年产 8 万吨乙酸乙酯生产车间的设计
学生姓名： 学号：
所在学院： 材料与化工学院
专业班级： 届别：
指导教师：
皖西学院本科毕业设计（论文）创作诚信承诺书
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8 万吨乙酸乙酯生产车间的设计》
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学生（签名）：
日期： 年 月 日
5.6.1
目录
1 前言 .............................................................................................................................................................................................................................. 2
2 工 艺 设 计 方 案 .............................................................................................................................................................................. 3
2.1 原料路线确定的原则和依据 ................................................................................................................................. 3
表 1 四种工艺优缺点比较 . ............................................................................................................................................. 4
3 设计方案的确定 ........................................................................................................................................................................................... 6
3.1 反应原理 ...................................................................................................................................................................... 6
3.2 工艺流程图 ................................................................................................................................................................................... 8
4 物料衡算 ................................................................................................................................................................................................................ 9
4.1 （1）全流程的工艺数据 ........................................................................................................................................... 9
4.2 一步缩合反应釜的物量衡算 ............................................................................................................................... 9
4.3 二步缩合反应釜的物料衡算 ................................................................................................................................. 9
4.4 单效蒸发器的物料衡算 ........................................................................................................................................... 10
4.5 脱乙醛塔的物料衡算 .................................................................................................................................................. 11
4.6 脱乙醇塔 ...................................................................................................................................................................................... 11
4.7 脱重组分塔 ............................................................................................................................................................................... 12
5 热量衡算 ............................................................................................................................................................................................................ 13
5.1 基本数据 ...................................................................................................................................................................................... 13
5.2 一步缩合釜的热量衡算： .................................................................................................................................... 14
5.3 二步缩合反应釜热量衡算： ............................................................................................................................. 14
5.4 单效蒸发器的热量衡算 ........................................................................................................................................... 14
5.5 冷凝器的热量衡算 ......................................................................................................................................................... 15
5.6 脱乙醛塔的热量衡算 .................................................................................................................................................. 15
再沸器的热负荷 15
5.7 脱乙醇塔的热量衡算 .................................................................................................................................................. 16
5.7.1 再沸器的热负荷 16
5.8 脱组分精馏塔的热量衡算 .................................................................................................................................... 17
5.8.1 再沸器的热负荷 .................................
5.9 脱重组分的冷凝器的热量衡算 ......................
6 主要设备的设计与辅助设备的选型 .............................
6.1 一步缩合反应釜的设计 .................................
6.1.1 缩合釜釜体的设计 ...............................
6.2 单效蒸发器的设计与选型 ...............................
6.2.1 蒸发器的选择理由 .............................
6.2.2
蒸发器计算与设计 .............................
6.3 脱乙醛塔的设计与计算 ..................................
6.3.1 脱乙醛塔的基础数据 ............................. 6.3.3 塔板结构设计 ..................................
6.3.4 塔高的确定 ....................................
6.4 辅助设备的选型 ........................................
6.4.1 泵的选型 ...................................... 6.4.2 再沸器的选型 [26] ................................ 6.4.3 冷凝器选型 ....................................
6.4.4 工艺设备一览表 ................................
7. 车间布置设计 ................................................
7.1 概述 .................................................. 7.2 车间布置 ..............................................
7.3 本设计的生产车间布置 ..................................
8. 总结 ........................................................
参考文献： ....................................................
附录 : .........................................................
致谢 ..........................................................
17 17 18 18 18 20 20 20 21 21 21 22 24 24 24 26 26 29 29 29 31 31 32 33
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年产 8 万吨乙酸乙酯生产车间的设计
学生：解东（指导老师：钟煜）
( 皖西学院材料与化工学院 )
摘要： 乙酸乙酯其分子式为 CH3COOC2H5，乙酸乙酯是一种无色透明的特殊的水果味的液体。
在行
业中有多种用途，可广泛应用于涂料，医药，化工，纺织原材料，如各种产品，发展前景看好。
当
代生产乙酸乙醋的方法有以下几种
: 乙醇醋酸直接醋化法、乙酸直接加成法、催化精馏法、乙醛缩合
法、乙醇脱氢法。结合我国的国情和社会因素的影响，本文将利用乙酸乙酯和工厂的物料平衡和热
量平衡计算乙醛缩合法的生产流程。
关键词： 乙酸乙酯；乙醛缩合法；工艺车间设计；衡算
Annual Output of 80000 Tons of Ethyl Acetate
Production Workshop Design
Student: xie dong（Faculty Adviser： zhong yu ）
（ Materials and chemical institute，West Anhui University）
Abstract： Ethyl acetate its molecular formula for CH3COOC2H5, ethyl acetate is a kind of special
fruit of colorless transparent liquid.It has many USES in the industry, can be widely used in paint,
pharmaceutical, chemical, textile raw materials, such as all kinds of products, development prospects look good.Contemporary acetic vinegar production method has the following kinds: direct acetification of ethanol to acetic acid, acetic acid direct addition method, catalytic distillation method, acetaldehyde condensation method, ethanol dehydrogenation method.Combined with China's national conditions and social factors, this article will use the ethyl acetate and plant material balance and heat balance calculation of acetaldehyde condensation method in the manufacturing process.
Key words: ethyl acetate; Acetaldehyde condensation method. Process plant design; balance
1
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1 前言
乙酸乙酪又名醋酸乙醋，在行业中有多种用途，可广泛应用于涂料，医药，化工，
纺织原材料，如各种产品，医学的有机酸提取剂，染料生产，此外其特殊的果香还可用
作生产水果香精和各种调香组分以及食品工业中，用途十分广泛，发展前景看好。近年
来，随着世界经济持续增长，各行各业都得到了发展迅速，尤其是建筑、汽车等行业，
同时环保法规日益严格，采用各种环保高档溶剂生产涂料、染料、胶合剂等产品已成大
势所趋。
乙酸乙酯在一些发达的国家有渐渐取代一些对人体和环境有害的类溶剂， 环保无害已成为时代的主题，环保的乙酸乙酯将更受人们接受和发展。乙酸乙酯当代合法的生产
方法，乙醇脱氢和乙烯硅氢加成反应以及乙醇乙酸的酯化反应和乙醛缩合法。乙醛缩合法是二十世纪七十年代发展起来的新技术，在日本、美国等国家有较好发展。其优点在于成功率和转化率较高，对工业设备要求较低，在适当条件下反应温和反应成本较低，批量生产和有效使用乙酸乙酯，基本符合我国基本国情，对经济和环境的协调发展有横好的促进作用。因此，乙醛缩合法是一个很好的选择，可以根好适合我国的发展。
为了满足行业日益增长的对绿色溶剂及原料的需求以及启东滨江精细化工园自身
发展规模以及乙醇的供给量，确定项目生产规模为年产
8 万吨乙酸乙酯中型化工厂
2
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2工艺设计方案
2.1 原料路线确定的原则和依据
乙酸乙酯当代合法的生产方法， 乙醇脱氢和乙烯硅氢加成反应以及乙醇乙酸的酯化反应和乙醛缩合根据项目要求，我们要对以上几种方法做出相应的比较，从各个方面例如工艺的技术对比。下面将比较一下 4 种方法的优缺点。
（1）直接脂化法
乙酸和乙醇在硫酸等催化剂作用下直接醋化合成乙酸乙醋，合成反应式如下
催化剂
:
反应式： CH 3 CH 2OH CH 3COOH CH 3CH 2 OOCCH 3 H 2 O
此法是我国一直使用的一项传统工艺，投资少，高收益。但是由于要使用硫酸做催
化剂，拥有强腐蚀性，造成了各种损失，设备腐蚀严重，污染难以处理，导致生产成本
更高，无法完成企业的工业化。
。
（2）乙醛缩合法
由两分子乙醛经缩合反应成一分子乙酸乙醋，反应式如下
三乙醇 铝
:
反应式： 2CH 3CHO
CH 3COOC2H 5
此方法受地域的影响，如果工厂靠近原料的产地，运输方便，可以在生产的成本上
体现优势。同时此路线在常温低压下就可以进行，条件温和，各种消耗小，不会造成设
备的腐蚀损坏且原料消耗也较少。此方法大多被美国和日本所使用，工艺简单，他们有
原料来源广泛，有成本优势。但是反应的催化剂难以制备，容易水解损失。
（3）乙醇催化脱氢法
该反应以乙醇为原料， 催化剂采用 Cu/Zn0/A1203，反应压力 1.OMPa，反应温度 250
3
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反应历程如下 :
催化剂
反应式： 2CH3CH 2 OH CH3COOC2H5 2H2
该法是一个新开发的路线，前景广阔。各种反应条件要去较低，乙醇歧化反应流程
简单，、条件温和，其生产过程中不含各种废水、气等污染，所得的产品浓度高，不损
坏反应设备，这一切使得成产成本较低。但是由于技术不成熟，乙醇的转化率较低，只
有 50%-60%转化率，乙酸乙酯的选择性也不高，由此造成无法工业化。
（4）乙酸 / 乙烯合成醋化法
主要过程的乙烯为原料，螯合在二氧化硅多使用酸为催化剂的杂多酸盐
。在压力为
1.OMPa、反应温度 150 度左右的条件下反应合成乙酸乙醋。反应式如下
:
反应式： CH 2 CH2 CH3COOH CH3COOC2H5
该法在国外被大力开发，工艺的优势明显，副反应难以发生。而且乙酸乙酯的出产
量和选择性都很高，分别达到
90%和 95%以上。该路线的工业化应用试验正在国外大力
开发。
表 1 四种工艺优缺点比较
工艺方法
优点
缺点
浓硫酸催化剂的使用使反应均
投资少，高收益。但是由于要使用硫酸做催化剂，拥有强腐蚀性，造成了各种损失，设备腐蚀严重，污染难以处理，导致生产成本更
匀，容易控制。而且浓硫酸吸水性强、
酯化法
价格低廉，在反应中混合，性能稳定，全塔催化，达到最优控制
高
乙醛缩合 法
在常温低压下就可以进行，条件
受地域的影响，要工厂 靠近原料的产地
温和，各种消耗小，不会造成设备的
腐蚀损坏且原料消耗也较少
4
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技术不成熟，乙醇的转
反应流程简单，、条件温和，其生
乙醇脱氢
产过程中不含各种废水、气等污染，
法
所得的产品浓度高，不损坏反应设备
化率较低，只有 50%-60%转 化率，乙酸乙酯的选择性也
不高
受地域影响，生产成本
乙烯乙酸 加成法
乙酸乙酯的出产量和选择性都很
取决于乙炔的价格波动
高，分别达到 90%和 95%以上
5
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3 设计方案的确定
目前在世界范围内，生产乙酸乙酯基本使用以上四种方法，但我国的技术有限，只有以下三种酯化法、乙醛缩合法、乙醇脱氢法路线，乙酸 / 乙烯加成法受原料限制等等无法通入运行。上述三法在我国也有一些优缺点，乙醇脱氢法受原料乙醇和地域限制较多、酯化法中新催化剂的技术还不成熟。而乙醛缩合法在国外有相当成熟的工艺，在中国上海石化股份公司也已经建有新型设备，达到技术要求，所以本想不将采用乙醛缩合法生产乙酸乙酯。
3.1 反应原理
用乙醛缩合法制乙酸乙酯将会有三个阶段：催化剂的制备、乙醛的缩合反应、催化剂的脱除和精馏提纯 。
（ 1） 催化剂的制备：把一定量的铝粉和乙酸乙酯加入催化剂的合成釜中，蒸汽
渐热，再加入适量乙醇进行反应，将会生产出乙醇铝的催化剂
（2）乙醛的缩合反应
缩合反应将进行两步缩合进行，第一步用釜式的反应器，第二步将采用管式的反应器，两者是相互串联的
反应方程式为：
Al(OC 2H 5)3
CH 3CHO
CH 3COOC 2H 5
这样做的好处是，两步缩合反应更完全，分级调节，更易控制。第一步釜式的反应 器的应用可以把反应剧烈放出大量的热量轻易排出， 且搅拌均匀易于控制， 安全性高。
第二步管式的反应器的应用将有利于转化率的提高， 而且之后反应所产热量已经不多，
步影响反应。
6
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图 2.2 为缩合工序的流程简图。
催 化 剂
乙醛
一步缩合
来自一塔 塔顶的乙 醛
去蒸发工序
二步缩合
图 1 缩合工序的流程简图
(3) 催化剂的脱除
由于催化剂易水解，我们可以加水使催化剂加速水解，然后在蒸发器的作用下将蒸发出粗乙酸乙酯，再分离出氢氧化铝残液，再用一个分离器对残液进行处理，在剩下的液体分离出氢氧化铝，蒸发器可以对剩余的液体进行再利用
水
来自二步缩合反 应器的混合物
去第一 蒸馏塔
蒸发
残 渣
图 2 蒸发工序流程简图
（4）精馏提纯
我们使用三塔形式，三塔都是常压操纵，一塔操作脱乙醛，第二塔可以用来对乙醇脱出，用来生产催化剂 ; 第三柱塔下获得的产品，然后对重组分进行结构调整，将其中有效成分地分离，再设计分离较纯副产物乙缩醛，合理有效利用。
7
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去缩合
去催化剂 制备工序
成品乙 酸乙酯
工序
来自蒸发器的 精乙酸乙酯
脱乙醛
脱乙醇 脱重组分
重 组 分
图 3 精馏提纯工序的流程简图
3.2 工艺流程图
以下为乙醛缩合法合成乙酸乙酯各个工序的简述。
图 2.5 为乙醛缩合法生产乙酸乙
酸工艺流程简图。
在催化剂乙醇铝作用下， 乙醛进入两个反应单元反应最终得到乙酸乙酯和副产物乙
醇、乙缩醛。通过蒸发器的蒸发可得到氢氧化铝残液，催化剂一水解加水使其破坏。在
通过三塔的操纵，由除醛精馏塔脱除乙醛、脱乙醇粗馏塔脱除乙醇、脱重组分塔得到产
品。
催 化 剂
来自一塔 塔顶的乙 醛
水
乙醛
一步缩合
二步缩合 蒸发
残 渣
成品乙 酸乙酯
脱重组分
重 组 分
回收 乙醇
回收
乙醛
脱乙醇
脱乙醛
图 4 乙醛缩合法的工艺流程简图
8
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4 物料衡算
4.1 （1）全流程的工艺数据
（1）生产规模年产 8 万吨乙酸乙酯
（2）生产时间年工作时间为 7680 小时
4.2 一步缩合反应釜的物量衡算
表 5 一步缩合釜物料衡算表
进口物料 /(kg/h)
乙酸乙酯
乙醛 乙醇 水 乙缩醛 轻组分 乙醇铝 总计
780.61 10369.62 132.17
10.38 206.58 12.38 152.12 11663.86
出口物料 /(kg/h) 10069.72 1014.07 166.64 42.35 206.58 12.38 152.12 11663.86
4.3 二步缩合反应釜的物料衡算
表 6 第二步缩合釜物料衡算表
进口物料
出口物料
kg/h
kg/h
9
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乙酸乙
10069.72 10923.24
酯
乙醛
1014.07 115.60 42.35 206.58 152.12 11663.86
110.32
321.53
乙醇
水
45.36
233.52 152.12
乙缩醛
乙醇铝
总计
11663.86
4.4 单效蒸发器的物料衡算
催化剂易水解，本过程主要目的是为了加水使乙醇铝催化剂水解破坏。
表 7 单效蒸发器物料衡算表
进口物料
kg/h
乙酸乙酯
乙醛 乙醇 水 乙缩醛 乙醇铝 总计
10827.34 153.21 172.34 123.72 234.58 152.13 11663.86
出口物料
kg/h 10827.34 153.21 342.53 42.35 234.58
11663.86
10
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4.5 脱乙醛塔的物料衡算
在该塔中，我们可以分别取塔顶和塔底轻组分乙醛的质量分数
xD1=0.999 和 xw=0.0001。
表 8 脱乙醛塔物料衡算表
进口物料
kg/h
乙酯 乙醇 乙醛 水 乙缩醛 总计
10763.51 282.51 251.68 42.52 171.51 11511.73
出口物料
kg/h 10763.51 282.51 251.68 42.52 171.51 11511.73
4.6 脱乙醇塔
表 9 脱乙醇塔物料衡算表
进口物料
kg/h
乙酯 乙醇 乙醛 水 乙缩醛
10563.62 242.62
7.8 38.21 306.58
11
出口物料
kg/h 10563.62
242.62
7.8 38.21 306.58
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总计
11058.83 11058.83
4.7 脱重组分塔
该塔除去重组分乙缩醛，从蒸馏塔顶部得到乙酸乙酯产品。
表 10 脱重组分塔物料衡算表
进口物料
kg/h
乙酯 乙醇 乙醛 水 乙缩醛 总计
10563.62 242.62
7.8 38.21 306.58 11058.83
出口物料
kg/h 10563.62
242.62
7.8 38.21 306.58 11058.83
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5热量衡算
5.1 基本数据
表 11 气体热容温度关联式系数
物质
Cpid / J mol 1 K 1 a0 a1T a2T 2 a3T 3 a4T 4
a0
a1 0.638 0.064 -4.186 -14.95
10.238
13.043
8
a2 5.566 3.750 1.405
a3 -7.024 -4.577 -1.564 -15.73 6
a4
乙醇 乙醛 水 乙酸乙
4.386 4.389 4.395
2.695
1.651
0.632
5.989
酯
表 12 液体热容温度关联式系数 Cp 1 / J mol 1 K
A
B 36.359 44.854 -3.9953 84.098
物质
A BT CT2 DT 3
C
D 1.8031 2.7000 0.53468 3.6632
乙醇 乙醛 水 乙酸乙酯
59.352 45.057 92.054 65.833
-12.165 -16.608 -2.1103 -26.997
表 13 物质的沸点及正常沸点下的蒸发焓
物质 乙醇 乙醛
沸点/ ℃ 78.4 20.8
13
蒸发焓 /KJ ·mol-1
38.93 25.20
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乙酸乙酯
水 乙缩醛
77.07 100 102.7
32.33 40.73 35.83
5.2 一步缩合釜的热量衡算：
一步缩合反应釜需要承受的热量为：
H2(乙酸乙酯 )+ H2 (乙醇) + H2(乙醇铝 )+ H3(乙醛) + H 3 (乙酸乙酯 ) + H 主 +
H f 3.667 106 KJ / h
, 由于进口温度为 -5 ℃ , 出口温度
可以用 -5 ℃的冷冻盐水将反应放出的热进行冷却
为 5℃。冷冻盐水的比热容为： Cp 4.0KJ / (kg K )
则单位时间内需要冷冻的量为：
3.667 106
4.0 10
W 91675kg / h
5.3 二步缩合反应釜热量衡算：
二步缩合反应釜承受的热负荷为：
H 主 + H 副
(3.86 105 3804) 3.9048 105 kJ / h
反应放出的热同样用 -5 ℃的冷冻盐水进行冷却 , 进口温度为 -5 ℃, 出口温度为 5℃。
冷冻盐水的比热容为： C p
4.0KJ / ( kg K )
则单位时间内需要冷冻的量为：
W
3.9048 10 5
9762kg / h
4.0 10
5.4 单效蒸发器的热量衡算
该蒸发器的蒸发温度为 90℃，有少量的水占用的热量小， 可忽略不计，且设单效蒸发
器的热量损失为 1%。
14
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需外界为蒸发器提供的热量为：
Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5-Q6= 2.147 106 kJ / h
需外界为蒸发器提供的热量， 100 ℃的饱和水蒸气将充当热源， 100 ℃的水蒸气将成热源进口， 100 度的水作出口， 100 度的饱和蒸气压下，汽化潜热 1.0 R = 2257.6
[ kJ / kg ， 因此饱和水蒸气在单位时间内的质量为：
W
2.147 10 6
951kg / h
2257.6
5.5 冷凝器的热量衡算
把 90℃的蒸气温度降低到饱和进料温度，饲料和乙醛精馏塔的饱和温度是 20.8 ℃ 则冷凝总共放出热量为： H 1 H 2 H 3 H 4 1.344 106 kJ / h
该冷凝器的冷却盐水进口与两釜的出口相连接。 其出口盐水的温度将被控制在
10℃
左右。 5℃的冷冻盐水在单位时需要的的质量为：
W
1.344 106
3.5 5
76800kg / h
5.6 脱乙醛塔的热量衡算
由以上对精馏一塔物料衡算得： F 用解析法计算最小回流比：
4376.65kg / h, , D 52.62kg / h
R
min
1 [ D 1 xF
x(1 x)
1 xF
D
]
代入数据求得： Rmin 3.336 取 R 1.1Rmin
3.67
那么上涨蒸汽流量： V （R 5.6.1 再沸器的热负荷
1）D 245.73kg / h
（1）塔顶上升混合气带出的热量
15
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一起都是 20.8 度的进料和塔顶的回流液，那么就塔顶散出的热量为：
245.73 1000 QD (a0 a1T1 a2T 2 a3T 3 a4T 4 ) 5578.43 25.20
299.35
44.05
293 .95
= 3.4 10 5 kJ / h
（2）塔釜残液带出的热量：
Q2
79459 32.32
344.15
( a0 a1T
1
a2T
2
a3T
3
a4T )dT 2.56 10 KJ / h
46
356.15
+
D
W
41577
351.35 350.35
(A BT CT
2
DT )dT 855 10.6 16263KJ / h
3
855 115 = 4.77 10 5 kJ / h
（3）侧线料带出的热量 则再沸器的热负荷为：
Q1 Q
W
Q
D
Q 4.77 105
C
3.4 105
2.49 103 8.19 105 KJ / h
如果 100℃的水作为冷却水，在 1.0 巴饱和水蒸汽作为加热介质， 100℃的冷却水，
水蒸气的量：
W
2.65 106 3.7 40
17905kg / h
5.7 脱乙醇塔的热量衡算
5.7.1 再沸器的热负荷
(1) 塔顶上升混合气带出的热量
要是一起为 77.2 度的进料与塔顶回流液，那么要塔顶散发气带出的热量为：
QD 4036
349.45 344.15
(a0 a1T1 a2T
2
a3T a4T )dT 4036 32.32 1187 38.93 2.043 10 KJ / h
345
(2) 塔釜残液带出的热量
Q 2.878 106 3.1 104
1
2.908 106 KJ / h
脱乙醇塔承受的热负荷为： Q1
2.043 10 5 16263 2.21 105 kJ / h
16
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把 100℃的饱和水蒸气加入再沸器进行加热。那么需要饱和水蒸气质量为：
W
2.21 2257.6
97.9kg / h
5.8 脱组分精馏塔的热量衡算
5.8.1 再沸器的热负荷
（1）塔顶上升混合气带出的热量
如果要一起同为 20.8 度进料与塔顶回流液，那么塔顶散发气所带出的热量为：
QD 79459
356.15 351.35
( a0 a1T 1 a2T
2
a3T
3
a4T )dT 79459 32.32 2.878 10 KJ / h
46
（2）塔釜残液带出的热量
DW
383.15 351.35
855136dT 3.1 10 KJ / h
4
则再沸器的热负荷为： Q1 2.878 106 饱和水蒸气需要被再沸器加热到
3.1 104 2.908 106 KJ / h
100℃，饱和水蒸气在单元时间内需要质量为：
2.908 10 2557.6
6
W
1288kg / h
5.9 脱重组分的冷凝器的热量衡算
则冷凝器的冷凝量为
Q2 79459 32.32
344.15 356.15
(a0 a1T 1 a2T 2 a3T 3 a4T 4 )dT 2.56 106 KJ / h
10℃的盐水加入冷凝器入口，比出口温度低
40℃，那么 10℃的盐水单元时间内需
要为：
W
2.65 106 3.7 40
17905kg / h
17
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6
主要设备的设计与辅助设备的选型
一步缩合反应釜的设计
6.1
6.1.1 缩合釜釜体的设计
（1）缩合釜中混合物的平均密度
n
＝
i 1
i xi ＝ 0.905 0.8713 0.7834 0.0927
0.01017 0.83 0.00428 0.999
+0.00333 0.7893 0.017 2.1 0.912g / cm3
则混合物的体积为：
V
4488.35
912
4.978 m 3
查得，装料系数
为 0.8. 。则反应釜的体积为：
Va
7.11m3 V 4.978
0.8
（2）确定筒体与封头型式以及连接方式
通过设计聚合条件和过程性能的设备，我们可以知道它属于低压反应釜搅拌型。在过去的习惯的基础上，我们将选择一个圆柱形筒体和椭圆形封头。同时由于对密封要求较高，我们选用采用焊接连接。
（3）标准椭圆封头的封头高度与直边高度
根据化工设计手册查得，记载标准椭圆封头的封头高度为：
W
4.979m3 直边高度为 500mm。
（4）确定夹套直径
根据《机械基础》，化工设备，夹套直径： D j＝Dj＋100＝2100mm
夹套封头与夹套筒体将采用相同直径，其中封头将采用椭圆形。
（5）夹套筒体与封头厚度
18
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夹套体与焊缝连接内筒，由于在检测的困难，所以采取焊缝系数
套焊接带 = 0.6 ，封头由钢板标准椭圆封头 [
= 0.6 ，从安全护
22 ] 。材料均为 Q235-B钢。
根据《机械基础》化工设备发现，夹套厚度 ：：
＝pDi 0.1 2000 d + C2＝ t
2 p 2 113 0.6 0.1 夹套封头厚度为：
＝
d
t
2 3.78mm
pDi
2
+ C2＝ p 2 113
0.1 2000
0.6 0.5 0.1
2 3.62mm
式中， p——设计压力， 0.1MPa；
t
—— Q235-B钢在本项设计要求的温度下的许用压力， 113MPa；
C2 —— 腐蚀裕量， 2mm。
，根据化工设备机械基础调查，夹夹套体和封头部厚度用圆整钢板表 （6）内筒筒体厚度与封头厚度
n ＝8mm
根据《化工设备机械基础》查处，内筒筒体厚度与封头厚度有计算均取
10mm。
表 14 缩合釜设计结果一览表 设计项目 反应釜体积 V/m3 筒体与封头连接方式 筒体和封头的直径 D/mm
筒体高度 H/mm 夹套直径 Dj /mm 封头高度 h/mm 夹套高度 Hi /mm 传热面积 F/m 2 内筒筒体厚度
设计结果
7.11 焊接 2000 2000 2100 50 1800 9.8795
10
/mm
19
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6.2 单效蒸发器的设计与选型
6.2.1 蒸发器的选择理由
为了实现粗酯混合物的蒸发，设计必须参考的蒸发器，在蒸发器的选择过程中，考
虑到蒸发材料和工程造价的因素特征将作为第一件事
。其次，常用设备能耗高，效率低
的缺点，因此以上两个因素的影响，蒸发器的设计会选择中央强制循环蒸发器
6.2.2 蒸发器计算与设计
经热量衡算可知道蒸发加热过程中，降膜蒸发器需要向外界提供的热量为：
Q 2.147 106 KJ / h 0.596 106 J / s （1）加热管的选择与管数的设计
根据实际情况， 由于生产时会有易结垢物质， 加热管长度将选择长度为 1.4m，蒸发器的加热管将选择型号
[25]
57mm 3.5 mm , 。那么加热管的管子数：
n 's 11
47.28
d( L 0.1)
3.14 0.57 (1.4 0.1)
取管子数为 48。
（2）加热室直径
该加热器中加热管的排列方式为正三角形。
则加热室直径：
D t (nc
1) 2b '
57 (1.1
48 1) 2 1.2 380mm
（3）分离室的直径和高度
分离室的体积为： V
W 4622
7.05m3
3600 U 3600 0.14
1.3
取 H / D 1.5 ，那么克制分离室高度 H=1.8m，分离室径直为： D=2.7m。表
15 单效蒸发器设计结果一览表
设计项目
设计结果
20
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蒸发器传热面积 A/m2
加热管的管数 n 循环管的内径 D /mm
1
10.91
48 273
加热室直径 D/mm 分离室直径 H/mm 分离室高度 D/mm
380 2700 1800
6.3 脱乙醛塔的设计与计算
6.3.1 脱乙醛塔的基础数据
已知：气体流量： Vs 0.10317m3 液体流量： Ls
/ s气体密度： v
s
4.0677kg / m3
0.00145m3 ?
3
液相密度： 841.7538kg / m
0.25 10 3 Pa?s
液体表面张力： σ=0.0206N/m 液体黏度： 6.3.2 塔径的确定 初估塔径
可以估测塔板之间的距离 HT=0.3m 则用 hl =0.07m 查史密斯关联图得： LS (
c c20 (
s
/
0.5
v ) / Vs
0.024
) 0.2
0.02
0.02414 uf
c l
v
v
0.345m/ s
D '
VS
4 op
肯定现实中的塔径，可以把计算值进行圆整，取值
u
0.810m
D' 为 0.8m。
6.3.3 塔板结构设计 （1）选管
21
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选用单流程弓形降液管
（2）堰的计算
（3）塔板布置
由以上叙述可以选择选择安定区宽度
Ws=0.05m，那么边缘区 Wc=0.04m。
0.6451m
X
D / 2 （ Wd Ws） 0.20m r
D / 2 Wc 0.31m x/ r
(100 t
77.2) (100 26.20
In 100 77.2
100 26.2
Aa
0.229m2 ， AT
43.42℃
0.385
Aa / AT 0.595
Aa
0.228
0.06 0.018m2。
计算筛孔的总面积： A0 算出筛孔数： N A0 / a0 6.3.4 塔高的确定
Z
ET
0.018/ 3.14 / 4 0.0042
1117
NT HT / ET
0.49（
l）0.245
我们将气相和液相相组成数据值带入可以求平均值为：
ET 0.75
然后 Z
NT HT / ET 49.8块。
我们将计算出实际板数为 50 块，进料口将选择在第 13 块板。 取塔顶空间高度： H1=0.6m
如果在塔底液体储备必须 10min，那么空间的塔底高：
H 2
0.00144 600
0.7 4
2
2.25m
裙座的高度： H 2
2.0 1.5D / 2 2.52 m H
22
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所以塔高： H （50
1） 0.3 0.6 2.25 2.52 20.07 m
表 17 精馏塔设计计算结果汇总一览表
名称 塔形 塔径 板间距 溢流形式
堰型 堰长 堰宽 堰高 降液管底隙 降液管面积 降液管面积 /
符号
单位
设计结果 筛孔塔
D
m m
0.7 0.3 单溢流 平堰
H T
lw
m m m m
m 2
0.5 0.098
0.06 0.045 0.0327
Wd
hw
h0
Af
Af / AT
塔截面 筛孔直径 孔间距 孔数 堰液头 板上清液高
0.085
d0
m m
0.004 0.012
1115 0.01622
T
N
how
m
hL
m
0.07
度
降液管内清
H
d
m
23
0.131
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液高
雾沫夹带量
V
kg(液) / kg(气)
0.03
e
6.4 辅助设备的选型
6.4.1 泵的选型 (1)
用于反应的第一步缩合釜所用泵的选择类型
如果选择进口流量为 W 扬程为 H
4.979m3 ；
z u2 2g
p g
0,0
u2 2 g
hf ；
u
其中
p g
hf
LLt
d
u2 g
4m
则 H=1.98+4=5.98m
根据化工手册查出，应该选用离心泵型号为
：IS65-40-250 。
[26]
表 18 一下所选泵的基本参数表
流
转速
型号
量
/(r/min)
/(m 3 /h)
IS65-40
7.
1450
-250
6
扬 程 /m
2 2
6 率
效
轴功率 /Kw
/%
3
1.24
必需汽蚀 余量
(NPSH)r/m
2
6.4.2 再沸器的选型 [26]
（1）该次再沸器工作原理是利用煮沸的水汽对物质间接进行加热，把脱乙醛塔的
再沸器中的水蒸气冷却放热达到物质由液相变成气相。因此选择立式热虹吸再沸器。
24
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取总传热系数； A
Q K t
8.19 105 700 43.42
26.9 m2
我们把再沸器进出口蒸气的温度都为
100℃。那么再沸器的热负荷将是
8.19 105 kJ / h 。
再沸器的平均温差：
t
(100 77.2) (100 26.20
43.42℃ 。
In 100
77.2
100
26.2
则再沸器的换热面积为：
。 A
Q 8.19 105
26.9m2
K t
700 43.42
根据化工手册查出，我们把管壳式换热器可以抉择型号为 JB/T 4714-92R 。（2）我们将另外的两塔脱乙醇塔和脱重组分塔选定的型号为： JB/T 4714-92R。其中参数分别如下表：
表 19 再沸器基本参数[27]
公
公
管
管
换
序
称直径
称压力
程数
子根数
热面积
号
DN/ PN/
N
n
/m2
mm
MPa
1
325 1.6
2
88 31.
0
2
450
1.0
2
220
57.
8
3
450
1.0
4
200
52.
5
25
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注： 1 表示脱乙醛塔再沸器； 2 代表脱乙醇塔再沸器； 3 代表脱重组分塔再沸器
6.4.3 冷凝器选型
根据上述计算决定所有冷凝器将采用管壳式冷凝器，
其具体型号为 JB/T 4714-92R。
表 20 冷凝器基本参数表 [28] 公
公
序
称直径
管
管
中
程流通
子根数
面
n
心排管
数
积/m2
25
0.0
17
7
23
227
0.0
18
8
77
418
0.0
32
8
25
687
0.0
19
7
管
换
称压力
程数
PN/ MPa
热面积
号
DN/ mm
N
/m2
58.
1
500
1.0
4
4 62.
2
450
1.0
1
2
134
3
800
1.0
2
.4 58.
4
500
1.0
4
227
4
注： 1 脱乙醛塔冷凝器； 2 脱乙醇塔冷凝器 3 脱重组分塔冷凝器； 4 蒸发器出口处冷凝器 6.4.4 工艺设备一览表
表 21 乙酸乙酯制备工艺设备一览表
序
设备名称
号
规格
材质
数量
26
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直径
2000mm
1
缩合釜
高度 2000mm
16MnR
2
直径 800mm
脱乙醛精馏塔
16MnR
高度
20080mm
直径
1260mm
脱乙醇精馏塔
16MnR
高度
11030mm
直径
脱重组分精馏
2300mm
16MnR
塔
高度
16000mm JB/T4714
冷凝器
组合件
-92R IS65-40-
泵
组合件
250
JB/T4714
再沸器
组合件
-92R
27
2
1
3
1
4
1
5
4
6
6
7
3
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8
单效蒸发器 组合件 1
28
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7. 车间布置设计
7.1 概述
车间布置主要囊括两个方面：一车间的厂房布置；二车间的设备布置；其中的厂房布置根据厂房的结构进行设计，将生产所需的储物设备、反应设备、辅助设备进行空间区域布布置。设备布置则是根据具体设备在厂房的规划区域内的空间安排。车间布置与车间厂房二者息息相关，密不可分。车间布置的越合理，拿所带来的便利就越多。
7.2 车间布置
本次车间的设计主要分为储物区、合成车间、精馏车间区域，充分利用厂房的结构占地面积，要是布局更紧凑，不浪费空间，合理设计管廊大小以及车间各相连管道长度和设备间的合理间距。
A. 合成车间
合成反应车间将分为三个部分：合成车间
I 作为催化剂的合成生产车间：合成车间
II 将作为正式生产反应车间：合成车间 III 将作为生产前的产品加工车间。
B. 精馏车间
为了 合理节约使用占地空间， 此车间将会是半露天布置， 厂房内将可以布置一些汞设备，不将其单独分离出来。合成车间与精馏车间距离可以相近一些，减少一些管道管线长度。其中精馏车间将包括三塔设备，再沸器、蒸发器、冷凝器。
C. 储罐区
储存区将会区分为原料储存区和产物存储区两种。两者将会设置在车间的两侧，节 约空间合理应用，原料储罐区与合成车间相近连接，两者间可以加一个低温保障车间，
可以对有保温要求的管道长度有效减少。
29
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表 22 设备安全距离 [29]
序号 1 2 3 4 6 7 8 9 10
11
12
13 14
15
16
17 18
项目
泵与泵的距离 泵离墙的距离
泵列与泵列间的距离 ( 双泵列间 )
计量罐间的距离
换热器与换热器间的距离
塔与塔的间距 离心泵周围通道 过滤机周围通道
反应釜盖上传动装置离天花板距离
反应釜底部与人行通道距离
反应釜卸料口至离心机的距离
起吊物品与设备最高点距离
往返运动机械的运动部件离墙距离
反应釜离墙距离
反应釜相互间距离
不常通行的地方，净高不小于 操作台梯子的斜度 ( 一般情况 )
30
净安全距离 /m
不小于 0.7
至少 1.2
不小于 2.0
0.4 ～0.6
至少 1.0
1.0 ～2.0
不小于 1.5
1.0 ～1.8
不小于 1.5
不小于 1.8 ～
2.0
不小于 1.0 ～
1.5
不小于 0.4
不小于 1.5
不小于 0.8 ～
1.0
不小于 0.8 ～
1.2
1.9 不大于 45
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19
工艺设备与通道间距离
不小于 1.0
7.3 本设计的生产车间布置
本着合理节约有效的原则，结合现实中实践经验以及上述设备间的安区距离。尽量
将的车间的平面轮廓规划成长方形，
14m×14m和 14m×6.4m。高度每层为 4.5m。车间的
规划将是在车间的两侧布局成一块块矩形区域，结构紧凑分明，注意管廊、下水道等布
置。总之，车间布局越近矩形形状越合理节约。本车间的布置图如下图
5
8. 总结
经过半个月的努力，在老师和同学们的帮助下将毕业设计完成。一步步从探索到实践
完成，查看各种文献资料和书籍从中查找自己想要的东西，在结合一些实际情况完善布
置，渐渐把理论和实际相结合，实在收益良多。但是我觉得这些只是第一步，以后我们
还要继续努力学习，要应那句话活到老，学到老。
31
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参考文献：
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开发， 2007，12（36）：13-18
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32
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附录
(1)
催 化 剂
乙醛
一步缩合
来自一塔 塔顶的乙 醛
二步缩合
水
蒸发
残 渣
成品乙 酸乙酯
脱重组分
重 组 分
回收 乙醇
回收 乙醛
脱乙醇
脱乙醛
图 11 乙醛缩合法生产乙酸乙酸工艺流程简图
（2）
低温
原 料储
低温保障
罐区
车间
合 成 车
合 成 车 间 II
合 成 车
间 I 间 III
产物储罐 区
修理间
精馏车间
33
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图 5 车间的平面布置图
致谢
经过半个月的努力，论文的设计将结束。在当中一步步的探索开始学习，这其中少
不了老师和同学们的帮助。 首先要谢谢我的指导老师钟煜老师， 要开始自己设计论文时，
我是一无所措，不知怎么开始，好在有老师那得到了一些资料和模板还有老师的指导很
重要。其次我的同学们也帮了不少忙，大家相互帮助，做事更加轻松有效，要谢谢他们
的帮助。
2. 4. 6. 7. 9.
3. 5. 8. 10.
11. 13. 14. 16. 18. 20. 22. 23. 25. 27. 29. 30. 32. 34. 36. 38. 39. 41. 43. 45. 46. 48. 50. 52. 54. 55. 57. 59. 61. 62. 64. 66. 68. 70. 71. 73. 75. 77. 78. 80. 82. 84. 86. 87. 89. 91. 93. 94. 96. 98.
基于单片机 的嵌入式 Web 服务器的研究
1. 基于 C8051F 单片机 直流电动 机反馈控制系统的设计与研究
MOTOROLA 单片机 MC68HC （ 8） 05PV8/A 内嵌 EEPROM 的工艺和制程方法及对良率的影响研究
基于模糊控制的电阻钎焊 单片机 温度控制系统的研制
基于 MCS-51 系列单片机 的通用控制模块的研究
基于单片机 的蓄电池自动监测系统
基于单片机 实现的供暖系统最佳启停自校正（ STR ）调节器 单片机 控制的二级倒立摆系统的研究
基于增强型 51 系列单片机 的 TCP/IP 协议栈的实现
基于单片机 的作物营养诊断专家系统的研究 基于单片机 的泵管内壁硬度测试仪的研制 基于单片机 的自动找平控制系统研究
基于 32 位嵌入式 单片机 系统的图像采集与处理技术的研究 基于单片机 的交流伺服电 机运动控制系统研究与开发 基于 C8051F040 单片机 的嵌入式系统开发
基于单片机 的液压动力系统状态监测仪开发
12. 15. 17. 19. 21. 24. 26. 28. 31. 33. 35. 37. 40. 42. 44. 47. 49. 51. 53. 56. 58. 60. 63. 65. 67. 69. 72. 74. 76. 79. 81. 83. 85. 88. 90. 92. 95. 97. 99.
模糊 Smith 智能控制方法的研究及其 单片机 实现 基于双 单片机 冲床数控系统的研究
基于 CYGNAL 单片机 的在线间歇式浊度仪的研制
一种基于 单片机 的轴快流 CO 〈 ,2〉激光器的手持控制面板的研制
基于单片机 的喷油泵试验台控制器的研制 基于单片机 的机电产品控制系统开发
基于 PIC 单片机 的智能手 机充电器 基于单片机 的远程抄表系统的设计与研究 基于微型光谱仪的 单片机 系统
单片机 系统软件构件开发的技术研究
基于单片机 的软起动器的研究和设计
基于单片机 控制的高速快走丝电火花线切割 机床短循环走丝方式研究
基于单片机 的实时内核设计及其应用研究 基于单片机 的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制 基于单片机 的液体点滴速度自动检测仪的研制
基于单片机 系统的多功能温度测量仪的研制 基于单片机 的光纤光栅解调仪的研制 基于单片机 的数字磁通门传感器
基于 PIC 单片机 的电能采集终端的设计和应用 气压式线性摩擦焊 机单片机 控制系统的研制 基于单片机 的旋转变压器 -数字转换器的研究
基于单片机 的光纤 Bragg 光栅解调系统的研究 单片机 控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制 基于单片机 的电机运动控制系统设计 基于 MCS-51 单片机 的热量计
基于 C8051F020 单片机 的多生理信号检测仪 Pico 专用单片机 核的可测性设计研究 基于双 单片机 的智能遥测微型气象站
MCS-51 单片机 构建机器人的实践研究 基于单片机 的轮轨力检测 基于单片机 的电液伺服控制系统
基于单片机 的 GPS 定位仪的研究与实现 用于单片机 系统的 MMC 卡文件系统研制
基于单片机 的时控和计数系统性能优化的研究 单片机 控制的后备式方波 UPS
基于单片机 和 CPLD 的粗光栅位移测量系统研究 提升高职学生 单片机 应用能力的探究
基于单片机 控制的自动低频减载装置研究 基于单片机 控制的水下焊接电源的研究
基于单片机 的多通道数据采集系统 基于单片机 的红外测油仪的研究
96 系列单片机 仿真器研究与设计
基于 uPSD3234 单片机 的氚表面污染测量仪的研制
基于单片机 的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造
基于单片机 的温度智能控制系统的设计与实现 基于 MSP430 单片机 的电梯门 机控制器的研制
基于单片机 的气体测漏仪的研究
基于单片机 的膛壁温度报警系统设计
基于三菱 M16C/6N 系列单片机 的 CAN/USB 协议转换器
基于单片机 和 DSP 的变压器油色谱在线监测技术研究 基于 AVR 单片机 的低压无功补偿控制器的设计
基于单片机 船舶电力推进电 机监测系统
基于单片机 网络的振动信号的采集系统
基于 AT89S52 单片机 的通用数据采集系统
基于单片机 的大容量数据存储技术的应用研究 基于单片机 的叠图 机研究与教学方法实践
基于单片机 嵌入式 Web 服务器技术的研究及实现 基于单片机 的多道脉冲幅度分析仪研究
机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪 单片机 控制系统
基于单片机 的控制系统在 PLC 虚拟教学实验中的应用研究
基于单片机 系统的网络通信研究与应用
基于 PIC16F877 单片机 的莫尔斯码自动译码系统设计与研究
基于单片机 的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究
基于双 单片机 冲床数控系统的研究与开发
基于 Cygnal 单片机 的 μ C/OS-Ⅱ的研究
变频调速液压电梯 单片机 控制器的研究 基于单片机 的倒立摆控制系统设计与实现 单片机 嵌入式以太网防盗报警系统 单片机 监测系统在挤压 机上的应用
基于单片机 的一体化智能差示扫描量热仪系统研究
基于 TCP/IP 协议的 单片机 与 Internet 互联的研究与实现 基于单片机 γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现 基于 51 单片机 的嵌入式 Internet 系统的设计与实现 MSP430 单片机 在智能水表系统上的研究与应用 单片机 在高楼恒压供水系统中的应用
基于单片机 的嵌入式系统中 TCP/IP 协议栈的实现与应用 基于 ATmega16 单片机 的流量控制器的开发
基于 MSP430 单片机 的远程抄表系统及智能网络水表的设计 基于单片机 的氨分解率检测系统的研究与开发
基于 MSP430 单片机 具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计 锅炉的 单片机 控制系统
基于单片机 控制的电磁振动式播种控制系统的设计
100. 一种 RISC 结构 8 位单片机 的设计与实现
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基于单片机 技术的 WDR-01 型聚氨酯导热系数测试仪的研制
皖西学院
2015 届本科毕业论文（设计）
101. 基于单片机 的公寓用电智能管理系统设计
102.
103. 104. 106. 108. 110. 112.
基于单片机 的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现
基于 MSP430 单片机 的数字化超声电源的研制
基于 ADμ C841 单片机 的防爆软起动综合控制器的研究
105. 107. 109. 111.
基于单片机 控制的井下低爆综合保护系统的设计
基于单片机 的空调器故障诊断系统的设计研究
单片机实现的寻呼 机编码器
单片机实现的鲁棒 MRACS 及其在液压系统中的应用研究 基于单片机 的锅炉智能控制器的设计与研究 PIC 单片机 在空调中的应用
自适应控制的 单片机 实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究 超精密机床床身隔振的 单片机 主动控制
113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究
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