年產(chǎn)10萬噸丙烯酸工藝設(shè)計(jì)

1、第 1 頁 共 36 頁 1 1 引言引言 1.11.1 概述概述 丙烯酸是一種重要的有機(jī)化工原料，主要用于生產(chǎn)丙烯酸酯類，還可用于生 產(chǎn)高吸水性樹脂、助洗滌劑和水處理劑等，廣泛應(yīng)用于涂料、化纖、紡織、皮革、 塑料、粘合劑、石油開采等各個領(lǐng)域1。 20 世紀(jì) 20 年代末，化學(xué)家 Otto Rohm 從 2-氯乙醇制羥基丙腈轉(zhuǎn)而生產(chǎn)丙烯 酸，完成了對丙烯酸工業(yè)化生產(chǎn)工藝的研究2。1939 年，德國化學(xué)家 Reppe 發(fā)明 了以乙炔、一氧化碳和水為原料，用羰基鎳為催化劑合成出丙烯酸。1969 年，美 國聯(lián)碳公司從英國 BP 公司引進(jìn)丙烯直接氧化經(jīng)丙烯醛生產(chǎn)丙烯酸技術(shù)，并建立 工業(yè)化生產(chǎn)裝置。經(jīng)過

2、多年不斷改進(jìn)，尤其是對丙烯氧化催化劑的改進(jìn)，該法已 成為制造丙烯酸的主導(dǎo)生產(chǎn)方法3。 1.21.2 丙烯酸生產(chǎn)工藝技術(shù)丙烯酸生產(chǎn)工藝技術(shù) 丙烯酸在 20 世紀(jì) 30 年代實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，其生產(chǎn)方法經(jīng)歷了氰乙醇法、雷 普(Reppe)法、烯酮法、丙烯腈水解法和丙烯氧化法4,5。 1.2.1 氰乙醇法 氰乙醇法是最早工業(yè)化生產(chǎn)丙烯酸及其酯的方法。德國和美國分別在 1927 年 和 1931 年用此方法建成了工業(yè)化裝置。由于反應(yīng)過程會生成各種聚合物，因此丙 烯酸收率較低，僅為 6070%，且氰化物劇毒，嚴(yán)重污染環(huán)境，故采用此法的生產(chǎn) 裝置早在 50 年代就已關(guān)閉。 1.2.2 Reppe 法 20

3、世紀(jì) 30 年代，德國的 Walter Reppe 博士發(fā)現(xiàn)利用自己發(fā)明的 Reppe 反應(yīng) 可以直接從乙炔生產(chǎn)丙烯酸和丙烯酸酯類。在 60 年代以前，用 Reppe 法或改良 Reppe 法生產(chǎn)丙烯酸及其酯的工藝曾占統(tǒng)治地位，隨著石油化工技術(shù)的開發(fā)和環(huán) 境保護(hù)要求的加強(qiáng)，到 1976 年改良 Reppe 法的裝置已全部停產(chǎn)。 1.2.3 烯酮法 以乙酸或丙酮為原料，磷酸三乙酯為催化劑，在 700時裂解生成乙烯酮， 然后與無水甲醛在 AlCl3或 BF3催化劑存在下，在 25進(jìn)行氣相反應(yīng)生成 -丙內(nèi) 酯，再與熱的磷酸接觸異構(gòu)化生成丙烯酸。乙烯酮法產(chǎn)品純度高，收率也高，副 第 2 頁 共 36

4、頁 產(chǎn)物和未反應(yīng)的物料能循環(huán)使用，適用于連續(xù)生產(chǎn)，但原料乙酸或丙酮價格高且 -丙內(nèi)酯為致癌物質(zhì)。 1.2.4 丙烯腈水解法 這是法國 SocietedUgine 和美國 Sohio 開發(fā)的工業(yè)制備方法。該法工藝簡單， 反應(yīng)條件溫和，設(shè)備投資不大，可同時生產(chǎn)丙烯酸胺。缺點(diǎn)是污染嚴(yán)重，副產(chǎn)大 量低價值的硫酸銨。該流程至今只有日本旭化成和英國聯(lián)合膠體仍有運(yùn)行，墨西 哥的塞拉納斯裝置已于 1993 年停產(chǎn)。 1.2.5 丙烯氧化法 20 世紀(jì) 60 年代末，隨著石油化工的高速發(fā)展，丙烯價格日趨便宜，由于高 度活潑、高度選擇性和長使用壽命的催化劑的開發(fā)，使得丙烯直接氧化制丙烯酸 的工業(yè)化方法為工業(yè)界所接

5、受6。丙烯氧化法起初分為一步法和兩步法，但分兩 步進(jìn)行更有助于通過優(yōu)化催化劑的組成和反應(yīng)條件而提高催化劑的選擇性。所謂 丙烯兩步氧化法是在復(fù)合金屬氧化物催化劑存在下，經(jīng)空氣氧化先生成丙烯醛， 再進(jìn)一步催化氧化成丙烯酸7,8。 丙烯酸的工業(yè)生產(chǎn)方法主要為丙烯兩步氧化法。工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的技術(shù)主要 有：美國索亥俄(Sohio)技術(shù)、日本觸媒技術(shù)、日本三菱油化技術(shù)、日本化藥技術(shù)、 德國 BASF 技術(shù)9。 （1）美國索亥俄( Sohio) 技術(shù) 60 年代末 70 年代初在美國和日本具有一定的市場。Sohio 技術(shù)的特點(diǎn)是丙烯 氧化采用兩臺反應(yīng)器串聯(lián)操作，吸收塔頂出來的廢氣不循環(huán)；廢氣中未反應(yīng)的丙 烯

6、不回收；催化劑壽命為 2 年。 （2）日本觸媒化學(xué)(NSKK) 技術(shù) 日本觸媒公司是世界上首先實(shí)現(xiàn)工業(yè)二步法生產(chǎn)丙烯酸的廠家。其催化劑為 中空圓柱狀，其形狀增加了幾何外表面，轉(zhuǎn)化率得到提高的同時，也提高了生成 物自催化劑微孔中擴(kuò)散出來的路徑，減少了深度氧化，因而提高了產(chǎn)物的單程收 率及選擇性，同時降低了熱點(diǎn)，減少了床層阻力，使催化劑的壽命得以延長。其 工藝特點(diǎn)是在 Mo-Bi 系催化劑中加入了元素 Co，從而提高了丙烯醛的選擇性和單 程收率；采用廢氣催化焚燒爐，不需消耗燃料氣。 （3）日本三菱油化(MPCL) 技術(shù) 第 3 頁 共 36 頁 日本三菱石油化學(xué)公司公司對其原來的工藝和催化劑不斷研

7、究和改進(jìn)，改進(jìn) 后的催化劑可適應(yīng)比日本觸媒公司二段催化劑更低的反應(yīng)溫度，活性高、選擇性 高、壽命也長。其工藝特點(diǎn)是以高濃度丙烯為原料，丙烯酸單程收率高于 87%， 未反應(yīng)的丙烯或丙烯醛不循環(huán)使用。兩臺串聯(lián)的固定床反應(yīng)器中分別采用 Mo-Bi 系、Mo-V 系氧化物為催化劑，壽命均為 6 年。 （4）日本化藥技術(shù) 采用的催化劑為涂裹型催化劑，形狀規(guī)則，利于裝填，機(jī)械強(qiáng)度較好，目的 產(chǎn)物選擇性好。缺點(diǎn)是反應(yīng)熱點(diǎn)溫度較高，如果飛溫容易燒壞催化劑。丙烯氧化 制丙烯醛采用 Mo、Bi、Ni、Co、Fe 系催化劑，丙烯醛氧化制丙烯酸采用 Mo、V、Cu、Sb 系催化劑10。反應(yīng)器均為固定床列管式反應(yīng)器。主

8、要應(yīng)用在上 海華誼、江蘇裕廊和蘭州石化等部分裝置上。 （5）德國巴斯夫(BASF) 技術(shù) 巴斯夫的丙烯酸生產(chǎn)裝置是目前世界上單系列裝置中規(guī)模最大的，其技術(shù)也 是采用固定床二步氧化法。丙烯氧化用 Mo-Bi 系或 Mo-Co 系催化劑，丙烯醛的單 程收率為 80%左右；丙烯醛進(jìn)一步催化氧化用 Mo、W、V、Fe 系催化劑，丙烯 酸單程收率高于 90%11。其技術(shù)特點(diǎn)為：丙烯氧化反應(yīng)氣不用水吸收，而是用一 種高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑作為吸收劑；丙烯氧化反應(yīng)循環(huán)氣體中不用水蒸汽，而是用氮 氣，可減少廢水的生成。 1.31.3 丙烯酸工業(yè)生產(chǎn)概況丙烯酸工業(yè)生產(chǎn)概況 20世紀(jì)90年代，丙烯酸系單體面臨一個擴(kuò)展的熱

9、潮，隨著聚丙烯酸型超吸收 劑和家用洗滌劑增量劑的開發(fā)和普及，在世界上形成了一個投資興建丙烯酸及酯 單體裝置的熱潮。由于其品種繁多、用途廣泛、產(chǎn)品附加值高等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在已形 成了獨(dú)立的丙烯酸化工體系12。 1.3.1 國外工業(yè)生產(chǎn)概況 目前，世界上的丙烯酸生產(chǎn)裝置已有 93%以上采用丙烯二步氧化法。在吸收、 開發(fā)和推廣丙烯氣相氧化方面，日本是世界上做出最大貢獻(xiàn)的國家，尤其是日本 觸媒化學(xué)公司和日本三菱化學(xué)公司，他們所采用的方法比較先進(jìn)，更有競爭力， 因此目前國外新建丙烯酸裝置大多引進(jìn)它們的技術(shù)，世界上大約 80%的丙烯酸生 產(chǎn)裝置采用了日本的技術(shù)13。沿用其它生產(chǎn)方法較為有名的公司，僅有 BASF

10、 在 第 4 頁 共 36 頁 德國的一套由一氧化碳乙炔路線的改良 Reppe 法裝置。 世界上丙烯酸的生產(chǎn)主要集中在美國、西歐和日本。就總的生產(chǎn)能力來講， BASF、Rohm&Hass、Celanese 和日本觸媒化學(xué)公司四大生產(chǎn)商就占 66%。BASF 以丙烯酸的生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)量位居世界丙烯酸工業(yè)首位，在歐洲丙烯酸生產(chǎn)能力達(dá) 42 萬噸/年。在東南亞，BASF 與馬來西亞的 Petronas 合作建設(shè)的一套 16 萬噸/年 丙烯酸裝置已于 2000 年投產(chǎn)。在歐洲，Rohm&Hass 公司與德國 Stockhausen GmbH 組成全球性的丙烯酸產(chǎn)品伙伴關(guān)系，2006 年其丙烯酸的生產(chǎn)能力

11、可達(dá) 33 萬噸/年14。Celanese 是世界上第三大丙烯酸的生產(chǎn)者，在美國德克薩斯州的 ClearLake 有 27.2 萬噸/年丙烯酸裝置，并于 2001 年在此地增加丙烯酸能力 8 萬噸 /年。日本觸媒化學(xué)公司的丙烯酸最大的裝置是在日本姬路有 22 萬噸/年丙烯酸。 在印度尼西亞與 Tripolyta 合資建設(shè)的一套 6 萬噸/年的丙烯酸裝置已于 1999 年投 產(chǎn)。在美國德克薩斯州的 Bay Port 與法國 Elf Atochem 公司合資建設(shè)的一套 12 萬 噸/年丙烯酸裝置在 2001 年投產(chǎn)，其丙烯酸及其酯的生產(chǎn)能力達(dá)到 53.5 萬噸/年15。 1.3.2 國內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)

12、狀 我國丙烯酸的工業(yè)化生產(chǎn)起步于 20 世紀(jì) 50 年代，上海珊瑚化工廠對氯乙醇 和丙烯酸水解法生產(chǎn)丙烯酸工藝進(jìn)行了研究。60 年代初，丙烯酸水解法幾乎成為 國內(nèi)唯一的生產(chǎn)方法，規(guī)模小、品種少，蘭州化學(xué)公司建成第一套 500 噸/年丙烯 氧化法的恒產(chǎn)丙烯酸的中試裝置，當(dāng)時全國產(chǎn)量最多的年份也僅為 3500 噸，品種 僅限于丙烯酸和丙烯酸甲酯16。我國大規(guī)模生產(chǎn)丙烯酸始于 20 世紀(jì) 70 年代末期， 1978 年，北京東方化工廠首次從日本觸媒化學(xué)公司引進(jìn)全套以丙烯二步氧化法工 藝生產(chǎn)丙烯酸的裝置，1984 年建成投產(chǎn)丙烯酸 2.05 萬噸/年17。 20 世紀(jì) 90 年代初以來，國內(nèi)丙烯酸供需

13、缺口逐年增大，中國丙烯酸市場的 巨大潛力和良好發(fā)展前景，提高了國內(nèi)外投資者建設(shè)丙烯酸項(xiàng)目的積極性。1992 年，吉林石化從日本三菱化學(xué)公司引進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，建成投產(chǎn)設(shè)計(jì)能力 2.72 萬噸/年； 1994 年，上海華誼丙烯酸有限公司亦從日本三菱化學(xué)公司引進(jìn)全套裝置，其設(shè)計(jì) 能力為 3 萬噸/年18。隨后，北京東方化工廠又?jǐn)U大規(guī)模，陸續(xù)引進(jìn)第二、三套丙 烯酸及酯類裝置，使我國的丙烯酸生產(chǎn)有了長足的發(fā)展。 2000 年以來，丙烯酸行業(yè)發(fā)展更加迅速。上海華誼丙烯酸廠在引進(jìn)技術(shù)消化 第 5 頁 共 36 頁 吸收的基礎(chǔ)上，與自主開發(fā)丙烯選擇氧化催化劑的蘭州石化研究院合作，建成 3 萬噸/年的丙烯酸項(xiàng)目。2

14、004 年，南京 BASF-揚(yáng)子石化合資丙烯酸項(xiàng)目投產(chǎn)，生產(chǎn) 能力為 16 萬噸/年。由日本三菱化學(xué)公司轉(zhuǎn)讓丙烯酸技術(shù)，為沈陽石蠟化工公司 建設(shè)的 8 萬噸/年丙烯酸裝置，也于 2006 年底建成。浙江衛(wèi)星企業(yè)集團(tuán)的后期丙 烯酸裝置和蘭州石化的 8 萬噸/年丙烯酸裝置也陸續(xù)投產(chǎn)19。從長遠(yuǎn)看，中國將成 為丙烯酸需求增長的主要地區(qū)，中國丙烯酸產(chǎn)品仍有較大發(fā)展空間。 1.41.4 丙烯酸生產(chǎn)工藝技術(shù)的發(fā)展前景丙烯酸生產(chǎn)工藝技術(shù)的發(fā)展前景 目前，國內(nèi)丙烯酸生產(chǎn)企業(yè)的工藝技術(shù)大多從日本引進(jìn)，投資額較高。采用 國內(nèi)技術(shù)、設(shè)備和催化劑，將會大幅降低投資和生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品競爭力。在 丙烯酸工藝技術(shù)的改進(jìn)過

15、程中，因?yàn)榇呋瘎┵M(fèi)用占了生產(chǎn)成本的相當(dāng)比例，提高 選擇性和轉(zhuǎn)化率，延長催化劑壽命成為研究的關(guān)鍵20。當(dāng)前形勢下，我國丙烯酸 行業(yè)應(yīng)加快丙烯酸生產(chǎn)工藝及催化劑的國產(chǎn)化，形成自主知識產(chǎn)權(quán)，將有利于丙 烯酸行業(yè)的健康發(fā)展。 1.51.5 研究的目的及意義研究的目的及意義 隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，丙烯酸需求量逐年增長，我國丙烯酸行業(yè)面臨良好的 發(fā)展機(jī)遇與技術(shù)挑戰(zhàn)。目前全球以丙烯氧化制丙烯酸為首要技術(shù)，幾乎占據(jù)了所 有的生產(chǎn)量，選擇最優(yōu)的氧化工藝技術(shù)，從而擴(kuò)大生產(chǎn)能力、節(jié)省設(shè)備投資迫在 眉睫?；诖耍菊n題采用丙烯氣相兩步氧化法制備丙烯酸的生產(chǎn)技術(shù)，借鑒國 內(nèi)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，選擇高效能催化劑，以此建一 10

16、萬噸/年丙烯酸生產(chǎn)車間，使 生產(chǎn)產(chǎn)品的 綜合性能在原有基礎(chǔ)上明顯提高，生產(chǎn)效率進(jìn)一步提升，工藝、控制更加優(yōu)化， 生產(chǎn)成本明顯下降。 第 6 頁 共 36 頁 2 2 丙烯酸工藝流程的確定丙烯酸工藝流程的確定 2.12.1 丙烯酸生產(chǎn)原理丙烯酸生產(chǎn)原理 丙烯直接氧化生產(chǎn)丙烯酸有一步法和兩步法之分。一步法具有反應(yīng)裝置簡單、 工藝流程短、只需一種催化劑、投資少等優(yōu)點(diǎn)，但存在幾個突出缺點(diǎn)21： 一步法是在一個反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行兩個氧化反應(yīng)，強(qiáng)制一種催化劑去適應(yīng)兩個 不同反應(yīng)的要求，影響了催化作用的有效發(fā)揮，丙烯酸收率低；把兩個反應(yīng)合 并為一步進(jìn)行，反應(yīng)熱效應(yīng)大。要降低反應(yīng)放熱量，只能通過降低丙烯的濃度來 實(shí)

17、現(xiàn)，因此生產(chǎn)能力低；催化劑壽命短，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)上不合理。 鑒于以上原因，目前工業(yè)上主要采用兩步法生產(chǎn)，即第一步丙烯氧化生成丙 烯醛，第二步丙烯醛氧化生成丙烯酸。丙烯兩步氧化制丙烯酸的主反應(yīng)可用下列 兩式表示： CH2 CHCH3 + O2CH2CHCHO + H2O CH2CHCHO + 1/2 O2 CH2 CHCOOH 反應(yīng)屬強(qiáng)放熱反應(yīng)，有效地移除反應(yīng)熱是反應(yīng)過程的突出問題。除主反應(yīng)外， 還有大量副反應(yīng)，其副產(chǎn)物有 CO 和 CO2等深度氧化物以及乙醛、醋酸、丙酮。 因而，提高反應(yīng)選擇性和目標(biāo)產(chǎn)物收率非常重要，要達(dá)到這一目的，必須在反應(yīng) 過程中使用高活性、高選擇性催化劑。由于生產(chǎn)丙烯酸分步進(jìn)行

18、，所以每步反應(yīng) 所用催化劑也不同。第一步反應(yīng)為丙烯氧化為丙烯醛，所用催化劑大多為 Mo-Bi- Fe-Co 系，再加入少量其他元素，以鉬酸鹽的形式表現(xiàn)出催化活性。第二步反應(yīng) 為丙烯醛氧化為丙烯酸，目前采用的催化劑均為 Mo-V-Cu 系，通常需要添加助催 化劑。 2.22.2 擬采用的生產(chǎn)工藝擬采用的生產(chǎn)工藝 丙烯直接氧化法是生產(chǎn)丙烯酸的最新方法，由于原料丙烯價廉易得，反應(yīng)催 化劑的活性和選擇性高，目前該法在丙烯酸生產(chǎn)中占有主要地位。因此本課題擬 采用丙烯兩步氧化法。 2.32.3 主要原料及其規(guī)格主要原料及其規(guī)格 丙烯：95%，主要來自煉油廠的催化裂化裝置和丙烷脫氫技術(shù) 第 7 頁 共 36

19、 頁 吸收塔 催化劑 冷 卻 器 空氣 第 一 反 應(yīng) 器 丙烯 第 二 反 應(yīng) 器 預(yù)熱器 汽化器 催化劑：第一步氧化（丙烯氧化為丙烯醛）選用固態(tài)鉬-鉍系催化劑 Mo12Bi1.0Fe1W2Co4Si1.35K0.06；第二步氧化（丙烯醛氧化為丙烯酸） 選用固態(tài)鉬-釩系催化劑 Mo12V4.0W1.0Cu2.2Sb0.5 熔鹽（55%KNO3+45%NaNO2） 2.42.4 工藝流程圖工藝流程圖 氧化過程一般采用兩臺反應(yīng)器串聯(lián)，從第一臺反應(yīng)器出來的丙烯醛、未反應(yīng) 的丙烯以及副產(chǎn)物可以不經(jīng)處理直接供給第二反應(yīng)器。丙烯氧化生產(chǎn)丙烯酸擬常 用列管式反應(yīng)器，管內(nèi)裝填催化劑，管間采用熔鹽循環(huán)移除反應(yīng)

20、熱。其氧化工序 工藝流程圖如圖 2.1 所示。 圖圖 2.1 丙烯酸氧化工序工藝流程框圖丙烯酸氧化工序工藝流程框圖 2.52.5 工藝流程簡述工藝流程簡述 經(jīng)汽化器預(yù)熱氣化后的丙烯（純度 95%以上）與經(jīng)水蒸氣增濕后的空氣以一 定配比混合后進(jìn)入第一反應(yīng)器，并在反應(yīng)器上部利用反應(yīng)放出的熱量將其預(yù)熱后 進(jìn)入氧化鉬-鉍催化劑層，在催化劑作用下發(fā)生部分氧化反應(yīng)生成丙烯醛，控制反 應(yīng)溫度 593633K。為使反應(yīng)溫度均勻，采用熔鹽在反應(yīng)管間強(qiáng)制循環(huán)移除反應(yīng)熱， 并通過熔鹽廢熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，以回收余熱。第一反應(yīng)器生成的氣體（含丙烯醛、 少量丙烯酸以及副反應(yīng)生成的一氧化碳和二氧化碳等）經(jīng)過氣體冷卻器換熱冷卻

21、 后被送入第二反應(yīng)器，在氧化鉬-釩催化劑作用下，丙烯醛進(jìn)一步氧化為丙烯酸， 反應(yīng)溫度控制在 533573K。反應(yīng)放出的熱量采用熔鹽在管間強(qiáng)制循環(huán)移出22。 第二反應(yīng)器出口氣體送入吸收塔，用丙烯酸水溶液吸收，吸收后尾氣中含有 少量未反應(yīng)的丙烯、丙烯醛、乙醛等有機(jī)物和不溶性氣體，約 50%返回反應(yīng)器進(jìn) 料系統(tǒng)循環(huán)使用，其余尾氣送廢氣催化焚燒裝置。吸收塔底部流出的丙烯酸水溶 液約含丙烯酸 20%30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） ， 送分離工段進(jìn)行分離精制。 第 8 頁 共 36 頁 3 3 物料衡算物料衡算 3.13.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 3.1.1 全裝置工藝數(shù)據(jù) （1）生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn) 10 萬噸丙烯酸的生產(chǎn)

22、（2）生產(chǎn)時間：年工作日大約為 334 天，時數(shù)為 8000h （3）每噸丙烯酸消耗定額：0.775t 98%丙烯 （4）全裝置總收率按 88%計(jì)，損耗（包括工藝損耗、機(jī)械損耗）為 12%； 其中一段反應(yīng)器丙烯醛的收率可達(dá) 90.5%，丙烯酸收率可達(dá) 6%； 二段反應(yīng)器中丙烯醛的轉(zhuǎn)化率可達(dá) 99.2%，丙烯酸產(chǎn)率可達(dá) 95.2%。 3.1.2 工藝配方 （1）反應(yīng)器入口氣體組成：原料丙烯、空氣中的氧氣以及水蒸氣。 不同的催化劑選擇不同的丙烯濃度，一般在 7.0%10.0%之間； 氧烯比一般控制在 1.8:12.0:1 之間，過低和過高的氧烯比會影響丙烯的轉(zhuǎn)化 率和選擇性； 水蒸氣的存在一是為了

23、提高催化劑的選擇性，使反應(yīng)產(chǎn)物容易從催化劑表面 解析出來；二是降低反應(yīng)氣中的氧濃度，以便減緩丙烯的深度氧化；另外，由于 水蒸氣具有較大的熱容，有利于床層的熱穩(wěn)定23。 （2）反應(yīng)空速24： 絕對空速（SV0）：一段反應(yīng)器入口每小時加入的丙烯氣體的體積與純催V丙 化劑體積的比值，即。它反映催化劑的實(shí)際反應(yīng)負(fù)荷，在 120 h-1左右。 0 V SV V 丙 催 相對空速（SV）：混合氣體的小時體積通量與催化劑床層體積之比，V氣V床 即：。一般在 8002000h-1之間。 V SV V 氣 床 （3）反應(yīng)溫度：一段反應(yīng)一般為 300400，二段反應(yīng)一般在 250320。 第 9 頁 共 36 頁

24、 表表 3.1 氧化工藝配方基本參數(shù)值氧化工藝配方基本參數(shù)值 反應(yīng)器基本參數(shù)設(shè)計(jì)取值 丙烯進(jìn)料濃度/%（摩爾分?jǐn)?shù)）8.7 進(jìn)料中氧氣/丙烯（摩爾比）1.80 進(jìn)料中水蒸氣/丙烯（摩爾比）0.76 反應(yīng)溫度/325 一段反應(yīng)器 空速/ h-11450 丙烯醛進(jìn)料濃度/%（摩爾分?jǐn)?shù)）6.4 氧氣/丙烯醛（摩爾比）1.05 水蒸氣/丙烯醛（摩爾比）2.11 反應(yīng)溫度/260 二段反應(yīng)器 空速/ h-11650 3.23.2 計(jì)算基準(zhǔn)計(jì)算基準(zhǔn) 此過程屬于連續(xù)操作過程，計(jì)算基準(zhǔn)選時間，單位為 kmol/h。 3.33.3 計(jì)算計(jì)算 在生產(chǎn)過程中以氧化反應(yīng)為主，不考慮副反應(yīng)，也不對副反應(yīng)進(jìn)行物料衡算 25

25、。 3.3.1 第一氧化反應(yīng)器的物料衡算 COCO2 圖圖 3.1 第一氧化反應(yīng)器物料衡算示意圖第一氧化反應(yīng)器物料衡算示意圖 依照圖 3.1 中第一氧化反應(yīng)器物料衡算示意圖進(jìn)行計(jì)算： （1） 丙烯進(jìn)料量： 第 10 頁 共 36 頁 每小時生產(chǎn)量：1000008000=12.5 t 丙烯酸 需要 98%的丙烯：12.50.775=9.6875 t/h=9687.5 kg/h=230.22 kmol/h 以 230.22 kmol/h 為基準(zhǔn)，扣除損耗的 1%丙烯 應(yīng)有丙烯醛和丙烯酸：230.22(10.01) =227.92 kmol/h 第一反應(yīng)器按氧化反應(yīng)總轉(zhuǎn)化率 96.5%計(jì)； 98%的

26、丙烯進(jìn)料量：227.920.965=236.19 kmol/h 原料中含丙烯 98%，則原料量應(yīng)為：236.190.98=241.01 kmol/h （2）水蒸氣進(jìn)料量：0.76241.01=183.17 kmol/h （3）氧氣進(jìn)料量：1.8241.01=433.82 kmol/h 總氣體進(jìn)料量：241.018.7%=2770.23 kmol/h 空氣進(jìn)料量：2770.23241.01183.17=2346.05 kmol/h （4）丙烯醛出料量：241.0190.5%=218.114 kmol/h （5）丙烯酸出料量：241.016%=14.46 kmol/h （6） 副產(chǎn)物：241.01

27、2.5%=6.025 kmol/h；丙烯損失量：241.011%=2.41 kmol/h （7）據(jù)絕對空速可計(jì)算催化劑的用量，本設(shè)計(jì)中絕對空速取 120 h-1： ；催化劑用量：45 m3/h 3 0 0 241.01 22.4 45 120 VV SVVm VSV 丙丙 催 催 總出料量：218.114+14.46+6.025+2.41+2346.05+183.17=2770.23 kmol/h 第一氧化反應(yīng)器物料平衡表如表 3.2 所示： 表表 3.2 第一氧化反應(yīng)器物料平衡表第一氧化反應(yīng)器物料平衡表 物料分子量 gmol-1 密度 kgm-3 粘度 Pas 摩爾進(jìn)料量 kmolh-1 摩

28、爾出料量 kmolh-1 丙烯42.081.9141.610-5241.01 空氣28.951.2931.8110-52346.052346.05 水蒸氣18.021.000.9810-5183.17183.17 丙烯醛56.060.84020.39310-3218.114 丙烯酸72.061.05111.14910-314.46 副產(chǎn)物6.025 第 11 頁 共 36 頁 損失2.41 催化劑45 m3/h45 m3/h 合計(jì)2770.232770.23 3.3.2 冷卻器的物料衡算 丙烯酸及副產(chǎn)物 丙烯醛 熔鹽 丙烯醛 丙烯酸 副產(chǎn)物及損失的丙烯 冷卻器 圖圖 3.2 冷卻器物料衡算示意

29、圖冷卻器物料衡算示意圖 依照圖 3.2 對冷卻器進(jìn)行物料衡算：此過程只發(fā)生相態(tài)變化，物料平衡，因 此不需要進(jìn)行物料衡算。 3.3.3 第二氧化反應(yīng)器的物料衡算 COCO2 圖圖 3.3 第二氧化反應(yīng)器物料衡算示意圖第二氧化反應(yīng)器物料衡算示意圖 依照圖 3.3 中第二氧化反應(yīng)器物料衡算示意圖進(jìn)行計(jì)算： （1）丙烯醛進(jìn)料量：218.114 kmol/h （2）水蒸氣進(jìn)料量：2.11218.114=460.22 kmol/h （3）氧氣進(jìn)料量：1.05218.114=229.02 kmol/h 總氣體進(jìn)料量：218.1146.4%=3408.03 kmol/h 空氣進(jìn)料量：3408.03218.11

30、4460.22=2729.7 kmol/h （4）丙烯酸進(jìn)料量 14.46 kmol/h；副產(chǎn)物 6.025 kmol/h；剩余丙烯量 2.41 kmol/h 總進(jìn)料量：3408.03+14.46+6.025+2.41=3430.925 kmol/h 第 12 頁 共 36 頁 （5）丙烯酸出料量：218.11495.2%=207.64 kmol/h （6）副產(chǎn)物：218.114(99.2%95.2%) =8.724 kmol/h （7）損失的量：218.114(199.2%) =1.745 kmol/h （8）空氣和水蒸氣的用量不變，且催化劑用量不變。 據(jù)絕對空速可計(jì)算催化劑的用量： 3 0

31、 0 218.114 22.4 40.7 120 VV SVVm VSV 丙丙 催 催 催化劑的量：40.7 m3/h 總出料量：207.64 +8.724 +1.745+2729.7+460.22 =3408.03 kmol/h 第二氧化反應(yīng)器物料平衡表如表 3.3 所示： 表表 3.3 第二氧化反應(yīng)器物料平衡表第二氧化反應(yīng)器物料平衡表 進(jìn)料出料 物料名稱摩爾進(jìn)料量 kmolh-1物料名稱摩爾出料量 kmolh-1 丙烯醛218.114丙烯酸207.64 水蒸氣460.22副產(chǎn)物8.724 空氣2729.7損失1.745 催化劑40.7 m3/h水蒸氣460.22 丙烯酸14.46空氣272

32、9.7 副產(chǎn)物6.025 損失2.41 合計(jì)3408.03合計(jì)3408.03 3.43.4 原料消耗綜合表原料消耗綜合表 原料消耗綜合表如下表 3.4 所示： 表表 3.4 原料消耗綜合表原料消耗綜合表 序號物料名稱單位每噸產(chǎn)品消耗量每小時消耗量每年消耗量 1丙烯t0.77510.148.11104 2空氣t 7.54（一段） 7.79（二段） 70.17（一段） 70.17（二段） 5.614105（一段） 5.614105（二段） 第 13 頁 共 36 頁 3催化劑m3 45（一段） 40.7（二段） 3.6105（一段） 3.256105（二段） 4水蒸氣t 0.59 1.314 3.

33、3（一段） 7.36（二段） 2.64104（一段） 5.888104（二段） 第 14 頁 共 36 頁 4 4 熱量衡算熱量衡算 連續(xù)操作過程屬于定態(tài)操作過程，物料狀態(tài)、反應(yīng)狀態(tài)等不隨時間而變化， 所以熱負(fù)荷（傳熱速率）也不隨時間變化而變化，主要計(jì)算正常操作時的傳熱速 率26。 4.14.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 氧化反應(yīng)器中主要發(fā)生以下兩個重要反應(yīng)： CH2 CHCH3 + O2CH2CHCHO + H2O + 3.4 105J CH2CHCHO + 1/2 O2CH2 CHCOOH + 2.52 105J （1）反應(yīng)器物料衡算數(shù)據(jù)（見氧化反應(yīng)器物料平衡表） （2）入口溫度：25，第一反應(yīng)器

34、溫度：325，第二反應(yīng)器溫度：260 （3）有關(guān)物性數(shù)據(jù)如表 4.1 所示： 表表 4.1 物性數(shù)據(jù)表物性數(shù)據(jù)表27 物料名稱定壓比熱容/kJkg-1K-1導(dǎo)熱系數(shù)/Wm-1h-1-1標(biāo)準(zhǔn)生成熱/kJmol-1 丙烯1.5285.710-320.42 空氣1.02852.110-3 水蒸氣1.94854.910-357.798 丙烯醛2.194-105.05 丙烯酸2.151-336.47 4.1.1 計(jì)算基準(zhǔn) 熱流量基準(zhǔn)：kJ/h；基準(zhǔn)溫度：25 4.1.2 熱量衡算方程式 在化工過程中，各種熱量之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系可以用熱平衡方程表示： Q =H出-H進(jìn) 其中 Q -設(shè)備或系統(tǒng)與外界環(huán)境交換熱量

35、之和，通常包括熱損失，kJ； H出-離開設(shè)備或系統(tǒng)各股物料的焓之和，kJ； H進(jìn)-進(jìn)入設(shè)備或系統(tǒng)各股物料的焓之和，kJ。 在解決實(shí)際問題時，熱平衡方程式寫成以下形式更容易計(jì)算： 第 15 頁 共 36 頁 QT = Q1+Q2+Q3+Q4 式中 QT -設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)物料與外界交換熱量之和（傳入為正 ，傳出為負(fù)） ， kJ； Q1-由于物料溫度變化，系統(tǒng)與外界交換的熱量，kJ； Q2-由于物料發(fā)生各種變化（化學(xué)變化、相變、溶解、混合等） ，系統(tǒng)與 外界交換的熱量（吸熱為正、放熱為負(fù)） ， kJ； Q3-由于設(shè)備溫度變化，系統(tǒng)與外界交換的熱量（設(shè)備升溫為正、降溫 為負(fù)） ， kJ； Q4-設(shè)備向外

36、界環(huán)境散失的熱量（操作溫度高于環(huán)境溫度為正、低于環(huán) 境溫度為負(fù)） ，kJ。 上式也可以寫成如下形式：qT =q1+q2+q3+q4 （kJ/h） 4.24.2 熱量衡算式中各參數(shù)計(jì)算方法熱量衡算式中各參數(shù)計(jì)算方法28 1、q1的計(jì)算：認(rèn)為反應(yīng)器內(nèi)壓力不變，即整個過程為恒壓變化過程 dTCwq T T P 1 2 1 2、q2的計(jì)算：（標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱）Hrq 2 3、q3的計(jì)算：對于連續(xù)操作，由于操作過程是在定態(tài)條件下進(jìn)行的，物料溫 度與設(shè)備溫度都不隨時間變化，此時 q3=0。 4、q4的計(jì)算：設(shè)備溫度高于環(huán)境溫度時，q40，設(shè)備操作溫度低于環(huán)境溫 度時，q40。在實(shí)際操作中，若設(shè)備有保溫層，為

37、簡化計(jì)算，常取熱損失速率為 總速率的 10%。 4.34.3 計(jì)算計(jì)算 主要對一段、二段氧化反應(yīng)器以及冷卻器進(jìn)行熱量衡算； 第一反應(yīng)器進(jìn)料溫度為 250，反應(yīng)溫度為 325； 第二反應(yīng)器進(jìn)料溫度 210，反應(yīng)溫度 260。 4.3.1 氧化反應(yīng)器熱量衡算 1、第一氧化反應(yīng)器熱量衡算 （1）q1的計(jì)算： TCpwTCpwqqq )250()325( 1 進(jìn)料出料進(jìn)料出料 第 16 頁 共 36 頁 q出料=(218.11456.062.194+14.4672.062.151+2346.0528.951.028+183.17 18.021.914) (325-25)=31561747.97 kJ/

38、h q進(jìn)料=(241.0142.081.52+2346.0528.951.028 +183.1718.021.914)(250- 25)=20599385.72 kJ/h q1= q出料q進(jìn)料=10962362.25=1.1107 kJ/h （2）q2的計(jì)算： =105.15218.1141000(20.42)241.011000=27856111.3Hrq 2 = 2.786107 kJ/h （3）q3的計(jì)算： 對于連續(xù)操作，由于操作過程是在定態(tài)條件下進(jìn)行的，物料溫度與設(shè)備溫度 都不隨時間變化，所以 q3=0 （4）q4的計(jì)算： 常取熱損失速率為總速率的 10%； q4=10%(1.1107

39、+2.786107)= 3.88106 kJ/h （5）qT的計(jì)算： qT =q1+q2 +q4 =1.1107+2.786107+3.88106 = 4.27107 kJ/h （6）計(jì)算設(shè)備熱負(fù)荷和熔鹽消耗量： 氧化反應(yīng)是連續(xù)操作過程，所以設(shè)備熱負(fù)荷應(yīng)當(dāng)?shù)扔?qT，為 4.27107 kJ/h 熔鹽（55%KNO3+45%NaNO2） ，進(jìn)口溫度 275，出口溫度為 280 其比熱為 55%0.332+45%0.43=0.3761cal/g=1.575 kJ/kg 熔鹽對管壁給熱系數(shù) 可取 2717 kJ/(m2h) 所以kg/h 6 7 1042 . 5 )275280(575 . 1 1

40、027 . 4 h G （7）電能消耗量的計(jì)算： 據(jù)公式， 為用電設(shè)備的電功功率（一般取 0.850.95） ，設(shè)計(jì)取 3600 T q E 0.9；所以kwE13179 9 . 03600 1027 . 4 7 2、第二氧化反應(yīng)器的熱量衡算方法同第一反應(yīng)器，其計(jì)算結(jié)果如表 4.2 所示。 第 17 頁 共 36 頁 表表 4.2 第一氧化反應(yīng)器、第二氧化反應(yīng)器熱量衡算表第一氧化反應(yīng)器、第二氧化反應(yīng)器熱量衡算表 系統(tǒng)與外界交換的熱量第一氧化反應(yīng)器第二氧化反應(yīng)器 q1/(kJ/h)1.11077.32105 q2/(kJ/h)2.7861074.69107 q4/(kJ/h)3.881064.7

41、6106 qT/(kJ/h)4.271075.24107 Gh/(kg/h)5.421066.65106 E/kw1317916173 4.3.2 冷卻器的熱量衡算 1、計(jì)算依據(jù) 進(jìn)口溫度：275；出口溫度：280 冷卻劑：熔鹽，其冷凝熱為 2717 kJ/kg 2、熱衡算求冷取器的熱負(fù)荷和熔鹽的用量，冷損失按 10%計(jì)算 需要熔鹽提供的熱量： Q=1.1(218.11456.062.194+14.4672.062.151+2346.0528.951.028+183.17 18.021.914)(325-260) =7.52106 kJ/h 加熱熔鹽用量：W= Q/2717=2767.76kg

42、/h 4.44.4 動力消耗綜合表動力消耗綜合表 動力消耗綜合表如表 4.3 所示： 表表 4.3 動力消耗綜合表動力消耗綜合表 序號物料名稱單位每噸產(chǎn)品消耗量每小時消耗量每年消耗量 1熔鹽t352.82.24104 2蒸氣t303518.32.81107 3電kwh400131791.05108 4鍋爐用水t9150001.2108 第 18 頁 共 36 頁 5 5 設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)設(shè)備的工藝設(shè)計(jì) 5.15.1 主體設(shè)備工藝設(shè)計(jì)主體設(shè)備工藝設(shè)計(jì) 5.1.1 氧化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算29 常用的氧化反應(yīng)器有攪拌式氧化器和氣固氧化反應(yīng)器，攪拌式氧化器主要用 于使用化學(xué)氧化劑的液相氧化過程，而氣固氧化

43、反應(yīng)器是以空氣物料氣體或氧 化物料氣體通過固體催化劑接觸而反應(yīng)的過程，這類反應(yīng)器通常以氣固流化床 和氣固固定床為多，在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用。本設(shè)計(jì)采用列管式固定床氧化反應(yīng) 器，此類反應(yīng)器為列管式結(jié)構(gòu)，傳熱面積大，有利于強(qiáng)放熱反應(yīng)。 1、計(jì)算催化劑床層體積、直徑及高度 對于第一反應(yīng)器： 床層體積： 3 2770.23 22.4 42.8 1450 VV SVVm VSV 氣氣 床 床 床層直徑： 2 44 2770.23 22.4 4.7 360036001 v DDm u 其中 u 為空床操作氣速，取 1m/s； 催化劑平均粒徑取 5mm，床層孔隙率 取 0.48； 床層高度： 2 2 42.8

44、 4.75 (1 0.48) 0.785 4.7 (1) 4 V LLm D 床 經(jīng)圓整，取 4.8m 同理，對于第二反應(yīng)器： 床層體積： 3 3408.03 22.4 46.27 1650 VV SVVm VSV 氣氣 床 床 床層直徑： 2 44 3408.03 22.4 5.2 360036001 v DDm u 其中 u 為空床操作氣速，取 1m/s； 催化劑平均粒徑取 5mm，床層孔隙率 取 0.48； 第 19 頁 共 36 頁 床層高度： 2 2 46.27 4.19 (1 0.48) 0.785 5.2 (1) 4 V LLm D 床 經(jīng)圓整，取 4.2m 2、反應(yīng)器管數(shù) n

45、給定管子302.5，故管內(nèi)徑 dt為 25mm，即為 0.025 米；管長為 5 米，催 化劑充填高度 L 為 4.8 米。 因此 2 2 42.8 18174 0.785 0.0254.8 4 t V nn d L 床 同理，對于第二反應(yīng)器： 2 2 46.27 22455 0.785 0.0254.2 4 t V nn d L 床 3、反應(yīng)器材料：由于丙烯酸具有較強(qiáng)的腐蝕性，本設(shè)計(jì)選用經(jīng)過鈍化處理的 碳鋼材質(zhì) Q235-A，接管材料選用 20 號鋼。 4、核算換熱面積 該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，需要移走熱量，床層是被冷卻的，因此床層對壁總給熱 系數(shù)按下式計(jì)算： 床層被冷卻時， 0.7 3.5()e

46、xp( 4.6) fpp t tt d Gd dd 式中流體導(dǎo)熱系數(shù)，kJm-1h-1-1；表觀質(zhì)量流速，kgm-2h-1； f G 流體粘度，Pas ；催化劑粒徑；列管內(nèi)徑 p d t d 總進(jìn)料量：m=241.0142.08+2346.0528.95 +183.1718.02=81360.57kg/h 5 5 1.316 1.6 12.8 1.81 0.9810 1.737 10 1.316 12.8 1 Pa s 混 （） 3 3 1.316 85.7 12.8 52.1 54.910 55.21 10/() 1.316 12.8 1 f kJm h （） 3 1.316 1.914 1

47、2.8 1.293 1.00 1.328/ 1.316 12.8 1 kg m 混 21 2 81360.57 9298/ 17835(0.025) 4 Gkg mh 第 20 頁 共 36 頁 5 0.005 9298 743.46 1.737 103600 p e d G R 床層對壁總給熱系數(shù)： 3 0.72 55.21 100.005 3.5 743.46exp( 4.6)315.12/ 0.0250.025 t kJ mh 總傳熱系數(shù)： 20 1 11 t t tm K dd dd 垢壁 鋼垢 查得碳鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)為 =167.5kJ/(mh) 2 5 1 282.37/ 110.0

48、250.0025 0.025 4.78 10 315.1227170.03167.5 0.0275 KkJ mh 整個反應(yīng)器床層可近似視為等溫，為 325，則傳熱推動力為： (325275)(325280) 47.5 2 m t 需要傳熱面積： 7 2 3.886 10 2897.28 282.37 47.5 c m Q AAm K t 需需 實(shí)際傳熱面積為 2 3.14 0.025 4.8 181746847.96 t Ad LnAm 實(shí)實(shí) ，故能滿足傳熱要求。AA需 實(shí) 5、反應(yīng)床層壓力降的計(jì)算 修正雷諾數(shù)： 11 ()743.46 ()1429.73 1000 11 0.48 p eM

49、d G R 固定床壓降計(jì)算公式為 2 2 323 (1)1 1501.75 f scsc u Pu Ld gd g 當(dāng)時，為充分湍流，計(jì)算壓降時可以略去第一項(xiàng)，因此1000 eM R 2 2 33 11 1.75()1.75() f scsf u G PLL d gd 2 3 (9298/3600)1 0.48 1.75() 4.83967939.679 0.005 1.3280.48 PPakPa 第二氧化反應(yīng)器的計(jì)算方法與第一氧化反應(yīng)器的計(jì)算方法相同。 第 21 頁 共 36 頁 第一、第二氧化反應(yīng)器的各數(shù)值如表 5.1 所示： 表表 5.1 第一、第二氧化反應(yīng)器換熱面積核算及床層壓力降值

50、第一、第二氧化反應(yīng)器換熱面積核算及床層壓力降值 項(xiàng)目第一氧化反應(yīng)器第二氧化反應(yīng)器 床層對壁總給熱系數(shù) 211 / t kJ mh 315.12169.31 總傳熱系數(shù) 211 /K kJ mh 282.37159.38 需要傳熱面積 2 /Am 需 2897.286291.75 實(shí)際傳熱面積 2 /Am 實(shí) 6847.967403.4 床層壓力降/P kPa39.67935.574 5.1.2 反應(yīng)器零部件選用與設(shè)計(jì) （1）容器法蘭：選用 JB4702-92 乙型平焊法蘭，公稱壓力 PN1.0，公稱直徑 DN3200；法蘭材料選用 20（鍛） ，質(zhì)量為 471.9 kg；螺栓材料選用 40Cr

51、；螺母材 料選用 35，凹凸密封面，配 60 個 M24 螺栓。 （2）人孔：選用 JB580-79 回孔蓋人孔，公稱壓力 Pg10，公稱直徑 Dg500， 采用一類材料，A 型密封面，人孔標(biāo)記為 AIPg10Dg500JB580-79。 （3）視鏡：選用 2 個 HGJ501-86Pg10Dg100 碳鋼視鏡，設(shè)在反應(yīng)器蓋上，用 于觀察反應(yīng)器內(nèi)物料變化情況。 （4）儀表測量口：測溫口一般設(shè)在反應(yīng)器底部，溫度計(jì)要插入反應(yīng)液中，為 保護(hù)溫度計(jì)，可將溫度計(jì)放入金屬套管中；測壓口設(shè)在反應(yīng)器釜蓋上，安裝螺紋 為 M272。 （5）安全裝置口：由于反應(yīng)器一般為密閉式操作，反應(yīng)器過程有時帶正壓或 負(fù)壓，有

52、時有氣體產(chǎn)生，為了安全操作，需要在釜蓋上設(shè)置安全閥口或放空口。 （6）開孔補(bǔ)強(qiáng)：在人孔、加料和出料管口以及蒸汽進(jìn)出口設(shè)置補(bǔ)強(qiáng)圈，補(bǔ)強(qiáng) 圈按 JB1207-73 選用，即人孔處補(bǔ)強(qiáng)圈 Dg50012，加料和出料口 Dg10012，蒸 汽進(jìn)出口 Dg808。 （7）支座：選用懸掛式支座，JB1165-81，共 4 個。配 M30 地腳螺栓，設(shè)置 加強(qiáng)墊板。 第 22 頁 共 36 頁 5.25.2 輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)輔助設(shè)備的設(shè)計(jì) 5.2.1 冷凝器的設(shè)計(jì)選型30 需要設(shè)置反應(yīng)器外傳熱，設(shè)計(jì)列管式冷凝器，其傳熱系數(shù)為 370730kcal/ m2h，熔鹽在其中的流速為 3m/s。 （1）計(jì)算依據(jù)： 進(jìn)

53、口溫度 275，出口溫度 280； 熱負(fù)荷為 7.52106kJ/h=2.09106J/s （2）計(jì)算換熱面積： 總傳熱系數(shù)：管殼式換熱器作加熱器時，設(shè)計(jì)取 282.37 W/m2 對數(shù)平均溫差：熱端溫差為 325275=50，冷端溫差為 325280=45 5045 47.5 50 ln 45 m t 換熱面積 A=2.09106/(282.3747.5)=155.83 m2，取安全系數(shù)為 1.25，則需 換熱面積為 200 m2 （3）換熱器的選型： 選用管殼式換熱器，JB1145-71-2-33，換熱面積為 200 m2，公稱直徑為 Dg800mm，管長 6000 mm，管程數(shù)，管數(shù) 4

54、44，設(shè)備型號為 G800-16-200 5.2.2 動力設(shè)備的選型31 1、循環(huán)氣壓縮機(jī) 本設(shè)計(jì)選用的是 D-29/49-53 型。 吸入壓力為 4.9MPa，吸入溫度為 25；排出壓力為 5.3Mpa，排出溫度為 25； 容積流量：68.4 m3/min（吸入狀態(tài)） ； 活塞行程為 240mm，轉(zhuǎn)速：375r/min. 2、丙烯原料氣壓縮機(jī) 本設(shè)計(jì)選用的是 M-155/55 型（2 臺） 。 最初吸氣壓力為 0.002MPa （表壓） ，最初吸氣溫度為40： 最終排氣壓力為 5.5MPa （表壓） ； 容積流量為 90m3/min（一級吸氣狀態(tài)） ；轉(zhuǎn)速為 333r/min； 第 23 頁

55、 共 36 頁 活塞行程為 360mm；壓縮級數(shù)為四級。 5.2.3 泵和管路的選型 1、泵的選型 （1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 輸送介質(zhì)：丙烯 操作溫度：25 流量：5300 m3/h 考慮 1.2 倍的安全系數(shù)，則 V=53001.2=6360 m3/h 入口液面到泵中心距離：4.5 出口液面到泵中心距離：6.5 吸入管管長：30m； 管徑 200mm6mm，閥門 1 個，止回閥 1 個，三通 2 個，90彎頭 5 個 排出管管長：150m； 管徑 150mm4.0mm，閥門 1 個，止回閥 1 個，三通 2 個，90彎頭 10 個 （2）選泵 連續(xù)操作，要求流量均勻且易調(diào)節(jié)，流量大，揚(yáng)程不太大時，選擇

56、離心泵。 根據(jù)流量、揚(yáng)程及性質(zhì)，確定選擇 IS 型單級單吸離心泵。 具體型號查化工原理上冊附表，確定為 IS8050315 型。有關(guān)性能如 表 5.2： （3）計(jì)算軸功率、電機(jī)功率 有效功率 Pe=QvHeg =6360/36001251.9149.8110-3=4.15kw 軸功率 Pa=Pe/=4.15/0.95=4.37 kw（齒輪傳動時，取 0.90.95；皮帶 輪傳動時，取 0.90.95，設(shè)計(jì)取 0.95） 電機(jī)功率 P=K=1.254.37/0.95=5.75 kw（K 為電機(jī)富裕系數(shù)，當(dāng) Pa Pa 在 6.5 至 17 范圍內(nèi)時，K 取 1.25） （4）選電機(jī) 配套電機(jī)功率

57、 37kW，軸功率為 31.5 kW。 泵臺數(shù) 2 臺（正常生產(chǎn) 1 臺，備用 1 臺） ，兩者并聯(lián)在管路中，以便于發(fā)生故 障時切換使用。 第 24 頁 共 36 頁 （5）風(fēng)機(jī)的選擇 主要依據(jù)是氣體性質(zhì)、氣體流量、出口壓強(qiáng)或壓縮比、輸送條件等決定；綜 合考慮，選擇壓縮機(jī)，其壓縮比小于 4。 表表 5.2 離心泵的性能表離心泵的性能表 序號項(xiàng)目單位數(shù)據(jù) 1轉(zhuǎn)速r/min2900 2流量m3/h6360 3揚(yáng)程m125 4效率54% 5葉輪直徑mm280 6葉輪出口寬度mm7.5 軸功率4.37 7功率 電機(jī)功率 kw 5.75 8允許氣蝕余量m2.5 9質(zhì)量（泵/底座）kg125/160 2、

58、 管路的設(shè)計(jì)32 （1）管材的選擇 按管子的材質(zhì)可將管子分為以下兩類：金屬管和非金屬管。根據(jù)輸送介質(zhì)的 溫度、壓力、腐蝕性、價格及供應(yīng)等情況選擇所用的管材。選擇 GB8163-87 無縫 鋼管，所用材料為 16Mn。 （2）管道工藝計(jì)算 管徑的計(jì)算：以經(jīng)濟(jì)性為原則，管徑大，管壁厚，管道及閥門費(fèi)用增加，因 此投資費(fèi)用高；管徑小，管道內(nèi)的流速增加，流體阻力增加，動力消耗增加，因 此操作費(fèi)用高。 實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于工作量及進(jìn)度的限制，不可能對所有管道進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較， 一般用常用流速的經(jīng)驗(yàn)值估算管徑。 流速的選擇： 第 25 頁 共 36 頁 考慮輸送流體的特性、狀態(tài)和操作要求等，為了防止流體過高引起管道

59、磨損、 振動和噪聲等現(xiàn)象，液體的流速一般不超過 3m/s，氣體流速一般不超過 100 m/s， 設(shè)計(jì)取 90m/s。 管徑的計(jì)算： 根據(jù)選定的流速計(jì)算管子的內(nèi)徑，=0.144m； 4 1.129 VV d uu 其中 d 為管子內(nèi)徑，m；V 為流體在操作條件下的體積流量，m3/s；u 為平均 流速，m/s。 管子壁厚的選擇： 根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、管材、材料允許壓力等因素計(jì)算最小壁厚，再考慮腐蝕余量 后，選取標(biāo)準(zhǔn)中對應(yīng)的壁厚，管徑尺寸 150mm4mm。 5.2.4 物料進(jìn)、出料管徑確定 3 241.01 42.08 1.472/ 1.914 3600 m Vms 丙烯 3 2346.05 28.95

60、 14.59/ 1.293 3600 m Vms 空氣 3 183.17 18.02 0.917/ 1 3600 m Vms 水蒸氣 則丙烯進(jìn)料管徑，經(jīng)圓整后，其 41.472 1.1291.1290.144 90 VV d uu 尺寸為 150mm3mm； 空氣進(jìn)料管徑=，經(jīng)圓整后，其尺寸為 4V d u m455 . 0 90 59.14 129 . 1 500mm10mm； 水蒸氣進(jìn)料管徑=，經(jīng)圓整后，其尺寸為 4V d u m114 . 0 90 917 . 0 129 . 1 120mm3mm。 5.35.3 工藝設(shè)備一覽表工藝設(shè)備一覽表 工藝設(shè)備一覽表如表 5.3 所示： 第 26