2019年第十三屆全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽作品 鄭州大學(xué) 年產(chǎn)4萬(wàn)噸醋酸乙烯項(xiàng)目 設(shè)計(jì)文檔4-1 反應(yīng)器設(shè)計(jì)

2019〃東華科技-恒逸石化杯〃

第十三屆全國(guó)大學(xué)生化工設(shè)計(jì)競(jìng)賽

新鄉(xiāng)瑞達(dá)年產(chǎn)4萬(wàn)噸醋酸乙烯項(xiàng)目

反施器設(shè)講

鄭州大學(xué)烯酯浪團(tuán)隊(duì)

團(tuán)隊(duì)成員：黃蜜韋芳芳王笑潘禹彤張自強(qiáng)

指導(dǎo)教師：白凈段銀張亞濤侯翠紅

目錄

1.1過(guò)程設(shè)備類(lèi)別................................................1

1.2過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)與選型的主要內(nèi)容................................1

2.1固定床反應(yīng)器................................................3

2.2流化床反應(yīng)器................................................5

2.3移動(dòng)床反應(yīng)器................................................6

2.4各類(lèi)反應(yīng)器區(qū)別..............................................7

第三章催化劑的選擇................................................9

3.1醋酸鋅一活性炭催化劑........................................9

3.2醋酸鋅系變形催化劑.........................................10

3.3醋酸鋅系以外的催化劑.......................................10

3.4以7一氧化鋁為載體的新型催化劑..............................11

3.5醋酸鋅一活性炭催化劑活性的影響因素.........................12

第四章主要反應(yīng)機(jī)理及動(dòng)力學(xué).......................................14

4.1反應(yīng)方程式.................................................14

4.2反應(yīng)動(dòng)力學(xué).................................................15

4.2.1原料的主要熱力學(xué)和物化性質(zhì)............................15

4.2.2反應(yīng)機(jī)理.............................................17

第五章醋酸乙烯合成反應(yīng)20

5.1反應(yīng)方程式.................................................20

5.2催化劑參數(shù).................................................20

5.3反應(yīng)器類(lèi)型的選擇...........................................21

5.4工藝條件的選擇.............................................22

5.4.1反應(yīng)溫度.............................................22

5.4.2反應(yīng)壓力.............................................23

5.4.3體積空速.............................................23

5.4.4C2H2/CH3COOH進(jìn)料摩爾比.............................23

5.4.5反應(yīng)器進(jìn)出物流信息表.................................24

5.5反應(yīng)器計(jì)算.................................................24

5.5.1催化劑體積計(jì)算.......................................24

5.5.2催化劑床層直徑.......................................25

5.5.3催化床層高度.........................................25

5.5.4反應(yīng)器管數(shù)...........................................25

5.5.5催化劑床層壓力降核算.................................25

5.5.6反應(yīng)器多物理場(chǎng)耦合模擬...............................26

5.5.7反應(yīng)器殼體內(nèi)徑.......................................29

5.5.8反應(yīng)器殼體外徑.......................................30

5.5.9反應(yīng)器筒體壁厚計(jì)算...................................31

5.6熱量衡算...................................................32

5.6.1取熱介質(zhì)選擇及用量...................................32

5.6.2換熱面積校核.........................................33

5.7反應(yīng)器接管設(shè)計(jì).............................................35

5.7.1反應(yīng)物料進(jìn)料管.......................................35

5.7.2反應(yīng)物料出料管.......................................35

5.7.3冷卻介質(zhì)殼程接管.....................................35

5.8反應(yīng)器封頭設(shè)計(jì).............................................36

5.9支座與附件設(shè)計(jì).............................................37

5.10折流板設(shè)計(jì)................................................37

5.11拉桿設(shè)計(jì)..................................................37

5.12接管法蘭..................................................38

5.13容器法蘭..................................................38

5.14反應(yīng)器管板、管箱、反應(yīng)列管的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)..................39

5.15管板厚度..................................................39

5.16反應(yīng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)匯總........................................40

5.17強(qiáng)度校核..................................................41

5.18強(qiáng)度校核結(jié)果匯總..........................................78

5.19反應(yīng)器裝配圖..............................................78

第一章概述

化工設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)與選型是在物料衡算和熱量衡算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其目

的是決定工藝設(shè)備的類(lèi)型、規(guī)格、主要尺寸和數(shù)量，為車(chē)間布置設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)

計(jì)及非工藝設(shè)計(jì)項(xiàng)目提供足夠的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。過(guò)程設(shè)備最基本的要求是滿足安全性

與經(jīng)濟(jì)性，安全是核心，在充分保證安全的前提下盡可能做到經(jīng)濟(jì)。過(guò)程設(shè)備的

基本要求是能滿足工藝要求。對(duì)于工藝上所要求的溫度、壓力、液位、流量等都

需要過(guò)程設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。在滿足工藝要求的同時(shí)，過(guò)程設(shè)備也必需保證有足夠的強(qiáng)

度，不會(huì)在操作過(guò)程中遭到破壞。

1.1過(guò)程設(shè)備類(lèi)別

化工設(shè)備從總體上分為兩類(lèi)，一類(lèi)稱(chēng)定型設(shè)備或標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，這是由一些加工

廠成批成系列生產(chǎn)的設(shè)備，通俗地說(shuō)，就是可以買(mǎi)到的現(xiàn)成的設(shè)備，如泵、反應(yīng)

釜、換熱器、大型儲(chǔ)罐等；另一類(lèi)稱(chēng)非定型設(shè)備或非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，是指規(guī)格和材料

都是不定型的、需要專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的特殊設(shè)備，如小的儲(chǔ)罐、塔器、反應(yīng)器等。

1.2過(guò)程設(shè)備設(shè)計(jì)與選型的主要內(nèi)容

確定單元操作所用設(shè)備的類(lèi)型。這項(xiàng)工作應(yīng)與工藝流程設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行。

確定設(shè)備的材質(zhì)。根據(jù)工藝操作條件（溫度、壓力、介質(zhì)的性質(zhì)）和對(duì)設(shè)備的工

藝要求確定符合要求的設(shè)備材質(zhì)。這項(xiàng)工作應(yīng)與設(shè)備設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)人員共同完成。確

定設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)。設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)是由工藝流程設(shè)計(jì)、物料衡算、熱量衡算、

設(shè)備的工藝計(jì)算多項(xiàng)工作得到的。對(duì)不同的設(shè)備，它們有不同的設(shè)計(jì)參數(shù)。對(duì)塔

設(shè)備，需要確定進(jìn)出口物料的流量、組成、溫度、壓力、塔徑與塔的材質(zhì)、填料

類(lèi)型與填料高度或塔板類(lèi)型與塔板數(shù)等，對(duì)于精鐳塔還要確定塔頂冷凝器和塔底

再沸器的熱負(fù)荷、換熱流體的種類(lèi)等；對(duì)換熱器，則需要知道熱負(fù)荷、換熱面積、

冷熱流體的種類(lèi)及流量。確定定型設(shè)備（即標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備）的型號(hào)或牌號(hào)以及數(shù)量。

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定型設(shè)備是一些加工廠成批、成系列生產(chǎn)的設(shè)備，即那些可以直接向生產(chǎn)廠家訂

貨或購(gòu)買(mǎi)的現(xiàn)成設(shè)備。對(duì)已有標(biāo)準(zhǔn)圖紙的設(shè)備，確定標(biāo)準(zhǔn)圖的圖號(hào)和型號(hào)。隨著

中國(guó)化工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化的推進(jìn)，有些本來(lái)用于非標(biāo)設(shè)備的化工裝置，已逐步走向系

列化、定型化。這些設(shè)備包括換熱器系列、容器系列、搪玻璃設(shè)備系列以及圓泡

罩、F1型浮閥和浮閥塔塔盤(pán)系列等，它們已經(jīng)有了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)非標(biāo)設(shè)備，向

化工設(shè)備專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員提出設(shè)計(jì)條件和設(shè)備草圖，明確設(shè)備的型式、材質(zhì)、基本

設(shè)計(jì)參數(shù)、管口、維修安裝要求、支承要求及其他要求（如防爆口、人孔、手孔、

卸料口、液面計(jì)接口等）。編制工藝設(shè)備一覽表。在初步設(shè)計(jì)階段，根據(jù)設(shè)備工

藝設(shè)計(jì)的結(jié)果，編制工藝設(shè)備一覽表，可按非定型工藝設(shè)備和定型工藝設(shè)備兩類(lèi)

編制。初步設(shè)計(jì)階段的工藝設(shè)備一覽表作為設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的組成部分提供給有關(guān)部

門(mén)進(jìn)行設(shè)計(jì)審查。

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第二章反應(yīng)器設(shè)計(jì)

化學(xué)反應(yīng)器是將反應(yīng)物通過(guò)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的裝置，是化工生產(chǎn)及相關(guān)

工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。由于化學(xué)反應(yīng)種類(lèi)繁多，機(jī)理各異，因此，為了適應(yīng)不同

反應(yīng)的需要，化學(xué)反應(yīng)器的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)也必然差異很大。反應(yīng)器的性能優(yōu)良與否，

不僅直接影響化學(xué)反應(yīng)本身，而且影響原料的預(yù)處理和產(chǎn)物的分離，因而反應(yīng)器

設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮的工藝和工程因素應(yīng)該是多方面的。

反應(yīng)器設(shè)計(jì)的主要任務(wù)首先是選擇反應(yīng)器的型式和操作方式，然后根據(jù)反應(yīng)

和物料的特點(diǎn)，計(jì)算所需的加料速度、操作條件（溫度、壓力、組成等）及反應(yīng)

器體積，并以此確定反應(yīng)器主要構(gòu)件的尺寸，同時(shí)還應(yīng)該考慮經(jīng)濟(jì)的合理性和環(huán)

境保護(hù)等方面的要求。

在反應(yīng)器設(shè)計(jì)時(shí)，除了通常說(shuō)的要符合“合理、先進(jìn)、安全、經(jīng)濟(jì)”的原則，

在落實(shí)到具體問(wèn)題時(shí)，要考慮到下列的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

令保證物料轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)時(shí)間；

令滿足物料和反應(yīng)的熱傳遞要求；

令注意材質(zhì)選用和機(jī)械加工要求。

反應(yīng)器的設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：

令反應(yīng)器選型；

令確定合適的工藝條件；

令確定實(shí)現(xiàn)這些工藝條件所需的技術(shù)措施；

令確定反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)尺寸；

令確定必要的控制手段。

反應(yīng)器按結(jié)構(gòu)大致可分為管式、釜式、塔式、固定床和流化床等。

2.1固定床反應(yīng)器

固定床反應(yīng)器又稱(chēng)填充床反應(yīng)器，裝填有固體催化劑或固體反應(yīng)物用以實(shí)現(xiàn)

多相反應(yīng)過(guò)程的一種反應(yīng)器。固體物通常呈顆粒狀，粒徑2?15mm左右，堆積

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成一定高度（或厚度）的床層。床層靜止不動(dòng)，流體通過(guò)床層進(jìn)行反應(yīng)。它與流

化床反應(yīng)器及移動(dòng)床反應(yīng)器的區(qū)別在于固體顆粒處于靜止?fàn)顟B(tài)。固定床反應(yīng)器主

要用于實(shí)現(xiàn)氣固相催化反應(yīng)，如氨合成塔、二氧化硫接觸氧化器、燒類(lèi)蒸汽轉(zhuǎn)化

爐等。

固定床反應(yīng)器可分類(lèi)為三種基本形式：

①軸向絕熱式固定床反應(yīng)器（見(jiàn)圖2-1）。流體沿軸向自上而下流經(jīng)床層，床

層同外界無(wú)熱交換。

②徑向絕熱式固定床反應(yīng)器（見(jiàn)圖2-2）。流體沿徑向流過(guò)床層，可采用離

心流動(dòng)或向心流動(dòng)，床層同外界無(wú)熱交換。徑向反應(yīng)器與軸向反應(yīng)器相比，流體

流動(dòng)的距離較短，流道截面積較大，流體的壓力降較小。但徑向反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)較

軸向反應(yīng)器復(fù)雜。以上兩種形式都屬絕熱反應(yīng)器，適用于反應(yīng)熱效應(yīng)不大，或反

應(yīng)系統(tǒng)能承受絕熱條件下由反應(yīng)熱效應(yīng)引起的溫度變化的場(chǎng)合。

③管式固定床反應(yīng)器（見(jiàn)圖2-3）。反應(yīng)器由多根反應(yīng)管并聯(lián)構(gòu)成。管內(nèi)或

管間置催化劑，載熱體流經(jīng)管間或管內(nèi)進(jìn)行加熱或冷卻，管徑通常在25?50mm

之間，管數(shù)可多達(dá)上萬(wàn)根。列管式固定床反應(yīng)器適用于反應(yīng)熱效應(yīng)較大的反應(yīng)。

此外，尚有由上述基本形式串聯(lián)組合而成的反應(yīng)器，稱(chēng)為多級(jí)固定床反應(yīng)器。

例如：當(dāng)反應(yīng)熱效應(yīng)大或需分段控制溫度時(shí)，可將多個(gè)絕熱反應(yīng)器串聯(lián)成多級(jí)絕

熱式固定床反應(yīng)器（見(jiàn)圖2-4）,反應(yīng)器之間設(shè)換熱器或補(bǔ)充物料以調(diào)節(jié)溫度，以

便在接近于最佳溫度條件下操作。

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圖2-3列管式固定床反應(yīng)器圖2-4多級(jí)絕熱式固定床反應(yīng)器

優(yōu)點(diǎn)：

（1）返混小，流體同催化劑可進(jìn)行有效接觸，當(dāng)反應(yīng)伴有串聯(lián)副反應(yīng)時(shí)可

得較高

（2）催化劑機(jī)械損耗??；

（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;

（4）固定床反應(yīng)器中的催化劑不限于顆粒狀，網(wǎng)狀催化劑早已應(yīng)用于工業(yè)

上。目前，蜂窩狀、纖維狀催化劑也已被廣泛使用。

缺點(diǎn):

（1）傳熱差，反應(yīng)放熱量很大時(shí)，即使是列管式反應(yīng)器也可能出現(xiàn)飛溫（反

應(yīng)溫度失去控制，急劇上升，超過(guò)允許范圍）；

（2）操作過(guò)程中催化劑不能更換，催化劑需要頻繁再生的反應(yīng)一般不宜使

用，常代之以流化床反應(yīng)器或移動(dòng)床反應(yīng)器。

2.2流化床反應(yīng)器

流化床反應(yīng)器是一種利用氣體或液體通過(guò)顆粒狀固體層而使固體顆粒處于

懸浮運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并進(jìn)行氣固相反應(yīng)過(guò)程或液固相反應(yīng)過(guò)程的反應(yīng)器。在用于氣固

系統(tǒng)時(shí)，又稱(chēng)沸騰床反應(yīng)器。按流化床的運(yùn)用狀況主要分為以下兩類(lèi)：（1）一類(lèi)

是有固體物料連續(xù)進(jìn)料和出料的裝置，主要用于固相加工過(guò)程或催化劑迅速失活

的流體相加工過(guò)程。例如催化裂化過(guò)程，催化劑在幾分鐘內(nèi)即顯著失活，須用上

述裝置不斷予以分離后進(jìn)行再生。（2）另一類(lèi)是無(wú)固體物料連續(xù)進(jìn)料和出料裝置,

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主要用于固體顆粒性狀在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間（如半年或一年）內(nèi)，不發(fā)生明顯變化的反

應(yīng)過(guò)程，如石油催化裂化、酶反應(yīng)過(guò)程等催化反應(yīng)過(guò)程，稱(chēng)為流體相加工過(guò)程。

常見(jiàn)的流化床如下圖2-5所示：

與固定床相比，流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

a.可以實(shí)現(xiàn)固體物料的連續(xù)輸入和輸出；

b.流體和顆粒的運(yùn)動(dòng)使床層具有良好的傳熱性能，床層內(nèi)部溫度均勻，而且

易于控制，特別適用于強(qiáng)放熱反應(yīng)。

c.流化床適合使用細(xì)粒子催化劑，易消除內(nèi)擴(kuò)散阻力，能充分發(fā)揮催化劑的

效能。

d.由于返混嚴(yán)重，可對(duì)反應(yīng)器的效率和反應(yīng)的選擇性帶來(lái)一定影響。再加

上氣固流化床中氣泡的存在使得氣固接觸變差，導(dǎo)致氣體反應(yīng)得不完全。因此，

通常不宜用于要求單程轉(zhuǎn)化率很高的反應(yīng)。

e.固體顆粒的磨損和氣流中的粉塵夾帶，也使流化床的應(yīng)用受到一定限制。

為了限制返混，可采用多層流化床或在床內(nèi)設(shè)置內(nèi)部構(gòu)件。這樣可在床內(nèi)建立起

一定的濃度或溫度差。此外，由于氣體得到再分布，氣固間的接觸亦可有所改善。

2.3移動(dòng)床反應(yīng)器

移動(dòng)床與固定床相似，不同的是固體顆粒自頂部連續(xù)加入，由底部卸出.移

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動(dòng)床離子交換樹(shù)脂在交換器、再生器和清洗塔之間，周期性流動(dòng)的離子交換裝置。

移動(dòng)床與固定固定床的差別在于反應(yīng)過(guò)程中催化劑從反應(yīng)器入口向出口緩慢運(yùn)

動(dòng)，新鮮催化劑（或再生好的催化劑）從反應(yīng)器入口進(jìn)入，失活的催化劑從反應(yīng)器

出口移出，進(jìn)行再生。催化劑運(yùn)動(dòng)速度較慢，沒(méi)有達(dá)到流化狀態(tài)。如UOP與IFP

連續(xù)重整工藝中的移動(dòng)床反應(yīng)器。如下圖2-6所示

1

集氣環(huán)管集氣環(huán)管

再生產(chǎn)物

n

5氣體

出

底部

移動(dòng)床吸附器的氣固分配裝置

固定管、吸附劑通道

□□□□□

8、

0、

活動(dòng)管多孔板

移動(dòng)床吸附等移動(dòng)床吸附器的吸附劑控制機(jī)構(gòu)

1否卻器；2-成附塔；3夕配板；4-提升管；5-再生等;

6唾附劑控制機(jī)械；7-固粒料控制等；

8-封閉裝置；9-出料閥門(mén)

圖2-6移動(dòng)床吸附器

2.4各類(lèi)反應(yīng)器區(qū)別

固定床可以處理高灰分，高灰熔點(diǎn)的煤，投資小，環(huán)保差、氣流床產(chǎn)量最大,

但對(duì)煤種有一定要求；流化床壓力加不上去，推廣受限。

這三種床最關(guān)鍵的就是設(shè)計(jì)床體，現(xiàn)在在國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)床體大多數(shù)是一種經(jīng)驗(yàn)估

算和模擬實(shí)驗(yàn)，擴(kuò)大到工業(yè)生產(chǎn)上往往存在很多缺點(diǎn)。它們的主要區(qū)別還得看用

途，物料的性質(zhì)，既是物理過(guò)程還是化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。固定床和移動(dòng)床比較適合氣

—?dú)?、氣一液和液一液反?yīng)，床層本身作為催化劑，優(yōu)點(diǎn)是返混小，固相帶出少,

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分離簡(jiǎn)單。流化床的床型是設(shè)計(jì)中很重要的，與反應(yīng)體系的匹配要求比較高。此

外，操作中的氣速、帶出量、與配套的旋風(fēng)等分離設(shè)備設(shè)計(jì)比較嚴(yán)格。流化床的

傳熱和破汽泡、溝流措施也是研究比較多的。流化床需要注意的是不能堵塞氣體

分布器，堵了很麻煩的。

固定床、移動(dòng)床和沸騰床的區(qū)分是依據(jù)向床層內(nèi)通氣量的大小而定的，隨著

通氣量的增加，一次是固定床、鼓泡床（沸騰床），湍動(dòng)床，輸送床。移動(dòng)床嚴(yán)

格意義上屬于流化床的范疇，是顆粒整理向下移動(dòng)，床層高度不變，例如煉油中

的催化重整工藝，是典型的移動(dòng)床工藝。至于應(yīng)用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，相對(duì)而言流化

床技術(shù)具有良好的傳質(zhì)、傳熱和各項(xiàng)均勻性，生產(chǎn)規(guī)模大，應(yīng)用的最廣泛，例如

基于循環(huán)流化床開(kāi)發(fā)的各種煤氣化、燃燒工藝等等。固定床和移動(dòng)床受傳質(zhì)傳熱

的限制，規(guī)模小，但是裝置投資小，例如魯奇的碎煤氣化技術(shù)，就是典型的固定

床，通常需要幾臺(tái)爐子一起交替生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程的連續(xù)。

表2-1部分反應(yīng)器特性

型式適用的反應(yīng)優(yōu)缺點(diǎn)

返混小、所需反應(yīng)器容積較小、比傳熱面大；但對(duì)

管式氣相、液相

慢速反應(yīng)，管要很長(zhǎng)，壓降大

適用性大、操作彈性大、連續(xù)操作時(shí)溫度、濃度容

釜式液相、液-液相、液-固相易控制、產(chǎn)品質(zhì)量均一，但高轉(zhuǎn)化率時(shí)，反應(yīng)容積

大

傳熱好、反應(yīng)連續(xù)、返混小、催化劑不斷循環(huán)再生；

氣-固相

移動(dòng)床控制固體均勻下移比較困難，可能發(fā)生“貼壁”和

催化劑需要不斷再生的反應(yīng)

“空腔”現(xiàn)象

返混小、高轉(zhuǎn)化率時(shí)催化劑用量少，催化劑不易磨

固定床氣-固相（催化或非催化）

損；傳熱控溫不易、催化劑裝卸麻煩

傳熱好、溫度均勻、易控制、催化劑有效系數(shù)大；

氣-固相（催化或非催化）

流化床粒子輸送容易、但磨耗大；床內(nèi)返混大，對(duì)高轉(zhuǎn)化

特別是催化劑失活很快的反應(yīng)

率不利，操作條件限制較大

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第三章催化劑的選擇

自1922年研究成功乙煥氣相合成醋酸乙烯的方法以來(lái)，使用的催化劑一直

是醋酸鋅一活性炭，世界各國(guó)如日本、前蘇聯(lián)等為進(jìn)一步提高催化劑的活性、強(qiáng)

度和選擇性作了大量的研究又提出了醋酸鋅系變形催化劑和醋酸鋅系以外的催

化劑。盡管其中有些催化劑具有高于醋酸鋅一活性炭催化劑數(shù)倍的活性，但因反

應(yīng)溫度高，成本高，活性下降快等種種原因而未能工業(yè)化。

常見(jiàn)的乙烘氣相法合成醋酸乙烯的催化劑大致可分為三類(lèi)：醋酸鋅一活性炭

催化劑、醋酸鋅系變形催化劑、醋酸鋅系以外的催化劑，詳見(jiàn)下述。

3.1醋酸鋅一活性炭催化劑

對(duì)于合成醋酸乙烯反應(yīng)，鋅、鎘、汞等化合物均能起主催化作用。鎘的化合

物價(jià)格昂貴，汞的化合物又有劇毒，因此，工業(yè)上采用醋酸鋅為主催化劑，載體

采用活性炭。

活性炭的主要成分是炭，此外還有少量H、0、N、S和灰分。含量雖少，

但對(duì)活性炭的性質(zhì)有一定的影響?；钚蕴烤哂胁灰?guī)則的石墨結(jié)構(gòu)，在300?800℃

下焙燒時(shí)，表面上形成堿性基團(tuán)，故使活性炭能呈現(xiàn)酸或堿性?；钚蕴渴前言?/p>

經(jīng)過(guò)炭化后再經(jīng)活化而得，由于原料和制法不同，可得到不同的比表面的活性炭，

大的甚至可達(dá)2000m2/ga

活性炭的機(jī)械強(qiáng)度稍差，常用于做為固定床催化劑的載體。作為合成醋酸乙

烯催化劑的載體活性炭，除了要求灰份及有害元素含量低外，還應(yīng)具有較為發(fā)達(dá)

的微孔結(jié)構(gòu)，比表面積為1000-1500n?/g。微孔的平均直徑20—40A，微孔容積

0.6ml/g。性能良好的催化劑，一般要求活性炭微孔直徑不小于醋酸鋅、醋酸、乙

烘和醋酸乙烯分子平均直徑的總和，最好是在20—30A之間分布，在此范圍的

比表面積最大。

醋酸鋅的吸附量與活性炭本身的物理性質(zhì)、機(jī)械性質(zhì)有很大關(guān)系，醋酸鋅吸

附量增加，催化劑的活性也隨之增加；到一定吸附量后，活性最佳；吸附量再增

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加，那么活性就有下降的趨勢(shì)。

在實(shí)際生產(chǎn)中，還會(huì)在醋酸鋅一活性炭催化劑中添加少量的助催化劑。添加

少量醋酸鎂和醋酸鉛可以減少催化劑表面樹(shù)脂狀物質(zhì)的生成和吸附，加少量碘化

鉞或次碳酸鉞可以抑制乙烘中所含微量高級(jí)族燒的聚合，其它助催化劑還有氧化

鈦、鋁、睇等。

在合成醋酸乙烯的反應(yīng)中，含磷、種的化合物是強(qiáng)烈的催化毒物，應(yīng)該采取

措施嚴(yán)加控制。同時(shí)還要嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度，防止醋酸鋅的升華與分解。

3.2醋酸鋅系變形催化劑

為了延長(zhǎng)催化劑的使用壽命、提高活性，往往在醋酸鋅一活性炭催化劑中加

入其它成分。

首先，醋酸鋅在被載體吸附時(shí)，除去結(jié)晶水比較困難，使其在反應(yīng)實(shí)際溫度

范圍(180—240℃)內(nèi)易于升華，從而使催化劑活性降低，并使反應(yīng)器出口堵塞。

為了防止堵塞現(xiàn)象，有研究者考慮用丙二酸、丁二酸、戊二酸或庚二酸等脂肪

族二酸的鋅鹽來(lái)代替醋酸鋅，也Zn4O(OAc)6來(lái)代替醋酸鋅的，均有一定的效果。

國(guó)內(nèi)近年來(lái)吉林化學(xué)纖維研究所研究過(guò)ZnO—ZnCb—活性炭催化劑，并進(jìn)行了

中試，得到了較好結(jié)果，但催化劑制備過(guò)程中產(chǎn)生NOx污染環(huán)境，且催化劑中

加入了ZnCb,CT對(duì)設(shè)備的腐蝕性還不清楚，從而限制了該催化劑的推廣。

其次，還有對(duì)活性炭載體進(jìn)行改進(jìn)的研究，一種是選取不同的制備活性炭的

原材料，如椰殼、杏核、山核桃殼、褐煤、煙煤以及木炭等，另一種是對(duì)制成的

活性炭進(jìn)行改進(jìn)。如將活性炭與硫磺混合，在400℃附近加熱使硫磺吸附在活性

炭表面，然后浸漬上醋酸鋅，發(fā)現(xiàn)乙烘的吸附速度得到顯著增加，這可能是因?yàn)?/p>

改善了活性炭表面極性基團(tuán)的活性；也有將1?3倍的活性白土混入活性炭以提高

催化劑的壽命。

3.3醋酸鋅系以外的催化劑

醋酸鋅系以外的催化劑主要是日本學(xué)者提出的雙組分氧化物和三組分氧化

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；

物催化劑，如18ZnO—V2O5、ZnO-2Fe2O3>4ZnO-SiO2>3ZnO-Cr2o3>2ZnO

一MoO3、

2ZnO-B2O3和16ZnO-32Fe2（）3—V2O5、24ZnO-8Cr2O3-V2O5,等。

上述催化劑在250（下反應(yīng)，具有很高的活性，但因反應(yīng)溫度高、成本高、活性

下降快而沒(méi)有投入實(shí)際應(yīng)用。

前蘇聯(lián)學(xué)者曾研究過(guò)Cd和Zn的硅酸鹽催化劑及鋁酸鋅等催化劑，也未見(jiàn)

工業(yè)化。目前還有以ZnO為主催化劑，ZnCI及PbO為助催化劑，硅膠作為載

體的催化劑研究。但硅膠強(qiáng)度較差，新催化劑仍然存在許多問(wèn)題，要用于工業(yè)生

產(chǎn)還有待進(jìn)一步改進(jìn)。

3.4以Y—氧化鋁為載體的新型催化劑

近年來(lái)，除上述對(duì)活性炭載體改進(jìn)的研究外，仍以醋酸鋅為活性組分，但載

體卻選擇其它材料的催化劑開(kāi)發(fā)工作也在持續(xù)發(fā)展中。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者試圖用硅

膠、活性欽化鋁、硅酸鋁及分子篩等為載體來(lái)制備催化劑，以代替活性炭載體。

其中，活性氧化鋁因其比表面大、孔隙率高、抗高溫等特點(diǎn)，在石油和化學(xué)工業(yè)

的許多反應(yīng)中用作催化劑、載體及吸附劑，而倍受矚目，成為替換活性炭載體的

首選。

活性氧化鋁的宏觀物理結(jié)構(gòu)的代表性參數(shù)是表面積、孔容、孔徑及其分布。

而載體的微結(jié)晶、微粒子形狀、晶格和粒徑等微觀結(jié)構(gòu)也會(huì)影響催化劑的表面性

質(zhì)。

一般來(lái)說(shuō)，活性高而選擇性又好的催化劑是孔容、比表面積相對(duì)較大的、以

及孔徑分布也合理的。載體的孔有小孔、中孔、大孔及其相互交聯(lián)的幾種類(lèi)型，

不同催化劑要求的孔結(jié)構(gòu)也不盡相同。

在氧化鋁表面主要有L酸中心AI+,也有日酸中心H—O—H\同時(shí)還有堿

中心0-、02o不同物質(zhì)進(jìn)行催化反應(yīng)所需催化劑的酸、堿性及活性中心不同，因

此在選擇催化劑載體時(shí)還要注意考察活性氧化鋁載體的酸堿性。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，乙煥氣相法合成醋酸乙烯催化劑中的活性金屬組分的催化活性

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自高到低的順序?yàn)椋篐g(II)>Bi>Cd>Zn>Ni>Co>Fe>Ca>Ba。催化活性最強(qiáng)

Hg化合物有毒性對(duì)環(huán)境污染大，Bi與Cd化合物價(jià)格昂貴，而傳統(tǒng)的Zn化合

物價(jià)格便宜、工藝簡(jiǎn)單，目前在工業(yè)上有著廣泛應(yīng)用。因此本項(xiàng)目選擇傳統(tǒng)的醋

酸鋅一活性炭催化劑。

3.5醋酸鋅一活性炭催化劑活性的影響因素

催化劑活性的好壞直接影響合成醋酸乙烯的產(chǎn)量、質(zhì)量，因此催化劑活性的

影響因素就成了醋酸乙烯生產(chǎn)中必須關(guān)注的重要問(wèn)題。

影響醋酸鋅活性炭催化劑活性的因素主要有以下幾種：

1.活性炭載體物理結(jié)構(gòu)的影響

活性炭的物理結(jié)構(gòu)(主要是直徑、比表面積、孔隙率和孔徑)影響著反應(yīng)動(dòng)力

學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)，同時(shí)影響催化劑的活性。

醋酸鋅一活性炭催化劑的催化作用，不只是Zn(Ac)2的作用，單獨(dú)使用

Zn(Ac)2時(shí)，事實(shí)上不起催化作用，必須將Zn(Ac)2浸漬在活性炭上才能有催化

作用，所以活性炭既是載體，又是活性組分，所以催化劑活性與活性炭的關(guān)系很

大。醋酸乙烯合成反應(yīng)是在催化劑的表面(內(nèi)外表面)進(jìn)行的，單位體積催化劑具

有的總表面積越大，催化合成反應(yīng)的反應(yīng)速率越高，空時(shí)收率也越高。由此可見(jiàn)，

活性炭的比表面積對(duì)催化劑活性的影響很大，而活性炭的孔徑也應(yīng)有一個(gè)適宜的

范圍，太小的微孔不能發(fā)揮作用，微孔太大則反應(yīng)氣體可以自由擴(kuò)散，但降低了

比表面。要獲得較高的活性，需要有較大的比表面，而催化反應(yīng)中醋酸乙烯產(chǎn)品

在孔隙內(nèi)反擴(kuò)散又需要有較大的孔徑，否則催化劑就不能長(zhǎng)期維持活性。

2.醋酸鋅吸附量的影響

活性炭吸附的醋酸鋅量直接影響催化劑的活性和壽命。實(shí)踐證明，Zn(Ac)2

載量有一個(gè)最佳值。當(dāng)Zn(Ac)2載量在這個(gè)峰值以下時(shí)，反應(yīng)中醋酸轉(zhuǎn)化率隨

Zn(Ac)2載量的增加而增加:但到峰值后，再增加Zn(Ac)2的載量，醋酸轉(zhuǎn)化率反

而下降。因此，就醋酸乙烯的生成速率而言，存在一個(gè)最優(yōu)載鋅量，使生成速率

達(dá)到最大。

根據(jù)滿谷昭夫?qū)ψ顑?yōu)載鋅量的解釋是:催化劑的比表面隨Zn(Ac)2的進(jìn)一步

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增加而急劇下降在最優(yōu)值附近Zn(Ac)2分子所占的比表面大體上等于活性炭的表

面積Zn(Ac)2呈單分子膜狀態(tài)覆蓋在活性炭表面上，Zn(Ac)2的含量再增加時(shí)，

則Zn(Ac)2分子相互重疊，因而妨礙了乙族與活性炭吸附的Zn(Ac)2的配位，從

而導(dǎo)致醋酸乙烯生成速率的下降。

催化劑的最佳載鋅量會(huì)因活性炭的品種、來(lái)源、物化性能、催化劑的制備方

法以及催化劑的使用運(yùn)行工藝條件等諸多因素不同而不同。

3.催化劑配制操作的影響

催化劑的配制主要是載體的預(yù)處理和催化劑的干燥。催化劑干燥主要是脫水

和對(duì)催化劑活性組分的再分配。在醋酸鋅一活性炭催化劑中，含有的水主要是活

性炭表面或微孔中吸附的水和游離水，這些均需在干燥過(guò)程中除去。而活性炭是

多孔性物質(zhì)，且孔的大小不一，孔徑不等，在干燥過(guò)程中Zn(Ac)2會(huì)隨液體的

蒸發(fā)而發(fā)生遷移。如果干燥太快，醋酸鋅水溶液沒(méi)有足夠的時(shí)間向活性炭微孔中

擴(kuò)散水分便被蒸發(fā)掉，結(jié)果使微孔中有很大一部分表面沒(méi)有覆蓋醋酸鋅，而微孔

的出口部醋酸鋅過(guò)量而析出，可能將微孔堵死，或者大量醋酸鋅附著在活性炭的

表面。表面的那部分醋酸鋅幾乎不起催化作用，經(jīng)長(zhǎng)期磨損升華帶走。

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第四章主要反應(yīng)機(jī)理及動(dòng)力學(xué)

4.1反應(yīng)方程式

反應(yīng)方程式

主反應(yīng)：

C2H2+CH3coOH—CH3coOCHCH?

副反應(yīng)：

1、乙醛的生成

乙族與水作用：

C2H2+H2OTCH3CHO

醋酸乙烯水解：

CH3coOCHCH2+H2O-CH3CHO+CH3co0H

二醋酸亞乙酯分解：

CH3CH(OCOCH3)2一(CH3co)2O+CH3CHO

2、巴豆醛(丁烯醛)的生成

由乙醛生成：

2cH3CH0-CH3cH=CHCH0+H2。

乙煥與乙醛作用：

C2H2+CH3CHO—CH3cH=CHCH0

3、丙酮的生成

由醋酸生成：

2cH3co0H-CH3coeH3+CO2+H2O

醋酸鋅分解：

Zn(OCOCH3)2-CH3coeH3+CO2+H2O

4、二醋酸一1,1一亞乙醋的生成

由乙烘與過(guò)量醋酸作用：

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C2H2+2CH3coOH—CH3CH(OCOCH3)2

5、醋酸酎的生成

由醋酸脫水：

2CH3COOH^(CH3CO)2O+H2O

二醋酸亞乙脂分解：

CH3CH(OCOCH3)2-^(CH3CO)2O+CH3CHO

醋酸鋅分解：

Zn(OCOCH3)2一(CH3co)2+Zn0

6、苯的生成

由乙烘生成：

3c2H2—C6H6

7、高級(jí)煥煌(來(lái)源于原料氣)也可能發(fā)生下列反應(yīng)

丙二烯異構(gòu)化生成甲基乙煥：

CH2=C=CH2+H2O^CH3C=CH

丁二族水合生成1一烘，3—丁酮

CH=C—C=CH+H2(3-CH=C-C0-CH3

一般來(lái)說(shuō)，高溫和局部過(guò)熱會(huì)導(dǎo)致副產(chǎn)物的生成量加大。

4.2反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

4.2.1原料的主要熱力學(xué)和物化性質(zhì)

4.2.1.1醋酸

醋酸20℃時(shí)比重為1.0495,沸點(diǎn)為℃,熔點(diǎn)為118TC,醋酸的梭基在某種

狀況下能活化鄰近的甲基，從而使之能發(fā)生特殊的加成與取代反應(yīng)。由于分子間

氫氣作用，在溫度0?300℃范圍內(nèi)，醋酸蒸氣由不同比例的醋酸分子和二締合體

分子組成，存在著締合和解離的平衡。

醋酸(乙酸)在常溫下是一種有強(qiáng)烈刺激性酸味的無(wú)色液體。乙酸的熔點(diǎn)為

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16.6℃（289.6K）o沸點(diǎn)1179c（391.2K）。相對(duì)密度1.05,閃點(diǎn)39℃,爆炸極

限4%?17%（體積）。純的醋酸在低于熔點(diǎn)時(shí)會(huì)凍結(jié)成冰狀晶體，所以無(wú)水乙酸

又稱(chēng)為冰醋酸。醋酸易溶于水和乙醇，其水溶液呈弱酸性。乙酸鹽也易溶于水，

水溶液呈堿性。

kp

CH2=C=CH2+H2O=CH3c=CH

NH^=70KJImol

解離平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系為：

351310

1g3=11.5309——-——1.1176197-3.58x10-17-6.75x10-7

平衡時(shí)醋酸的解離分率為一摩爾醋酸蒸氣中醋酸分子所具有的摩爾數(shù)，解離

分率稱(chēng)為醋酸的解離度用a”表示?？捎孟率接?jì)算：

-n+n2++1（2附+1）

式中：p—總壓（大氣壓）；

n——與一摩爾醋酸蒸氣同時(shí)存在的其它氣體摩爾數(shù)

4.2.1.2乙烘

乙族是具有三鍵的不飽和燒，化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，可與氯化氫、氫氟酸、甲

醇等許多帶活潑氫的物質(zhì)進(jìn)行加成反應(yīng)，使乙煥中的三鏈變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定的各

種基衍生物，乙烘易分解，并放出大量熱，常溫常壓下乙烘不會(huì)自動(dòng)分解，需外

加引發(fā)能源，乙烘與銅或氧化銅反應(yīng)生成具有爆炸性的乙烘銅，所以接觸乙煥的

設(shè)備，不能用含有銅量超過(guò)的銅合金制造。

4.2.1.3反應(yīng)熱和反應(yīng)平衡常數(shù)

醋酸乙烯合成中主要物質(zhì)的有關(guān)熱力學(xué)性質(zhì)列于下表4-1o由醋酸和乙烘生

成醋酸乙烯的反應(yīng)熱為必298。=-98.6KJ/機(jī)o/。根據(jù)AG/=A8298?-TAS,計(jì)算

都州大學(xué)烯醋浪團(tuán)隊(duì)

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出下列的反應(yīng)平衡常數(shù)為：

160℃&=1.078x107

220℃（=4.17x106

280℃（=3.3x104

乙烘法氣相合成醋酸乙烯的反應(yīng)溫度一般在170?200℃之間，由此可見(jiàn)，在

工業(yè)上生產(chǎn)醋酸乙烯的溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)平衡常數(shù)是相當(dāng)大的，可以認(rèn)為是不可

逆反應(yīng)。

表4-1主要物質(zhì)有關(guān)熱力學(xué)數(shù)據(jù)

2「3（卡/摩?）

物質(zhì)種類(lèi)0AS0CP=a+bT+cT+d2+frK

AH298公0298

（氣相）（千卡/摩）（卡/摩）r?36dxi（y58

1尸298abxlOcxlO/xlO

醋酸乙烯-72.5294.7394.733.62166,764-21.63-0.3965

醋酸-103.8167.9267.922.3852.65-24.5

乙烘54.1948.0048.0012.133.84-2.46

4.2.2反應(yīng)機(jī)理

A.E.Cornelissen,古川等認(rèn)為，首先在第族過(guò)渡金屬離子上乙烘與之配位結(jié)

合形成二絡(luò)合物，隨后發(fā)生轉(zhuǎn)位，形成絡(luò)合體，該絡(luò)合物再經(jīng)過(guò)分解而形成醋酸

乙烯。該反應(yīng)控制步驟為乙烘在催化劑表面上的吸附，反應(yīng)對(duì)醋酸近似為零級(jí)，

對(duì)乙煥近似為一級(jí)，反應(yīng)速率方程可以寫(xiě)為

pC2H2

1+K/HOAC+K?PYA

式中：k=AA"

A=50.8xIO?kmol.kgca：?Pa~i

E=20300kcal?kmoL

*.6

K、=ePa-1

鄭州上學(xué)烯酯浪團(tuán)隊(duì)

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1

K3=2.6Pa

反應(yīng)過(guò)程共分三步進(jìn)行，其中以第一步反應(yīng)的速度最慢

(1)首先，乙煥分子吸附在催化劑表面形成二絡(luò)合物；

(2)然后，這一絡(luò)合物迅速進(jìn)行分子重排，生成絡(luò)合體；

(3)最后，該絡(luò)合物與醋酸反應(yīng)又分解成醋酸鋅分子和醋酸乙烯。

該絡(luò)合物的形狀還因研究者的不同而稍有差異，一般認(rèn)為是乙煥一鋅鹽的四

配位型絡(luò)合物。另外，以上機(jī)理還適合于其它的乙烯基反應(yīng)，例如，乙烘法合成

氯乙烯的機(jī)理等。

為了簡(jiǎn)化模型方程的推導(dǎo)，根據(jù)操作條件和列管式固定床反應(yīng)器的特點(diǎn)，對(duì)

反應(yīng)器作理想化處理，提出以下幾點(diǎn)假設(shè)：

(1)在垂直于流體流動(dòng)方向的截面上流體性質(zhì)和速度是均勻的，徑向不存

在速度梯度和溫度梯度，也不存在濃度梯度。

(2)軸向傳熱和傳質(zhì)僅由平推流的總體流動(dòng)所引起。

按以上假設(shè)，我們采用擬均相一維平推流模型，即忽略反應(yīng)器的軸向溫度分

布和濃度分布，我們現(xiàn)在只考慮反應(yīng)器的徑向參數(shù)的變化，并按均相反應(yīng)器來(lái)考

慮。根據(jù)以上假設(shè)導(dǎo)出反應(yīng)器模型。

先把列管式固定床反應(yīng)器看作管式反應(yīng)器分析，達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，隨物料流動(dòng)的

軸向而變化故可取任意時(shí)間間隔某微元體積dVR,對(duì)此微元體積進(jìn)行物料衡算。

進(jìn)料量：

工="0(1-%)

輸出量；

FA+dFA=FA0[1-(%A+^J]

反應(yīng)量；

rAdVR

則微元體積的物料衡算式為：

FAd-xA)=FA0[l-(xA+dxA)]+rAdVR

化簡(jiǎn)后積分可得;

都州大學(xué)烯醋浪團(tuán)隊(duì)

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60fd%

PB

物料衡算微分方程:

FAOdxA=pB(-rA)dVR

熱量衡算微分方程：

FtCPdT=(d；pB(—q)(—AH4)dl-U?磯(T-Ts)dl

整理后得到如下方程：

dx_兀d；PB

A(一G)

譏4%

2

A=IT4PBS[(-a)(-)]-K7idt(T-A)|

al耳”〔4J

式中：FAO---反應(yīng)物A進(jìn)料摩爾流量，kmol/h

Ft---反應(yīng)物總進(jìn)料摩爾流量，kmol/h

G------流體的空床質(zhì)量流速，kmolIh

3

pB——催化劑堆積密度，kg/m

(-G)------反應(yīng)速率，Am。//(蟲(chóng)催化劑?丸)

I——反應(yīng)器長(zhǎng)度方向距離，m

xAQ----進(jìn)料中組分A的分子分?jǐn)?shù)；

%—反應(yīng)器體積，m3

T——反應(yīng)管內(nèi)反應(yīng)溫度，℃

Ts——反應(yīng)介質(zhì)溫度，℃

K——總傳熱系數(shù)，W/(m2-K)

XA——反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率

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第五章醋酸乙烯合成反應(yīng)器

5.1反應(yīng)方程式

主反應(yīng)：

C2H2+CH3co0H-CH3coOCHCH?

主要的副反應(yīng)：

(1)乙醛的生成

乙煥與水作用：

C2H2+H2O-CH3CH0

醋酸乙烯水解：

CH3coOCHCH2+H2O-CH3CHO+CH3co0H

二醋酸亞乙酯分解：

CH3CH(OCOCH3)2一(CH3co)20+CH3cH0

(2)丙酮的生成

由醋酸生成：

2cH3co0H-CH3coeH3+CO2+H2O

醋酸鋅分解：

Zn(OCOCH3)2-CH3coeH3+CO2+H2O

5.2催化劑參數(shù)

催化劑采用青島碩遠(yuǎn)硅科技有限公司生產(chǎn)的醋酸鋅一炭小球催化劑，其主

要性質(zhì)如下表：

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表5-1催化劑物性表

項(xiàng)目性能

顆粒直徑(mm)2

堆積密度(g-ml1)0.60

視密度(g-ml-1)0.95

比表面積(m2/g)2460

孔體積(mlgi)1.96

孔隙率0.4

活性組分包括醋酸鋅、和助催化劑，所述助催化劑包括選自VI族元素中的至

少一種元素和HB族元素中的至少一種金屬元素，醋酸鋅為主催化劑，載體為炭

小球，催化劑中醋酸鋅的含量為50-300g/Lo

5.3反應(yīng)器類(lèi)型的選擇

由第二章我們對(duì)各種反應(yīng)器特點(diǎn)的描述知道，在連續(xù)反應(yīng)器中主要有管式、

釜式、塔式、固定床和流化床等。流化床雖然可以增加兩相間的接觸面積，傳熱

面積以及具有傳質(zhì)速率快等特點(diǎn)，但是由于催化劑顆粒的劇烈運(yùn)動(dòng)，造成固體顆

粒與流體的嚴(yán)重返混，導(dǎo)致反應(yīng)物濃度下降，轉(zhuǎn)化率下降，催化劑顆粒的劇烈運(yùn)

動(dòng)也造成了催化劑破碎率增大，增加了催化劑的損耗。同時(shí)催化劑還會(huì)與器壁發(fā)

生劇烈碰撞，易造成設(shè)備與管道的腐蝕，增大設(shè)備損耗。

列管式固定床反應(yīng)器有以下優(yōu)點(diǎn)：①返混小，流體可同催化劑進(jìn)行有效解除,

當(dāng)反應(yīng)伴有串聯(lián)副反應(yīng)時(shí)可得較高選擇性；②催化劑機(jī)械損耗；③結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它

的投資和操作費(fèi)用介于絕熱固定床和流化床之間；④列管式固定床相對(duì)于一般固

定床而言，更容易控制熱量的傳遞過(guò)程。因此，列管式固定床是乙烘法制醋酸乙

烯比較理想的反應(yīng)設(shè)備。

所以為了最大限度的發(fā)揮催化劑高選擇性和高轉(zhuǎn)化率的優(yōu)勢(shì)、減小催化劑損

失，流程的反應(yīng)器采用技術(shù)最成熟的列管式固定床反應(yīng)器。

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5.4工藝條件的選擇

5.4.1反應(yīng)溫度

通過(guò)文獻(xiàn)查詢可知，醋酸乙烯合成的反應(yīng)溫度一般在160-220C,溫度對(duì)醋

酸乙烯合成反應(yīng)的影響如下圖所示。

50

48

46

44

%

42

率

化40

轉(zhuǎn)38

的

36

酸

醋34

32

30

%70175180185190195

圖5-1溫度對(duì)醋酸轉(zhuǎn)化率的影響

可以看出，隨著反應(yīng)溫度增加，醋酸轉(zhuǎn)化率迅速增大。為了增加產(chǎn)量，應(yīng)該

采用較高反應(yīng)溫度。然而，在實(shí)際反應(yīng)中對(duì)于活性炭觸媒，由于乙煥在催化劑上

發(fā)生化學(xué)吸附起始溫度是160℃,因此反應(yīng)溫度不應(yīng)低于160℃,并且締合為雙

分子醋酸在160℃以上開(kāi)始離解為單分子醋酸，才能與乙烘反應(yīng)。因此，在實(shí)際

的生產(chǎn)過(guò)程中反應(yīng)溫度必須控制在一定范圍內(nèi)，反應(yīng)才能正常的進(jìn)行，因?yàn)榉磻?yīng)

溫度過(guò)高，觸媒中毒系數(shù)增大，選擇性降低，副反應(yīng)增多，使反應(yīng)液中丙酮、巴

豆醛、乙醛等有害雜質(zhì)增多，影響產(chǎn)品質(zhì)量，反應(yīng)溫度一般不超過(guò)200℃。

反應(yīng)工段中，來(lái)自乙煥清凈工段的新鮮乙煥與循環(huán)乙煥混合，被蒸汽加熱后,

送入循環(huán)氣體鼓風(fēng)機(jī)，經(jīng)增壓升溫后送入混合罐，經(jīng)加熱后進(jìn)入合成反應(yīng)器進(jìn)行

反應(yīng)。

綜合考慮，進(jìn)入合成反應(yīng)器的混合氣體溫度控制在150℃,反應(yīng)溫度控制在

180℃,反應(yīng)器出口溫度180℃。

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5.4.2反應(yīng)壓力

而對(duì)于反應(yīng)壓力，可有文獻(xiàn)知乙族氣相法合成醋酸乙烯的反應(yīng)，壓力一般在

20-100KPa,考慮到壓力對(duì)于副反應(yīng)的影響程度，以及醋酸乙烯轉(zhuǎn)化率的要求，

選擇lOOKpa的反應(yīng)壓力

5.4.3體積空速

提高空速可增大流體的湍動(dòng)程度，使傳熱和傳質(zhì)的阻力膜變薄，催化劑顆粒

外表面及顆粒內(nèi)部反應(yīng)組成的濃度及溫度與氣流主體更趨于一致。同時(shí)空速增大

可以提高生產(chǎn)能力，催化劑反應(yīng)時(shí)間減少、轉(zhuǎn)化率降低的幾率變??；但是床層壓

降增大，動(dòng)力消耗增加。因此，在工業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)對(duì)具體的反應(yīng)器進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算,

以確定適宜的空速。適宜的空速在1000-1500h”左右。

5.4.4C2H2/CH3COOH進(jìn)料摩爾比

50

48

46

%44

率42

化