发布时间 : 星期四 文章年产4万吨醋酸乙烯生产车间工艺设计应用化学专业毕业论文更新完毕开始阅读76ca8d95964bcf84b8d57b11
随着原油价格的节节攀升，特别是电石乙炔法在“三废”的综合利用方面取得了突破性的进展，乙炔法重新获得了生机。乙炔气相法也很大优势，其工艺特点有：(a)由于是连续反应，长期稳定的运行便于工艺控制自动化；(b)催化剂由廉价的锌制得；(c)逐步副反应受控制，副产物量少；(d)醋酸乙烯选择性大幅度提高，单体质量好。
在我国，虽然石油乙烯工业高速发展，但我国天然气和电石资源丰富，我国境内乙炔气相法仍被广泛采用，这具有三大优势：(a)相比较于原料乙烯而言，电石法乙炔合成醋酸乙烯的原料来源稳定，不受全球油价的影响，相对便于进行远距离运愉，成本低廉。(b)醋酸乙烯进口价比国内出厂价略低，再加上运输和销售成本，两者价格基本相当，但如果考虑乙烯价格持续走高，以及原料乙烯现货供应非常紧缺的影响，在市场需求旺盛、销售通畅的情况下，国内乙炔法还是有竞争优势的。(c)乙炔气相法己在国内应用了数十年，技术成熟。
综上所述可知在石油严重依赖进口的我国发展乙炔法合成醋酸乙烯仍将有重要的意义。我国乙炔法合成醋酸乙烯原料来源稳定，工艺成熟可靠，生产成本经济，在原材料供应环境、产品售价、国内催化剂效能等方面，存在和国内外乙烯法市场抗衡优势。因此，这次设计采用乙炔气相法工艺路线。
2.2.2 乙炔气相法Wacker流程和Borden流程的比较
Wacker流程是以电石乙炔为原料的典型工艺，该法以脱硫、脱磷化氢的电石乙炔与醋
酸为原料，催化剂采用醋酸锌-活性炭体系，并添加次碳酸铋为助催化剂，反应温度为170～200℃，压力为常压。 Borden流程是以天然气乙炔为原料，以醋酸为吸收剂回收反应产物，代替了低温冷却分离产物的方法，提高了乙炔净化和回收效率，操作费用比当时一般的乙炔法降低30%左右。Borden流程投资大，技术难度大。Wacker流程技术简单，在相同规模下投资比 Borden流程要少得多，但Wacker流程能耗较高、污染较大，生产成本较高。我国主要采用的是Wacker流程技术，技术成熟，可行性高，尤其现在国内许多以电石乙炔为原料的厂家在Wacker流程中融合了Borden流程的先进之处，醋酸乙烯的产量提高很多。因此，这次设计采用电石乙炔气相法技术，即Wacker流程[8]。
2.3 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发生及净化、醋酸乙烯的合成及精制等四个
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部分。在我国主要采用此法生产醋酸乙烯，生产原理[9]如下： 2.3.1 主反应方程式
(1) 电石制乙炔气体:CaC2+2H2O→C2H2↑+Ca(OH)2 (2) 乙炔气体与醋酸蒸汽在一定温度下通过醋酸锌·活性炭催化剂的作用合成醋酸乙烯，反应方程式:C2H2 +CH3COOH→CH3COOCH=CH2 2.3.2 主要的副反应方程式 (1) 乙醛的生成。
醋酸乙烯水解[10]:CH3COOCHCH2+H2O→CH3CHO+CH3COOH (2) 巴豆醛(丁烯醛)的生成。
a.由乙醛生成:2CH3CHO→CH3CH=CHCHO+H2O b.乙炔与乙醛作用:C2H2+CH3CHO→CH3CH=CHCHO 2.3.3 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[11]进行的，其反应式为：
C2H2+CH3COOH→CH3COOH=CH2
从热力学的角度分析，此反应在常温下就可以进行完全，但反应速度极其缓慢，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170～220℃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)2→HC=CH?Zn(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=CH?Zn(OCOCH3)2→CH2=CHOCOCH3?Zn(OCOCH3)
CH2=CHOCOCH3?Zn(OCOCH3)+CH3COOH→CH3COOCH=CH2+Zn(OCOCH3)2
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(3) 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(简称克分子比)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(STV)。
在合成反应中，尚有许多副反应。副反应的多少与原料成份、触媒性能以及反应条件等因素有关。一般来说，反应温度愈高副反应愈多，常见的主要副反应如下： (1) 乙醛的生成：
C2H2+H2O→CH3CHO CH2CHOCOCH3+H2O→CH3CHO+CH3COOH CH3CH(OCOCH3)2→CH3CHO+(CH3CO)2O (2) 丁烯醛的生成：
2CH3CHO→CH3CH=CHCHO+H2O HC≡CH+CH3CHO→CH3CH=CHCHO (3) 丙酮的生成：
2CH3COOH→CH3COCH3+CO2+H2O Zn(OCOCH3)2→CH3COCH2+CO2+ZnO CH≡CH+2CH3COOH→CH3CH(OCOCH3)2 (4) 醋酐的生成：
2CH3COOH→(CH3CO)2O+H2O CH3CH(OCOCH3)2→(CH3CO)2O+CH3CHO Zn(OCOCH3)2→(CH3CO)2O+ZnO (5) 乙炔聚合物的生成：
3C2H2→C6H6 2C2H2→CH2=CH-C≡CH 以上副反应的产生不仅浪费了原料，而且影响产品质量。因此，必须严格控制原料质量，选择适宜的工艺条件，以保证产品质量，降低消耗。 2.3.4 生产工艺流程示意图
电石经电磁振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，
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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[12]，该工艺生产醋酸乙烯的工艺流程[13]见图2.1。
图2.1 电石乙炔气相法合成醋酸乙烯工艺流程图
Figure 2.1 calcium carbide acetylene of gas-phase vinyl acetate synthesis process flow diagram
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