年产三万吨乙酸乙酯工艺过程能量集成 毕业论文(3)

安徽建筑工业学院本科毕业设计

第二章 物料衡算

2.1. 物料衡算

2.1.1设计任务

（1）设计项目：乙酸和乙醇在催化剂浓硫酸存在下生产乙酸乙酯（假定70%的乙酸转化为乙酸乙酯）

（2）产品名称：乙酸乙酯 （3）产品规格：纯度99%

（4）年生产能力：折算为100%乙酸乙酯30000吨/年

2.1.2 酯化法主要生产步骤

（1）等分子的冰乙酸和95%乙醇混合和少量的浓硫酸接触，进行酯化反应达到平衡状态，并加热至沸点。

（2）达到平衡状态的混合液通入精馏塔Ⅰ，由于不断移去难挥发的水分，在塔中反应趋于完全；由塔Ⅰ顶部出来的流出液组成为：

乙酸乙酯 20%（重量百分率，下同） 水 10% 乙醇 70%

（3）由塔Ⅰ顶部出来的馏出液通入精馏塔Ⅱ进行蒸馏，由塔Ⅱ顶部出来的三组分恒沸液组成为：

乙酸乙酯 83% 水 8%

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乙醇 9%

由塔Ⅱ底部出来的残液组成为乙醇和水，重新送入塔Ⅰ作为第二进料。

（4）由塔Ⅱ顶部出来的馏出液和塔Ⅲ顶部出来的馏出液汇合并加等量的水，三者混合后流入沉降槽进行分层。

上层富有乙酸乙酯，其组成为： 乙酸乙酯 94% 水 4% 乙醇 2% 下层主要是水，其组成为： 乙酸乙酯 8% 水 88% 乙醇 4%

下层（即水层）重新回入塔Ⅱ作为第二进料。

（5）上层（即酯层）送入精馏塔Ⅲ进行蒸馏，由塔Ⅲ底部流出的即为成品的乙酸乙酯，这是由于乙酸乙酯和三组分恒沸液和双组份恒沸液比较起来，其挥发度最小，由塔Ⅲ顶部出来的为三组分恒沸液，其组成如下： 三组分恒沸液组成： 乙酸乙酯 83% 水 8% 乙醇 9% 双组分恒沸液组成： 乙酸乙酯 94%

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水 6%

（6）塔Ⅲ顶部出来的馏出液包括三组成恒沸液送回沉降器中。

2.2 初步物料衡算

（1） 每小时生产能力的计算

根据设计任务，乙酸乙酯的年生产能力规定为30000吨/年（折算为100%乙酸乙酯，下同）全年按328天计，每天24小时连续工作，则每昼夜的生产能力为91463kg乙酸乙酯；每小时生产能力为3810kg乙酸乙酯，这样的规模采用连续操作室比较合理的。

每小时的生产能力为：

30000×1000÷328÷24=3810kg/h 以上作为物料衡算基准。

为了使物料衡算简单化，在初步物料衡算中假定成品乙酸乙酯的纯度为100%，在生产过程中无物料损失，塔顶馏出液等均属双组份或三组分恒沸液，这在事实上是不可能的，故将在最终衡算中予以修正。

（2）生产工艺流程图

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(3)酯化器物料衡算

乙酸和乙醇酯化反应如下:

CH3COOH+C2H5OH→C2H3COOCH5+H2O 60 46 88 18 X y 3810

z

原料规格：乙酸浓度为100%;乙醇纯度为95%；浓硫酸纯度为93%（相对密度为1.84） 加入：①100%乙酸量：60/x=88/3810→x=60×3810/88=2598kg/h 100%乙醇量：46/y=88/3810→y=46×3810/88=1992kg/h ②95%乙醇需要量：y/95%=1992/95%=2097kg/h 其中C2H5OH=1992kg/h； H2O=2097-1992=105kg/h ③浓硫酸量=100kg；其中H2SO4=93kg；H2O=7kg/h 支出：转化率为66%

①乙酸乙酯生成量=2598×0.66×88÷60=2515kg/h ②乙酸剩余量=2598×0.34=883kg/h ③乙醇剩余量=1992×0.34=677kg/h

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④反应生成水量：18/z=88/2515 → z=18×2515÷88= 514kg/h

总水分=514+105=619kg/h

⑤浓硫酸量=6.7kg/h 进出酯化器的物料衡算表如下：

表一：进出酯化器的物料衡算表 加入

序号 1 2 3

由酯化器出来的混合液进入精馏塔Ⅰ，在塔Ⅰ中反应趋于完全，因此进入塔Ⅰ的混合液在塔中最后生成：

乙酸乙酯=3810kg/h

水=18×3810÷88+105=884kg/h 浓硫酸=100kg/h

（4）塔Ⅰ、塔Ⅱ、沉降器和塔Ⅲ质检均有相互关系，它们的物料衡算汇总计算如下：在生产工艺流程示意图上注上相关数据，并划出三个计算系统，逐个列出衡算式，然后进行进行联立求解。

设u=塔Ⅰ底部残液量（kg/h，不包括浓硫酸100kg/h在内） v=塔Ⅰ顶部馏出液（kg/h） R=塔Ⅱ底部残液量（kg/h）

其中Rw=R中H2O的量（kg/h），RA=R中乙醇的量（kg/h） z=塔Ⅱ顶部残液量（kg/h）

x=塔Ⅲ顶部馏出液总三组分恒沸液量（kg/h） y=塔Ⅲ顶部馏出液总双组分恒沸液量（kg/h）

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支出

纯度% 100 95 100 100 93

数量kg/h 2598 2097 1992 105 100 4795

序号 1 2 3 4 5

物料名称 乙酸乙酯 水 乙醇 乙酸 浓硫酸 合计

纯度% 100 100 100 100 100

数量kg/h 2515 619 677 883 100 4794

物料名称 乙酸 乙醇 其中C2H5OH

H2O 浓硫酸 合计

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