南华大学化学化工学院毕业设计
一 前言
丙烯酸乙酯(ethyl acrylate),又名败酯酸乙酯，分子式CH2=CHCOOCH2 CH3，无色有刺激性气味的液体，具有催泪性,味酸,在标准状态下容易聚合,在热、光和过氧化物的条件下加快它的聚合，分子量100.12，凝固点-75℃，沸点99.4℃，相对密度0.9405(20/4℃)，折射率1.404，闪点15℃，难溶于水,能溶于醇和醚。
丙烯酸乙酯的实际使用是将其制成聚合物或共聚物，丙烯酸乙酯的聚合物能做皮革的防裂剂或涂料的基液, 丙烯酸乙酯与5%氯乙基乙烯基醚的共聚物是一种耐油,耐热性能良好的合成橡胶。在某些情况下它可代替丁氰橡胶；丙烯酸乙酯与乙烯的共聚物是一种热融性粘合剂, 丙烯酸乙酯可做防护涂料，油漆、粘合剂和纸张渍剂的原料。
丙烯酸酯橡胶（简称ACM）是以丙烯酸酯为主单体经共聚而得的弹性体，其主链为饱和碳链，侧基为极性酯基。由于特殊结构赋予其许多优异的特点，如耐热、耐老化、耐油、耐臭氧、抗紫外线等，力学性能和加工性能优于氟橡胶和硅橡胶，其耐热、耐老化性和耐油性优于丁腈橡胶。ACM被广泛应用于各种高温、耐油环境中，成为近年来汽车工业着重开发推广的一种密封材料，特别是用于汽车的耐高温油封、曲轴、阀杆、汽缸垫、液压输油管等，目前国内需求几乎全部依赖进口。
ACM的共聚单体可分为主单体、低温耐油单体和硫化点单体等三类单体。常用的主单体有丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸-2-乙基己酯等；随着侧酯基碳数增加，耐寒度增加，但是耐油性变差，为了保持ACM良好耐油性，并改善其低温性能，便合成一些带有极性基的低温耐油单体。
1、 目前国内生产和消费的情况：
尽管丙烯酸乙酯溶剂表面涂料增长速度较慢,但用于汽车表漆等溶剂表面涂料却增长较快。 丙烯酸乙酯乳胶表面涂料今后将显适度增长的趋势。 丙烯酸乙酯目前在国内的产量大约3万吨/年.生产厂家主要有北京东方化工厂,吉林化学工业公司,上海浦东开发区高桥石化公司。 2、 丙烯酸乙酯几种生产工艺的比较
丙烯酸乙酯在历史上曾经经历过几种不同的生产方法,较早的有Reppe法,氰乙醇法,后来还出现了乙烯酮法,丙烯氧化法等。其中
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(1)Reppe法:以乙炔,一氧化碳及水为原料,反应温度150℃,反应压力为 1.52-3.04Mpa。
用羟基镍做催化剂,进行液相反应生产，化学反应过程如下： CH≡CH + CO + CH3H2OH CH2 =CHCOOC2 CH3
由于在较高的温度,压力下,反应进行相当缓慢,且羟基镍(沸点43℃)分解和挥发严重。乙炔会分解以及乙炔与丙烯酸(酯)极易发生聚合引起危险等原因,对生产极不利。
（2）氰乙醇法：其法是最早工业化生产丙烯酸及其酯类的方法，由于反应过程中聚合物的生成不可避免，因此收率较低，仅为60~70%，成本高；且氰化物剧毒，严重污染环境，采用此技术的生产装置已于50年代全部关闭。
（3）乙烯酮法：乙烯酮法产品纯度高收率也较高，副产物和未反应的物料能多次使用，适用于连续生产，反应条件也比较简单。但原料是乙酸或丙
酮，价格相对于丙烯来说较贵，而且β-丙内酯已被公认为一种致癌物质。 （4）丙烯氧化法：近年来，通过不断改进催化剂的性能和工艺过程，优点更加明显，因此该技术问世以来，快速发展到世界各国，目前新建丙烯酸酯的生产装置一般采用丙烯酸直接氧化技术。
现国内生产对丙烯酸乙酯的需求量的不断增长，生产能力虽然能勉强满足实际生产的需要，但所得产品的收率与国外相比差距很大，副产品数量大。所以我们要不断完善现在有的商场工艺，提高产品质量，扩大生产规模，也可考虑采用先进生产技术新建新的丙烯酸乙酯生产装置，这样不仅可以满足国内对丙烯酸乙酯的需求，而且也有助于推动我国涂料，油漆等行业的发展。
本设计采用以丙烯酸和乙醇为原料，以浓硫酸为催化剂，甲苯为反应介质，在温度为100-110℃，压力为常压的反应条件下合成丙烯酸乙酯的工艺路线。在此基础上确定了酯化反应釜，并通过物料衡算和能量衡算，确定了反应釜及辅助设备的工艺尺寸以及经济效益的评价。此外还对工艺流程进行了初步的优化，同时也兼顾了环保方面的要求。达到了设计任务的要求。
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二 设计任务
1 设计项目：年产1000吨的丙烯酸乙酯的生产车间设计 2 产品名称：丙烯酸乙酯
3 原料规格：丙烯酸 95%（wt） 乙醇 95%（wt） 4 产品规格：纯度99.5%
5 生产方法：丙烯酸在甲苯为反应介质以浓硫酸为催化剂的作用下与乙醇发生酯化反应，生成丙烯酸乙酯。采用间歇操作，反应方程式： CH2=CHCOOH + CH3CH2OH CH2=COOCH2CH3 + H2O 6 反应工艺参数： 1）反应温度：110℃ 2）反应压力：0.1Mpa
3）原料配比：醇：酸=1：1.8（摩尔比） 4）反应转化率：96%（限量物） 选择性：97% 5）反应时间：4h 6）催化剂：浓硫酸
7）年生产时间：330天，每天三班
8）年生产能力：折算为100%丙烯酸乙酯1000吨/年
催化剂
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三 设计指导思想和设计原则
1 指导思想：
通过毕业设计使化工专业的学生初步地掌握工艺设计的一般程序和方法，受到化工设计的训练，使其具有一定的化工设计能力，对今后不论从事生产、基建、还是从事科研或管理工作都有十分重要的意义，对化工过程有更深地了解。
2 设计原则：
包括各专业、各方面的设计原则，如工艺路线的选择，设备的选型和材质选用，自控水平等原则。一般来说，总的设计原则是安全性、经济性、环保性、方便易行等。
四 生产方式的选择
化工生产的操作可分为全间歇，半间歇，连续，半连续四种由于本设计仅为1000吨的小型设计，采用间歇操作比较有利
丙烯酸乙酯生产能力根据设计任务规定为年产100％丙烯酸乙酯1000吨/年，取年工作日为330天，每天生产三班，则每班生产能力为1010kg/d。这样的规模采用间歇操作是比较合理的。 生产控制参数及具体操作: ⑴原料配比
丙烯酸：甲苯：乙醇：催化剂；阻聚剂=1：2.1053：1.8：0.1053 ⑵酯化温度、压力和酯化时间
生产过程酯化温度： 起始温度 27℃ 终止温度 110℃ 压力：0.1Mpa 酯化时间：4h ⑶酯化的具体操作
将乙醇、丙烯酸、甲苯、阻聚剂、催化剂按比例（见工艺流程方框图）加入
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酯化反应器中，开始搅拌，用夹套蒸气加热，使温度缓慢匀速上升，酯化4小时，并不断蒸出水及恒沸物，经冷凝器冷凝后进入分离器，上层油层返回酯化反应器，下层水层弃去。将所得反应物转入贮槽内，将所得反应物冷却，将贮槽内反应液转至中和洗涤器，用浓度为20％的碳酸钠液中和至PH值为7.0，搅拌半小时，静置分层后分取，粗酯再用20～30℃水洗涤。水洗后在蒸馏器中在减压条件下，蒸馏回收未反应的甲苯、醇，用直接蒸去低沸物，得到粗制酯，粗酯用占总物料0.01％的脱色剂脱色。过滤得丙烯酸乙酯成品。整个流程为酯化、中和、水洗、蒸馏、脱色。流程简图如下：
原料 酯化分离器 器 贮 槽 中和器 水洗罐 蒸馏器 脱色 成品
图4.1， 生产流程简图
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