醋酸生产精馏工艺研究

高 希 徐航 宋菲菲

上海建安化工设计有限公司 （上海 200437）

工作研究

醋酸生产精馏工艺研究

高 希 徐航 宋菲菲

上海建安化工设计有限公司 （上海 200437）

某公司生产助剂醋酸酯，副产醋酸，因醋酸质量分数较低不能满足产品要求，为了提高醋酸产品的附加值，采用精馏塔对醋酸进行浓缩提纯，并探讨了回流比、理论塔板数对精馏过程的影响。

醋酸 醋酸酯 精馏

醋酸是重要的有机化工原料之一，是大宗化工产品中最重要的有机酸之一。醋酸又名乙酸，主要用于生产乙酸乙烯、乙酸酯和醋酸纤维素等。聚醋酸乙烯酯可用来制备薄膜和黏合剂，也是合成纤维维纶的原料；醋酸纤维素可制造人造丝和电影胶片；乙酸酯是优良的溶剂，广泛应用于工业生产。醋酸还可用来合成丙二酸二乙酯、乙酰乙酸乙酯、卤代乙酸等，制造药物（如阿司匹林），生产醋酸盐等。醋酸在农药、医药和染料、药品制造、织物印染和橡胶工业中都有广泛应用。某公司在生产醋酸酯的过程中副产大量醋酸，但由于醋酸质量分数较低需要将其浓缩提纯，以达到国家标准要求，增加产品的附加值。根据节能降耗的原则，本研究采用单塔精馏的方式处理副产醋酸，达到节约能源、减少费用的目的。

1 精馏原理

利用醋酸和醋酸酯挥发性的差异，通过液相和气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得轻组分醋酸不断从液相向气相中转移，而难挥发组分醋酸酯由气相向液相中迁移，从而使混合物不断分离，该过程称为精馏。精馏过程中，传热、传质同时进行，属传质过程控制。原料从塔中部适当位置进塔，将塔分为两段，上段为精馏段，下段含进料板为提馏段，冷凝器从塔顶提供液相回流，再沸器从塔底提供气相回流。气、液相回流是精馏的重要特点。在精馏段，气相醋酸在上升过程中不断得到精制，体积分数逐渐增加，最终在塔顶获得轻组分产品。在提馏段下降过程中，液相中的轻组分醋酸不断被提馏出来，使重组分在液相中不断地被浓缩，最终在塔底获得重组分产品。

1.1 物性方法

Renon和Prausnitz发展了Wilson的局部组成概念，在关联局部组成与总体组成的Boltzmann型方程中，引入新的参数导出非随机双液相（NRTL）模型[1]。NRTL方程属于局部组成概念模型。采用该算法的原因是因为水和醋酸互溶,并且醋酸分子间的强氢键引起气相分子的缔合，使得醋酸-水体系的非理想性强烈，不能被忽略。对于二元体系，NRTL方程通式为：

式中，τji=(gji-gii)/RT，Gji=exp(-ajiτji)，aji=aij。

GE为超额吉布斯（Gibbs）自由能；R即通用气体常数，取8.314 J/(mol·K)；T为温度；i，j，k，l为组元；xi为组元i的总体平均物质的量分数；yi为真实溶液中组元i的活度系数；gij为i-j分子对的相互作用能；gii是i-i分子对的相互作用能；aij是组元i和组元j之间的参数，称为非随机参数。

2 流程模拟

2.1 原料组成

副产醋酸组成见表1。

表1 原料组成

2.2 设计条件

装置处理量为2.5 t/d，产品质量分数为0.99，每年实际生产时间为7200 h。

2.3 流程简述

由图1可见，原料由原料进料泵（P101）泵入精馏釜（E101）中，E101采用蒸汽加热，控制塔釜温度为139℃；在醋酸精馏塔（T101）中实现气液分离，醋酸经过塔顶冷凝器（E102）进行冷凝，通过回流控制器控制回流比，在前馏分罐（V101）产出合格的醋酸产品。各设备中，塔顶冷凝器为石墨材质，精馏釜、醋酸精馏塔、前馏分罐均为搪瓷材质。

2.4 精馏过程模拟计算

2.4.1 理论塔板数和回流比的关系

在保证醋酸质量分数大于99%的前提下，进行回流比和理论塔板数关系分析，理论塔板数与回流比的关系结果见图2。当回流比较小时，为了保证产品质量，所需的理论塔板数较多；但当回流比在4.0～4.5之间变化时，相应的理论塔板数变化不大。

2.4.2 回流比与加热量、冷凝量的关系

在精馏过程中，回流比与加热量、冷凝量的关系对于能量的消耗具有重要意义。回流比与加热量、冷凝量的关系见图3。

从图3可以看出，精馏塔的加热量、冷凝量主要与回流比有关，并且成正相关关系，随着回流比的增加，加热量、冷凝量也相应增加。

图1 流程简图

图2 理论板数与回流比的关系

图3 回流比与加热量、冷凝量的关系

综合对图2和图3的分析，选择回流比为4.0～4.5，理论塔板14～18块，则醋酸精馏流程计算结果如表2所示。

3 工程应用

根据本设计计算结果进行工程设计，精馏塔采用常压操作，塔的设计直径为700 mm，填料层高度为9000 mm，实际操作回流比为4，塔顶温度为117℃，塔底温度为140℃；塔顶醋酸经过换热器冷却到54℃，作为合格产品出装置。采用该精馏塔现场生产醋酸的质量分数不低于99%，满足工业醋酸的国标要求，说明设计达到预期的目的。

表2 流程计算结果

4 结语

（1）为提高副产物醋酸的质量分数，增加一个精馏塔，对醋酸进行精制，使其变成高附加值产品，并在实际运用中取得了很好的效果。

（2）对精馏过程进行模拟计算,并讨论了影响精馏过程的主要因素（回流比、理论塔板数等）。得到了精馏操作的较佳操作条件：回流比为4.0～4.5，理论塔板14～18块，并给出了产品的物料组成。

（3）此套精馏塔投产后，年产醋酸30万t，表明所采取的精馏方案切实可行，工艺合理，装置运行平稳且产品质量合格。该装置减少了废液、废气排放量，改善了工厂的环境，同时提高了产品收率。

[1]朱自强,徐迅.化工热力学 [M].北京,化学工业出版社, 1991.

Study on Distillation Process of Acetic Acid Production

Gao Xi Xu Hang Song Feifei

A company produces additive acetate,and the by-product is acetic acid.Because the content of acetic acid is low and can not meet the requirements of direct use.In order to increase the added value,the distillation column is used to concentrate the acetic acid.The influences of reflux ratio and theoretical plate number on the distillation process are also discussed.

Acetic acid;Acetate;Distillation

TQ028.3+1

2017年4月

高希 女 1983年生 硕士 工程师 主要从事化工设计工作