年產(chǎn)10萬(wàn)噸丙烯酸工藝設(shè)計(jì)資料

1、1 引言 1.1 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(lèi)， 還可用于生產(chǎn) 高吸水性樹(shù)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(kāi)采等各個(gè)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(duì)丙烯酸工業(yè)化生產(chǎn)工藝的研究 2。1939 年，德國(guó)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(guó)聯(lián)碳 公司從英國(guó) 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(guò)多年不斷改進(jìn)，尤其是對(duì)丙烯氧化催化劑的改

2、進(jìn)，該法已成為制造丙 烯酸的主導(dǎo)生產(chǎn)方法 3。 1.2 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(guó)和美國(guó)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(guò)程會(huì)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 世紀(jì) 30 年代，德國(guó)的 Walter Reppe 博士

3、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(lèi)。 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(kāi)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(shí)裂解生成乙烯酮，然 后與無(wú)水甲醛在 AlCl 3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，副產(chǎn)物和 第 1 頁(yè) 共 35 頁(yè) 未反應(yīng)的物料能循環(huán)使用， 適用于連續(xù)生產(chǎn)，

4、但原料乙酸或丙酮價(jià)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(guó) Societed Ugin和e美國(guó) Sohio 開(kāi)發(fā)的工業(yè)制備方法。該法工藝簡(jiǎn)單， 反應(yīng)條件溫和，設(shè)備投資不大，可同時(shí)生產(chǎn)丙烯酸胺。缺點(diǎn)是污染嚴(yán)重，副產(chǎn)大量 低價(jià)值的硫酸銨。 該流程至今只有日本旭化成和英國(guó)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(jià)格日趨便宜，由于高度 活潑、高度選擇性和長(zhǎng)使用壽命的催化劑的開(kāi)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)界所接受 6 。丙烯氧化法起初分為一步法和兩步法，但

5、分兩步進(jìn)行 更有助于通過(guò)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(guó)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(guó) BASF 技術(shù) 9。 (1)美國(guó)索亥俄 ( Sohio) 技術(shù) 60 年代末 70 年代初在美國(guó)和日本具有一定的市場(chǎng)。 Sohio 技術(shù)的特點(diǎn)是丙烯 氧化采用兩臺(tái)反應(yīng)器串聯(lián)操作， 吸收塔頂出來(lái)的廢氣不循環(huán)； 廢氣中未反應(yīng)的丙烯 不回收；催化劑壽命為

6、 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?qǐng)A柱狀，其形狀增加了幾何外表面，轉(zhuǎn)化率得到提高的同時(shí)，也提高了生成物自 催化劑微孔中擴(kuò)散出來(lái)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(shí)降低了熱點(diǎn)，減少了床層阻力，使催化劑的壽命得以延長(zhǎng)。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 2 頁(yè) 共 35 頁(yè) 日本三菱石油化學(xué)公司公司對(duì)其原來(lái)的工藝和催化劑不斷研究和改進(jìn)，

7、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(zhǎng)。 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(tái)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)

8、器。主要應(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(guó)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?dú)?，可減 少?gòu)U水的生成。 1.3 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(gè)擴(kuò)展的熱潮，隨著

9、聚丙烯酸型超吸收劑 和家用洗滌劑增量劑的開(kāi)發(fā)和普及， 在世界上形成了一個(gè)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(guó)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(kāi)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(guó)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(jìng)爭(zhēng)力，因此 目前國(guó)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

10、 BASF 在德國(guó)的一 第 3 頁(yè) 共 35 頁(yè) 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(guó)、西歐和日本。就總的生產(chǎn)能力來(lái)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(wàn)噸/年。在東南亞， BASF 與馬來(lái)西亞的 Petronas合作建設(shè)的一套 16萬(wàn)噸/年丙 烯酸裝置已于 2000 年投產(chǎn)。在歐洲， Rohm&Hass 公司與德國(guó) 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

11、產(chǎn)能力可達(dá) 33 萬(wàn)噸 /年 14。Celanese是世界上第三大丙烯酸的生產(chǎn)者，在美國(guó)德克薩斯州的ClearLake 有 27.2萬(wàn)噸/年丙烯酸裝置，并于 2001年在此地增加丙烯酸能力 8萬(wàn)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(wàn)噸/年丙烯酸。在印度尼西亞與 Tripolyta 合資建設(shè)的一套 6 萬(wàn)噸/年的丙烯酸裝置已于 1999年投產(chǎn)。在美國(guó)德克薩 斯州的 Bay Port 與法國(guó) Elf Atochem 公司合資建設(shè)的一套 12 萬(wàn)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(wàn)噸/年15 。 1.3.2 國(guó)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀

12、我國(guó)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(duì)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(guó) 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(shí)全國(guó)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(guó)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(wàn)噸/年17 。 20 世紀(jì) 90 年代初以來(lái)，國(guó)內(nèi)丙烯酸供需缺口

13、逐年增大，中國(guó)丙烯酸市場(chǎng)的巨 大潛力和良好發(fā)展前景，提高了國(guó)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(wàn)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(wàn)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(lèi)裝置，使我國(guó)的丙烯酸生產(chǎn)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。 2000 年以來(lái)，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)消化吸 收的基礎(chǔ)上，與自主開(kāi)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(wàn)噸 第 4 頁(yè) 共 35 頁(yè) /年的丙烯酸項(xiàng)

14、目。 2004 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(wàn)噸 /年。由日本三菱化學(xué)公司轉(zhuǎn)讓丙烯酸技術(shù)，為沈陽(yáng)石蠟化工公司建設(shè)的 8 萬(wàn)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(wàn)噸 /年丙烯酸裝置也陸續(xù)投產(chǎn) 19。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，中國(guó)將成為丙烯酸 需求增長(zhǎng)的主要地區(qū)，中國(guó)丙烯酸產(chǎn)品仍有較大發(fā)展空間。 1.4 丙烯酸生產(chǎn)工藝技術(shù)的發(fā)展前景 目前，國(guó)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(guó) 內(nèi)技術(shù)、設(shè)備和催化劑，將會(huì)大幅降低投資和生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。在丙烯 酸工藝技術(shù)的改進(jìn)過(guò)程中， 因?yàn)榇呋瘎┵M(fèi)用

15、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(zhǎng)催化劑壽命成為研究的關(guān)鍵 20。當(dāng)前形勢(shì)下， 我國(guó)丙烯酸行業(yè)應(yīng)加 快丙烯酸生產(chǎn)工藝及催化劑的國(guó)產(chǎn)化， 形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)， 將有利于丙烯酸行業(yè)的 健康發(fā)展。 1.5 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(zhǎng)， 我國(guó)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。 基于此，本課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(guó)內(nèi)外的先 進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，選擇高效能催化劑，以此建一 10 萬(wàn)噸 /年丙烯酸生產(chǎn)

16、車(chē)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 5 頁(yè) 共 35 頁(yè) 2 丙烯酸工藝流程的確定 2.1 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(jiǎn)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(gè)突出缺點(diǎn) 21 ： 一步法是在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行兩個(gè)氧化反應(yīng)， 強(qiáng)制一種催化劑去適應(yīng)兩個(gè)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(gè)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(guò)降低丙烯的濃度來(lái)實(shí)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

17、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： CH2CHCH 3+ O2CH2CHCHO+ H 2O CH2CHCHO+ 1/2 O 2CH2CHCOOH 反應(yīng)屬?gòu)?qiáng)放熱反應(yīng)，有效地移除反應(yīng)熱是反應(yīng)過(guò)程的突出問(wèn)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(guò)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，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

18、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。 2.2 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(jià)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。 2.3 主要原料及其規(guī)格 丙烯： 95%，主要來(lái)自煉油廠的催化裂化裝置和丙烷脫氫技術(shù) 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 第 6 頁(yè) 共 35 頁(yè) Mo12Bi1.0Fe

19、1W2Co4Si1.35K0.06；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 Mo 12V 4.0W1.0Cu2.2Sb0.5 熔鹽（ 55%KNO3+45%NaNO2） 2.4 工藝流程圖 氧化過(guò)程一般采用兩臺(tái)反應(yīng)器串聯(lián)， 從第一臺(tái)反應(yīng)器出來(lái)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)熱。其氧化工序工藝流 程圖如圖 2.1 所示。 冷 卻 器 第 反 應(yīng) 器 吸收塔 圖 2.1 丙烯酸氧化工序工藝流程框圖 2.5 工藝流程簡(jiǎn)述 經(jīng)汽化器預(yù)熱氣化后的丙烯 （純度 95%以

20、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(guò)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(guò)氣體冷卻器換熱冷卻后被 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

21、， 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 7 頁(yè) 共 35 頁(yè) 3 物料衡算 3.1 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(wàn)噸丙烯酸的生產(chǎn) （2）生產(chǎn)時(shí)間：年工作日大約為 334 天，時(shí)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

22、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(guò)低和過(guò)高的氧烯比會(huì)影響丙烯的轉(zhuǎn)化率 和選擇性； 水蒸氣的存在一是為了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(lái)；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 ：

23、 絕對(duì)空速（ SV0）：一段反應(yīng)器入口每小時(shí)加入的丙烯氣體的體積 V丙 與純催化 劑體積的比值，即 SV0 V丙 V 。它反映催化劑的實(shí)際反應(yīng)負(fù)荷，在 120 h-1 左右。 相對(duì)空速（ SV）：混合氣體的小時(shí)體積通量 V氣 與催化劑床層體積 V床 之比，即： 8002000h-1 之間 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 8 頁(yè) 共 35 頁(yè) 表 3.1 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 一段反應(yīng)器 進(jìn)料中水蒸氣 / 丙烯（摩爾比） 0.76 反應(yīng)溫度

24、 / 325 空速/ h-1 1450 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 二段反應(yīng)器 水蒸氣 /丙烯醛（摩爾比） 2.11 反應(yīng)溫度 / 260 空速/ h-1 1650 3.2 計(jì)算基準(zhǔn) 此過(guò)程屬于連續(xù)操作過(guò)程，計(jì)算基準(zhǔn)選時(shí)間，單位為kmol/h。 25 。 3.3 計(jì)算 在生產(chǎn)過(guò)程中以氧化反應(yīng)為主， 不考慮副反應(yīng)，也不對(duì)副反應(yīng)進(jìn)行物料衡算 3.3.1 第一氧化反應(yīng)器的物料衡算 丙烯醛 丙烯 空氣 水蒸氣 氧 化 反 應(yīng) 器 少量丙烯酸 CO、 CO2等副產(chǎn)物 損失的丙烯 催化劑 圖 3.1 第一氧化反應(yīng)器物料衡算示意圖 依照?qǐng)D 3.1 中第一氧化反

25、應(yīng)器物料衡算示意圖進(jìn)行計(jì)算： （1）丙烯進(jìn)料量： 每小時(shí)生產(chǎn)量： 1000008000=12.5 t 丙烯酸 需要 98%的丙烯： 12.5 0.775=9.6875 t/h=9687.5 kg/h=230.22 kmol/h 第 9 頁(yè) 共 35 頁(yè) 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%的丙烯進(jìn)料量： 227.92 0.965=236.19 kmol/h 原料中含丙烯 98%，則原料量應(yīng)為： 236.19 0.98=241.01 km

26、ol/h （2）水蒸氣進(jìn)料量： 0.76 241.01=183.17 kmol/h （3）氧氣進(jìn)料量： 1.8 241.01=433.82 kmol/h 總氣體進(jìn)料量： 241.01 8.7%=2770.23 kmol/h 空氣進(jìn)料量： 2770.23241.01 183.17=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： 241.01 6%=14.46 kmol/h （6）副產(chǎn)物：241.012.5%=6.025 kmol/h；丙烯損失量：241.011%=2.41 kmol/h （7）據(jù)絕對(duì)空速可計(jì)算催化劑的

27、用量，本設(shè)計(jì)中絕對(duì)空速取 120 h-1： SV0 V丙 V催 V丙 241.01 22.4 45m3 ；催化劑用量： 45 m3/h 0 V催催 SV0120 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 3.2 第一氧化反應(yīng)器物料平衡表 物料 分子量 gmol -1 密度 -3 kgm 粘度 Pas 摩爾進(jìn)料量 kmol h-1 摩爾出料量 kmol h-1 丙烯 42.08 1.914 1.6 10-5 241.01 空氣 28.95 1.293 -5 1.81

28、10-5 2346.05 2346.05 水蒸氣 18.02 1.00 0.98 10-5 183.17 183.17 丙烯醛 56.06 0.8402 0.393 10-3 218.114 丙烯酸 72.06 1.0511 1.149 10-3 14.46 副產(chǎn)物 6.025 損失 2.41 催化劑 45 m3/h 45 m3/h 合計(jì) 2770.23 2770.23 第 10 頁(yè) 共 35 頁(yè) 3.3.2 冷卻器的物料衡算 圖 3.2 冷卻器物料衡算示意圖 依照?qǐng)D 3.2 對(duì)冷卻器進(jìn)行物料衡算：此過(guò)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

29、 丙烯醛 氧 化 反 應(yīng) 丙烯酸 少量丙烯酸 CO、CO2等副產(chǎn)物 空氣 副產(chǎn)物 損失的丙烯 圖 3.3 第二氧化反應(yīng)器物料衡算示意圖 依照?qǐng)D 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： 2.11 218.114=460.22 kmol/h （3）氧氣進(jìn)料量： 1.05 218.114=229.02 kmol/h 總氣體進(jìn)料量： 218.114 6.4%=3408.03 kmol/h 空氣進(jìn)料量： 3408.03218.114460.22=2729.7 kmol/h （4）丙烯酸進(jìn)料量 14.46 kmol/h；副

30、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 （5）丙烯酸出料量： 218.114 95.2%=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。 第 11 頁(yè) 共 35 頁(yè) 據(jù)絕對(duì)空速可計(jì)算催化劑的用量 V丙 SV0 218.114 22.4 120 40.7m3 催化劑的量： 40.7 m3

31、/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 3.3 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 kmol h-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 2729.7 副產(chǎn)物 6.025 損失 2.41 合計(jì) 3408.03 合計(jì) 3408.03 3.4 原

32、料消耗綜合表 原料消耗綜合表如下表 3.4 所示： 表 3.4 原料消耗綜合表 序號(hào) 物料名稱 單位 每噸產(chǎn)品消耗量 每小時(shí)消耗量 每年消耗量 1 丙烯 t 0.775 10.14 4 8.11 10 7.54（一段） 70.17（一段） 5.614 105（一段） 2 空氣 t 7.79（二段） 70.17（二段） 5.614 105（二段） 3 m 45（一段） 3.6 105 （一段） 3 催化劑 40.7（二段） 3.256 105（二段） 0.59 3.3（一段） 2.64 104 （一段） 4 水蒸氣 t 1.314 7.36（二段） 5.888 104（二段） 第 12 頁(yè) 共

33、35 頁(yè) 4 熱量衡算 連續(xù)操作過(guò)程屬于定態(tài)操作過(guò)程，物料狀態(tài)、反應(yīng)狀態(tài)等不隨時(shí)間而變化，所 以熱負(fù)荷（傳熱速率） 也不隨時(shí)間變化而變化， 主要計(jì)算正常操作時(shí)的傳熱速率 26 4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 氧化反應(yīng)器中主要發(fā)生以下兩個(gè)重要反應(yīng)： CH2 CHCH 3 + O2CH2 CHCHO + H 2O + 3.4 105J CH2 CHCHO + 1/2 O 2 CH2 CHCOOH + 2.52 105J （1）反應(yīng)器物料衡算數(shù)據(jù)（見(jiàn)氧化反應(yīng)器物料平衡表） （2）入口溫度： 25，第一反應(yīng)器溫度： 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 4.1 物性數(shù)據(jù)表 2

34、7 物料名稱 定壓比熱容 /kJ kg-1K-1 導(dǎo)熱系數(shù) /Wm-1h-1 -1 -1 標(biāo)準(zhǔn)生成熱 /kJ mol -1 丙烯 1.52 85.7 10-3 20.42 空氣 1.028 52.1 10-3 水蒸氣 1.948 54.9 10-3 57.798 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(guò)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)境交換熱量之和，通常包括熱損失， kJ； H 出 離開(kāi)設(shè)備或

35、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(wèn)題時(shí)，熱平衡方程式寫(xiě)成以下形式更容易計(jì)算： QT = Q1+Q2+Q3+Q4 第 13 頁(yè) 共 35 頁(yè) 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)

36、境 溫度為負(fù)），kJ。 上式也可以寫(xiě)成如下形式： qT =q1+q2+q3+q4 （kJ/h） 4.2 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(gè)過(guò)程為恒壓變化過(guò)程 T1 q1 w CPdT T2 2、q2 的計(jì)算： q2Hr （標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱） 3、q3 的計(jì)算：對(duì)于連續(xù)操作，由于操作過(guò)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(shí)間變化，此時(shí) q3=0。 4、q4 的計(jì)算：設(shè)備溫度高于環(huán)境溫度時(shí)， q40，設(shè)備操作溫度低于環(huán)境溫度 時(shí)， q4A需 ，故能滿足傳熱要求。 5、反應(yīng)床層壓力降的計(jì)算 dpG 1 1 修正雷諾數(shù)： ReMp ( ) 743

37、.46 ( ) 1429.731000 1 1 0.48 固定床壓降計(jì)算公式為 LP 150(1 ) 32u 1.75 f u 1 ds gcdsgc 當(dāng) ReM 1000 時(shí)，為充分湍流， 計(jì)算壓降時(shí)可以略去第一項(xiàng)，因此 22 P 1.75 dsg fu 1 G2 1 f ( 3 )L 1.75 ( 3 )L c 3ds f 3 2 (9298/ 3600)2 1 0.48 P 1.75 ( 3 ) 4.8 39679 Pa 39.679 kPa 0.005 1.3280.483 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 19 頁(yè) 共 35 頁(yè) 第一、第二氧化反應(yīng)器的各數(shù)值

38、如表 5.1 所示： 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 項(xiàng)目 第一氧化反應(yīng)器 第二氧化反應(yīng)器 床層對(duì)壁總給熱系數(shù) t /kJ m 2 h 1 1 315.12 169.31 總傳熱系數(shù) K /kJ m 2 h 1 1 282.37 159.38 需要傳熱面積 A需 / m2 2897.28 6291.75 實(shí)際傳熱面積 A實(shí) /m2 6847.96 7403.4 床層壓力降 P/kPa 39.679 35.574 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

39、（鍛），質(zhì)量為 471.9 kg；螺栓材料選用 40Cr；螺母材 料選用 35，凹凸密封面，配 60 個(gè) 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(lèi)材料， A 型密封面，人孔標(biāo)記為 AIPg10Dg500JB580-79。 （3）視鏡：選用 2 個(gè) 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(cè)量口：測(cè)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(cè)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

40、應(yīng)器一般為密閉式操作，反應(yīng)器過(guò)程有時(shí)帶正壓或 負(fù)壓，有時(shí)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(kāi)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(gè)。配 M30 地腳螺栓，設(shè)置 加強(qiáng)墊板。 第 20 頁(yè) 共 35 頁(yè) 5.2 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

41、速為 3m/s。 （1）計(jì)算依據(jù)： 進(jìn)口溫度 275，出口溫度 280； 熱負(fù)荷為 7.52 106kJ/h=2.09 106J/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(shí)，設(shè)計(jì)取 282.37 W/m2 對(duì)數(shù)平均溫差：熱端溫差為 325 275=50，冷端溫差為 325280=45 tm 50 45 47.5 換熱面積 A=2.09106/（282.37 47.5）=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(zhǎng) 6

42、000 mm，管程數(shù)，管數(shù) 444，設(shè)備型號(hào)為 G800 -16-200 5.2.2 動(dòng)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(tái)）。 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(jí)吸氣狀態(tài)）；轉(zhuǎn)速為 3

43、33r/min； 活塞行程為 360mm；壓縮級(jí)數(shù)為四級(jí)。 第 21 頁(yè) 共 35 頁(yè) 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(zhǎng)： 30m； 管徑200mm 6mm，閥門(mén) 1個(gè)，止回閥 1個(gè)，三通 2個(gè)， 90彎頭 5個(gè) 排出管管長(zhǎng)： 150m； 管徑 150mm 4.0mm，閥門(mén) 1個(gè)，止回閥 1個(gè)，三通 2個(gè)， 90彎頭 10個(gè) （2）選泵 連續(xù)操作，要求流量均勻且易調(diào)

44、節(jié)，流量大，揚(yáng)程不太大時(shí)，選擇離心泵。 根據(jù)流量、揚(yáng)程及性質(zhì)，確定選擇 IS 型單級(jí)單吸離心泵。 具體型號(hào)查化工原理上冊(cè)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 6=360/36001251.914 9.81 10-3=4.15kw 軸功率 Pa=Pe/ =4.15/0.95=4.37 kw（齒輪傳動(dòng)時(shí)， 取 0.90.95；皮帶輪 傳動(dòng)時(shí)， 取 0.90.95，設(shè)計(jì)取 0.95） Pa 電機(jī)功率 P=K Pa =1.25 4.37/0.95=5.75 kw（K 為電機(jī)富裕系數(shù)，當(dāng) Pa 在 6.5至17范圍內(nèi)時(shí)， K

45、 取1.25） （4）選電機(jī) 配套電機(jī)功率 37kW，軸功率為 31.5 kW。 泵臺(tái)數(shù) 2臺(tái)（正常生產(chǎn) 1 臺(tái)，備用 1臺(tái)），兩者并聯(lián)在管路中，以便于發(fā)生故 障時(shí)切換使用 第 22 頁(yè) 共 35 頁(yè) （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 5.2 離心泵的性能表 序號(hào) 項(xiàng)目 單位 數(shù)據(jù) 1 轉(zhuǎn)速 r/min 2900 2 流量 3 m3/h 6360 3 揚(yáng)程 m 125 4 效率 54% 5 葉輪直徑 mm 280 6 葉輪出口寬度 mm 7.5 軸功率 4.37 7 功率 kw 電機(jī)功率 5.75

46、8 允許氣蝕余量 m 2.5 9 質(zhì)量（泵 / 底座） kg 125/160 2、 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(lèi)： 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(jià)格及供應(yīng)等情況選擇所用的管材。選擇 GB8163-87 無(wú)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(mén)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(dòng)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(duì)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：

47、第 23 頁(yè) 共 35 頁(yè) 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(guò)高引起管道磨損、 振動(dòng)和噪聲等現(xiàn)象，液體的流速一般不超過(guò) 3m/s，氣體流速一般不超過(guò) 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， d V u =0.144m； 1.129 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(duì)應(yīng)的壁厚，管徑尺寸 150mm 4mm。 5.2.4 物料進(jìn)、出料管徑確定 V丙烯 1.472

48、m3 /s m 241.01 42.08 1.914 3600 V空氣 m 2346.05 28.95 1.293 3600 14.59m3 / s V水蒸氣 m 183.17 18.02 1 3600 0.917m3 / s 則丙烯進(jìn)料管徑 d 4Vu 1.129 Vu 1.129 1.94072 0.144 ，經(jīng)圓整后，其尺 寸為 150mm 3mm； 空氣進(jìn)料管徑d 14.59 = 1.129 0.455m ， 90 經(jīng)圓整后，其尺寸為 500mm 10mm； 水蒸氣進(jìn)料管徑 d = 1.129 0.917 0.99017 0.114m ， 經(jīng)圓整后，其尺寸為 120mm3mm。 5.3

49、 工藝設(shè)備一覽表 工藝設(shè)備一覽表如表 5.3 所示： 第 24 頁(yè) 共 35 頁(yè) 表 5.3 丙烯酸氧化工段工藝設(shè)備一覽表 序號(hào) 設(shè)備名稱 規(guī)格 設(shè)備型號(hào) 材料 數(shù)量 1 第一氧化反應(yīng)器 直徑 4700 mm 高 5000mm - Q235-A 2 2 第二氧化反應(yīng)器 直徑 4200 mm 高 5500mm - Q235-A 2 3 封頭 DN470032、DN420032、 JB/T4737-95 Q235-A 2 4 減速機(jī) 減速 X 系列行星擺線針輪 XLD55-11 - 5 電動(dòng)機(jī) 功率 120kW X11YB280M-6 - 6 容器法蘭 PN1.0 DN3200 JB4702-92

50、 20（鍛） 7 螺栓 M24130 JB/T4707-2000 40Cr 8 螺母 凹凸密封面 M24 GB/T6170-2000 35 9 墊片 2101763 - 石棉橡膠 10 人孔 Pg10 Dg500 A 型密封面 JB580-79 一類(lèi)材料 11 視鏡 Pg10Dg100 HGJ501-86 碳鋼 12 溫度計(jì) - 01-6/6 組合件 13 支座 懸掛式支座 JB1165-81 組合件 14 地腳螺栓 M30 GB/T5782-2000 8.8 15 機(jī)械密封 MS-2001-060-BAUVFE HG21571-95 組合件 16 泵 IS 型單級(jí)單吸離心泵 IS80-50-

51、315 組合件 17 風(fēng)機(jī) 鼓風(fēng)機(jī) - 組合件 18 接管 50010 GB/T8163-87 20 號(hào)鋼 19 接管 150 3 GB/T8163-87 20 號(hào)鋼 20 接管 120 3 GB/T8163-87 20 號(hào)鋼 21 冷凝器 列管式冷凝器 - - 第 25 頁(yè) 共 35 頁(yè) 6 車(chē)間布置設(shè)計(jì) 6.1 概述 車(chē)間布置包括車(chē)間廠房布置與車(chē)間設(shè)備布置兩部分內(nèi)容， 車(chē)間廠房布置主要內(nèi) 容是設(shè)計(jì)整個(gè)車(chē)間的廠房結(jié)構(gòu)， 并針對(duì)各種生產(chǎn)設(shè)施、 生產(chǎn)輔助設(shè)施等進(jìn)行布局安 排，主要根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)特點(diǎn)、工藝及相關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)要求、投資能力、場(chǎng)區(qū)面 積和地形等因素而定； 車(chē)間設(shè)備布置設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是確定

52、各生產(chǎn)設(shè)備在車(chē)間廠房中 的空間位置。 隨著化工設(shè)置大型化， 車(chē)間布置總的發(fā)展趨勢(shì)呈以下特點(diǎn)： 露天化流程化 集中化定型化 33 。 6.2 車(chē)間布置的基本原則和要求 車(chē)間布置的基本原則：滿足工業(yè)生產(chǎn)及各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)要求，便于安裝、操作、 維修，便于管理，方便生活；嚴(yán)格遵守相關(guān)的國(guó)家及行業(yè)規(guī)范，嚴(yán)格考慮建筑物 的安全性及生產(chǎn)、生活的安全性；在滿足生產(chǎn)、生活的前提條件下，應(yīng)盡量降低 投資建設(shè)費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益；在可能的條件下，適當(dāng)考慮發(fā)展余地，為擴(kuò)大生 產(chǎn)留出建筑余地；車(chē)間布局應(yīng)合理、整齊、協(xié)調(diào)、美觀、舒適，為工人創(chuàng)造良好 的工作環(huán)境。 車(chē)間布置涉及面較廣，但大致可以歸納為以下幾個(gè)方面 34 ： 1、

53、廠房建筑 （1）廠房平面力求簡(jiǎn)單化，以利用建筑定型化和施工機(jī)械化。常用形式有直 線型、 T 型和 L 型。 （2）柱間距多用 66，一般不超過(guò) 12m?？偪缍龋憾鄬右话?24m，單層30m。 常用廠房總跨度有 6m、12m、18m、 24m、30m，一般有機(jī)化工車(chē)間總跨度為 23 個(gè)柱網(wǎng)跨度。 （3）層高與設(shè)備的高低、 安裝位置有關(guān)， 一般每層 4m 6m，最低不低于 3.2m， 凈空高度不得低于 2.6m。 以上三方面盡量符合建筑模數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)化）的要求。 （4）在可能情況下盡量采用露天化和敞開(kāi)式設(shè)計(jì)，這樣既能節(jié)省投資，又有 利于通風(fēng)采光、防爆、放毒等安全需要。 第 26 頁(yè) 共 35 頁(yè) （5

54、）在不影響流程情況下，較高設(shè)備集中布置，可簡(jiǎn)化廠房立體化布置，又 省投資。 （6）笨重設(shè)備和震動(dòng)設(shè)備盡量布置底樓的地面。同類(lèi)設(shè)備可盡量集中。 （7）設(shè)備穿孔必須避開(kāi)主梁。 （8）廠房出入口、交通道、樓梯等都需精心安排。一般廠房大門(mén)寬度要比通 過(guò)的設(shè)備寬度大 0.2m 以上，滿載的運(yùn)輸設(shè)備大 0.6m1.0m，單門(mén)寬一般 900mm， 雙門(mén)寬有 1200mm、1500mm、1800mm，樓梯的坡度 45o60o，主樓梯 45o的較多。 2、生產(chǎn)操作 35 （1）設(shè)備布置盡量和工藝流程一致，避免交叉往返送料。盡量采用位差送料， 一般從高層到低層設(shè)備布置槽 反應(yīng)設(shè)備 貯槽、重型設(shè)備和震動(dòng)設(shè)備。 （2

55、）相互有聯(lián)系的設(shè)備盡量靠近，但要考慮操作、行人通道、送料及半成品 堆放等空地。 （3）相同、相似設(shè)備盡可能對(duì)稱、集中，以利操作管理及水、電、氣等供應(yīng)。 （4）考慮進(jìn)出料、取樣、觀察等方便。 3、設(shè)備裝修 （1）不僅要考慮安裝時(shí)設(shè)備的進(jìn)出，而且要考慮各單個(gè)設(shè)備的更換和檢修， 保證足夠的空間和通道。 （2）二層樓以上的設(shè)備，需在下層設(shè)吊孔，對(duì)龐大特殊設(shè)備在封閉式廠房中 可先裝設(shè)備后砌墻。 （3）要考慮起吊裝置，如塔頂、房梁設(shè)永久吊架。 4、安全要求 （1）采光要好，盡量避光操作，高大設(shè)備避免靠窗擋光。 （2）通風(fēng)要好，高溫、有毒、易燃、易爆車(chē)間盡可能取敞開(kāi)式，以利通風(fēng)散 熱。機(jī)械通風(fēng)效果要好， 應(yīng)

56、根據(jù)逸出氣體或粉塵量的允許濃度確定通風(fēng)量和通風(fēng)次 數(shù)。 （3）有毒物質(zhì)的設(shè)備放置下風(fēng)，操作單位應(yīng)在上風(fēng)。劇毒物質(zhì)的設(shè)備要隔離 操作、單獨(dú)排風(fēng)。 （4）防爆車(chē)間盡可能使用單層廠房，避免車(chē)間有死角。建筑物泄壓面積一般 為 0.05m2/m3。多層的樓板要有泄壓孔，設(shè)計(jì)放火、防爆墻，設(shè)置雙斗門(mén)，門(mén)窗朝 第 27 頁(yè) 共 35 頁(yè) 外。門(mén)凈寬不小于 0.8m，凈高不低于 2m，走道凈寬不小于 1.4m，樓梯最小寬度不 小于 1.1m。二樓以上要考慮緊急疏散等設(shè)施。要考慮消防設(shè)施、設(shè)備。 （5）對(duì)腐蝕性的介質(zhì)，除考慮設(shè)備外還要考慮墻、柱、地屏等防護(hù)要求。 5、車(chē)間輔助用室及生活用室的配置： 如自控室、動(dòng)

57、力間、變配電室、通風(fēng)除塵室、機(jī)修間、辦公室、化驗(yàn)室、休息 室、更衣間、廁所等，對(duì)防爆及毒性大的車(chē)間，上述各項(xiàng)盡量避免設(shè)在車(chē)間內(nèi)。 6、設(shè)備之間及設(shè)備與建筑物之間的一般安全距離見(jiàn)表6.1。 表 6.1 一般安全距離 場(chǎng)合 安全距離 /m 往復(fù)運(yùn)動(dòng)部分離墻 1.5 回旋運(yùn)動(dòng)部分離墻 0.81.0 回旋機(jī)械之間 0.81.2 泵間 1.0 泵列間 1.5 吊動(dòng)物與設(shè)備最高點(diǎn) 0.4 貯槽之間 0.40.6 設(shè)備蓋上轉(zhuǎn)動(dòng)裝置離天花板 0.8 通廊、操作通行部分凈高 2.0 設(shè)備與墻之間一人操作 1.0 設(shè)備與墻之間無(wú)人操作 0.5 二設(shè)備間二人操作小車(chē)通過(guò) 3.1 二設(shè)備間一人操作小車(chē)通過(guò) 1.9 二

58、設(shè)備間二人操作偶有人過(guò) 1.8 二設(shè)備間二人操作常有人過(guò) 2.4 二設(shè)備間一人操作偶有人過(guò) 1.2 第 28 頁(yè) 共 35 頁(yè) 7 經(jīng)濟(jì)性分析 7.1 投資估算 生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn) 100000 噸丙烯酸； 生產(chǎn)安排：年生產(chǎn)小時(shí)數(shù)為 8000 小時(shí)； 1、生產(chǎn)工人（采用 4 班制）： 第一氧化工段 4人，第二氧化工段 6 人，技術(shù)工人 3 人，維修工人 3人，水電 人員 3 人，庫(kù)管工人 2 人，管理人員 1人，合計(jì) 22 人；總?cè)藬?shù) 88 人。 2、設(shè)備投資：各設(shè)備的投資估算情況見(jiàn)表 7.1 表 7.1 設(shè)備投資 設(shè)備名稱 數(shù)量 /個(gè) 單價(jià)/元 金額 /萬(wàn)元 第一氧化反應(yīng)器 2 200000 4

59、0 第二氧化反應(yīng)器 2 200000 40 冷凝器 4 15000 6 預(yù)熱器 4 15000 6 汽化器 4 20000 8 原料貯槽 6 15000 9 泵 6 5000 3 合計(jì) 28 470000 112 運(yùn)輸費(fèi) 50 萬(wàn)元，裝備費(fèi) 30 萬(wàn)元，其他設(shè)備 20萬(wàn)元； 則設(shè)備總投資為 212 萬(wàn)元。 3、固定資產(chǎn)投資： 若建設(shè) 2000m2廠房，按造價(jià) 5000 元/m2，其資金為 1000 萬(wàn)元； 上下水工程，電氣工程，其資金為 200 萬(wàn)元； 則固定資產(chǎn)總投資為 1200 萬(wàn)元。 7.2 成本估算 1、原料估算見(jiàn)表 7.2 第 29 頁(yè) 共 35 頁(yè) 表 7.2 原料價(jià)格 物料名稱

60、年消耗量 /噸 單價(jià) /元 噸 -1 年需金額 /萬(wàn)元 丙烯 8.11 104 11000 89210 催化劑 1000 合計(jì) 90210 2、水、電等費(fèi)用的成本估算見(jiàn)表 7.3 表 7.3 水電費(fèi)成本表 名稱 消耗量 單價(jià) /元 年需金額 /萬(wàn)元 熔鹽 35 t 500 17500 鍋爐用水 9 t 20 180 電 15.2kw(泵)；19.8kw （照明） 2 70 水蒸氣 30 t 30 900 合計(jì) - 552 18650 3、人員工資估算 按人均每個(gè)月 2000 元計(jì)算，人均福利為每年 3000 元/人，保險(xiǎn)等其它費(fèi)用為 每年 4000 元/人，則每年用于工人工資和福利金額為： 8