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正文內(nèi)容

對(duì)醋酸工藝流程物料衡算畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2024-07-24 14:07 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 藝條件乙醛液相氧化生產(chǎn)醋酸的過(guò)程是一個(gè)氣液非均相反應(yīng),可分為兩個(gè)基本過(guò)程:一是氧氣擴(kuò)散到乙醛的醋酸溶液界面,繼而被溶液吸收的傳質(zhì)過(guò)程;二是在催化劑作用下,乙醛轉(zhuǎn)化為醋酸的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。1.氣液傳質(zhì)的影響因素(1)氧氣通入速度通入氧氣速率越快,氣液接觸面積越大,氧氣的吸收率越高,設(shè)備的生產(chǎn)能力也就會(huì)增大。但是,通氧速率并非是可以無(wú)限增加的,因?yàn)檠鯕獾奈章逝c通入氧氣的速率不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。當(dāng)通入氧氣速率超過(guò)一定值后,氧氣的吸收率反而會(huì)降低,氧氣的損耗相應(yīng)地加大,甚至還會(huì)把大量乙醛與醋酸液物料帶出。此外,氧氣的吸收不完全會(huì)引起尾氣中氧的濃度增加,造成不安全因素。所以,氧氣的通入速率受到經(jīng)濟(jì)性和安全性的制約,存在一適宜值。(2)氧氣分布板孔徑為防止局部過(guò)熱,生產(chǎn)中采取氧氣分段通入氧化塔,各段氧氣通入處還設(shè)置有氧氣分布板,以使氧氣均勻地分布成適當(dāng)大小的氣泡,加快氧的擴(kuò)散與吸收。氧氣分布板的孔徑與氧的吸收率成反比,孔徑小可增加氣泡的數(shù)量和氣液兩相接觸面積,但孔徑過(guò)小則造成流體流動(dòng)阻力增加,使氧氣的輸送壓力增高??讖竭^(guò)大則會(huì)造成氣液接觸面積降低,并會(huì)加劇液相物料的帶出,所以氧氣分布板孔徑要根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求合理設(shè)計(jì)。(3)氧氣通過(guò)的液柱高度在一定的通氧速率條件下,氧的吸收率與其通過(guò)的液柱高度成正比。液柱高,氣液兩相接觸時(shí)間長(zhǎng),吸收效果好,吸收率增加。此外,氣體的溶解性能也與壓力有關(guān),液柱高則靜壓高,有利于氧氣的溶解和吸收。一般,液柱超過(guò)4m時(shí),氧的吸收率可達(dá)97%~98%以上,液柱再增加,氧的吸收率無(wú)明顯變化。2.乙醛氧化速率的影響因素(1)反應(yīng)溫度溫度在乙醛的氧化過(guò)程中是一個(gè)非常重要的因素,乙醛氧化成過(guò)氧醋酸及過(guò)氧醋酸分解的速率都隨溫度的升高而加快。但溫度不宜太高,過(guò)高的溫度會(huì)使副反應(yīng)加劇,同時(shí),為使乙醛保持液相,必須提高系統(tǒng)壓力,否則,在氧化塔頂部空間乙醛與氧氣的濃度會(huì)增加,增加了爆炸的危險(xiǎn)性,并且溫度過(guò)高會(huì)造成催化劑燒結(jié)甚至失活,還會(huì)增加設(shè)備投資。但溫度也不宜過(guò)低,溫度過(guò)低會(huì)降低乙醛氧化為過(guò)氧醋酸以及過(guò)氧醋酸分解的速率,易導(dǎo)致過(guò)氧醋酸的積累,同樣存在不安全性。因此,用氧氣氧化時(shí),適宜溫度控制為343~353K,所以生產(chǎn)中必須及時(shí)連續(xù)地除去反應(yīng)熱。(2)反應(yīng)壓力提高反應(yīng)壓力,既可以促進(jìn)氧向液體界面擴(kuò)散,又有利于氧被反應(yīng)液吸收,還能使乙醛沸點(diǎn)升高,減少乙醛的揮發(fā)。但是,升高壓力會(huì)增加設(shè)備投資費(fèi)用和操作費(fèi)用。(3)原料純度乙醛氧化生成醋酸反應(yīng)的特點(diǎn)是以自由基為鏈載體,所以凡能奪取反應(yīng)鏈中自由基的雜質(zhì),稱為阻化劑。阻化劑的存在,會(huì)使反應(yīng)速度顯著下降。水就是一種典型的能阻抑鏈反應(yīng)進(jìn)行的阻化劑。故要求原料乙醛含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))%,其中水分含量%。乙醛原料中三聚乙醛可使乙醛氧化反應(yīng)的誘導(dǎo)期增長(zhǎng),并易被帶入成品醋酸中,影響產(chǎn)品質(zhì)量,故要求原料乙醛中三聚乙醛含量%。(4)氧化液的組成在一定條件下,乙醛液相氧化所得的反應(yīng)液稱為氧化液。其主要成分有醋酸錳、醋酸、乙醛、氧、過(guò)氧醋酸,此外還有原料帶入的水分及副反應(yīng)生成的醋酸甲分有醋酸錳、醋酸、乙醛、氧、過(guò)氧醋酸,此外還有原料帶入的水分及副反應(yīng)生成的醋酸甲酯、甲酸、二氧化碳等。氧化液中醋酸濃度和乙醛濃度的改變對(duì)氧的吸收能力有較大影響。當(dāng)氧化液中醋酸含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為82%~95%時(shí),氧的吸收率保持在98%左右,超出此范圍,氧的吸收率下降。當(dāng)氧化液中乙醛含量在5%~15%時(shí),氧的吸收率也可保持在98%左右,超出此范圍,氧的吸收率下降。從產(chǎn)品的分離角度考慮,一般在流出的氧化液中,乙醛含量不應(yīng)超過(guò)2%~3%。(三)反應(yīng)器乙醛氧化生產(chǎn)醋酸反應(yīng)的主要特點(diǎn):反應(yīng)為氣液非均相的強(qiáng)放熱反應(yīng),介質(zhì)有強(qiáng)腐蝕性,反應(yīng)潛伏著爆炸的危險(xiǎn)性。 對(duì)氧化反應(yīng)器相應(yīng)的要求:①能提供充分的相接觸界面;②能有效移走反應(yīng)熱;③設(shè)備材質(zhì)必須耐腐蝕;④確保安全生產(chǎn)防爆;⑤流動(dòng)形態(tài)要滿足反應(yīng)要求(全混型)。工業(yè)生產(chǎn)中采用的氧化反應(yīng)器為全混型鼓泡床塔式反應(yīng)器,簡(jiǎn)稱氧化塔。按照移除熱量的方式不同,氧化塔有兩種形式::內(nèi)冷卻型(a)、外冷卻型(b)如圖1。 (a)內(nèi)冷卻型氧化塔 (b)外冷卻型氧化塔 圖1 氧化塔示意圖為使氧化塔耐腐蝕,減少因腐蝕引起的停車檢修次數(shù),乙醛氧化塔材料選用含鎳、鉻、鉬、鈦的不銹鋼。 (四)工藝流程 乙醛氧化生產(chǎn)醋酸的工藝流程如圖2所示,采用以重金屬醋酸鹽為催化劑,乙醛在常壓下與氧氣進(jìn)行液相氧化反應(yīng)生成醋酸的工藝生產(chǎn)方法。該流程采用了兩個(gè)外冷卻型氧化塔串聯(lián)的合成醋酸工藝。圖2 外冷卻乙醛氧化生產(chǎn)醋酸工藝流程圖1第一氧化塔;2第一氧化塔冷卻器;3第二氧化塔;4第二氧化塔冷卻器;5尾氣吸收塔;6蒸發(fā)器;7脫低沸物塔;8脫高沸物塔;9脫水塔%~%醋酸錳的濃醋酸,先加入適量的乙醛,混勻加熱,而后乙醛和純氧按一定比例連續(xù)通入第一氧化塔進(jìn)行氣液鼓泡反應(yīng)。中部反應(yīng)區(qū)控制反應(yīng)溫度為348K左右,在此條件下反應(yīng)生成醋酸。氧化液循環(huán)泵將氧化液自塔底抽出,送人第一氧化塔冷卻器2進(jìn)行熱交換,反應(yīng)熱由循環(huán)冷卻水帶走。降溫后的氧化液再循環(huán)回第一氧化塔。第一氧化塔上部流出的乙醛含量為2%~8%的氧化反應(yīng)液,由兩塔間壓差送入第二氧化塔3。該塔盛有適量醋酸,~,達(dá)到一定液位后,通人適量氧氣進(jìn)一步氧化其中的乙醛,維持中部反應(yīng)溫度在353~358 K之間,塔底氧化液由泵強(qiáng)制循環(huán),通過(guò)第二氧化塔冷卻器4進(jìn)行熱交換。物料在兩塔中停留時(shí)間共計(jì)5~7h。從第二氧化塔上部連續(xù)溢流出醋酸含量≥97%,乙醛含量%,%左右的粗醋酸(以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì))送去精制。兩個(gè)氧化塔上部連續(xù)通入氮?dú)庀♂屛矚?,以防氣相達(dá)到爆炸極限。尾氣
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