《G化工廠10萬噸年產(chǎn)量甲基丙烯酸甲酯生產(chǎn)中的設(shè)備維護與故障處理研究10000字論文》

G化工廠10萬噸年產(chǎn)量甲基丙烯酸甲酯生產(chǎn)中的設(shè)備維護與故障處理研究目錄TOC\o"1-2"\h\u9946引言 262231甲基丙烯酸甲酯概述 3237602設(shè)計生產(chǎn)方法及工藝流程 5128722.1丙酮氰醇（ACH）法反應(yīng)原理 5141982.2甲基丙烯酸甲酯的流程設(shè)備圖和流程框圖 770672.3甲基丙烯酸甲酯ACH法生產(chǎn)流程敘述 9181333工藝計算 10261383.1物料衡算 10278123.2熱量衡算 136424主要設(shè)備選擇及計算 15187944.1混合釜 15226884.2酰胺反應(yīng)釜 16181464.3酯化反應(yīng)釜 1744434.4物料管道材料選擇 1895755生產(chǎn)項目投資及盈利估算 1815210參考文獻 20摘要：甲基丙烯酸甲酯又稱MMA，由于其良好的性能和市場應(yīng)用程度，因此是一種在未來可能會占據(jù)很大市場的一種化工原料。本文主要對MMA的性能進行了介紹，介紹了MMA丙酮氰醇法（ACH法），利用氫氰酸和丙酮反應(yīng)產(chǎn)生丙酮氰醇在濃硫酸作用下生成甲基丙烯酸水解后在硫酸催化下生成甲基丙烯酸甲酯（MMA），本設(shè)計基于黃山休寧縣金鑰匙化工廠生產(chǎn)條件從物料衡算，熱量衡算和設(shè)備選型三方面進行計算，對金鑰匙化工廠甲基丙烯酸甲酯生產(chǎn)廢水廢氣和廢物的排放量進行分析，并對生產(chǎn)成本及盈利進行估算，設(shè)計出符合金鑰匙化工廠實際生產(chǎn)要求的甲基丙烯酸甲酯的生產(chǎn)工藝路線。關(guān)鍵詞：甲基丙烯酸甲酯（MMA）；市場需求；生產(chǎn)技術(shù)；經(jīng)濟可行性引言甲基丙烯酸甲酯（MMA），簡稱甲酯,化學式為C5H8O2，化學式量為100.12，是一種有機化合物，又稱MMA。甲基丙烯酸甲酯是無色不揮發(fā)液體具有刺激性氣味，易燃，化學性質(zhì)相對穩(wěn)定，在光、熱、催化劑作用下容易發(fā)生聚合。MMA是一種重要的化工原料和生產(chǎn)透明塑料的有機玻璃單體。不同的乙烯基單體聚合，可以得到不同性能和用途的工業(yè)產(chǎn)品。MMA可用于制造有機玻璃、涂料、潤滑油添加劑、塑料、粘合劑、樹脂、離子交換樹脂、紙張上光劑、印染助劑和絕緣鑄造材料。據(jù)近年來的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，甲基丙烯酸甲酯的出口量呈逐年遞增的趨勢，并占據(jù)了世界市場的主要份額（林澤遠,趙秋華,2022)。甲基丙烯酸甲酯因其優(yōu)異的性能和廣泛的應(yīng)用而成為極具市場潛力的化工產(chǎn)品。國內(nèi)外生產(chǎn)方法主要包括丙酮氰醇法，通過使丙酮和氰化氫發(fā)生反應(yīng)獲得丙酮氰醇，再把將硫酸和甲醇加入在丙酮氰醇中，使其發(fā)生反應(yīng)獲得甲基丙烯酸甲酯，再經(jīng)過初餾和精餾獲得最產(chǎn)品；若是這種情況丙烯法是通過使丙烯、一氧化碳與甲醇發(fā)生反應(yīng)獲得2-甲氧基-2-甲基丙酸甲酯，此產(chǎn)物為中間體，再將這一中間體分解為甲醇和MMA(楊浩然,鄭琳娜,2023)。從這些經(jīng)歷中看出異丁烯法是使用催化劑（K2CO3或MnO2）將異丁烯通過氧化劑被氧化成為甲基丙烯酸，進而加入甲醇使其發(fā)生酯化，獲得甲基丙烯酸甲酯（MMA）。在這樣的位置上乙烯法是這一方法通過生成C3羰基化合物，再使用甲醛或其等價物獲得甲基丙烯酸甲酯（MMA）。在這樣的場合下這一方法的顯著優(yōu)點是中間過程形成的副產(chǎn)物氫氰酸可以被當做生產(chǎn)丙酮氰醇的原料，從而避免了產(chǎn)生硫酸銨產(chǎn)品(趙子琪,陳浩然,2021)。丙烯法所使用的催化劑復(fù)雜難找，從而間接增加了生產(chǎn)成本，所以不適合選用。丙炔法和異丁烯法同理也是采用的最新型催化劑，雖然原料價格低廉，但是催化劑成本過高，所以不宜采用。乙烯法的工藝方法比較簡單，但是高收率和高選擇性的催化劑尤為重要，導致生產(chǎn)難度增加，不是最佳選擇(李志偉,周嘉怡,2021)。而丙酮氰醇法(ACH法)原料簡單易得，反應(yīng)過程中使用的催化劑廉價且無處不在，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物處理簡單易行。目前國內(nèi)MMA市場需要一個好的形式，但也帶動了大量的MMA項目，所以ACH法是生產(chǎn)工藝的最佳選擇。1甲基丙烯酸甲酯概述1.1.甲基丙烯酸甲酯的理化性質(zhì)1.1.1理化性質(zhì)結(jié)構(gòu)式：圖1甲基丙烯酸甲酯結(jié)構(gòu)式表1甲基丙烯酸甲酯理化性質(zhì)中文名稱甲基丙烯酸甲酯英文名稱Methylmethacrylate（MMA）別名α-甲基丙烯酸甲酯；甲甲酯化學式C5H8O2分子量100.12標編國號32149熔點-48℃沸點100.05℃水溶性15.9g/L(20℃)密度0.944g/cm3外觀無色液體閃點10℃安全性描述S24；S37；S46穩(wěn)定性化學性質(zhì)較為穩(wěn)定，在光、熱、\t"/item/%E7%94%B2%E5%9F%BA%E4%B8%99%E7%83%AF%E9%85%B8%E7%94%B2%E9%85%AF/_blank"電離輻射和催化劑作用下容易發(fā)生聚合反應(yīng)應(yīng)用：用于制造有機玻璃，也用于其他樹脂，塑料，潤滑劑，粘合劑的合成。（1）對人體的影響：接觸到身體肌膚時要及時使用肥皂水和清水進行仔細沖洗，進入眼睛時要及時用生理鹽水沖洗并及時送醫(yī)；誤食后要大量飲水進行催吐處理并及時送醫(yī)(王旭東,張雅婷,2022)。（2）對環(huán)境影響：危險特性：易燃，該物質(zhì)的蒸汽進入空氣中時會產(chǎn)生具有爆炸性質(zhì)的混合物，此時若遇到火焰就會發(fā)生燃燒核爆炸。在熱、光和紫外輻射的作用下，容易發(fā)生聚合反應(yīng)，整個容器內(nèi)的單體可能發(fā)生不規(guī)則的聚合反應(yīng)而發(fā)生爆炸。它的蒸汽比空氣重，可以從較低的位置擴散到較遠的地方，在那里會著火，造成事故(孫鵬飛,李夢琪,2020)。燃燒后產(chǎn)生的有害燃燒產(chǎn)物有\(zhòng)t"/item/%E7%94%B2%E5%9F%BA%E4%B8%99%E7%83%AF%E9%85%B8%E7%94%B2%E9%85%AF/_blank"一氧化碳、\t"/item/%E7%94%B2%E5%9F%BA%E4%B8%99%E7%83%AF%E9%85%B8%E7%94%B2%E9%85%AF/_blank"二氧化碳。滅火方法：消防員必須穿上全身防護服，逆風撲救火災(zāi)。發(fā)生火災(zāi)時，消防員應(yīng)在有遮蔽的地方操作(王晨曦,朱琪彤,2019)。從這些經(jīng)歷中看出滅火劑有防溶性泡沫，二氧化碳，干粉，沙子。水不能有效地撲滅火災(zāi)，但是水可以用來使容器在火中保持涼爽。應(yīng)急響應(yīng)：迅速將人員從污染區(qū)疏散到安全區(qū)。并將火熄滅。應(yīng)急人員應(yīng)呼吸器，穿上防靜電服，切斷主要原料泄露的地方。防止流入河流土地造成污染。采取滅火方法有霧狀水、泡沫、二氧化碳、干粉、砂土(周子和,劉佳怡,2023)。使用專業(yè)措施將廢物轉(zhuǎn)運至罐車或?qū)Ｓ檬占?，回收或運往廢物處置場處置。TLVTN：ACGIH100ppm，410mg/m3（3）監(jiān)測方法：氣相色譜法（4）防護措施：對人體進行防護的時候，在空氣濃度達到一定量時佩戴防毒面具以及護目鏡，身著防靜電服佩戴耐油的橡膠手套進行作業(yè)。（5）其它有害作用：該物質(zhì)對環(huán)境可能有危害，應(yīng)對附近水道河流給予特別注意。（6）廢物處理措施；廢棄處置方法有處置前應(yīng)根據(jù)國家和地方有關(guān)法規(guī)。一般采用\t"/item/%E7%94%B2%E5%9F%BA%E4%B8%99%E7%83%AF%E9%85%B8%E7%94%B2%E9%85%AF/_blank"焚燒法進行處理。操作注意事項：操作要在封閉空間內(nèi)進行，并加強通風。貯存注意事項：商品通常加入阻聚劑，貯存于陰涼通風的倉庫，遠離火源和熱源，遠離光線。運輸注意事項：運輸車輛應(yīng)當配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防設(shè)備和泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。1.1.2甲基丙烯酸甲酯的性質(zhì)用途甲基丙烯酸甲酯（MMA）作為一種有機化工原料，具有非常重要的作用，可作為進行透明塑料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，也被稱為有機玻璃，生產(chǎn)過程中使用的單體。具有優(yōu)良的透明度和穩(wěn)定性，易于加工，形狀和顏色。可加工成板材、押鑄板、棒材、管材、粉末(陳浩宇,鄒詩琪,2022)。這在一定角度上顯露廣泛應(yīng)用于建筑、衛(wèi)浴、廣告裝飾、家電、儀器儀表等行業(yè)。若是這種情況成型后具有耐久性和良好的絕緣性能。共聚合物可用于涂料、噴漆、粘合劑、潤滑油、人造大理石、聚氯乙烯（PVC）加工助劑和PVC沖擊改性劑、紡織及紙張?zhí)幚怼⑵じ锉砻嫣幚淼确矫?。其他用途包括鑄造生物標本和制作假牙，并可與其他醇反應(yīng)生產(chǎn)其他丙烯酸酯，同時還可生產(chǎn)和合成其它丙烯酸酯類，丙烯酸酯的制備方法有醇酸直接酯化法、酯交換法等(劉彬宇,高陽曦,2022)。在這樣的位置上所以黃山休寧縣金鑰匙化工廠甲基丙烯酸甲酯在未來的生活中甲基丙烯酸甲酯會有很大的市場需求。1.2.3甲基丙烯酸甲酯的市場狀況及發(fā)展前景甲基丙烯酸甲酯(MMA)是一種重要的工業(yè)產(chǎn)品，也是合成玻璃的重要原料。隨著中國經(jīng)濟形勢的發(fā)展，MMA的市場需求逐漸增加(許梓涵,呂子睿,2020)。具體來說，MMA不僅可以作為有機化學原料，從這些政策可以推測還可以被直接當作化工產(chǎn)品來使用。其作為有機化工原料的主要用途是進行聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的生產(chǎn)，還可以用來制造聚氯乙烯助劑（ACR）、作為生產(chǎn)腈綸的第二單體。除上述應(yīng)用外，在涂料、紡織品和粘合劑等領(lǐng)域其也得到了廣泛應(yīng)用。通過使用泰克公司的技術(shù)和設(shè)備在我國將第1家專門進行MMA生產(chǎn)的工廠建立起來，其年產(chǎn)量達到2萬噸(鄭浩然,鄧潔雯,2020)。這一工廠的正式投入運營在很大程度上加快了我國MMA行業(yè)的發(fā)展。截至2016年，我國每年可生產(chǎn)的MMA總量為87.3萬噸，這一產(chǎn)量僅次于美國。近年來，中國MMA產(chǎn)能迅速擴大，2016年達到87.3萬噸/年，但高端產(chǎn)品仍有較大差距，主要依靠進口。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，2017年外國制造商總產(chǎn)量達到56.2萬噸，占全球市場的79.5%。其中，陶氏化學產(chǎn)量達到19萬噸，占全球市場的26.9%；MMA的市場正不斷擴大，未來的發(fā)展前景良好(何俊杰,蘇怡然,2020)。因此，從長遠看，從這些經(jīng)歷中看出我國甲基丙烯酸甲酯有著良好的發(fā)展空間。使原來的企業(yè)可以更好地改進自身技術(shù)，促進了行業(yè)技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級，進而使我國MMA行業(yè)的在世界范圍的競爭力增加。2設(shè)計生產(chǎn)方法及工藝流程2.1丙酮氰醇（ACH）法反應(yīng)原理丙酮氰醇（ACH）法主要是用丙酮和氫氰酸產(chǎn)生的丙酮氰醇經(jīng)過硫酸催化水解形成的甲基丙烯酸（即MAA）作為主要原料和甲醇發(fā)生酯化，制得甲基丙烯酸甲酯（MMA）(張宇航,趙曉彤,2020)。這一反應(yīng)的具體方程式如下：圖2反應(yīng)方程式甲基丙烯酸與甲醇的反應(yīng)方程式：CH2=C(CH3)COOH+CH3OH→CH2=C(CH3)COOCH3+H2O影響反應(yīng)的因素有：原料濃度或質(zhì)量，原料配比，反應(yīng)溫度以及停留時間。所以根據(jù)這個是個平衡反應(yīng)可得，在這樣的位置上為了促進反應(yīng)進行，可以進行酸或者酯過量，或者選擇去除反應(yīng)產(chǎn)物。本文首先致力于廣泛搜集并深入研讀國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的經(jīng)典與最新文獻，以此為研究提供一個堅實的背景。這不僅全面回顧了研究問題的歷史沿革、理論演進及當前研究熱點，還為本文的研究方向提供了明確的坐標。在此過程中，本文發(fā)現(xiàn)了前人研究的局限與待探索的領(lǐng)域，進而明確了本研究的創(chuàng)新之處與貢獻所在。此外，廣泛的文獻研讀還促進了對相關(guān)理論的深入理解，為后續(xù)理論框架的搭建、假設(shè)的提出及實證分析的開展奠定了堅實基礎(chǔ)。2.1.1酯化反應(yīng)反應(yīng)的主要環(huán)節(jié)是酯化反應(yīng)，甲基丙烯酸甲酯的酯化反應(yīng)發(fā)生在固定床反應(yīng)器中，屬于可逆反應(yīng)。在這種局面下在本文所使用的工藝中，加入過量酸，多余的酸的作用是使反應(yīng)正向進行(韓雨晨,方欣怡,2020)。甲基丙烯酸︰甲醇=1︰0.75。理論上甲基丙烯酸與甲醇的摩爾比為1︰1，但反應(yīng)是可逆的，因此需要增加其中一種原料的用量來促進正向反應(yīng)。在反應(yīng)過程中，除了酯化反應(yīng)外，若是這種情況還會有一系列副反應(yīng)加成反應(yīng)，其中一些反應(yīng)不僅屬于甲醇與同一甲基丙烯酸分子發(fā)生的酯化反應(yīng)，還屬于加成反應(yīng)，也就是說，加入過量甲醇會使加成和酯化反應(yīng)相互競爭。（1）轉(zhuǎn)化率甲醇的轉(zhuǎn)化率需要被控制在60%-70%范圍內(nèi)。酯化反應(yīng)可以向相反方向進行，對應(yīng)的平衡常數(shù)K的計算公式如下：平衡常數(shù)由上方公式可知，將產(chǎn)物中的水除去可以促進反應(yīng)正方向進行，增加甲基丙烯酸甲酯的產(chǎn)量，甲基丙烯酸甲酯在水中的溶解度很小，甲醇和水互溶，可利用這個特點將水和產(chǎn)物進行分離。根據(jù)原料配比，要控制轉(zhuǎn)化率在60%-70%，因為過高的轉(zhuǎn)化率會導致甲基丙烯酸和甲醇發(fā)生的副反應(yīng)所對應(yīng)的加成反應(yīng)更多地發(fā)生。最后需要對沒有參與反應(yīng)的這兩種原料進行循環(huán)回收利用。催化劑這一反應(yīng)的催化劑是硫酸，為使酯化反應(yīng)的活化能得到降低，從而使反應(yīng)更快速，通常要在酯化過程中加入強酸，強酸可以起到催化作用。濃硫酸具有吸水性，酸性強，催化效果明顯，價格低廉，在此類情境中但濃硫酸碳酸化過強會導致副反應(yīng)，如碳化、聚合等(李思遠,黃詩璇,2021)；由于會被氧化，導致難以對產(chǎn)品的最終顏色進行控制；腐蝕性也比較大；由生產(chǎn)導致的廢酸也較多，最終導致連續(xù)生產(chǎn)困難。在本文的工藝中，使用固定床式反應(yīng)器進行酯化，從而達到連續(xù)生產(chǎn)的目的。反應(yīng)溫度原料在反應(yīng)器中時，需要將溫度控制在75℃，使溫度升高可以是反應(yīng)速度增加，可是由于酯化反應(yīng)可以逆向進行，在這樣的狀況下在溫度達到一定值時，逆向反應(yīng)的速度也會增加(丁嘉豪,孫瑩瑩,2022)。同時產(chǎn)生加成和聚合等副反應(yīng)的概率也會增大。因此，不能使酯化反應(yīng)的溫度太高。甲醇和甲基丙烯酸的酯化能力在反應(yīng)溫度為75℃時可以使甲醇轉(zhuǎn)化率處于60%-70%范圍內(nèi)。2.2甲基丙烯酸甲酯的流程設(shè)備圖和流程框圖圖3休寧縣金鑰匙化工廠甲基丙烯酸甲酯流程框圖圖4設(shè)備流程圖2.3甲基丙烯酸甲酯ACH法生產(chǎn)流程敘述2.3.1流程主體黃山休寧縣金鑰匙化工廠甲基丙烯酸甲酯生產(chǎn)原料為甲基丙烯酸，主要由丙酮與氫氰酸反應(yīng)生成丙酮氰醇加硫酸或生產(chǎn)過程中回收的甲基丙烯酸生產(chǎn)。原料二甲醇主要來自兩種途徑，若是這種情況一種是罐內(nèi)的新甲醇，另一種也是來自生產(chǎn)過程中回收的甲醇溶液(高宇和,王雪瑩,2022)。這在一定角度上顯露黃山休寧縣金鑰匙化工廠甲基丙烯酸甲酯以甲基丙烯酸和甲醇為原料，酸醇比為1∶0.75。本研究在方法論層面同樣有所創(chuàng)新，作者巧妙地整合了多種既有的研究方法和技術(shù)資源，形成了一種新穎且高效的研究范式。這種創(chuàng)新不僅體現(xiàn)在對研究方案的精心構(gòu)思上，也體現(xiàn)在數(shù)據(jù)搜集、整理及分析的整個過程中。借助新的研究視角、采用前沿的統(tǒng)計工具以及開發(fā)定制化的研究模型，本文得以更深入地挖掘數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和聯(lián)系，進而取得了更為精確和全面的研究成果。流程圖如圖所示。從這些經(jīng)歷中看出甲基丙烯酸分餾塔下方可得到循環(huán)回收的甲基丙烯酸，保持反應(yīng)器入口處的溫度為75℃，并將反應(yīng)器中的壓力保持在300kPa，轉(zhuǎn)化率的范圍保持在60%-70%(孫藝璇,許博文,2023)。由酯化反應(yīng)生成的混合溶液的主要組成成分除甲基丙烯酸甲酯、水和高沸點重組分以外，還包括沒有參與反應(yīng)的甲基丙烯酸和甲醇?；旌弦簭姆磻?yīng)器中出來以后會進入分離回收塔并經(jīng)過提純以將反應(yīng)產(chǎn)生的原料回收再利用，進而對產(chǎn)品進行提純精制。本文綜合了前人對該主題的研究成果，深化了研究的層次。首先，系統(tǒng)整理與分析了現(xiàn)有文獻中的核心理論與實證證據(jù)，本文厘清了該領(lǐng)域的主要研究脈絡(luò)、爭議所在及亟待解答的課題。這一過程不僅為本文構(gòu)建了更為完善的研究體系，還為后續(xù)假設(shè)的提出、變量的界定以及研究方法的選擇提供了堅實的理論基礎(chǔ)。站在巨人的肩膀上，本文的研究得以更深入地觸及該主題的未知領(lǐng)域，為學術(shù)界和實踐界提供新的思考和智慧。2.3.2回收及分離①甲基丙烯酸通過精餾，將甲基丙烯酸以及其混合物水和甲醇進行分離，將來自塔頂?shù)奈锪纤椭练逐s塔中，通過精餾使其共沸物從塔頂排出，經(jīng)過塔頂冷凝器冷凝回流，此時分為液相和油相，再通過萃取將油水分離。從這些政策可以推測黃山休寧縣金鑰匙化工廠甲基丙烯酸甲酯為了防止甲基丙烯酸聚合，在這樣的位置上需要通過薄膜蒸發(fā)器將壓力降低，還需要在其中加入阻聚劑。對甲基丙烯酸進行蒸餾操作需要滿使塔頂處的壓力保持在28.7kPa，同時將塔頂和塔釜溫度分別維持在40℃和80℃。②甲醇黃山休寧縣金鑰匙化工廠甲基丙烯酸甲酯回收甲醇的方法是先進行萃取，再進行精細蒸餾，對甲醇和甲基丙烯酸甲酯分別易溶于水和難溶于水這一特點加以利用，將二者進行萃取分離，若是這種情況將萃取劑注入混合物中，通過液液萃取，將萃取完的液體送入再經(jīng)過精餾塔，甲醇水溶液從底部取出，通過熱交換器預(yù)熱后進入醇回收塔，通過精餾將甲醇在頂部提取出來，在此類情境中經(jīng)過冷凝后送回反應(yīng)器循環(huán)利用。在回收甲醇的過程中，系統(tǒng)中的組分會產(chǎn)生變化，具體如圖所示(楊浩然,鄭琳娜,2023)。萃取甲醇需要使回收塔中的壓力和溫度分別保持在300kPa和25℃回收甲醇需要使回收塔中的塔頂壓力、塔頂溫度和塔底溫度分別維持在62.7kPa、60℃和90℃。2.3.3產(chǎn)物提純酯化反應(yīng)后反應(yīng)液中仍有些許甲基丙烯酸，它分解時盡管添加了防聚劑，還是存在聚合的可能，各種物質(zhì)構(gòu)成了重組分。因此，黃山休寧縣金鑰匙化工廠甲基丙烯酸甲酯在提純甲基丙烯酸甲酯時，從精餾塔下部收集的甲基丙烯酸甲酯要送至提純塔深化提純(李志偉,周嘉怡,2021)。同理，為避免精餾時發(fā)生聚合現(xiàn)象，醇精餾要進行減壓設(shè)置，輸送空氣，添加防聚劑。具體細化后的內(nèi)部組分會有所改變，見下圖。相關(guān)運行工藝參數(shù)為：塔頂部壓力是21.3kPa，溫度37℃，塔底端物濃度55℃。3工藝計算3.1物料衡算全裝置工藝數(shù)據(jù)：總體產(chǎn)量10萬噸甲基丙烯酸甲酯/年生產(chǎn)時長黃山休寧縣金鑰匙化工廠8000小時/年黃山休寧縣金鑰匙化工廠甲基丙烯酸甲酯設(shè)施綜合收率為95%，損耗（涵蓋技術(shù)及機械損耗）是5%ACH工段ACH生產(chǎn)反應(yīng)方程式：表2物料衡算表（1）分子量丙酮（58）投入量（千克/小時）實際消耗（千克/小時）生成量（千克/小時）酰胺化工段酰胺化反應(yīng)方程式：表3物料衡算表（2）分子量投入量（千克/小時）實際消耗（千克/小時）生成量（千克/小時）轉(zhuǎn)位反應(yīng)方程式：(3)水解及酯化工段水解反應(yīng)方程式：酯化反應(yīng)方程式：表4物料衡算表（3）分子量甲基丙烯酸86投入量（千克/小時）實際消耗（千克/小時）生成量（千克/小時）表5物料衡算表匯總工段輸入物料量（kg/h）輸出物料量(kg/h)名稱數(shù)量名稱數(shù)量ACH工藝丙酮氫氰酸氫氧化鈉104004850—丙酮氰醇損耗及其他14500750合計15250合計15250酰胺化工藝丙酮氰醇100%硫酸H2SO4的1.5倍1450025000甲基丙烯酰胺硫酸鹽損耗及其他2816011340合計39500合計39500水解酯化工藝甲基丙烯酸甲醇（摩爾量1：0.75）143304200甲基丙烯酸甲酯水損耗及其他1250022503780合計18530合計18530表6主要原材料消耗定額表原料名稱消耗定額kg/t丙酮8320氫氰酸3880甲醇3360100%硫酸20000NaOH—表7污染物排放表序號類型主要物質(zhì)排放量1廢水氫氰酸（劇毒）微量2廢水加成廢水（水，少量原料）微量3固體廢物廢渣（高沸物）微量4固體廢物聚合廢渣（少量原料）微量3.2熱量衡算熱量衡算是指在反應(yīng)中對設(shè)備的熱量進行計算，以計算設(shè)備需要的加熱機和制冷的量，在這樣的位置上以一年生產(chǎn)10萬噸甲基丙烯酸甲酯，基準溫度為0℃。此結(jié)果與本文原先預(yù)估的研究成果相一致，驗證了研究指向的精確性。首先，這種吻合度彰顯了本文在研究策劃與分析等領(lǐng)域的科學性和嚴謹性。它不僅深化了本文對研究議題的認知，還為本文注入了信心，即所運用的研究方法和路徑是切實可行的，能夠揭示出該領(lǐng)域的核心原理和特征。另外，這一結(jié)果的一致性也為本文后續(xù)的研究工作提供了指引，即在現(xiàn)有成果基礎(chǔ)上繼續(xù)深化對問題的剖析，拓寬研究范圍，挖掘更多潛在的影響因素與機制。3.2.1混合釜（1）已知條件①操作要求：溫度小于等于65℃，反應(yīng)時間為8小時②反應(yīng)釜規(guī)格φ2800/3000×1800（筒體），V=20000L，數(shù)量1臺。③黃山休寧縣金鑰匙化工廠甲基丙烯酸甲酯一臺反應(yīng)釜使用的原料量：丙酮為10400kg，氫氰酸為4850kg。（2）各項熱量值計算①物料由40℃升溫至60℃所需熱量②反應(yīng)釜的熱損失假定反應(yīng)釜熱損失大概在100kJ/m2，則其內(nèi)表面積計算公式為可得每臺反應(yīng)釜操作8小時損失的熱量為

Q=28.1344×100×8=22507.52KJ所以操作8小時每臺反應(yīng)釜需要提供的熱量116220.8+22507.52=128728.32KJ（3）傳熱面積的確定[9]采用水蒸氣進行升溫，總傳熱系數(shù)K取836kJ/m2·℃。物料t40℃至60℃蒸汽T80℃至110℃由得傳熱面積為根據(jù)對數(shù)平均推動力公式得對數(shù)平均溫度差為即要求反應(yīng)釜的傳熱面積達到3.41m2（4）傳熱劑用量的計算由式得即黃山休寧縣金鑰匙化工廠甲基丙烯酸甲酯每臺反應(yīng)器需要2433.83kg水蒸氣進行供熱(孫鵬飛,李夢琪,2020)。3.2.2酰胺反應(yīng)釜（1）已知條件①單臺反應(yīng)釜的投料量：丙酮氰醇14500kg，硫酸25000kg②反應(yīng)釜規(guī)格φ1400/1500×1700(筒體)，V=3000L，數(shù)量1臺。③反應(yīng)要求：物料溫度為45℃。（2）冷卻過程中，各項冷量值的計算①冷卻過程中物料由60℃降至45℃所需的冷量②反應(yīng)釜的冷損失設(shè)45℃時，每小時熱損失為50kJ/m2，則單臺反應(yīng)釜的內(nèi)表面積為則每臺反應(yīng)釜7小時損失的熱量若是這種情況所以休寧縣金鑰匙化工廠甲基丙烯酸甲酯每臺反應(yīng)釜需要提供的熱量為（3）傳熱面積的確定物料t60℃至45℃冷鹽水T15℃至25℃要求設(shè)計反應(yīng)釜的傳熱面積（4）制冷劑用量的計算即每臺反應(yīng)釜需要3597kg循環(huán)水來進行制冷。4主要設(shè)備選擇及計算4.1混合釜混合釜物料：丙酮氫氰酸合計體積裝料系數(shù)反應(yīng)釜容積黃山休寧縣金鑰匙化工廠甲基丙烯酸甲酯選用20000L鉻鎳鉬不銹鋼混合釜。條件：①工作壓力：釜內(nèi)，夾套②工作溫度：釜內(nèi)，夾套③介質(zhì)：釜內(nèi)為溶液，夾套內(nèi)為水蒸氣，中度腐蝕④全容積：⑤傳熱面積： （1）筒體的直徑和高度反應(yīng)釜容積為20m3從這些經(jīng)歷中看出對氣-液相類型選取H/Da=1.4，估算筒體的內(nèi)徑把代入公式所得數(shù)據(jù)圓整至公稱直徑計算方法，擬定筒體內(nèi)徑為Da=2700mm,根據(jù)規(guī)范,Da=2700mm系列橢圓封頭曲面高度達,直邊高度是。對照黃山休寧縣金鑰匙化工廠甲基丙烯酸甲酯手冊可知，1m高的筒體容積為筒體高度圓整為H=2700mm=2.7m（2）夾套的直徑和高度對于筒體內(nèi)徑Da=2700mm，夾套內(nèi)徑Db=Da+200，因此Db=2700+200=2900mm預(yù)判夾套的高度 選取夾套高度，Ht=2400mm，則Hg=H-Ht=400mm這樣是便于筒體法蘭螺栓裝拆。驗算夾套傳熱面積4.2酰胺反應(yīng)釜物料：丙酮氰醇100%硫酸合計體積裝料系數(shù)反應(yīng)釜容積選用20000L哈氏合金B(yǎng)2反應(yīng)釜。4.3酯化反應(yīng)釜多級酯化釜物料：甲基丙烯酸甲醇合計體積裝料系數(shù)反應(yīng)釜容積在此類情境中選用22000L搪瓷套管搪瓷反應(yīng)釜。采取22000L搪瓷套管作為反應(yīng)裝置。黃山休寧縣金鑰匙化工廠甲基丙烯酸甲酯具體參數(shù)：（1）筒體的直徑和高度設(shè)備容積為對液相類型選型長徑比估算筒體的內(nèi)徑：獲得數(shù)據(jù)圓整至公稱直徑規(guī)范選擇內(nèi)徑Da=2700mm,則Da=2700mm橢圓封頭高度h1=740mm。表面積Ft=8.85m2對照手冊可知，1m高的筒體容積Vm=6.16m3表面積F1=8.8m2（2）夾套的直徑和高度對于內(nèi)徑Da=2700mm，內(nèi)徑Db=Da+200，因此Da=2900mm，滿足壓力容器公稱直徑。預(yù)判夾套高度為(周子和,劉佳怡,2023)：設(shè)置，如此一來更方便筒體法蘭螺栓的安裝和拆卸。驗證夾套傳熱面積為：4.4物料管道材料選擇（1）100%硫酸管道黃山休寧縣金鑰匙化工廠甲基丙烯酸甲酯質(zhì)量分數(shù)為100%硫酸輸送管道，運行溫度為25-35℃，從這些經(jīng)歷中看出因為考慮到?jīng)_蝕腐蝕和甲基丙烯酸甲酯（MMA）產(chǎn)品純度的要求，所以管道材質(zhì)為鉻鎳鉬不銹鋼。（2）丙酮氰醇管道在運輸管網(wǎng)內(nèi)，丙酮氰醇可能會由于受熱出現(xiàn)分解生成氫氰酸，屬于酸性，同時有一定腐蝕性，在這樣的位置上因此在選取管網(wǎng)時一定不能忽略丙酮氰醇是高危害介質(zhì)這個問題，其法蘭壓力值是2.5MPa。本文同樣對所得結(jié)論進行了再審視，首要確保研究結(jié)論在理論上與當前的學術(shù)架構(gòu)相協(xié)調(diào)。本文將本研究的主要發(fā)現(xiàn)與領(lǐng)域內(nèi)廣泛接納的理論進行了深入比對，以評判其一致性、互補性及潛在的創(chuàng)新價值。經(jīng)此步驟，本文驗證了研究結(jié)論的理論基礎(chǔ)，確認其不僅能強化并拓展現(xiàn)有理論體系，還可能在某些維度提出新穎見解或挑戰(zhàn)傳統(tǒng)觀點。同時，本文也著重考慮了研究結(jié)果與實踐應(yīng)用的結(jié)合點，探討其對解決現(xiàn)實難題的作用與意義，旨在加強理論與實踐的互動，推動學科知識的不斷完善。（3）甲基丙烯酸甲酯管道運輸MMA的管網(wǎng)，若是這種情況因為產(chǎn)品對純度要求苛刻，為防止管網(wǎng)內(nèi)有雜質(zhì)，降低產(chǎn)品色度，黃山休寧縣金鑰匙化工廠甲基丙烯酸甲酯材質(zhì)選擇了鉻鎳鉬不銹鋼；為了防止甲基丙烯酸（MMA）在100℃以上聚合，在此類情境中管道需要經(jīng)常冷卻，以保證低溫平衡(劉彬宇,高陽曦,2022)。為提升研究結(jié)果的可靠性和可信度，本文首先進行了國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域經(jīng)典與最新研究成果的廣泛搜集與整理，以構(gòu)建一個穩(wěn)固的研究背景和基礎(chǔ)理論框架。此舉不僅使本文對該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、演進軌跡及爭議熱點有了深入了解，還為本文提供了堅實的理論支撐和實證依據(jù)。通過對比和分析不同研究的視角和成果，本文成功挖掘出研究空白及潛在的研究領(lǐng)域，為本文的研究規(guī)劃和執(zhí)行打下了堅實基礎(chǔ)。由于MMA是易燃易爆介質(zhì)，管道和法蘭的壓力等級為2.5Mpa。5生產(chǎn)項目投資及盈利估算黃山休寧縣金鑰匙化工廠甲基丙烯酸甲酯設(shè)備工程投資表8主要設(shè)備及工程投資估算編號設(shè)備名稱價格（萬元）1混合釜15002酯化反應(yīng)釜21003中和液分層器6904精餾塔，輕脫塔15005貯槽1806工程費用3200合計9170原料投資表9原料投資估算表編號原料名稱原料價格（元/t）消耗量（t）費用(萬元）1氫氰酸200083200164002丙酮400038800152003甲醇3002688080644硫酸2001600003200合計134804萬元盈利估算根據(jù)上述得出黃山休寧縣金鑰匙化工廠甲基丙烯酸甲酯總投資大概為123540萬元，年生產(chǎn)10萬噸甲基丙烯酸甲酯，一噸甲基丙烯酸甲酯的市場售價為1.5萬元/噸，除去公司生產(chǎn)稅收，所以大概可得年利潤大約為15100萬元。結(jié)論（1）本設(shè)計主要目的是達到黃山休寧縣金鑰匙化工廠年產(chǎn)10萬噸甲基丙烯酸甲酯，文章內(nèi)詳細介紹了甲基丙烯酸甲酯（MMA）的理化性質(zhì)，研究現(xiàn)狀，市場需求和未來發(fā)展。（2）根據(jù)工藝對比后，最終采取丙酮氰醇法（ACH法）進行對甲基丙烯酸甲酯的生產(chǎn)，若是這種情況根據(jù)黃山休寧縣金鑰匙化工廠甲基丙烯酸甲酯工藝流程和詳細參數(shù)，進行了物料守恒和工藝熱量守恒的計算并且對設(shè)備進行了選型，計算結(jié)果基本符合生產(chǎn)要求及需求，在整個工藝設(shè)計中利用了AutoCAD、Excel繪制出所需的流程圖和表格。并且進行了經(jīng)濟評估，對設(shè)備投資、生產(chǎn)成本、基礎(chǔ)建設(shè)投資進行核算，保證工藝設(shè)計的盈利性，最終完成了本次設(shè)計。