【正文】 化劑的改進，該法已成為制造丙烯酸的主導生產(chǎn)方法 [3]。由于反應過程會生成各種聚合物，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聯(lián)合膠體仍有運行，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(NSKK) 技術(shù)日本觸媒公司是世界上首先實現(xiàn)工業(yè)二步法生產(chǎn)丙烯酸的廠家。其工藝特點是以高濃度丙烯為原料，丙烯酸單程收率高于 87%，未反應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)。我國大規(guī)模生產(chǎn)丙烯酸始于 20 世紀 70 年代末期，1978 年，北京東方化工廠首次從日本觸媒化學公司引進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)的改進過程中，因為催化劑費用占了生產(chǎn)成本的相當比例，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]?；诖?，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)，借鑒國內(nèi)外的先進經(jīng)驗，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)丙烯酸分步進行，所以每步反應所用催化劑也不同。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 工藝流程簡述經(jīng)汽化器預熱氣化后的丙烯（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入第一反應器，并在反應器上部利用反應放出的熱量將其預熱后進入氧化鉬鉍催化劑層，在催化劑作用下發(fā)生部分氧化反應生成丙烯醛，控制反應溫度 593~633K。第二反應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的丙烯、丙烯醛、乙醛等有機物和不溶性氣體，約 50%返回反應器進料系統(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，使反應產(chǎn)物容易從催化劑表面解析出來；二是降低反應氣中的氧濃度，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%，則原料量應為：247。m3粘度Pa 第二氧化反應器的物料衡算 181。209。198。207。203。248。207。223。193。191。162。177。239。167。178。圖 第二氧化反應器物料衡算示意圖依照圖 中第二氧化反應器物料衡算示意圖進行計算：（1）丙烯醛進料量： kmol/h（2）水蒸氣進料量：= kmol/h（3）氧氣進料量：= kmol/h 總氣體進料量：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 合計 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 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 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)、反應狀態(tài)等不隨時間而變化，所以熱負荷（傳熱速率）也不隨時間變化而變化，主要計算正常操作時的傳熱速率 [26]。105J（1）反應器物料衡算數(shù)據(jù)（見氧化反應器物料平衡表）（2）入口溫度：25℃，第一反應器溫度： 325℃，第二反應器溫度： 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 標準生成熱/kJq 4 的計算：設(shè)備溫度高于環(huán)境溫度時，q 4＞0，設(shè)備操作溫度低于環(huán)境溫度時，q 4＜0?！? kJ/kg第 17 頁 共 36 頁表 第一氧化反應器、第二氧化反應器熱量衡算表系統(tǒng)與外界交換的熱量 第一氧化反應器 第二氧化反應器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算依據(jù)進口溫度：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荷和熔鹽的用量，冷損失按 10%計算需要熔鹽提供的熱量：Q=[(+++)(325260) ]=106 kJ/h加熱熔鹽用量：W= Q/2717= 動力消耗綜合表動力消耗綜合表如表 所示：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 t 35 1042 蒸氣 t 30 1073 電 kw因此 ??????床同理，對于第二反應器： ???床反應器材料：由于丙烯酸具有較強的腐蝕性，本設(shè)計選用經(jīng)過鈍化處理的碳鋼材質(zhì) Q235A，接管材料選用 20 號鋼。m 2℃) ?? ???????℃整個反應器床層可近似視為等溫，為 325℃，則傳熱推動力為：()(3).2mt???℃需要傳熱面積：???需 需實際傳熱面積為 ???實 實，故能滿足傳熱要求。（3）視鏡：選用 2 個 HGJ50186Pg10Dg100 碳鋼視鏡，設(shè)在反應器蓋上，用于觀察反應器內(nèi)物料變化情況。（7）支座：選用懸掛式支座，JB116581，共 4 個?！?，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；壓縮級數(shù)為四級。根據(jù)流量、揚程及性質(zhì)，確定選擇 IS 型單級單吸離心泵。第 24 頁 共 36 頁（5）風機的選擇主要依據(jù)是氣體性質(zhì)、氣體流量、出口壓強或壓縮比、輸送條件等決定；綜合考慮，選擇壓縮機，其壓縮比小于 4。（2）管道工藝計算管徑的計算：以經(jīng)濟性為原則，管徑大，管壁厚，管道及閥門費用增加，因此投資費用高；管徑小，管道內(nèi)的流速增加，流體阻力增加，動力消耗增加，因此操作費用高。③ 管子壁厚的選擇：根據(jù)設(shè)計壓力、管材、材料允許壓力等因素計算最小壁厚，再考慮腐蝕余量后，選取標準中對應的壁厚，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)計要求，便于安裝、操作、維修，便于管理，方便生活；②嚴格遵守相關(guān)的國家及行業(yè)規(guī)范，嚴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，應盡量降低投資建設(shè)費用，提高經(jīng)濟效益；④在可能的條件下，適當考慮發(fā)展余地，為擴大生產(chǎn)留出建筑余地；⑤ 車間布局應合理、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，這樣既能節(jié)省投資，又有利于通風采光、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，對龐大特殊設(shè)備在封閉式廠房中可先裝設(shè)備后砌墻。機械通風效果要好，應根據(jù)逸出氣體或粉塵量的允許濃度確定通風量和通風次數(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 合 安全距離/m往復運動部分離墻 回旋運動部分離墻 ~回旋機械之間 ~泵間 泵列間 吊動物與設(shè)備最高點 貯槽之間 ~設(shè)備蓋上轉(zhuǎn)動裝置離天花板 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)小時數(shù)為 8000 小時；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 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