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1、中北大学2012届毕业设计说明书目 录1 引言11.1 醋酸的性质和用途11.1.1 性质11.1.2 用途11.2 醋酸的发展状况21.3 醋酸的生产方法31.3.1 甲醇羰基化31.3.2 乙醇氧化法31.3.3 乙烯氧化法31.3.4 丁烷氧化法41.3.5 巴斯夫高压法641.3.6 UOP/千代田工艺74_Toc1859628751.4 新的合成方法51.5 小结51.6 选题目的及意义62 工艺流程的确定72.1 本课题要解决的问题7 2.2 拟采用的研究手段72.2.1 原料的选择72.2.2 反应原理72.2.3 催化剂的选择72.2.4 反应器的选择82.2.5 主要工艺条件
2、82.2.6 生产工艺路线83 物料衡算103.1 设计依据103.2 氧化塔物料衡算103.3 蒸发器物料衡算143.4 精馏塔物料衡算153.4.1 精馏塔1物料衡算153.4.2 精馏塔物料衡算173.5 醋酸回收塔物料衡算174 热量衡算204.1 基本数据204.2 氧化塔的热量衡算204.3 蒸发器的热量衡算224.4 冷凝器的热量衡算234.5 精馏塔1的热量衡算244.5.1 回流比的计算254.5.2 冷凝器的热负荷254.5.3 冷却水消耗量264.5.4 加热器热负荷及全塔热量衡算275 主要设备的设计与辅助设备的选型295.1 精馏塔设备设计295.1.1 理论塔板数的
3、计算295.1.2 塔的有效高度计算295.1.3 塔径的计算305.1.4 塔板设计315.1.5 流体力学验算335.1.6 塔板负荷性能图355.2 反应器的设计395.2.1 反应釜釜体的设计395.2.2 搅拌装置设计425.3 蒸发器的设计与选型435.3.1 蒸发器的选择理由435.3.2 蒸发器计算与设计435.4 辅助设备的选型455.4.1 泵的选型455.4.2 冷凝器的选型20456 生产车间布置476.1 概述476.2 车间布置的基本原则和要求476.2.1 车间布置的基本原则476.2.2 车间布置的要求476.3 本设计的生产车间布置507 设计概算和环保、安全
4、及卫生措施527.1 总投资估算527.1.1 工程费用527.1.2 其他费用527.1.3 预备费用537.1.4 专项费用537.2 产品单位成本547.3 关于流动资金557.4 关于所得税557.5 关于投资回收期(静态分析法)557.6环境保护与综合利用567.6.1 废气处理567.6.2 废水处理与综合利用567.6.3 噪声防治567.7 设计中采用的主要防范措施568 结论58附录59致谢63第III页 共III页年产20万吨醋酸的车间工艺设计摘要醋酸是一种重要的有机和精细化工原料。本设计通过查阅大量参考文献，综述了醋酸的国内外生产和市场状况。对各种生产工艺进行了比较，确定
5、了乙醛催化氧化法生产醋酸的工艺流程，并进行了物料和热量衡算，得到了流程中物料和热量的数值。再次，进行了主体设备、辅助设备选型以及车间的布置，完成了年产20万吨醋酸车间工艺设计，并绘制了工艺流程图、主体设备图及车间布置图，同时，对整个设计进行了经济、环保和安全评价，结果表明本设计是合理的。关键词：醋酸，氧化，催化，乙醛The Process Design of Acetic Acid with Annual Output of 200,000 TonsAbstractAcetic acid is an important organic chemical raw materials. This
6、design reviewed the domestic and foreign production and market of acetic acid by consulting a large number of reference. The acetaldehyde catalytic oxidation process was used to produce acetic acid through comparing various production process. Then, the style of auxiliary facilities were selected, t
7、he workshop was arranged and the process design of annual output of 200000 tons of acetic acid was completed. In addition, the process flow diagram, the main equipment map and the workshop layout were drawn up. Finally, the entire design of economic, environmental and safety evaluation were complete
8、d. The result shows that the entire design is of certain rationality.Keywords: Acetic acid, Oxidation, Catalysis, Acetaldehyde1 引言1.1 醋酸的性质和用途1.1.1 性质 醋酸是一种有机化合物，又叫乙酸（ethanoic acid），别名醋酸(acetic acid)、冰醋酸（glacial acetic acid）。分子式C2H4O2（常简写为HAc）或CH3COOH。是典型的脂肪酸。乙酸在常温下是一种有强烈刺激性酸味的无色液体。乙酸的熔点为16.6，沸点117.
9、9。相对密度1.05，闪点39，爆炸极限4%17%（体积分数）。纯的乙酸在低于熔点时会冻结成冰状晶体，所以无水乙酸又称为冰醋酸。乙酸易溶于水和乙醇，其水溶液呈弱酸性。乙酸盐也易溶于水。乙酸的羧基氢原子能够部分电离变为氢离子（质子）而释放出来，导致羧酸的酸性。乙酸在水溶液中是一元弱酸，酸度系数为4.8，pKa=4.75（25），浓度为1mol/L的醋酸溶液（类似于家用醋的浓度）的pH为2.4，即仅有0.4%的醋酸分子是解离的。乙酸的酸性促使它还可以与碳酸钠、氢氧化铜、苯酚钠等物质反应。 (1.1) (1.2) (1.3)1.1.2 用途 冰醋酸是最重要的有机酸之一。主要用于醋酸乙烯、醋酐、醋酸纤
10、维、醋酸酯和金属醋酸盐等，也用作农药、医药和染料等工业的溶剂和原料，在照相药品制造、织物印染和橡胶工业中都有广泛用途。 冰醋酸是重要的有机化工原料之一，它在有机化学工业中处于重要地位。醋酸广泛用于合成纤维、涂料、医药、农药、食品添加剂、染织等工业，是国民经济的一个重要组成部分。冰醋酸按用途又分为工业和食用两种，食用冰醋酸可作酸味剂、增香剂。可生产合成食用醋。用水将乙酸稀释至45%浓度，添加各种调味剂而得食用醋。其风味与酿造醋相似。常用于番茄调味酱、蛋黄酱、醉米糖酱、泡菜、干酪、糖食制品等。使用时适当稀释，还可用于制作蕃茄、芦笋、婴儿食品、沙丁鱼、鱿鱼等罐头，还有酸黄瓜、肉汤羹、冷饮、酸法干酪用
11、于食品香料时，需稀释，可制作软饮料，冷饮、糖果、焙烤食品、布丁类、胶媒糖、调味品等。作为酸味剂，可用于调饮料、罐头等。洗涤通常使用的冰醋酸，浓度分别为28%、56%、99%的。如果买的是冰醋酸，把28mL的冰醋酸加到72mL的水里，就可得到28%的醋酸。更常见的是它以56%的浓度出售，这是因为这种浓度的醋酸只要加同量的水，即可得到28%的醋酸。 浓度大干28%的醋酸会损坏醋酸纤维和代纳尔纤雏。草酸是有机酸中的强酸之一，在高锰酸钾的酸性溶液中，草酸易被氧化生成二氧化碳和水。草酸能与碱类起中和反应，生成草酸盐。醋酸也一样，28%的醋酸具有挥发性，挥发后使织物是中性；就像氨水可以中和酸一样，28%的
12、醋酸也可以中和碱。碱也会导致变色。用酸（如28%的醋酸）即可把变色恢复过来。这种酸也常用来减少由丹宁复合物、茶、咖啡、果计、软饮料以及啤酒造成的黄渍。在去除这些污渍时，28%的醋酸用在水和中性润滑剂之后，可用到最大程度。1.2 醋酸的发展状况 最初醋酸的获得是通过粮食的发酵，l9世纪人们发现了木材干馏制取醋酸的方法1。在工业上有代表性的、最早的醋酸制取方法是乙醛氧化法，德国于1911年建成了首套生产装置，上世纪30年代乙醇-乙醛氧化法得到了发展，乙醛氧化法在相当长的时间内，占据了醋酸合成的统治地位，到目前仍有部分企业采用该法2。上世纪50年代中期，丁烷氧化法开发成功，上世纪60年代又有轻油氧化
13、法和乙烯-乙醛氧化法相继问世。乙烯-乙醛氧化法成为当时的重要生产方法，同期，甲醇高压羰基合成醋酸技术由BASF公司开发成功，上世纪60年代末期代表醋酸合成最先进水平的甲醇低压羰基合成醋酸技术由美国孟山都公司开发成功，并于1970年建成了第一套装置。甲醇低压羰基化法的开发成功在醋酸工业的发展史上具有划时代的意义，世界各大醋酸生产国在较短的时间内完成了其他生产方法向甲醇低压羰基化法的转变，还陆续建成了许多大型装置，并不断更新技术和改造扩大生产能力，目前甲醇低压羰基化法合成醋酸的最大规模已达100万t/a。全世界60以上的醋酸生产能力采用甲醇低压羰基化法生产，其次为乙醛氧化法（以乙烯法为主）占25，
14、烃类液相氧化法等占15%3。我国自1953年上海试剂一厂首先采用乙醇-乙醛氧化法合成醋酸投入生产后，全国陆续建成了许多相同的生产装置。改革开放后，又引进了4套乙烯法装置；l996年上海吴泾化工公司从英国BP公司引进l0万t/a低压甲醇羰基化法合成醋酸装置建成投产；l998年我国自行研制的第一套低压甲醇羰基化法l0万t/a装置在江苏索普集团投产；l998年扬子江乙酰公司(BP与中国石化、四川维尼纶厂的合资企业)又建成了l5万t/a的甲醇羰基化法合成醋酸装置。目前国内共有醋酸生产装置90多套，总生产能力已达l36万t/a。1.3 醋酸的生产方法1.3.1 甲醇羰基化 大部分乙酸是通过甲基羰基化合成的。此反应中，甲醇和一氧化碳反应生成乙酸，反应方程式如下： (1.4)这个过程是以碘代甲烷为中间体，分三个步骤完成，并且需要一个一般由多种金属构成的催化剂。 (1.5) (1.6) (1.7) 通过控制反应条件，也可以通过同样的反应生成乙酸酐。因为一氧化碳和甲醇均是常用的化工原料，所以甲基羰基化一直以来备受青睐。早在1925年，英国塞拉尼斯公司的H
