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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