2 工艺流程的确定
2.1 本课题设计内容和要求 2.1.1 设计要求
乙酸乙酯是一种重要的基本有机化工原料，其生产方法有直接酯化法和间接酯化法。该产品在酯化工艺中为最基础、也是最重要的酯化产品。研究并设计其生产工艺具有很重要的意义。 2.1.2 具体设计内容
（1）查阅文献，了解该产品的性质、性能、合成、应用等。选择合理的生产原料和制备工艺，采用先进的生产设备和控制手段，编制开题报告(工艺流程方框图、开题报告)；
（2）根据原料、产品和生产规模，绘制工艺流程草图，进行物料衡算和热量衡算(物料平衡图、原料消耗、能量消耗综合表)；
（3）进行主体设备和辅助设备的工艺计算与设备选型，并列出设备一览表； （4）绘制主体设备图；
（5）绘制带控制点的工艺流程图；
（6）进行生产车间布置设计(生产车间平面布置图和立面布置图)； （7）进行技术分析、经济效益分析、安全评价与环保评价。 2.2 设计方案的确定
目前在世界范围内，上述四种工艺都已经投入运行，但在国内投入运行的只有酯化法、乙醛缩合法、乙醇脱氢法，乙酸/乙烯加成法在国内还不够成熟。酯化法中新研究出的催化剂造价过高，乙醇脱氢法适合在乙醇产量高的地区或者是价格廉价的地区较合适，日本所有的乙酸乙酯都是采用乙醛缩合法,并且综合上面的概述中几种工艺的对比，本课题采用乙醛缩合法生产乙酸乙酯。 2.2.1反应原理
乙醛缩合法制乙酸乙酯可分为三个阶段：催化剂的制备、乙醛的缩合反应、催化剂的脱除和精馏提纯。
（1）乙醛的缩合反应
反应在两个串联的反应器中进行，第一个是釜式的反应器，第二个也是采用釜
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式的反应器。反应方程式为：
CH3CHOAl(OC2H5)3CH3COOC2H5
这样做的好处是，在第一个反应器之中，反应剧烈放出大量的热量，采用釜式的反应器搅拌的均匀，易于把热量移出，相对于管式的来说，温度易于控制，虽然转化率情况有所降低，但反应的可控性、安全性提高；第二个也采用釜式的反应器，是考虑到反应进行到后来，放热量已经不多，而且造价低。图2.2为缩合工序的流程简图。
催化剂乙醛来自一塔塔顶的乙醛二步缩合去蒸发工序一步缩合
图2.2 缩合工序的流程简图
（2）催化剂的脱除
我们通过加水的方法破坏掉催化剂，然后经过蒸发器将粗乙酸乙酯蒸出，氢氧化铝残液从下面排除，残液再经过一个分离器进一步分离出氢氧化铝，液体部分可以再返回蒸发器。
水来自二步缩合反应器的混合物 蒸发残渣
图2.3 蒸发工序流程简图
去第一蒸馏塔（3）精馏提纯
我们采用了三塔的模式，三塔均是常压操作，一塔脱乙醛；二塔脱出乙醇，脱出的乙醇用作生产催化剂；第三塔，塔上得到产品，塔下出重组分。同时还可以设计一个小塔，用来分离第三塔得到的重组分，有效地分离较纯副产物乙缩醛，产出乙缩醛，做到了副产品的有效利用。
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来自蒸发器的精乙酸乙酯去缩合工序脱乙醛去催化剂制备工序脱乙醇脱重组分重组分成品乙酸乙酯
图2.4 精馏提纯工序的流程简图
2.2.2 工艺流程
以下为乙醛缩合法合成乙酸乙酯各个工序的简述。图2.5为乙醛缩合法生产乙酸乙酸工艺流程简图。
以乙醇铝作为催化剂，乙醛通过自缩合反应生成乙酸乙酯，通过向单效蒸发器中加入过量的水，将催化剂乙醇铝破坏，再经过蒸发器将生成的氢氧化铝脱除。再依次通过脱乙醛精馏塔、脱乙醇粗馏塔和脱重组分塔，分别脱除粗乙酯中的乙醛、乙醇和乙缩醛，在脱重组分精馏塔塔顶得到较纯净的乙酸乙酯产品。
催化剂乙醛一步缩合来自一塔塔顶的乙醛二步缩合水 蒸发残渣回收乙醛脱乙醛成品乙酸乙酯脱重组分重组分回收乙醇脱乙醇 图2.5 乙醛缩合法生产乙酸乙酸工艺流程简图
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3 物料衡算
3.1数据采集
3.1.1全流程的工艺数据
（1）生产规模 年产3万吨乙酸乙酯 （2）生产时间 年工作时为7920小时
（3）生产效率 一步缩合反应釜中乙醛转化率为86.9%，二步缩合反应釜中乙醛的转化率为89.3%，在两个釜中主反应的选择性都为99.2%。 3.1.2 催化剂的配方
（1）催化剂的原料配比：见表3.1
表3.1 催化剂的原料配比[18](单位：g)
乙酸乙酯
140
乙醇 28
铝 5
氯化铝 2
氯化汞 微量
碘 微量
总计 175
（2）催化剂与原料的质量比
该反应中将催化剂和纯原料的质量比控制在1:8。 3.1.3 操作条件
（1）操作压力：全流程的操作为常压操作
（2）操作温度：一步反应缩合釜和二步反应缩合釜的操作温度都为10℃。 单效蒸发器的操作温度为90℃。
脱乙醛塔塔顶温度和塔底温度为：26.2℃和77.2℃。 脱乙醇塔塔顶温度和塔底温度为：76.3℃和78.2℃。 脱重组分塔塔顶温度和塔底温度为：83℃和110℃。 3.1.4 原料和产品的控制指标
表3.2 原料乙醛和产品乙酸乙酯的标准
项 目
纯度/% 水分/% 续表 3.2
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优 等 品 指 标
乙酸乙酯 99.7 0.3
乙醛 99.7 0.03
项 目
乙醇含量
0.1
优 等 品 指 标
在乙醛进料前进行干燥，干燥后的乙醛纯度为99.9%。 3.1.5 物料平衡关系图 全流程的物料平衡简图如下：
301.2 303.1 201.0 201.0乙醛进料； 201.1催化剂进料；201.2一步反应混合物料；202.1二步反应混合物料；301.1含氢氧化铝的混合液；301.2破坏液；301.3粗乙酯蒸汽；302.1塔顶乙醛；302.2侧线料；302.3粗乙酯；303.1塔顶乙醇；303.2塔底粗乙酯；304.1乙酸乙酯产品；304.2乙缩醛
图 3.1 全流程物料平衡关系图
3.2 一步缩合反应釜的物量衡算
本次设计为连续操作，因此以单位kg/h为基准。
3?107?0.997?3787.88kg/h。 纯净乙酸乙酯在脱重组分出口量应为：W=
330?24则需乙醛进料(纯度为0.999)：
因反应过程中有损失，将乙醛的入口流量定为3900kg/h。
201.1 302.1 201.1 R20302.1 201.2 R202 202.1 302.1 E30301.1 301.3 C30302.2 302.3 C30303.2 C30304.2 304.1
W?3791.67kg/h。 0.999
201.0 R201 201.2 图3.2 一步缩合物料平衡简图
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