【正文】 于丙烯酸和丙烯酸甲酯 [16]。在東南亞，BASF 與馬來西亞的 Petronas 合作建設(shè)的一套 16 萬噸/ 年丙烯酸裝置已于 2022 年投產(chǎn)。由于其品種繁多、用途廣泛、產(chǎn)品附加值高等優(yōu)點，現(xiàn)在已形成了獨立的丙烯酸化工體系 [12]。缺點是反應(yīng)熱點溫度較高，如果飛溫容易燒壞催化劑。Sohio 技術(shù)的特點是丙烯氧化采用兩臺反應(yīng)器串聯(lián)操作，吸收塔頂出來的廢氣不循環(huán)；廢氣中未反應(yīng)的丙烯不回收；催化劑壽命為 2 年。缺點是污染嚴(yán)重，副產(chǎn)大量低價值的硫酸銨。德國和美國分別在 1927 年和 1931 年用此方法建成了工業(yè)化裝置。第 1 頁 共 36 頁1 引言 概述丙烯酸是一種重要的有機化工原料，主要用于生產(chǎn)丙烯酸酯類，還可用于生產(chǎn)高吸水性樹脂、助洗滌劑和水處理劑等，廣泛應(yīng)用于涂料、化纖、紡織、皮革、塑料、粘合劑、石油開采等各個領(lǐng)域 [1]。由于反應(yīng)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(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。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)。（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現(xiàn)工業(yè)二步法生產(chǎn)丙烯酸的廠家。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]。 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。在歐洲，Rohmamp。我國大規(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]。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]?；诖耍菊n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。由于生產(chǎn)丙烯酸分步進行，所以每步反應(yīng)所用催化劑也不同。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(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。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(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]。 第一氧化反應(yīng)器的物料衡算 181。180。169。177。188。207。184。202。= kmol/h原料中含丙烯 98%，則原料量應(yīng)為：247。 第二氧化反應(yīng)器的物料衡算 181。207。248。223。191。177。167。178。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(yīng)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]。h1℃1 標(biāo)準(zhǔn)生成熱/kJ℃= kJ/kg因此 ??????床同理，對于第二反應(yīng)器： ???床反應(yīng)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?！? ?? ???????℃整個反應(yīng)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。（7）支座：選用懸掛式支座，JB116581，共 4 個。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。第 24 頁 共 36 頁（5）風(fēng)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。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(biāo)準(zhǔn)中對應(yīng)的壁厚，管徑尺寸 φ150mm4mm?？偪缍龋憾鄬右话恪?4m，單層≤30m。（7）設(shè)備穿孔必須避開主梁。（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。機械通風(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)。要考慮消防設(shè)施、設(shè)備。 噸 1 年需金額/萬元丙烯 104 11000 89210催化劑 1000合計 90210水、電等費用的成本估算見表 表 水電費成本表名稱 消耗量 單價/元 年需金額/萬元熔鹽鍋爐用水電水蒸氣35 t9 t（泵） ；（照明）30 t500202301750018070900合計 552 18650人員工資估算按人均每個月 2022 元計算，人均福利為每年 3000 元/人，保險等其它費用為每年 4000 元/人，則每年用于工人工資和福利金額為：88(202212+3000+4000)= 萬元設(shè)備折舊費按使用期為 20 年，年折舊費按設(shè)備總投資的 4%計算，則所需費用：2124%= 萬元年維修費用按設(shè)備總投資的 5%計算，所需費用：2125%= 萬元年管理費用按設(shè)備總投資的 4%計算，所需費用：2124%= 萬元年其它費用按設(shè)備總投資的 7%計算，所需費用：2127%= 萬元成本估算成本=原料成本+ 工資+水電費+設(shè)備折舊費+ 維修費+管理費+其它費用=90210＋ ＋18650＋＋＋＋= 萬元 經(jīng)濟效益分析每噸丙烯酸為 11000 元，則每年所得收入為：1100010=110000 萬元收入－支出=110000 －= 萬元第 32 頁 共 36 頁納稅按收入的 20%計算，則每年納稅的金額為：20%= 萬元年純利潤估算：－= 萬元 社會效益分析由經(jīng)濟衡算可以知道，車間總投資為：212＋1000＋200=1412 萬元，車間年純利潤為 萬元，所以 年能收回成本，即 個工作日。所以我國丙烯酸行業(yè)必須加快丙烯酸生產(chǎn)工藝以及催化劑的國產(chǎn)化，并著力探索工藝簡單、成本低、環(huán)境友好的丙烯氧化工藝。高效催化劑的應(yīng)用在縮短生產(chǎn)周期的前提下，增加了單位時間的產(chǎn)率，降低了動力消耗和管理費用，也就增進了經(jīng)濟效益，提高了產(chǎn)品的競爭能力，為企業(yè)創(chuàng)造更大的收益；兩段氧化反應(yīng)器的應(yīng)用也使環(huán)保問題得到了改善，注意回收與再利用的價值，使該裝置成為比較環(huán)保的石油化工裝置，使生產(chǎn)與環(huán)境的改善相結(jié)合。目前丙烯酸氧化車間裝置安全設(shè)計遵循以下安全設(shè)計思想 [36]。車間輔助用室及生活用室的配置：如自控室、動力間、變配電室、通風(fēng)除塵室、機修間、辦公室、化驗室、休息室、更衣間、廁所等，對防爆及毒性大的車間，上述各項盡量避免設(shè)在車間內(nèi)。劇毒物質(zhì)的設(shè)備要隔離操作、單獨排風(fēng)。（4）考慮進出料、取樣、觀察等方便。一般廠房大門寬度要比通過的設(shè)備寬度大 以上，滿載的運輸設(shè)備大 ～，單門寬一般900mm，雙門寬有 1200mm、1500mm、1800mm，樓梯的坡度 45186。（3）層高與設(shè)備的高低、安裝位置有關(guān)，一般每層 4m～6m ，最低不低于，凈空高度不得低于 。 工藝設(shè)備一覽表工藝設(shè)備一覽表如表 所示：第 26 頁 共 36 頁表 丙烯酸氧化工段工藝設(shè)備一覽表序號 設(shè)備名稱 規(guī)格 設(shè)備型號 材料 數(shù)量1 第一氧化反應(yīng)器 直徑 4700 mm 高 5000mm Q235A 22 第二氧化反應(yīng)器 直徑 4200 mm 高 5500mm Q235A 23 封頭 DN47003DN42003JB/T473795 Q235A 24 減速機 減速 X 系列行星擺線針輪 XLD5511 5 電動機 功率 120kW X11YB280M6 6 容器法蘭 DN3200 JB470292 20（鍛）7 螺栓 M24130 JB/T47072022 40Cr8 螺母 凹凸密封面 M24 GB/T61702022 359 墊片 2101763 石棉橡膠10 人孔 Pg10 Dg500 A 型密封面 JB58079 一類材料11 視鏡 Pg10Dg100 HGJ50186 碳鋼12 溫度計 016/6 組合件13 支座 懸掛式支座 JB116581 組合件14 地腳螺栓 M30 GB/T57822022 15 機械密封 MS2022060BAUVFE HG2157195 組合件16 泵 IS 型單級單吸離心泵 IS8050315 組合件17 風(fēng)機 鼓風(fēng)機 組合件18 接管 φ50010 GB/T816387 20 號鋼19 接管 φ1503 GB/T816387 20 號鋼20 接管 φ1203 GB/T816387 20 號鋼21 冷凝器 列管式冷凝器 第 27 頁 共 36 頁6 車間布置設(shè)計 概述車間布置包括車