第3章 醋酸乙烯的物料衡算

3.1 主要的反应方程式

按各个反应的选择性来说，床式反应器内主要发生这三个主要反应。

合成乙炔: CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑ (3-1) 主反应: C2H2 +CH3COOH→CH3COOH=CH2 副反应：CH3COOCHCH2+H2O→CH3CHO+CH3COOH 副反应：2CH3CHO→CH3CH=CHCHO+H2O 3.2 基础数据

3.2.1 装置的工艺数据

(1) 生产规模:醋酸乙烯生产能力是100kt/a。 (2) 生产时间:年工作日300d,每天24h，总共7200h。 (3) 产品为一级品:醋酸乙烯的含量不低于99.5%。 (4) 乙炔和酷酸的摩尔比为2.5。

(5) 乙炔的单程转化率为16%,醋酸的单程转化率为40%,醋酸乙烯的选择性 和总收率按醋酸计均为97%。丁烯醛的选择性按乙醛计为30%。 (6) 乙醛和丁烯醛，反应器内约莫生成其它副产物的质量分数是0.27%。 3.2.2 小时生产能力

按年工作日300d，按每年7200h计算，醋酸乙烯的小时生产能力为： L=40kt/7200h=40×106/7200h=5555.56kg/h

其中纯醋酸乙烯的量为5555.56×99.5%=5527.78kg/h 3.2.3计算基础

此过程属于连续操作过程，发生化学反应，选kg/h作为计算单位。

(3-2)

(3-3) (3-4)

3.2.4 原料规格

电石(纯度80%，杂质氧化钙约占20%），醋酸为一等品（乙酸含量≥99.8%，水分≤0.15%，甲

酸含量≤0.06%，乙醛含量≤0.05%，蒸发残渣≤0.01%）。

3.3各工序的物料衡算

3.3.1 乙炔工序

则HAc产率

L?

??60MC4H6O25555.56kg/h?86?40%?97%?97%MC2H4O2?M4M4

则HAc用量M4=10247.07kg/h。

乙炔与醋酸的摩尔比为2.5，设乙炔的流量为M3，则

M3?1h?110247.07kg/h?1h?60126?2.5

解得M3=11100.99kg/h。

乙炔的单程转化率为16%，参与主反应的乙炔流量为：M3×16%=1776.16kg/h。

已知乙炔用量，则根据反应CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑，计算80%纯度的电石用量、所需水量和电石灰渣的量如下：

M3?16%?M1?80d26?5465.10kg/h

电石的杂质是CaO，它会与H2O反应，消耗了水。同时，精制乙炔时，乙炔会从NaClO溶液带走水蒸气，含量约为46.11kg/h。

总水量：M2=（M3×16%×36/26+M1×20%×18/56）+46.kg/h=2856.74kg/h 电石灰渣：M5=M3×16%×74/26+M1×20%×74/55=6499.57kg/h

表3.1乙炔工序物料衡算汇总

Table 3.1 the material balance table in the acetylene generator

进 料 出 料

物料名称 流量(kg/h) 质量分数 物料名称 流量(kg/h) 质量分数 电石 5465.10 0.6567 乙炔 1776.16 0.2146

水 2856.74 0.3483 电石灰渣 6499.57 0.7854

合计 8321.84 1.000 合计 8275.73 1.000

3.3.2 反应工序

(1) 醋酸乙烯的选择习惯按醋酸记为97%，则40%的醋酸生成的醋酸乙烯有3%用于发生副反应（3-3）和副反应（3-4）。乙醛(ALd)和丁烯醛(Cr-ALd或巴豆醛)的总收率均按100%计算。

反应（3-3）CH3COOCHCH2+H2O →CH3CHO+CH3COOH 相对分子量: 86 18 44 60 反应（3-3）生成ALd的量：

Z=（10247.07×40%×86/60×3%）×44/86×100%=90.17kg/h 反应（3-3）所需的水量：

X=（10247.07×40%×86/60×3%）×18/86=36.89kg/h 反应（3-3）生成的HAc流量：

Y=（10247.07×40%×86/60×3%）×60/86=122.96kg/h

已知Cr-ALd的选择性按乙醛计是30%，则生成Cr-ALd的流量： M=Z×30%×70/88×100%=90.17×30%×70/88×100%=21.52kg/h 剩余ALd的量为：

N=Z×70%=90.17×70%=63.12kg/h

(2) 分离工段第一段是利用循环液洗涤掉气体中含有的催化剂粉末和并除去大部分HAc；第二段是冷凝大部分的VAc，Cr-ALd和H2O等高沸物；第三段是分离出不凝气乙炔（含有N2，O2，ALd，HAc，CO2等）。进口气体中75%的乙炔、0.2%的CO2,3%的N2和O2等空气被完全排除（实际上还有ALd和HAc也被排除，但随着乙炔进入了反应器循环，可以不考虑在

内）。

(3) 分离塔进口气体中0.2%的CO2和0.07%的其他副产物是有乙炔和醋酸反应的副反应生成的，流量q=（M3+M4+46.11）×0.27%=57.76kg/h。按乙炔和醋酸的摩尔比可知消耗乙炔30.03kg/h，醋酸27.72kg/h。 (4) 综上，乙炔用量11100.99kg/h，

反应消耗量 11100.99×0.16+30.03=1806.19kg/h，HAc用量10247.07kg/h，消耗量10247.07×0.4+27.72-122.96=4003.59kg/h，M6主要包括反应物

VAc

生成量

11100.99×0.16×86/26-90.17×86/44=5698.74kg/h，连带生成副产物ALd 63.12kg/h，Cr-ALd 21.52kg/h及其他副产物57.76kg/h，还有未反应完全的乙炔气体和醋酸蒸汽。此外，随乙炔和醋酸蒸汽进入反应器内的还有空气（不影响反应，不列入物料衡算）。 (5) 反应工段进出料情况汇总

表3.2反应工段物料衡算汇总

Table 3.2 Reaction section material calculation summary of Reaction section

进 料 出 料

物料名称 流量(kg/h) 质量分数 物料名称 流量(kg/h) 质量分数

乙炔 11100.99 0.5191 粗醋酸乙烯 5698.74 0.2665

乙醛 63.12 0.0030

水蒸气 36.89 0.0017 丁烯醛 21.52 0.0010

其它 63.12 0.0030

醋酸 10247.07 0.4792 剩余乙炔 9294.80 0.4346

剩余醋酸 6243.48 0.2920

合计 26731.2 1.0000 合计 21384.78 1.0001

3.3.3 分离工序

(1) 逸出的气体中的乙炔占95.9%，逸出的空气占3..84%，逸出有效气体

9294.80M7???1?3.84%??9320.00kg/h95.9%。激冷塔底部流出液体混合物M8，其中醋

酸乙烯流量为5698.74kg/h，ALd流量为63.12kg/h，Cr-ALd流量为21.52kg/h，其它的流量为63.12kg/h。

(2) 分离工段进出料情况汇总

表3.3分离工段物料衡算汇总

Table 3.3 Reaction section material calculation summary of Separation section

进 料 出 料

物料名称 流量(kg/h) 质量分数 物料名称 流量(kg/h) 质量分数

醋酸乙烯 5698.74 0.2665 醋酸 6243.48 0.2920

乙醛 63.12 0.0030 乙炔 9320.00 0.4358

丁烯醛 21.52 0.0010 醋酸乙烯 5698.74 0.2665

其它 63.12 0.0030 乙醛 63.12 0.0030

乙炔 9294.80 0.4346 丁烯醛 21.52 0.0010

醋酸 6243.48 0.2920 其它 37.92 0.0018

合计 21384.78 1.0001 合计 21384.78 1.0001

3.3.4 精馏工序

(1) 在粗馏装置中，乙醛、丙醛、醋酸甲酯等作为初馏分分离。液体馏分在后续醋酸乙烯径流装置、醋酸精馏装置及丁烯醛蒸馏塔和残余物蒸馏塔中进行分离。 进料量 M8=M6-M7=（M４+M３+36.89）-M７ =10247.07+11100.99+36.89-9320.00=12064.95kg/h