等雜質(zhì)，得到純度為98.7%-99.9%的乙酸乙酯成品。該工藝在生產(chǎn)乙酸乙酯的同時(shí)可副產(chǎn)氫氣。乙酸乙酯理論收率可達(dá)到96%，較酯化法高很多，同時(shí)由于避免使用乙酸和硫酸，因此設(shè)備腐蝕小，且不會(huì)產(chǎn)生大量的含酸廢水。國內(nèi)清華大學(xué)有此專利技術(shù)。1995年，山東省臨沫縣化肥廠(后更名為山東金沂蒙化工集團(tuán))使用此技術(shù)，建了一套5000t/a生產(chǎn)裝置。西南化工研究院與中科院長春應(yīng)用化學(xué)所分別開發(fā)了乙醇脫氫法與乙醇氧化酯化法生產(chǎn)工藝，但迄今為止均未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。英國Kvaener工藝技術(shù)公司(KTP)也擁有此項(xiàng)專利技術(shù)，并建設(shè)有工業(yè)化生產(chǎn)裝置。南非Sasol化學(xué)工業(yè)公司建造了一套5.0萬t/a醋酸乙酯生產(chǎn)裝置，是第一家使用KTP公司乙醇脫氫法生產(chǎn)醋酸乙酯工藝的工廠。目前，該技術(shù)的所有權(quán)已經(jīng)轉(zhuǎn)移至DavyProcessTechnolog公司。DPT公司乙醇脫氫產(chǎn)品純度高，適宜于有大量廉價(jià)乙醇并且氫氣有合理用途的工廠。乙烯乙酸直接加成法工藝流程如圖1.3.4所示,乙烯和乙酸經(jīng)過氣化器后,將混合器和通入的水蒸汽依次在三個(gè)反應(yīng)塔中反應(yīng),反應(yīng)塔中裝填磷鎢鑰酸催化劑。從反應(yīng)塔出來的含有乙酸乙酯、乙醇和乙酸的粗產(chǎn)品進(jìn)入分離塔,重組分從分離塔下回流再次進(jìn)料,上層進(jìn)入萃取精餾塔進(jìn)行萃取精制,萃取出來的乙酸乙酯通過干燥器進(jìn)行干燥,成品乙酸乙酯由干燥塔排出,乙酸和水還有少量乙醇回流進(jìn)入精餾塔。圖1.3.4乙烯一步法生產(chǎn)工藝確定工藝方案及流程表1.3.5不同生產(chǎn)工藝的比較工藝方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)酯化法濃硫酸有酸性強(qiáng)、吸水性強(qiáng)、性能穩(wěn)定、價(jià)設(shè)備腐蝕性大,硫酸易引起廉等優(yōu)點(diǎn),而且溶于反應(yīng)物料中,是均相催磺化、化和聚合等的副反應(yīng),酯化法化反應(yīng),反應(yīng)均勻,因而在全塔都能進(jìn)行產(chǎn)品純度低,后處理過程雜,催化反應(yīng)。催化作不受塔內(nèi)溫度限制,三廢量大應(yīng)機(jī)理清楚,容易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制設(shè)備腐蝕性大,濃硫酸易引起磺化、炭化和聚合等的副反應(yīng),產(chǎn)品純度低,后處理過程復(fù)雜,三廢量大乙醛縮合反應(yīng)反應(yīng)條件溫和，原料消耗少，工藝簡單，設(shè)備腐蝕小，國外工藝成熟，國內(nèi)也取得重大進(jìn)展必須在乙醛的來源廣泛區(qū)，催化劑處理上存在一定污染乙醇脫氫法原料利用上較為的經(jīng)濟(jì)，可以副產(chǎn)氫氣，沒有腐蝕性催化劑選擇性比較差，分離工段塔多，因而能耗比傳統(tǒng)工藝還高，工藝不成熟乙烯乙酸加成法反應(yīng)有較高的選擇性和轉(zhuǎn)化率適合乙烯來源廣的地區(qū)，乙烯價(jià)格上漲后，不利，工藝不成熟本次設(shè)計(jì)任務(wù)是年產(chǎn)1500噸乙酸乙酯,年產(chǎn)量不大,并且本次設(shè)計(jì)目標(biāo)地點(diǎn)位于新疆,需要考慮原料價(jià)格和運(yùn)輸成本。通過上圖幾種生產(chǎn)方法的描述合比較最終選擇酯化法作為本次設(shè)計(jì)的生產(chǎn)工藝。工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（1）設(shè)計(jì)項(xiàng)目：年產(chǎn)1500噸乙酸乙酯的車間工藝設(shè)計(jì)（2）產(chǎn)品名稱：CH3CH2COOCH3（3）產(chǎn)品規(guī)格：純度99%，并假定有68%的乙酸轉(zhuǎn)化為乙酸乙酯（4）年生產(chǎn)能力：乙酸乙酯1500噸/年（5）設(shè)計(jì)工藝：酯化法設(shè)計(jì)步驟過程設(shè)計(jì)的主要步驟見下圖2.2圖2.2設(shè)計(jì)步驟流程圖工藝說明酯化法生產(chǎn)EA的工藝流程圖如圖2.3；圖2.3酯化法工藝流程圖酯化法生產(chǎn)EA的主要生產(chǎn)步驟如下:(1)在H2SO4存在條件下,加入等量的乙酸和95%乙醇混合物,酯化達(dá)到平衡,然后加熱至沸點(diǎn)。(2)向精餾塔I中通入達(dá)到平衡狀態(tài)的液態(tài)混合物,因?yàn)榉菗]發(fā)性水被連續(xù)除去,并且反應(yīng)在塔中幾乎完成;所以來自精餾塔1頂部的鎦出物的組成為:表2.3(1)塔I頂部餾出液組成乙酸乙酯20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)水10%乙醇70%（3）向精餾塔Ⅱ中通入塔Ⅰ頂部餾岀液,并進(jìn)行蒸餾,此時(shí)精餾塔Ⅱ頂部恒沸液組成為：表2.3(2)塔Ⅱ頂部餾出液組成乙酸乙酯83%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)水8%乙醇9%從塔Ⅱ底部出來的萃余液的組成為乙醇和水,并作為第二進(jìn)料重新進(jìn)入塔L。混合來自精餾塔Ⅱ和精餾塔Ⅲ的頂部餾出液,并加入等量的水,將三者混合后通入沉淀器中進(jìn)行分層。此時(shí)沉淀器上層有大量乙酸乙酯,其組成為:表2.3(3)沉淀器上層組成乙酸乙酯94%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)水4%乙醇2%表2.3(4)沉淀器下層組成乙酸乙酯8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)水88%乙醇4%所得水層作為第二次進(jìn)料再重新送入精餾塔1。6)沉淀器中所得酯層送入塔Ⅲ進(jìn)行蒸餾,精餾塔Ⅲ的餾出液即為精的乙酸乙酯,這是由于乙酸乙酯和其他恒沸液相比,EA的揮發(fā)度最小,且經(jīng)過了蒸餾過程。由精餾塔Ⅲ頂部出來的三組分共沸液,其組成如下:表2.3(5)塔Ⅲ頂部三組分共沸液組成乙酸乙酯83%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)水8%乙醇9%表2.3(6)塔Ⅲ頂部雙組分共沸液組成乙酸乙酯94%水8%將精餾塔Ⅲ頂部餾出的多組分共沸液作為重新進(jìn)料送回沉降器本課題研究的內(nèi)容和意義乙酸乙酯是一種重要的基本有機(jī)化工原料,其生產(chǎn)方法有直接酯化法和間接酯化法。研究并設(shè)計(jì)其生產(chǎn)工藝具有很重要的意義。乙酸乙酯是用途廣的重要化工產(chǎn)品。其主要用途有:作為工業(yè)溶劑,用于涂料、粘合劑、乙基纖維素、人造革、油氈著色劑、人造纖維等產(chǎn)品中;作為粘合劑,用于印刷油墨、人造珍珠的生產(chǎn);作為提取劑,用于醫(yī)藥、有機(jī)酸等產(chǎn)品的生產(chǎn);作為香料原料,用于香精和威士忌、奶油等香料的主要原料。用作溶劑,及用于染料和一些醫(yī)藥中間體的合成。是食用香精中用量較大的合成香料之一,大量用于調(diào)配香蕉、梨、桃、菠蘿、葡萄等香型食用香精.是硝酸纖維素、乙基纖維素、乙酸纖維素和氯丁橡膠的快干溶劑,也是工業(yè)上使用的低毒性溶劑。近些年來,隨著世界經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定增長,建筑、汽車等行業(yè)的迅速發(fā)展采用高檔溶劑生產(chǎn)涂料、油墨、粘合劑等產(chǎn)品已成大勢所趨,進(jìn)一步帶動(dòng)了乙酸乙酯溶劑需求的快速增長。雖然目前在國內(nèi)乙酸乙酯的供大于求,但世界上乙酸乙酯的消耗主要集中在東南亞地區(qū),從亞洲這個(gè)范圍來說,乙酸乙酯還是處于供不應(yīng)求地區(qū)文可以轉(zhuǎn)存到百度同電的乙酸乙酯生產(chǎn)廠家采用酯化法生產(chǎn)乙酸乙酯。

工藝計(jì)算初步物料衡算(1)單位小時(shí)生產(chǎn)能力的計(jì)算一:此次設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模1500噸/年二:產(chǎn)物:成品按100%乙酸乙酯計(jì)算三:生產(chǎn)天數(shù)/年:檢修按65天計(jì)算,實(shí)際的工作日為300天，晝夜連產(chǎn)。所以可得單位小時(shí)的生產(chǎn)能力為:1500×100÷300÷24=209kg/h四:計(jì)算基準(zhǔn):在初步物料衡算過程中成品乙酸乙酯的純度假定100%，忽略生產(chǎn)過程中的物料損失,但由于塔I塔Ⅱ和塔Ⅲ頂部餾出液都不是單一的組分,如此計(jì)算必定存在一定的誤差,所以在精餾塔設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行物料修正(2)物料衡算計(jì)算過程如下反應(yīng):乙酸和乙醇酯化反應(yīng)如下：CH3COOH+C2H5OH--C2H3COOCH5+H2060468818XY209Z計(jì)算方法:由于已知初始進(jìn)料的量,根據(jù)物料守恒方程,列分別列出系統(tǒng)1、系統(tǒng)2、系統(tǒng)3的物料衡算方程,進(jìn)行聯(lián)立,即可分別求出各設(shè)備的進(jìn)出物料量。計(jì)算過程如下：加入:①含量為100%乙酸量:60/x=88/209→x=60×209/88=142.49kg/h含量100%乙醇量:46/y=88/209→y=46×209/88=109.254kg②含量為95%乙醇量:y/95%=108.90/95%=115kg/h其中乙醇=109.25kg/h;水量=5.75kg/h③濃硫酸量=5.8kg;其中硫酸=5.4kg;水量=0.4kg/h支出:轉(zhuǎn)化率為66%①乙酸乙酯生成量=142.49×0.66×88÷60=137.94kg/h②乙酸剩余量=142.49×0.34=48.45kg/h③乙醇剩余量=109.254×0.34=37.14kg/h④反應(yīng)生成水量:18/z=88/137.94→z=18×137.94÷88=28.22kg/h總水分=28.22+5.75=33.97kg/h⑤濃硫酸量=5.8kg/h精餾塔I中通入來自酯化器的混合溶液并在其中反應(yīng)完全,生成以下乙酸乙酯=209kg/h水=18×209÷88+5.75=48.5kg/h濃H?SO?=5.8kg/h(3)三個(gè)精餾塔和沉降器之間都是相互關(guān)聯(lián)的,其物質(zhì)平衡總結(jié)如下個(gè)平衡物料方程組聯(lián)合求解設(shè)u=精餾塔I底部殘液量(kg/h,不包括濃H?SO?5.8kg/h)v=精餾塔Ⅰ頂部餾出液量(kg/h)R=精餾塔Ⅱ底部殘液量(kg/h)其中Rw=R中的水量(kg/h),RA=R中乙醇的量(kg/h)z=精餾塔Ⅱ頂部殘液量(kg/h)x=精餾塔Ⅲ頂部餾出液中三組分共沸液量(kg/h)y=精餾塔Ⅲ頂部餾出液中兩組分共沸液量w=沉降器下層水量(kg/h)系統(tǒng)1的物料總衡算257.5+w=u+zu+z-w=257.5系統(tǒng)1的EA衡算:0.812×257.5+0.08w=0.83z②209+0.08w=0.83z系統(tǒng)1的C2H5OH衡算:0.09z=0.04w③系統(tǒng)2的整個(gè)物料衡算:2(x+y+z)=w+x+y+209x+y+2z-w=209④系統(tǒng)2的EA衡算:0.83x+0.94y+0.83z=(x+y+209)×0.94+0.08w0.83z-0.11x-0.08w=196.46⑤聯(lián)立上述5個(gè)方程組,求解得x=116.16kg/hy=44kg/hz=21.8kg/hw=723.2kg/hu=658.9kg/h又因?yàn)関中含有20%EA,而EA=209kg/h,故:v=209÷0.2=1045kg/h系統(tǒng)3的整個(gè)物料衡算：R+257.5=V+uR=v+u-257.5=1045+658.9-257.5=1446.4kg/h系統(tǒng)3的H2O物料衡算:Rw+0.188×257.5=u+0.1×1045Rw=763.4-48.41=714.991kg/h系統(tǒng)3的C2H5OH衡算RA=0.7v=0.7×1045=731.5kg/h將上述結(jié)果匯總列出各物料衡算表如下:表3.1(1)進(jìn)出酯化器的物料衡算表加入支出序號物料名稱組成%數(shù)量kg/h序號物料名稱組成%數(shù)量kg/h1乙酸100142.51乙酸乙酯100137.942C2H5OH951152水10033.97其中乙醇109.253C2H5OH10037.14水5.754乙酸10048.453濃H2SO4935.85濃H2SO41005.8合計(jì)263.3263.3表3.1(2)進(jìn)出塔Ⅰ的物料衡算表加入支出序號物料名稱組數(shù)量kg/h序號物料名稱組成%數(shù)量kg/h1來自酯化器的混合263.31塔頂餾出1045①EA137.94①EA20209②H2O33.97②H2O10104.5③C2H5OH37.14③C2H5OH70731.5④CH3COOH48.452塔底殘夜664.7⑤H2SO45.8①H2O658.92來自塔Ⅱ的塔底殘1446.4②H2SO45.8①H2O714.99②C2H5OH731.5合計(jì)1709.71709.7表3.1(3)進(jìn)出塔Ⅱ的物料衡算表加入支出序號物料名稱組數(shù)量序號物料名稱組成%數(shù)量kg/h1來自塔Ⅰ的塔底殘10451塔頂餾出液321.8①EA20209①EA83267.1②H2O10104.5②H2O825.74③C2H5OH70731.5③C2H5OH928.962來自沉降器下層液723.22塔底殘夜1446.4①EA857.86①H2O714.99②H2O88636.41②C2H5OH731.5③C2H5OH428.93合計(jì)1768.21768.2表3.1(4)進(jìn)出沉降器的物料衡算表加入支出序號物料名稱組數(shù)量序號物料名稱組成%數(shù)量kg/h1塔Ⅱ頂部餾出液321.81沉降器上層94497.6①EA83267.1①EA4467.74②H2O825.74②H2O219.9③C2H5OH928.96③C2H5OH9.962塔Ⅲ頂部餾出液288.62沉降器下層723.2①三組分恒沸液116.16①EA857.86AEA8396.41②H2O88636.42BH2O89.29③C2H5OH428.92CC2H5OH910.46②雙組份恒沸液172.44AEA94162.1BH2O610.343添加H2O610.4合計(jì)1220.81220.8表3.1（5）進(jìn)出塔Ⅲ的物料衡算表序號物料名稱組數(shù)量序號物料名稱組成%數(shù)量kg/h1來自沉降器上層497.621頂部餾出液288.6①EA94467.74①三組分恒沸液116.16②H2O419.91AEA8396.41③C2H5OH29.96BH2O89.29CC2H5OH910.46②雙組份恒沸液172.44AEA94162.1BH2O610.342塔底成品209合計(jì)497.6497.6設(shè)備設(shè)計(jì)精餾塔物料衡算的修正由于精餾塔1內(nèi)恒沸物含有4種揮發(fā)性成分(CH3CH2OH,CH3COOH,EA，H2O)，還有1種不揮發(fā)成分(H2SO4)，塔內(nèi)酯化反應(yīng)仍然存在，相比于其他設(shè)備塔。它更為復(fù)雜，所以本次設(shè)計(jì)計(jì)算精餾塔Ⅱ。在實(shí)際生產(chǎn)中,根據(jù)具體的場地參數(shù)確定。在所有三種組分(CH3CH2OH,EA和H2O)均為非理想液體的精餾塔Ⅱ中,必須使用從實(shí)驗(yàn)獲得的氣液平衡圖進(jìn)行逐板計(jì)算。(1)計(jì)算塔板數(shù)由于上一章中是在理想狀況下進(jìn)行的初步物料衡算,此時(shí)需對其進(jìn)行修正。①在初步物料平衡計(jì)算過程中，精餾塔Ⅱ的頂部餾出物是純?nèi)M分沸物因此需要無限數(shù)量的塔板。實(shí)際上含有5%(摩爾分?jǐn)?shù))的H2O和CH3CH2OH還有兩種雙組分恒沸液，46%的H2O和54%的EA,以及24%的CH3CH2OH和76%的EA。因此塔Ⅱ頂部餾出液組成如表3.2.1(1)表3.2.1(1)塔Ⅱ頂部餾出液組成Kg/hmol%mol%EA267.159.64+5×54/46+5×76/24=81.26261.71H2O25.7428.09+5=33.09125.14C2H5OH28.9612.35+5=17.35213.17131.71100②實(shí)際上精餾塔Ⅱ底部餾出液含有1mo1%EA,而其它組分含量將降低到99%。于是塔Ⅱ底部餾出液組成如表3.2.1(2):表3.2.1(2)塔Ⅱ底部餾出液組成Kg/hMol%Mol%EA011.0H2O714.9971.46171.461×99%=70.752C2H5OH731.528.54228.542×99%=28.251表3.2.1(3)修正后塔Ⅱ頂部餾出液組成物料名稱摩爾含量%mol流量EAx=61.71266.1kg/hH2Ox=25.12738.78kg/hC2H5OHx=13.169758.02kg/h表3.2.1(4)修正后塔Ⅱ混合進(jìn)料組成物料名稱摩爾含量%mol流量EAx=4.992266.1kg/hH2Ox=67.822738.78kg/hC2H5OHx=27.191758.02kg/h表3.2.1(5)修正后塔Ⅱ底部殘液組成物料名稱摩爾含量%mol流量EAx=1.0049.67kg/hH2Ox=70.751721.0kg/hC2H5OHx=28.252733.69kg/h表3.2.1(6)進(jìn)出塔Ⅱ的物料衡算表加入支出序號物料名稱組數(shù)量序號物料名稱組成%數(shù)量kg/h1混合進(jìn)料1762.901塔頂餾出液259.55①EA4.992266.1①EA61.71217.4②H2O67.82738.78②H2O25.1218.0③C2H5OH27.19758.02③C2H5OH13.16924.1512塔底殘液1504.56①EA1.049.671②H2O70.751721.2③C2H5OH28.252733.692合計(jì)1762.91762.9假定100mol進(jìn)料液體,其中EA物質(zhì)的量為5mol;設(shè)D為餾出液的物質(zhì)量,剩余液體的物質(zhì)的量為(100-D)mol0.617D+001×(100-D)=5;得D=6.591mol殘液物質(zhì)的量為:100-D=100-6.591=93.41mol餾出液中EA的物質(zhì)的量為:0.6171×6.591=4.071mol殘液中EA的物質(zhì)的量為:5-4.071=0.929mol餾出液中H2O的物質(zhì)的量為:0.2513×6.591=1.661mol殘液中H20的物質(zhì)的量為:67.822-1.661=66.16mol餾出液中CH3CH2OH的物質(zhì)的量為:0.1317×6.59=0.87mol殘液中CH3CH2OH的物質(zhì)的量為:27.191-0.87=26.32mol最小回流比的估算通過上述計(jì)算可知,理想狀態(tài)與實(shí)際情況有較大差別,普通計(jì)算方法無法進(jìn)行計(jì)算,故使用Colburn方法來估算最小回流比。計(jì)算過程中取輕關(guān)鍵組分為乙酸乙酯(E),重關(guān)鍵組分為水(W),平均相對揮發(fā)度Aav。餾出液中:xE/(xE+xw)=61.68/(61.68+25.131)=0.7105;xA=13.169由平衡圖可知:yE/(yE+yw)=0.692;yE/yw=0.692/0.31at=(yEyw)·(xwxE)=(0.692/0.31)×(0.25131/0.6168)=0.912在殘液中:xE/(xE+xw)=1.0/(1.0+70.751)=0.01394;xA=28.252由平衡圖可知:yE/(yE+yw)=0.205;yE/yw=2.05/0.8as=(yE/yw)·(xw/xE)=(0.2/0.8)×(0.70751/0.01)=17.687aav=(at·as)1/2=(0.912×17.687)1/2=4.016rf=xEf/xwr=5/67.822=0.07372xlk=rf/(1+rf)=0.07372/1.0737=0.06859xhk=xlk/rf=0.06859/0.0737=0.9306(Ln/D)=1(a-1)·(xDlk/xlk-xDhk/xhk)=1/(4.01-1)×(0.6171/0.06859-0.2512/0.9306)=2.91D=6.59mol/100mol進(jìn)料Ln=2.91×D=2.91×6.59=19.111mol/100mol進(jìn)料Lm=Ln+qF因?yàn)榕蔹c(diǎn)液體進(jìn)料,則q=1,F=100molLm=19.111+100=119.111mol/100mol進(jìn)料W=100-6.591=93.409mo/100mol進(jìn)料Lm/W=119.111÷93.409=1.2752上提濃區(qū)中E的摩爾百分?jǐn)?shù)Xn=xD/[(a-1)·(Ln/D+a·xDhk/xhk)x=0.6171÷[(4.01-1)×(2.91+4.01×0.2513÷0.9309)=0.05148rn=Xn/Xhk=0.05148÷0.931=0.0553下提濃度區(qū)W的摩爾百分?jǐn)?shù)alk=(at-as)1.5=(0.912-17.687)1.5=6.553xm=alk·xw/[(alk-a)·(Lm/W+a·xwlk/xlk)=6.553×0.70751÷[(6.5571-4.01)×1.275+4.01×0.01÷0.068591）=1.212rm=X1k/Xm=0.06859/1.212=0.05659rm/rn=0.05659/0.0553=1.0233=1/[(1-0)×(1-0)]=1由此可知,rm/rn>,，R過大選擇(Ln/D)=2.5;則Ln=6.591×2.5=16.477mol/100mol進(jìn)料Lm=116.477mol/100mol進(jìn)料(Lm/W)=116.477÷93.409=1.2469Xn=XD/[(a-1)·(Ln/D+a·xDhk/xhk)=0.6171÷[3.01×(2.5+4.01×0.2512÷0.9309)=0.05723rn=xn/xnk=0.05723÷0.9309=0.06148xm=alk·xw/[(alk-a)·(Lm/W+a·xwlk/xlk)]=6.553×0.70751÷[(6.553-4.01)×1.247+4.01×0.01÷0.06859]=1.234rm=xlk/x=0.06859÷1.188=0.058rm/rn=0.058÷0.06148=0.94通過計(jì)算結(jié)果可得,rm/rn<,故R過小。取(Ln/D)=2.7;則Ln=6.591×2.7=17.796mol/100mol進(jìn)料;Lm=117.796mo/100mol進(jìn)料(Lm/W)=117.796÷93.409=1.2611Xn=XD/[(a-1)·(Ln/D+a·xDhk/xhk)]=0.6171÷[3.01×(2.7+4.01×0.2512÷0.931)=0.0539rn=Xn/xhk=0.0539÷0.931=0.05789Xm=alk·xw/[(alk-a)·(Lm/W+a·xwlk/xlk)]=6.553×0.70751÷[(6.553-4.01)×1.2611+4.01×0.01÷0.06859=1.219rm=Xlk/x=0.0687÷1.219=0.0564rm/rn=0.0564÷0.05789=0.975rm/rn與很相近故通過上述計(jì)算,取最小回流比為2.7逐板計(jì)算根據(jù)氣-液相平衡數(shù)據(jù)作下列三種圖表:(1)通過yE/(yE+yA)對xE/(xE+xA)進(jìn)行標(biāo)繪,參量是Xw。(2)通過yE/(yE+yw)對xE/(xE+xw)進(jìn)行標(biāo)繪,參量是Xa。(3)通過yW/(yw+yA)對xw/(xw+xA)進(jìn)行標(biāo)繪,參量是Xe。選擇將液相摩爾分?jǐn)?shù)(x)一直作為參數(shù),圖表氣相只能通過液相數(shù)據(jù)來求得。因此逐板計(jì)算自塔底從下向上計(jì)算。X已知的三個(gè)數(shù)(精餾塔底的xE:xw和xA),可算得比值;或(1)(2);或(2)(3)或(3)(1),具體選擇哪一個(gè)組合,根據(jù)作圖所得的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。當(dāng)選取(2)(3)組合時(shí)：依據(jù)xE/(xE+xw)和xA可讀得yE/(yE+yw);依據(jù)xw/(xw+xA)和xE可讀得yw/(yw+yA);當(dāng)yE/(yE+yw)=M,yw/(yw+yA)=N;則yE=M/(I-M),yA=(I-N)/N所以yw=1/(1-NN+M/(1-M)+1]算得yw后,可通過算式求得yE、yA由操作線方程算出下塊塔板上的液相組成。逐板計(jì)算的結(jié)果及討論根據(jù)Colburn方法算得的最小回流比為27:1,以上逐板計(jì)算中,使用的R為10:1、2:1還有5:1.（1）若回流比使用10:1,則最宜回流比約為最小回流比的3.7倍。由數(shù)據(jù)作圖可得：圖3.2.4(a)回流比為10:1時(shí)逐板計(jì)算趨勢圖由圖3.2.4(a)可得：從塔底開始數(shù),來自塔I的進(jìn)料從第7塊塔板進(jìn)入，來自沉降器的進(jìn)料從第13塊板進(jìn)入。計(jì)算到第19塊板時(shí)，得出的餾出液于要求結(jié)果。圖3.2.4(b)回流比為2:1時(shí)逐板計(jì)算趨勢圖（1）由圖3.2.4(b)可知,若最宜回流比選用2:1,則它小于最小回流比,由圖可得:來自沉降器的進(jìn)料從12塊塔板加入后,C2H5OH的組成數(shù)據(jù)變?yōu)樨?fù)值,說明此種回流蒸餾不可采用。圖3.2.4(c)回流比為5:1時(shí)逐板計(jì)算趨勢圖由圖4.4(c)可知,若最宜回流比選用5:1,由圖可得:來自塔I的進(jìn)料從第6塊塔板進(jìn)入,來自沉降器的進(jìn)料從第11塊板進(jìn)入,精餾塔上段塔板數(shù)要11塊,共需22塊塔板。因?yàn)檎麴s液不是理想溶液,從以上圖表和分析可得:最宜回流比由5:1到10:1時(shí),理論板數(shù)由22塊下降為19塊,故而設(shè)備器械投資節(jié)省不多,可耗能和操作費(fèi)用卻加大了。故選用R=5:1,設(shè)板效率=50%,實(shí)際N=40塊。熱量衡算熱力學(xué)數(shù)據(jù)收集通過查閱化工設(shè)計(jì)手冊和乙酸乙酯相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)資料,擬使用數(shù)據(jù)如下：溫度:（1）塔頂溫度:約為62%乙酸乙酯,25%H2O,13%CH3CH2OH三組分恒沸液的沸點(diǎn)，71℃塔底溫度:約為71%H2O,29%CH3CH2OH的沸點(diǎn),79℃來自塔I的進(jìn)料溫度是84.2℃（2）來自沉降器的進(jìn)料溫度:約為97%H2O,3%CH3CH2OH的沸點(diǎn)(摩爾分?jǐn)?shù)),94.8℃冷卻水溫度為19.5℃。飽和水蒸氣:p=135kg/m3,t=108℃查比熱容和汽化潛熱圖表：表3.3.1(1)比熱容和汽化潛熱乙酸乙酯H2OCH3CH2OH溫度℃比熱容汽化潛熱比熱容汽化潛熱比熱容汽化潛熱kj/kg·℃kj/kgkj/kg·℃kj/kgkj/kg·℃kj/kg201.9224.1842.38711.997369.54.21223282.94849.9792.004363.584.21823113.13851.8842.158361.274.2322893.22842.5（3）傳熱系數(shù)KkJ/(m2·h·℃)表3.3.1(2)傳熱系數(shù)表有機(jī)蒸汽冷凝水液體一液體蒸汽一沸騰液體蒸汽一水蒸氣一有機(jī)液體2006503585830521003表3.3.11(3)餾出液組成組成kg/hKoml/hxE=0.62267.13.03xW=0.29125.621.423xA=0.08719.780.4314.884L/D=5,L=5D,V=L+D=6D;表3.3.1(4)來自塔頂蒸汽組成組成：kg/hxE=0.62267.1×6=1601xW=0.29225.62×6=153.72xA=0.08819.78×6=118.68表3.3.1(5)來自塔底殘液的組成組成：kg/hKoml/hxE=0.01049.670.56xW=0.7075172140.05xA=0.28252733.615.94合計(jì)56.55表3.3.1(6)來自塔I的進(jìn)料組成組成：kg/hKoml/hxE=0.1232663.02xW=0.235104.25.79xA=0.642729.215.83合計(jì)24.64表3.3.1(7)來自沉降器的進(jìn)料組成組成：kg/hKoml/hxE=0.01848.50.55xW=0.968634.635.26xA=0.01419.80.4336.24總加料量=24.64+36.24=60.88kmol/hV*=L*-W=L+F-W=5D+F-W=5×4.87+60.88-56=29.23kmol/h表3.3.1(8)來自塔底的蒸汽組成組成：kg/hxE=0.0650.065×29.23×88=167.20xW=0.4110.411×29.23×18=216.24xA=0.5240.524×29.23×46=704.56熱量計(jì)算,水汽消耗,熱交換面積(1)塔頂蒸氣冷凝(由71℃氣相冷凝至71℃液相)q=∑W·=1596×371.14+153.6×2329+118.8×852.66=1051369.8kJ/h設(shè)冷卻水出口溫度為60℃取K=2000kj/(m2·h·℃)S=q/(K·△tm)=1051369.8÷(2000×33.2)=15.83m2冷卻水用量:W=q/(C·△t)=10513698÷[4.18×(60-20)]=6288.1kg/h餾出液由71℃冷卻至37℃q=∑W·C·△t=(266×(1.978+2.145)/2+25.6×4.18+19.8×(2.91+3.02)/2)(71-37)=24278.5kJ/h設(shè)冷卻水出口溫度為27℃取K=505kJ/(m2·h·℃)S=q/(K·△tm)=24278.5÷(505×28.4)=1.69m2冷卻水用量:W=q/(C·△t)=24278.5÷[4.18×(27-20)]=829.8kg/h塔底:在79℃時(shí)液相變?yōu)闅庀鄎=∑W·=167.2×364.67+216.24×2310+704.56×838.94=1151571kJ/h△tm=108-79=29℃取K=5858kJ/(m2·h·℃)S=q/(K·△tm)=1151571÷(5858×29)=6.78m2在108℃,=2235kJ/kg蒸氣消耗量:W=q/(+C·△t)=1151571÷[(2235+4.22×(108-79)]=488.5kg/h(4)來自沉降器的進(jìn)料加熱,由27℃至95℃q=∑W·C·△t=[48.5×(1.947+2.224)/2+634.6×4.192+19.8×(2.46+3.236)/2]×68=191609.1kJ/h△tm=108-95=13℃取K=3050kJ/(m2·h·℃）S=q/(K·△tm)=191609.1÷(3054×13)=4.83m2蒸氣消耗量:W=q/(+C·△t）=191609.1÷[2325+4.214×(108-95)=80.5kg/h將以上計(jì)算結(jié)果匯總?cè)缦卤恚罕?.2.2熱量計(jì)算和傳熱面積匯總表項(xiàng)目熱量冷卻水量加熱蒸汽量熱交換器Kg/hKg/h傳熱面積m2塔頂蒸氣冷凝至沸點(diǎn)71℃+1051369.86288.1——15.83餾出液冷卻至37℃+24278.5829.8——1.69蒸餾釜-1151571——488.56.78來自沉降器的進(jìn)料由27℃加熱至95℃-191609.1——80.54.38校正熱量計(jì)算、水汽消耗、熱交換面積(對塔ll)取基準(zhǔn)溫度t0=20℃塔頂(圖3.3.3(1)a)(H的單位為kJ/h)流體②H=H(1)-H(1)=Hs(1)=214612表3.3.3(1)流股①的物性參數(shù)組成Kg/htT-t0CavHsE159671512.036371.14165722592339W153.64.185232932784357734A118.82.65852.66160561012962146121051396流體③H=(5/6)×H(2)=214612×(5/6)=178843流體④H=(1/6)×H(2)=214612×(1/6)=35769表3.3.3（2）流股⑤的物性參數(shù)組成Kg/htT-t0CavHsHE26637171.9528827W25.64.1791819A19.82.4883511481流體⑥和流體⑧t=15℃，∴H=0表3.3.3(3)流股⑦的物性參數(shù)組成Kg/htT-t0CavHW6288.161414.1821078170表3.3.3(4)流股⑨的物性參數(shù)組成Kg/htT-t0CavHW829.82774.1824280Ⅱ.來自沉降器的進(jìn)料(圖3.3.1(1)b)表3.3.3(5)流股⑩的物性參數(shù)組成Kg/htT-t0CavHsHE48.52771.937658W634.64.1418391A19.82.4333719386表3.3.3(6)流股EQ\o\ac(○,11)的物性參數(shù)組成Kg/htT-t0CavHsHE48.595752.0767551W634.64.199199851A19.82.8184185211587組成Kg/htT-t0CavHsHW80.5108884.234223529994179918209912表3.3.3（7）流股EQ\o\ac(○,12)的物性參數(shù)表3.3.3(8)流股EQ\o\ac(○,13)的物性參數(shù)組成Kg/htT-t0CavHsW80.595754.21425442Ⅲ.來自塔I的進(jìn)料(圖3.3.3(1)b)表3.3.3(9)流股EQ\o\ac(○,14)的物性參數(shù)組成Kg/htT-t0CavHsHE215.779591.96625020W929.44.189229702A1433.82.71229250483972Ⅳ.蒸餾釜表3.3.3(10)流股EQ\o\ac(○,15)的物性參數(shù)組成Kg/htT-t0CavHsHE215.779591.96625020W929.44.189229702A1433.82.71229250483972表3.3.3(11)流股EQ\o\ac(○,16)的物性參數(shù)組成Kg/htT-t0CavHsHE48.579591.9665626W713.24.189176268A729.22.71116592298486流體EQ\o\ac(○,17)H=H（15）-H（16）=483972-298436=185486表3.3.3（12）流股EQ\o\ac(○,18)的物性參數(shù)組成Kg/htT-t0CavHsHE167.279591.966364.671939460973W216.24.189231053434499422A704.62.17838.945911175911171854861151512表3.3.3（13）流股EQ\o\ac(○,19)的物性參數(shù)組成Kg/htT-t0CavHsW488.5108884.23422351820111091798表3.3.3（14）流股EQ\o\ac(○,20)的物性參數(shù)組成Kg/htT-t0CavHW488.579594.189120733圖3.3.3（1）各設(shè)備進(jìn)料料流圖V.全塔（圖3.3.3（1）e）：表3.3.1（15）全塔熱量衡算加入熱量（kj/h）移走熱量（kj/h）⑥0⑤11481⑧0⑦1078170⑩19386⑨24280EQ\o\ac(○,12)209912EQ\o\ac(○,13)25442EQ\o\ac(○,14)190896EQ\o\ac(○,16)298486EQ\o\ac(○,19)1273809EQ\o\ac(○,20)120773合計(jì)16940031558592因?yàn)槿募尤霟崃亢鸵谱邿崃肯嗖钶^大,下面進(jìn)行熱量校正:對于恒分子流股來說,系統(tǒng)中所有組分的M·/Tb值都相等(在79℃時(shí))。水：18×552÷352=28.2乙醇：46×206÷352=26.9乙酸乙酯:設(shè)M·/Tb=27.5則M=27.5×352÷84=115根據(jù)修正過的乙酸乙酯分子量進(jìn)行重新計(jì)算組成:表3.3.3（16）修正后餾出液組成組成Kg/hKmol/hXE=0.5552662.31XW=0.34125.61.42XA=0.10419.80.434.16表3.3.3（17）修正后混合進(jìn)料組成組成Kg/hKmol/hxE=0.045314.52.73xW=0.683738.841.04xA=0.27174916.2860.05表3.3.3（18）修正后塔底殘液組成組成Kg/hKmol/hxE=0.00848.50.42xW=0.709713.239.62xA=0.283729.215.8355.87設(shè)D為餾出液的摩爾分?jǐn)?shù),以100mol進(jìn)料0.341D+0.709×(100-D)=68.3;D=7.07mol/100mol進(jìn)料W=100-7.07=92.93mol/100mol進(jìn)料V，=6D=6×7.07=42.42mol/100mol進(jìn)料=42.42×60.05/100=25.47kmol/h表3.3.3（19）修正后塔底的蒸汽組成組成：Kg/hyE=0.0650.065×25.47×88=145.69yW=0.4110.411×25.47×18=188.43yA=0.5240.524×25.47×46=613.93重新計(jì)算蒸餾:=145.69×364.67+18843×2310+613.93×838.94=1003452.5kJ/htm=108-79=29℃仍取K=5858kJ/(m2·h·℃)S=q/(K·tm)=1003452.5÷（5858×29）=5.91m2在108℃，=2235kj/kg蒸氣消耗量:W=q/(+C·△t)=1003452.5÷[2235+4.22×(108-79)]=425.7kg/h表3.3.3(20)修正后流股EQ\o\ac(○,15)的物性參數(shù)組成Kg/htT-t0CavHsHE194.279591.96622526W901.64.189222831A1343.12.71214748460105表3.3.3(21)修正后流股EQ\o\ac(○,16)的物性參數(shù)組成Kg/htT-t0CavHsHE48.579591.9665626W713.24.189176268A729.22.71116592298486流體H=H(15)-H(16)=460105-298486=161619表3.3.3(22)修正后流股EQ\o\ac(○,18)的物性參數(shù)組成Kg/htT-t0CavHsE145.779591.966364.671690053132W188.44.189231046563435204A613.92.71838.94981565150251616191003361表3.3.3(23)修正后流股EQ\o\ac(○,19)的物性參數(shù)組成Kg/htT-t0CavHsW425.7108884.2342235158613951440表3.3.3(24)修正后流股EQ\o\ac(○,20)的物性參數(shù)組成Kg/htT-t0CavHW425.779594.189105212V.全塔（圖3.3.3（1）e）:表3.3.3(25)修正后全塔熱量衡算加入熱量（kj/h）移走熱量（kj/h）⑥0⑤11481⑧0⑦1078170⑩19386⑨24280EQ\o\ac(○,12)209912EQ\o\ac(○,13)25442EQ\o\ac(○,14)190896EQ\o\ac(○,16)298486EQ\o\ac(○,19)1110053EQ\o\ac(○,20)10521215302471543071校正后的熱量衡算數(shù)據(jù)列于表3.3.3(26)表3.3.3(26)校正后熱量衡算表項(xiàng)目熱量kj/h冷卻水量kg/h加熱蒸汽量kg/h熱交換器傳熱面積m2塔頂蒸氣冷凝至沸點(diǎn)71℃+1051369.86288.1____15.83餾出液冷卻至37℃+24278.5829.8____1.69蒸餾釜-1003452.5____425.75.91來自沉降器的進(jìn)料由27℃加熱至95℃-191609.1____50.54.83填料塔的選型選型辦法首先要對填料的種類,規(guī)格,材質(zhì)進(jìn)行選定,然后根據(jù)精餾塔Ⅱ的進(jìn)料流量濃度以及塔內(nèi)蒸汽的流量對填料的高度,塔的高度及內(nèi)徑進(jìn)行計(jì)算。填料的種類及精餾塔Ⅱ塔板分布和進(jìn)料情況如下:型式:選擇使用250YC拉魯派克進(jìn)行填料材料:銅理論塔板數(shù):22塊填料理論等板高度:250mm來自沉降器的進(jìn)料由第6塊板(理論板)加入(自塔底數(shù)起,下同)來自塔Ⅰ的進(jìn)料由第11塊板(理論板)加入選型計(jì)算來自塔I的進(jìn)料表3.4.2(1)來自塔1的進(jìn)料組成組成Kg/hkmol/hxE=0.1232663.02xW=0.235104.25.79xA=0.642729.215.8324.64(2)來自沉降器組成表3.4.2(2)來自沉降器的組成組成Kg/hKmol/hxE=0.01848.50.55xw=0.968364.635.26xA=0.01419.80.4336.24所以總的加料量是:24.64+36.24=60.88kmol/h(3)來自塔頂?shù)恼魵饨M成:表3.4.2(3)來自塔頂?shù)恼羝M成組成Kg/hMy/(kg/mol)xE=0.62159662.3xw=0.292153.66xA=0.088118.84.62平均摩爾質(zhì)量Mav=(72.92/22.41)+273/344-2.37kg/m3填料層處的液體:L,=132.75mol/100mol進(jìn)料=74.5kmol/h平均摩爾質(zhì)量Mav=72.92/22.41+273/344=2.73kg/m3調(diào)料層處的液體L,=132.75/100mol進(jìn)料=74.5mol/h表3.4.2（5）填料層處的液體XKmol/hKg/h相對密度m3/hE0.0261.941710.9010.190W0.62046.28281.0000.828A0.35326.311970.7891.51674.4421962.534Mav=2196/2.534=867Kg/m3調(diào)料頂層處的液體L=32.75mol/100mol進(jìn)料=18.4Kmol/h表3.4.2（6）填料頂層處的液體XKmol/hKg/h相對密度m3/hE0.65011.149800.9011.090W0.2704.9789.51.0000.089A0.1202.211020.7890.12918.321171.41.308Mav=1171.4/1.308=893Kg/h（7）填料層高度22×0.25=5.5m填料塔直徑：載點(diǎn)狀態(tài)下氣-液相流速有下述關(guān)系Uls