年产5万吨乙酸乙酯的开题报告(共6页)

精选优质文档-倾情为你奉上长江大学工程技术学院毕业设计（论文）开题报告 题 目 名 称年产5万吨乙酸乙酯生产工艺设计系 部化学工程系专 业 班 级化工61001班学 生 姓 名徐强指 导 教 师张铭辅 导 教 师开题报告时间2014 年 3 月 20 日年产5万吨乙酸乙酯生产工艺设计学 生：徐强，化学工程系指导教师：张铭，化学工程系一、 题目来源 本项目为年产5万吨的乙酸乙酯工厂，利用来自荆州化工园区提供的乙醇来生产乙酸乙酯产品。二、 研究（设计）目的和意义 未来国际化工发展石油化工的发展形势不容乐观，有经济效益增长明显减弱，进出口贸易幅度较大，受国际价格影响明显，节能减排压力大等诸多隐患。 预计2014年石油化工行业销售收入增长25%，实现利润增长2%-5%，振幅比上年出现较大回落。成本的提高和价格的波动必将使收益相对较低，进行大规模生产的溶剂产业造成巨大影响。 在这样的形势下，一种以乙醇为原料生产的绿色溶剂就显现出了其独特的市场优势和广阔前景-乙酸乙酯是一种无毒无害的绿色溶剂，可广泛应用于食品，医药，有机合成等生产领域。目前越来越受青睐。 意义1、 缓解石油化工产业盈利下滑造成的溶剂市场压力；2、 以乙醇为原料，工艺环保低廉更能适应未来市场走向；3、 乙酸乙酯作为新型的绿色溶剂无毒无害市场前景广阔。 三、 阅读的主要参考文献参考文献 1 洪仲苓化工有机深加工M北京：化学工业出版社，1997. 2 王军，刘文彬，谭淑媛乙酸乙酯生产工艺现状及发展趋势J应用科技，2003，（3）：51 3 王树轩乙酸乙酯的市场分析J2008，（6）：1 4 KONIC，ANNETT，HUCKS，et. al. Method for producing polycarbonate P .United States Patent 6，262，219，2001-07-17 5 黄焕生，黄科林，卢军等乙酸乙酯合成生产技术现状及发展趋势J化工技术与开发，2007，（12）：12-13 6 王静康化工设计M 第一版，北京：化学工业出版社，1995：228-230 7 William Fullerton，Keyingham et. alProcess for the production of ethyl acetate. P .United States Patent ，2007-11-01 8 于伟民，薛永强，梁西良等乙酸乙酯的精制方法J化学与黏合，2005，（2）：108 9 马起超醋酸乙酯合成工艺概述J中国化工信息，2000 10 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）：1-3 11 胡润涛，杜迎春催化精馏制取乙酸乙酯研究J北京服装学院学报，2006，（4）：54-56 12 张晓丽，刘淑芝，冯辉合成乙酸乙酯催化剂研究进展J化工进展，2004，23（10）：58-59 13 崔小明乙酸乙酯合成技术现状及其进展J.精细化工原料及中间体，2009，7：5-7 14 黄焕生，黄科林，杨波等乙酸乙酯合成生产技术现状及发展趋势J 化工技术与开发15 梅允福，班丽娜，尤天祥，梅文杰。乙酸乙酯合成技术进展J 广东化工，2008，36(2)：12-17 16 刘文彬，钱徐萍乙酸乙酯生产技术对比J.综述与专论，2003，4：184-186 17 金万勤，邢卫红，毛凯等一种乙酸乙酯的生产工艺P南京工业大学，2008，5，30 18 廖安平，谢涛，蓝平等单塔连续制备乙酸乙酯的方法几设备P广西民族学院，2005，5，18 19 崔小明乙酸乙酯合成技术现状及其进展J精细化工原料及中间体，2009，（7）：5-8 20 胡润涛，杜迎春催化精馏制取乙酸乙酯研究J北京服装学院学报，2006，（4）：54-56 21 汪镇安化工工艺设计手册M北京：化学工业出版社，2003 22 HG20519-92，化工工艺设计施工图内容和深度统一规定S四、 国内外现状和发展趋势近年来， 世界乙酸乙酯的生产能力不断增加。2001 年全球乙酸乙酯的生产能力只有125.0 万吨，2006 年生产能力增加到222.0 万吨，2008 年生产能力增加到约300.0 万吨，同比增长约15.4%。其中北美地区的生产能力为26.6 万吨/年，约占世界乙酸乙酯总生产能力的8.89%； 中南美地区的生产能力为12.0 万吨/年，约占总生产能力的4.0%；西欧地区的生产能力为35.0 万吨/年， 约占总生产能力的11.7%，亚太地区的生产能力为215.4 万吨/年，约占总生产能力的71.8%； 世界其他国家和地区的生产能力为11.0 万吨/年，约占总生产能力的3.7%。, 目前， 世界乙酸乙酯的总消费量约为200.0 万吨，消费主要集中在西欧、美国和亚洲地区，其中亚洲地区的消费又主要集中在日本、中国及东南亚国家。国外乙酸乙酯的消费结构与我国有所不同，美国和欧洲国家乙酸乙酯最大的应用领域是涂料， 其中美国的涂料方面的消费量约占总消费量的60%，欧洲在涂料行业的消费量约占总消费量50。日本主要应用在涂料、油墨方面， 分别约占总消费量的40%和30%。而我国主要应用于涂料、粘合剂和制药领域。预计到2012 年全世界醋酸乙酯的总需求量将达到约250.0 万吨 4.2国内生产状况及发展动向 近年来， 随着我国化学工业和医药工业的快速发展，乙酸乙酯的生产发展很快。2003 年生产能力只有54.0 万吨，2006 年增加到90.0 万吨，2008 年进一步增加到约150.0 万吨，2003-2008 年产能的年均增长率达到约10.8%。主要的生产厂家有江苏索普（集团）公司（生产能力为20.0 万吨/年）、山东金沂蒙集团公司（生产能力为18.0 万吨/年）、广东江门谦信化工发展公司（生产能力为10.0 万吨/年）、上海吴泾化工有限公司（生产能力为20.0 万吨/年）、扬子江乙酰化工有限公司（生产能力为10.0万/年）、江西南昌赣江溶剂厂（生产能力为8.0 万吨/年）、广东顺德集团公司（生产能力为4.5 万吨/年）、天津冠达集团公司（生产能力为3.5 万吨/年）、上海石油化工公司（生产能力为2.1 万吨/年）、上海试剂有限公司（生产能力为2.0 万吨/年）、成都有机化工厂（生产能力为2.0 万吨/年）、浙江建德建业有机化工有限公司（生产能力为1.2 万吨/年）、江苏三木集团公司（生产能力为1.0 万吨/年）、河北石家庄新宇三阳实业有限公司(1.5 万吨/年)、山东海化股份有限公司(生产能力为10.0 万吨/年)、江阴百川化学工业有限公司(生产能力为3.0 万吨/年)、吉林燃料乙醇有限公司(生产能力为5.0 万吨/年)以及河南孟州华兴公司(生产能力为3.0 万吨/年)等。其中采用乙醇脱氢法的生产能力约占总生产能力的12.0%， 采用乙醛缩合法的约占1.4%， 采用醋酸酯化法的占86.6%。江苏索普（集团）公司是目前我国最大的醋酸乙酯生产企业，生产能力为20.0 万吨/年，约占国内总生产能力的13.3%， 与醋酸产品实现了上下游一体化， 产品竞争力较强，80%的醋酸乙酯用于出口。今后几年，我国仍有多套新建或扩建乙酸乙酯装置将建成投产， 主要包括江苏金茂源生物化工有限责任公司拟建的10 万吨/年装置， 广西崇左市凯源酒业化工有限公司拟建的8.0 万吨/年生产装置，兖矿集团拟建的10 万吨/年生产装置， 广西新燊石油化工有限公司的一期10 万吨/年生产装置等， 预计到2012 年， 我国乙酸乙酯的总生产能力将达到约195.0 万吨。随着生产能力的不断增加， 我国乙酸乙酯的产量也不断增加。2003 年我国乙酸乙酯的产量只有34.2 万吨，2006 年增加到63.0 万吨，2008 年尽管受到世界金融危机的影响，但是由于2007 年新增的产能发挥作用，产量仍达到约约95.0 万吨，同比增长约33.8%。目前国内大型醋酸乙酯企业均采用酯化法技术，主要生产厂家情况见表2-23 目前，国内一些大型甲醇羰基合成醋酸企业或者具有乙醇装置的企业正在配套建设或拟建乙酸乙酯生产装置，主要有山东海化股份有限公司拟采用Davy公司技术，新建10.0万吨/年生产装置(近期已经建成投产)，吉林燃料乙醇有限公司拟建5.0万吨/年生产装置，吉安生物化工公司拟建10.0万吨/年生产装置，广西新火石化公司拟建30.0万吨/年装置，第一期10.0万吨/年已经于2007年4月13日开工。上海吴泾化工有限公司拟将现有生产能力扩建到15万吨/年，长春天裕生物工程公司将建5.0万吨/年生产装置，预计到2010年，我国乙酸乙酯的总生产能力将超过120.0万吨/年。 随着生产能力的不断增加，我国醋酸乙酯的产量也不断增加。2001年我国醋酸乙酯的产量只有17.9万吨，2006年进一步增加到63.0万吨，比2005年增长约22.19%，2001-2006年产量的年均增长率高达15.09%。五、 主要研究（设计）内容、关键问题及解决思路（一） 研究的基本思路和方法乙酸乙酯的合成路线主要有四种，即乙醇乙酸酯化法（其中包括了乙酸乙醇直接酯化法和反应精馏法），乙醛缩合法，乙醇脱氢法，乙烯和乙酸直接加成法。应当说，乙醇乙酸酯化法在乙酸乙酯的合成中依然占有相当大的比例，尤其是在美国等国家，在国内多数企业也依然采用乙酸酯化法；德国、日本等国有多套乙醛直接缩合生成乙酸乙酯的装置；乙醇脱氢法与乙烯和乙酸直接加成法在其中所占的比例较小，技术有待成熟。下面简单介绍四种方法的优势与缺陷9。 （1）乙醇乙酸酯化法 反应式：OHOOCCHCHCHCOOHCHOHCHCH2323催化剂323? 乙醇乙酸酯化法由乙酸和乙醇在硫酸等催化剂作用下直接酯化成乙酸乙酯，常用的工艺是用浓硫酸作催化剂的均相催化反应精馏，该工艺是目前国内广泛采用的生产工艺，浓硫酸有酸性强、吸水性强、性能稳定、价廉等优点，而且溶于反应物料中，是均相催化反应，反应均匀，因而在全塔内都能进行催化反应11。催化作用不受塔内温度限制，反应机理清楚，容易实现最优控制，这些优点可以使反应精馏生产装置大型化。用浓硫酸作催化剂，也有其不可克服的缺点，即硫酸严重腐蚀设备，其强氧化性引起磺化、碳化或聚合等副反应，产品纯度低，后处理进程复杂，三废量大。另一种酯化的工艺是催化精馏法，它采用固体酸作催化剂，属非均相反应精馏。在酯化合成方面，已经开发出的固体催化剂有沸石分子筛、离子交换树脂、金属硫酸盐、固体超强酸等，具有产物纯度高，反应选择性强，酯收率高，反应条件温和，副产物较少等优点。但若简单地将固体酸催化剂于反应中取代硫酸，催化剂在反应液中很快失去活性。催化精馏法不容易实现工业化和大型化的困难，在于催化精馏属非均相催化反应精馏过程，机理较复杂，目前理论还不能很好地解释这一过程，在国际上还没有一个国家提出催化精馏塔的设计方法。 （2）乙醛缩合法 反应式：523三乙醇铝3HCOOCCHCHO2CH? 乙醛缩合法是由两分子乙醛经Tishchenko反应缩合成一分子乙酸乙酯，催化剂为乙醇铝、氯化铝及氯化锌等，反应温度为010oC。其生产工艺是将乙醛、乙醇铝催化剂及助催化剂连续送入反应器，反应液经蒸发浓缩后，再经三塔精馏，获得纯度99.8%以上的乙酸乙酯产品。乙醛缩合法优点在于反应是在常压低温下进行，转化率和收率高，对设备要求不高，生产成本较酯化法低；缺点是受原料来源限制，仅适宜于乙醛资源丰富的地区，催化剂乙醇铝无法回收，最后通过加水生成氢氧化铝排放，对环境有一定污染。 乙醛缩合法在欧洲和日本是生产乙酸乙酯的主流生产方法，在我国工业性生产厂很少。乙醛贮存运输不方便，一般都是自产自用，因此乙醛缩合法乙酸乙酯生产装置都是建在有乙醛生产的厂内。在冰醋酸价格高的地方，该法有很强的竞争优势。该法在国外已经大型化，在国内尚有催化剂和工程上的问题没解决，有待突破。该法的产品只能用于化工原料，不能用于食用香料，这是因为乙醛及副产物无法除尽。 （3）乙烯加成法 反应式：HCOOCCHCOOHCHCHCH? 随着化学化工产业的迅速发展，炼油技术的不断提高，乙烯已经成为一种丰富的原料。由于乙烯与乙酸直接加成反应生产乙酸乙酯利用丰富的乙烯原料，原料利用合理，来源广泛，价格低廉，生产成本较低，且对合成乙酸乙酯具有较高的产率与选择性，既是一种原子经济型反应，又是一种环境友好型反应。缺点是此催化体系对设备腐蚀严重，投资成本高。该工艺采用的催化剂主要有液体无机酸和有机磺酸类、分子筛类和杂多酸类催化剂。同时该工艺依赖于石化工业，需要有大量的乙烯资源，只能在乙烯和乙酸资源相对比较丰富而廉价的地区才可以考虑。石油价格的不断上涨，造成该工艺的劣势更加凸现，在中国这样自身石油储量及产量不高需要大量进口石油的国家，如果盲目发展这一工艺生产乙酸乙酯缺乏战略考虑。 （4）乙醇脱氢法 反应式：HHCOOCCHOHCH2CH?催化剂 以乙醇为原料生产乙酸乙酯，传统工艺必须经过乙醇氧化脱氢为乙醛、乙醛氧化成乙酸、乙酸与乙醇酯化3个工段才能完成。乙醇脱氢法则只用乙醇一种原料，经过单一催化剂脱氢后直接得到乙酸乙酯，因此，这种方法也简称一步法，以区别于传统的三工段工艺。乙醇脱氢法总反应实际上也是经过3个步骤完成的。具体的反应机理有两种，一种是脱氢歧化酯化机理，另一种是半缩醛机理，即三个步骤分别为乙醇脱氢为乙醛、乙醇与乙醛反应生成半缩醛、半缩醛脱氢为乙酸乙酯16。 20世纪90年代初清华大学化学系首先对此工艺进行研究，开发出催化剂Cu/ZnO/Al2O3/ZrO2，并获得了国家专利。1996年西南化工研究院也开始进行乙醇脱氢法生产乙酸乙酯的研究，目前还在进行工业试验，取得了不小的进展。英国Kvaerner工程公司于20世纪90年代研究乙醇脱氢法生产乙酸乙酯，同时已经在南非建成第一家工业化生产工厂。 该工艺的关键问题在于催化剂，根据反应历程，产物中有中间产物乙醛与乙酸，另外还有副产物乙烯、丙酮、丁酮、2-丁醇等。由于氢气对平衡的抑制及降低副反应要求，单程转化率只能控制在60%70%。该工艺反应工段，但分离设备较多，流程较复杂，主要的副产物必须分离。 脱氢法反应特点是：反应温和，各种反应条件变化弹性很大，工艺简单，容易操作。 脱氢法优点： （1）生产成本低，在没有甲醇法乙酸生产的地区，价格优势很大；（2）每吨乙酯副产氢气509m3，适用于氢气有用场合； （3）基本无腐蚀和三废排放，副产物可用于生产无苯提案那水溶剂（香蕉水）。 脱氢法缺点： （1） 产品质量不如酯化法，虽然可以达到国标，但若丁酮等杂质难以得到完全分离，就不宜用于食品和酒增香等行业；（2）催化剂在使用前需要还原，停车后须用氮气保护避免氧化，因此只适用于大规模连续生产，经济规模在5000t/a以上； （3）技术较复杂，尚未成熟。六、完成毕业设计（论文）所必须具备的工作条件1.利用图书馆和计算机认真查阅二甲醚相关资料并构思和总结二甲醚等药物分析和分离装置精馏工段设计的相关资料及研究成果；2.各种原始生产记录资料以及此前的研究成果(研究报、专著、论文)；3.学习各种所需软件，熟悉并掌握其操作程序，并能用其进行操作，如:化学编辑器、办公软件、Auto CAD绘图软件等计算机软件；4.在指导老师的指导下完成工艺计算及工程图纸设计部分，为论文提供工艺设计的依据。七、预期成果（达到目标）(1) 熟悉乙酸乙酯工艺工段流程并完成物料衡算；(2) 完成乙酸乙酯分离精馏工段的热量衡算；(3) 工艺设备尺寸计算以及相应CAD图纸绘制。八、工作的主要阶段、进度与时间安排工作的主要阶段、进度与时间安排如下：第一阶段：查阅并阅读毕业设计题目相关的文章，总结文献资料，拟定实验方案，写出开题报告；2012.12.012013.03.08第二阶段：撰写开题报告；2013.03.082013.03.20第三阶段：外文文献翻译的编写；2013.03.082013.03.20第四阶段：完成计算书和说明书；2013.03.212013.04.10第五阶段：绘图（CAD图纸）；2013.04.102013.04.18第六阶段：毕业论文的正文编写；2013.04.192013.05.11第八阶段：毕业论文的综合整理；2013.05.112011.05.28第九阶段：修改论文，准备答辩。2013.05.292013.06.07九、指导老师审查意见 II-3IIII-5专心-专注-专业