1、 Process Engineering of Vinyl Acetate Process Workshop in Scale of 40000 Tons per Year Abstract: China is full of the coal resources.So it can develop the coal business,and produce new chemical materials.We have great potentiality and advantage.As a new type of chemical raw materials,vinyl acetate a
2、re widely used in organic synthesis,nylon,adhesives,paint industry etc.It is top priority to look for reasonable production method.Vinyl acetate are used as intermediates with the applied spread of poly vinyl alcohol on the non-fiber sphere .So it makes the rising demand about vinyl acetate ,and it
3、is particularly important to improve the production and quality of vinyl acetate.Though polymerization own with other monomer copolymerization,vinyl acetate can be generated poly vinyl alcohol,vinyl acetate-ethylene copolymer emulsion or copolymerization ester,poly vinyl acetate,vinyl acetate-choloe
4、thylene copolymer,poly vinyl alcohol shrink formaldehyde etc. Comparing the different production process route and its advantages and disadvantages,Street vinyl acetate synthesis is also put forward the selection principle of technology,this paper expounds the future of vinyl acetate synthesis techn
5、ology development trend,and expounds the vinyl acetate research,production,development situation,And the process of vinyl acetate synthesis in our country.This paper introduces the synthesis process of application of calcium carbide acetylene method to make vinyl acetate,and according to the differe
6、nt catalysts vinyl acetate synthesis this paper introduces them.Primarily With material and heat balance calculation,this design process es calculation and selection of equipment and process workshop layout,On the basis of selection,it also paints the process of flowing diagram and the main equipmen
7、t assembly drawing,besides,it puts forward the scheme of process improvement and measures.Of improving output. Keywords :Vinyl acetate; Calcium carbide acetylene method; Production process;Material calculation;Heat calculation; production workshop年产 4 万吨醋酸乙烯的生产车间工艺设计 摘 要： 中国是一个煤炭资源丰富的国家，发展煤炭事业，生产新的化
8、工原料，有极大的潜力和优势。醋酸乙烯作为一种新型的有机化工原料，广泛应用于有机合成、维尼纶、粘结剂、涂料工业等。寻找合理的生产方法是当务之急。醋酸乙烯作为中间体，随着聚乙烯醇非纤维领域应用的拓展，使得醋酸乙烯的需求不断增长，提高醋酸乙烯的产量和质量尤为重要。醋酸乙烯通过自身聚合或与其它单体共聚，可以生成聚乙烯醇（ PVA）、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液（ VAE）或共聚树酯（ EVA）、聚醋酸乙烯（ PVAc）、醋酸乙 烯 -氯乙烯共聚物（ EVC）、聚乙烯醇缩甲醛醋酸等。 本文简要介绍了醋酸乙烯的理化性质、主要用途以及醋酸乙烯的生产现状和发展趋势。总结了合成醋酸乙烯的生产工艺方法，对比不同生产工艺
9、路线及其优缺点，同时提出了合成醋酸乙烯技术的选择原则，阐述了未来醋酸乙烯合成技术的发展趋势，以及合成醋酸乙烯的生产工艺流程。着重介绍了运用电石乙炔法合成醋酸乙烯的生产工艺流程及其合成反应原理。本设计主要以物料衡算和热量衡算进行工艺计算和主要设备选型以及工艺车间的布置。在此基础上绘制了工艺流程图和主要设备装配图。 关键词： 醋酸乙烯，电 石乙炔法，生产工艺流程，物料衡算，热量衡算，生产车间 2 目 录 中文摘要、关键词 . 1 英文摘要、关键词 . I 引 言 . 1 第 1 章 绪论 . 2 1.1 醋酸乙烯的理化性质 . 2 1.2 醋酸乙烯的主要用途 . 2 1.3 醋酸乙烯的生产现状与发
10、展趋势 . 3 1.3.1 醋酸乙烯的国内生产现状及市场前景 . 3 1.3.2 醋酸乙烯的国外生产现状及市场前景 . 5 1.4 课题要求及意义 . 6 1.4.1 课题的要求 . 6 1.4.2 课题的意义 . 6 第 2 章 醋酸乙烯的生产技术及研究 . 7 2.1 醋酸乙烯的生产工艺方法 . 7 2.1.1 乙炔液相法 . 7 2.1.2 乙炔气相法 . 7 2.1.3 乙烯液相法 . 8 2.1.4 乙烯气相法 . 8 2.1.5 其它方法 . 8 2.2 醋酸乙烯的生产工艺选择 . 9 2.2.1 乙炔气相法和乙烯气相法的比较 . 9 2.2.2 乙炔气相法 Wacker 流程 和
11、 Borden 流程的比较 . 102.3 醋酸乙烯的生产工艺流程 . 10 2.3.1 主反应方程式 . 11 2.3.2 主要的副反应方程式 . 11 2.3.3 醋酸乙烯合成反应原理 . 11 2.3.4 生产工艺流程示意图 . 12 第 3 章 醋酸乙烯的物料衡算 . 14 3.1 主要的反应方程式 . 14 3.2 基础数据 . 14 3.2.1 装置的工艺数据 . 14 3.2.2 小时生产能力 . 14 3.2.3 计算基础 . 14 3.2.4 原料规格 . 15 3.3 各工序的物料衡算 . 15 3.3.1 乙炔工序 . 15 3.3.2 反应工序 . 16 3.3.3、分
12、离工序 . 18 3.3.4、精馏工序 . 18 3.4 醋酸乙烯生产过程物料衡算汇总 . 19 第 4 章 醋酸乙烯的热量衡算 . 21 4.1 基础数据 . 21 4.2 反应系统的热量衡算 . 22 4.3 分离系统的热量衡算 . 26 4.4 精馏系统的热量衡算 . 27 4.4.1 精馏一塔热量衡算 . 27 4.4.2 精馏二塔热量 . 28 4.4.3 精馏三塔的热量衡算 . 29 4.5 总热量衡算汇总 . 30 第 5 章 主要设备的工艺 设计和选型 . 31 5.1 固定床反应器 . 315.2 醋酸乙烯精馏塔 . 34 第 6 章 车间布置设计 . 37 6.1 概述 .
13、 37 6.2 车间布置的基本原则和要求 . 37 6.2.1 厂房建筑 . 37 6.2.2 生产操作 . 38 6.2.3 设备装修 . 38 6.2.4 安全要求 . 38 6.2.5 车间辅助用室及生活用室的配置 . 39 6.2.6 设备之间及设备与建筑物之间的一般安全距离 . 39 结 论 . 40 致 谢 . 41 参考文献 . 42 1 引 言 醋酸乙烯（ VAc）是一种重要的有机化工原料，特别是醋酸乙烯通过自身聚合或与其它单体共聚，可以生成应用很广的衍生物。乙烯生产方法有乙炔法、乙烯法、乙醛醋酐加成法、以煤为原料的羰基合成法以及醋酸单一原料法等，醋酸乙烯工 业的发展具有广阔前
14、景，可以生成应用很广的衍生物，可用于涂料、浆料、粘合剂、维纶、薄膜、乙烯基共聚树脂、缩醛树脂等化工产品，随着科学技术的进步，新的应用领域还在不断拓展。 醋酸乙烯是醋酸的下游产品，又是需求发展迅速的聚乙烯醇和 EVA树脂等原料。目前国内醋酸乙烯产能虽然达到 l08.3万 ta，但仍不能满足总量需求，每年都有一定的进口。随着国内醋酸乙烯下游产品需求的增长，预计到 2010年需求量将达到 l68万 t，到 20l0年国内醋酸乙烯产能将达到 l40万 t，届时仍有 28万 t左右的市场缺口。因此，国内醋酸乙烯 市场总体前景较好。 本文简要介绍了合成醋酸乙烯的生产工艺流程，着重介绍了运用电石乙炔法合成醋
15、酸乙烯工艺流程，并且针对合成醋酸乙烯方法的不同进行了介绍，选出最佳方案。 本设计主要主要以物料衡算和热量衡算进行工艺计算和设备选型以及工艺车间的布置，在选型的基础上进行了设备的校核，绘制了工艺流程图，主要设备装配图，并进行了车间的布置。 2 第 1 章 绪论 1.1 醋酸乙烯的理化性质 醋酸乙烯 (Vinyl acetate,简称 VAc)，全称为醋酸乙烯酯，分子式 C4H6O2,结构式是CH3COOH=CH2，分子量 86.09。在常温下醋酸乙烯是一种无色透明液体，易挥发、稍有毒性、带有特殊的气味，对人的眼睛和皮肤有刺激作用。它的蒸汽为湿麻醉剂，能刺激皮肤及呼吸器官。醋酸乙烯能与水部分互溶，
16、与甲醇、乙醇等形成共沸物，能与苯、水形成三元恒沸物 1。 醋酸乙烯的熔点 -92.3 ，沸点 72. 20 ,相对密度 0.9317，折射率 1.3953，闪点 -1 ,爆炸极限 2.6 13.4 (V%)，能溶于乙醇、乙醚、丙酮、氯仿、四氯化碳等有机溶剂，不溶于水 2。 醋酸乙烯是不饱和的羧酸酯，由于分子内存在不饱和双键及羧基，化学性质活泼，能够发生聚合反应、加成反应、水解反应、乙烯基转移反应、氧化反应等化学反应 2。 1.2 醋酸乙烯的主要用途 醋酸乙烯 (VAc)单体 (VAM)是醋酸及其衍生物行业中最主要的初级衍生物加工产品 3，也是有机合成化工 (聚合物工艺学 )中的主导型原料之一，
17、有较高的生产制备及衍生加工的技术经济价值。作为醋酸的再加工物，醋酸乙烯的生产开发状况对醋酸行业的整体发展具有日益显著的影响作用。 醋酸乙烯 (VAc)用于生产聚醋酸乙烯聚乙烯醇乙烯 -醋酸乙烯共聚物聚乙烯醇缩丁醛氯乙烯 -醋酸乙烯共聚物等众多聚合 物类产品。该类产品广泛应用于纺织化工建筑造纸卷烟家具包装装潢装饰化妆洗涤医药印刷电气橡胶皮革化纤电子精细化工粘接等众多领域。主要用做乳化剂粘结剂稳定剂整理剂深层材料化学浆料塑料材料薄膜制品防护涂层纤维材料等。在纤维领域，醋酸乙烯主要用于维尼纶合成和醋酸乙烯一丙烯腈类纤维。上述用途中以共聚物最有发展前景。 在醋酸乙烯应用市场中：聚醋酸乙烯占醋酸乙烯约
18、48%，其应用包括水基涂料、胶粘3 剂、丙烯酸纤维、纸张涂料和无纺粘合剂；聚乙烯醇 (PVOH)用于包装薄膜和玻璃 层压片，占醋酸乙烯需求量约 35%；其余用于乙烯一醋酸乙烯共聚乳液 (VAE)或共聚树脂（ EVA)、氯乙烯一醋酸乙烯共聚物 (EVC)、乙烯一乙烯醇 (EVOH)绝缘树脂和聚乙烯醇缩丁醛 (PVB)。 1.3 醋酸乙烯的生产现状与发展趋势 1.3.1 醋酸乙烯的国内生产现状及市场前景 (1) 醋酸乙烯的生产现状 自 1963年北京东方石油化工股份有限公司（原北京有机化工厂）从日本可乐丽引进，采用电石乙炔法建成我国第一套醋酸乙烯生产装置以来（后改为乙烯气相法），我国醋酸乙烯的生产
19、稳步发展。 2007年我国醋酸乙烯的 生产能力达到 123.8万 t/a。南京塞拉尼斯一套30.0万 t/a气相乙烯法醋酸乙烯生产装置建成投产，截止到 2009年 12月底，我国醋酸乙烯的生产厂家增加到 15家，总生产能力达到 158.3万 t/a，产能仅次于美国，是世界上第二大醋酸乙烯生产国家。生产工艺有电石乙炔法、天然气乙炔法和乙烯法 3种：采用电石乙炔法的生产厂家有 11家，生产能力合计为 84.5万 t/a，约占全国总生产能力的 53.38%；采用天然气已缺乏的生产厂家有 1家，生产能力为 21.0万 t/a，约占全国总生产能力的 13.27%；采用乙烯法的生产厂家有 3家，生产能力合
20、计为 52.8万 t/a，占全国总生产能力的 33.85%。其中南京塞拉尼斯公司是我国目前最大的醋酸乙烯生产厂家，生产能力为 30.0万 t/a，约占国内总生产能力的 18.95%；其次是中石化四川维尼纶厂，生产能力为 21.0万 t/a，约占国内总生产能力的 13.27%；再次是安徽皖维高新材料有限公司，生产能力为 15.5万 t/a，约占国内总生产能力的 9.79%。 2009年我国醋酸乙烯的主要生产厂家见表 1.14。 4 表 1.1 2009年我国醋酸乙烯主要生产厂产能和工艺 (万 t/a)5 Table 1.1 vinyl acetate the main factory capac
21、ity and process of vinyl acetate in 2009 生产厂家 生产能力 生产工艺 赛拉尼斯（南京）化工有限公司 中石化四川维尼纶厂 中石化上海石油化工公司 中石化北京东方石油化工公司 山西三维集团股份有限公司 安徽皖维高新材料有限公司 湖南省湘维有限公司 广西维尼纶集团有限责任公司 江西化纤化工有限责任公司 福建纺织纤维集团有限公司 贵州水晶有机化工集团有限公司 兰州维尼纶有限公司 石家 庄化工化纤有限公司 云南云维股份有限公司 牡丹江东北化工有限公司 30.0 21.0 11.8 11.0 13.5 15.5 8.0 7.0 10.0 6.0 5.0 5.0 2
22、. 8.5 3.0 气相乙烯法 天然气乙炔法 乙烯法 乙烯法 电石乙炔法 电石乙炔法 电石乙炔法 电石乙炔法 电石乙炔法 电石乙炔法 电石乙炔法 电石乙炔法 电石乙炔法 电石乙炔法 电石乙炔法 随着生产能力的不断扩大，我国醋酸乙烯的产量也不断增加。 2003年我国醋酸乙烯的产量只有 86.2万 t， 2006年为 105.2万 t， 2008年 增加到 121.0万 t，同比增长约 11.73%， 2003 2008年产量的年均增长率约为 7.39%。 2009年产量约为 135.0万 t，同比增长约 11.57%。 (2) 醋酸乙烯的市场前景 我国醋酸乙烯主要用于生产聚乙烯醇，约占总消费量的
23、 75.0%。其次是用于生产聚醋酸乙烯和乙烯一醋酸乙烯共聚物约占总消费量的 21.0%，其它方面的用途占 4.0%。随着经济的发展，我国醋酸乙烯的消费结构发生了较大的变化 6。 20世纪 90年代我国的醋酸乙烯主要用于生产聚乙烯醇。而近年来随着聚醋酸乙烯共聚物和乳液的发展 ，醋酸乙烯用于该领域的用量在不断增加，同时 EVA产量大幅度增加，也扩展了醋酸乙烯的应用领域。预计到 2015年，我国醋酸乙烯的总需求量将达到约 210.0万 t其中聚乙烯醇的需求量虽然仍占据主导地位，但所占比例将会有所减少，而聚醋酸乙烯、 VAE共聚乳液和 EVA将成为未5 来推动醋酸乙烯需求增长的主要动力，在消费结构中的
24、比例将会越来越大。 今后几年，随着中石化四川维尼纶厂和云南云维集团等醋酸乙烯新建或扩建项目的陆续实施，预计到 2015年我国醋酸乙烯的总生产能力将超过 260 0万 ta。而届时的年需求量只有约 210.0万 t，产能过剩，未来我国醋酸乙烯的市竞争压力将逐渐加大。 1.3.2 醋酸乙烯的国外生产现状及市场前景 (1) 醋酸乙烯的国外生产现状 近几年，世界醋酸乙烯的生产能力稳步增长。截止到 2009年底，全世界醋酸乙烯的总生产能力已经达到约 686.0万 ta。同比增长约 4.9%,生产装量主要集中在北美、西欧和亚太地区 ,其中北美地区的生产能力为 206.3万 ta，约占世界醋酸烯总生产能力的
25、 30.1%；西欧地区的生产能力为 117.1万 ta，约占总生产能力的 17.1%；亚太地区的生产能力为 341.4万 ta，约占总生产 能力的 49.8%；世界其他国家和地区的生产能力为 21.2万 ta。约占总生产能力的3.0%。美国、我国大陆和日本是世界上最主要的 3个醋酸乙烯生产国家和地区， 2009年生产能力分别达到 158.5万 ta 154.6万 ta和 72.5万 ta。分别约占世界醋酸乙烯总生产能力的23.1%、 23.1%和 10.6%。塞拉尼斯公司是目前世界上最大的醋酸乙烯生产厂家，生产能力为 158.5万 ta，约占世界醋酸乙烯总生产能力的 23.1%；其次是中国台湾
26、大连化工公司，生产能力为 65.0万 ta。约占世界总生产能力的 9.5%； 再次是中国石油化工集团公司，生产能力为 43.8万 ta，约占世界总生产能力的 6.4%。 （ 2）醋酸乙烯的国外市场前景 2008年，全世界醋酸乙烯的总消费量约为 515.0万 t，消费主要集巾在北美、西欧和亚太地区，其中北美地区的消费量为 117.5万 t，约占世界总消费量的 22.8%；西欧地区的消费量为 89.5万 t，约占总消费量的 17.4%；中南美地区的消费量为 13.0万 t，约占总消费量的 2.5%；中东地区的消费量为 14.0万 t，约占总消费量的 2.7%；亚太地区的消费量为 271.5万 t，约占总消费量的 52.7%；世 界其他国家和地区的消费量为 9.5万 t，约占总消费量的 1.8%。预计今后几年，世界醋酸乙烯的需求量将以年均约 3.4%的速度增长，到 2012年总需求量将达到约590.0万 t。 世界醋酸乙烯主要用于生产聚醋酸乙烯、聚乙烯醇以及乙烯一醋酸乙烯共聚物等。2008年世界醋酸乙烯的消费结构为：聚醋酸乙烯 (包括聚合物和均聚物 )的需求量约占总需求量的 44.1%，聚乙烯醇占 40.9%，乙烯一醋酸乙烯共聚物占 9.0%，其他方面的需求量占
