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正文內(nèi)容

年產(chǎn)10000噸甲基丙烯酸甲酯(mma)工藝設(shè)計(jì)要求-資料下載頁

2025-06-27 03:40本頁面
  

【正文】 氰醇發(fā)生酰胺反應(yīng),生成α甲酰胺異丙基硫酸氫酯中間體,為防熱反應(yīng),控制溫度為80100℃,根據(jù)100%硫酸腐蝕速度圖選取該設(shè)備材質(zhì)為鉻鎳鉬不銹鋼(00Cr17Ni14Mo2),以符合工藝要求。由于混合釜內(nèi)U管換熱器內(nèi)介質(zhì)為冷卻水,一旦泄漏,就會(huì)馬上將混合釜內(nèi)的100%硫酸稀釋成稀硫酸,高溫稀硫酸為強(qiáng)腐蝕介質(zhì),就會(huì)造成整個(gè)設(shè)備迅速被腐蝕壞掉,造成整個(gè)裝置停車,影響生產(chǎn)。通常引進(jìn)技術(shù)U管換熱器采用哈氏合金B(yǎng)2或哈氏合金的材質(zhì),考慮到一方面哈氏合金B(yǎng)2或哈氏合金的材質(zhì)引進(jìn)和制造周期較長,另一方面設(shè)備投資增大。在國產(chǎn)設(shè)計(jì)中,U管換熱器材質(zhì)選用鉻鎳鉬不銹鋼(00Cr17Ni14Mo2),要求換熱器的每一根U管必須采用無焊縫的整體管制造,也就是混合釜內(nèi)部的每一根U管不允許有任何焊縫,避免了由于焊接工藝不過關(guān)導(dǎo)致U管泄漏的發(fā)生。從已開車的MMA裝置的運(yùn)行記錄可以看出,到目前為止運(yùn)行5年的混合釜沒有出現(xiàn)任何問題。(1)混合釜物料:丙酮10400kgrρ=800kg/m3V=13m3氫氰酸4850kgrρ=1205kg/m3V=合計(jì)體積13+=選用20000L鉻鎳鉬不銹鋼混合釜。在混合釜中發(fā)生酰胺化反應(yīng),生成α甲酰胺異丙基硫酸氫酯中間體,在酰胺升溫器中用帶壓高溫導(dǎo)熱油加熱,進(jìn)一步與100%的濃硫酸發(fā)生轉(zhuǎn)位反應(yīng),生成甲基丙烯酸酰胺硫酸鹽,反應(yīng)控制溫度為130140℃,根據(jù)硫酸腐蝕速度圖及設(shè)計(jì)壓力選取該設(shè)備材質(zhì)為哈氏合金B(yǎng)2或哈氏合金。(1)酰胺反應(yīng)釜物料:丙酮氰醇14500kgρ=932kg/m3V=100%硫酸25000kgρ=1840kg/m3V=179。+=選用20000L哈氏合金B(yǎng)2反應(yīng)釜。已完全反應(yīng)的酰胺混合物依次依次進(jìn)入多級(jí)酯化釜,并加入一定數(shù)量的中和水溶液和一部分新鮮甲醇,控制酯化反應(yīng)溫度為7590℃,然后反應(yīng)混合物進(jìn)入酯化汽提釜出粗MMA,剩下的廢酸液排入到廢酸槽以進(jìn)行后處理。在酯化過程中,由于酯化釜中加入了水,工藝物料中存在大量的高溫稀硫酸,因此多級(jí)酯化選用帶攪拌的搪瓷釜,同時(shí)內(nèi)部構(gòu)件如溫度計(jì)等必須使用搪瓷套管。(1)多級(jí)酯化釜物料:甲基丙烯酸14330kgρ=1010kg/m3V=甲醇4200kgρ=1110kg/m3V=+=選用22000L搪瓷套管搪瓷反應(yīng)釜。MMA裝置中其他設(shè)備的選擇是根據(jù)MMA的潔凈度的要求選取的,粗MMA的設(shè)備材質(zhì)一般選用碳鋼,貯存成品MMA的設(shè)備,為避免MMA出現(xiàn)變色,影響產(chǎn)品純度,設(shè)備材質(zhì)全部選用鉻鎳鉬不銹鋼(00Cr17Ni14Mo2)。%硫酸、20%發(fā)煙硫酸管道98%硫酸、20%發(fā)煙硫酸原料輸送管道,考慮其為間歇操作,且操作溫度控制在20℃,管道材質(zhì)選擇20號(hào)鋼。%硫酸管道質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%的硫酸輸送管道,為連續(xù)操做,操作溫度為2535℃,同時(shí)考慮沖刷腐蝕及MMA產(chǎn)品純度要求,管道材質(zhì)選擇鉻鎳鉬不銹(00Cr17Ni14Mo2)。輸送丙酮氰醇的管道,因丙酮氰醇易受熱分解產(chǎn)生氫氰酸,物料呈酸性,具有腐蝕性,管道材質(zhì)選擇,考慮到丙酮氰醇為高度危害介質(zhì)。輸送MMA的管道,因MMA產(chǎn)品純度要求嚴(yán)格,為避免管道出現(xiàn)雜質(zhì),影響產(chǎn)品色度,管道材質(zhì)選擇鉻鎳鉬不銹(00Cr17Ni14Mo2);為防止MMA10℃以上聚合,管道需保冷??紤]到MMA為易燃易爆介質(zhì),.甲基丙烯酸甲酯裝置生產(chǎn)過程中,產(chǎn)生大量的廢酸液,其主要成分為高溫稀硫酸(含硫酸20%左右,操作溫度90125℃),具有強(qiáng)腐蝕性,管道材質(zhì)選擇鋼襯聚四氟乙烯。甲基丙烯酸甲酯生產(chǎn)過程中,產(chǎn)生的污水主要為地面沖洗水、吸收槽廢水、水環(huán)真空泵定期排出的污水。主要成分是微量的氫氰酸、微量硫酸、微量MMA、微量丙酮等,必須送污水處理廠處理,根據(jù)污水組成采用增強(qiáng)聚丙烯(FRPP)管,F(xiàn)RPP管在20120℃溫度范圍內(nèi)能輸送酸、堿和鹽類等腐蝕介質(zhì),而且能耐丙酮的溶解。甲基丙烯酸甲酯裝置中不僅有易燃易爆介質(zhì)、有毒介質(zhì)、酸、堿腐蝕等介質(zhì),而且存在爆聚的可能性,所以該裝置工藝設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都需全面考慮。特別是設(shè)備及管道材質(zhì)的選擇在裝置的設(shè)計(jì)中是最關(guān)鍵的。第5章主反應(yīng)釜設(shè)計(jì)①工作壓力:釜內(nèi)≥,夾套≤②工作溫度:釜內(nèi)≤75℃,夾套≤110℃③介質(zhì):釜內(nèi)為溶液,夾套內(nèi)為水蒸氣,中度腐蝕④全容積:20m3⑤傳熱面積:(1)確定筒體的直徑和高度反應(yīng)釜容積為20m179。對(duì)氣液相類型選取H/Di=,估算筒體的內(nèi)徑Di={4V/[π(H/Di)]}1/3=(420/)1/3=將計(jì)算結(jié)果圓整至公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)系列[],選取筒體內(nèi)徑Di=2800mm,查手冊(cè),Dg=2800mm標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭曲面高度h1=740mm,直邊高度h2=40mm,封頭容積Vh=,表面積Fh=。由手冊(cè)查得,每一米高的筒體容積V1=,表面積F1=㎡H=(VVh)/V1=()/=筒體高度圓整為H=2800mm(2)確定夾套的直徑和高度對(duì)于筒體內(nèi)徑Di=2800mm,夾套的內(nèi)徑Dj=Di+200,因此Dj=2800+200=3000mm,符合壓力容器公稱直徑。估算夾套的高度Hj=(ηVVh)/V1=4(V0Vh)/(πDi2)=4(22)/()=選取夾套高度Hj=2500mm,則H0≈HHj=300mm,這樣是便于筒體法蘭螺栓裝拆。驗(yàn)算夾套傳熱面積F=F1Hj+Fh=+=(3)確定夾套的材料和壁厚[]選用Q235A為夾套材料,得Q235A設(shè)計(jì)溫度為150℃的許用應(yīng)力[σ]t=113MPa,夾套加熱蒸汽系統(tǒng)裝有安全閥,選取夾套設(shè)計(jì)壓力P=,即P=。夾套筒體與內(nèi)筒的環(huán)焊縫因無法雙面焊和作相應(yīng)的探傷檢查,從安全考慮,夾套上所有焊縫均取焊縫系數(shù)Ф=,取壁厚附加量中的鋼板厚度負(fù)偏差C1=,單面腐蝕取腐蝕裕量C2=1mm.夾套的壁厚為:δd=PDj/(2[σ]tФP)+C=3000/(2113)+=標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的壁厚附加量也只考慮C1和C2,加工成型的減薄量由制造廠根據(jù)加工條件來確定,以保證壁厚符合圖紙數(shù)值,設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可不作考慮,取C1=,C2=1mm,標(biāo)準(zhǔn)橢圓形夾套封頭的壁厚為:δd=PDj/(2[σ]tФP)+C=3000/(2113)+=圓整至鋼板規(guī)格厚度并查閱封頭標(biāo)準(zhǔn),選取夾套的筒體和封頭的壁厚均為δn=13mm。(4)確定內(nèi)筒的材料及壁厚酯化釜選擇材料為搪瓷釜,筒體受內(nèi)壓取設(shè)計(jì)壓力為P=,設(shè)計(jì)溫度為75℃,參考前面計(jì)算夾套壁厚結(jié)果,可知按強(qiáng)度計(jì)算內(nèi)筒的壁厚約8mm,而筒體又受外壓作用,按設(shè)計(jì)外壓P=,所得壁厚必大于內(nèi)壓設(shè)計(jì)的壁厚,則按外壓穩(wěn)定設(shè)計(jì)的壁厚,一定能滿足內(nèi)壓強(qiáng)度的要求,可不再作內(nèi)壓設(shè)計(jì)??紤]到內(nèi)筒筒體按外壓設(shè)計(jì),搪瓷釜受單面腐蝕作用,可初選筒體壁厚δn=13mm,并取C1=,C2=1mm,筒體有效壁厚δe=δnC=,D0/δe=(2800+132)/=內(nèi)筒受外壓作用的計(jì)算長度L為被夾套包圍的筒體部分加凸型封頭高的1/3L≈Hj+h2+h1/3=3000+40+740/3=3287mmL/D0=3287/2800=查文獻(xiàn)[8]圖97,由D0/δe=104;再查文獻(xiàn)[]圖98,由系數(shù)A查得系數(shù)B=100MPa。筒體的許用外壓為[P]=B/(D0/δe)=100/=>P=因?yàn)閇P]>P,且比較接近,所以取筒體δn=13mm,此時(shí)外壓穩(wěn)定和內(nèi)壓強(qiáng)度均能滿足要求。選取筒體下封頭壁厚δn=13mm,壁厚附加量中C1=,C2=1mm,所以筒體下封頭的有效壁厚δe=δnC==;標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的外壓計(jì)算當(dāng)量球面半徑Ri=KDi=2800=2520mm,計(jì)算系數(shù)A為A=(Ri/δe)=(2520/)=104查文獻(xiàn)[8]圖98,由系數(shù)A查得系數(shù)B=170MPa,許用外壓為[P]=B/(Ri/δe)=170/(2520/)=>P=取筒體下封頭壁厚δn=13mm,符合外壓穩(wěn)定和內(nèi)壓強(qiáng)度要求。(5)水壓試驗(yàn)及其強(qiáng)度校核 內(nèi)筒體水壓試驗(yàn)壓力由PT=P+=,PT==,取二者中較大值,取PT=;夾套水壓試驗(yàn)壓力由PT=P+=,PT===。內(nèi)筒水壓試驗(yàn)時(shí)壁內(nèi)應(yīng)力σT=PT[Di+(δnC)]/[2(δnC)Ф]=[2800+()]/[2()]=σTf=PT[KDi+(δnC)]/[2(δnC)Ф]=[2800+()]/)[2()]=夾套水壓試驗(yàn)是壁內(nèi)應(yīng)力σTj=PTj[Di+(δnC)]/[2(δnC)Ф]]=[3000+()]/[2()]=σTjf=PTjf[KDj+(δnC)]/[2(δnC)Ф]]=[3000+()/[2()]=因搪瓷在常溫時(shí)σS=1000MPa=1000MPa=900MPa可見水壓試驗(yàn)時(shí)內(nèi)筒、水壓試驗(yàn)安全 反應(yīng)釜的附屬裝置根據(jù)工藝條件要求,查手冊(cè),選取攪拌器外徑2500mm,攪拌軸直徑d=35mm的框式攪拌器。選擇攪拌軸材料為45鋼,查手冊(cè)45鋼的許用扭應(yīng)力[σ]=3040MPa,計(jì)算系數(shù)A=118107,則攪拌軸的直徑為d=A(P/n)1/3=(118107)()1/3=()mm考慮物料對(duì)軸的腐蝕作用,根據(jù)手冊(cè),選取攪拌軸的直徑為35mm。選用釜用立式減速機(jī),按照攪拌功率,查手冊(cè),選電動(dòng)Y180M2,額定功率為22kw,轉(zhuǎn)速為3000r/min,符合攪拌要求。①工作壓力:釜內(nèi)≥,夾套≤②工作溫度:釜內(nèi)75100℃,夾套≤150℃③介質(zhì):釜內(nèi)為溶液,夾套內(nèi)為水蒸氣,中度腐蝕④全容積:22m179。(1)確定筒體的直徑和高度設(shè)備容積為22m179。對(duì)液相類型選型長徑比H/Di=。估算筒體的內(nèi)徑:Di={4V/[π(H/Di)]}1/3=[(422)/()]1/3=計(jì)算結(jié)果圓整至公稱直徑標(biāo)準(zhǔn)系列,選取筒體內(nèi)徑Di=2800mm,冊(cè),Dg=2800mm標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭曲面高度h1=740mm,直邊高度h2=40mm,封頭容積Vh=,表面積Fh=。由手冊(cè)查得,每一米高的筒體容積V1=,表面積F1=H=(VVh)/V1=()/=筒體高度圓整為H=3100mm(2)確定夾套的直徑和高度對(duì)于筒體內(nèi)徑Di=2800mm,夾套的內(nèi)徑Dj=Di+200,因此Dj=2800+200=3000mm,符合壓力容器公稱直徑。估算夾套的高度Hj=(ηVVh)/V1=4(V0Vh)/(πDi2)=4(22)/()=選取夾套高度Hj=2600mm,則H0≈HHj=500mm,這樣是便于筒體法蘭螺栓裝拆。驗(yàn)算夾套傳熱面積F=F1Hj+Fh=+=(3)確定夾套的材料和壁厚[]選用Q235A為夾套材料,得Q235A設(shè)計(jì)溫度為150℃的許用應(yīng)力[σ]t=113MPa,夾套加熱蒸汽系統(tǒng)裝有安全閥,選取夾套設(shè)計(jì)壓力P=,即P=。夾套筒體與內(nèi)筒的環(huán)焊縫因無法雙面焊和作相應(yīng)的探傷檢查,從安全考慮,夾套上所有焊縫均取焊縫系數(shù)Ф=,取壁厚附加量中的鋼板厚度負(fù)偏差C1=,單面腐蝕取腐蝕裕量C2=1mm.夾套的壁厚為:δd=PDj/(2[σ]tФP)+C=3000/(2113)+=標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭的壁厚附加量也只考慮C1和C2,加工成型的減薄量由制造廠根據(jù)加工條件來確定,以保證壁厚符合圖紙數(shù)值,設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可不作考慮,取C1=,C2=1mm,標(biāo)準(zhǔn)橢圓形夾套封頭的壁厚為:δd=PDj/(2[σ]tФP)+C=3000/(2113)+=圓整至鋼板規(guī)格厚度并查閱封頭標(biāo)準(zhǔn),選取夾套的筒體和封頭的壁厚均為δn=13mm。(4)確定內(nèi)筒的材料及壁厚酯化釜選擇材料為搪瓷釜,筒體受內(nèi)壓取設(shè)計(jì)壓力為P=,設(shè)計(jì)溫度為75℃,參考前面計(jì)算夾套壁厚結(jié)果,可知按強(qiáng)度計(jì)算內(nèi)筒的壁厚約8mm,而筒體又受外壓作用,按設(shè)計(jì)外壓P=,所得壁厚必大于內(nèi)壓設(shè)計(jì)的壁厚,則按外壓穩(wěn)定設(shè)計(jì)的壁厚,一定能滿足內(nèi)壓強(qiáng)度的要求,可不再作內(nèi)壓設(shè)計(jì)??紤]到內(nèi)筒筒體按外壓設(shè)計(jì),搪瓷釜受單面腐蝕作用,可初選筒體壁厚δn=13mm,并取C1=,C2=1mm,筒體有效壁厚δe=δnC=,D0/δe=(2800+132)/=內(nèi)筒受外壓作用的計(jì)算長度L為被夾套包圍的筒體部分加凸型封頭高的1/3L≈Hj+h2+h1/3=3000+40+740/3=3287mmL/D0=3287/2800=查文獻(xiàn)[8]圖97,由D0/δe=104;再查文獻(xiàn)[]圖98,由系數(shù)A查得系數(shù)B=100MPa。筒體的許用外壓為[P]=B/(D0/δe)=100/=>P=因?yàn)閇P]>P,且比較接近,所以取筒體δn=13mm,此時(shí)外壓穩(wěn)定和內(nèi)壓強(qiáng)度均能滿足要求。選取筒體下封頭壁厚δn=13mm,壁厚附加量中C1=,C2=1mm,所以筒體下封頭的有效壁厚δe=δnC==;標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的外壓計(jì)算當(dāng)量球面半徑Ri=KDi=2800=2520mm,計(jì)算系數(shù)A為A=(Ri/δe)=(2520/)=104查文獻(xiàn)[8]圖98,由系數(shù)A查得系數(shù)B=170MPa,許用外壓為[P]=B/(Ri/δe)=170/(2520/)=>P=取筒體下封頭壁厚δn=13mm,符合外壓穩(wěn)定和內(nèi)壓強(qiáng)度要求。(5)水壓試驗(yàn)及其強(qiáng)度校核 內(nèi)筒體水壓試驗(yàn)壓力由PT=P+=,PT==,取二者中較大值,取PT=;夾套水壓試驗(yàn)壓力由PT=P+=,PT===。內(nèi)筒水壓試驗(yàn)時(shí)壁內(nèi)應(yīng)力σT=PT[Di+(δnC)]/[2(δnC)Ф]=[2800+()]/[2()]=σTf=PT[KDi+(δnC)]/[2(δnC)Ф]=[2800+()]/)[2()]=夾套水壓試驗(yàn)是壁內(nèi)應(yīng)力σTj=PTj[Di+(δnC)]/[2(δnC)Ф]]=[3000+()]/[2()]=σTjf=PTjf[KDj+(δnC)]/[2(δnC)Ф]]=[3000+()/[2()]=因搪瓷在常溫時(shí)σS=1000MPa=1000MPa=900MPa可見水壓試驗(yàn)時(shí)內(nèi)筒、水壓試驗(yàn)安
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