乙醛縮合法制乙酸乙酯專業(yè)課程設計

1、 南京工業(yè)大學 化工設計專業(yè)課程設計 設計題目 乙醛縮合法制乙酸乙酯 設計人員 楊福、胡曦、王義超、常偉 指導教師姓名 任曉乾 課程設計時間20 12年5月12日-20 12年6月1日 課程設計成績設計說明書、計算書及設計圖紙質量，70%獨立工作能力、綜合能力及設計過程表現(xiàn)，30%設計最終成績（五級分制） 指導教師簽字 目錄一、設計任務.6二、概述2.1乙酸乙酯性質及用途72.2乙酸乙酯發(fā)展狀況8三. 乙酸乙酯的生產方案及流程3.1 酯化法93.2乙醇脫氫歧化法113.3乙醛縮合法113.4乙烯、乙酸直接加成法133.5經濟指標對比133.6討論分析193.7確定工藝方案及流程223.8廠區(qū)布

2、置說明總述23四工藝計算4.1物料衡算274.2乙醛縮合法生產乙酸乙酯步驟284.3物性數(shù)據(jù)表284.4計算結果列表匯總.31五. 設備選型5.1 催化劑反應器選型385.2 列管式反應器405.3 乙醛儲罐415.4乙酸乙酯儲罐415.5精餾塔的設計425.6精餾塔的設計435.7精餾塔的設計445.7.1精餾塔設計計算示例455.8沉降器.615.9回流罐.625.10管口表625.11動設備選型635.12換熱器選型.65六. 控制系統(tǒng)設計6.1 DCS控制系統(tǒng)686.2 先進控制系統(tǒng)APC706.3 緊急停車系統(tǒng)ESD71七. 供電系統(tǒng)7.1 設計范圍727.2 電力負荷性質.727.

3、3 高壓供電及變電所系統(tǒng)設計727.4功率因數(shù)補償.737.5廠區(qū)高壓配電及車間變電所安全設計737.6配電線路.747.8配電裝置及防雷接地設計74八通信系統(tǒng)8.1 行政管理電話系統(tǒng)768.2 生產調度程控電話系統(tǒng)768.3 火災報警系統(tǒng)768.4 有線電視778.5擴音呼叫/對講系統(tǒng)778.6綜合布線系統(tǒng).778.7全場電信網絡.78九供熱站，冷公用工程系統(tǒng)9.1冷公用工程系統(tǒng)789.2 供熱系統(tǒng)供熱799.3 公用物料及能量消耗81十清潔生產概述10.1本項目清潔生產分析.88十一.環(huán)境影響因子識別11.1環(huán)境影響要素識別，篩選.8311.2環(huán)境影響因子識別，篩選.83十二.施工期的環(huán)境

4、影響評價12.1施工期環(huán)境空氣影響分析.8312.2施工期水環(huán)境影響分析.8412.3施工噪聲影響分析.8412.4施工固體廢物影響分析.85十三.環(huán)境影響預測與評價13.1環(huán)境空氣影響預測與評價.8513.2水環(huán)境影響預測與評價. .8513.3噪聲影響預測與評價. .85十四.環(huán)境風險評價14.1環(huán)境風險評價的內容8514.2風險識別.8514.3評價等級及評價范圍.8614.4潛在的風險因素識別.8614.5事故發(fā)生對環(huán)境的影響8714.6環(huán)境風險防范措施.87十五總量控制15.1總量控制因子.8815.2總量控制建議88十六環(huán)境保護措施及其技術，經濟論證16.1三廢及噪聲治理措施89十

5、七.環(huán)境影響經濟損益分析17.1概述9017.2環(huán)境保護費用.9017.3環(huán)境保護效益.9017.4環(huán)境影響經濟損益分析9017.5小結.91十八.環(huán)境管理與監(jiān)測制度分析18.1環(huán)境管理.9118.2環(huán)境監(jiān)測計劃.91十九.產業(yè)政策符合性及項目選址合理性分析19.1.產業(yè)政策符合性分析.9119.2環(huán)境容量9119.3建設項目的環(huán)境可行性.92二十.總結論附錄生產毒性及防護92文獻參考.93乙酸乙酯車間工藝設計一、設計任務1.設計任務：一萬噸乙酸乙酯車間2.產品名稱：乙酸乙酯3.產品規(guī)格：純度99.5%4.年生產能力：折算為99.5%乙酸乙酯9950噸/年5.產品用途：作為制造乙酰胺、乙酰醋酸

6、酯、甲基庚烯酮、其他有機化合物、合成香料、合成藥物等的原料；用于乙醇脫水、醋酸濃縮、萃取有機酸；作為溶劑廣泛應用于各種工業(yè)中；食品工業(yè)中作為芳香劑等。由于本設計為假定設計，因此有關設計任務書中的其他項目如：進行設計的依據(jù)、廠區(qū)或廠址、主要技術經濟指標、原料的供應、技術規(guī)格以及燃料種類、水電汽的主要來源，與其他工業(yè)企業(yè)的關系、建廠期限、設計單位、設計進度及設計階段的規(guī)定等均從略。1.1項目概況本項目為年產1萬噸的乙酸乙酯的生產項目，利用山東沂水縣的經濟開發(fā)區(qū)（依為總廠）的乙醛產品，生產乙酸乙酯?？紤]產品的市場需求、原料來源情況以及所用工藝技術的情況，本公司的設計生產規(guī)模為年產1萬噸的乙酸乙酯。本

7、項目的總投資為7522.9萬元人民幣，考慮到項目的建設進度以及建設各環(huán)節(jié)各時間的安排等因素，我們項目的建設周期為1年。1.3廠區(qū)和生產概況本項目的廠址選擇在山東沂水縣的經濟開發(fā)區(qū)，占地約為35000m2，靠近公路，臨近河流。廠區(qū)分儲罐區(qū)、生產區(qū)、輔助區(qū)和行政區(qū)四大塊，該經濟開發(fā)區(qū)內有完善的水、電、氣的來源，依附于總廠（乙醛生產廠）的空壓站、氮氧站和冷卻站，有充足的冷卻水源，其他的維修、檢驗、消防系統(tǒng)等都相應輔助設施都配套完善。本項目采用的工藝為歐洲、日本廣泛采用的乙醛縮合法的先進工藝，反應器采用釜式與管式反應器相串聯(lián)，精餾段設3塔有效產出高純度的產品。得到高純度的乙酸乙酯產品，同時每年還可得到

8、定量的乙縮醛產品。同時，本項目采用的工藝對于廢物進行了有效合理的處理，產出的廢物很少，對環(huán)境危害小，并且建立了以高壓消防水系統(tǒng)和泡沫系統(tǒng)為主體的完善的消防系統(tǒng)，采取了一系列措施保證工人的勞動安全和工業(yè)衛(wèi)生。二、概述1乙酸乙酯性質及用途乙酸乙酯又名乙酸乙酯，醋酸醚，英文名稱Ethyl Acetate或 Acetic Ether Vinegar naphtha.乙酸乙酯是無色、具有水果香味的易燃液體。熔點-83.6，沸點77.1，相對密度0.9003，折射率1.3723，閃點（開杯）4，蒸氣壓（20）9.4kPa，汽化熱366.5J/g，比熱容1.92J/（g）。爆炸極限2.13%-11.4%（體

9、積）。與醚、醇、鹵代烴、芳烴等多種有機溶劑混溶，微溶于水，25時，10ml水中可溶該品1ml，溫度升高則溶解度降低，乙酸乙酯與水和乙醇皆能形成二元共沸混合物。與水生成的共沸混合物的沸點為70.4，含水6.1%（重量）；與乙醇形成的共沸混合物的沸點為71.8；還與7.8%水和9.0%乙醇形成三元共沸混合物，其沸點為70.2，具揮發(fā)性。水分能使其緩慢分解而呈酸性反應。質量標準：GB/T3728-2007項 目指 標優(yōu)等品一等品合格品乙酸乙酯的質量分數(shù)/ % 99.799.599.0乙醇的質量分數(shù)/ % 0.100.200.50水的質量分數(shù)/ % 0.050.10酸的質量分數(shù)（以CH3COOCH計）

10、/ % 0.0040.005色度/Hazen 單位（鉑-鈷色號） 10密度（20）/(g/cm) 08970.902 蒸發(fā)殘渣的質量分數(shù)/ % 0.0010.005氣味a 符合特征氣味，無異味，無殘留氣味2.乙酸乙酯發(fā)展狀況（1）國內發(fā)展狀況為了改進硫酸法的缺點，國內陸續(xù)開展了新型催化劑的研究，如酸性陽離子交換樹脂全氟磺酸樹脂HZSM-5等各種分子篩鈮酸ZrO2-SO42等各種超強酸，但均未用于工業(yè)生產。國內還開展了乙醇一步法制取乙酸乙酯的新工藝研究，其中有清華大學開發(fā)的乙醇脫氫歧化酯化法，化學工業(yè)部西南化工研究院開發(fā)的乙醇脫氫法和中國科學院長春應用化學研究所的乙醇氧化酯化法。中國科學研究院長

11、春應用化學研究所對乙醇氧化酯化反應催化劑進行了研究，認為采用Sb2O4-MoO3復合催化劑可提高活性和選擇性?；瘜W工業(yè)部西南化工研究院等聯(lián)合開發(fā)的乙醇脫氫一步合成乙酸乙酯的新工藝，已通過單管試驗連續(xù)運行1000小時，取得了滿意的結果。現(xiàn)正在進行工業(yè)開發(fā)工作。近來關于磷改性HZSM-5沸石分子篩上乙酸和乙醇酯化反應的研究表明，用HZSM-5及磷改性HZSM-5作為乙酸和乙醇酯化反應的催化劑，乙醇轉化率變化不大，但酯化反應選擇性明顯提高。使用H3PMo12O4019H2O代替乙醇-乙酸酯化反應中的硫酸催化劑，可獲得的產率為91.48%,但是關于催化劑的劑量、反應時間和乙醇乙酸的質量比對產品產量的研

12、究還在進行之中。（2）國外發(fā)展狀況由于使用硫酸作為酯化反應的催化劑存在硫酸腐蝕性強、副反應多等缺點，近年各國均在致力于固體酸酯化催化劑的研究和開發(fā)，但這些催化劑由于價格較貴、活性下降快等原因，至今工業(yè)應用不多。據(jù)報道，美Davy Vekee公司和UCC公司聯(lián)合開發(fā)的乙醇脫氫制乙酸乙酯新工藝已工業(yè)化。據(jù)報道，國外開發(fā)了一種使用Pd/silicoturgstic雙效催化劑使用乙烯和氧氣一步生成乙酸乙酯的新工藝。低于180和在25的乙烯轉化率的條件下，乙酸乙酯的選擇性為46。催化劑中的Pd為氧化中心silicoturgstic酸提供酸性中心。隨著科技的不斷進步，更多的乙酸乙酯的生產方法不斷被開發(fā)，我

13、國應不斷吸收借鑒國外的先進技術，從根本上改變我國乙酸乙酯的生產狀況。3. 乙酸乙酯的生產方案及流程1、酯化法酯化工藝是在硫酸催化劑存在下,醋酸與乙醇發(fā)生酯化脫水反應生成乙酸乙酯的工藝,其工藝流程見圖1醋酸、過量乙醇與少量的硫酸混合后經預熱進入酯化反應塔。酯化反應塔塔頂?shù)姆磻旌衔镆徊糠只亓鳎徊糠衷?0左右進入分離塔。進入分離塔的反應混合物中一般含有約70%的乙醇、20%的酯和10%的水（醋酸完全消耗掉）。塔頂蒸出含有83%乙酸乙酯、9%乙醇和8%水分的塔頂三元恒沸物,送入比例混合器,與等體積的水混合,混合后在傾析器傾析,分成含少量乙醇和酯的較重的水層,返回分離塔的下部,經分離塔分離,酯重新以

14、三元恒沸物的形式分出,而蓄集的含水乙醇則送回醋化反應塔的下部,經氣化后再參與酯化反應。含約93%的乙酸乙酯、5%水和2%乙醇的傾析器上層混合物進入干燥塔,將乙酸乙酯分離出來,所得產品質量見質量指標表工業(yè)品級乙酸乙酯的質量指標表項目指標乙酸乙酯含量，%99.5乙醇含量，%0.20水分，%0.05酸度(以醋酸計)，%0.005色度(鉑-鈷)10傳統(tǒng)的酯化法乙酸乙酯生產工藝技術成熟,在世界范圍內,尤其是美國和西歐被廣泛采用。由于酯化反應可逆,轉化率通常只有約67%,為增加轉化率,一般采用一種反應物過量的辦法,通常是乙醇過量,并在反應過程中不斷分離出生成的水。根據(jù)生產需要,既可采取間歇式生產,也可采取

15、連續(xù)式生產。該法也存在腐蝕嚴重、副反應多、副產物處理困難等缺點。近年來開發(fā)的固體酸酯化催化劑雖然解決了腐蝕問題,但由于價格太高,催化活性下降快等缺點,在工業(yè)上仍無法大規(guī)模應用。2. 乙醇脫氫歧化法 該法不用乙酸，直接用乙醇氧化一步合成乙酸乙酯，其催化劑主要是Pd/C和架Ni，Cu-Co-Zn-Al混合氧化物及Mo-Sb二元氧化物等催化劑，這些體系對乙醇的氧化有一定的活性，但其催化性還有待進一步改進。95%乙醇從儲槽出來，經泵加壓至0.30.4MPa，進入原料預熱器，與反應產物熱交換被加熱至130，部分氣化，再進入乙醇汽化器，用水蒸氣或導熱油加熱至160170，達到完全氣化，然后進入原料過熱器，

16、與反應產物換熱，被加熱至230，再進入脫硫加熱器，用導熱油加熱到反應溫度240270，然后進入脫氫反應器，脫氫反應為吸熱反應，要用導熱油加熱以維持恒溫反應。從脫氫反應器出來的物料進入原料過熱器，被冷卻至180，再進入加氫反應器將酮和醛加氫為醇，以便后續(xù)分離。然后進入原料預熱器，被冷卻至60，再進入產物冷凝器，被水冷卻至30，從冷凝器出來的液體，進入反應產物儲罐，然后進入分離工段，氫氣則從上部進入水洗器，以回收氫氣中帶走的易揮發(fā)物料，然后放空或到氧氣用戶。 該工藝的特點是產品收率高，對設備腐蝕性小，產品成本較酯化法低，不產含酸廢水，有利于大規(guī)模生產，若副產的氫氣能有效合理的利用，該工藝是比較經濟

17、的方法。3、乙醛縮合法 由乙醛生產乙酸乙酯包括催化劑制備、反應、分離和精餾4大部分,工藝流程見圖3 。在氯化鋁和少量的氯化鋅存在下將鋁粉加入盛有乙醇和乙酸乙酯混合物的溶液中溶解得到乙氧基鋁溶液。催化劑制備裝置與主體裝置分開,制備反應過程產生的含氫廢氣經冷回收冷凝物后排放,制備得到的催化劑溶液攪拌均勻后備用。乙醛和催化劑溶液連續(xù)進入反應塔,控制反應物的比例,使進料在混合時就有約98% 的乙醛轉化為目的產物,1.5%的乙醛在此后的攪拌條件下轉化。通過間接鹽水冷卻維持反應溫度在0 ,反應混合物在反應塔內的停留時間約1h后進入分離裝置。分離裝置中粗乙酸乙酯從塔頂蒸出,塔底殘渣用水處理得到乙醇和氫氧化鋁

18、,將乙醇與蒸出組分一起送入精餾塔,在此回收未反應的乙醛并將其返回反應塔,乙醇和乙酸乙酯恒沸物用于制備乙氧基鋁催化劑溶液。如有必要,乙酸乙酯還可進一步進行干燥。乙醛縮合制乙酸乙酯工藝由俄羅斯化學家Tischenko于20世紀初開發(fā)成功,因而該工藝又稱為Tischenko工藝。反應在醇化物（乙氧基鋁)的存在下進行。由乙醛生產乙酸乙酯的第一步實際上先由乙烯制取乙醛,由乙烯生產乙醛通常在氯化鈀存在下于液相中進行（即Wacker工藝)。根據(jù)保持催化劑活性方法的不同,又有兩種工藝可選擇,一種為一步法工藝,即乙烯和氧氣一起進入反應器進行反應; 另一種是兩步法工藝,即乙烯氧化為乙醛在一個反應器內進行,而催化劑

19、的空氣再生在另一反應器內進行,兩種工藝在經濟上并無大的差異。乙醛縮合制乙酸乙酯工藝受原料來源的限制,一般應建在乙烯-乙醛聯(lián)合裝置內。日本主要采取此工藝路線,裝置能力已達200kt/a.4、乙烯、乙酸直接加成法 在酸性催化劑存在下,羧酸與烯烴發(fā)生酯化反應可生成相應的醋類。羅納 普朗克公司在80 年代進行了開發(fā),但由于工程放大問題未解決,一直未實現(xiàn)工業(yè)化。日本昭和電工公司開發(fā)的乙烯與醋酸一步反應制取乙酸乙酯工藝終于在90年代實現(xiàn)了工業(yè)化。 反應原料中乙烯：醋酸：水：氮體積組成為80：6.7：3：10.3。反應系統(tǒng)由3個串聯(lián)反應塔組成,反應塔中裝填磷鎢鑰酸催化劑（擔載于球狀二氧化硅上) 。反應塔設置

20、了中間冷卻,反應溫度維持在140-180 ,反應塔壓力控制在0.44-1MPa。 反應在擔載于金屬載體上的雜多酸或雜多酸鹽催化下于氣相或液相中進行。在水蒸氣存在條件下,乙烯將發(fā)生水合反應生成乙醇,然后生成的乙醇又繼續(xù)與醋酸發(fā)生酯化反應生成乙酸乙酯產物。而且,逆向的乙酸乙酯水解生成乙醇或乙酸的反應也可能發(fā)生。該工藝醋酸的單程轉化率為66%,以乙烯計,乙酸乙酯的選擇性約為94%.5、技術經濟指標對比 對于80 kt/a級的工業(yè)乙酸乙酯生產裝置，分析其各項經濟技術指標，對比如表2。 表2 乙酸乙酯各工藝路線技術經濟指標對照工 藝 路 線乙醛縮合法乙烯加成法酯化法原料單耗/tt-1乙烯-0.355-乙

21、醛1.02-乙酸-0.7180.692乙醇-0.533其他0.0050.010.005公用工程單耗電/KWht-126.014176.36715.432冷卻水/ tt-1150.198166.88766.755純水tt-1008.344蒸汽（0.8 MPa)/ tt-10.444.2蒸汽(0.4 MPa)/ tt-11.100冷凍/MJt-11161.0 00綜合能耗/ MJt-16 89215 61614 652由表2可看出，在三種方法中，乙醛法生產乙酸乙酯的蒸汽消耗明顯低于另兩種方法，綜合總能源消耗乙醛法要遠低于乙烯法和乙酯法。由于乙醛法生產乙酸乙酯在國外，特別是日本，已處于成熟階段，而我

22、國在20世紀90年代中間試驗的基礎上剛實現(xiàn)萬噸級工業(yè)化，所以技術指標和國外先進水平還有差距。5.1投資和成本對比5.11 投資對比對于同為國際上80 kt/a的工業(yè)乙酸乙酯生產裝置，在同樣投資環(huán)境下，分析其工程投資情況，對比如表3。 表3 不同工藝制備乙酸乙酯總投資對比 萬美元工藝路線乙醛縮合法乙烯加成法酯化法總投資2 8305 2503 780生產設施1 4203 0001 910輔助設施8501 2001 110其他工程5701 050760在同規(guī)模的乙酸乙酯三種生產方法中，乙醛法的投資最低，而乙烯法的投資相對最高。乙醛法的總投資額為酯化法的75%，僅為乙烯法的54%。5.12 成本對比不

23、同工藝制備乙酸乙酯單位成本對比計算見表4。 表4 不同工藝制備乙酸乙酯單位成本對比項目單價/元t-1乙醛縮合法乙烯加成法酯化法單耗/tt-1單位成本/元t-1單耗/tt-1單位成本/元t-1單耗/tt-1單位成本/元t-1原料4 295.454 631.995 392.42乙烯4 212000.3531 486.8400乙醛4 1101.024 191.860000乙酸4 159000.717 72 985.150.6922 878.26乙醇4 7170.00523.59000.5332 514.16其他80.00160.000公用工程253.69572.58459.26蒸汽1001.5150

24、.004.0400.004.2420.00電0.6026.0115.61176.37105.8215.439.26冷凍鹽水1.002828.000000冷卻水0.40150.260.08166.8966.767530.00可變成本合計4 549.135 204.575 851.68直接成本合計132.80265.60174.30分配成本合計116.20224.10149.40注：單價不含稅；公用工程價格參考上海地區(qū)平均價格計入；原料中乙醇、乙酸和乙醛價格用2007-2009年9月國內市場平均價；原料中的乙烯價格用2007-2009年9月平均進口到岸價加手續(xù)費計入；電一欄中：單價的單位為“kWh

25、t-1”，單位成本的單位為“元(kWh)-1”。由上表看出，無論是原料成本、公用工程成本和總成本乙醛法生產乙酸乙酯都最低，而酯化法最高；乙烯法總投資最大，且其他費用也偏高，其折舊和固定成本最高。三種方法對比，乙醛法的單位成本為酯化法的78%，為乙烯法的82。5.13 經濟效益估算由于三種生產乙酸乙酯方法的生產成本、生產裝置投資有明顯不同，所以其生產裝置投資的經濟效益也有明顯差異，在當前國內原料價格體系下，乙醛法生產無疑具有明顯優(yōu)勢，見表5。 表5 不同工藝制備乙酸乙酯經濟效益對比 元/t項目乙醛縮合法乙烯加成法酯化法備注單位生產成本5 047.136 167.376 499.08單位銷售費用2

26、5.2461.6764.99單位總成本5 072.376 229.046 564.07不含稅其中單位折舊249.00473.10323.70單位銷售價格5 669.235 669.235 669.23不含稅單位銷售利潤596.86-559.81-894.84單位所得稅196.96稅率33%單位稅后利潤399.90年總利潤/萬元3 199.19總投資/萬元12 000.00投資利潤率，%26.66靜態(tài)投資回收期/a3.48注：裝置生產能力80 kt/a，年產量按100%負荷計算。乙酸乙酯的銷售價格按2007-2009年10月國內市場掛牌平均價。由于乙烯法和乙酸酯化法均按市場價計算原料成本，故計算

27、為虧損，實際生產中一般采用初始原料，成本相應降低。而乙醛法如用初始原料乙烯計算成本，則其成本更低利潤更高。6. 討論和分析（1）工業(yè)生產乙酸乙酯的各種方法中，乙醛法、乙烯法和酯化法均為成熟的工藝路線，而酯化法由于其不可避免的缺點終將被淘汰。（2）乙醛法、乙烯法和酯化法生產乙酸乙酯都能得到高質量的乙酸乙酯產品，但酯化法生產產品質量達到優(yōu)級品的難度相對較大。（3）乙烯法由于其工藝的特點，在同規(guī)模裝置中其總投資最高。乙醛法總投資最低，故在20世紀70年代起，乙醛法生產乙酸乙酯在全世界得到大的發(fā)展。（4）按目前國內市場價格分析，乙醛法生產乙酸乙酯的生產成本最低，依次為乙烯法和酯化法，酯化法的生產成本高

28、很多。所以乙醛法和乙烯法比酯化法更有市場競爭力。（5）由于乙醛法生產乙酸乙酯的總投資最低，裝置建設的難度小，建設周期短。（6）在乙烯、乙醛、乙酸作為原料的情況下，建設乙酸乙酯裝置，使用乙醛法工藝路線應該是投資少、成本低、質量能得到保證的一個好的選擇，但乙醛原料供應要保證。6、確定工藝方案及流程 從產量分析，生產任務要求是10000噸，產量不是太大，乙烯、乙酸直接合成法有利于大規(guī)模生產，而且該法對設備要求很高，設備造價高，因此不采用該工藝。從經濟上考慮，乙醇脫氫歧化法對催化劑要求高，采用該工藝不經濟。最后從技術成熟方面考慮，雖然乙醇脫氫歧化法在國外生產技術已經比較成熟，且可以進行大規(guī)模的生產，但

29、在國內實施尚有困難，用乙醛作為原料，轉化率和收率都很高，資源利用充分，經濟性高，乙醛作原料，反應副產物較少，后提純處理設備簡單，污染小，對設備要求低；選擇的蘇州工業(yè)園區(qū)內，依托的乙醛生產廠，能夠提供足夠的乙醛原料，做到了原料來源的就近性，資源能夠合理利用；工業(yè)園區(qū)內乙醛生產廠擁有制冷設備，對于乙醛生產乙酸乙酯過程中需要的冰鹽水能夠有效的提供，可以減少設備方面的投資，同時使其制冷設備能夠做到充分利用。另外，廠址選擇在有生產乙醛廠家的工業(yè)園區(qū)，綜合考慮采用乙醛縮合法。表1.3-1 主要技術經濟指標 項目名稱單位數(shù)量備注一生產規(guī)模萬ta1乙酸乙酯、乙縮醛二產品方案1乙酸乙酯萬ta1純度99.99%2

30、乙縮醛萬ta0.03純度99.89%三年操作日天300四主要原材料,燃料用量1乙醛kg /h1406乙醛99.9% 水0.01%五公用動力消耗量1供水(新鮮水)萬ta30平均用水量t/h802供電設備容量kW55年耗電量kWH200753供氣平均用氣量t/H2.74冷凍平均用冷負荷KW2250六三廢排放量1廢水M3/H2廢氣gh3843廢渣kgh11.2售于經銷商七運輸量Ta1運入量萬ta1.13管道運輸2運出量萬ta1槽車運輸八全廠定員人601其中：生產工人人482管理人員人12九總占地面積萬m23.53十全廠建筑面積M213487.08十一全廠綜合能耗總量（包括二次能源）十二單位產品綜合能

31、耗十三工程項目總投資萬元1235.21固定資產投資萬元23672流動資金萬元1658.5十四年銷售收入萬元6576十五成本和費用1年均總成本費用萬元41322年均經營成本萬元4024十六年均利潤總額萬元1383十七年均銷售稅金萬元994.5十八財務評價指標%77.111投資利潤率%34.122投資利稅率%3資本凈利潤率%21.854投資回收期年35全員勞動生產率萬元人3.3836全投資財務內部收益率（稅前和稅后）%77.11稅前內部收益率7全投資財務凈現(xiàn)值（稅前和稅后；需注明i,值）萬元7465.28稅前，i20年十九清償能力指標人民幣借款償還期（含建設期）年52.1 廠區(qū)布置說明總述 本廠設

32、計位于沂水縣經濟開發(fā)區(qū)。本廠設計布置為長方形，長226m，寬156m。北面、西面和南面均為土地，東邊為省道，西邊不遠處有沂河。廠區(qū)分為行政區(qū)、輔助區(qū)、生產區(qū)和儲罐區(qū)四個部分。其中儲罐區(qū)又分為原料儲罐區(qū)和產品儲罐區(qū)兩個部分，二者獨立布置，且有各自獨立的消防車間。生產區(qū)布置結構緊湊，充分利用空間，有效減少不同車間之間的連接管道長度。原料儲罐區(qū)域和產物儲罐區(qū)域分別放置于生產車間兩側，同樣也是為了減少不通車間之間的連接管道長度。 原料儲罐區(qū)出來的原料通過低溫保障車間，可以直接通到合成車間I。由于低溫保障車間直接位于原料儲罐區(qū)和生產區(qū)域之間，所以可以減少有保溫要求的管道長度。設備檢修室布置于精餾車間旁邊

33、，靠近精餾車間和三個合成車間，以方便檢修設備。此外，生產區(qū)域附近有完備的消防準備設施：包括三個消防車間和一個150 m2的消防水池。 整個設計廠區(qū)的綠化面積5475.26m2，綠化率達到15.53%?？梢哉{節(jié)局部微小氣候、美化潔凈環(huán)境、減小噪音，同時還有隔離作用。最后，這些綠化用地將來還可以在必要時用以做進一步的發(fā)展只用。2.2廠區(qū)布置分項說明2.2.1行政區(qū) 處于安全考慮，行政區(qū)靠近廠區(qū)入口且位于上風口。在發(fā)生儲罐泄漏事故或者是生產區(qū)域事故時能夠保證安全。行政區(qū)主要就是半框形的大樓，其中包括食堂、研發(fā)中心、行政辦公等幾個部分。其中食堂位于一樓西邊的位置。行政中心位于二樓東邊和中間位置，研發(fā)中

34、心位于三樓。此外，行政樓正面有很好的綠化布置，包括花壇噴水池和草坪。能夠為工作人員提供一個良好的工作環(huán)境，行政區(qū)域如下圖所示：2.2.2輔助區(qū) 輔助區(qū)域包括倒班宿舍、控制中心、公共工程站和電氣工程站。在前面圖中均有標注。倒班宿舍位于控制中心的北面，遠離生產區(qū)域。一方面，倒班宿舍位于全年最高頻率風向的上風口，較為安全；另一方面，倒班宿舍遠離生產區(qū)域和儲罐區(qū)，能夠讓倒班休息的工人充分休息。最后，倒班宿舍和行政中心、公用工程站以馬路和較寬的綠化帶隔開，也能夠起到減少噪音的作用。 控制中心位于廠區(qū)北面中心位置，和生產區(qū)域只隔了一個主干道，而且和主要生產區(qū)域用綠化帶隔開。 公用工程站包括氮氣站和壓縮空氣

35、站。其中氮氣站主要是用以提供開停車及檢修時吹掃管路所用的氮氣?？諝庹镜膲嚎s空氣則是用于設備檢修時吹掃管路和設備只用。壓縮空氣位于全年最多頻率風向的上風口用以采集空氣。公用工程站和生產區(qū)域隔開較遠。電氣工程站位于廠區(qū)的西北方向，緊挨在公共工程旁。而且位于全年最多頻率風向的上風口。與儲罐區(qū)距離較遠。電氣工程站在廠區(qū)西門的旁邊，方便電氣設備的檢修。2.2.3生產區(qū)A.精餾車間 精餾車間半露天布置，精餾車間的泵一并布置在車間內，不單獨另設泵房，以減少輸送的距離。合成車間與精餾車間的距離滿足相關的設計規(guī)范。精餾車間內的設備包括浮閥精餾塔、填料精餾塔、全凝器、冷凝器、回流罐和再沸器。B.合成車間 合成車間

36、包括三個部分：合成車間I（生產車間）、合成車間II（產物預處理車間）、合成車間III（催化劑生產車間）。合成車間泵全部布置在車間內部，不單獨另設泵房，節(jié)約了管線。C.設備檢修室 維修站位于生產區(qū)域的東南方向。有供交通運輸?shù)闹苯油ǖ?，方便到工藝裝置。維修站外有加工制作的露天場所。設備檢修室的具體位置和與其他生產車間和精餾車間的相對位置2.2.4儲罐區(qū) 儲罐區(qū)分為原料儲罐區(qū)和產物儲罐區(qū)兩個部分。兩個部分的儲罐區(qū)均位于下方口。原料儲罐區(qū)和生產區(qū)域距離大于50m，產物儲罐區(qū)和生產區(qū)域的距離大于40m。兩部分儲罐區(qū)域軍原理生活區(qū)和行政服務區(qū)。 原料儲罐區(qū)有一個體積為670m3的球罐，這是7天的儲存量。連

37、帶上低溫保障的設備，有8m的外徑。產物儲罐區(qū)有三個球罐，容積為1340 m3，這是14天的儲存量。每個儲罐外徑為6m。各個儲罐之間的間距為0.6D，符合化工企業(yè)設計防火規(guī)范。此外，標準規(guī)定，容積5000m3的液體儲罐周圍設0.3m高的隔堤進行隔離，減少儲罐發(fā)生少量泄露事故時的污染范圍。由于本例中的容積不大，所以沒有另設單獨的防護墻。最后，儲罐組內設置集水設施，并設置可控制開閉的排水設施。原料儲罐區(qū)和產品儲罐區(qū)的北面均設有物料操作平臺，供產品供應裝卸用，距離罐區(qū)15m。操作平臺上設置有稱重區(qū)域，當貨運卡車經過時在上面稱重，以計量運輸量。2.3廠區(qū)布置的說明表格1） 區(qū)域系數(shù)表2.3-1區(qū)域系數(shù)表

38、序號指標名稱單位數(shù)量1廠區(qū)占地面積平方米352562建筑占地面積平方米13487.083綠化面積平方米5475.264圍墻長度米7465建筑系數(shù)%38.256廠區(qū)利用系數(shù)%64.507綠化系數(shù)%15.532） 各區(qū)域面積表2.3-2 各項區(qū)域面積名稱占地面積（平方米）行政服務中心1632倒班宿舍300控制中心500公共工程站600電氣工程站600原料操作平臺287.44原料儲罐區(qū)493.72消防車間I100低溫保障車間300合成車間I238合成車間II194.4合成車間III132精餾車間160消防車間150設備檢修室300產物操作平臺437.44產物儲罐區(qū)1037.44消防車間II100消防

39、水池150原料區(qū)花壇8004 工藝計算4.1. 物料衡算4.1.1設計任務（1） 設計項目：乙醛在催化劑情況下進行縮合生產乙酸乙酯（假定99.5%的乙醛轉化為乙酸乙酯）（2） 產品名稱：乙酸乙酯（3） 產品規(guī)格：純度99.5%(質量分數(shù))（4） 年生產能力：折算為100%乙酸乙酯9950噸/年4.1.2 乙醛縮合法制備乙酸乙酯步驟 （1）首先在釜中加入5000L乙酸乙酯、160Kg鋁粉、50Kg氯化鋁、20Kg氯化鐵進行混合，加熱回流；隨后將2000L乙酸乙酯與1000L乙醇的混合物慢慢加入，反應產生的氫氣經鹽-水回流冷卻器從頂部導出，反應過程中對設備進行冷卻并用調節(jié)乙醇混合物加入速度來調控反

40、應溫度，反應終點以無氫氣排出為標志，這時再繼續(xù)反應1h或更多一點時間即可完成反應，冷卻后備用，這個乙醇鋁混合物催化劑中含大約2%的鋁。 （2）按每100ml乙醛配9.1g比例的催化劑進入管式反應器進行縮合反應,反應期間通過間接鹽水冷卻維持反應溫度為0,反應停留時間為2h,結束后進入分離裝置. （3）達到平衡狀態(tài)的混合液通入水洗塔，然后從右側進料口向塔中加入適量水，攪拌均勻，乙酸乙酯油層由泵抽入精餾塔，塔底殘渣另外處理得到氫氧化鋁，氫氧化鐵等產物。 （4）由分離塔頂部出來的餾出液通入精餾塔進行蒸餾，由精餾塔底部出來的釜液組成有少量的乙酸乙酯與乙醇。精餾塔塔頂蒸出的乙醛作為管式反應器的第二進料。由

41、塔底部出來的乙醇-乙酸乙酯二組分回收處理后作為制造催化劑的原料。（5）精餾塔底部出來的釜液進入精餾塔進一步處理。 精餾塔底部殘液主要為重組分，由環(huán)保環(huán)節(jié)處理。精餾塔頂部產品為成品乙酸乙酯。4.1.3 物性數(shù)據(jù)（據(jù)化學化工物型數(shù)據(jù)手冊）20 物質密度g/cm3沸點相對分子質量g/mol乙酸乙酯0.9027788.1乙醛0.783420.844.05乙縮醛0.83102.7118.17乙醇0.7894578.446.07鋁2.702246727氫氧化鋁78.00鐵7.9275056氫氧化鐵106.87水110018.016氯化鐵2.90319161.94氯化鋁2.45178133.34 （1） 每

42、小時生產能力的計算 根據(jù)設計任務，乙酸乙酯的年生產能力為9950噸/年（折算為100%乙酸乙酯，下同）全年按300天計，每天24小時連續(xù)工作，年工時7200h。每小時的生產能力為：995010007200=1382kg/h以上作為物料衡算基準。（2）生產工藝流程圖（3）催化劑制取部分物料衡算AL+3C2H5OHAL(C2H5O)3+H2催化劑反應前物料各組分乙酸乙酯鋁粉氯化鋁氯化鐵乙醇140.685kg/h3.565kg/h1.114kg/h0.446kg/h17.59kg/h1596.879mol132.038mol8.355mol2.752mol381.81moln乙醇：n鋁=2.893所

43、以鋁粉過量，乙醇全部反應產生氫氣384.86g催化劑生成后物料各組分乙酸乙酯鋁粉氯化鋁氯化鐵三乙醇鋁氫氣140.685kg/h128.736g/h1.114kg/h0.446kg/h20.6381kg/h384.86g/h1596.879mol4.768mol8.355mol2.752mol127.27mol190.905mol （4）反應器的物料衡算乙醛縮合生產乙酸乙酯反應如下:2CH3CHOCH3COOCH2CH3 (主反應) 3CH3CHO+H20C6H14O2+O2（副反應）原料規(guī)格：乙醛濃度為99.9%（質量分數(shù)）催化劑加入量：乙醛=9.1g:100ml加入： 產品中100%乙醛量：88.10/x=88.10/1382 x=1382kg/h反應要求：反應轉化率選擇性乙酸乙酯沉降損耗第一精餾塔乙酸乙酯回收率第二精餾塔乙酸乙酯回收率乙醛99.5%99.5%0.01%99.9%99.5%乙醛量為： m=1406kg/h其中：100%乙醛