醋酸乙酯的生产工艺设计(3)

乙醇 2% 下层主要是水，其组成为： 醋酸乙酯 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醋酸乙酯，这是由于醋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： 醋酸乙酯 83% 水 8% 乙醇 9% 双组分恒沸液组成： 醋酸乙酯 94% 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。 4.2 初步物料衡算

（1） 每小时生产能力的计算

根据设计任务，醋酸乙酯的年生产能力为1500吨/年（折算为100%醋酸乙酯，下同）全年按300天计，每天24小时连续工作。

每小时的生产能力为：

1500×1000÷300÷24=208.33kg/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醋酸乙酯的纯度为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

(3)酯化器物料衡算

醋酸和乙醇酯化反应如下:

CH3COOH+C2H5OH→C2H3COOCH5+H2O 60 46 88 18 X y 208.33

z

原料规格：醋酸浓度为100%;乙醇纯度为95%；浓硫酸纯度为93%（相对密度为1.84） 加入：①100%醋酸量：60/x=88/208.33→x=60×208.33/88=142.04kg/h 100%乙醇量：46/y=88/208.33→y=46×208.33/88=108.90kg/h

②95%乙醇需要量：y/95%=108.90/95%=114.63kg/h 其中C2H5OH=108.90kg/h； H2O=5.73kg/h

③浓硫酸量=8.0kg；其中H2SO4=7.44kg；H2O=0.56kg/h 支出：转化率为70%

①醋酸乙酯生成量=142.04×0.7×88÷60=145.83kg/h ②醋酸剩余量=142.04×0.3=42.61kg/h ③乙醇剩余量=108.90×0.3=32.67kg/h

④反应生成水量：18/z=88/145.83 → z=18×145.83÷88= 29.83kg/h 总水分=29.83+5.73=35.56kg/h

⑤浓硫酸量=8.0kg/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

物料名称 醋酸 乙醇 其中C2H5OH

H2O 浓硫酸 合计

纯度% 100 95 100 100 93

数量kg/h 142.04 114.63 108.90 5.73 8.0 264.67

序号 1 2 3 4 5

支出

物料名称 醋酸乙酯 水 乙醇 醋酸 浓硫酸 合计

纯度% 100 100 100 100 100

数量kg/h 145.83 35.56 32.67 42.61 8.0 264.67

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：

醋酸乙酯=208.33kg/h

水=18×208.33÷88+5.73=48.34kg/h 浓硫酸=8.0kg/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8.0kg/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）

w=沉降器下层（即水层）量（kg/h） 系统1的物料衡算： 256.67+w=u+z

u＋z－w=256.67 系统1的醋酸乙酯物料衡算： 0.812×256.67＋0.08w=0.83z

0.83z－0.08w=208.33 系统1的乙醇物料衡算：

0.09z=0.04w 系统2的物料总衡算：

2（x＋y＋z）=w＋x＋y＋208.33

x＋y＋2z－w=208.33 系统2的醋酸乙酯衡算：

0.83x＋0.94y＋0.83z=0.94×(x＋y＋208.33)＋0.08w

0.83z－0.11x－0.08w=195.83 由①～⑤式解方程得： x=113.66kg/h y=174.79kg/h

z=320.51kg/h w=721.14kg/h

①

② ③ ④ ⑤ u=657.30kg/h

因为v中含有20%醋酸乙酯，而醋酸乙酯=208.33kg/h，故： v=208.33÷20%=1041.65kg/h 系统3的物料总衡算： R＋256.67=v＋u

R=v＋u－256.67=1041.65＋657.30－256.67=1442.28kg/h 系统3的H2O衡算 ： Rw＋0.188×256.67=u＋0.1v

Rw=657.30＋0.1×1041.65－0.188×256.67=713.21kg/h 系统3的乙醇衡算：

RA=0.7v=0.7×1041.65=729.16kg/h

将计算结果整理在各物料衡算表中，并汇总画出初步物料衡算图。

表2 进出塔Ⅰ的物料衡算表

加入

支出

序号 物料名称

纯度% 数量kg/h 序号 物料名称 纯度% 1 来自酯化器的混合液

264.67 1 塔顶馏出液 ① 醋酸乙酯 145.83 ① 醋酸乙酯 20 ② 水 35.56 ② 水 10 ③ 乙醇 32.67 ③ 乙醇 70 ④ 乙酸 42.61 2 塔底残液 ⑤ 浓硫酸 8.0

① 水 2 来自塔Ⅱ的塔底残液

1442.28 ② 浓硫酸 ① 水 713.21 ② 乙醇 729.16

合计

1706.95

合计

表3 进出塔Ⅱ的物料衡算表

加入

支出

数量kg/h

1041.65 208.33

104.165 729.155

665.30 657.30

8.0 1706.95