醋酸工艺设计

年产10万吨醋酸工艺设计

第一章概述

醋酸是一种有机化合物，又叫乙酸（ethanoic acid）别名：醋酸(acetic acid)、冰醋酸(glacial acetic acid)。分子式：C2H4O2（常简写为HAc）或CH3COOH。是典型的脂肪酸。被公认为食醋内酸味及刺激性气味的来源。纯的无水乙酸（冰醋酸）是无色的吸湿性液体，凝固点为16.7 °C (62 °F) ，凝固后为无色晶体。尽管根据乙酸在水溶液中的离解能力它是一个弱酸，但是乙酸是具有腐蚀性的，其蒸汽对眼和鼻有刺激性作用。乙酸是一种简单的羧酸，是一个重要的化学试剂。乙酸也被用来制造电影胶片所需要的醋酸纤维素和木材用胶粘剂中的聚乙酸乙烯酯，以及很多合成纤维和织物。在家庭中，乙酸稀溶液常被用作除垢剂。食品工业方面，在食品添加剂列表E260中，乙酸是规定的一种酸度调节剂.

醋酸是一种用途广泛的基本有机产品, 也是化工、医药、纺织、轻工、食品等行业不可缺少的重要原料。随着醋酸衍生产品的不断发展, 以醋酸为基础的工业不仅直接关系到化学工业的发展, 而且与国民经济的各个行业息息相关, 醋酸生产与消费正引起世界各国的普遍重视, 醋酸生产工艺及相关问题的研究开发正在日益加深和发展。从最初的粮食发酵, 木材干馏生产醋酸开始, 合成醋酸的工艺路线主要有乙醛氧化法、乙炔电石法、乙醇氧化法、乙烯氧化法、丁烷氧化法和羰基合成法等。这些方法都各有它的优点和缺点，在选择合成醋酸的路线时，应与当地的原料资源情况密切联系起来，因地制宜，按醋酸用量的大小，工业技术条件等作综合的平衡.

本设计采用成熟的乙醛氧化法合成醋酸. 首先确定乙醛氧化法生产醋酸工艺流程，其次对整个工艺过程进行物料和能量衡算，然后对其中的单元设备——精馏塔进行设备设计，最后对此进行经济效益分析.

1.1 醋酸生产的历史沿革

早在公元前三千年，人类已经能够用酒经过各种醋酸菌氧化发酵制醋。[1]十九世纪后期，人们发现从木材干馏制木炭的副产馏出液中可以回收醋酸，成为醋酸的另一重要来源. 但这两种方法原料来源有限，都需要脱除大量水分和许多杂质，浓缩提纯费用甚高，因此，随着20世纪有机化学工业的发展，诞生了化学合成醋酸的工业. 乙醛易氧化生成醋酸，收率甚高，成为最早的合成醋酸的有效方法. 1911年，德国建成了第一套乙醛氧化合成醋酸的工业装置并迅速推广到其它国家.[2]早期的乙醛来自粮食、糖蜜发酵生成的乙醇的氧化，1928年德国以电石乙炔进行水合反应生成乙醛，是

改用矿物原料生成醋酸的开始. 二次大战后石油化工兴起发展了烃直接氧化生产醋酸的新路线，但氧化产物组分复杂，分离费用昂贵. 因此1957～1959年德国Wacher-chemie和Hoechst两公司联合开发了乙烯直接氧化制乙醛法后，乙烯—乙醛—醋酸路线迅速发展为主要的醋酸生产方法. 70年代石油价格上升，以廉价易得、原料资源不受限制的甲醇为原料的羰基化路线开始与乙烯路线竞争。甲醇羰基化制醋酸虽开始研究于20年代，60年代已有BASF公司的高压法工业装置，但直到1971年美国Monsanto公司的甲醇低压羰基化制醋酸工厂投产成功，证明经济上有压倒优势，现已取代乙烯路线而占领先地位。 1989年世界醋酸总生产能力为480kt，一套甲醇低压羰基化装置的生产能力总计2000kt/a以上，除个别厂外，都已建成投产。

中国工业生产合成醋酸同样从发酵法、乙醇—乙醛氧化法及电石乙炔—乙醛氧化路线开始，60年代末全国已形成60kt/a的生产能力. 70年代开始发展乙烯路线，引进了每套年产约7万吨大型装置. 轻油氧化制醋酸，天然气制甲醇，低压羰基化制醋酸的工艺路线正积极研究。可以肯定这些将会使我国的醋酸生产出现一个飞跃。

1.2 醋酸的物理性质

醋酸的主要物性数据列于表1-1

名称数值

熔点，℃

沸点，℃

比热容CP，J/(g﹒k)

蒸汽

液体

溶解热，J/g

汽化热，J/g

黏度，mPa. s

20℃

25℃

40℃

介电常数

液体

16.66 118. 0（101. 3kp）

1.110(25℃)

2.043(19. 4℃)

19.5

394.5（沸点时）

11.83

10.97

8.18

6.170（20℃）

表1-1 纯醋酸的物理性质

[3]

1.3 醋酸的化学性质

1.3.1 酸性

羧酸中，例如乙酸，的羧基氢原子能够部分电离变为氢离子（质子）而释放出来，导致羧酸的酸性。乙酸在水溶液中是一元弱酸，酸度系数为4.8，pKa=4.75（25℃），浓度为1mol/L 的醋酸溶液（类似于家用醋的浓度）的pH 为2.4，也就是说仅有0.4%的醋酸分子是解离的。

乙酸的酸性促使它还可以与碳酸钠、氢氧化铜、苯酚钠等物质反应。

2CH 3COOH + Na 2CO 3→2CH 3COONa + CO 2 + H 2O 2CH 3COOH + Cu(OH)2 →(CH 3COO)2Cu + 2H 2O

CH 3COOH + C 6H 5ONa →C 6H 5OH (苯酚）+ CH 3COONa 1.3.2 乙酸的二聚体,虚线表示氢键

固体 折射率nD20 生成热△Ho ，kJ/mol 液体（25℃） 气体（25℃） 燃烧热△Hc ，kJ/mol

液体

标准熵So ，J/(mol. k)

液体（25℃） 气体（25℃） 闪点(闭杯)℃ 离解常数 0℃ 25℃ 50℃ 临界压力Pc ，Mpa

2.665（-10℃）

1.3719

-484.50 -432.25

-874.8

159.8 282.5 43 4.78 4.75 4.79 5.786