【正文】 摘 要 醋酸是一種用途廣泛的基本有機產品 , 也是化工、醫(yī)藥、紡織、輕工、食品等行業(yè)不可缺少的重要原料。隨著醋酸衍生產品的不斷發(fā)展 , 以醋酸為基礎的工業(yè)不僅直接關系到化學工業(yè)的發(fā)展，而且與國民經濟的各個行業(yè)息息相關，醋酸生產與消費正引起世界各國的普遍重視，為了滿足經濟發(fā)展對醋酸的需求，開展了此年產 10 萬噸醋酸項目。本設計采用成熟的乙醛氧化法合成醋酸。 首先確定乙醛氧化法生產醋酸工藝流程，然后對整個工藝過程進行物料和能量衡算。 關鍵詞： 醋酸，工藝流程，物料衡算 1 一、概述 醋酸 是一種有機化合物， 又叫 乙酸別 名： 醋酸 、 冰醋酸 。 分子式 ： C2H4O2（常簡寫為 HAc）或 CH3COOH。 是典型的脂肪酸 。 被公認為食醋內酸味及刺激性氣味的來源。純的無水乙酸（冰醋酸）是無色的吸濕性液體，凝固點為 176。C (62 176。F) ，凝固后為無色晶體。盡管根據乙酸在水溶液中的離解能力它是一個弱酸，但是乙酸是具有腐蝕性的，其蒸汽對眼和鼻有刺激性作用。乙酸是一種簡單的羧酸，是一個重要的化學試劑。乙酸也被用來制造電影膠片所需要的醋酸纖維素和木材用膠粘劑中的聚乙酸乙烯酯，以及很多合成纖維和織物。在家庭中，乙酸稀溶 液常被用作除垢劑。食品工業(yè)方面，在食品添加劑列表 E260 中，乙酸是規(guī)定的一種酸度 調節(jié)劑 （一）醋酸生產的歷史 早在公元前三千年，人類已經能夠用酒經過各種醋酸菌氧化發(fā)酵制醋。十九世紀后期，人們發(fā)現從木材干餾制木炭的副產餾出液中可以回收醋酸 [1]，成為醋酸的另一重要來源。但這兩種方法原料來源有限，都需要脫除大量水分和許多雜質，濃縮提純費用甚高，因此，隨著 20 世紀有機化學工業(yè)的發(fā)展，誕生了化學合成醋酸的工業(yè) . 乙醛易氧化生成醋酸，收率甚高，成為最早的合成醋酸的有效方法。 1911 年，德國建成了第一套乙醛氧化合成醋酸 的工業(yè)裝置并迅速推廣到其它國家早期的乙醛來自糧食、糖蜜發(fā)酵生成的乙醇的氧化 [2]， 1928 年德國以電石乙炔進行水合反應生成乙醛，是改用礦物原料生成醋酸的開始。二次大戰(zhàn)后石油化工興起發(fā)展了烴直接氧化生產醋酸的新路線，但氧化產物組分復雜，分離費用昂貴。因此 1957～ 1959 年德國 Wacherchemie 和 Hoechst 兩公司聯(lián)合開發(fā)了乙烯直接氧化制乙醛法后，乙烯 —乙醛 — 醋酸路線迅速發(fā)展為主要的醋酸生產方法。 70 年代石油價格上升，以廉價易得、原料資源不受限制的甲醇為原料的羰基化路線開始與乙烯路線競爭。 甲醇羰基化制醋酸雖開始研究于 20 年代， 60 年代已有 BASF 公司的高壓法工業(yè)裝置，但直到1971 年美國 Monsanto 公司的甲醇低壓羰基化制醋酸工廠投產成功，證明經濟上有壓倒優(yōu)勢，現已取代乙烯路線而占領先地位。 1989 年世界醋酸總生產能力為 480kt，一套甲醇低壓羰基化裝置的生產能力總計 2021kt/a 以上，除個別廠外，都已建成投 2 產。 中國工業(yè)生產合成醋酸同樣從發(fā)酵法、乙醇 — 乙醛氧化法及電石乙炔 — 乙醛氧化路線開始， 60 年代末全國已形成 60kt/a 的生產能力。 70 年代開始發(fā)展乙烯路線，引進了每套年產約 7 萬噸大型裝置。 輕油氧化制醋酸，天然氣制甲醇，低壓羰基化制醋酸的工藝路線正積極研究。 可以肯定這些將會使我國的醋酸生產出現一個飛躍。 （二） 醋酸的物理性質 分子式： C2H4O2分子量： ：無色透明液體。熔點 ℃ ，沸點 ℃ ，相對密度 (20/4℃ )折射率 ，閃點（開杯） 57℃ ，自燃點 465℃ ，粘度s（ 20℃ ）。純乙酸在 16℃ 以下時，能結成冰狀固體，故稱冰醋酸。與水、乙醇、苯和乙醚混溶，不溶于二硫化碳。當水加到乙酸中，混合后的總體積變小，密度增加。 分子比為 1： 1，進一步稀釋，不再發(fā)生上述體積的改變。有刺激性氣味。 （三）醋酸的化學性質 1．酸性 羧酸 中，例如乙酸，的羧基 氫 原子 能夠部分電離變?yōu)闅?離子 （ 質子 ）而釋放出來，導致羧酸的酸性。乙酸在水溶液中是一元弱酸， 酸度系數 為 ， pKa=（ 25℃），濃度為 1mol/L 的醋酸溶液（類似于家用醋的濃度）的 pH 為 ，也就是說僅有 %的醋酸 分子 是解離的。 乙酸的酸性促使它還可以與 碳酸鈉 、 氫氧化銅 、 苯酚鈉 等物質反應。 2CH3COOH + Na2CO3→ 2CH3COONa + CO2 + H2O 2CH3COOH + Cu(OH)2 → (CH3COO)2Cu + 2H2O CH3COOH + C6H5ONa → C6H5OH (苯酚 ） + CH3COONa 2．二聚物 乙酸的 晶體結構 顯，分子間通過 氫鍵 結合為 二聚體 （亦稱二締結物），二聚體也存在于 120℃的 蒸汽 狀態(tài)。二聚體有較高的穩(wěn)定性，現在已經通過冰點降低測定分子量法以及 X 光衍射證明了分子量較小的羧酸如 甲酸 、乙酸在固態(tài)及液態(tài)，甚至氣態(tài) 3 以二聚體形式存在。當乙酸與水溶和的時 候，二聚體間的氫鍵會很快的斷裂。其它的羧酸也有類似的二聚現象。（ 乙酸的二聚體 ,虛線表示氫鍵 ） 3．溶劑 液態(tài)乙酸是一個 親水 （ 極性 ） 質子化溶劑 ，與 乙醇 和 水 類似。因為 介電常數 為，它不僅能溶解極性化合物，比如 無機鹽 和 糖 ，也能夠溶解非極性化合物，比如油 類或一些 元素 的 分子 ，比如 硫 和 碘 。它也能與許多極性或非極性溶劑混合，比如水， 氯仿 ， 己烷 。乙酸的溶解性和可混合性使其成為了化工中廣泛運用的化學品 。 4． 化學反應 對于許多 金屬 ，乙酸是有 腐蝕 性的，例如 鐵 、 鎂 和 鋅 ，反應生成 氫 氣和金屬乙酸鹽。因為 鋁 在 空氣 中表明會形成 氧化鋁 保護層，所以鋁制容器能用來運輸乙酸。金屬的乙酸鹽也可以用乙酸和相應的 堿 性物質反應 ,比如最著名的例子： 小蘇打 與 醋的反應。除了醋酸 鉻 ，幾乎所有的醋酸鹽能溶于水。 Mg(s) + 2 CH3COOH(aq) → (CH 3COO)2Mg(aq) + H2(g) NaHCO3(s) + CH3COOH(aq) → CH3COONa(aq) + CO2(g) + H2O(l) 乙酸能發(fā)生普通羧酸的典型化 學反應，特別注意的是，可以還原生成 乙醇 ，通過 親核取代 機理生成乙酰氯，也可以雙分子脫水生成 酸酐 。同樣，乙酸也可以成 酯或氨基化合物。 440℃ 的高溫下，乙酸分解生成 甲烷 和 二氧化碳 或 乙烯酮 和 水 。 5．鑒別 乙酸可以通過其氣味進行鑒別。若加入 氯化鐵 ，生成產物為深紅色并且會在酸化后消失，通過此顏色反應也能鑒別乙酸。乙酸與 三氧化砷 反應生成 氧化二甲砷 ，通過產物的惡臭可以鑒別乙酸 。 （四）醋酸的主要生產方法及比較 1．甲醇羰基化法 大部分乙酸是通過甲基羰基化合成的。此反應中， 甲醇 和 一氧化碳 反應生成乙 4 酸，方程式如下 CH3OH + CO → CH 3COOH 這個過程是以碘代甲烷為中間體，分三個步驟完成，并且需要一個一般由多種金