年產(chǎn)10萬噸醋酸工藝設(shè)計(jì)(參考版)
2025-03-02 20:40本頁面
【正文】 從課題的選擇到設(shè)計(jì)的最終完成，嚴(yán)格要求我完成每一步的設(shè)計(jì)和計(jì)算，并不惜花費(fèi)自己寶貴的時(shí)間對我的設(shè)計(jì)做了精心的修改。脫低沸物 塔頂分出的低沸物由脫水塔回收，塔頂分離出含量 %左右的稀乙酸廢水，并含微量醛類，乙酸甲醋，甲酸及水，其數(shù)量不多，經(jīng)中和及生化處理后排放 ； 塔中部抽出含水的混合酸；塔為含量大于 %的回收乙酸，用作蒸發(fā)器的噴淋乙酸。而醋酸、水、醋酸甲酯、醛等易揮發(fā)的液體，加熱氣化后進(jìn)入脫低沸物塔 7。蒸發(fā)器的作用是閃蒸除去一些難揮發(fā)性物質(zhì)，如催化劑醋酸錳、多聚物和部分高沸物及機(jī)械雜質(zhì)。當(dāng)采用一個(gè)氧化塔操作時(shí)，粗醋酸中醋酸含量 94％、水含量 2％、乙 醛含量 3％左右。 12 兩個(gè)氧化塔上部連續(xù)通入氮?dú)庀♂屛矚猓苑罋庀噙_(dá)到爆炸極限。物料在兩塔中停留時(shí)間共計(jì) 5～ 7h。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。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。 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 在第一氧化塔 1 中盛有質(zhì)量分 數(shù)為 ％～ ％ 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)。 11 （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。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。 對氧化反應(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 )。從產(chǎn)品的分離角度考慮，一般在流出的氧化 10 液中，乙醛含量不應(yīng)超過 2％～ 3％ 。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。其主要成分有醋酸錳、醋酸、乙醛、氧、過氧醋酸，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。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，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 ％。水就是一種典型的能阻抑鏈反應(yīng)進(jìn)行的阻化劑。 （ 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。但是，升高壓力會(huì)增加設(shè)備投資費(fèi)用和操作費(fèi)用。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。但溫度不宜太高，過高的溫度會(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。一般，液柱超過 4m 時(shí)，氧的吸收率可達(dá) 97％～ 98％ 以上，液柱再增加，氧的吸收率無明顯變化。液柱高，氣液兩相接觸時(shí)間長，吸收效果好，吸收率增加。孔徑過大則會(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)。 （ 2） 氧氣分布板孔徑 為防止局部過熱，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。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。但是，通氧速率并非是可以無限增加的，因?yàn)檠鯕獾奈章逝c通入氧氣的速率不是簡單的線性關(guān)系。 （二） 工藝條件 ??? ???? ??? HCOCHMnMnC H OCH 32k33 1?? ???? C O O OCHOCOCH 323 2k??? ???? COCHC O O O HCHC H OCHC O O OCH 33k33 33323 OHMnC O OCHMnC O O O HCH 4 ???? ??? ?? k??? ??? ??? HMnC O O OCHMnC O O O HCH 3323 5k乙醛單過醋酸酯）(C O O O H O C H C HCHC H OCHC O O O HCH 33k33 6 ?? ???C O O H2 C HC O O O H O C H C HCH 3k3 7? ??OC O )CH(C O OCHCOCH 2333 8? ????? k22333 OOC O )CH(C O O OCHC O OCH 9 ?? ????? kOHOHH 2 10? ???? k 8 乙醛液相氧化生產(chǎn)醋酸的過程是一個(gè)氣液非均相反應(yīng)，可分為兩個(gè)基本過程：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)過程。工業(yè)上普遍采用醋酸錳作為催化劑，有時(shí)也可適量加入其他金屬的醋酸鹽。 3．催化劑 催化劑的要求： （ 1）應(yīng)能既加速過氧醋酸的生成，又能促使其迅速分解，使反應(yīng)系統(tǒng)中過氧醋酸的濃度維持在最低限度。 C O O O HCHOC H OCH 323 ? ???3323 OHMnC O OCHMnC O O O HCH ??? ??? ?? 7 整個(gè)自由基反應(yīng)由三個(gè)階段組成： （ 1）鏈引發(fā) 經(jīng)過鏈引發(fā)后，氧化反應(yīng)速率加快，由于自由基的存在使分子鏈增長 （ 2）鏈增長 （ 3）鏈終止 通常情況下，反應(yīng)速率常數(shù) k k k k8 和 k9 小于 k k k k7。 2．反應(yīng)機(jī)理 乙醛氧化反應(yīng)存在誘導(dǎo)期，在誘導(dǎo)期時(shí)，乙醛以很慢的速率吸收氧氣，從而生成過氧醋酸。氧化劑：采用氧氣作氧化劑的較多。 6 二、工藝流程設(shè)計(jì) （一） 工藝原理 1．反應(yīng)原理 主反應(yīng)： 乙醛液相催化自氧化合成醋酸 是一強(qiáng)放熱反應(yīng)， 其主反應(yīng) 為： )(21)( 323 液液 CO O HCHOCH OCH ?? m o lkJH K /294298 ??? ? 乙醛氧化時(shí)先生成過氧醋酸，再與乙醛合成 AMP [8]分解即為醋酸 ： C O O O HCHOC H OCH 323 ?? C O O HCHA M PC H OCHC O O O HCH 333 2??? 副反應(yīng)： CH3CHO+02→ CH3COOOH(過氧醋酸 ) CH3COOH→ CH30H+CO2 CH30H+02→ HCOOH+H20 CH3COOH+CH30H→ CH3COOCH3+H20 3CH3CHO+02
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