對(duì)醋酸工藝流程物料衡算畢業(yè)論文-文庫(kù)吧
2025-06-12 14:07 本頁(yè)面
【正文】 CH3COOH 這個(gè)過(guò)程是以碘代甲烷為中間體，分三個(gè)步驟完成，并且需要一個(gè)一般由多種金屬構(gòu)成的催化劑。 (1) CH3OH + HI → CH3I + H2O(2) CH3I + CO → CH3COI(3) CH3COI + H2O → CH3COOH + HI通過(guò)控制反應(yīng)條件，也可以通過(guò)同樣的反應(yīng)生成乙酸酐。因?yàn)橐谎趸己图状季浅Ｓ玫幕ぴ?，所以甲基羰基化一直以?lái)備受青睞。[3]早在1925年，英國(guó)塞拉尼斯公司的Henry Drefyus已經(jīng)開(kāi)發(fā)出第一個(gè)甲基羰基化制乙酸的試點(diǎn)裝置。然而，由于缺少能耐高壓（200atm或更高）和耐腐蝕的容器，此法一度受到抑制。直到1963年，德國(guó)巴斯夫化學(xué)公司用鈷作催化劑，開(kāi)發(fā)出第一個(gè)適合工業(yè)生產(chǎn)的辦法。到了1968年，以銠為基礎(chǔ)的催化劑的(cis?[Rh(CO)2I2]?)被發(fā)現(xiàn)，使得反映所需壓力減到一個(gè)較低的水平并且?guī)缀鯖](méi)有副產(chǎn)物。1970年，美國(guó)孟山都公司建造了首個(gè)使用此催化劑的設(shè)備，此后，銠催化甲基羰基化制乙酸逐漸成為支配性的方法（孟山都法）。90年代后期，BP化學(xué)成功的將Cativa催化法商業(yè)化，此法是基于釕，使用([Ir(CO)2I2]?)它比孟山都法更加綠色也有更高的效率[4]，很大程度上排擠了孟山都法。2．乙醛氧化法乙醛氧化法在孟山都法商業(yè)生產(chǎn)之前，大部分的乙酸是由乙醛氧化制得。盡管不能與甲基羰基化相比，此法仍然是第二種工業(yè)制乙酸的方法。乙醛可以通過(guò)氧化丁烷或輕石腦油制得，也可以通過(guò)乙烯水合后生成。當(dāng)丁烷或輕石腦油在空氣中加熱，并有多種金屬離子包括鎂、鈷、鉻以及過(guò)氧根離子催化，會(huì)分解出乙酸?；瘜W(xué)方程式如下： 2 C4H10 + 5 O2 → 4 CH3COOH + 2 H2O 此反應(yīng)可以在能使丁烷保持液態(tài)的最高溫度和壓力下進(jìn)行，一般的反應(yīng)條件是150℃和55atm。副產(chǎn)物包括丁酮，乙酸乙酯，甲酸和丙酸。因?yàn)椴糠指碑a(chǎn)物也有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，所以可以調(diào)整反應(yīng)條件使得副產(chǎn)物更多的生成，不過(guò)分離乙酸和副產(chǎn)物使得反應(yīng)的成本增加。 在類(lèi)似條件下，使用上述催化劑，乙醛能被空氣中的氧氣氧化生成乙酸 2 CH3CHO + O2 → 2 CH3COOH 使用新式催化劑，此反應(yīng)能獲得95%以上的乙酸產(chǎn)率。主要的副產(chǎn)物為乙酸乙酯，甲酸和甲醛。因?yàn)楦碑a(chǎn)物的沸點(diǎn)都比乙酸低，所以很容易通過(guò)蒸餾除去。 3．乙醇氧化法由乙醇在有催化劑的條件下和氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)制得[5]。C2H5OH + O2=CH3COOH + H2O工藝陳舊,生產(chǎn)規(guī)模小，原料和動(dòng)力消耗高，應(yīng)嚴(yán)格控制，杜絕新建小規(guī)模生產(chǎn)裝置。4．乙烯氧化法由乙烯在催化劑(所用催化劑為氯化鈀：PdCl氯化銅：CuCl2和乙酸錳：(CH3COO)2Mn）存在的條件下，與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成。此反應(yīng)可以看作先將乙烯氧化成乙醛，再通過(guò)乙醛氧化法制得[6]。乙烯法醋酸雖然比乙炔法和酒精法先進(jìn),但與低壓甲醇羰基合成法相比，原料和動(dòng)力消耗高,技術(shù)經(jīng)濟(jì)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)性，不宜再用該技術(shù)新建裝置。原有裝置可借鑒乙烯直接氧化法進(jìn)行改造。 5．丁烷氧化法丁烷氧化法又稱(chēng)為直接氧化法，這是用丁烷為主要原料，通過(guò)空氣氧化而制得乙酸的一種方法，也是主要的乙酸合成方法[7]。 2CH3CH2CH2CH3 + 5O2=4CH3COOH + 2H2O綜合文獻(xiàn)分析，本設(shè)計(jì)采用乙醛氧化法生產(chǎn)醋酸工藝。因?yàn)橐胰┭趸ㄉa(chǎn)工藝工業(yè)化最早 ，技術(shù)成熟 ，轉(zhuǎn)化率和選擇性高；反應(yīng)條件緩和，反應(yīng)選擇性高(可達(dá)99％)，幾乎無(wú)副產(chǎn)物生成；產(chǎn)品收率高、純度高。二、工藝流程設(shè)計(jì)（一）工藝原理1．反應(yīng)原理 主反應(yīng)：乙醛液相催化自氧化合成醋酸是一強(qiáng)放熱反應(yīng)，其主反應(yīng)為： 乙醛氧化時(shí)先生成過(guò)氧醋酸，再與乙醛合成AMP [8]分解即為醋酸： 副反應(yīng)：CH3CHO+02→CH3COOOH(過(guò)氧醋酸)CH3COOH→CH30H+CO2CH30H+02→HCOOH+H20CH3COOH+CH30H→CH3COOCH3+H203CH3CHO+02→CH3CH(0COCH3)2+H20主要副產(chǎn)物：甲酸、醋酸甲酯、甲醇、二氧化碳等。工業(yè)生產(chǎn)中都采用乙醛液相氧化法。氧化劑：采用氧氣作氧化劑的較多。用氧氣做氧化劑的要求：（1）充分保證氧氣和乙醛在液相中反應(yīng)，避免在氣相中進(jìn)行；（2）在塔頂應(yīng)引入氮?dú)庖韵♂屛矚?，使尾氣組成不達(dá)到爆炸范圍。2．反應(yīng)機(jī)理乙醛氧化反應(yīng)存在誘導(dǎo)期，在誘導(dǎo)期時(shí)，乙醛以很慢的速率吸收氧氣，從而生成過(guò)氧醋酸。 過(guò)氧醋酸能使催化劑醋酸鹽中的Mn2+氧化為Mn3+ Mn3+存在溶液中，可引發(fā)原料乙醛產(chǎn)生自由基。 整個(gè)自由基反應(yīng)由三個(gè)階段組成： （1）鏈引發(fā)經(jīng)過(guò)鏈引發(fā)后，氧化反應(yīng)速率加快，由于自由基的存在使分子鏈增長(zhǎng)（2）鏈增長(zhǎng) （3）鏈終止通常情況下，反應(yīng)速率常數(shù)kkkk8和k9小于kkkk7。因此，乙醛氧化生成醋酸的反應(yīng)初期存在引發(fā)階段，即誘導(dǎo)期，這也是生產(chǎn)中必須有催化劑存在下才能順利進(jìn)行的原因之一。3．催化劑催化劑的要求：（1）應(yīng)能既加速過(guò)氧醋酸的生成，又能促使其迅速分解，使反應(yīng)系統(tǒng)中過(guò)氧醋酸的濃度維持在最低限度。（2）應(yīng)能充分溶解于氧化液中。工業(yè)上普遍采用醋酸錳作為催化劑，有時(shí)也可適量加入其他金屬的醋酸鹽。％~％。 （二）工
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