【正文】 三菱油化技術、日本化藥技術、德國 BASF 技術 [9]。其催化劑為中空圓柱狀，其形狀增加了幾何外表面，轉化率得到提高的同時，也提高了生成物自催化劑微孔中擴散出來的路徑，減少了深度氧化，因而提高了產物的單程收率及選擇性，同時降低了熱點，減少了床層阻力，使催化劑的壽命得以延長。兩臺串聯的固定床反應器中分別采用 MoBi系、MoV 系氧化物為催化劑，壽命均為 6 年。反應器均為固定床列管式反應器。其技術特點為：丙烯氧化反應氣不用水吸收，而是用一種高沸點有機溶劑作為吸收劑；丙烯氧化反應循環(huán)氣體中不用水蒸汽，而是用氮氣，可減少廢水的生成。在吸收、開發(fā)和推廣丙烯氣相氧化方面，日本是世界上做出最大貢獻的國家，尤其是日本觸媒化學公司和日本三菱化學公司，他們所采用的方法比較先進，更有競爭力，因此目前國外新建丙烯酸裝置大多引進它們的技術，世界上大約 80%的丙烯酸生產裝置采用了日本的技術 [13]。Hass、Celanese 和日本觸媒化學公司四大生產商就占 66%。Hass 公司與德國 Stockhausen GmbH 組成全球性的丙烯酸產品伙伴關系，2022 年其丙烯酸的生產能力可達 33萬噸/ 年 [14]。在美國德克薩斯州的 Bay Port 與法國 Elf Atochem 公司合資建設的一套 12 萬噸/年丙烯酸裝置在 2022 年投產，其丙烯酸及其酯的生產能力達到 萬噸/ 年 [15]。20 世紀 90 年代初以來，國內丙烯酸供需缺口逐年增大，中國丙烯酸市場的巨大潛力和良好發(fā)展前景，提高了國內外投資者建設丙烯酸項目的積極性。上海華誼丙烯酸廠在引進技術消化第 5 頁 共 36 頁吸收的基礎上，與自主開發(fā)丙烯選擇氧化催化劑的蘭州石化研究院合作，建成 3萬噸/年的丙烯酸項目。從長遠看，中國將成為丙烯酸需求增長的主要地區(qū)，中國丙烯酸產品仍有較大發(fā)展空間。當前形勢下，我國丙烯酸行業(yè)應加快丙烯酸生產工藝及催化劑的國產化，形成自主知識產權，將有利于丙烯酸行業(yè)的健康發(fā)展。第 6 頁 共 36 頁2 丙烯酸工藝流程的確定 丙烯酸生產原理丙烯直接氧化生產丙烯酸有一步法和兩步法之分。丙烯兩步氧化制丙烯酸的主反應可用下列兩式表示： CH2CH3 + O2 CH2CHO + H2O2O 1/2 2反應屬強放熱反應，有效地移除反應熱是反應過程的突出問題。第一步反應為丙烯氧化為丙烯醛，所用催化劑大多為 MoBiFeCo 系，再加入少量其他元素，以鉬酸鹽的形式表現出催化活性。 主要原料及其規(guī)格丙烯：＞95%，主要來自煉油廠的催化裂化裝置和丙烷脫氫技術第 7 頁 共 36 頁吸收塔催化劑冷卻器空氣 第一反應器丙烯第二反應器預熱器汽化器催化劑：第一步氧化（丙烯氧化為丙烯醛）選用固態(tài)鉬鉍系催化劑；第二步氧化（丙烯醛氧化為丙烯酸）選用固態(tài)鉬釩系催化劑 熔鹽（55%KNO 3+45%NaNO2） 工藝流程圖氧化過程一般采用兩臺反應器串聯，從第一臺反應器出來的丙烯醛、未反應的丙烯以及副產物可以不經處理直接供給第二反應器。為使反應溫度均勻，采用熔鹽在反應管間強制循環(huán)移除反應熱，并通過熔鹽廢熱鍋爐產生蒸汽，以回收余熱。吸收塔底部流出的丙烯酸水溶液約含丙烯酸 20%~30%（質量分數） ， 送分離工段進行分離精制。（2）反應空速 [24]：絕對空速（SV 0）：一段反應器入口每小時加入的丙烯氣體的體積 與純催V丙化劑體積的比值，即 。VS?氣 床（3）反應溫度：一段反應一般為 300~400℃，二段反應一般在 250~320℃。218。245。211。177。200。244。223。193。191。169。162。177。239。167。169。= 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。s摩爾進料量 kmol218。245。180。247。169。174。191。169。187。201。203。2181。178。 203。181。207。%= kmol/h空氣進料量：－－= kmol/h（4）丙烯酸進料量 kmol/h；副產物 kmol/h；剩余丙烯量 kmol/h總進料量：+++= kmol/h第 12 頁 共 36 頁（5）丙烯酸出料量：%= kmol/h（6）副產物：(% －%) = kmol/h（7）損失的量：(1－%) = kmol/h（8）空氣和水蒸氣的用量不變，且催化劑用量不變。 基礎數據氧化反應器中主要發(fā)生以下兩個重要反應：CH2CH3 + O2CH2CHO + H2O + 161。kg 1mol 1丙烯 103 空氣 103水蒸氣 103 丙烯醛 丙烯酸 計算基準熱流量基準：kJ/h；基準溫度：25℃ 熱量衡算方程式在化工過程中，各種熱量之間的轉化關系可以用熱平衡方程表示：∑Q =∑H 出 ∑H 進其中 ∑Q 設備或系統(tǒng)與外界環(huán)境交換熱量之和，通常包括熱損失，kJ；∑H 出 離開設備或系統(tǒng)各股物料的焓之和，kJ；∑H 進 進入設備或系統(tǒng)各股物料的焓之和，kJ。在實際操作中，若設備有保溫層，為簡化計算，常取熱損失速率為總速率的 10%?！嫒埯}對管壁給熱系數 α 可取 2717 kJ/(m2h 400 13179 1084 鍋爐用水 t 9 15000 108第 18 頁 共 36 頁5 設備的工藝設計 主體設備工藝設計 氧化反應器的設計計算 [29]常用的氧化反應器有攪拌式氧化器和氣固氧化反應器，攪拌式氧化器主要用于使用化學氧化劑的液相氧化過程，而氣固氧化反應器是以空氣—物料氣體或氧化—物料氣體通過固體催化劑接觸而反應的過程，這類反應器通常以氣固流化床和氣固固定床為多，在工業(yè)生產中廣泛使用。核算換熱面積該反應是放熱反應，需要移走熱量，床層是被冷卻的，因此床層對壁總給熱系數按下式計算：床層被冷卻時， ()exp()fpptt tdGd?????式中 ——流體導熱系數，kJh1；f?——流體粘度，PaA需實 ＞反應床層壓力降的計算修正雷諾數： 11()()???????＞固定床壓降計算公式為23 ??????當 時，為充分湍流，計算壓降時可以略去第一項，因此10eMR＞ ().75()fscsfuGPLLdgd??????????23(98/360).(). Pak????第二氧化反應器的計算方法與第一氧化反應器的計算方法相同。（4）儀表測量口：測溫口一般設在反應器底部，溫度計要插入反應液中，為保護溫度計，可將溫度計放入金屬套管中；測壓口設在反應器釜蓋上，安裝螺紋為 M272。配 M30 地腳螺栓，設置加強墊板。（1）計算依據：① 進口溫度 275℃，出口溫度 280℃；② 熱負荷為 106kJ/h=106J/s（2）計算換熱面積：①總傳熱系數：管殼式換熱器作加熱器時，設計取 W/m2 泵和管路的選型泵的選型（1）基礎數據輸送介質：丙烯 操作溫度：25℃流量：5300 m 3/h考慮 倍的安全系數，則 V=5300=6360 m3/h 入口液面到泵中心距離： 出口液面到泵中心距離：吸入管管長：30m；管徑 φ200mm6mm，閥門 1 個，止回閥 1 個，三通 2 個，90176。具體型號查《化工原理》上冊附表，確定為 IS80—50—315 型。表 離心泵的性能表序號 項目 單位 數據1 轉速 r/min 29002 流量 m3/h 63603 揚程 m 1254 效率 η 54%5 葉輪直徑 mm 2806 葉輪出口寬度 mm 軸功率 7 功率電機功率kw8 允許氣蝕余量 m 9 質量（泵/底座） kg 125/160 管路的設計 [32]（1）管材的選擇按管子的材質可將管子分為以下兩類：金屬管和非金屬管。實際設計中，由于工作量及進度的限制，不可能對所有管道進行經濟比較，一般用常用流速的經驗值估算管徑。 物料進、出料管徑確定 ????丙 烯 ..59/120空 氣 ..17/6mVms????水 蒸 氣則丙烯進料管徑 ，經圓整后，??尺寸為 φ150mm3mm；空氣進料管徑 = ，經圓整后，其尺寸為4du?.?φ500mm10mm；水蒸氣進料管徑 = ，經圓整后，其尺寸為4Vdu??.??φ120mm3mm。車間布置涉及面較廣，但大致可以歸納為以下幾個方面 [34]：廠房建筑（1）廠房平面力求簡單化，以利用建筑定型化和施工機械化。常用廠房總跨度有 6m、12m、18m、24m、 30m，一般有機化工車間總跨度為 2~3 個柱網跨度。第 28 頁 共 36 頁（5）在不影響流程情況下，較高設備集中布置，可簡化廠房立體化布置，又省投資。（8）廠房出入口、交通道、樓梯等都需精心安排。 的較多。（3）相同、相似設備盡可能對稱、集中，以利操作管理及水、電、氣等供應。（3）要考慮起吊裝置，如塔頂、房梁設永久吊架。（3）有毒物質的設備放置下風，操作單位應在上風。多層的樓板要有泄壓孔，設計放火、防爆墻，設置雙斗門，門窗朝外。（5）對腐蝕性的介質，除考慮設備外還要考慮墻、柱、地屏等防護要求。設備投資：各設備的投資估算情況見表 表 設備投資設備名稱 數量/個 單價/元 金額/萬元第一氧化反應器 2 202200 40第二氧化反應器 2 202200 40冷凝器 4 15000 6預熱器 4 15000 6汽化器 4 20220 8原料貯槽 6 15000 9泵 6 5000 3合計 28 470000 112運輸費 50 萬元，裝備費 30 萬元，其他設備 20 萬元；則設備總投資為 212 萬元。第 33 頁 共 36 頁8 安全環(huán)保評價 裝置安全設計丙烯酸生產過程將易燃易爆的丙烯和氧氣等原料在催化劑作用下合成丙烯酸，這些烴類原料一旦發(fā)生泄漏而造成爆炸或火災將是災難性的事故，因而裝置的設計和生產的安全性就顯得極為重要。（3）防止擴大受害范圍：總圖布置合理、耐火結構、緊急斷流裝置、安全急救措施、防爆結構等。本課題基于以上現狀，采用丙烯兩段氣相催化氧化法制備丙烯酸，比起其他制備路線，具有原料價廉易得，消耗低，產品質量好，三廢少