【正文】 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]。由于反應(yīng)過程會(huì)生成各種聚合物，因此丙烯酸收率較低，僅為 60~70%，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。乙烯酮法產(chǎn)品純度高，收率也高，副第 2 頁 共 36 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(jià)格高且β丙內(nèi)酯為致癌物質(zhì)。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)。丙烯酸的工業(yè)生產(chǎn)方法主要為丙烯兩步氧化法。（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。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]。丙烯氧化用 MoBi 系或 MoCo 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]。 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。就總的生產(chǎn)能力來講，BASF、 Rohmamp。在歐洲，Rohmamp。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)。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 萬噸/年 [17]。2022 年以來，丙烯酸行業(yè)發(fā)展更加迅速。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]。在丙烯酸工藝技術(shù)的改進(jìn)過程中，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(zhǎng)催化劑壽命成為研究的關(guān)鍵 [20]。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。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。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。因此本課題擬采用丙烯兩步氧化法。圖 丙烯酸氧化工序工藝流程框圖 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 593~633K。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。不同的催化劑選擇不同的丙烯濃度，一般在 %~%之間；氧烯比一般控制在 :1~:1 之間，過低和過高的氧烯比會(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；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]。一般在 800~2022h1 之間。 第一氧化反應(yīng)器的物料衡算 181。209。180。247。169。213。177。180。188。193。207。CO161。184。206。202。207。= kmol/h原料中含丙烯 98%，則原料量應(yīng)為：247。m3粘度Pa 第二氧化反應(yīng)器的物料衡算 181。209。198。207。203。248。207。223。193。191。162。177。239。167。178。圖 第二氧化反應(yīng)器物料衡算示意圖依照?qǐng)D 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： kmol/h（2）水蒸氣進(jìn)料量：= kmol/h（3）氧氣進(jìn)料量：= kmol/h 總氣體進(jìn)料量：247。h1丙烯醛 丙烯酸 水蒸氣 副產(chǎn)物 空氣 損失 催化劑 m3/h 水蒸氣 丙烯酸 空氣 副產(chǎn)物 損失 合計(jì) 合計(jì) 原料消耗綜合表原料消耗綜合表如下表 所示：表 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 1042 空氣 t（一段）（二段）（一段）（二段）105（一段）105（二段）第 13 頁 共 36 頁3 催化劑 m345（一段）（二段）105（一段）105（二段）4 水蒸氣 t（一段）（二段）104（一段）104（二段）第 14 頁 共 36 頁4 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(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]。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)器溫度： 325℃，第二反應(yīng)器溫度： 260℃（3）有關(guān)物性數(shù)據(jù)如表 所示：表 物性數(shù)據(jù)表 [27]物料名稱 定壓比熱容/kJh1℃1 標(biāo)準(zhǔn)生成熱/kJq 4 的計(jì)算：設(shè)備溫度高于環(huán)境溫度時(shí)，q 4＞0，設(shè)備操作溫度低于環(huán)境溫度時(shí)，q 4＜0?！? kJ/kg第 17 頁 共 36 頁表 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) 107 105q2/(kJ/h) 107 107q4/(kJ/h) 106 106qT/(kJ/h) 107 107Gh/(kg/h) 106 106E/kw 13179 16173 冷卻器的熱量衡算計(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=[(+++)(325260) ]=106 kJ/h加熱熔鹽用量：W= Q/2717= 動(dòng)力消耗綜合表動(dòng)力消耗綜合表如表 所示：表 動(dòng)力消耗綜合表序號(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 熔鹽 t 35 1042 蒸氣 t 30 1073 電 kw因此 ??????床同理，對(duì)于第二反應(yīng)器： ???床反應(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) Q235A，接管材料選用 20 號(hào)鋼。m 2℃) ?? ???????℃整個(gè)反應(yīng)器床層可近似視為等溫，為 325℃，則傳熱推動(dòng)力為：()(3).2mt???℃需要傳熱面積：???需 需實(shí)際傳熱面積為 ???實(shí) 實(shí)，故能滿足傳熱要求。（3）視鏡：選用 2 個(gè) HGJ50186Pg10Dg100 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。（7）支座：選用懸掛式支座，JB116581，共 4 個(gè)?！?，熔鹽在其中的流速為 3m/s。最初吸氣壓力為 （表壓） ，最初吸氣溫度為 ≤40℃：最終排氣壓力為 （表壓） ；容積流量為 90m3/min（一級(jí)吸氣狀態(tài)） ；轉(zhuǎn)速為 333r/min；第 23 頁 共 36 頁活塞行程為 360mm；壓縮級(jí)數(shù)為四級(jí)。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。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。（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(dòng)力消耗增加，因此操作費(fèi)用高。③ 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 φ150mm4mm。 車間布置的基本原則和要求車間布置的基本原則：①滿足工業(yè)生產(chǎn)及各專業(yè)設(shè)計(jì)要求，便于安裝、操作、維修，便于管理，方便生活；②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；③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；④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；⑤ 車間布局應(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?？偪缍龋憾鄬右话恪?4m，單層≤30m。（4）在可能情況下盡量采用露天化和敞開式設(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。（7）設(shè)備穿孔必須避開主梁。主樓梯45186。（2）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。（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。機(jī)械通風(fēng)效果要好，應(yīng)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)。建筑物泄壓面積一般為 。要考慮消防設(shè)施、設(shè)備。表 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 回旋運(yùn)動(dòng)部分離墻 ~回旋機(jī)械之間 ~泵間 泵列間 吊動(dòng)物與設(shè)備最高點(diǎn) 貯槽之間 ~設(shè)備蓋上轉(zhuǎn)動(dòng)裝置離天花板 通廊、操作通行部分凈高 設(shè)備與墻之間一人操作 設(shè)備與墻之間無人操作 二設(shè)備間二人操作小車通過 二設(shè)備間一人操作小車通過 二設(shè)備間二人操作偶有人過 二設(shè)備間二人操作常有人過 二設(shè)備間一人操作偶有人過 第 30 頁 共 36 頁7 經(jīng)濟(jì)性分析 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)；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，庫管工人 2 人，管理人員 1 人，合計(jì) 22 人；總?cè)藬?shù) 88 人。 噸 1 年需金額/萬元丙烯 104 11000 89210催化劑 1