【正文】 氯化 鋁 : !h 乙西旨 : !h 乙 縮 瞪 : !h 流股 中 : 水 : + 26 = kg / h 乙 醇 : 乙 酸 乙酶 : !h 乙 醒 : 表 單效蒸發(fā) 器 物 料 衡 算 表 乙酸 乙 醋 乙 醒 乙醇 水 乙縮醒 乙 醇鋁 總 計(jì) 逝 口 物料 出 口物料 kglh kg/h 脫 乙 瞪塔的物料衡算 在 該塔 中 ， 塔頂輕 組 分 乙 酷 的 質(zhì) 量 分?jǐn)?shù) xDl=， 塔 底輕 組 分 乙 醒 的 質(zhì) 量 分 數(shù) xw=。K叭 402 因此在 流 股 中 含 有 : 乙 酶 : 3327 .13 x x + 395 .61 = 3722 .74 kg / h 乙 瞪 : x (1 ) = 517 .07 kg / h 乙 縮 醒 : !h 水 : + = 14 .63 kg / h 總進(jìn) 口 流 量 為 : W避 口 =3947 . 1+ 395 .61 +103 .17 + + + 83 .12 = 4488 .35 kg / h 總出口 流 量 為 : W加 =3722 .74 + 517 .07 + 48 .29 +14 .29 + + 96 .58 + + 83 .12 = 4488 .35 kg / h 表 一 步 縮合 釜 物料衡 算 表 進(jìn) 口物料 /(kg/b) 出口物料 /(kg/b) 乙酸 乙 酶 乙 乙 醇 水 乙 縮 回 董 輕 組分 乙 醇 鋁 總 計(jì) 第 18 頁(yè)共 62 頁(yè) 二步縮合反 應(yīng) 釜的物料衡算 圖 二步縮合物料平衡簡(jiǎn)圖 二步縮合反應(yīng)釜的出口物流 中 : 主反應(yīng)方程式為 : 2C 2日 40 C4H80 2 副反應(yīng)方程式 為 : C2H40 + H 0 2C 2 6 )10 C 6H140 2 + H20 xO .893 xO .008 7 .38 12 .99 所以，在 流股 中 : 乙 酸 乙酶 : 3722 .74 + 458 .5 = 4181 .24 kg / h 乙醒 : x (1 ) = 55 .32kg I h 乙縮醒 : + = 1ω 57 kg / h 水 : + = 16 .07 kg I h 其它輕 組 分 : 乙醇 : 13 .29 = I h 氯化 鋁 : 乙 醇鋁 : 二步縮合反應(yīng)器 中 : W 避 口 = 3722 .74 + 517 .07 + 48 .29 + 14 .29 + 14 .63 + 96 .58 + + 83 .12 = 4488 .35 kg I h W出口 = + + 40 .91 + 16 .07 + 109 .57 + 第 19 頁(yè)共 62 頁(yè) + 83 .12 = 4488 .35 kg / h 表 二步縮合釜物料衡算表 進(jìn)口物料 kg/h 出口物料 k以 1 乙酸乙醋 乙 醒 乙 醇 水 乙 縮 M: 乙 醇 侶 總計(jì) 此過(guò)程主要目的是為了破壞物流中的乙醇鋁催化劑。 2C2H40 C4H802 副 反應(yīng) 方 程卻也 雜 式 如 下 : 日k里 1l阱e(cuò)173。因此 物料中含有 : 乙 瞪 : x = 51kg / h 乙 酸 乙醋 : x O.∞ 1=反應(yīng)器中主反應(yīng)方程式如下 : 第 17 頁(yè)共 62 頁(yè) 44 日 其乙乙 醇醇它 鋁微 且里 口 中 含 有 : 乙酸乙醋 : 395 .lkg I h 鋁 : x (1 ) = kg I h 乙醇 : 70 .85 +ω= kg / h 其它輕組 分 : + = 醇 鋁 : 39。h 中含 有 : 催化劑用量為 : 3896 .1.。 330 x 24 則 需乙醒進(jìn)料 (純度為 ): 一 旦 一 = 3791 .67 kg / h 。 乙 縮醋 圖 全流程物料平衡關(guān) 系 圖 一步縮合反應(yīng)釜的物量衡算 本次設(shè)計(jì)為連 續(xù)操作，因此以單位 kglh 為基 準(zhǔn) 。苔 底 粗 乙 醋 。 塔頂乙醇 。 側(cè)線料 。 粗 乙 醋 蒸 汽 。 含氫氧化鋁的混合液 。 一步反應(yīng)淚合物 料 。 物料平衡關(guān)系圖 全流程的物料平衡簡(jiǎn)圖如 下 : 乙 瞪 進(jìn) 料 。 脫重組分塔塔頂溫度和塔底溫度 為 : 。 脫 乙 醒塔塔頂溫度和塔底溫度為 : 。 操作條件 (1) 操作壓力 :全流程的操作為常壓操作 nv m ( 2) 操作溫度 :一步反應(yīng)縮合釜和二步反應(yīng)縮合釜的操作溫度都為 。 一步縮合 二 步縮什 「一一一 1 蒸發(fā) 圖 乙 醒縮合法生 產(chǎn) 乙酸 乙 酸 工 藝流程簡(jiǎn)圖 第 14 頁(yè)共 62 頁(yè) 3 物料衡算 全流程的工藝數(shù)據(jù) (1) 生產(chǎn)規(guī)模 年產(chǎn) 3 萬(wàn)噸乙酸乙酶 ( 2) 生產(chǎn)時(shí)間 年 工 作時(shí)為 7920 小 時(shí) (3) 生產(chǎn)效率 一步縮合反應(yīng)釜中乙醒轉(zhuǎn)化率為 %， 二 步縮合反應(yīng)釜中 乙 酷的轉(zhuǎn)化率為 %，在兩個(gè) 釜 中 主反應(yīng)的選擇性都為 %。 以乙醇鋁作為催化劑，乙醒通過(guò)自縮合反應(yīng)生成乙酸乙酶，通過(guò)向單效蒸發(fā)器 中 加 入 過(guò) 量的 水 ， 將催化劑乙醇鋁破壞，再經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器將生成的氫氧化鋁脫除。 第 13 頁(yè)共 62 頁(yè) |脫重組分嚴(yán)旦 圖 精館提 純 工 序的流程簡(jiǎn)圖 工藝流程 以下為乙醒縮合法合成乙酸乙酶各 個(gè) 工 序的簡(jiǎn)述。 圖 蒸 發(fā) 工 序流程簡(jiǎn)圖 (3)精館提純 我們采用了三塔的模式，三塔均是常壓操作，一塔脫乙醒 :二塔脫出乙醇，脫 出的 乙 醇用作生產(chǎn)催化 劑 :第 三 塔 ，塔上得到產(chǎn)品， 塔 下出重組分。圖 為 縮 合 工 序的流程簡(jiǎn)圖。 (1) 乙酷的縮合反應(yīng) 反應(yīng)在兩個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)器中進(jìn) 行 ， 第一個(gè)是釜式的反應(yīng) 器 ， 第二個(gè)也是采用釜 第 12 頁(yè)共 62 頁(yè) 式 的反應(yīng)器。酶化法 中新研究出的催化劑造價(jià)過(guò) 高 ， 乙 醇脫氫法適合 在 乙 醇產(chǎn)量高的地區(qū)或者是價(jià)格廉 價(jià)的地區(qū)較合 適 ， 日本所有 的 乙 酸乙酶都是采 用 乙 醒縮合法， 并 且 綜合上面的概述 中兒 種 工 藝的對(duì)比，本課題采 用 乙 醒縮合法生 產(chǎn) 乙 酸 乙 醋。 (7 ) 進(jìn)行技術(shù)分 析 、 經(jīng)濟(jì)效益分 析 、 安全評(píng)價(jià)與環(huán)保評(píng)價(jià)。 ( 2) 根據(jù)原料、產(chǎn)品和生產(chǎn)規(guī) 模 ， 繪 制 工 藝流程草 圖 ， 進(jìn)行物料衡算和熱量 衡算 (物料平衡圖、原料消耗、能量消耗綜合表 )。 具體設(shè)計(jì)內(nèi)容 (1)查閱文 獻(xiàn) ， 了解該產(chǎn)品的性 質(zhì) 、 性 能 、 合成、應(yīng)用等。該產(chǎn)品在酶 化 工 藝中為最基 礎(chǔ) 、 也是最重要的酶化產(chǎn)品。因此，通過(guò)此課題采用縮醒法設(shè)計(jì)一套年產(chǎn) 3 萬(wàn)噸乙酸乙酶且具有先進(jìn)、 可行、經(jīng)濟(jì)效益高的生產(chǎn)方 案 ， 不 僅彌補(bǔ)亞洲對(duì)乙酸乙醋消耗的空缺，對(duì)提高國(guó)內(nèi) 乙酸 乙 E旨在世界市場(chǎng)中 的 競(jìng)爭(zhēng)力以及對(duì) 提 升我 國(guó) 整體技術(shù) 水 平是有很重要的意義。雖然 目前在國(guó)內(nèi)乙酸乙酶的供 大 于 求，但世界上乙酸乙酷 的消耗主要集中在東南亞地 區(qū) ， 從亞洲這個(gè)范圍來(lái) 說(shuō) ， 乙 酸 乙 酶還是 處 于 供不應(yīng)求 地 區(qū) 。它 是 工 業(yè)上的 重 要溶 劑 ，廣泛用作人造 香精、乙基纖維素、清漆、涂料、印刷油墨、藥物和有機(jī)酸的萃取溶劑及水果香料 的原料。研究并設(shè)計(jì)其生產(chǎn) 工 藝具有很重要的意義。 本課題研究的內(nèi) 容 、目的和意義 本 課 題研究的內(nèi)容 乙酸乙西旨是一種 重 要 的基本有機(jī) 化 工 原 料，其生產(chǎn)方法有直接酶化法和間接酶 化法。 該殘液通常采用焚燒的方法來(lái)處 理 ， 該處理方法既浪費(fèi)原 料 ， 而 且焚燒殘液會(huì)給環(huán) 境帶來(lái)污染。 而 且 ， 降 低 了 乙 酷的單 耗 ， 減少了 乙 醋的揮 發(fā) ， 并能使產(chǎn)品中 的 乙 醒含量降低。 ② 乙 醇回收工藝的 優(yōu) 化 在 原 工 藝 中 ， 乙 瞪雖在一塔被大量脫 除 ，但 仍 有少量乙醒進(jìn) 入 二 塔和三塔 ， 導(dǎo) 致 乙 酸 乙 酶產(chǎn)品含有過(guò)量 的 乙 醋。解決辦 法 : 將原一塔 的加壓操作改為常壓操 作 : 在原催化劑破壞系統(tǒng)中加入足量的蒸館 水 ， 以 達(dá)到催化 劑的充分破壞 :在一塔塔頂采出乙醇、乙酸乙醋、乙醋、水來(lái)達(dá)到脫除水和乙酷的 目 的 ， 來(lái)出的頂液加入適量的水作為 催 化 劑 破壞液。(3)含水 量不能有效的控制 而 導(dǎo) 致催化 劑 不 能 穩(wěn)定的被破 壞 ， 間 接 導(dǎo) 致乙酸乙酶產(chǎn)品的質(zhì) 量。 14652 (1)乙醒縮合法 中 工 藝的改進(jìn) ① 水與 乙 醇 平衡 的 工 藝優(yōu)化 原三塔串聯(lián)精 館 工 序中會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn) 題 : (1) 粗 乙 酸 乙 酶 中含水量達(dá)到 % 的標(biāo)準(zhǔn) 。 。 。其它的方法還有加飽和鹽水 萃取脫水精制 、 采用有機(jī)溶劑萃取分離和添加恒沸蒸館分離等。 ②精館系統(tǒng)的改進(jìn) 傳統(tǒng)的精 館 工 藝中 由 于 存在 水 乙 醇 ， 乙酸 乙 酷的共 沸 ， 導(dǎo)致回流酶的帶水能力 很 差 ， 導(dǎo)致酶化塔和回流塔的回流比過(guò) 大 ， 結(jié)果 使 乙 酸 乙 酷的生產(chǎn)能耗很 高 。因此我們只對(duì)其 它 烯成 三 種 工 藝進(jìn)行經(jīng)濟(jì)對(duì)比。 表 四 種 工 藝 對(duì) 比 表 第 8 頁(yè)共 62 頁(yè) 工 藝方法 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 酶化法 濃硫酸有酸性強(qiáng)、吸水性強(qiáng)、性能穩(wěn) 定 、 價(jià) 廉等優(yōu)點(diǎn)，而且溶于反應(yīng)物 料 中 ， 是均相催 化 反 應(yīng) ， 反應(yīng)均勻，因而在全塔內(nèi)都能進(jìn)行 催 化 反應(yīng)。 另 外 SO//MnOm 型超強(qiáng)固體酸制備方法簡(jiǎn) 單，使用溫度較高，易同產(chǎn)物分離及易再生，不易腐蝕設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。2產(chǎn)生 酸 中 心而對(duì)酶化反應(yīng) 產(chǎn) 生催化作 用 ， 熔燒溫度和熔燒時(shí)間影響 SO/ γZr02 或 S042/Zr(OH汩的催化活 性 ， 最佳熔燒溫度和 熔燒時(shí)間分別為 弛。 H 工藝改進(jìn) 針對(duì)以上四種乙酸乙酶生 產(chǎn) 工 藝的對(duì) 比 ， J， 、0 H 工 藝都有他的不足之處， 可看出每種 對(duì) 于 部 分 工 藝存在的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)國(guó)外的學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)的改進(jìn)，包括催化劑的改進(jìn)、 精館系統(tǒng)的改進(jìn)和回收系統(tǒng)的改進(jìn)。表 產(chǎn) 工 藝的對(duì) 比 C。 ，句 此 工 藝的優(yōu)點(diǎn)是乙 酸 乙 黯 具有較高的 產(chǎn) 率 (90%)與選擇性 (95%)，而且 由 于 直接利用 豐 富 的 乙 烯 原 料 ， 因而能降低生產(chǎn)成本。 以附載在載體上的雜多酸或雜多酸金屬鹽為催化劑，在水蒸汽參與下，乙烯容 易水合成為乙 醉 ，隨即 乙 醇與參與 的 乙酸進(jìn)行酶化反應(yīng)得到乙酸乙醋。 送至最后精 館 工 序的產(chǎn)品蒸汽中含有大量的共沸組 份 ， 通 過(guò)采用高低不同的雙 壓力精館系 統(tǒng) ， 最有 效地去除共沸物組 份 ， 以 及最大限度地回收到高純 度 (%以 上 )乙 酸 乙 酶。固定床反應(yīng)器裝填了一種改進(jìn)的銅基催化劑，反應(yīng)在 適中 的壓力和 溫 度 下 進(jìn) 行，催化劑每六個(gè)月在裝置內(nèi)再生一次 ， 其 總 壽 命不 短 于 1 年。 (3) 乙醇脫氫歧化法 乙醇脫氫歧化法有三個(gè)基本步 驟 [1句。近年 來(lái) ， 隨著石油資源的逐漸減 少 ， 石油價(jià)格逐漸 上 升 ， 生物資源作為一種新 型 、 綠色、可持續(xù)能 源 ， 其前景會(huì)更加廣闊。 此 種 工 藝受原料的限制較 大 ， 適 合 于 乙 自草原料來(lái)源廣泛的地區(qū)。如在乙醇鋁的參與 下 ， 兩分子的乙醒重排成一 分 子 的 乙 酸 乙 酶 : 2CH3CHO 一 s 乙醇鋁會(huì)在反應(yīng)過(guò)程中被破壞，因此為使反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，須配備足夠的催化劑