年产10万吨甲醇低压羰基化合成醋酸精制工段基本工艺设计.doc
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1、年产10万吨甲醇低压羰基化合成醋酸精制工段工艺设计学 院:专 业:姓 名:指引教师:化学工程与工艺学 号:职 称:二一四年五月诚信承诺书本人郑重承诺:本人承诺呈交毕业设计年产10万吨甲醇低压羰基化合成醋酸精制工段工艺设计是在指引教师指引下,独立开展研究获得成果,文中引用她人观点和材料,均在文后按顺序列出其参照文献,设计使用数据真实可靠。本人签名: 日期: 年 月 日年产10万吨甲醇低压羰基化合成醋酸精制工段工艺设计摘 要 醋酸是一种重要基本有机化工原料产品,在各行各业中有广泛应用。本设计简介了醋酸某些物理性质、化学性质,用途,现状和发展状况并且对比了各种合成办法,还对工艺流程进行了简述。本设计
2、采用甲醇为原料,铑为催化剂,低压羰基化流程工艺。本工艺简朴,原料来源广泛,污染少,安全可靠,转化率和选取率高,产品质量高。本工艺设计重点是合成工序和精馏工序物料衡算、热量衡算、重要设备计算和选型。同步绘制了工艺流程图和重要设备装置图。并且对于工艺进行车间布置和三废解决。核心词:甲醇 低压羰基化 物料衡算 热量衡算With an annual output of 100000 tons of low-pressure methanol carbonylation acetic acid refining process designAbstract Acetic acid is an impor
3、tant basic organic chemical raw material products,have been widely applied in all walks of life. This design introduces some physical properties,chemical properties,application status and development of acetic acid,and comparison of various synthetic methods,but also on the process are described. Th
4、is design uses methanol as raw materials,rhodium catalyst,low-pressure carbonylation process. This simple process,wide material source,less pollution,safe and reliable,high conversion and selectivity,high product quality. The design key of this process is a material balance synthesis process and dis
5、tillation process calculation,heat balance calculation,calculation and selection of main equipment. At the same time,rendering the process flow diagram and main equipment installation diagram. And workshop layout and waste treatment for process.Keywords: Methanol;Low-pressure carbonylation;material
6、balance;heat balance目 录1 前言11.1世界醋酸生产概况11.2国内生产状况21.3醋酸用途21.4醋酸物理性质21.5醋酸化学性质31.5.1与不饱和烃酯化反映31.5.2醇醛缩合反映31.5.3与金属氧化物或碳酸盐反映31.5.4分解反映41.5.5酸碱性41.6醋酸合成办法41.6.1轻烃液相氧化法41.6.2乙醛氧化法51.6.3乙烯直接氧化法51.6.4甲醇羰基化合成法(MC)51.6.5乙烷选取性催化氧化61.6.6甲醇羰基化制备醋酸62物料衡算102.1合成塔计算102.1.1合成塔物料衡算102.2轻组分塔物料衡算112.3脱水塔物料衡算122.4重组分塔
7、物料衡算133塔设备计算153.1脱水塔(常压精馏塔)计算153.1.1进料构成153.1.2平均摩尔质量153.2塔板数拟定163.2.1相对挥发度163.2.2最小回流比和操作操作比173.2.3精馏段和提馏段操作方程173.2.4塔板数计算183.2.5全塔效率拟定193.2.6拟定实际塔板数193.3精馏塔物性参数计算203.3.1操作压力计算203.3.2操作温度203.3.3平均摩尔质量203.3.4平均密度计算213.3.5液面表面张力223.3.6体积流率计算233.4精馏塔塔体工艺尺寸计算243.4.1塔径和高度计算243.4.2溢流装置计算263.4.3塔板布置273.5浮
8、阀塔流体力学验算293.5.1气体通过浮阀塔板压降293.5.2液泛313.5.3物沫夹带323.6负荷性能图333.6.1物沫夹带线333.6.2液泛线343.6.3液相负荷上限353.6.4漏液线353.6.5液相负荷下限354热量衡算394.1脱水塔热量计算394.2塔顶冷凝器热负荷及冷却水用量404.3塔底再沸器热负荷及水蒸气用量415附属设备计算及接管选用435.1接管选用435.1.1进料管435.1.2回流管435.1.3塔底出料管435.1.4塔顶蒸汽出料管445.2塔高度计算445.2.1塔顶空间高度445.2.2封头445.2.3裙座445.2.4塔底空间高度455.2.5
9、人孔455.2.6塔总高度456车间布置设计466.1 车间布置设计重要性466.2车间生产规定466.3 车间安全规定466.4 车间发展规定467三废”解决和安全事项477.1 废水477.2 废气477.3 废渣477.4安全事项47参照文献48道谢49附录501 前言 醋酸作为一种重要基本有机化工原料。氯乙酸、醋酸乙烯单体、聚乙烯醇、对苯二甲酸、醋酸酯、醋酸纤维及金属醋酸盐等重要原料是醋酸。电影胶片所需要醋酸纤维素和木材用胶粘剂中聚乙酸乙烯酯和诸多合成纤维惯用醋酸作为原料而制。随着科学发展,醋酸在科学领域中是一种重要有机化工产品。在农药、医药、染料、粘合剂、有机溶剂等诸多方面有着广泛用
10、途。1.1世界醋酸生产概况人类最初通过酒精发酵及木材干馏而获得醋酸。在19德国建成了全球首套乙醛法醋酸装置。1952年Celanese公司在美国开发了更高档低碳烷烃氧化生产醋酸办法。60年代乙烯乙醛醋酸工艺获得迅速发展,Hoechst-Wacker公司开发了乙烯直接氧化制乙醛工艺。1960年德国BASF公司相继开发了甲醇高压羰基合成醋酸技术,但是这种技术操作压力高和副产物多,再加上产品精制复杂等因素而没有得到推广。1968年,这是醋酸工业一次划时代奔腾一年,由于美国公司Monsanto成功研发了甲醇低压羰基合成醋酸工艺,并成功于1970年每年13.5万吨工业化生产装置在Texas建成。1983
11、年Holcon/Eastman公司成功开发了醋酸醋酐联产技术并且建成了每年22.5万吨醋酐生产装置。1997年日本成功开发了乙烯直接氧化制醋酸工艺并且建成了每年10万吨装置。当前,世界上乙烯直接氧化法,乙醛氧化法,甲醇低压羰基合成法装置能力分别占总生产能力15、25和60。世界上最大五大醋酸生产商分别是BP公司,Milleni-um公司,Celanese公司,Acetex公司和Daicel公司。它们拥有生产能力大概占总生产能力80,并且有增长趋势。1998年全球生产能力能达到758.8万吨,其重要分布在北美39.2、亚洲30.1、西欧21.0、东欧6.3、南美洲及其她地区为3.3。能扩大到89
12、0万吨,新增装置能力重要集中Celanese公司、BP公司以及东南亚地区。世界上最大生产醋酸大国是美国,1998年生产能力能达到每年250万吨。四大醋酸生产厂是Sterling,Millennium,Eastman和Celanese公司。其中世界上最大生产装置是Celanese公司在Texas州Clear lake装置。生产办法是甲醇羰基化法,通过两年扩产,生产能力已达每年100万吨。1998年西欧地区生产能力已超过每年150万吨。并且BP公司是该地区最大生产厂商,该公司在1998年终在Hull地区装置能力能达到每年67.5万吨。整个西欧地区装置能力大概在每年172万吨。1998年日本生产能力
13、能达到每年70万吨。日本三大知名醋酸生产厂商是昭和电工,协同醋酸,大赛格。乙烯直接氧化法制醋酸装置是1997年昭和电工投产每年10万吨,也是全世界唯一一家。1.2国内生产状况1953年,乙醇乙醛醋酸工业生产装置初次在上海建成。日后乙醇为原料中型醋酸装置相继建成。1958年,电石乙炔乙醛生产装置在吉化公司建成。70年代到80年代末,某些公司运用乙烯为原料生产乙醛技术,四套乙烯乙醛醋酸装置被自行设计而成,在国内当时缓和醋酸需求起了很大作用。1996年,是国内醋酸工业进入一种发展新时期一年,国内引进Monsanto/BP技术建成了第一套甲醇低压羰基化制醋酸装置。1997年国内运用自主研发甲醇羰基化技
14、术建成了每年生产十万吨醋酸装置。1998年,每年生产18万吨羰基合成醋酸装置在四川建成并投产使用。当前醋酸生产装置超过90多套,实际生产能力大概有每年生产1200万吨。其中甲醇低压羰基化装置有3套,实际生产能力大概有每年有35万吨。乙烯乙醛醋酸装置有四套实际生产能力大概有44.5万吨每年。尚有一某些是乙醇乙醛醋酸装置。1998年比1997年增长11.7。1.3醋酸用途醋酸作为一种重要有机化工原料,它可以衍生出几百种下游产品,例如醋酐,对苯二甲酸,醋酸纤维,聚乙烯醇,醋酸酯以及金属醋酸盐。醋酸惯用于基本有机合成、农药、医药、食品、印染、造漆等行业。因此醋酸工业发展与国民经济息息有关。最初工业上合
15、成乙酸原料是粮食,然后是木材、煤炭、矿石、天然气。石油和煤炭是当前工业工艺重要采用原料。1.4醋酸物理性质表1.1 醋酸物理性质熔点16.6相对密度1.0492沸点 117.9 爆炸极限上限 4.0v下限 17.0v折射率(20)1.3718溶解度能溶水,乙醇等闪点39蒸汽压(20)1.50kpa比热容(20)2.01kJ/(kg)粘度 (20)1.22cp蒸发潜热kJ/kg60 880表面张力(20)29.5880 8120.0994醋酸又叫乙酸,是一种有机物又是典型脂肪酸。分子式:C2H4O2(常简写为HAc)或CH3COOH。相对分子质量为60.06,纯醋酸具备强烈刺激气味和强腐蚀性,并
16、为无色水状液体。吃用醋重要成分是醋酸,故得名醋酸。大某些高纯度醋酸在低于16度时可以凝结成片状晶体,因此也被称为冰醋酸。此外醋酸蒸汽易着火,并且可以和空气在一定条件下形成爆炸性混合物。强吸湿性也是冰醋酸一种性质,水含量每增长0.1 %凝固点就减少0.15左右。依照这性质,可以有如下物理性质。1.5醋酸化学性质依照关于资料显示,醋酸属于典型脂肪族一元羧酸并具备一元酸所有典型化学性质。羧基和烷基是醋酸分子构造所具备。 CH3COOH+ROHCH3COOR+H2O 这是酯化反映并且生成等分子水。在反映过程中生成水会减慢反映速度。为了减少对反映速度影响普通在反映过程中加入过量醋酸。此外采用共沸蒸馏法,
17、既能除去水,也能达到加快反映速度和加大反映进程目。实际操作中,为了更好地控制反映速度,普通采用电导率法测定反映系统中水浓度。在实际工业生产中,酯化反映催化剂普通使用无机酸和有机酸,例如磷酸,高氯酸和硫酸等。在特定条件下非酸性盐类、金属和金属氧化物也可以作为反映得催化剂,例如丝光沸石、Y分子筛等。在生产工业中正丁醇与乙酸酯化反映用到催化剂普通是氯化钴。1.5.1与不饱和烃酯化反映醋酸酯大多是仲醇或者叔醇类,生成醋酸酯普通是由醋酸和烯烃反映生成。醋酸和丙烯反映生成异丙酯;和异丁烯反映生成醋酸叔丁酯。但反映中催化剂不同样,产物也不同样,如加入铂等贵金属催化剂,以上反映产物会变成不饱和酯。1.5.2醇
18、醛缩合反映在有催化剂存在下,醋酸和甲醛能发生缩合反映生成丙烯酸。(普通使用负载氢氧化钾硅胶为催化剂) H3COOH+HCHOCH2=CH-COOH+H2O该缩合反映单程转化率在5060之间和收率可达到80100.但是这种工艺路线能耗比较多,因此没有进一步工业化应用。1.5.3与金属氧化物或碳酸盐反映醋酸是一种弱酸并具备酸性物质普通化学性质,能与金属氧化物、碳酸盐反映生成醋酸盐。其反映速度不不大于大某些有机酸,但不大于硫酸、盐酸这种强酸。醋酸水溶液对于许多金属是有腐蚀性。1.5.4分解反映醋酸燃烧后生成二氧化碳和水。在高温下,浓硫酸可使醋酸脱水炭化生成二氧化碳和少量二氧化硫。在227、低压和PC
19、催化剂存在条件下,醋酸可以分解得到乙烯酮、甲烷、二氧化碳等产物。干燥醋酸经蒸馏就能生成醋酸酐,普通条件下沸腾7小时就能达到平衡,如果加入酸性催化剂,则平衡就缩小为20分钟。生产醋酸酐工业办法之一是醋酸经乙酸酮合成醋酸酐。在一定条件下,醋酸分子脱去COOH,放出去CO2,因此成为脱羧反映。1.5.5酸碱性醋酸是一价弱酸,常温下醋酸在水中解离常数是pKa=4.76。惯用于水中极弱碱定量分析。醋酸盐就是醋酸与金属氧化物和氢氧化物反映生成。醋酸粗品焦木酸经与石灰石中和并生成氧化钙醋酸盐。某些非常强酸,可作为醋酸醋化反映催化剂,如超强酸,在醋酸中仍体现出超强性。醋酸具备酸普通性质,由于醋酸在水溶液中能离
20、解出氢离子而显酸性。醋酸与强碱,金属氧化物反映生成盐和水。由于醋酸中羰基碳原子与氧原子相连,因此O与C=O之间存在P-共轭效应,从而O-H键极性增大而呈现酸性;C-O键为极性键,因此发生取代反映中-OH被其她基团取代;由于羰基吸电子作用导致烃基上a-H原子被其她基团取代后而生成取代酸。醋酸常参加反映有:脱酸反映 -氢卤代反映:重要是在P、S、I2或者光照催化下能被CI2、Br2取代。酸性和成盐反映。还原反映,在强还原剂下可将其还原成伯醇。1.6醋酸合成办法通过几十年法展,醋酸工业大概形成八种工艺路线。工艺路线有:醋酸醋酐醋酸甲醋联产,乙醛氧化法,轻烃液相氧化法,乙烷直接氧化法,天然气经非合成气
21、氧化法,甲醇拔基合成法,乙烷选取性催化氧化等。1.6.1轻烃液相氧化法轻烃液相氧化法又被称为丁烷氧化法或直接氧化法,重要原料为正丁醇和石脑油。在催化剂存在条件下,石脑油(正丁烷)与氧化剂进行氧化反映生产醋酸。压力控制在5.0MPa左右,温度控制在170200之间。反映收率就在7580之间。原理如下:C4H10+2.5O2 2CH3COOH+H2O其工艺流程如下:空气与原料在喷射式持续塔液相中进行反映。在气液分离器中反映产物经冷却后分离液相(重要为醋酸和水)和气相(未反映原料)。液相组分再经分离器后分离出低沸点产物,然后再次氧化为醋酸,再通过脱水,精馏后就可得到成品醋酸。但是,该工艺缺陷是副产物
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