【正文】 ~，設(shè)計(jì)取 ）③ 電機(jī)功率 P=K =（ K 為電機(jī)富裕系數(shù)，當(dāng) Paa在 至 17 范圍內(nèi)時(shí)，K 取 ）（4）選電機(jī)配套電機(jī)功率 37kW，軸功率為 kW。 彎頭 5 個(gè)排出管管長(zhǎng)：150m；管徑 φ150mm，閥門 1 個(gè)，止回閥 1 個(gè)，三通 2 個(gè)，90176?！姊趯?duì)數(shù)平均溫差：熱端溫差為 325－275=50 ℃，冷端溫差為 325－280=45 ℃℃???③換熱面積 A=106/()= m2，取安全系數(shù)為 ，則需換熱面積為 200 m2（3）換熱器的選型：選用管殼式換熱器，JB114571233，換熱面積為 200 m2，公稱直徑為Dg800mm，管長(zhǎng) 6000 mm，管程數(shù)Ⅵ，管數(shù) 444，設(shè)備型號(hào)為 G800Ⅵ16200 動(dòng)力設(shè)備的選型 [31]循環(huán)氣壓縮機(jī)本設(shè)計(jì)選用的是 D29/4953 型。第 22 頁(yè) 共 36 頁(yè) 輔助設(shè)備的設(shè)計(jì) 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 370~730kcal/ m2（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(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。第 21 頁(yè) 共 36 頁(yè)第一、第二氧化反應(yīng)器的各數(shù)值如表 所示：表 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) 21/tkJmh?????℃ 總傳熱系數(shù) 21/K???℃ 需要傳熱面積 A需 實(shí)際傳熱面積 2/m實(shí) 床層壓力降 Pka? 反應(yīng)器零部件選用與設(shè)計(jì)（1）容器法蘭：選用 JB470292 乙型平焊法蘭，公稱壓力 ，公稱直徑DN3200；法蘭材料選用 20（鍛） ，質(zhì)量為 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。s ； ——催化劑粒徑； ——列管內(nèi)徑?pdtd總進(jìn)料量：m=+ +=????????混 （ ） ()f kJmh?????（ ） ℃?????混 2128057/(.)Gkgmh????第 20 頁(yè) 共 36 頁(yè)?????床層對(duì)壁總給熱系數(shù)： (4)31./2t kJmh????????℃總傳熱系數(shù)： 201ttt mKd??????垢壁鋼 垢查得碳鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)為 λ=(mm 1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)。h 計(jì)算主要對(duì)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℃。在解決實(shí)際問題時(shí)，熱平衡方程式寫成以下形式更容易計(jì)算：第 15 頁(yè) 共 36 頁(yè) 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。K1 導(dǎo)熱系數(shù)/W193。據(jù)絕對(duì)空速可計(jì)算催化劑的用量： mS?????丙 丙 催催 催化劑的量： m 3/h總出料量： + +++ = kmol/h第二氧化反應(yīng)器物料平衡表如表 所示：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 kmol206。169。196。240。200。225。217。175。200。177。213。203。177。211。187。182。h1摩爾出料量kmol%= kmol/h空氣進(jìn)料量：－－= kmol/h（4）丙烯醛出料量：%= kmol/h（5）丙烯酸出料量：6%= kmol/h（6） 副產(chǎn)物 ：%= kmol/h；丙烯損失量：1%= kmol/h（7）據(jù)絕對(duì)空速可計(jì)算催化劑的用量，本設(shè)計(jì)中絕對(duì)空速取 120 h1：；催化劑用量：45 m 3/h300241..45VSS?????丙 丙 催催總出料量：+++++= kmol/h第一氧化反應(yīng)器物料平衡表如表 所示：表 第一氧化反應(yīng)器物料平衡表物料 分子量g圖 第一氧化反應(yīng)器物料衡算示意圖依照?qǐng)D 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(yè) 共 36 頁(yè)每小時(shí)生產(chǎn)量：100000247。196。203。178。2181。203。177。201。187。207。248。203。166。175。210。第 9 頁(yè) 共 36 頁(yè)表 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)） 進(jìn)料中氧氣/丙烯（摩爾比） 進(jìn)料中水蒸氣/丙烯（摩爾比） 反應(yīng)溫度/℃ 325一段反應(yīng)器空速/ h 1 1450丙烯醛進(jìn)料濃度/%（摩爾分?jǐn)?shù)） 氧氣/丙烯醛（摩爾比） 水蒸氣/丙烯醛（摩爾比） 反應(yīng)溫度/℃ 260二段反應(yīng)器空速/ h 1 1650 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。它反映催化劑的實(shí)際反應(yīng)負(fù)荷，在 120 h1 左右。第 8 頁(yè) 共 36 頁(yè)3 物料衡算 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 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： 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) %，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) %，丙烯酸產(chǎn)率可達(dá) %。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 533~573K。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。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 MoVCu 系，通常需要添加助催化劑。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。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]：①一步法是在一個(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；②把兩個(gè)反應(yīng)合并為一步進(jìn)行，反應(yīng)熱效應(yīng)大。 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)。 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。2022 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。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 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]。 國(guó)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀我國(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。 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 萬(wàn)噸/年丙烯酸裝置，并于 2022 年在此地增加丙烯酸能力 8 萬(wàn)噸/年。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。沿用其它生產(chǎn)方法較為有名的公司，僅有 BASF 在第 4 頁(yè) 共 36 頁(yè)德國(guó)的一套由一氧化碳乙炔路線的改良 Reppe 法裝置。 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(gè)投資興建丙烯酸及酯單體裝置的熱潮。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。（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。其工藝特點(diǎn)是在 MoBi 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。（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)。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(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。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。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)。 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。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。 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]。 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]。 Reppe法20 世紀(jì) 30 年代，德國(guó)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。 丙烯腈水解法這是法國(guó) Societed’Ugine 和美國(guó) Sohio 開發(fā)的工業(yè)制備方法。 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]。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