【正文】 Δ t) =247。 hλ /Tb= 則 M= 352247。λ /Tb 值均相等 (在 79℃時 )。Δ tm) =247。 CΔ tm) =1151571247。 [ (27－ 20)] = (3)塔底： 在 79℃時液相變?yōu)闅庀? q =Σ W ℃ ) S=q/(K [ (60－ 20)] = (2)餾出液由 71℃冷卻至 37℃ q =Σ W ℃ ) S=q/(K=L39。℃ 汽化潛熱 kj/kg 20 —— —— —— 27 37 71 2329 79 2310 84 2298 95 2271 (3)傳熱系數(shù) K kJ/(m2因此采用 L/D=5:1，假設塔板效率為 50%，則實際塔板數(shù)為 40. 六 . 熱量衡算 熱力學數(shù)據(jù)收集 (1)溫度： 塔頂溫度 :約為 62%molCH3CH2OH， 25%molH2O， 13%CH3CH2OH 三組分恒沸液的沸點，71℃ 塔底溫度：約為 71%molH2O， 29%molCH3CH2OH 的沸點， 79℃ 來自塔Ⅰ的進料溫度為 84℃ 來自沉降器的進料溫度：約為 97%molH2O， 3%molCH3CH2OH 的沸點， 95℃ 冷卻水溫度為 20℃ （以廣西年平均氣溫為參考）。 (2)如最宜回流比采用 2:1，亦即小于最小回流比，算得的結(jié)果表明：由 12 塊塔板加入來自沉降器的加料的進料后，乙醇的組成變?yōu)樨撝担@說明采用這種回流蒸餾不可行。 下一塔板上的液相組成可以應用操作線方程求得?；?(3)和 (1)，究竟選擇哪一對，應以從圖上讀出數(shù)值為準。 由于在任何情況下，液相的摩爾分數(shù)（ x）均為參數(shù)，平衡圖只能用來由液相組成來求取氣相組成。 = rm/rn=247。 (Lm/W＋ α [ (＋ 247。 試以 (Ln/D)=；則 Ln= =； Lm=(Lm/W)=247。 [(－ ) ＋ 247。 = xm=α lk (Ln/D＋ α xWlk/xlk)] = 247。 )] = rn=xn/xhk=247。 = 上提濃度 輕關鍵組分的摩爾分數(shù) xn=xD/[(α－ 1) (xW/xE)=() ()= α av=(α t yE/yW=α t=（ yE/yW）實際上含有水和乙醇各 5 摩爾百分數(shù)，連同醋酸乙酯組成 2 個組成分別為水 46%和醋酸乙酯 54%與乙醇 24%和醋酸乙酯 76%的雙組分恒沸液。 20%=系統(tǒng) 3 的物料總衡算： R＋ =v＋ u R=v＋ u－ =＋ － =系統(tǒng) 3 的 H2O 衡算 ： Rw＋ =u＋ Rw=＋ － =系統(tǒng) 3 的乙醇衡算： RA== =將計算結(jié)果整理在各物料衡算表中，并匯總畫出初步物料衡算圖。 60= ②醋酸剩余量 = = ③乙醇剩余量 = = ④反應生成水量： 18/z=88/ → z=18 247。 24=以上作為物料衡算基準。 （ 5）上層（即酯層）送入精餾塔Ⅲ進行蒸餾，由塔Ⅲ底部流出的即為成品的醋酸乙酯，這是由于醋酸乙酯和三組分恒沸液和雙組份恒沸液比較起來，其揮發(fā)度最小，由塔Ⅲ頂部出來 的為三組分恒沸液，其組成如下： 三組分恒沸液組成： 醋酸乙酯 83% 水 8% 乙醇 9% 雙組分恒沸液組成： 醋酸乙酯 94% 水 6% （ 6）塔Ⅲ頂部出來的餾出液包括三組成恒沸液送回沉降器中。 四． 工藝計算 . 物料衡算 設計任務 （ 1） 設計項目：醋酸和乙醇在催化劑濃硫酸存在下生產(chǎn)醋酸乙酯（假定 70%的醋酸轉(zhuǎn)化為醋酸乙酯） （ 2） 產(chǎn)品名稱：醋酸乙酯 （ 3） 產(chǎn)品規(guī)格：純度 99% （ 4） 年 生產(chǎn)能力：折算為 100%醋酸乙酯 1500 噸 /年 酯化法主要生產(chǎn)步驟 （ 1）等分子的冰醋酸和 95%乙醇混合和少量的濃硫酸接觸，進行酯化反應達到平衡狀態(tài)，并加熱至沸點。該工藝醋酸的單程轉(zhuǎn)化率為 66%,以乙烯計 ,醋酸乙酯的選擇性約為 94%. 確定工藝方案及流程 從產(chǎn)量分析，生產(chǎn)任務要求是 1500 噸，產(chǎn)量不是太大，乙烯、乙酸直接合成法有利于大規(guī)模生產(chǎn)，而且該法對設備要求很高，設備造價高，因此不采用該工藝。反應塔設置了中間冷卻 ,反應溫度維持在 140180 ℃ ,反應塔壓力控制在 。 普朗克公司在 80 年代進行了開 發(fā) ,但由于工程放大問題未解決 ,一直未實現(xiàn)工業(yè)化。 另一種是兩步法工藝 ,即乙烯氧化為乙醛在一個反應器內(nèi)進行 ,而催化劑的空氣再生在另一反應器內(nèi)進行 ,兩種工藝在經(jīng)濟上并無大的差異。 乙醛縮合制醋酸乙酯工藝由俄羅斯化學家 Tischenko 于 20 世紀初開發(fā)成功 ,因而該工藝又稱為 Tischenko 工藝。乙醛和催化劑溶液連續(xù)進人反應塔 ,控制反應物的比例 ,使進料在混合時就有約 98% 的乙醛轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物 ,%的乙醛在此后的攪拌條件下轉(zhuǎn)化。 該工藝的特點是產(chǎn)品收率高，對設備腐蝕性小，產(chǎn)品成本較酯化法低，不產(chǎn)含酸廢水，有利于大規(guī)模生產(chǎn)，若副產(chǎn)的氫氣能有效合理的利用，該工藝是比較經(jīng)濟的方法。 2. 乙醇脫氫歧化法 該法不用乙酸，直接 用乙醇氧化一步合成乙酸乙酯，其催化劑主要是 Pd/C 和架 Ni，CuCoZnAl混合氧化物及 MoSb 二元氧化物等催化劑，這些體系對乙醇的氧化有一定的活性，但其催化性還有待進一步改進。由于酯化反應可逆 ,轉(zhuǎn)化率通常只有約 67%,為增加轉(zhuǎn)化率 ,一般采用一種反應物過量的辦法 ,通常是乙醇過量 ,并在反應過程中不斷分離出生成的水。酯化反應塔塔頂?shù)姆磻旌衔镆徊糠只亓?，一部分?80℃左右進入分離塔。低于 180℃和在 25％的乙烯轉(zhuǎn)化率的條件下，醋酸乙酯的選擇性為 46％。 使用 H3PMo12O40?19H2O 代替乙醇 乙酸酯化反應中的硫酸催化劑，可獲得的產(chǎn)率為%,但是關于催化劑的劑量、反應時間和乙醇／乙酸的質(zhì)量比對產(chǎn)品產(chǎn)量的研究還在進行之中。 中國科學研究院長春應用化學研究所對乙醇氧化酯化反應催化劑進行了研究，認為采用Sb2O4MoO3復合催化劑可提高活性和選擇性。此外，還用于木材紙漿加工等產(chǎn)業(yè)部門。 由于本設計為假定設計，因此有關設計任務書中的其他項目如：進行設計的依據(jù)、廠區(qū)或廠址、主要技術(shù)經(jīng)濟指標、原料的供應、技術(shù)規(guī)格以及燃料種類、水電汽的主要來源，與其他工業(yè)企業(yè)的關系、建廠期限、設計單位、設計進度及設計階段的規(guī)定等均從略。 二、概述 1．醋酸乙酯性質(zhì)及用途 醋酸乙酯又名乙酸乙酯，醋酸醚，英文名稱 Ethyl Acetate 或 Acetic Ether Vinegar ，其沸點為 77℃，熔點為 ℃，密度為 ,溶于乙醇、氯仿、乙醚和苯等有機溶劑。對于用很多天然有機物的加工，例如樟腦、脂肪、抗生素、某些樹脂等，常使用醋酸乙酯和乙醚配制成共萃取劑，它還可用作紡織工業(yè)和金屬清洗劑。化學工業(yè)部西南化工研究院等聯(lián)合開發(fā)的 乙醇脫氫一步合成醋酸乙酯的新工藝，已通過單管試驗連續(xù)運行 1000 小時，取得了滿意的結(jié)果。 （ 2）國外發(fā)展狀況 由于使用硫酸 作為酯化反應的催化劑存在硫酸腐蝕性強、副反應多等缺點，近年各國均在致力于固體酸酯化催化劑的研究和開發(fā)，但這些催化劑由于價格較貴、活性下降快等原因，至今工業(yè)應用不多。催化劑中的 Pd 為氧化中心 silicoturgstic 酸提供酸性中心。進入分離塔的反應混合物中一般含有約 70%的乙醇、 20%的酯和 10%的水（醋酸完全消耗掉）。根據(jù)生產(chǎn)需要 ,既可采取間歇式生產(chǎn) ,也可采取連續(xù)式生產(chǎn)。 95%乙醇從儲槽出來，經(jīng)泵加壓至 ～ ，進入原料預熱器，與反應產(chǎn)物熱交換被加熱至 130℃，部分氣化，再進入乙醇汽化器，用水蒸氣或?qū)嵊图訜嶂?160℃～ 170℃，達到完全氣化，然后進入原料過熱器，與反應產(chǎn)物換熱，被加熱至 230℃，再進入脫硫加熱器，用導熱油加熱到反應溫度 240～ 270℃，然后進入脫氫反應器，脫氫 反應為吸熱反應，要用導熱油加熱以維持恒溫反應。 乙醛縮合法 由乙醛生產(chǎn)醋酸乙酯包括催化劑制備、反應、分離和精餾 4 大部分 ,工藝流程見圖 3 。通過間接鹽水冷卻維持反應溫度在 0 ℃ ,反應混合物在反應塔內(nèi)的停 留時間約 1h后進人分離裝置。反應在醇化物（乙氧基鋁 )的存在下進行。乙醛縮合制醋酸乙酯工藝受原料來源的限制 ,一般應建在乙烯 乙醛聯(lián)合裝置內(nèi)。日本昭和電工公司開發(fā)的乙烯與醋酸一步反應制取醋酸乙酯工藝終于在 90 年代實現(xiàn)了工業(yè)化。 反應在擔載于金屬載體上的雜多酸或雜多酸鹽催化下于氣相或液相中進行。從經(jīng)濟上考慮，乙醇脫氫歧化法對催化劑要求高，采用該工藝不經(jīng)濟。 （ 2）達到平衡狀態(tài)的混合液通入精餾塔Ⅰ，由于不斷移去難揮發(fā)的水分，在塔中反應趨于完全；由塔Ⅰ頂部出來的流出液組成為： 醋酸乙酯 20%（重量百分率，下同） 水 10% 乙醇 70% （ 3）由塔Ⅰ頂部出來的餾出液通入精餾塔Ⅱ進行蒸餾，由塔Ⅱ頂部出來的三組分恒沸液組成為： 醋酸乙酯 83% 水 8% 乙醇 9% 由塔Ⅱ底部出來的殘液組成為乙醇和水，重新送入塔Ⅰ作為第二進料。 初步物料衡算 （ 1） 每小時生產(chǎn)能力的計算 根據(jù)設計任務，醋酸乙酯的年 生產(chǎn)能力為 1500 噸 /年（折算為 100%醋酸乙酯，下同）全年按 300 天計，每天 24 小時連續(xù)工作。 為了使物料衡算簡單化，在初步物料衡算中假定成品醋酸乙酯的純度為 100%，在生產(chǎn)過程中無物料損失，塔頂餾出液等均屬雙組份或三組分恒沸液，這在事實上是不可能的，故將在最終衡算中予以修正。 88= 總水分 =+= ⑤ 濃硫酸量 =進出酯化器的物料衡算表如下： 表一：進出酯化器的物料衡算表 加入 支出 序號 物料名稱 純度 % 數(shù)量 kg/h 序號 物料名稱 純度 % 數(shù)量 kg/h 1 醋酸 100 1 醋酸乙酯 100 2 乙醇 95 2 水 100 其中 C2H5OH 100 3 乙醇 100 H2O 100 4 醋酸 100 3 濃硫酸 93 5 濃硫酸 100 合計 合計 由酯化器出來的混合液進入精餾塔Ⅰ，在塔Ⅰ中反應趨于完全