【正文】 進(jìn)行物料衡算時，首先必須確定衡算的體系，對一般體系，均可表示為：輸入量＝輸出量＋積累量 對于 有化學(xué)反應(yīng)的系統(tǒng)，可表示為：物料輸入量 =物料輸出量－生產(chǎn)量 +物料消耗量－積累量 當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時為：物料輸入量 =物料輸出量 表 42 反應(yīng)工段物料平衡狀況 IN(FEED) OUT(H2) OUT(F12) Temperature C 30 30 30 Pressure bar Vapor Frac 0 1 0 Mole Flow kmo。 物料衡算 衡算原理 物料衡算的理論基礎(chǔ)是質(zhì)量守恒定律。 ④ 副萃取精餾塔塔頂產(chǎn)物進(jìn)入乙醇回收塔，在塔釜得到乙醇與水的共沸物，返回反應(yīng)工段，塔頂?shù)玫胶休^高濃度乙酸乙酯和乙醇的水溶液，由于總量已較小，該混合物不再進(jìn)行分離，而 是作為無苯天那水溶液（香蕉水）的粗原料出售。 ② 進(jìn)入輔助精餾塔，在塔頂?shù)玫揭宜嵋阴ァ⒁掖?、水的混合物，基本做到了乙酸乙酯與乙醇的回收，塔底是水和丙三醇的混合物，其中含有少量的乙醇。我們根據(jù)相關(guān)的專利和文獻(xiàn)，決定采用丙三醇作為萃取劑的萃取精餾進(jìn)行產(chǎn)品的精制。其余物質(zhì)冷卻后進(jìn)入精餾工段，與前一閃蒸工段得到的液相混合。由于氫氣分子的尺寸與乙酸乙酯、乙醇、水三者的分子尺寸相差較大，我們選擇采用中空纖維膜對該混合體系進(jìn)行分離。液相直接轉(zhuǎn)入精餾工段。利用前一工段產(chǎn)生的氫氣，將乙醛以及其他極少量的羰基化合物（丙酮、丁酮等）加氫還原成醇類，降低了丙酮、丁酮等產(chǎn)物對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，并且由于減少了乙醛這個含量極大的副產(chǎn)物，有利于分離的進(jìn)行。 圖 41 Aspen plus 流程模擬截圖 （ 3）加氫 脫氫縮合之后的混合氣成分較復(fù)雜，在選擇了合適的反應(yīng)條件之后，可以保證除乙醛外的副產(chǎn)物控制在極少的量。 附 CAD 流程圖。 （ 2）脫氫縮合 過熱乙醇蒸汽進(jìn)入列管式固定床反應(yīng)器，乙醇在 CuZnZrAlO 多功能催化劑表面完成脫氫生成乙醛，再與乙醇縮合生成乙酸乙酯兩步反應(yīng)，并有乙醛、丙酮、丁酮等副產(chǎn)物產(chǎn)生。 脫氫法缺點： （ 1）產(chǎn)品質(zhì)量不如酯化法，雖然可以達(dá)到國標(biāo)，但若丁酮等雜質(zhì)難以得到完全分離，就不宜用于食品和酒增香等行業(yè)； 19 （ 2）催化劑在使用前需要還原，停車后須用氮氣保護(hù)避免氧化，因此只適用于大規(guī)模連續(xù)生 產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)規(guī)模在 5000t/a 以上； （ 3）技術(shù)較復(fù)雜，尚未成熟。 脫氫法反應(yīng)特點是：反應(yīng)溫和，各種反應(yīng)條件變化彈性很大，工藝簡單，容易操作。由于氫氣對平衡的抑制及降低副反應(yīng)要求，單程轉(zhuǎn)化率只能控制在 60%~70%。英國 Kvaerner 工程公司于 20 世紀(jì) 90 年代研究乙醇脫氫法生產(chǎn)乙酸乙酯，同時已經(jīng)在南非建成第一家工業(yè)化生產(chǎn)工廠。 20 世紀(jì) 90 年代初清華大學(xué)化學(xué)系首先對此工藝進(jìn)行研究，開發(fā) 出催化劑Cu/ZnO/Al2O3/ZrO2，并獲得了國家專利。乙醇脫氫法總反應(yīng)實際上也是經(jīng)過 3 個步驟完成的。 （ 4） 乙醇脫氫法 反應(yīng)式： 252323 2HHC O O CCHOHCH2CH ??? ?? 催化劑 以乙醇為原料生產(chǎn)乙酸乙酯，傳統(tǒng)工藝必須經(jīng)過乙醇氧化脫氫為乙醛、乙醛氧化成乙酸、乙酸與乙醇酯化 3 個工段才能完成。同時該工藝依賴于石化工業(yè)，需要有大量的乙烯資源，只能在乙烯和乙酸資源相對比較豐富而廉價的地區(qū)才可以考慮。缺點是此催化體系對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，投資成本高。 （ 3） 乙烯加成法 反應(yīng)式： 523322 HC O O CCHC O O HCHCHCH ? ???? 隨著化學(xué)化工產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，煉油技術(shù)的不斷提高，乙烯已經(jīng)成為一種豐富的原料。該法在國外已經(jīng)大型化，在國內(nèi)尚有催化劑和工程上的問題沒解決，有待突破。乙醛貯存運(yùn)輸不方便，一般都是自產(chǎn)自用，因此乙醛縮合法乙酸乙酯生產(chǎn)裝置都是建在有乙醛生產(chǎn)的廠內(nèi)。乙醛縮合法優(yōu)點在于反應(yīng)是在常壓低溫下進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率和收率高，對設(shè)備要求不高，生產(chǎn)成本較酯化法低；缺點是受原料來源限制，僅 適宜于乙醛資源豐富的地區(qū)，催化劑乙醇鋁無法回收，最后通過加水生成氫氧化鋁排放，對環(huán)境有一定污染。 （ 2） 乙醛縮合法 反應(yīng)式： 523三乙醇 鋁3 HC O O CCHC H O2 C H ??? ?? 乙醛縮合法是由兩分子乙醛經(jīng) Tishchenko 反應(yīng)縮合成一分子乙酸乙酯，催化劑為乙醇鋁、氯化鋁及氯化鋅等，反應(yīng)溫度為 0~10oC。但若簡單地將固體酸催化劑于反應(yīng)中取代硫酸，催化劑在反應(yīng)液中很快失去活性。另一種酯化的工藝是催化精餾法，它采用固體酸作催化劑，屬非均相反應(yīng)精餾。催化作用不受塔內(nèi)溫度限制，反應(yīng)機(jī)理清楚，容易實現(xiàn)最優(yōu)控制，這些優(yōu)點可以使反應(yīng)精餾生產(chǎn)裝置大型化。下面簡單介紹四種方法的優(yōu)勢與缺陷 [9]。 表 41 乙酸乙酯產(chǎn)品規(guī)格表 指標(biāo) 名稱 指標(biāo) 優(yōu)等品 一等品 合格品 色度 (鉑 鈷色號 )，號 ≤ 10 10 20 密度， g/cm3 ~ ~ ~ 乙酸乙酯， % ≥ 水份， % ≤ 酸度 (以 CH3COOH計 )， % ≤ 蒸發(fā)殘渣， % ≤ 工藝設(shè)計方案 原料路線確定的原則和依據(jù) 乙酸乙酯的合成路線主要有四種，即乙醇乙酸酯化法（其中包括了乙酸乙醇直接酯化法和反應(yīng)精餾法），乙醛縮合法，乙醇脫氫法，乙烯和乙酸直接加成法。 產(chǎn)品規(guī)格 本設(shè)計中的產(chǎn)品為 乙酸乙酯 。 16 4 工藝設(shè)計方案 概述 工藝設(shè)計主要說明本設(shè)計生產(chǎn)乙酸乙酯的具體情況，主要包括生產(chǎn)流程概述、工藝流程說明、工藝特色介紹以及物料衡算書、熱量衡算書。綠化既要保護(hù)環(huán)境，防止污染，美化廠容，又不應(yīng)妨礙生產(chǎn)操作，物料運(yùn)輸及防火要求。廠前區(qū) 和生產(chǎn)輔助區(qū) 為重點綠化、美化區(qū)，設(shè)置花壇，種植花卉，輔以草坪。 廠區(qū)設(shè)有四個出口，兩扇主門一南一北，東側(cè)開兩扇側(cè)門，廠內(nèi) 10 米寬的中央主道橫貫?zāi)媳保?東 面出口即為總廠鐵路。 各車間最大可能的采用露天布置，閃蒸塔、精餾塔、 儲罐 等均布置在露天場所，減少了建設(shè)投資，便于改擴(kuò)建。燃料煤堆場和蒸汽鍋爐房位于反應(yīng)車間東面，分離車間的北面，靠近大量耗用蒸汽的精餾工段。反應(yīng)車間由兩層組成，其中安放了脫氫反應(yīng)器和加氫反應(yīng)器及其輔助設(shè)備。主要有 四 大部分： 乙醇儲罐區(qū)，反應(yīng)車間，分離車間和產(chǎn)品罐區(qū) 。生產(chǎn)輔助區(qū)主要包括中心控制樓、化驗中心、維修車間、材料倉庫 和水處理車間 等。主要建筑包括行政樓、食堂、停車場、 宿舍 等， 職工宿舍和食堂組成生活區(qū)，位于行政樓的南側(cè) ， 停車場位于行政樓與生活區(qū)之前。廠區(qū)分為廠前區(qū)、生產(chǎn)輔助區(qū)、生產(chǎn)區(qū)和儲罐區(qū)。 (1) 供電工程 華東電網(wǎng) 35/110/220KV 變電站，不間斷雙回路供電 (2) 供水工程 工業(yè)用水一期 30000 t/d，二期 300000 t/d；生活用水 10000 t/d (3) 供熱工程 一期形成 3 130t/h 次高壓循環(huán)流化床鍋爐、 1 25MW 抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組、 1 12MW 背壓式發(fā)電機(jī)組等三爐二機(jī)（已運(yùn)行），可供 蒸汽；二期形成 6 130t/h 次高壓循環(huán)流化床鍋爐、 2 25MW 抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組、 2 12MW 背壓式發(fā)電機(jī)組等六爐四機(jī) (4) 工業(yè)氣體：可供氮氣、氧氣、氫氣、二氧化碳、重整氫、一氧化碳等 (5) 雨污分流：目前處理能力： 10000 t/d，擴(kuò)建后總處理能力 50000 t/d (6) 通信：電纜：敷設(shè)有電話電纜和寬帶電纜 郵政：郵政等快遞業(yè)務(wù)覆蓋全區(qū) (7) 危險廢物處理：日焚燒處理化工廢渣 10 噸的高溫焚燒爐；日處理 10噸廢有機(jī)溶劑日處理 100 只廢包裝容器 (8) 消防 配備搶險救援車，重型水罐車，進(jìn)口泡沫車，大型水罐車（ 21 噸），泡沫、干粉聯(lián)用車，洗消車， 高噴車，后勤指揮車等 (9) 應(yīng)急指揮中心：監(jiān)控系統(tǒng)涵蓋化工區(qū)倉儲區(qū)、管廊和大企業(yè)的自備罐區(qū)等，承擔(dān)公安、消防、環(huán)保、搶救、防汛防臺和危險源監(jiān)控等方面的協(xié)調(diào)管理工作 (10) 倉儲和管廊：中間罐區(qū)正在建設(shè)中，化工物料傳輸管道正在建設(shè)中。 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) 寧波化學(xué)工業(yè)區(qū)現(xiàn)有完善的基礎(chǔ)設(shè)施配套。 航空：寧波櫟社機(jī)場可起降 MD82 型、波音 73波音 757 等大中型客機(jī)。另有寧波至鎮(zhèn)海港區(qū)和鎮(zhèn)海煉化的洪鎮(zhèn)支線、寧波至北侖港區(qū)鐵路支線。 寧波港區(qū)內(nèi)的全國最大的 5 萬噸級液體化工碼頭，具有 300 萬噸／年的液體 14 化工原料和產(chǎn)品的吞吐能力，擁有大小儲罐 106 座、總?cè)萘窟_(dá) 40 萬立方米，并有輸送管道直通寧波化工區(qū)。最大的有 25 萬噸級原油碼頭，20 萬噸級（可兼靠 30 萬噸船）的卸礦碼頭，第六代國際集裝箱專用泊位以及 5萬噸級液體化工專用泊位 ， 已與世界上 90 個國家和地區(qū)的 560 多個港口通航。 港口：寧波港是一個多功能、綜合性的現(xiàn)代化深水大港。杭州灣大橋的建設(shè)，能大大縮短寧波與上海、寧波與長江三角洲北翼 之間的距離，化工區(qū)通過大橋至上海僅一個半小時車程。進(jìn)出市區(qū)的通道和主要干線公路，全部達(dá)到一級以上。 公路：寧波市公路通車總程 5200 公里，其中高速公路 188 公里。各種化工原料和產(chǎn)成品均可通過船舶、鐵路專用線、公路和管道送進(jìn)和輸出區(qū)內(nèi)外。 廠址地區(qū)的交通運(yùn)輸條件 寧波化工區(qū)得天獨厚的交通運(yùn)輸優(yōu)勢，為園區(qū)的發(fā)展提供了十 分優(yōu)越的條件。 波浪：寧波鎮(zhèn)海港區(qū)均系內(nèi)江，無浪。大風(fēng)時潮位和流速都會有一定影響。年平均最高和最低潮位分別為寧波港 米和 米，鎮(zhèn)海港區(qū) 米和 米，北侖港區(qū) 米和 米：年平均潮差分別為：寧波港區(qū) 米，鎮(zhèn)海港區(qū) 米，北倉港區(qū) 。 氣溫：多年平均氣溫 ℃，極端最高氣溫 ℃，極端最低氣溫 10℃，最高月平均氣溫 ℃（ 7 月），最低月平均氣溫 ℃（ 1 月）。每年 5~6 月為梅雨季節(jié)， 7~10 月有臺風(fēng)帶來的暴雨， 9 月 份雨量占全年的 25%，冬季降雨量較少。多年平均大于（包括） 6 級風(fēng)天數(shù) 32 天，大于（包括） 7 級風(fēng)天數(shù) 15 天，大于（包括） 8 級風(fēng)天數(shù) 6 天。 廠址地區(qū)的自然條件 寧波化工 區(qū)位于寧波鎮(zhèn)海區(qū)西北側(cè)， 屬亞熱帶季風(fēng)氣候，冬夏季風(fēng)交替明顯，氣候溫和濕潤，全區(qū)無霜期一般為 230 天至 240 天，四季分明，雨量充沛 。園區(qū)距寧波市區(qū)僅 14公里，距東方深水良港北侖港僅 24 公里，緊鄰中國最大的液體化工碼頭。此外，園區(qū)水陸交通便捷 ，四通八達(dá)， 329 國道、世紀(jì)大道、舟山聯(lián)島大橋等貫通全區(qū)，隨著鐵路專用線的建設(shè)和 2020 年 5 月 1 日杭州灣跨海大橋的建成通車，極大拉近了寧波化工區(qū)與整個長三角洲的距離，區(qū)域優(yōu)勢明顯。目前寧波港已與全球 100 多個國家和地區(qū)的 600 多個港口有貿(mào)易往來，形成了覆蓋全球的集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)。 2020 年寧波港貨物吞吐量突破 億噸，同比增長 % , 居中國大陸港口第二位，名列全球第四；集裝箱吞吐量超 935 萬標(biāo)準(zhǔn)箱，同比增長 %，集裝箱吞吐量排名居中國大陸港口第四、世界港口第十一位。寧波港作為中國大陸重點開發(fā)建設(shè)的四大國際深水中轉(zhuǎn)港之一，在區(qū)位、航道水深、岸線資源、陸域依托、發(fā)展?jié)摿Φ确矫婢哂休^大優(yōu)勢。 園區(qū)地處著名的寧波港。按照寧波化工區(qū)總體規(guī)劃（ 20202020），園區(qū)重點發(fā)展以煉油及乙烯為龍頭的石化源頭產(chǎn)業(yè)、合成材料產(chǎn)業(yè)、高分子產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)和精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)。區(qū)內(nèi)地勢平坦，依江臨海，水源充沛，環(huán)境容量大，自然條件優(yōu)越， 12 同時園區(qū)提供 九通一平 ，配套設(shè)施齊全。2020 年 3月份，經(jīng)浙江省人民政府批準(zhǔn)，正式成為省級開發(fā)區(qū)。另外本廠的生產(chǎn)工藝符合綠色環(huán)保概念，對周圍環(huán)境友好，對其他化工行業(yè)起到模范效應(yīng)。 由于國際市場 DMC供不應(yīng)求，故本廠產(chǎn)品涉及出口，將有利于增長國家關(guān)稅收入和外匯儲備。寧波農(nóng)村是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化、農(nóng)業(yè)工業(yè)化程度比較高的綜合經(jīng)濟(jì)區(qū)。 社會經(jīng)濟(jì)效益 寧波是浙江省重要工業(yè)基地，也是糧、棉、油經(jīng)濟(jì)特產(chǎn)、水產(chǎn)品的重要基地。內(nèi)河港、河 口港、海峽港并存，大、中、小泊位配套的多功能、多層次的綜合性港口。 現(xiàn)在的寧波港，已與世界 500多個港口有貿(mào)易運(yùn)輸往來， 2020 年全港貨物吞吐量達(dá) 億噸，名列中國大陸港口第二位，位居世界港口 20 強(qiáng)，集裝箱吞吐量 121 萬標(biāo)箱。 寧波擁有得天獨厚的天然深水良港，自古以來是中國對外貿(mào)易的重要港口。 交通發(fā)達(dá) 寧波是浙江沿海的交通樞紐，已形成以深水良港為中心的水、陸、空集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)。寧波櫟社國際機(jī)場不僅有發(fā)往全國各大城市的航班，更包括發(fā)往海外許多城市的 航班。寧波屬亞熱帶季風(fēng)氣候，溫和濕潤，四季分明，年平均氣溫 攝氏度，全市無霜期一般為 230天至 240 天，年平均降水量為 1300 毫米至 1400 毫米 。 地理位置優(yōu)越 寧波位于東經(jīng) 120 度 55 分至 122 度 16 分，北緯 28 度 51 分至 30 度 33 分。 。 根據(jù)我廠的具體情況，選廠工作在長遠(yuǎn)規(guī)劃的指導(dǎo)下，選擇符合建廠要求且適宜于建設(shè)該 DMC項目的地方，最終確定廠址為 寧波 化學(xué)工業(yè)園區(qū) 。廠區(qū)的大小、形狀和其條件應(yīng)滿足工藝流程合理布置的需要，并應(yīng)有發(fā)展的余地。另外，隨著醋酸