北京理工大学珠海学院2011届本科生毕业设计
发展，目前乙酸工业生产方法主要有乙醛氧化法，甲醇羰基氧化法，丁烷（轻油）液相氧化法，乙烯直接氧化法。
甲醇低压液相碳化法由于原料低廉，操作条件缓和，乙酸产率高，质量好且工艺简单等优点，是近年来发展最快的方法，据统计，目前利用该工艺生产的装置占世界总产能的60%以上，其次乙烯乙醛法约占20%，轻烃氧化法约占10%，其它方法约占10%?3?。
1.2 工艺技术的比较与选择
按原料路线，乙醛氧化法分为乙醇-乙醛氧化法，乙炔-乙醛氧化法，乙烯-乙醛氧化法。乙醇-乙醛氧化法属传统方法，用该法生产1t乙酸耗粮食2t，成本高，规模小，该工艺生产路线在发达国家已经被淘汰，在发展中国家仍有应用，但最终随着乙酸工艺技术的发展而取代。乙炔-乙醛氧化法因为需要使用硫酸汞作为催化剂，存在严重的汞污染，故该法在国外已经被淘汰，国内尚有2.5万t/a装置能力，已处于半停产状态，不久也将会被淘汰。乙烯-乙醛氧化法在20世纪60年代发展迅速，但因为该法所利用的自然资源限于石油，其技术经济指标不及用甲醇碳化工艺，国外利用该工艺建成的生产装置已全部停产，但在我国仍在应用，因此该方法没有得到更大发展?4?。
甲醇羰基化工艺，当装置规模向超大型发展时能显示其突出的经济性，一旦建厂，产量对市场的冲击性很大，在市场需求十分巨大的地区，甲醇羰基化工艺是首选目标。该工艺有高压法和低压法两种技术。本设计采用低压法甲醇羰基化工艺，该工艺以碘化铑为催化剂，工艺反应条件温和，收率高，生产成本低?5?。
本设计引用乙醛氧化法生产工艺。乙醛氧化法在孟山都法商业生产之前，大部分的乙酸是由乙醛氧化制得。尽管不能与甲基羰基化相比，此法仍然是第二种工业制乙酸的方法。
1.3 原料及产品规格
原料：乙醛
乙醛含量≥99.5wt% 水含量≤0.5wt% 产品规格：乙酸含量% ≥ 99wt%
1.4 三废处理 1.4.1 废气处理
废气中主要成分为一氧化碳，可直接焚烧或通过变压吸附装置回收一氧化碳后焚烧。
经处理后的废气符合国家现行排放标准。
1.4.2 废水处理
间歇排放的少量废水，这是设备、管道检修时的冲洗液及地面冲洗水，这些含醋酸的
废水经一级中和处理后，送废水处理站，经生化处理后达到排放标准。
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废液量也很少，废液中含有有机组分，主要含醋酸、丙酸，可送去综合利用或送焚烧站焚烧。
1.5 确定方案 1.5.1 设计依据
醋酸生产消耗定额见表1-1
表1-1消耗定额
名称 乙醛 氧气 冷却水 醋酸锰 单耗（每吨醋酸） 770kg 260m3 250m 2kg 3
本设计依据教科书实例，结合现在乙酸工业实际，提出设计要求，对通过分析做出理论计算，为工业设计人员提供理论上的设计依据。
1.5.2 设计方法
本设计在给定的已知条件下采用简捷计算法，设计出符合要求的筛板式连续精馏塔。
1.5.3 设计流程
本设计采用连续精馏，氧化液连续流入蒸发器1，在120度到125度气化，醋酸锰和焦油状高沸物杂质则留存器底，定期清除。蒸发器1蒸出乙酸蒸汽，连续进入脱低沸物塔2，该塔塔板数约50块，在塔内主要是将氧化液中低沸物如乙醛，甲酸，乙酸甲酯和水蒸出。塔顶装有回流冷凝器3，自动调节冷凝器的水量。未冷凝的气体进入乙酸回收系统。塔底的乙酸含有少量的高沸物和微量的低沸物。经过调节后，以稳定的流量连续地进入脱高沸物塔。其塔顶也装有回流冷凝器3，自动调节冷却水的水量，以控制温度。冷凝的乙酸，部分回流入塔，部分作为产品送往贮槽。该塔塔底脱出高沸点物??。
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图1-1 本设计的简易流程示意图
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1.6 操作条件的确定 1.6.1 塔板类型的选取
由于粗醋酸的腐蚀性较强，板式塔塔板更易被腐蚀，但随着化学工业不断发展，新的耐腐蚀材料不断研制成功，在醋酸生产中有的采用了板式塔。板式塔的生产能力高，在高压下，板式塔的分离效率优于填料塔，结构简单，造价低廉，易于操作。
塔板的类型一般有泡罩塔，筛板塔，浮阀塔，斜孔塔等，本设计选取筛孔塔板，其结构简单，造价低；板上液面落差小，气体压降低，生产能力较大；气体分散均匀，传质效率较高。但其也有不足的地方，筛孔易堵塞，不宜处理易结焦和粘度大的物料。
1.6.2 进料状态
采用泡点进料，不仅对稳定塔操作较为方便，且不受季节温度影响。综合考虑，本设计采用泡点进料。泡点进料时，基于恒摩尔流假定，精馏段和提镏段上升蒸汽的摩尔流量相等，故精馏段和提镏段塔径相等，制造上较为方便。
1.6.3 加热方式的选择
间接蒸汽加热是通过加热器使釜液部分汽化。上升蒸汽与回流下来的冷液进行传质，其优点是使釜液部分汽化，维持原来的浓度，以减少理论塔板数。但其缺点只是增加了加热装置。本设计采用间接蒸汽加热。
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2 精馏塔的工艺计算
2.1 物性数据
2.1.1 粗醋酸中各组分的物理性质
表2-1 粗醋酸各组分的物理常数
物品名称 分 子 式 分子量 沸点，℃， 临界温度，℃ 临界压强，Mpa 醋 酸 CH3COOH 60 118.1 321 5.786 甲 酸 HCOOH 46 100.8 — — 乙 醛 CH3CHO 44 20.8 188 5.573 醋酸锰 Mn(CH3COO)2 172.94 — — — 水 H2O 18 100 374.3 22.048 醋酸甲酯 CH3COOCH3 74 57.1 233.8 4.691 三聚乙醛 (CH3CHO)3 132 124.4 — — 亚乙基二醋酸酯 CH3CH(OCOCH3)2 146 10.8 — —
2.1.2醋酸水溶液气-液平衡关系表?1?
表2-2醋酸水溶液气-液平衡关系表?1?
醋酸，分子% 液相 0 5.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0 气相 0 3.7 7.0 13.6 20.5 28.4 37.4 100 100.3 100.6 101.3 102.1 103.2 104.4 温度t/℃ 醋酸，分子% 液相 60.0 70.0 80.0 90.0 95.0 100 气相 47.0 57.5 69.8 88.8 89.0 100 温度t/℃ 105.8 107.5 110.1 118.8 115.4 118.1
2.1.3水和醋酸的安托尼常数 lgP0?A?B C?t表2-3 水和醋酸的安托尼常数
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常数 水 醋酸 A 7. 07406 6. 42452 B 1657. 46 1479. 02 C 227. 02 216. 82
2.2 物料平衡
年产2.0万吨/年乙酸，工作日330天。一年相当于7920小时。 则每小时生产乙酸20000×1000kg/7920=2525.253kg/h 根据消耗定额得每小时乙醛进料量为：1000/770=2525.253/m乙醛 则m乙醛=1944.445kg/h
所以选择乙醛每小时进料量为2000kg/h
2.3氧化塔物料衡算
（1）氧化塔物料衡算中的已知数据
① 每小时通入氧化塔的乙醛量为10000kg/h ② 氧化过程中乙醛总转化率为99. 3% ③ 氧化过程中氧的利用率为98. 4%
④ 氧化塔塔顶补充的工业氮使其浓度达到45%
⑤ 未转化的乙醛在气液相中的分配率（体积%） 气相：34% 液相：66% ⑥ 原料组成见表2-4
表2-4 原料组成
原料乙醛%（质量） 乙醛 99. 5 醋酸 0. 1 水 0. 3 三聚乙醛0. 1 工业氧%（质量） 氧气 98 氮气 2 工业氮%（质量） 氮气 97 氧气 3 催化剂溶液%（质量） 醋酸 60 醋酸锰 10 水 30 催化剂中醋酸锰用量为氧化塔进料乙醛重量的0. 08%
⑦氧化过程中乙醛的分配率
1 主反应 CH3CHO?O2?CH3COOH 96%
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