1、年產2萬噸乙酸精制工藝設計The Refining Process Design for Annual Output 20000 Tons of Acetic Acid 目錄摘要IAbstractII引言1第1章 文獻綜述21.1 本設計的研究意義及內容21.2 乙酸性質21.2.1 乙酸的物理性質21.2.2 乙酸化學性質31.3 乙酸的工業用途31.4 乙酸的生產工藝現狀31.4.1 乙烯氧化法41.4.2 乙烷氧化法41.4.3 甲醇羰基化法51.5 國內外乙酸研究現況6 國內乙酸生產現狀6 國外乙酸生產現狀7 乙酸未來發展趨向7第2章 乙酸精制工藝設計概論9 乙酸生產工藝設計9 概述9

2、 乙酸生產設計方案9 甲醇羰基化法生產原理9 工藝流程10 乙酸水體系精制設計11 概述11 精餾工段乙酸水體系設計方案12第3章 工藝計算14 乙酸水體系物料衡算143.1.1 基本數據及工藝要求143.1.2 精餾塔的物料衡算14 乙酸水體系有關物性數據計算153.2.1 塔體溫度計算153.2.2 平均摩爾質量的計算163.2.3 平均密度的計算183.2.4 液相平均表面張力計算20 液體平均相對粘度計算20 乙酸水體系理論塔板數求解21 最小回流比及操作回流比計算21 操作線方程計算22 理論板數計算22 乙酸水體系實際塔板數計算23 求解全塔效率23 實際塔板數求取24 乙酸水體系

3、熱量衡算24 基本數據24 再沸器的熱負荷和加熱蒸汽量26 冷凝器熱負荷冷凝熱量QC和冷卻水用量27第4章 塔設計29 精餾塔簡介29 概論29 精餾塔選型30 精餾塔塔體工藝尺寸的設計計算30 塔徑的計算與圓整30 泛點氣速與噴淋密度校核33 填料高度設計計算35 填料層高度計算35 填料層的分段設計36 塔體壓降計算36 管口設計及計算圓整37 塔頂氣體出口裝置設計37 塔頂回流液進口裝置設計38 進料液進口裝置設計38 塔釜餾出液管口裝置設計38結論39致謝40參考文獻41年產2萬噸乙酸精制工藝設計摘要：本設計以年產2萬噸乙酸為生產目標，由甲醇羰基化法制得乙酸的工藝方法，采用普通精餾方法

4、對乙酸精制工段中乙酸與水分離體系進行工藝設計和設備選型。針對設計要求進行理論上的物料衡算、熱量衡算，塔設備尺寸計算與選型，并對塔板直徑校核驗算，以達到所需要的工藝條件。通過對填料精餾塔及其輔助設備的工藝和設備設計參數的計算，確定塔徑800mm，填料層高度28.8m，理論塔板總數55塊，完成設計達到質量含量為99.88%的乙酸。從而獲得到乙酸與水體系精餾過程中對實際生產具有指導意義的參數。改變了國內精制對苯二甲酸生產中溶劑脫水塔一直達不到工藝指標要求而造成的乙酸浪費，環境污染等問題。關鍵詞：乙酸 甲醇 羰基化 普通精餾 填料塔The Refining Process Design for Ann

5、ual Output 20000 Tons of Acetic Acid Abstract：The design is aim at producing an annual production target of 20,000 tons acetic acid, So I use the carbonylation of methanol to finish acetic acid process and use distillation method to finish process design and equipment selection of acetic acid and wa

6、ter purification section in the separation system. According to the design requirements, I carried on the theoretical material balance and energy balance, and calculated equipment size and selection of tower. Then, I checked the diameter of plate for achieving the desired process conditions. For the

7、 distillation tower and auxiliary equipment, I calculated the process and equipment design parameters. I make sure that the diameter of tower is 800mm, and the height of filling layer is 28.8m, and theoretical plate number is 55, and complete the design of acetic acid with the quality of 99.88% . Fr

8、om all of them, the dates what I got from the distillation of acetic acid and water have instructive significance. They can change the situation that solvent dehydration tower is not up to process requirements in the production of the purified terephthalic acid in our country, and change the waste o

9、f acetic acid , environmental pollution and other issues.Keywords：acetic acid methanol carbonylation general distillation filled tower 引言本文旨在設計為年產2萬噸乙酸精制工藝設計。乙酸作為一種應用廣泛的重要化工原料,主要被用于合成乙酸乙烯酯的(VAM)、乙酸酐的原料以及生產對苯二甲酸(PTA)的溶劑等。乙酸可由以乙醛、甲醇、乙烯、乙烷，以及丁烷(或輕油)為原料制的。20世紀70年代BP公司利用孟山都(Monsanto)技術成功開發孟山都/BP工藝。該工藝已成為

10、羰基合成乙酸的主導工藝技術，采用銠基均相絡合為主催化劑、碘化物為助催化劑，反應活性高，以甲醇計乙酸的收率為99%,以CO計為85%。由于該工藝的反應條件為150-200、3-6MPa，故此法常被稱為低壓法甲醇合成乙酸。但是孟山都(Monsanto)工藝也存在一些固有的缺點:主催化劑金屬銠價格昂貴；Rh(I)催化劑不穩定,在CO不足時易被氧化為Rh()而從體系中沉淀出RhI3；反應體系中存在大量的水會造成產物分離的困難和投資的增加；碘化物的存在會造成嚴重的設備腐蝕。針對這些不足的改進研究工作一直沒有中斷,其中主要是對催化劑的改進優化。 本文設計以孟山都(Monsanto)工藝為基礎，采用催化劑優

11、化工藝酚醛樹脂基活性炭(PHAC)負載鎳代替傳統銠催化劑作為主催化劑、碘甲烷為助催化劑，鎳作為一種廉價金屬對甲醇羰基化合成乙酸有較高的活性，在攪拌式反應器中催化甲醇羰基化合成乙酸的反應，同時用普通精餾的方法精制乙酸，完成年產2萬噸乙酸精制工藝設計，使目的產品達到99.88%(w%)。第1章 文獻綜述 本設計的研究意義及內容對苯二甲酸(PTA)是生產聚酯的主要原料，聚酯工業的高速發展使得PTA的需求越來越大，由于國內PTA的生產大都是從國外引進的專利技術，中國石化總公司把PTA國產化技術的研究作為“十五”攻關課題，乙酸精制工藝設計作為PTA國產化生產技術的重要一部分，對開發具有自主知識產權的分離

12、技術具有極其重要的意義。隨著揚子石化公司化工廠PTA裝置高負荷運行，已不能滿足PTA60萬/a生產的需要，溶劑脫水塔一直達不到工藝指標要求，塔頂餾出物含乙酸在0.6%1.1%，塔頂出水乙酸不達標不僅造成乙酸浪費，且對環境造成污染。針對乙酸精制工藝設計過程存在的一些問題，本文擬在乙酸合成工段工藝優劣比較，選取適當的合成工藝，乙酸精制工段工藝設計等方面進行研究，以期為現有的普通精餾提供優化操作參數，主要研究內容如下：一. 總結國內外乙酸生產工藝現狀及未來發展趨勢，分析研究現有工藝的優點及存在的問題，為本設計提出合適生產工藝方案提供有力的參考依據。二. 針對本設計題目為“年產2萬噸乙酸精制工藝設計”

13、，選擇合適的乙酸生產工藝方案，為后面精制工藝計算及塔體設計提供依據。三. 本設計工藝計算著重對精制工藝中中乙酸水體系進行普通精餾過程計算，包括物料衡算和能量衡算，其中包括：進出料溫度、進出料濃度、回流比、理論板、實際板、進料位置和進出能量計算，從而獲得到對乙酸精制設計中乙酸水體系精餾過程實際生產具有指導意義的參數。四. 利用普通精餾工藝計算的基石，選擇合適精餾塔類型，進行塔體尺寸的計算，以及主要塔內件及輔助設備的選型及計算。五. 對本設計過程存在的問題進行討論研究，以期得到乙酸精制工藝設計的優化。 乙酸性質 乙酸的物理性質 乙酸，又稱醋酸(acetic acid)、冰醋酸(glacial ac

14、etic acid)，分子式為CH3COOH(常簡寫成HAC)，無色透明液體，有刺激性氣味，相對密度，熔點16.635，沸點117.9，折射率，閃點57，自然點465，粘度*s,與水、乙醇、乙醚和苯混溶，不溶于二硫化碳。是典型的脂肪酸，被公認為食醋內酸味及刺激性味的主要來源。純無水乙酸(冰乙酸)是無色的吸濕性液體，凝固后是無色固體。盡管乙酸在水溶液中的理解能力弱，是一個弱酸，但乙酸是具有腐蝕性的，其蒸氣對眼和鼻都有刺激性作用。乙酸是一種簡單的羧酸，是一種重要的化學試劑1。 乙酸化學性質 乙酸中的羰基碳與氧原子相連，因此,O與C=O之間存在p共軛效應，導致CO鍵極性增大，而呈現酸性；CO鍵為極性

15、鍵，故OH可被其他基團取代而發生取代反應；由于羧基的吸電子作用，導致烴基上的H原子可被其他原子或原子團取代生成取代酸2。乙酸和成鹽反應 乙酸在水溶液中離解出氫離子而顯酸性，具有酸的一般性質。乙酸能與強堿、碳酸鹽、金屬氧化物反應，生成鹽和水。生成羧酸衍生物乙酸羧基中的羥基可以被鹵素、酰氧基、烴氧基、氨基取代，分別得到酰氯、酸酐、酯、酰胺。脫羧反應 在特定條件下，乙酸分子脫去羧基，放出二氧化碳。還原反應 再強還原劑氧化鋁鋰的作用下可將還原成伯醇。H的氯代反應 在P、S、I2或光照的催化下可被Cl2、Br2逐步取代。 乙酸的工業用途乙酸是一種重要的基本有機化工原料，主要用來制取醋酸乙烯單體(VCM)

16、、醋酸纖維、醋酐、精對苯二甲酸（PTA）、氯乙酸、聚乙烯醇、醋酸酯及金屬醋酸鹽等。醋酸也被用來制造電影膠片所需要的醋酸纖維素和木材所用膠粘劑中的 聚乙酸乙烯酯，以及很多合成纖維和織物。在染料、農藥、醫藥及粘合劑、有機溶劑等方面有著廣泛的用途，是近幾年來發展較快的重要的有機化工產品之一。工業上合成乙酸的原料最初是糧食，然后轉向礦石、木材、石油、煤炭、天然氣。現在主要工藝方法采用的原料是石油和煤炭3。 乙酸的生產工藝現狀現已工業化的乙酸生產技術主要有：乙烯氧化法、乙烷氧化法、甲醇羰基化法。其中，甲醇羰基化法是應用最廣泛的技術，占全球總產能的60%以上，而且這種趨勢還在不斷增長4。 乙烯氧化法乙烯氧

17、化法 乙烯氧化法分兩步反應完成，依稀在催化劑作用下，在溫度為100150、壓力0.3MPa的條件下反應生成乙醛；乙醛在醋酸錳催化劑作用下，與純氧、富氧或空氣在液相條件下氧化成乙酸，該工藝簡單，技術成熟，成本較低等特點，是60年代最主要的生產方法5。本工藝涉及的主反應： 乙烯直接氧化乙烯直接氧化工藝是由昭和電工公司開發的一步法氣相工藝(Showa Denko工藝)并于1997年實現工業化該工藝由于所用投資費用相對縮減(不需要生產一氧化碳所需基本施)，因此，對于生產生產能力較小的乙酸裝置，頗具經濟性6。該工藝是在負載型鈀催化劑作用下，乙烯與氧氣的混合氣于160210下高選擇性的制備乙酸。在已報道的

18、反應條件下，乙酸、乙醛和二氧化碳的單程選擇性分別為%、%。因此，反應過程中生成大量的水，故乙酸提純是一個能耗很高的過程。為解決這一問題，昭和公司開發了一種萃取與精餾相結合的節能工藝，使水從乙酸中有效的分離出去。昭和公司稱，該工藝只產生少量的廢水，是一種環境友好的工藝。本工藝涉及的反應：主反應 副反應 乙烷氧化法 乙烷氣相催化氧化工藝(SABIC工藝)是由SABIC公司開發的。按照SABIC專利，乙烷與純氧或空氣在150450、MPa下發生氧化反應生成乙酸，副產物有一氧化碳、二氧化碳和乙烯7。 該工藝使用的催化劑由Mo、V、Nb、Pd氧化物的混合物焙燒制得，催化劑有助于減少副反應。當以乙烷、氧氣

19、為原料時，乙酸的選擇性為71%，乙烷與氧氣的單程轉化率分別是%和100%。當以乙烷、空氣為原料時，乙酸的選擇性略低。為67%，但乙烷的單程轉化率較高，為%，氧氣轉化率近100%。由于乙烷的生產成本低，因此SABIC工藝在經濟性方面可以與甲醇羰基化工藝相競爭。本工藝涉及的反應：主反應 副反應 甲醇羰基化法本方法涉及的反應： BASF高壓工藝 甲醇羰基化法是由德國BASF公司最早發現，1960年德國BASF公司建成了第一套甲醇羰基化制乙酸中試裝置，催化劑為碘化鈷，BASF合成工藝法反應溫度約250，壓力高，為6.89MPa，以甲醇和一氧化碳計，乙酸選擇性分別為90%、70%，通過五塔精餾可得純度為

20、99.8%的乙酸產品8。孟山都(Monsanto)/BP工藝 70年代中期，孟山都(Monsanto)開發出高活性的銠系催化劑用于羰基化，由于它選擇性高、副產物少、操作條件不苛刻，故把此工藝視為從C1原料制C2化學品進程中的一個里程碑。孟山都(Monsanto)/BP工藝用添加有碘化物的銠基金屬均相催化劑，反應在較低溫度180，壓力下進行，有很高的選擇性(以甲醇計大于99%，以一氧化碳計大于)。1986年，孟山都(Monsanto)將甲醇制乙酸技術出售給BP公司，經BP公司進一步開發并改進形成了目前生產能力占主導地位的孟山都(Monsanto)/BP工藝9。Celanese低水含量工藝 Cel

21、anese低水含量工藝是在孟山都(Monsanto)/BP工藝的基礎上進行了催化劑方面的改進。在孟山都(Monsanto)/BP工藝中，為使催化劑具有足夠高的活性且維持足夠的穩定性，反應體系中需要含有大量的水存在。這使得后面分餾水成為能耗最大的步驟，同時也成為裝置產能擴大的瓶頸。Celanese低水含量工藝應運而生。 該工藝在銠系催化劑的基礎上添加高濃度的無機碘化物(主要是碘化鋰)以增強催化劑體系的穩定性，加入碘化鋰和碘化甲烷助劑后，允許反應器中的含水量大大降低同時又可穩定保持具有較高的反應速度，從而使新工藝的成本大大降低。 Celanese低水含量工藝比傳統的孟山都(Monsanto)/BP

22、工藝產能增加，單位產品的公用工程消耗和投資成本降低；缺點是高濃度的碘鹽導致設備腐蝕增加，產品中殘留碘鹽量升高。產品中殘留碘鹽量過高可能會影響乙酸下游產品10。CATIVA工藝 CATIVA工藝以金屬銥為主催化劑，并加入一部分錸、釕、鋨等作助催化劑。新型銥催化劑在適當溫度和壓力下，反應速度和目的產品選擇性都較高。 BP化學的CATIVA工藝與傳統孟山都(Monsanto)/BP工藝相比，CATIVA工藝優勢在于：銥系催化劑的選擇性高于銠系催化劑；副產物少；可以再低水含量下操作，這些技術若用于現有裝置的改造，可在較低投資情況下增加裝置產能，而且由于含水量低也帶來了蒸汽消耗下降和一氧化碳轉化率的改善

23、11。UOP/Chiyoda Acetica工藝 由于催化劑固定在固定載體上具有潛在的優勢，通過大量的試驗要將均相銠系羰基化催化劑改為用多相催化劑體系。所以Chiyoda公司開發出具有熱穩定性的聚合物載體聚乙烯吡啶和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，交聯共聚物。以此為基礎，公司開發出乙酸生產新工藝，它采用多相負載催化劑和鼓泡塔反應器中進行甲醇羰基化。以甲醇和一氧化碳為原料，使用添加有碘化甲烷助劑的聚乙烯吡啶樹脂的負載銠系催化劑。據稱，多相催化劑可得到高的產率，改善銠系催化劑的性能，乙酸產率以甲醇計大于99%.該工藝合成反應可在低水含量條件下操作。反應器中HI濃度低，腐蝕問題小，而且與傳統工藝相比，新工

24、藝生產副產物小，產品純度較高。本工藝另一大特點是反應器用鼓泡塔，消除了攪拌塔式反應器的密封問題，操作壓力可增加到MPa，為保持最佳的一氧化碳分壓，可使用低純度的一氧化碳。低純度的一氧化碳可降低原料費用和投資成本12。 綜上所述，乙酸生產技術的豐富多樣，而且仍在不斷取得重大進步。今后的乙酸工藝開發可能會包括直接合成氣路線、直接甲醇羰基化和以成本更低的新型生產技術。著名咨詢機構Nexant Chem System對現有和正在開發的乙酸合成路線的技術經濟性進行了分析和比較，對這一市場的前景給予了積極的評價13。 國內外乙酸研究現況1.5.1 我國乙酸生產現狀至2008年底，我國乙酸開工率為%產量為2

25、57.5萬噸。至2009年底。我國乙酸開工率為%，產量為萬噸。2009年江蘇索普(集團)公司、塞拉尼斯(南京)化工公司、揚子江乙酰化工公司、上海吳涇化工公司、山東兗礦國泰化工公司、山東華魯恒升化工股份、中石油吉林石化分公司等七大生產商的供應量占國內總產量的%。另一方面，我國近70%的乙酸產能集中在長江三角洲地帶，該地區是我國石化工業的重要基地，工業配套條件優越，乙酸生產的原料供應充足。2010年我國乙酸產能進一步出現嚴重過剩乙酸產量為萬噸，乙酸開工率降至%。乙酸市場面臨上下游結構失衡，加大下游產品攻關、合理規劃乙酸產品下游產業鏈是當前乙酸產業發展迫切需要解決的問題。乙酸下游產品的開發及下游產業

26、鏈的延伸成為國內乙酸企業十分關注并需迫切解決的問題。解決乙酸市場上下游結構失調問題，生產企業要聯合有關科研院校加大對下游衍生物的研發，逐步拉長甲醇一乙酸下游產品的產業鏈條。同時，要采用新工藝、新技術對現有裝置進行改造，從降低消耗出發，提升產品的市場競爭力。在產品質量上要取得突破在國外乙酸需求增長的前提下，增加高端產品的出口 。 我國乙酸以自主技術建設為主，引進和中外合資為輔。目前我國乙酸主要采用乙醛氧化法、低碳烴氧化法、甲醇羰基化法三種工藝路線。2008年我國羰基化法生產能力占我國總生產能力的78%，低碳烴氧化法%，乙醛氧化法占%，其他占%。2008年我國乙酸產量約為萬噸，已占全球30%，占亞

27、洲60%。2009年我國成為乙酸凈出口國，且凈出口趨勢持續增強。隨著國內競爭加劇，預計中國未來乙酸及其衍生物出口量還將不斷增長14。1.5.2 國外乙酸生產現狀世界醋酸生產能力已由2007年1150.6萬噸和2008年1314.2萬噸增加到2009年萬噸和2010年1523萬噸。據統計，截至2010年，世界擁有醋酸能力1512萬噸/年，其中前l0位醋酸生產商中，BP公司254萬噸/年，占16.8%；塞拉尼斯公司為232萬噸/年，占%；上海吳涇化工60萬噸年，占%；中國石化集團公司70萬噸年，占%；江蘇索普公司60萬噸年，占%；袞礦國泰公司萬噸年，占%；Sterling化學品公司萬噸年，占%；利

28、安德巴賽爾公司萬噸年，占%；中國石油集團公司41萬噸年，占%；依士曼化學公司萬噸年，占%。其中甲醇羰基化法合成工藝占66%，低碳烴氧化法占%，乙醛氧化法占%，其他工藝占%.預計未來5年乙酸需求增長速度將高于過去5年，國際乙酸缺口將進一步擴大14。 乙酸未來發展趨向 國內企業的市場開發，在穩固現有市場基礎上應轉變到細分市場的開發上即通過研究乙酸應用的潛在新市場，來拓展乙酸產品的出路。在國際市場的開發方面，歐美日等發達地區乙酸市場格局已形成穩定的供求關系，不利于中國企業的開發，國內企業走出去應更多地關注國際上正處于快速發展期的需求市場逐漸地完善企業的國際市場格局，提高企業的國際競爭力。面對已處于產

29、能嚴重過剩、市場持續低迷的困境。乙酸行業最大的希望是能夠找到一條開發下游產品、延伸產業鏈的順暢大道。就兩個主要下游產品乙酸酯和乙酸酐而言，隨著國家對環保的要求逐步提高，乙酸酯替代甲乙酮、甲基異丁基酮等作為溶劑的需求將會有較大增加，但取決于乙酸產品的質量和配套下游產業的發展。國內乙醋酐主要用于醋酸纖維素、醫藥、農藥、染料等行業其中的醋酸纖維素類產品如果能實現技術突破有望拉動醋酸的消費。另外，雙乙烯酮是乙酸一個重要的下游產品，對乙酸的消耗量也比較大，生產1噸雙乙烯酮大約消耗乙酸噸。作為重要精細化工中間體的雙乙烯酮。還能廣泛應用于醫藥、農藥、染料、食品和飼料等領域。雖然乙酸行業暫時行情動蕩，但隨著世

30、界經濟的復蘇，下游行業逐漸恢復，乙酸的需求也會穩步增長，未來乙酸的發展還有很大的潛力15。第2章 乙酸精制工藝設計概論 乙酸生產工藝 概述通過對比乙酸的各種生產工藝，孟山都(Monsanto)/BP工藝最為經濟、技術先進、原料轉化率高。該工藝操作條件不苛刻，生產乙酸質量高使得該工藝在我國廣泛引進應用，且該工藝還有原料便宜，來源合理，催化劑性能穩定、選擇性好、活性高，副產物少，建設費用少，設備緊湊、占地面積小、公用工程消耗低，成本低等諸多優點。但原工藝Monsanto工藝也存在一些固有的缺點:主催化劑金屬銠價格昂貴；Rh ( I)催化劑不穩定,在CO不足時(如在生產后期分離產物時)易被氧化為Rh

31、( )而從體系中沉淀出RhI3；反應體系中存在大量的水(加水主要是為了避免銠的沉淀和提高反應速率)會造成產物分離的困難和投資的增加；碘化物的存在會造成嚴重的設備腐蝕。針對這些不足的改進研究工作一直沒有中斷,其中主要為:提高Rh催化劑的活性和穩定性,或尋找新的金屬催化劑；進行Rh(或其它金屬)催化劑的固載化；開發氣固相反應的甲醇羰基化Rh(或其它金屬)催化劑體系；改進后處理工藝等。2.1.2 乙酸生產設計方案 “N/HAC催化甲醇羰基化合成乙酸工藝研究”，探討了反應溫度、液體進料空時、甲醇與一氧化碳配比及加水量等反應工藝條件對甲醇羰基化反應及乙酸收率的影響，優化了反應的工藝條件。結果表明：反應工

32、藝條件對甲醇羰基化反應及乙酸的收率影響較大，在系統壓力為1.0MPa，反應溫度558K，液體進料空時為10gcat·(mol·h)，V(H20):V(CH3OH) )=3:100，n(CO):n(CH3OH):n(CH31)=80:40:1的條件下乙酸收率最高達到了%，而羰基化產物總收率可以達到79.1%，甲醇轉化率可以達到%，羰基化產物總收率和乙酸收率明顯高于文獻報道的同類催化劑16。 基于以上研究，本文設計以孟山都(Monsanto)/BP為基礎，采用催化劑優化工藝酚醛樹脂基活性炭(PHAC)負載鎳為主催化劑、碘甲烷為助催化劑，在攪拌式反應器中催化甲醇羰基化完成乙酸合成

33、反應工段。2.1.3 甲醇羰基化法生產原理本法涉及的反應主反應 主副反應 副反應 其中主副反應轉化率占主反應的×10-2，副反應占主反應2.1×10-3。.4 工藝流程甲醇低壓羰基化法合成乙酸工藝主要包括一氧化碳造氣和乙酸生產兩部分。造氣工段主要包括造氣、預硫、壓縮、脫硫、脫碳工序。乙酸生產工序又可分為反應工序和精制工序。反應工序主要包括：預處理、合成、轉化等工段；精制工序為多組分精餾包括：吸收、脫輕、脫水、脫重、精制工段。簡單的工藝流程見圖21圖2.1簡單工藝流程圖工藝流程說明：反應工序：反應在攪拌式反應器中進行。實現加入催化液。甲醇加熱到185，一氧化碳用壓縮機加壓到2

34、.74MPa后加到攪拌式反應器中。未反應完的甲醇蒸汽、一氧化碳氣體，反應產生的氫氣、二氧化碳氣體還有流失的碘甲烷催化劑，從塔頂進入吸收塔，吸收塔中為甲醇溶液，從吸收塔中吸收之后出來的溶液直接返回反應器循環使用，未被吸收的一氧化碳、氫氣直接去火炬點燃。反應后的含水乙酸溶液從塔側進入精制工序。)、乙醛(21)、水(100)，還有少量碘甲烷，關鍵組分為水、乙酸甲酯構成乙酸甲酯水體系，塔頂流出輕組分，經冷凝器冷凝后返回反應器循環使用，塔底為含乙酸、水、丙酸重組分，一部分經冷凝后回流反應器，另一部分側線出料進入脫水塔。進入脫水塔中只剩下水、乙酸、丙酸，關鍵組分水、乙酸構成乙酸水體系，除去大部分的水，塔頂

35、是含少量乙酸的水溶液，經冷凝回流到反應器中，塔底為丙酸、乙酸混合液，進入脫重塔，構成乙酸丙酸體系，除去丙酸，最終含水乙酸進入精制塔中進行精餾，完成年產2萬噸的乙酸精制工藝設計，使最終乙酸產品達到設計要求。 乙酸水體系精制設計2.2.1 概述 由于醋酸分子間強氫鍵引起汽相分子的締合，使得醋酸-水體系的非理想性特別嚴重。為此，許多學者對于醋酸的締合效應做了廣泛的研究。Prausnitz 指出，對于含羧酸的體系，必須用“化學理論”計算逸度系數。下面簡要介紹幾種乙酸水體系分離方法17：普通精餾法普通精餾法技術成熟，工藝簡單，乙酸與水不形成共沸物，所以可采用普通精餾法；但常壓下，由于醋酸的非理想性特別強

36、，容易發生締合，故醋酸和水的相列揮發度接近于1，用普通精餾法分離時所需的理論板數和回流比較大，同時能耗較大，生產成本高。酯化法 酯化法是指向醋酸溶液中加入一定量的醇，在催化劑的催化作用下發生酯化反應，使得醋酸轉變為相應的酯，由于酯與水沸點相差較大，故可采用普通精餾法將其分離，然后將得到的醋酸酯水解，即可得到醋酸以及醇。吸附法 吸附是指氣體或液體流動相和多孔的顆粒相接觸，使流動相中一種或多種組分選擇性地取出或保留于顆粒相內的過程，這種多孔的固體顆粒可以是具有直徑5-50nm微孔和巨大微表面積，也可以是均一的或lnm可滲透的凝膠狀結構或者樹脂狀結構。液液萃取法 在液液萃耿過程中，一個液態溶液(水相

37、或有機相)中的一個或多個組分(溶質)被萃取進第二個液態溶液(有機相或水相)，而t述兩個溶液是不相互溶或僅僅是部分互溶的。所以，苯取過程是溶質在兩個液相之間重新分配的過程，即通過相際傳遞來達到分離和提純的目的。萃取精餾法 萃取精餾是指在待精餾分離的原溶液中添加高沸點的溶劑萃取劑，萃取劑的作用是增大原溶液中組分問的相對揮發度或破壞原溶液的共沸物，且萃取劑不與任一原組分形成共沸物，萃取劑同某一組分由塔底排出，塔頂得到純度高的另一組分。由塔底排出的溶液需進行分離，以回收溶劑，供循環使用，同時可得到純度甚高的組分產品。萃取劑的沸點要比原料液中組分的沸點高，同時不形成共沸物，因此，萃取精餾時對溶劑的要求比

38、較高。共沸精餾法 共沸精餾是指在待精餾分離的原溶液中添加挾帶劑，以改善待分離組分間的汽液平衡關系，挾帶劑能與原料液中一個或兩個組分形成新的最低共沸物，由塔頂蒸出，使精餾分離成為“共沸物純組分”的分離，且因具有較大的相對揮發度而使溶液分離變得容易實現。液膜法 液膜分離技術是20世紀60年代末由黎念之博士發明的，近30年來，這一高效、節能的新技術在石油化工、環境保護、濕法冶金、生物工程及醫學等領域中得到了廣泛的應用。液膜，一般是由溶劑、乳化劑及添加劑(如載體和固膜劑等)與適當的試劑混合乳化，再把得到的乳液與廢水接觸，使乳液在廢水中充分分散成細小的液滴而形成的。由于膜層極薄(1.10 u m)，且表

39、面積較大，因而具有較高的滲透速率和選擇性。用液膜法處理含醋酸廢水是將廢水中有害物質地集于被液膜包裹的內相中，既可消除污染，又可得到有用的醋酸鈉。滲透汽化的膜分離法 滲透汽化(PVAP)干I反滲透有相近的傳質過程，即首先是易滲透的組分分予溶解或吸附于膜的上游表面，然后在某種形式的推動力下，擴散通過膜再從膜的下游脫附，它與反滲透不同的是滲透汽化的膜下游是在負壓系統中，透過物被惰性氣流或在真空系統中汽化并被冷凝收集，膜的兩側分壓為傳質推動力。PVAP被認為是能取代“蒸餾”的最有希望的一種方法，尤其對共沸物系和近沸物系的分離顯示出其特有的優勢。2.2.2 精餾工段乙酸水體系設計方案 乙酸水溶液的分離，

40、由于乙酸與水相列揮發度接近l，故使用普通精餾法時需要較多的理論板數和較大的回流比；由于酯化法在分離過程中需加入醇，與酸形成酯，該工藝比較復雜，得到的產品純度不會很高，同時在溶液中加入醇和催化劑，特別是無機酸，又會形成二次污染，因此該法不常用：吸附法適用于低濃度的含乙酸水溶液，如能把吸附法與其他處理方法結合起來，吸附法的用途會更大；液液萃取對于低濃度的乙酸處理效果較好，特別是絡合萃取法處理乙酸稀溶液，具有很大的前景；液膜法和滲透汽化的膜分離，雖然具有很多的優點，還未到工業廣泛應用的階段，因此，在這方面有待開發；萃取精餾和共沸精餾均是比較成熟的工藝，在工業上己經廣泛應用。當乙酸濃度高時，宜采用共沸

41、精餾，因為溶液中的水較少，將水與挾帶劑蒸發所需的熱量較少，若采用萃取精餾，則所需的溶劑較多，溶劑回收能耗多；乙酸濃度較低時，宜采用萃取精餾，若采用共沸精餾，將水從塔頂蒸發所需能量較多。 由于設計所研究的乙酸濃度較高，最佳分離方法采用共沸精餾法，但由于共沸精餾中涉及夾帶劑的選擇與用量，缺乏三組分精餾的理論參考與指導數據，過程的計算與研究需要模擬軟件ASPEN PLUS的試驗與應用，導致設計的難度將大大增加，所以本設計旨在為乙酸水體系普通精餾過程中提供實際生產所需指導參數，由此本設計“年產2萬噸乙酸的精制工藝設計” 采用普通精餾方法分離乙酸水體系，完成乙酸精制工藝設計。 第3章 工藝計算 乙酸水體

42、系物料衡算 基本數據及工藝要求表3.1 乙酸水體系參數表基本量分子量常壓沸點()進料質量分數W%安托尼常數ABC乙酸6007211水18100228 操作條件：設年工作300天，每天24小時，總工作時間為300×24=7200小時，生產能力為2萬噸每年；進料(乙酸)組成：88%；塔底產品(乙酸)組成99.88%；塔頂產品（乙酸）組成0.33%。常壓、泡點進料。 精餾塔的物料衡算水的摩爾質量 乙酸的摩爾質量 原料液、塔頂及塔底產品（乙酸）的摩爾分率XF、XD、XW分別計算結果如下： 原料液、塔頂及塔底產品（乙酸）的平均摩爾質量MF、MD、MW分別計算結果如下： 根據質量守恒可知：F=D

43、+W Fxi=Dxi+Wxi 式中，F為進料質量（）；D為塔頂出料量（）；W為塔釜出料量（）。又已知，則當產量是，開工時間為。通過計算得： 3.2 乙酸水體系有關物性數據計算以下有關物性數據計算所參考數據皆以化工工藝設計手冊為標準18。3. 塔體溫度計算安托尼方程 3-1 泡點方程 3-2 公式中 PS飽和蒸汽壓 mmHg； A、B、C安托尼常數； T溫度，0C； XA易揮發成分（水）的摩爾分數； P總操作條件下的總壓，101.3kPa； PS水的飽和蒸汽壓，mmHg； 為乙酸的飽和蒸汽壓，mmHg；表3.2 塔體溫度試差參數表試差溫度飽和蒸汽壓PS/kPa計算得XA值與泡點進料XF(水)值比

44、較與塔頂出料XD(水)值比較與塔釜出料XW(水)值比較結果乙酸水塔頂溫度80.62632進料溫度塔釜溫度 由上圖表可得：塔頂溫度T=100； ； ； 平均摩爾質量的計算氣液平衡線方程 3-3 公式中 易揮發組分（水）氣相摩爾分數 易揮發組分（水）液相摩爾分數 相對揮發度將數據代入公式3-3中 塔頂， 得進料，得 塔釜， 得液相平均摩爾質量 3-4 氣相平均摩爾質量 3-5公式中 Mm平均摩爾質量， Xi液相中任一組分i的摩爾分數 yi氣相中任一組分i的摩爾分數 Mi任一組分i的摩爾質量，表3.3 乙酸水體系摩爾質量參數表物料水，乙酸，液相平均摩爾質量，氣相平均摩爾質量，塔頂進料塔釜 將數據代入公式3-4、3-5中精餾段計算液相平均摩爾質量氣相平均摩爾質量提餾段計算液相平均摩爾質量氣相平均摩爾質量 平均密度的計算氣相平均密度計算 3-6 公式中 氣相密度， 氣相平均摩爾質量， 熱力學溫度常數 平均溫度，將數據代入公式3-6中： 精餾段；提餾段液相平均密度計算 3-7 公式中