年产15万吨甲醇低压羰基化合成醋酸工艺设计(2)
3.2.1 所处理的物料带到设备中去的热量 13
3.2.2过程的热效应 ： 14
3.2.3反应产物由设备中带出的热量 16
3.2.4设备向四周散失的热量 17
3.2.5消耗在加热设备各个部件上的热量 17
4 醋酸精馏塔计算 17
4.1 精馏塔的选择 18
4.2 精馏塔的设计 18
4.2.1 基础数据整理 18
4.2.2 初估塔径 19
4.2.3 理论板数的计算 21
4.2.4 塔内件设计 24
4.2.5 塔板流体力学验算 27
4.2.6 塔板负荷性能图 29
4.2.7 醋酸精制塔工艺计算结果汇总 32
5 部分设备选型与计算 34
5.1 醋酸反应器 34
5.1.1 入塔管径d1 34
5.1.2 出塔管径d2 34
5.2 搅拌装置的计算 34
5.3 醋酸精馏塔 35
5.3.1 各类尺寸的计算 35
5.3.2 精馏塔塔顶冷凝器选型 37
5.3.3 精馏塔塔底再沸器选型 39
5.3.4 泵 39
5.4 设备一览表 40
6 工艺流程图(见附录二) 41
7 车间布置设计图 42
7.1生产车间平面布置图(见附录三) 42
7.2生产车间立面布置图(见附录四) 42
致 谢 43
参考文献 44
附 录 45
1 总论
1.1 概论
醋酸是一种有机化合物，又叫乙酸（ethanoic acid），别名为醋酸(acetic acid)、冰醋酸(glacial acetic acid)。分子式是 C2H4O2（常简写为HAc）或CH3COOH,是典型的脂肪酸。被公认为食醋内酸及刺激性气的来源。纯的无水乙酸（冰醋酸）是无色的吸湿性液体，凝固点为16.7°C (62°F)，凝固后为无色晶体。尽管根据乙酸在水溶液中的离解能力可知它是一个弱酸，但是乙酸具有腐蚀性，其蒸汽对眼睛和鼻有一定的刺激性作用。乙酸是一种简单的羧酸，是一个重要的化学试剂。乙酸还可以用来制造电影胶片所需要的醋酸纤文素和木材用胶粘剂中的聚乙酸乙烯酯，以及很多合成纤文和织物。在家庭中，人们常把乙酸稀溶液用作除垢剂。而食品工业方面，在食品添加剂列表E260中，乙酸是规定的一种酸度调节剂。
醋酸是一种用途非常广泛的基本有机产品，也是化工、医药、纺织、轻工、食品等行业不可缺少的重要原料。随着醋酸衍生产品的不断发展, 以醋酸为基础的工业不仅直接关系到化学工业的发展, 而且与国民经济的各个行业息息相关, 醋酸生产与消费正引起世界各国的普遍重视, 醋酸生产工艺及相关问题的研究开发正在日益加深和发展。从最初的粮食发酵, 木材干馏生产醋酸开始, 合成醋酸的工艺路线主要有甲醇羰基合成法、乙醛氧化法、乙炔电石法、乙醇氧化法、乙烯氧化法、丁烷氧化法等。这些方法都各自有各自的优点和缺点，在选择合成醋酸的路线时，我们应该与当地的原料资源情况紧密联系起来，因地制宜，按醋酸用量的大小以及工业技术条件等作综合的考虑。
本设计采用成熟的甲醇低压羰基化合成醋酸。首先确定甲醇低压羰基化生产醋酸工艺流程，其次对整个工艺过程进行物料和能量衡算，然后对其中的单元设备进行设备设计，最后对此进行经济效益分析。
1.2 醋酸生产的历史沿革
早在公元前三千年，人类已经能够用酒经过各种醋酸菌氧化发酵制醋。[1] 十九世纪后期，人们发现从木材干馏制木炭的副产馏出液中可以回收得到醋酸，之后这一方法成为醋酸的另一重要来源，但是这两种方法原料来源有限，都需要脱除许多杂质和大量水分，所需要的浓缩提纯费用甚高。因此，到了20世纪，随着有机化学工业的发展，诞生了化学合成醋酸的工业。最早的合成醋酸的有效方法即为乙醛氧化生成醋酸，其收率甚高，为人们所推崇。在1911年，德国率先建成了第一套乙醛氧化合成醋酸的工业装置并将其迅速推广到了其它国家。[2]早期，乙醛来自于粮食、糖蜜发酵所生成的乙醇的氧化。直到1928年德国以电石乙炔进行水合反应生成乙醛，这是改用矿物原料生成醋酸的开始。二次大战以后，石油化工的兴起带来了了烃直接氧化生产醋酸的新路线，但是有氧化产物组分复杂、分离费用昂贵等一系列缺点。于是，德国Wacher-chemie和Hoechst两公司于1957～1959年联合开发了乙烯直接氧化制乙醛法。这之后，乙烯—乙醛—醋酸路线迅速发展成为主要的醋酸生产方法。70年代石油价格上升，这时候甲醇因廉价易得、原料资源不受限制而被用作为原料的羰基化路线开始与乙烯路线竞争。甲醇羰基化合成醋酸虽于20年代已经开始研究，并且60年代已有BASF公司的高压法工业装置，但直到1971年美国Monsanto公司的甲醇低压羰基化制醋酸工厂才投产成功，证明经济上有压倒性的优势，现已取代乙烯路线而占领先地位。1989年世界醋酸总生产能力为480kt，一套甲醇低压羰基化装置的生产能力总计2000kt/a以上，除个别厂外，都已建成投产。
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