反应工程设计参考

第1章 课程设计任务书

一、设计项目

年产4080吨乙酸乙酯反应器的设计 二、设计条件

1、 2、 3、 4、

生产规模：4080吨/年

生产时间：连续生产8000小时/年，间隙生产6000小时/年 物料损耗：按2%计算 乙酸的转化率：38%

三、反应条件

乙酸乙酯酯化反应的化学式为：

CH3COOH+C2H5OH=====CH3COOC2H5+H2O A B R S

反应在等温下进行，反应温度为100℃，以少量浓硫酸为催化剂，硫酸量为总物料量的1%，原料中反应组分的质量比为：A：B：S=1：2：1.35，反应液的密度为1020kg/m3，并假定在反应过程中不变。其反应速率方程为：rR=k1(CACB－CRCS/K) 100℃时，k1=4.76×10-4L/(mol·min)，平衡常数K=2.92。 四、设计要求

1、 设计方案比较

对所有的设计方案进行比较，最后确定本次设计的设计方案。 2、反应部分的流程设计（画出反应部分的流程图） 3、反应器的工艺设计计算

生产线数，反应器个数，单个反应器体积。 4、搅拌器的设计

对搅拌器进行选型和设计计算。 5、画出反应器的装配图

图面应包括设备的主要工艺尺寸，技术特性表和接管表。

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6、设计计算说明书内容

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第2章 乙酸乙酯的生产方案选择

目前，乙酸乙酯的工业生产方法主要有乙酸/乙醇酯化法、乙醛缩合法、乙醇脱氢法和乙酸/乙烯加成4种。传统的乙酸酯化法工艺在国外被逐步淘汰，而大规模生产装置主要采用乙醛缩合法、乙醇脱氢法和乙酸/乙烯加成法，其中新建装置多采用乙酸/乙烯加成法，我国的乙酸乙酯则主要采用乙酸酯化法进行生产[1]。

2.1乙酸酯化法

酯化法是常用的乙酸乙酯生产方法。酯化法是在催化剂(通常为浓硫酸)存在的条件

【2】

下，由乙酸和乙醇发生酯化反应而得乙酸乙酯，然后再经过精制得到最终产品乙酸乙酯。

该法工艺技术成熟，原料供应充足，生产工艺简单，投资少，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;但存在反应温度高，乙酸利用率低，易发生副反应，产品处理困难，催化剂对设备腐蚀性强，废液污染环境以及生产成本高等缺点。现正逐渐进行改进或被其他先进工艺所取代。

2.2乙醛缩合法

乙醛缩合制乙酸乙酯工艺是在催化剂乙醇铝的存在下，乙醛氧化缩合生成乙酸乙醋。

2CH3CHO?CH3COOC2H5

乙醇铝会在反应过程中被破坏，因此为使反应连续进行，须配备足够的催化剂来维持反应的进行；在低温反应条件下，乙酸乙酯的收率可达98%。乙醛缩合法具有反应条件温和、原料消耗少、工艺简单、设备腐蚀小等特点，因而此工艺在生产成本方面具有突出优势，同时又有较好的环境效益，发达国家多采用这种工艺。此种工艺受原料的限制较大，适合于乙醛原料来源广泛的地区。

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2.3乙醇脱氢歧化法

乙醇脱氢法采用催化剂使乙醇脱氢，生成粗乙酸乙酯，再进人分离工段回收未反应的乙醇，并除去丁醇等杂质，得到成品。在生产乙酸乙酯的同时副产氢气。

2C2H5OH?CH3COOC2H5?H2

该法反应特点是反应温和，反应条件变化弹性很大，工艺简单，容易操作，同时由于避免使用醋酸和硫酸，对设备的腐蚀小，且不会产生大量的含酸废水，对环境污染小【3】。但国内该技术不成熟，尚无大规模装置运行。

2.4乙烯加成法

在以附载在二氧化硅等载体上的杂多酸金属盐或杂多酸为催化剂的存在下，乙烯气相水合后与气化乙酸直接酯化生成乙酸乙酯[4]。

此工艺的优点是乙酸乙酯具有较高的产率(90%)与选择性(95%)，而且由于直接利用丰富的乙烯原料，因而能降低生产成本。但该工艺必须建设在乙烯装置附近，我国尚无采用此工艺的乙酸乙酯生产装置。表1-1是几种生产工艺的对比。

表1-1乙酸乙酯生产的四种工艺对比

工艺方法 乙酸酯化法 优点 工艺技术成熟，原料供应充足，生产工艺简单，投资少，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 乙醛缩合法 缺点 反应温度高，设备腐蚀性大，乙酸利用率低，产品纯度低，后处理过程复杂，废液污染环境； 反应条件温和、原料消耗少、工艺简单、受原料的限制较大、催化剂选设备腐蚀小，国外工艺成熟 择性较差，分离工段塔多，因而能耗比传统工艺还高，工艺不成熟 乙醇脱氢歧化法 反应温和，反应条件变化弹性很大，工4

但国内该技术不成熟，尚无大

艺简单，容易操作，对设备的腐蚀小，环境污染小 乙烯加成法 反应有较高的选择性和转化率 ，能降低生产成本 规模装置运行。 必须建设在乙烯装置附近，我国尚无采用此工艺的乙酸乙酯生产装置 2.5确定工艺方案及流程

根据以上分析，乙醛缩合法和乙醇脱氢歧化法在国内技术还不成熟，因此不采用这两种工艺。从产量分析，生产任务要求是4080吨，产量不是太大，乙烯、乙酸直接合成法有利于大规模生产，而且该法对设备要求很高，设备造价高，对比酯化法其投资费用更高【4】，因此不采用该工艺。而酯化法工艺技术成熟，为我国的主要生产路线，生产工艺简单，投资少，综合考虑本设计选择采用酯化法生产乙酸乙酯。

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