醋酸乙烯生产设计毕业论文.doc

课题名称醋酸乙烯生产设计姓 名 学 号 系(分院) 专 业 班 级 指导教师 企业指导教师12目录摘要、关键词1引言2第一章 绪论2 1.1醋酸乙烯的理化性质2 1.2醋酸乙烯的主要用途3 1.3醋酸乙烯的生产现状与发展趋势3 1.3.1醋酸乙烯的国内生产现状及市场前景3 1.3.2醋酸乙烯的国外生产现状及市场前景3 1.4课题要求及意义4 1.4.1课题的要求4 1.4.2课题的意义4第二章 醋酸乙烯的生产技术及研究4 2.1醋酸乙烯的生产工艺方法4 2.1.1直接酯化法4 2.1.2乙醛缩合法5 2.1.3乙醇催化脱氢法5 2.1.4乙酸乙烯加成酯化法6 2.1.5乙炔气化法6 2.1.5其他方法7 2.2醋酸乙烯的生产工艺流程7 2.2.1醋酸乙烯合成原理8第三章 主要设备的工艺设计和选型8 3.1固定床反应器8 3.2醋酸乙烯精馏塔8第四章 生产要求8 4.1生产操作8 4.2安全要求9结论9参考文献10致谢12醋酸乙烯生产设计摘要：中国是一个煤炭资源丰富的国家，发展煤炭实业，生产新的化工原料，有极大的潜力和优势。醋酸乙烯作为一种新型的有机化工原料，广泛应用于有机合成、维尼纶。粘接剂、涂料工业等。寻找合理的生产方法是当务之急。醋酸乙烯作为中间体，随着聚乙烯醇非纤维领域应用的拓展，使得醋酸乙烯的需求不断增长，提高醋酸乙烯的产量和质量尤为重要。醋酸乙烯通过自身聚合或与其它单体共聚，可以生成聚乙烯醇、醋酸乙烯乙烯共聚乳或共聚树脂，聚醋酸乙烯、醋酸乙烯-氯乙烯共聚物、聚乙烯醇缩甲醇醋酸等。 本文介绍了醋酸乙烯的理化性质、主要用途以及醋酸乙烯的生产现状和发展趋势，总结了合成醋酸乙烯的生产工艺方法。关键词：醋酸乙烯，生产工艺流程，生产工艺引言醋酸乙烯(VAc)是一种无色透明、有强烈气味的液体，是世界上产量最大的50种化工原料之一，作为重要的有机化工原料，主要用于生产聚醋酸乙烯(PVAc)、聚乙烯醇(PVA)、乙烯一醋酸乙烯共聚物(EVA)、氯乙烯一醋酸乙烯共聚物(EVC)、聚丙烯腈共聚单体等衍生物，这些衍生物的用途十分广泛，可用于涂料、浆料、粘合剂、维纶、薄膜、乙烯基共聚树脂、缩醛树脂等化工产品，随着科学技术的进步，新的应用领域还在不断拓展。醋酸乙烯是醋酸的下游产品，又是需求发展迅速的聚乙烯醇等原料。目前国内乙烯生产虽能达到108.3万吨，但是仍然不能满足总量需求，每年都有一定的进口。随着我国国内对醋酸乙烯的需求增大，国内醋酸乙烯市场总体前景较好。第一章 绪论1.1醋酸乙烯的理化性质CH3COOCHCH2，分子量86.09无色液体。熔点-l0020。沸点73。密度09335gcm3。闪点-778。自燃点42667。折射率13958。微溶于水，能溶于醚、醇等大多数有机溶剂。易聚合。为防止聚合，通常商品中加入阻聚剂。遇氯、溴、氧则迅速起加成反应。遇盐酸、氟化氢、硝酸、硫酸、氯磺酸、发烟硫酸等反应猛烈。其蒸气能与空气形成爆炸性混合物。遇火星、高温、氧化剂有燃烧危险。1.2醋酸乙烯的主要用途醋酸乙烯单体是醋酸及其衍生物行业中最主要的初级衍生物加工产品，也是有机合成化工中的主导性原料之一，有较高的生产制备及衍生加工的技术经济价值。作为醋酸的再加工物，醋酸乙烯的生产开发状况对醋酸行业的整体发展具有日益显著地影响作用。醋酸乙烯用于生产聚醋酸乙烯、聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、氯乙烯-醋酸乙烯共聚物等众多聚合物类产品、该产品广泛应用于纺织、化工、建筑、造纸、卷烟、家具、包装、装潢、装饰、化妆、洗涤、医药、印刷、电器、橡胶、皮革、化纤、电子、精细化工、等众多领域。主要用作乳化剂、稳定剂、整理剂深层材料、化学浆料、塑料材料、薄膜制品、防护涂层、纤维材料等。在纤维领域，醋酸乙烯主要用于维尼纶合成和醋酸乙烯一丙烯腈类纤维。1.3醋酸乙烯的生产现状与发展趋势1.3.1醋酸乙烯的国内生产现状及市场前景目前乙酸乙酯生产技术发展较快，其生产工艺新，生产规模大，主要生产方法有乙醛缩合法和乙酸-乙烯酯化法。从1964年开始，日本Chisso公司13完成第一套2.4万吨乙醛缩合法制乙酸乙酯生产装置，到1981年该项技术转让日本协和石油、意大利和台湾等厂家以来，其生产装置不断扩大，该公司自己又建立了3套工业生产装置，西欧共有5套乙醛缩合法生产装置。国内上海石化股份公司采用黑龙江省石化院的中试技术，建成20万吨乙醛缩合制乙酸乙酯生产装置，于2001年2月一次试车成功，已生产出合格产品。这标志着我国生产乙酸乙酯的技术已跨入了世界先进行列，这项技术的国产化提高了乙酸乙酯的生产技术水平，降低了生产成本，为乙醛找到了新的发展方向，使国内乙酸乙酯的生产更具竞争力。1.3.2醋酸乙烯的国外生产现状及市场前景日本昭和电工公司14在印尼Merak的50-70万吨装置上采用乙酸和乙烯加成酯化法生产乙酸乙酯，其装置的费用仅为传统酯化法装置的一半。英国BP公司采用乙酸和乙烯加成酯化法生产工艺，在2001年建成220万吨乙酸乙酯生产装置，现已投产。美国因乙醇价格低廉,所以仍采用酯化法生产技术。另外，美国Davy Mckee和Union Carbide公司还开发了乙醇脱氢制乙酸乙酯并水解制乙酸的工业装置。化工部西南化工研究院开发了乙醇脱氢制乙酸乙酯工艺，并在山东博兴建立30万吨中试装置。世界醋酸乙烯主要用于生产聚醋酸乙烯、聚乙烯醇以及乙烯一醋酸共聚物等。2008年世界醋酸乙烯的消费结构为：聚醋酸乙烯的需求量约占总需求量的44.1%，聚乙烯醇占40.9%，乙烯一醋酸乙烯共聚物占9.0%，其他方面的需求量占6.0%.世界各个主要国家和地区醋酸乙烯的消费结构各不相同，其中美国和西欧醋酸乙烯主要用于生产聚醋酸乙烯均聚物，美国所占比例51.0%、32.3&，西欧分别为58.7%和23.8%。1.4课题要求及意义1.4.1课题的要求课题要求查阅与该课题所相关的一些资料，对醋酸乙烯的性质和用途、国内外的市场情况和发展趋势、目前主要的行业生产原理和路线，以及工业生产中的生产做一个充分的了解。然后根据所查的资料和一些前沿科技知识以及自己所拥有的知识体系做根据，根据不同生产工艺路线及其优缺点，选择合成醋酸乙烯的合适方法。通过老师的指导，优选工艺，设计醋酸乙烯的生产工艺。1.4.2课题的意义 醋酸乙烯是一种重要的有机化工原料，是世界上产量最大的50种有机化工原料之一。通过自身聚合或与其他单体共聚，可以生成多种衍生物。这些衍生物的用途十分广泛，可以用于纸张或织物的上胶剂、粘接剂、涂料、墨水、皮革加工、纤维加工、乳化剂、水溶性膜、土壤改良剂等方面。近年来，我国醋酸乙烯生产有较大幅度增长。但随着对其应用领域的不断开拓以及国家经济发展速度的加快，尤其是建筑、造纸、印刷、汽车、卷烟、食品等行业的快速发展，使醋酸乙烯的需求量逐年上升，市场供需矛盾同间突出。因此，发展醋酸乙烯工业具有广阔的市场前景，这次设计非常具有可行性第二章 醋酸乙烯的生产技术及研究2.1醋酸乙烯的生产工艺方法2.1.1直接酯化法由乙酸和乙醇在硫酸等催化剂催化下直接酯化合成乙酸乙酯，该工艺是目前国内广泛采用的生产工艺，生产成本高，催化剂硫酸对设备腐蚀严重，副反应多，对环境有污染。长期以来，科研工作者在催化剂方面和生产工艺改进方面做了大量的工作2，如用酸性阳离子交换树脂、分子筛、杂多酸和固体超强酸等来代替硫酸，以解决设备腐蚀和污染问题，但这些催化剂催化活性下降快，催化效率较低，成本高，以及与现有工艺的适用性等问题，至今没有实现工业化.2.1.2 乙醛缩合法乙醛缩合法是有由两分子乙醛经季申柯反应缩合成一分子乙酸乙酯35，催化剂为乙醇铝、氯化铝及氯化锌等，反应温度0-10。其生产工艺是将乙醛、乙醇铝催化剂及助催化剂连续送入反应器，反应液经蒸发浓缩后，再经三塔精馏，获得纯度99.8%以上的乙酸乙酯产品。此工艺的优点在于反应是在常压低温下进行，转化率与收率高,工艺条件比较温和，对设备要求不高，生产成本较酯化法低。缺点是受原料来源制约，仅适宜于生产乙醛的厂家，催化剂乙醇铝无法回收，最后通过加水生成氢氧化铝排放，对环境有一定污染。2.1.3 乙醇催化脱氢法 该反应不用乙酸，直接用乙醇氧化一步合成乙酸乙酯，能从根本上克服旧工艺的缺点。其催化体系主要用的是Pd-C、骨架Ni、Cu-Co-Zn-Al混合氧化物及Mo-Sb二元氧化物等催化剂。这些体系对乙醇转化有一定的活性，但其催化性能还有待进一步改进。麦景红6等采用Cu-ZnO-Al2O3催化剂体系，反应条件1.0MPa、250，乙醇液相空速1.0h-1。该工艺乙醇转化率60%-65%，乙酸乙酯的选择性85%-90%。伏再辉7等研究了乙醇在双功能Pd-Cu分子筛催化剂上一步合成乙酸乙酯的反应，分子筛基体为ZSM-5，硅铝比38，Pd为0.50%(质量分数)，Cu为2.00%(质量分数)。Pd是氧化活性中心的主成分，Cu要对Pd的氧化功能起调变作用，以减少乙醇深度氧化副反应，提高酯化选择性。分子筛的酸性强弱对活性,特别是对酯化选择性有明显的影响，其活性和选择性最高达84.5%和71.2%。乙醇脱氢制乙酸乙酯的优点是收率较酯化法高；成本较酯化法低10%-27%；腐蚀小，易形成规模化生产。缺点是转化率和选择性低，分离系统尚存在一定问题。2.1.4乙酸-乙烯加成酯化法 乙酸和乙烯酯化法是近年来研究的热点,该工艺相对于其他工艺而言，由于直接利用丰富的乙烯原料，原料利用合理,来源广泛,价格低廉，因而降低了生产成本，加上一次投资费用低，环境友好，经济效益高，已成为未来乙酸乙酯生产的发展方向。乙烯酯化法使用的催化剂品种主要有液体无机酸和有机磺酸类、分子筛类和杂多酸类催化剂。 硫酸是最早使用的催化剂，浓度为0.46mol/l,在150及7.7MPa下，乙酸与乙烯反应3h，乙酸乙酯的收率可达86.9%。硅胶固载的烷基磺酸、芳基磺酸等有机磺酸对乙酸和烯烃同样具有很好的催化活性。此类催化剂的优点是催化效率高,但反应后处理困难，副反应多，催化剂寿命短。 CRANE R A8采用MCM-22、MCM-49、MCM-56、ZSM-5和沸石固体酸作催化剂，当反应为间歇反应时，醋酸和乙烯的物质的量之比为0.5/2，连续反应时醋酸的重量空速为0.52h-1，反应温度200250，反应压力2200kPa11000kPa下。乙酸乙酯的产率最高可达28%。杂多酸类催化剂是目前受到普遍关注的催化体系，日本Showa Denko公司和Mitsui Toatsu Chemicals公司以及英国的BP公司均采用该催化体系建立了工业化生产装置，取得良好的结果。2.1.5乙炔气相法 1921年，德国Consortium fur Electrochemische Industrie公司开发出了乙炔、醋酸气相合成醋酸乙烯的方法-乙炔气相法。该方法要以Wacker和Borden流程为代表。（1） Wacker法工艺 1928年，德国Wacker化学公司采用固定床列管式反应器建立第一套乙炔气相法醋酸乙烯工业装置。该法是电石乙炔法的典型工艺。1965年， 可乐丽公司首先使用了流化床反应器，随后美国DuPont、日本合成化学公司也相继采用。到20世纪60年代后期，固定床工艺大多转换为流化床工艺。（2） Borden法工艺 Borden法工艺是20世纪60年代初美国Borden公司和Blawknox公司合作开发成功的。该法以天然气部分氧化制取乙炔，用副产的合成气制取醋酸，然后两者合成制取醋酸乙烯。该法主要工艺过程和设备Wacker法相似。当时这种新方法在天然气丰富的国家和地区得到了广泛的应用。2.1.5其他方法 （1）以煤为原料的羰基合成法20世纪80年代，美国Halon公司开发以煤为原料制取醋酸乙烯工艺，工艺过程大致如下：首先一枚为原料制合成气，合成气羰基合成甲醇，甲醇与合成气羰基合成醋酸，醋酸与甲醇酯化得到及、醋酸甲酯。醋酸甲酯通过羰基化反应生成亚乙基二乙酸酯，再经热裂解生成醋酸乙烯和醋酸。（3） 醋酸单一原料法 Eastman Chemical Compang开发了一种以单一醋酸为原料的3步法液相生产醋酸乙烯技术。第1步醋酸裂解为乙烯酮；第2步乙烯酮加氢为乙醛；低步乙醛与额外的乙烯酮所合成醋酸乙烯。该方法用于醋酸酐为溶剂，质子酸为催化剂，反应温度为85200，反应压力为0.52Mpa。该技术克服了以煤为原料工艺存在的缺陷，避免了醋酸在工艺过程中大量循环。其主要缺点是每1mol醋酸乙烯须2mol乙烯酮为原料，而乙烯酮装置的投资费用较高。该法在经济上不如乙烯法工艺。2.2醋酸乙烯的生产工艺流程 电石乙炔法合成醋酸乙烯主要包括乙炔气相发生及净化、醋酸乙烯的合成及精制等四个部分。在我国主要采用此法生产醋酸乙烯。 电石经电磁震动加料器连续加入乙炔发生器，电石与水发生化学反应生成的乙炔从发生器顶部逸出进入乙炔净化装置中净化，再进入反应器中与醋酸蒸汽反应合成醋酸乙烯，反应器出料混合物转移至分离工段进行初步分离再进入精馏工段中进行精馏，制得纯度99.5%的醋酸乙烯目的生成物。2.2.1醋酸乙烯合成反应原理 乙炔是具有三键的不饱和烃化合物，化学性质相当活泼，能与带有活泼氢的化合物进行加成反应，使乙炔中的三键变为结构较为稳定的各种乙烯基（双键）或烷基衍生物。醋酸是一种具有活泼氢的化合物，醋酸乙烯的生产就是利用乙炔与带有活泼氢的醋酸进行乙烯基反应这一原理。C2H2+CH3COOHCH3COOH=CH2从热力学角度分析，此反应在常温下就可以进行完全，但是反应速度极其缓慢，必须有触媒的存在，并在一定温度下进行反应才有工业化意义。本工艺采用醋酸锌-活性炭作触媒，在170220于常压下进行合成反应。其反应机理为：（1） 乙炔分子吸附在触媒的表面上形成络合物：C2H2+Zn(OCOCH3)2HC=CHZn（OCOCH3）2 (2) 这一络合物迅速进行分子重排，生成新的中间化合物：HC=CHZn(OCOCH3)2CH2=CHOCOCH3Zn(OCOCH3)CH2=CHOCOCH3Zn(OCOCH3)+CH3COOCH=CH2+Zn(OCOCH3)2（2） 醋酸乙烯合成反应就是按以上三步进行的，反应(1)最慢。根据化学平衡原理，在生产中用提高乙炔对醋酸克分子比的方法，增加乙炔的浓度以加快合成反应速度，从而得到较高的空时收率。第三章 主要设备的工艺设计和选型3.1固定床反应器乙炔气相法合成醋酸乙烯的反应器主要有固定床反应器和流化床反应器，据反应的转化率、选择性、反应热提供或转移的方法、催化剂的性能和寿命等几个方面因素选择。固定床反应器被广泛应用于流一固相催化和非催化反应，尤其适用于要求高转化率和高选择性的反应，这次化工设计采用固定床反应器。固定床反应器按催化剂床与外界是否进行热量交换可以分为绝热反应器和换热反应器，工业上普遍采用换热式反应器，尤其是列管式换热反应器。3.2醋酸乙烯精馏塔精馏塔就是醋酸乙烯精馏塔，也是整个醋酸乙烯精馏塔装置的核心装置。因此，本次设计关于精馏塔工艺设计及选型选取它作为代表。从生产能力大、效率高、流动阻力小、有一定操作性。结构简单造价低及安装检修方便、能满足物系某些工艺特性六个方面考虑，本次设计选取板式精馏塔。第四章 生产要求4.1生产操作 （1）设备布置尽量和工艺流程一致，避免交叉往返送料。尽量采用位差送料，一般从高层到低层设备布置槽反应设备贮槽、重型设备和振动设备。 （2）相互有联系的设备尽量靠近，但是要考虑操作、送料及半成品堆放等空地。 （3）相同、相似设备尽可能对称、集中，以利操作管理及水、电、气等供应。 （4）考虑进出料、取样、观察等方便。4.2安全要求 （1）采光要好，尽量避光操作，高大设备避光免靠窗挡光。 （2）通风要好，高温、有毒。易燃、易爆装置尽可能采取敞开式，以利于通风散热。机械通风效果要好，根据逸出气体或粉尘量的允许浓度确定通风量和通风次数。 （3）有毒物质的设备放置下风，操作单位应在上风。剧毒物质的设备要隔离操作、单独排风。易燃易爆等危险化学品的生产部分应使其局部化，缩小它的影响范围。 （4）对于腐蚀性的物质，要做好保护措施，带上胶皮手套。结论合成醋酸乙烯的工艺方法很多，有乙炔法，乙烯法，以煤为原料的羰基合成法，乙醛缩合法，乙醇催化脱氢法，直接酯化法等，醋酸乙烯工业的发展具有广阔前景，可以生成应用很广的衍生物，可以用于涂料、浆料、粘合剂、维纶、薄膜、乙烯基共聚树脂、缩醛树脂等化工产品，随着科学的进步，新的应用领域还在不断拓展。本次设计采用的工艺路线是在各方面都比较成熟的一条路线，也是我国主要采用的方法。因此在现有基础上我们可以充分利用他人成熟的工艺，吸取他人已有的经验，进行大规模生产以满足市场需要，从而获得最大的经济效益和社会效益。本文介绍了醋酸乙烯的理化性质、主要用途以及醋酸乙烯的生产现状和发展趋势。总结合成醋酸乙烯的生产工艺方法，对比不同的生产工艺路线及其优缺点，同时提出合成醋酸乙烯技术的选择原则，阐述了未来醋酸乙烯合成技术的发展趋势，以及合成醋酸乙烯的生产工艺流程。综上，这次设计通过对产品市场的预测和分析，认为项目国际、国内市场前景良好。参考文献（1） 李保华，工业醋酸乙烯合成工艺及反应器模拟与优化【D】，湘潭，湘潭大学，2006（2） 钱伯章，醋酸乙烯生产技术与国内外市场【J】，上海化工，2010.3.35（3）；31-34（3） 崔小明，陈天舒，醋酸乙烯生产技术进展及国内外市场分析【J】，精细与专用化学品，2010.3,18（3）；5-12（4） 崔小明，国内外醋酸乙烯供需现状及发展趋势【J】,化学工业，2009.10,25（5）;57-62（5） 李玉芳，伍小明，醋酸乙烯的供需现状及国外市场前景【J】,化学工业，2010.9,28(9);12-18（6） 程学杰，醋酸乙烯生产技术发展综述【J】,化工时刊，2008.6,22（6）；68-72（7） 程学杰，醋酸乙烯的比较急发展趋势【J】，石油化工技术与经济，2009.10,25（5）；57-62（8） 白泽双，醋酸乙烯的技术发展、应用和需求情况【J】，贵州工业职业技术学院，2009,4（3）；34-40（9） 仇洪建，年产10万吨醋酸乙烯项目可行性研究【DB】，北京，中国学位论文全文数据库，2009.5（10） 颜艺倩，合成醋酸乙烯的工艺技术探讨【J】，广东科技，2010.2,231（11） 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这次毕业设计就是对我所学专业知识的一次全面运用和总结，也充分锻炼了我的动手动脑能力。我觉得所学的专业知识得到了验证，独立自主的主持一个项目的能力也得到了发展。理论联系实际，实践是检验真理的唯一标准，通过这次毕业设计，我的认识上升到一个新的高度，在以后的工作中，充分运用理论基础知识指导实践，在实践中发展自己。 因为我自身的能力有限，知识不足，这次设计当中存在一定的不足和缺陷，望各位老师给予批评和指正，也能够包容我的不足。