工艺设计计算
1. 设计依据
《乙酸乙酯生产设计任务书》
2. 设计方案
对于乙酸乙酯的生产既可以采用间歇式生产，也可以采用连续式生产。本次设计将根据自己的生产规模计算，对设计方案进行比较，得出合理的工艺设计流程。
3. 工艺计算及方案选择
3.1 间歇釜进料 3.1.1 流量的计算 3.1.1.1 乙酸乙酯的产量
化学反应方程式：
浓硫酸CH3COOH?CH3CH2OH????CH3COOCH2CH3?H2O乙酸乙酯的相对分子质量为88，所以要求的生产流量为
10000?103?18.94kmolF酯=/h
88?6000
3.1.1.2 乙酸的流量
乙酸采用工业二级品（含量98%），乙酸与乙酸乙酯的物质的量比为1:1，乙酸的转化率x?60%,物料损失以5%计， 则乙酸的进料量
FA0=
18.94?34048kmol/h
0.59?0.95?0.983.1.1.3 乙醇的流量
乙醇与乙酸的摩尔配比为5：1，则乙醇的进料量为 F乙醇=5×34048=172.4kmol/h
3.1.1.4 总物料量流量：F= FA0+F乙醇=34048+ 172.4=206.88 kmol/h 3.1.1.5 硫酸的流量：总物料的质量流量如下计算， W总=FAMA+F乙M乙+W硫酸=因硫酸为总流量的1%，则
34048?60?172.4?46?10100.2kg/h
0.99 5
W硫酸=10100.3?0.01=101.00kg/h，即可算其物质的量流量
F硫酸=101.0/98=1.030kmol/h
表1 物料进料量表 .
名称 流量kmol/h 乙酸 25.87 丁醇 129.35 浓硫酸 0.774 3.1.2 反应体积及反应时间计算
当乙醇过量时，可视为对乙酸浓度为二级的反应，其反应速率方程
2（A为乙酸） ?rkcA?A当反应温度为80℃，催化剂为硫酸时，反应速率常数
??k=15.00L=0.9m3/(kmol.h) /kmol?min因为乙醇大大过量，反应混合物密度视为恒定，等于0.85kg/L
c
0.85?10000A,0?5?46?60?29.3
当乙酸转化率x ? 59 %，由间歇釜反应有：
dcA1t?????cAo(?r)kAcAdcA111111?cAoc2A?k(cA?cA0)?0.9(29.3?0.41?29.3)?0.5cA
根据经验取非生产时间 VR???t0.5h，则反应体积
FA034.48(t?t,)??(0.55?0.5)?12.36m3 cA029.312.36?16.48m3 要求每釜体积小于5m3 0.75因装料系数为0.75，故实际体积 VR? 则间歇釜需4个，每釜体积V=4.12 m3圆整，取实际体积V?4.5m3。
3.2 连续性进料的计算 3.2.1 流量的计算
6
3.2.1.1 乙酸乙酯的产量化学反应方程式：
乙酸乙酯的相对分子质量为88，所以要求的生产流量为
10000?103?14.21kmol/h F酯=
88?80003.2.1.2 乙酸的流量
乙酸采用工业二级品（含量98%），乙酸与乙酸丁酯的物质的量比为1:1，乙酸的转化率x?60%,物料损失以5%计， 则乙酸的进料量
FA0 =
14.21?25.87kmol/h
0.59?0.95?0.983.2.1.3 乙醇的流量
乙醇与乙酸的摩尔配比为5：1，则丁醇的进料量为
F乙醇?25.87?5?129.35kmol/h
3.2.1.4 总物料量流量：F=FA0?F乙醇?25.87?129035?155.22kmol/h 3.2.1.5 硫酸的流量：总物料的质量流量如下计算， W总=FAMA+F乙M乙+W硫酸=因硫酸为总流量的1%，则
W硫酸=7578.1?0.01=75.78kg/h，即可算其物质的量流量
F硫酸=75.78/98=0.774kmol/h
表2 物料进料量表 .
名称 流量kmol/h 乙酸 25.87 乙醇 129.35 浓硫酸 0.775 25.87?60?129.35?46?7578.1kg/h
0.993.2.2 反应体积及反应时间计算
当乙醇过量时，可视为对乙酸浓度为二级的反应，其反应速率方程
2（A为乙酸） ?rkcA?A??/kmol?min当反应温度为80℃，催化剂为硫酸时，反应速率常数k=15L
因为乙醇大大过量，反应混合物密度视为恒定，等于0.85g/cm3。因硫酸少量，
7
忽略其影响，
85?1000cA,0?05.?46?60?2.93
对于连续式生产，若采用两釜串联，系统为定态流动，且对恒容系统，?0不变，
?i?Vi不变 ?0?cV?cA0A1V1c2cA1A2 ????(?r)?(?r)A1A2ccccA0?A1A1?A2 ?22kckc1A12A2若采用两釜等温操作，则
3代数解得 cA1?1.73kmol/m
k1?k2
所以 V?FA0(cA0?cA1)25.87?(2.93?1.73)3??3.9m 22cA0kcA12.93?0.9?1.73装料系数为0.75，故实际体积V=3.9?0.75=5.2m3。故采用一条的生产线生产即可，即两釜串联，反应器的体积V<5.5m3， 3.2.3 反应时间：连续性反应时间 ??3.3 设计方案的选择
经上述计算可知,间歇釜进料需要4.5m3反应釜3个,而连续性进料需2个4m3反应釜。根据间歇性和连续性反应特征比较，间歇进料需2条生产线，连续性需1条生产线。虽然，间歇生产的检测控制等装备就比连续性生产成本高，所耗费的人力物力大于连续生产，但该课题年产量少，选择间歇生产比连续生产要优越许多。故而，本次设计将根据两釜串联的的间歇性生产线进行，并以此设计其设备和工艺流程图。
附：表3. 物料物性参数[1] 名称 密度g/m3（100C）
8
oVcA0?cA12.93?1.73???0.45h v(?rA)0.9?1.732
熔点/oC 沸点/oC 黏度/mPa.s 百分含量 乙酸 乙醇 乙酸乙酯 1.045 0.810 0.894 16.7 -114.1 -83.6 118 78.3 77.2 0.45 0.52 0.25 98% 98% 98%
表4.乙酸规格质量[1]：GB1628-79 一级 二级 外观 ≤ 铂钴30号，透明液体无悬浮物 KMnO4试验/min ≥ 5.0 —— 乙酸含量/% 99.0 98.0 甲酸含量/% 0.15 0.35 乙醛含量/% 0.05 0.10 蒸发残渣/% 0.02 0.03 重金属(以Pb计)/% 0.0002 0.0005 铁含量/%
0.0002 0.0005
4、工艺流程图
根据设计方案由CAD作出其反应流程图如下 图为反应过程的工艺流程图
9