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1、2.4 乙烯与乙酸直接加成法 该工艺由于直接利用了丰富的乙烯资源, 无须生产乙醇或乙醛作为中间体, 因而能明显降低 产品生产成本, 具有明显的经济优势。从资源利用方面看,一方面可以高效、 充分地利用乙 烯资源, 同时合成乙酸乙酯具有较高的产率和选择性, 产率可达 90%以上,选择性大于 95% 但是该工艺依赖于大量的乙烯资源,只能在乙烯和乙酸资源相对比较丰富而廉价的地区才可 以考虑工业化生产。h-.电机族1M计ffi 4乙第一加法工艺旅程-v*n#反应原料中乙烯：醋酸：水：氮体积组成为80：6.7：3：10.3。反应系统由3 个串联 反应塔组成,反应塔中装填磷钨钥酸催化剂（担载于球状二氧化硅上
2、 ） 。反应塔设置了中 间冷却，反应温度维持在140-180 C，反应塔压力控制在0.44-1MPa。反应在担载于金属载体上的杂多酸或杂多酸盐催化下于气相或液相中进行。在水蒸气 存在条件下,乙烯将发生水合反应生成乙醇 ,然后生成的乙醇又继续与醋酸发生酯化反应 生成醋酸乙酯产物。而且,逆向的醋酸乙酯水解生成乙醇或乙酸的反应也可能发生。该工 艺醋酸的单程转化率为66%,以乙烯计,醋酸乙酯的选择性约为94%.四工艺计算4.1. 物料衡算4.1.1 设计任务（1）设计项目：醋酸和乙醇在催化剂浓硫酸存在下生产醋酸乙酯（假定70%的醋酸转化为 醋酸乙酯）（2）产品名称：醋酸乙酯（3）产品规格：纯度 99%
3、（4）年生产能力：折算为100%醋酸乙酯1500 吨/年4.1.2 酯化法主要生产步骤（1）等分子的冰醋酸和 95%乙醇混合和少量的浓硫酸接触，进行酯化反应达到平衡状态， 并加热至沸点。（2）达到平衡状态的混合液通入精馏塔I,由于不断移去难挥发的水分，在塔中反应趋 于完全；由塔I顶部出来的流出液组成为：醋酸乙酯20%（重量百分率，下同）水10%乙醇70%（3）由塔I顶部出来的馏出液通入精馏塔II进行蒸馏，由塔II顶部出来的三组分恒沸液 组成为：醋酸乙酯83%水8%乙醇9%由塔II底部出来的残液组成为乙醇和水，重新送入塔I作为第二进料。（4）由塔II顶部出来的馏出液和塔III顶部出来的馏出液汇合
4、并加等量的水，三者混合 后流入沉降槽进行分层。上层富有醋酸乙酯，其组成为：醋酸乙酯94%4%2%乙醇下层主要是水，其组成为：醋酸乙酯8%水88%乙醇4%下层(即水层)重新回入塔II作为第二进料。(5) 上层(即酯层)送入精馏塔III进行蒸馏，由塔III底部流出的即为成品的醋酸乙酯, 这是由于醋酸乙酯和三组分恒沸液和双组份恒沸液比较起来，其挥发度最小，由塔III顶部出 来的为三组分恒沸液，其组成如下：三组分恒沸液组成： 醋酸乙酯83%水8%乙醇9%双组分恒沸液组成： 醋酸乙酯94%水6%(6) 塔III顶部出来的馏出液包括三组成恒沸液送回沉降器中。4.2 初步物料衡算(1) 每小时生产能力的计算
5、 根据设计任务，醋酸乙酯的年生产能力为1500吨/年(折算为100%醋酸乙酯，下同) 全年按 300 天计，每天 24 小时连续工作。每小时的生产能力为：1500 X 1000 宁 300 宁 24=208.33kg/h以上作为物料衡算基准。为了使物料衡算简单化，在初步物料衡算中假定成品醋酸乙酯的纯度为100%，在生产 过程中无物料损失，塔顶馏出液等均属双组份或三组分恒沸液，这在事实上是不可能的，故 将在最终衡算中予以修正。（2）生产工艺流程图% OOO V 2 1 7Ew A-1 Y j 94%6*%3 89%28 55 181 91BW塔IX*Y+126Bw A%4 42夕Bw A%籌88
6、 图1牛-产.1艺流程示意国(3) 酯化器物料衡算醋酸和乙醇酯化反应如下:CH3COOH+C2H5OHf C2H3COOCH5+H2O60468818Xy208.33z原料规格：醋酸浓度为 100%;乙醇纯度为 95%；浓硫酸纯度为 93%(相对密度为1.84加入： 100%醋酸量：60/x=88/208.33x=60X208.33/88 = 142.04kg/h100%乙醇量：46/y=88/208.33y=46X208.33/88=108.90kg/h 95%乙醇需要量：y/95% = 108.90/95% = 114.63kg/h其中 C2H5OH=108.90kg/h； H2O=5.7
7、3kg/h 浓硫酸量=8.0kg；其中 H2SO4=7.44kg； H2O=0.56kg/h 支出：转化率为 70% 醋酸乙酯生成量=142.04X0.7X88宁60=145.83kg/h 醋酸剩余量=142.04X0.3=42.61kg/h 乙醇剩余量=108.90X0.3 = 32.67kg/h反应生成水量：18/z=88/145.83 z=18X145.83 宁 88= 29.83kg/h 总水分=29.83+5.73=35.56kg/h浓硫酸量=8.0kg/h进出酯化器的物料衡算表如下：表一：进出酯化器的物料衡算表加入 支出序号物料名称纯度%数量 kg/h序号物料名称纯度%数量 kg/
8、h1醋酸100142.041醋酸乙酯100145.832乙醇95114.632水10035.56其中 C2H5OH100108.903乙醇10032.67H2O1005.734醋酸10042.613浓硫酸938.05浓硫酸1008.0合计264.67合计264.67由酯化器出来的混合液进入精馏塔I,在塔I中反应趋于完全，因此进入塔I的混合液在塔 中最后生成：醋酸乙酯=208.33kg/h水=18 X 208.33 宁 88+5.73=48.34kg/h浓硫酸=8.0kg/h(4) 塔I、塔II、沉降器和塔III质检均有相互关系，它们的物料衡算汇总计算如下：在生产工艺流程示意图上注上相关数据 并
9、划出三个计算系统，逐个列出衡算式，然后进行进行联立求解 设u=塔底部残液量（kg/h，不包括浓硫酸8.0kg/h在内）=塔顶部馏出液（kg/h）只=塔1底部残液量（kg/h）其中Rw=R中H2O的量（kg/h）, RA=R中乙醇的量（kg/h）乙=塔1顶部残液量（kg/h）乂=塔1顶部馏出液总三组分恒沸液量（kg/h）丫=塔1顶部馏出液总双组分恒沸液量（kg/h）w=沉降器下层（即水层）量（kg/h）系统1 的物料衡算：256.67+w=u+zuzw=256.67系统1 的醋酸乙酯物料衡算：0.812 X 256.67+0.08w=0.83z0.83z0.08w=208.33系统1的乙醇物料衡
10、算：0.09z=0.04w系统2的物料总衡算：2（x+y+z） =w+x+y+208.33 x+y+2zw=208.33系统2的醋酸乙酯衡算：0.83x+0.94y+0.83z=0.94X（x+y+208.33）+0.08w 0.83z0.11x0.08w=195.83由式解方程得：x=113.66kg/hy=174.79kg/hz=320.51kg/hw=721.14kg/hu=657.30kg/h因为V中含有20%醋酸乙酯，而醋酸乙酯=208.33kg/h，故：v=208.33 宁 20%=1041.65kg/h系统3的物料总衡算：R256.67=vuR=vu256.67=1041.656
11、57.30256.67=1442.28kg/h系统3的H2O衡算：Rw+0.188 X 256.67=u+0.1vRw=657.30+0.1 X 1041.650.188 X 256.67=713.21kg/h系统3的乙醇衡算：RA=0.7v=0.7X 1041.65=729.16kg/h将计算结果整理在各物料衡算表中，并汇总画出初步物料衡算图表2进出塔I的物料衡算表加入支出序号物料名称纯度%数量 kg/h序号物料名称纯度%数量 kg/h1来自酯化器的混合液264.671塔顶馏出液1041.65醋酸乙酯145.83醋酸乙酯20208.33水35.56水10104.165乙醇32.67乙醇707
12、29.155乙酸42.612塔底残液665.30浓硫酸8.0水657.302来自塔II的塔底残液1442.28浓硫酸8.0水713.21乙醇729.16合计1706.95合计1706.95表3进出塔II的物料衡算表序号物料名称纯度%数量 kg/h序号物料名称纯度%数量 kg/h1来自塔I顶部馏出液1041.651塔顶馏出液320.51醋酸乙酯20208.33醋酸乙酯83266.02水10104.165水825.64乙醇70729.155乙醇928.852来自沉降器下层液721.142塔底残液1442.28醋酸乙酯857.69水713.21水88634.60乙醇729.16乙醇428.85合计1
13、762.79合计1762.79加入支出表 4 沉降器的物料衡算表加入 支出号物料名称纯度%数量 kg/h序号物料名称纯度%数量 kg/h1塔II顶部馏出液320.511沉降器上层496.78醋酸乙酯83266.02醋酸乙酯94466.97水825.64水419.87乙醇928.85乙醇29.942塔III顶部馏出液288.452沉降器下层721.14三组分恒沸液113.66醋酸乙酯857.69A醋酸乙酯8394.34水88634.60B水89.09乙醇428.85C乙醇910.23双组分恒沸液174.79A醋酸乙酯94164.30B水610.493添加水608.96合计1217.92合计1217.92表5进出塔III的物料衡算表
