毕业设计5万吨年乙酸乙酯生产工艺设计

毕 业 设 计论 文设计论文题目： 5万吨/年乙酸乙酯生产工艺设计 学 院 名 称： 化学工程学院 专 业： 化学工程与工艺 班 级： 07-1 姓 名： 应志飞 学 号 指 导 教 师： 周琦 职 称 讲师 定稿日期： 2021 年 5 月 22 日摘 要乙酸乙酯是一种重要的化工溶剂。乙酸乙酯在涂料、粘合剂、制药和油墨等领域的应用十分广泛，其合成过程也受到广泛重视。传统的乙酸乙酯合成工艺为酯化法，即乙酸和乙醇在浓硫酸的催化作用下直接合成乙酸乙酯。乙醛缩合法、乙醇脱氢法、醋酸乙烯加成法等是近年来开发的新技术1，相对于传统的合成工艺，乙醛缩合法、乙醇脱氢法、醋酸乙烯加成法因其热力学上的有利性和经济上的合理性，被许多中外企业所采用。但基于国情及各方面的因素考虑，本论文采用乙醇脱氢法生产乙酸乙酯，并用了ASPEN模拟进行了物料和热量衡算。关键词：乙酸乙酯；乙醇脱氢法；工艺设计；ASPEN模拟；衡算ABSTRACTEthyl acetate (EA) is an important chemical solvent. EA is widly used in applications of coatings, adhesives, pharmaceuticals and printing ink and its synthesis meyhod has get a lot of interests. The traditional synthesis method of EA is esterification, in which EA was made by direct esterification of ethanol and acetic acid with a sulphuric acid catalyst. Aldehyde condensation, dehydrogenation of ethanol and acetate/ethylene addition reaction are the new technologies developed in recent years. Compared with the traditional synthesis, these new methods have adopted by many Chinese and foreign enterprises because of its favorable thermodynamic and economic rationality. However， based on national conditions and taking into consideration various aspects, this thesis used Ethanol dehydrogenation was to produce ethyl acetate. ASPEN simulation is carried out to calculate the material and heat balance.Key Words：Ethyl acetateReactive Ethanol dehydrogenation was; Process design; ASPEN simulation; Balance calculation目 录1 工程总论1工程意义1建设规模1厂区及生产概况22 市场分析3产品的性质与用途3物化特性32.1.2 主要用途3国、内外产业状况4国外生产状况及开展动向4国内生产状况及开展动向5产品的市场需求预测7进出口情况7消费现状及开展前景93 厂址的选择及布置103.1 厂址选择原那么103.2 选择原因103.2.1 原料来源方便103.2.2 地理位置优越103.2.3 交通兴旺113.2.4 社会经济效益113.3 厂区概况113.3.2 厂址地区的自然条件123.3.3 厂址地区的交通运输条件133.3.4 根底设施建设143.4 厂址布置153.4.1 厂区概况154 工艺设计方案164.1 概述164.1.1 生产规模164.1.2 原料164.1.3 产品规格164.2 工艺设计方案16原料路线确定的原那么和依据16工艺方案设计及说明19流程简介194.4 物料衡算204.4.1 衡算原理204.5 热量衡算25衡算原理254.6 典型设备设计及选型27换热器计算说明书274.6.2 脱氢缩合反响器参数说明314.6.3 设备一览表315 公用工程和辅助设施方案345.1 总图运输345.1.1 总平面布置341、总平面布置原那么34工厂运输35工厂绿化355.1.4 排渣355.2 给排水365.2.1 概述365.2.2 工厂给水365.2.3 工厂排水365.2.4 污水处理365.3 供电与电讯365.3.1 供电365.3.2 电信375.4 通风及空气调节385.4.1 通风及空调设置的原那么385.4.2 采暖、通风及空调方案385.5 化验室385.6 维修385.6.1 机修385.6.2 电修385.6.3 仪表修理395.7 仓库395.8 土建396 总 结40致 谢41参考文献42 1 工程总论1.1 工程意义本工程为年产5万吨的乙酸乙酯工厂，利用来自宁波化工园区提供的乙醇来生产乙酸乙酯产品。根据产品市场需求和产品性质及企业自身实际情况考虑，本工程产品生产规模为年产5万吨乙酸乙酯。 未来的国际化工开展中石油化工的的开展形势不容乐观，有经济效益增长显著减弱，进出口贸易幅度较大，受国际市场价格影响显著，节能减排压力大等诸多隐患。预计2021年石油化工行业销售收入增长25%，实现利润增长2%5%，增幅比上年出现较大回落。本钱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。目前正越来越受青睐。建设意义：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，工艺环保价格低廉更能适应未来市场走向；3乙酸乙酯作为新型绿色溶剂无毒无害市场前景广阔。溶剂是化学工业，医药食品工业不可或缺的根本原料，是国民经济的重要物质根底，随着国家适应全球一体化所做的战略调整，和国际市场对于健康环保标准日益提高的要求，特别是对生产原材料的环保化要求使得工业化生产稳对于绿色溶剂的需求变得更加迫切。传统的乙酸乙酯生产技术虽然产量定，但污染严重正在逐步被淘汰。而我们采用的乙醇合成法，不但有较高的产率，并且污染低，排放小，凸显了环保竞争力。乙酸乙酯本身作为绿色溶剂所具有的广阔国际市场前景，也为广西翻开了国际化工贸易的大门，这些都符合国家的政策导向即绿色环保面向国际。同时推动地方经济开展，创造更多就业时机，到达经济效益，社会效益和环境效益相统一。大规模生产和高效利用乙酸乙酯，完全符合我国能源结构和经济、环境协调开展的可持续开展战略。因此，投资建设采用乙醇脱氢法生产乙酸乙酯的工程具有乐观的前景，该工程将带来丰厚的经济效益和社会效益。1.2 建设规模为了满足行业日益增长的对绿色溶剂及原料的需求以及宁波化学工业区自身开展规模以及乙醇的供给量，确定工程生产规模为年产5万吨乙酸乙酯中小型化工厂。1.3 厂区及生产概况本工程选址于宁波市化学工业园区，占地面积约149372 m2。厂区分为生活区、行政区、生产区、和储罐区等，由本厂配套完善的水、电、汽等动力来源，建立有空亚站、变电站、净水站、循环冷却水系统、机修车间、分析化验室、中心控制室、消防站、材料仓库等完善的公用和辅助工程设施。同时，工厂建设注重环境保护，合理进行了“三废处理降低了噪声污染，建立了以高压消防水系统和泡沫为主体的完善的消防系统，采取了一系列措施保证工人的劳动平安和工业卫生。2 市场分析2.1 产品的性质与用途2.1.1 物化特性乙酸乙酯ethyl acetate分子式为CH3COOC2H5 。在酸或碱的催化下，易水解成乙酸和乙醇；此外，还可发生自缩合等反响。 主要用途乙酸乙酯是应用最广泛的脂肪酸酯之一，具有优良的溶解性能，是一种较好的工业溶剂，已被广泛应用于醋酸纤维、乙基纤维、氯化橡胶、乙烯树脂、乙酸纤维树脂、合成橡胶等生产，也可用于生产复印机用液体硝基纤维墨水，在纺织工业中用作清洗剂；在食品工业中用作特殊改性酒精的香味萃取剂，在香料工业中是最重要的香料添加剂，可作为调香剂的组分，乙酸乙酯也可用作粘合剂的溶剂，油漆的稀释剂以及作为制造药物、染料等的原料10。制药 醋酸乙酯在制药行业用作溶剂，主要生产维生素E及一些医药中间体。我国是人口大国，到2005年人口已到达13.3亿，人口净增长、人口老龄化问题都将增加对医药品的需求量。同时，随着我国参加世界贸易组织，医药出口量明显增加。2002年传统医药出口形势一路飘红，化学原料药依然是我国医药商品出口的主要品种，产量与出口量快速上升，带动了醋酸乙酯消费。胶粘剂 胶粘剂的种类繁多，醋酸乙酯主要用于溶剂型胶粘剂，尤其是聚氨酯类胶粘剂。我国从20世纪50年代开始研制和开发聚氨酯胶粘剂，产量不断增大，2000年国内聚氨酯类胶粘剂的产量约14万t，年均增长率为25%。从未来开展看，我国聚氨酯类胶粘剂的应用领域扩展很快，我国是世界上最大的制鞋国，目前虽有相当局部的制鞋企业以氯丁胶作为胶粘剂，但氯丁胶尽管有初粘性好、可冷粘、价格较廉价等优点，但其不耐增塑剂渗透，必须用苯类有毒溶剂等是其致命弱点，使得氯丁胶已经不适应制鞋工业的开展要求，国外的趋势是逐渐被聚氨酯胶粘剂所代替，欧美等兴旺国家80%90%的鞋用胶已经被聚氨酯类胶粘剂占领，国内也呈现这种趋势。近年来，东北、华北和华中等内地的鞋厂也开始使用，并有不断扩大的势头。另外，聚氨酯胶在建筑、高速公路、飞机跑道嵌缝材料、高层建筑玻璃密封材料等方面的应用也在不断增长。涂料 醋酸乙酯主要用于高档溶剂型涂料，如聚氨酯涂料、环氧树脂涂料、丙烯酸酯涂料、乙烯基涂料等。我国的醋酸酯涂料是20世纪90年代以后才迅速开展起来的，不仅增长速度快，并且在涂料总产量中所占的比例也不断上升。2000年聚氨酯涂料产量到达8.2万t固含量以上，已经成为国内重要的涂料品种。此外，环氧树脂涂料、丙烯酸酯等涂料也消费一些醋酸乙酯，但与兴旺国家相比，国内醋酸乙酯在涂料方面的应用还比拟落后。从兴旺国家的消费情况来看，醋酸乙酯在涂料中作为溶剂应用已经相当广泛，如美国市场醋酸乙酯在涂料中的消耗占60%以上，而我国仅占18%。近年来，我国涂料行业迅猛开展，许多国外著名的涂料生产商采取独资或合资的方式在我国建厂生产高档涂料。随着我国经济高速开展，尤其是建筑和汽车业快速开展，对高档涂料需求日益增加，将极大促进对醋酸乙酯的需求。2.2 国、内外产业状况2.2.1 国外生产状况及开展动向近年来， 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，2021 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%。2021年醋酸乙酯的产能分布见图2-15。,图2-1 2021年世界醋酸乙酯产能分布目前， 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2021 年全世界醋酸乙酯的总需求量将到达约250.0 万吨2.2.2 国内生产状况及开展动向近年来， 随着我国化学工业和医药工业的快速开展，乙酸乙酯的生产开展很快。2003 年生产能力只有54.0 万吨，2006 年增加到90.0 万吨，2021 年进一步增加到约150.0 万吨，2003-2021 年产能的年均增长率到达约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、广东江门谦信化工开展公司生产能力为10.0 万吨/年、上海吴泾化工生产能力为20.0 万吨/年、扬子江乙酰化工生产能力为万/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(1.5 万吨/年)、山东海化股份(生产能力为10.0 万吨/年)、江阴百川化学工业(生产能力为3.0 万吨/年)、吉林燃料乙醇(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， 广西新燊石油化工的一期10 万吨/年生产装置等， 预计到2021 年， 我国乙酸乙酯的总生产能力将到达约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，2021 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，产量仍到达约约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。表2-1 2021年醋酸乙酯主要生产厂家情况生产厂家名称地址生产能力(万吨/年)美国塞拉尼斯公司得克萨斯州潘帕美国伊斯曼化学公司得克萨斯州朗 维尤美国Solution公司马萨诸塞巴西罗地亚公司帕利尼涯墨西哥塞拉尼斯公司卡格来吉拉英国BP化学公司赫尔西班牙Ercros公司塔拉戈纳瑞典Sweask乙醇化学公司多姆斯乔日本昭和电工公司南阳日本千叶公司市原日本协和发酵公司四日市印度Laxmi有机工业公司马哈德印度Jubilant有机合成公司加劳拉尼蜡韩国三星/BP公司蔚山韩国国际酯类公司蔚山新加坡塞拉尼斯公司裕廊岛印尼昭和酯类公司梅拉克南非萨索尔公司赛库达表2-2 我国醋酸乙酯主要生产企业情况24 企 业 名 称产 能(万吨/年)江苏索普集团山东金沂蒙集团公司广东江门谦信化工开展公司广东顺德顺冠集团公司气体溶剂上海吴泾化工扬子江乙酰化工江西南昌赣江溶剂厂广东顺德集团公司天津冠达集团公司上海石油化工公司2.1上海试剂成都有机化工厂浙江建德建业有机化工江苏三木集团公司目前，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2021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%。2.3 产品的市场需求预测242.3.1 进出口情况2005 年以前， 我国是乙酸乙酯的净进口国，从2005 以后，随着我国乙酸乙酯生产能力和产量的大量增加， 由净进口国转变为净出口国，2006 年我国乙酸乙酯的净出口量为10.0 万吨，约占国内总产量的15.87%。2021 年净出口量到达18.28 万吨，同比增长41.27%。近两年，我国乙酸乙酯的进口量逐年减少，2006 年进口量为0.96 万吨，2021 年下降到0.11 万吨，同比下降约85.52%。2021 年上半年进口量为0.03 万吨，同比减少约57.14%。与此相反，我国醋酸乙酯的出口量却在逐年增加。2006 年出口量超过10.0 万吨， 到达10.94 万吨，2021 年尽管受到全球金融危机的影响，但出口量仍高达18.39 万吨，同比增长34.23%。2021 年上半年出口量为8.73 万吨，同比增长0.23%。2021年我国醋酸乙酯出口到30多个国家和地区，其中对亚洲国家的出口量约占总出口量的93%，其中对韩国的出口量为3.23万吨，约占总出口量的29.6%，其次是中国台湾，出口量为1.89万吨，约占总出口量的17.2%；再次是日本，出口量为1.66万吨，约占总出口量的15.1%。我国醋酸乙酯出口主要集中在江苏、山东和广东3省，2006年出口量分别为6.1万吨、2.1万吨和1.53万吨，合计出口量占出口总量的88.78%，其他省份出口量仅为1.21万吨。主要出口企业有江苏索普、山东金沂蒙、广东江门谦信化工开展公司等大型醋酸乙酯生产企业。2003年以前，我国醋酸乙酯的进口价格变化不大，根本上维持在520-550美元/吨，2004年以后进口价格开始上涨，2004年价格为653.2美元/吨，2006年上涨到841.4美元/吨，比2005年上涨7.60%。出口价格近几年也不断上涨。2003年出口价格为573.8美元/吨，2004年上涨到757.3美元/吨，2006年上涨到798.6美元/吨。2021年进一步上涨到美元/吨。我国醋酸乙酯的进出口情况以及2021年的出口情况分别见表2-3和表2-4。表2-3 近年来我国醋酸乙酯的进出口情况 年份进口量(万吨)进口单价(美元/吨)出口量(万吨)出口单价(美元/吨)20002001200220032004200520062007(17月)202112021(1-6)表2-4 2021年我国醋酸乙酯的出口国家情况 国家/地区出口量(万吨)所占比例(%)出口金额(万美元)韩国中国台湾日本新加坡菲律宾阿拉伯联合酋长国320.63越南泰国其他国家和地区合 计2.3.2 消费现状及开展前景近年来，随着我国经济的快速增长，涂料、油墨、粘合剂等产品需求大幅提升，从而拉动醋酸乙酯的消费稳步增长。1997年我国醋酸乙酯的表观消费量只有10.50万吨，2001年增加到22.79万吨，2006年进一步增加到53.02万吨，比2005年增长约5.91%，2007年增加到万吨，2021年进一步增加到万吨，同比增长约5.91%，2004-2021年表观消费量的年均增长率约为%，近年来我国醋酸乙酯的供需情况见表2-5。表2-5 近年来我国醋酸乙酯的供需情况 单位：万吨/年年份生产能力产量进口量出口量表观消费量20002001200220033200420052006200720212021目前，国内醋酸乙酯主要消费地区集中在华东、中南、华北、东北地区，产品主要用于生产涂料、制药和粘合剂，2021年我国醋酸乙酯消费结构为：制药行业对乙酸乙酯的需求量约占总需求量的30.0%，涂料约占35.0%，粘合剂约占20.0%，油墨约占10.0%，其他产品约占5.0%。预计到2021年，我国乙酸乙酯的总需求量将到达约90.0万吨，供大于求，届时消费结构将有所变化，其中在制药和粘合剂行业消费的比例将会有所下降，随着新型高档涂料的不断开展，预计涂料行业对醋酸乙酯的需求量将会有较大幅度的增加；随着电子、通讯行业的开展，油墨方面的需求量也将有所上升。另外，随着醋酸乙酯新用途的不断开发，将会使醋酸乙酯在其他方面用量的比例也有一定的增加。3 厂址的选择及布置 厂址选择原那么(1) 厂址应符合国家工业布局，城市或地区的规划要求； (2) 厂址宜选在原料、燃料供给和产品销售便利的地区； (3) 厂址应靠近水量充足、水质良好的水源地； (4) 厂址应尽可能靠近原有交通线水运、铁路、公路，即交通运输便利地区； (5) 厂址地区应具有热、电的供给； (6) 选址时注意节约用地，不占用或少占用良田。厂区的大小、形状和其条件应满足工艺流程合理布置的需要，并应有开展的余地。 (7) 选址得注意当地自然环境条件，并对工厂投产后可能造成的环境影响做出预评价； (8) 厂址应避开低于洪水位或在采取措施后仍不能确保不受水淹的地段； (9) 厂址附近应建立生产污水和生活污水的处理装置； (10) 厂址应不阻碍或不破坏农业水利工程，就尽量防止拆迁。 根据我厂的具体情况，选厂工作在长远规划的指导下，选择符合建厂要求且适宜于建设该DMC工程的地方，最终确定厂址为宁波化学工业园区。 选择原因3.2.1 原料来源方便我厂主要生产经营乙醇下游产品乙酸乙酯EA，本工厂的主要原料系浓度95%的工业酒精。我厂所用原料均来自园区内或园区周边地区，大大降低了原料运输本钱，且所选原料品牌信誉好，质量可靠，价格实惠。 3.2.2 地理位置优越宁波位于东经120度55分至122度16分，北纬28度51分至30度33分。地处我国海岸线中段，浙江绍兴平原东端，东有舟山群岛为天然屏障，北濒杭州湾，西接绍兴市，南临三门湾，并与台州的三门、天台相连。宁波属亚热带季风气候，温和湿润，四季清楚，年平均气温16.2摄氏度，全市无霜期一般为230天至240天，年平均降水量为1300毫米至1400毫米。宁波铁路、公路、水运、航空和管道五种运输方式齐全，作为国家大型港口的宁波港设备先进，运力充足，不但担负起宁波水路运输的重任，更成为浙江省乃至华东区域海运的重要集散地。宁波栎社国际机场不仅有发往全国各大城市的航班，更包括发往海外许多城市的航班。宁波化工园区是宁波市唯一的化学工业专业园区，位于杭州湾南岸，宁波镇海区西北侧辽阔的海涂上，镇海区位置优势得天独厚，辖区内的镇海港是中国大陆第二大港宁波舟山港重要组成，拥有5万吨级液体化工专用泊位，是我国最大的液体化工码头之一。 3.2.3 交通兴旺宁波是浙江沿海的交通枢纽，已形成以深水良港为中心的水、陆、空集疏运网络。铁路、公路四通八达，沪杭甬高速公路使宁波到上海仅3个小时车程，已建设的杭州湾跨海大桥将使宁波进入2小时交通圈，从黑龙江同江到海南三亚的“同三线沿海大通道宁波段128公里已建成通车；作为空港口岸的宁波栎社国际机场已开通宁波到香港、泰国、日本以及经澳门至台北、高雄、至国内其他城市等30多条航线。宁波拥有得天独厚的天然深水良港，自古以来是中国对外贸易的重要港口。宁波港位于浙江东海岸，包括北仑、宁波、镇海、大榭、穿山五个港区，是对外贸易的重要港口和海运中转枢纽，世界重要港口。现在的宁波港，已与世界500多个港口有贸易运输往来，2001年全港货物吞吐量达1.285亿吨，名列中国大陆港口第二位，位居世界港口20强，集装箱吞吐量121万标箱。宁波港是由北仑港区、镇海港区、宁波港区组成。内河港、河口港、海峡港并存，大、中、小泊位配套的多功能、多层次的综合性港口。其中，以“水深、浪小、不冻、不淤、陆域宽阔著称的北仑港，其进港航道可保证30万吨级船舶运行，正建设成为进出口铁矿中转、国际集装箱远洋中转、大型煤炭、原油、成品油、液体化工产品储存中转等五大基地。3.2.4 社会经济效益宁波是浙江省重要工业基地，也是粮、棉、油经济特产、水产品的重要基地。拥有以服装、纺织、机械为代表的传统工业和以石化、钢铁、电力、造纸等为代表的临港型大工业体系。宁波农村是农业产业化、农业工业化程度比拟高的综合经济区。当今的宁波是一个港口设施比拟先进、工业门类比拟齐全、农业经济综合开展、内外贸易比拟兴旺的沿海港口城市。由于国际市场DMC供不应求，故本厂产品涉及出口，将有利于增长国家关税收入和外汇储藏。同时，本厂所需生产、运输技术员工和大量销售、外贸人才可解决一局部社会就业压力。另外本厂的生产工艺符合绿色环保概念，对周围环境友好，对其他化工行业起到模范效应。 厂区概况宁波化学工业区成立于2002年11月，是宁波市唯一的化学工业专业园区。2006 年3月份，经浙江省人民政府批准，正式成为省级开发区。宁波化工区位于经济兴旺的长江三角洲南翼，宁波镇海区西北侧辽阔的海涂上，规划面积平方公里。区内地势平坦，依江临海，水源充分，环境容量大，自然条件优越，同时园区提供九通一平，配套设施齐全。目前化工区已开发面积为平方公里，现有镇海炼化，韩国LG甬兴、中金石化、杭州湾腈纶、中化进出口公司等70多家企业落户园区。按照宁波化工区总体规划2002-2021，园区重点开展以炼油及乙烯为龙头的石化源头产业、合成材料产业、高分子产品产业和精细化工产业。已建的80万吨乙烯工程，为整个化工区的开展提供丰富的石油化工原料，园区将开展成为华东乃至全国的重要石油化工基地8。园区地处著名的宁波港。宁波港位于浙江东海岸，包括北仑、宁波、镇海、大榭、穿山五个港区，是对外贸易的重要港口和海运中转枢纽，世界重要港口。宁波港作为中国大陆重点开发建设的四大国际深水中转港之一，在区位、航道水深、岸线资源、陆域依托、开展潜力等方面具有较大优势。其共有生产性泊位311 座，其中万吨级以上深水泊位64 座5 至25 万吨级的特大型深水泊位33 座，是中国超大型船舶最大集散港和全球为数不多的远洋运输节点港。2007 年宁波港货物吞吐量突破3.45 亿吨，同比增长11.5% , 居中国大陆港口第二位，名列全球第四；集装箱吞吐量超935 万标准箱，同比增长32.3%，集装箱吞吐量排名居中国大陆港口第四、世界港口第十一位。2006 年，宁波港入围世界集装箱“五佳港口，是中国大陆港口中惟一入围的港口。目前宁波港已与全球100 多个国家和地区的600 多个港口有贸易往来，形成了覆盖全球的集疏运网络。2007 年宁波港集团完成营业收入53 亿元，同比增长18.02%；实现利润同比增长，主要经济指标处于全国港口领先水平。此外，园区水陆交通便捷，四通八达，329 国道、世纪大道、舟山联岛大桥等贯穿全区，随着铁路专用线的建设和2021 年5 月1 日杭州湾跨海大桥的建成通车，极大拉近了宁波化工区与整个长三角洲的距离，区域优势明显。园区水陆交通便捷、四通八达，区域优势明显。园区距宁波市区仅14公里，距东方深水良港北仑港仅24公里，紧邻中国最大的液体化工码头。329国道、未来沿海快速大道、世纪大道、舟山群岛大桥等贯穿全区，随着杭州湾跨海大桥的建成和铁路专用线的建设，将大大拉近宁波化工区与整个长江三角洲的距离。3.3.2 厂址地区的自然条件宁波化工区位于宁波镇海区西北侧，属亚热带季风气候，冬夏季风交替明显，气候温和湿润，全区无霜期一般为230天至240天，四季清楚，雨量充分。风况：常风向西北，频率13.4%；次常风向东北，频率11.0%；冬季常风向西北，夏季常风向东南；强风向东北，最大风速分别为38 米/秒和37 米/秒。多年平均大于包括6 级风天数32 天，大于包括7 级风天数15 天，大于包括8 级风天数6 天。降水及降水特征：本地区雨量充分，年平均降雨日数158 天。每年56 月为梅雨季节，710 月有台风带来的暴雨，9 月份雨量占全年的25%，冬季降雨量较少。多年平均降水量1411 毫米，月最大降水量243 毫米，日最大降水量145 毫米，多年平均降水量大于包括25 毫米的降水天数为11 天。气温：多年平均气温，极端最高气温，极端最低气温-10，最高月平均气温7 月，最低月平均气温1 月。潮汐：属不规那么半日潮。年平均最高和最低潮位分别为宁波港3.1 米和1.43 米，镇海港区2.19 米和1.16 米，北仑港区2.9 米和1.12 米：年平均潮差分别为：宁波港区1.74 米，镇海港区1.71 米，北仓港区米。潮流：甬江潮流顺河道而流，流速一般大潮涨、落流为12 节，如遇甬江上游排洪时，落潮流最大可达2.5 节。大风时潮位和流速都会有一定影响。北仑港区潮流多为往复流，已建20 万吨级矿石码头设计流速为：涨潮1.50 米/秒，流向298 度；落潮2.0 米/秒，流向114 度。波浪：宁波镇海港区均系内江，无浪。北仑港区四周有舟山群岛环保为天然屏障，波浪较小，无需建防波堤。3.3.3 厂址地区的交通运输条件宁波化工区得天独厚的交通运输优势，为园区的开展提供了十分优越的条件。园区形成以海运、铁路、公路为主导的完整的交通网络，四通八达，快捷便利。各种化工原料和产成品均可通过船舶、铁路专用线、公路和管道送进和输出区内外。企业可能根据原料的供给情况和产品的销售情况，选择最经济合理的运输方式。公路：宁波市公路通车总程5200公里，其中高速公路188公里。全市城乡以高速公路、国道、省道为骨架，向四周形成交通网。进出市区的通道和主要干线公路，全部到达一级以上。连接宁波与上海的杭州湾跨海大桥已于6月8日正式奠基。杭州湾大桥的建设，能大大缩短宁波与上海、宁波与长江三角洲北翼之间的距离，化工区通过大桥至上海仅一个半小时车程。329国道经过宁波化工区，规划中的全国沿海大通道和宁波世纪大道贯穿园区，公路交通十分便捷。港口：宁波港是一个多功能、综合性的现代化深水大港。现有500吨级以上生产泊位134座，其中万吨级以上深水泊位35座。最大的有25万吨级原油码头，20万吨级可兼靠30万吨船的卸矿码头，第六代国际集装箱专用泊位以及5万吨级液体化工专用泊位，已与世界上90个国家和地区的560多个港口通航。2002年宁波港货物吞吐量超过1.53亿吨，仅次于上海港，居中国大陆港口第二位；集装箱吞吐量居中国大陆港口第六位。宁波港区内的全国最大的5万吨级液体化工码头，具有300万吨年的液体化工原料和产品的吞吐能力，拥有大小储罐106座、总容量达40万立方米，并有输送管道直通宁波化工区。铁路：宁波至杭州的萧甬铁路衔接浙赣、沪杭等线，其宁波段的复线改造工程已于2001年完工。另有宁波至镇海港区和镇海炼化的洪镇支线、宁波至北仑港区铁路支线。年通过能力达1000万吨。航空：宁波栎社机场可起降MD-82型、波音-737、波音-757等大中型客机。机场已开辟宁波至日本、韩国、泰国、香港、澳门及经澳门至台北、高雄和宁波至国内其它城市等38条航线。3.3.4 根底设施建设宁波化学工业区现有完善的根底设施配套。目前已具备了“九通一平的条件，“九通主要包括道路、供电、供水工业用水，生活用水、供热、工业气体、雨水、污水处理、通信、天然气。(1) 供电工程华东电网35/110/220KV 变电站，不间断双回路供电(2) 供水工程工业用水一期30000 t/d，二期300000 t/d；生活用水10000 t/d(3) 供热工程一期形成3130t/h 次高压循环流化床锅炉、125MW 抽凝式汽轮发电机组、112MW 背压式发电机组等三炉二机已运行，可供1.3-4.1Mpa 蒸汽；二期形成6130t/h 次高压循环流化床锅炉、225MW 抽凝式汽轮发电机组、212MW 背压式发电机组等六炉四机(4) 工业气体：可供氮气、氧气、氢气、二氧化碳、重整氢、一氧化碳等(5) 雨污分流：目前处理能力：10000 t/d，扩建后总处理能力50000 t/d(6) 通信：电缆：敷设有 电缆和宽带电缆邮政：邮政等快递业务覆盖全区(7) 危险废物处理：日燃烧处理化工废渣10 吨的高温燃烧炉；日处理10吨废有机溶剂日处理100 只废包装容器(8) 消防配备抢险救援车，重型水罐车，进口泡沫车，大型水罐车21 吨，泡沫、干粉联用车，洗消车， 高喷车，后勤指挥车等(9) 应急指挥中心：监控系统涵盖化工区仓储区、管廊和大企业的自备罐区等，承当公安、消防、环保、抢救、防汛防台和危险源监控等方面的协调管理工作(10) 仓储和管廊：中间罐区正在建设中，化工物料传输管道正在建设中。 厂址布置3.4.1 厂区概况厂区位于浙江省宁波市镇海区化学工业园区，本工程拟定厂区地形为矩形，其中南北方向长为150m，东西方向宽为100m，总面积约15000m。厂区分为厂前区、生产辅助区、生产区和储罐区。厂前区位于厂区西北侧，为常年主导风向西北风的上风向。主要建筑包括行政楼、食堂、停车场、宿舍等，职工宿舍和食堂组成生活区，位于行政楼的南侧，停车场位于行政楼与生活区之前。厂前区北面是生产辅助区。生产辅助区主要包括中心控制楼、化验中心、维修车间、材料仓库和水处理车间等。生产区和储罐区主要位于整个厂区的东面。主要有四大局部：乙醇储罐区，反响车间，别离车间和产品罐区。95%乙醇直接通过管道输送至厂区，在乙醇储罐区存放。反响车间由两层组成，其中安放了脱氢反响器和加氢反响器及其辅助设备。反响车间的南侧集中布置别离车间，其中包括闪蒸罐一个，精馏塔五个及其配套的辅助设备。燃料煤堆场和蒸汽锅炉房位于反响车间东面，别离车间的北面，靠近大量耗用蒸汽的精馏工段。产品灌区位于厂区的最南面，其中包括了氢气球罐，乙酸乙酯储罐和副产物无苯天那水溶液粗料储罐。各车间最大可能的采用露天布置，闪蒸塔、精馏塔、储罐等均布置在露天场所，减少了建设投资，便于改扩建。其余厂房多采用单层结构，设计要求满足甲类产品生产的耐火、防火、防爆等级。厂区设有四个出口，两扇主门一南一北，东侧开两扇侧门，厂内10米宽的中央主道横贯南北，东面出口即为总厂铁路。此外，本工程根据当地自然条件，工厂生产特点并结合全厂总平面布置进行绿化设计，厂区绿化面积超过20。厂前区和生产辅助区为重点绿化、美化区，设置花坛，种植花卉，辅以草坪。沿工厂围墙四周、道路两侧及厂内适当的地点种植乔木、灌木、绿篱，为职工生产和生活创造良好的环境条件，以到达净化空气，保护环境，有益于人体健康的目的。绿化既要保护环境，防止污染，美化厂容，又不应阻碍生产操作，物料运输及防火要求。我们采用的植物主要以绿色木本植物为主，能够到达一个良好的降低空气污染的效果。4 工艺设计方案 概述工艺设计主要说明本设计生产乙酸乙酯的具体情况，主要包括生产流程概述、工艺流程说明、工艺特色介绍以及物料衡算书、热量衡算书。 生产规模本设计拟建产量为5万吨/年的乙酸乙酯厂以满足行业日益增长的对绿色溶剂及原料的需求 原料本设计中的原料为95%工业乙醇。 产品规格本设计中的产品为乙酸乙酯。其规格组成如表4-1。表4-1 乙酸乙酯产品规格表指标名称指标优等品一等品合格品色度(铂-钴色号)，号 101020密度，g/cm3乙酸乙酯，% 水份，% 酸度(以CH3COOH计)，% 蒸发残渣，% 工艺设计方案原料路线确定的原那么和依据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响精馏法，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乙醇乙酸酯化法反响式：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响精馏，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，而且溶于反响物料中，是均相催化反响，反响均匀，因而在全塔内都能进行催化反响11。催化作用不受塔内温度限制，反响机理清楚，容易实现最优控制，这些优点可以使反响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、碳化或聚合等副反响，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，属非均相反响精馏。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，反响选择性强，酯收率高，反响条件温和，副产物较少等优点。但假设简单地将固体酸催化剂于反响中取代硫酸，催化剂在反响液中很快失去活性。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响精馏过程，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乙醛缩合法反响式：乙醛缩合法是由两分子乙醛经Tishchenko反响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，反响温度为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响器，反响液经蒸发浓缩后，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响是在常压低温下进行，转化率和收率高，对设备要求不高，生产本钱较酯化法低；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乙烯加成法反响式：随着化学化工产业的迅速开展，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响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，生产本钱较低，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响，又是一种环境友好型反响。缺点是此催化体系对设备腐蚀严重，投资本钱高。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比照拟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，如果盲目开展这一工艺生产乙酸乙酯缺乏战略考虑。4乙醇脱氢法反响式：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。乙醇脱氢法那么只用乙醇一种原料，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。乙醇脱氢法总反响实际上也是经过3个步骤完成的。具体的反响机理有两种，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、乙醇与乙醛反响生成半缩醛、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，根据反响历程，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响要求，单程转化率只能控制在60%70%。该工艺反响工段，但别离设备较多，流程较复杂，主要的副产物必须别离。脱氢法反响特点是：反响温和，各种反响条件变化弹性很大，工艺简单，容易操作。脱氢法优点：1生产本钱低，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根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，虽然可以到达国标，但假设丁酮等杂质难以得到完全别离，就不宜用于食品和酒增香等行业；2催化剂在使用前需要复原，停车后须用氮气保护防止氧化，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。工艺方案设计及说明流程简介1气化选用化工园区及周边生产的95%乙醇，Pa之后，加热气化成蒸汽，并继续加热至反响温度240。2脱氢缩合过热乙醇蒸汽进入列管式固定床反响器，乙醇在Cu-Zn-Zr-Al-O多功能催化剂外表完成脱氢生成乙醛，再与乙醇缩合生成乙酸乙酯两步反响，并有乙醛、丙酮、丁酮等副产物产生。为了便于别离产品，查阅相关文献后，我们选择了240作为反响温度，单程转化率为50%。附CAD流程图。图4-1为Aspen plus中流程模拟的截图21。图4-1 Aspen plus流程模拟截图3加氢脱氢缩合之后的混合气成分较复杂，在选择了适宜的反响条件之后，可以保证除乙醛外的副产物控制在极少的量。为了减少别离的难度，并提高乙醇的总转化率，我们增加了加氢工段。利用前一工段产生的氢气，将乙醛以及其他极少量的羰基化合物丙酮、丁酮等加氢复原成醇类，降低了丙酮、丁酮等产物对产品质量的影响，并且由于减少了乙醛这个含量极大的副产物，有利于别离的进行。4闪蒸将反响工段出来的混合气换热冷凝，并换热至过冷液状态后，利用剩余的压力进行闪蒸，将氢气别离出去，但由于氢气量较大和乙酸乙酯的挥发性较强等原因，一局部乙酸乙酯以及乙醇和水也会进入气相。液相直接转入精馏工段。5膜别离由于闪蒸得到的氢气含有大量的乙酸乙酯及水和乙醇，需要对氢气进行净化，同时回收随氢气蒸出的产品。由于氢气分子的尺寸与乙酸乙酯、乙醇、水三者的分子尺寸相差较大，我们选择采用中空纤维膜对该混合体系进行别离。氢气进入压缩车间压缩装罐出售。其余物质冷却后进入精馏工段，与前一闪蒸工段得到的液相混合。6萃取精馏通过闪蒸和膜别离，得到了含有乙酸乙酯、乙醇、水的混合体系其他极少量的醇类与酯类根本不影响产品的质量，故这里不再讨论，该三元混合体系有四种可能的共沸物乙酸乙酯-乙醇，乙酸乙酯-水，乙醇-水，乙酸乙酯-乙醇-水，这是所有乙酸乙酯合成方法中都会碰到的一个别离难题。我们根据相关的专利和文献，决定采用丙三醇作为萃取剂的萃取精馏进行产品的精制。精馏序列如下：进入主萃取精馏塔，目的是得到符合标准的产品乙酸乙酯，在近塔顶位置参加萃取剂丙三醇，在精馏塔塔顶可以得到99%mol的高纯度乙酸乙酯，塔釜中得到的是乙酸乙酯、乙醇、水以及丙三醇的混合物。进入辅助精馏塔，在塔顶得到乙酸乙酯、乙醇、水的混合物，根本做到了乙酸乙酯与乙醇的回收，塔底是水和丙三醇的混合物，其中含有少