乙酸乙酯的工艺设计的研究

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： 14.8 FA0 26.（ 4 Kmol/h） 0.6 0.95 0.98
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
t
dc A 1 cA dc A 1 1 1 1 1 1 ( ) ( ) 0.57h cAo ( r ) k cAo c 2 A k c A c A0 0.9 2.93 0.4 2.93 A
cA
根据经验取非生产时间 t 0.5h ，则反应体积：
VR
2 （A为乙酸） rA kc A
当反应温度为80℃，催化剂为硫酸时，反应速率常数： k=15.00L/(kmol*min)=0.9m3/(kmol*h)
2
因为乙醇大大过量，反应混合物密度视为恒定，等于0.85kg/L CA0=0.85×1000/（5×46+60）=2.93 当乙酸转化率x=60%，由间歇釜反应有：
FA0 26.4 (t t , ) (0.57 0.5) 9.64m 3 c A0 2.93
9.64 12.85m 3 0.75
3
因装料系数为0.75，故实际体积：
VR
要求每釜体积小于5m3
3
则间歇釜需3个，每釜体积V=4.28 m 圆整，取实际体积V=4.5m 。 2.2 连续性进料的计算 2.2.1 流量的计算 ① 乙酸乙酯的产量 化学反应方程式：
W硫酸 = 7733.3 0.01 = 77.33 （Kg/h）
即可算其物质的量流量：
F硫酸 = 77.33/98 = 0.789 （Kmol/h）
表1 名称 流量 kmol/h 乙酸 26.4 物料进料量表 丁醇 132 浓硫酸 0.789 .
2.1.2 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：
2.2.2 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） rA kc A
当反应温度为80℃，催化剂为硫酸时，反应速率常数k=15L/（Kmol*min） ，因为乙醇大 大过量，反应混合物密度视为恒定，等于0.85g/ml。因硫酸少量，忽略其影响。 CA，0=0.85×1000/（5×46+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，V0不变， i
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2 工艺计算及方案选择
2.1 间歇式进料 2.1.1 流量的计算 ① 乙酸乙酯的产量 化学反应方程式：
浓硫酸 CH 3COOH CH 3CH 2 OH CH 3COOCH 2 CH 3 H 2 O
乙酸乙酯的相对分子质量为88，所以要求的生产流量为
F酯
7800 10 3 14.（ 8 Kmol/h ） 88 6000
FA0
11 .07 19.83 （Kmol/h） 0.6 0.95 0.98
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 19.83 5 99.17 kmol / h
④ 总物料量流量：
F FA0 F乙醇 19.83 99.17 119 kmol / h
0
Vi
不变
V1


c A0 c A1 V2 c A1 c A 2 ( rA )1 ( rA ) 2
c A0 c A1 c A1 c A 2 2 2 k 1c A k 2c A 1 2
若采用两釜等温操作，则 k1=k2 代数解得 CA1=1.73kmol/m3
V
0 引言
酯化反应是有机工业中较成熟的一个工艺。尽管现在研制出不同的催化剂合成新工艺， 但设计以硫酸作为催化剂的传统工艺是很有必要的。 酯化反应器设计的基本要求是满足传质 和传热要求。因此需要设计搅拌器。另外，反应器要有足够的机械强度，抗腐蚀能力；结构 要合理，便于制造、安装和检修；经济上要合理，设备全寿命期的总投资要少。产品乙酸乙 酯有以下性质：无色澄清液体，有强烈的醚似的气味，清灵、微带果香的酒香，易扩散， 不 持久，分子量：88.11，沸点：77.2℃ ，微溶于水，溶于醇、醚等多数有机溶剂。
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乙酸乙酯的工艺设计的研究
聂凯斌 （环境与化学工程学院 应用化学 ys1310202011） 摘 要：此次工艺设计，是模拟化工厂生产乙酸乙酯所进行的一次模拟设计。通过对其反应 的动力学研究，结合反应时间，假设条件，由间歇式生产和连续式生产特征对选择适当的反 应器进行一个对比，选择出适合该反应的生产方式及反应器。同时，通过分析课题、查阅资 料、方案比较等一系列相关运作，让我们对工艺设计有了初步的设计基础。在设计过程中解 决所遇难题，对我们养成独立思考、态度严整的工作作风有极大的帮助，并为我们以后从事 这个行业做好铺垫。 关键词：乙酸乙酯，间歇式生产，连续式生产
F乙醇 5 26.4 132 （kmol/h）
④ 总物料量流量
F FA0 F乙醇 26.4 132 158.4 （kmol/h）
⑤ 硫酸的流量 总物料的质量流量如下计算：
W总 FA M A F乙 M乙 W硫酸
因硫酸为总流量的 1%，则
26.4 60 132 46 7733.（ 3 Kg/h） 0.99
1 工艺设计条件
1.1 设计条件 生产规模：2000 吨/年 生产时间：连续生产 8000 小时/年，间隙生产 6000 小时/年 物料损耗：按 5%计算 乙酸的转化率：60% 1.2 反应条件 反应在等温下进行，反应温度为 80℃，以少量浓硫酸为催化剂，硫酸量为总物料量的 1%，当乙醇过量时，其动力学方程为：- rA=kCA2。A 为乙酸，采用配比为乙酸：丁醇=1： 5 （摩尔比） ，反应物料密度为 0.85 ㎏/l，反应速度常数 k 为 15.00/（kmol.min） 。

V c A0 c A1 2.93 1.73 0.45h v ( rA ) 0.9 1.732
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。
FA0 (c A0 c A1 ) 19.83 (2.93 1.73) 3.015m 3 2 2 c A0 kc A1 2.93 0.9 1.73
装料系数为 0.75，故实际体积 V=3.015 0.75=4.02m3。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<5m3， 2.2.3 反应时间：连续性反应时间
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参考文献：
[1] 郭锴，唐小恒，周绪美． 《化学反应工程》 ．第二版．化学工业出版社，2011 [2] 程振民，朱开宏，袁渭康． 《高等反应工程教程》 ．华东理工大学出版社，2010 [3] 姚玉英主编． 《化工原理》 ．修订版.天津科学技术出版社，2006 [4] 齐峻,曾义红,胡永康,张和进. 10万吨/年乙酸乙酯新型成套技术的开发与应用[J]. 上海化工. 2006(05) [5] 万志强. 乙酸乙酯的生产技术及市场分析[J]. 化工科技市场. 2005(12) [6] 吴如春,闫瑞一,谢涛,蓝平,廖安平. 单塔连续制备乙酸乙酯工艺研究[J]. 化学世界. 2005(06) [7] 张丽琴 ,吴云龙 ,曾义红. 乙酸乙酯 反应精馏生产工艺 模拟研究[J]. 上海化工 . 2006(10)
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=5809.9 0.01=58.09 kg / h
19.83 60 99.17 46 5809.9k来自百度文库 / h 0.99
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即可算其物质的量流量 F 硫酸=58.09/98=0.59 kmol / h 表2 物料进料量表 名称 流量 kmol/h 乙酸 19.83 乙醇 99.17 浓硫酸 0.59
浓硫酸 CH 3COOH CH 3CH 2 OH CH 3COOCH 2 CH 3 H 2 O
乙酸乙酯的相对分子质量为88，所以要求的生产流量为：
F酯
7800 103 11 .07 （Kmol/h） 88 8000
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：