【正文】 蒸 發(fā) 工 序流程簡圖 (3)精館提純 我們采用了三塔的模式，三塔均是常壓操作，一塔脫乙醒 :二塔脫出乙醇，脫 出的 乙 醇用作生產(chǎn)催化 劑 :第 三 塔 ，塔上得到產(chǎn)品， 塔 下出重組分。 (7 ) 進(jìn)行技術(shù)分 析 、 經(jīng)濟(jì)效益分 析 、 安全評價(jià)與環(huán)保評價(jià)。因此，通過此課題采用縮醒法設(shè)計(jì)一套年產(chǎn) 3 萬噸乙酸乙酶且具有先進(jìn)、 可行、經(jīng)濟(jì)效益高的生產(chǎn)方 案 ， 不 僅彌補(bǔ)亞洲對乙酸乙醋消耗的空缺，對提高國內(nèi) 乙酸 乙 E旨在世界市場中 的 競爭力以及對 提 升我 國 整體技術(shù) 水 平是有很重要的意義。 本課題研究的內(nèi) 容 、目的和意義 本 課 題研究的內(nèi)容 乙酸乙西旨是一種 重 要 的基本有機(jī) 化 工 原 料，其生產(chǎn)方法有直接酶化法和間接酶 化法。解決辦 法 : 將原一塔 的加壓操作改為常壓操 作 : 在原催化劑破壞系統(tǒng)中加入足量的蒸館 水 ， 以 達(dá)到催化 劑的充分破壞 :在一塔塔頂采出乙醇、乙酸乙醋、乙醋、水來達(dá)到脫除水和乙酷的 目 的 ， 來出的頂液加入適量的水作為 催 化 劑 破壞液。 。 表 四 種 工 藝 對 比 表 第 8 頁共 62 頁 工 藝方法 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 酶化法 濃硫酸有酸性強(qiáng)、吸水性強(qiáng)、性能穩(wěn) 定 、 價(jià) 廉等優(yōu)點(diǎn)，而且溶于反應(yīng)物 料 中 ， 是均相催 化 反 應(yīng) ， 反應(yīng)均勻，因而在全塔內(nèi)都能進(jìn)行 催 化 反應(yīng)。表 產(chǎn) 工 藝的對 比 C。固定床反應(yīng)器裝填了一種改進(jìn)的銅基催化劑，反應(yīng)在 適中 的壓力和 溫 度 下 進(jìn) 行，催化劑每六個(gè)月在裝置內(nèi)再生一次 ， 其 總 壽 命不 短 于 1 年。如在乙醇鋁的參與 下 ， 兩分子的乙醒重排成一 分 子 的 乙 酸 乙 酶 : 2CH3CHO 一 s 乙醇鋁會在反應(yīng)過程中被破壞，因此為使反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，須配備足夠的催化劑 來維持反應(yīng)的進(jìn)行 :在低溫反應(yīng)條件 下 ， 乙 酸 乙 酶 的收率可達(dá) 98%。傳統(tǒng)的乙 酸酶化 法 工 藝在國外被逐步淘汰，而大規(guī) 模生產(chǎn)裝置主要采 用 乙 醒縮合法、乙醇脫氫法和乙酸 /乙烯加成 法 ， 其 中 新建裝置 多 采用乙酸 /乙烯加成法，我國的乙酸乙酶則主要采用乙酸酶化法進(jìn)行生 產(chǎn) (8) 。 2021 年我國 乙酸乙酶的產(chǎn)量只有 噸 ， 2021 年進(jìn)一步增加到 噸 ， 比 2021 年增長 第 4 頁共 62 頁 約 %， 20212021 年產(chǎn)量的平均增長率高達(dá) %， 截止到 2021 年 10 月底 ， 我國乙 酸 乙 酶生產(chǎn)能力達(dá)到約 萬 噸 /年。 我國乙酸乙醋的產(chǎn)能與消費(fèi)狀況 (1)生產(chǎn)現(xiàn)狀 我國乙酸乙酶的生產(chǎn) 始 于 20 世紀(jì) 50 年 代 ， 近年 來 ， 隨著 我 國 化 學(xué) 工 業(yè)和醫(yī) 藥 工 業(yè) 的快速發(fā) 展 ， 乙 酸 乙 酷的生產(chǎn)發(fā)展很快。 2021 年全球乙酸乙醋的生產(chǎn)能力只有 萬噸 /年 ， 2021 年生產(chǎn) 能力增加到 萬噸 /年 ， 20212021 年生產(chǎn)能力的年均增長率高達(dá) %。它是一種具有優(yōu)異溶解性能 和 快 干性能的溶 劑 ， 已廣泛應(yīng) 用 于 化 工 、醫(yī)藥、紡織、染料、橡膠、涂料、 油 墨 、膠粘劑的生 產(chǎn) 中 ， 或作為原 料 、 或作 為 工 藝溶劑、萃取 劑 、 稀釋 劑 等 等 。C) 臨界溫 度 (39。 它是一種無色透明具有流動(dòng)性并且是易揮發(fā)的可燃性液體 [l ]， 呈強(qiáng)烈清涼菠蘿香氣 和葡萄酒香味。 乙 酸 乙 酶 與水和乙醇皆能形成二元共沸混合物，與水形成的共沸混合物沸點(diǎn)為 ， 其中 含水量為 %(質(zhì)量分 數(shù) )。C) 辛 醇 /水分配系數(shù)的對數(shù)值 對密度 (水 =1) 閃 點(diǎn) (39。 國 外 乙酸 乙 酶的消費(fèi)結(jié)構(gòu)與我國有 所 不 同，美國和歐洲國 家 乙 酸 乙 黯最大的應(yīng) 用領(lǐng)域是涂 料 ， 其中美國涂料方面的消費(fèi)量約 占 總 消費(fèi)量的 60%，歐洲在涂料行業(yè) 的消費(fèi)量約占總消費(fèi)量的 50%。表 為國 外 乙 酸 乙 醋的生產(chǎn)情況。其中國內(nèi)最大 的 乙 酸 乙 醋生產(chǎn)企業(yè)江蘇索普集團(tuán) 產(chǎn)能達(dá)到 萬噸 /年 ， 約占國內(nèi)總生產(chǎn)能力的 %， 與 乙 酸產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了上下游 一體 化 ， 產(chǎn)品競爭力較 強(qiáng) ， 80%的乙 酸 乙 酶 用 于 出 口 :其次是山東金沂蒙集團(tuán)公司 ， 生產(chǎn)能力為 萬 噸 /年 ， 約占國內(nèi)總生產(chǎn)能力 的 %， 主要原 料 乙 酸、 乙 醇均 能自 給 ， 產(chǎn)品競爭能力也較強(qiáng)。表 為我國近年來乙 酸 乙 酶的供需關(guān)系。 濃硫酸 CH3C OOH+CH3CH 20H CH 3COOC 2H s +H 20 工 業(yè)生產(chǎn)可以是間歇的，也可以是連續(xù)的，這 主 要 取 決 于 生產(chǎn)規(guī)模。原 料 乙 醒一是 石油路 線 ， 二 是生物發(fā)酵路線。 (4) 乙烯 / 乙 酸加成法 第 7 頁共 62 頁 。 (1) 醋化法中催化劑的改進(jìn)和精館系統(tǒng)的改進(jìn) ① 催 化劑的改進(jìn) 采用超強(qiáng)固體酸，將原來的催化劑改 為 S042/， Zx02 或 S042/Zr(OH)4 催化 劑[11] ， 在此催化劑 制 備中尋 入 H2S04 ，使 Zr219。表 進(jìn)行對比了年產(chǎn)量為 8 萬噸乙 酸 乙 酶 的 不 同 工 藝的 經(jīng)濟(jì)指 標(biāo)。 表 =種 工 藝的經(jīng)濟(jì)情況指 標(biāo) [141 工 藝路線 乙 M縮 合 法 乙 烯 加成法 原料單耗 乙烯 乙 M 乙酸 乙 醇 其他 公 用 工 程單耗 電 冷卻水 純水 蒸汽 4 蒸汽 冷凍 綜合能耗 6892 15616 酶化法 15， 432 。在改進(jìn) 的 工 藝 中 [1句， 一 塔采用側(cè)線出 料 ， 并在一 塔頂部通過使頂液全部回流及調(diào)節(jié)回流罐液位來富 集 乙 醒 ， 然后采取不定期采出頂 液的方法來達(dá)到回收高質(zhì)量分?jǐn)?shù) 的 乙 酷的目的。 本課題研究的目的和意義 乙酸乙酶是用途廣泛的重要 化 工 產(chǎn)品。研究并設(shè)計(jì)其生產(chǎn) 工 藝具有很重要的意義。 反應(yīng)原理 乙 醒縮合法 制 乙 酸乙酶可分為三個(gè)階 段 : 催化劑的制 備 、 乙 醒的縮合反 應(yīng) 、 催 化 劑的脫除和精館提 純 。圖 為 乙 藍(lán)藍(lán)縮合法生產(chǎn)乙 酸乙 酸 工 藝流程簡圖。 脫 乙 醇塔塔頂溫 度 和塔 底 溫度 為 : 。 破壞液 。 乙 酸 乙 醋 產(chǎn)品 。h 流股中為純度為 %的乙醋，其他為乙酸乙醋。 第 21 頁共 62 頁 圖 脫 乙 醒塔物料平衡簡圖 對其作物料衡算 : D1+W+D2=F ① D1 Xd l +Wxw+D2xD2=Fxp ② 可求 得 : 流股中 (乙 醇 和 乙 酶 形成共沸精館 ): 水 : 乙醇 : 乙酶 : 乙醒 : 流股 中 : 乙 醒 : 乙 醇 : = kg / h 乙 酶 : 4105 .85 一 = 4018 .46kg / h 水 : = kg/h 乙 縮 瞪 :47kglh 流股中 : 乙醒 : 乙酶 :第 22 頁共 62 頁 表 脫 乙 醒塔物料衡算表 總乙 乙Z乙U 醋K瞄 醇計(jì)醒 進(jìn)口物料 k以 1 出 口 物料 kglh 脫乙醇塔 由 F=D+W FX}FDxo+Wxw 對該精館塔作物料衡算得 : 圖 脫 乙 醇 塔物料平衡簡圖 ① ② 流 股 中 ， 因乙醇和乙酶形成共沸物，該物流去回 收 工 段 : 乙醋 : 乙 醇 : 水 : 乙瞪 : : 乙醋 : 4194 .18 230 .2 = 3964 .6 kg / h 乙 醇 : 80 .42 = kg / h 乙 醒 : = kg / h 水 : = lkg /h 第 23 頁共 62 頁 乙 縮 M: 47kg!h 表 脫 乙 醇培物料 衡 算 表 脫重組分塔 乙 酶 乙 醇 乙 M 水 乙 縮醒 總計(jì) 進(jìn) 口 物 料 kglb 出 口 物料 kglb 因 脫重組分塔物料平衡簡圖 該塔除去重組分 乙 縮 醒 ， 從 精館塔塔頂?shù)?到 乙 酸 乙 酶 產(chǎn)品。 句 2 ， = xl000x I A + BT + CT.+ DT39。A 65町5 TT σ 247。a二步 縮 合 反 X應(yīng) ∞釜承受的熱負(fù)荷 為 : 「 l 陽 h fln2υ霄， 仰st自 5 I1H 主峭[s， 9婦+I1H 刷 = ( x 10 5 + 3804 ) = x 10 S kJ / h 、 ， ‘5， AA 反應(yīng)放出的熱同樣 用 ++ 凍 鹽水進(jìn)行冷卻， 進(jìn) 口溫度 為 S .C， 出口溫度為 盯B+T 。n LH 乙 酸 乙 酶有 被 蒸發(fā)掉 ， 則 蒸發(fā)掉 的 乙 酸 乙 酶需要的熱量 為 : 儼 5 2 _ 3 _ 4.._ _ _ _ _ _ _ _ 6 + xl000 L (aO+ αl T + a 2 T+ α 3T39。3 A3的 熱 量 為 : 06 《d ， .、 Q=Ql+Q2+今bamp。n 。PKJOO ζ AJ kJ / h 『J 則 冷凝總共放出 熱+ 量 為 : A H E +AH 2 +AH 3 +AH4 =l .344 l06kJ/h B T 該 Y令凝器仍采用冷卻 鹽nυ+ 水 ，將 一 釜 和 二 釜的出口鹽水 用 于 該冷凝器的進(jìn)口冷卻 J儼 且 ， 3zuauT 鹽 水 。句 39。J214 7一XT EOB咽i39。n 飛J曹t A Q2 = 1 180I . . (a + + a T.+ a T J + )dT + 1180 x 2 = 29786kJ / h J 303 .35 B T 該冷凝器采用進(jìn)口溫度為 了 _50C ，出口溫度為 50C 的冷凍 鹽+水，則需冰凍鹽水 戶」 的質(zhì)量為 : 脫乙醇塔的熱量衡算 由以上對精館一塔物料衡算 得 : F= D= 用解析法計(jì)算最小回流比 : T 、 + D T 兔d y JU T R _ l_ r _ α 1 x F 一 1xp 代入數(shù)據(jù)求得 : R = 取 R =I 1R mm = 3036 則上升蒸氣的質(zhì)量流量為 : V=(R+1)D= 再 沸器的熱負(fù)荷 (1)塔頂 上升混合氣帶出的熱量 第 31 頁共 62 頁 w= = 39。173。 x 一 句 39。則反應(yīng)釜的體積 為 : V m ? v = = 一一一一 =7 .1 1 m 申 ? ( 2) 確定筒體與封頭型式以及連接方式 由本設(shè)計(jì)的聚合條 件 以 及該設(shè)備 的 工 藝性 質(zhì) ， 可以知道其 屬 于 帶攪拌的低壓反 應(yīng)釜類型。 (4)確定筒體高度 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》 得 ， 當(dāng)公稱直徑 DN=2021mm 時(shí) ， 標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭 的容積 h =， 筒體每一米高的容積 V 1 = 1m。n 頭 高度 為 : h= 生 = x 2021 = 直邊高度為 50伽 nmo 4 (6)確定夾套直徑 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》 得 ， 夾套直徑為 : D J=D t +100= 2100mm 夾套封頭也采用橢圓 形 ， 并與夾套筒體取相同直徑。 = ， 封頭采用由鋼板 拼 制 的標(biāo) 準(zhǔn) 橢圓形封頭 陽 ，材 料 均為 Q235B 鋼。 圓整至銅板規(guī)格厚 度 ， 查 《 化 工 設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ) ))， 取夾套筒體與封頭厚度均為 : 5，J=8mm。 轉(zhuǎn)速為 80