【正文】 /h） 10400 4850實際消耗（kg/h） 9900 4600生成量（kg/h） 14500（2）酰胺化工段酰胺化反應方程式 分子量 投入量（kg/h） 14500實際消耗（kg/h） 14165生成量 （kg/h） 28160轉位反應方程式(3)水解及酯化工段水解反應方程式酯化反應方程式分子量 投入量（kg/h） 14330 4200 實際消耗（kg/h） 10750 4000 生成量 （kg/h） 12500 2250 3. 2 物料衡算表表 物料衡算表工段輸入物料量輸出物料量名稱數(shù)量名稱 數(shù)量ACH工段丙酮氫氰酸氫氧化鈉104004850— 丙酮氰醇 損耗及其他14500750合計15250合計15250酰胺化工段丙酮氰醇100%硫酸（）1450025000a 羥基異丁烯酰胺硫酸鹽損耗及其他2816011340合計39500合計 39500水解酯化工段甲基丙烯酸甲醇（mol1：）143304200甲基丙烯酸甲酯水損耗及其他1250022503780合計18530合計18530表 主要原材料消耗定額表原料名稱消耗定額 kg/t丙酮8320氫氰酸3880甲醇3360100%硫酸20000NaOH—表 排放物綜合表序號類 型名 稱主要成分排放量1廢氣氮氣過量的未反應的原料微量 2氮氣HCl570 3廢水聚合廢水水，氯化銨，少量原料437 4加成廢水水，少量原料255 5加聚液廢水水，氯化銨，少量原料，197 6廢渣光氯化廢渣高沸物微量 7聚合廢渣少量原料35 8環(huán)合廢渣少量原料，有機雜質微量 熱量衡算在進行熱量衡算時，主要對生產(chǎn)過程中的反應設備進行計算，以確定加熱劑和制冷劑的用量。以每年生產(chǎn)10000噸甲基丙烯酸甲酯為計算基準，熱量衡算的基準溫度為0℃。 混合釜（1）已知條件①單臺反應釜的投料量：丙酮10400kg，氫氰酸4850kg。②反應釜規(guī)格φ2800/30001800（筒體），V=2000L，數(shù)量1臺。③操作要求：溫度≤65℃，反應時間810小時（2）各項熱量值計算①（因為物料由合成釜抽過來時溫度較高所以取初始溫度為40℃）物料由40℃升溫至60℃所需熱量Q＝∑WCp(t2t1) =(1050+2729)20=116220kJ②反應釜的熱損失設反應釜每小時熱損失約為100kJ/m3。單臺反應釜的內(nèi)表面積為 A=2πrh+2Sf==＋2= m2則每臺反應釜操作8小時損失的熱量Q=1008=11360kJ所以操作8小時每臺反應釜需要提供的熱量為116220+11360=127580kJ （3）傳熱面積的確定[9]采用水蒸氣進行升溫，總傳熱系數(shù)K取836kJ/m2℃。物料t 40 → 60蒸汽T 80 ← 110△t1=40 △t2=50由文獻[9]公式445得對數(shù)平均溫度差為△t m=(△t1△t2)/㏑(△t1/△t2) =10/ln（50/40）=℃由文獻[9]公式444得傳熱面積為 S＝Q/(K△tm)=127580/(836)=㎡.（4）傳熱劑用量的計算由式Q＝WCp(t2t1)得W=Q/ Cp(t2t1)=127580/(8)= 。 酰胺反應釜（1）已知條件①單臺反應釜的投料量：②反應釜規(guī)格φ1400/15001700(筒體)，V=3000L，數(shù)量1臺。③反應要求：物料溫度為45℃。（2）冷卻過程中，各項冷量值的計算①冷卻過程中物料由60℃降至45℃所需的冷量 Q=(4042+1000+1325)15 =101029kJ②反應釜的冷損失設45℃時，每小時熱損失為50kJ/m2。單臺反應釜的內(nèi)表面積A=＋2=則每臺反應釜7小時損失的熱量Q=507=所以每臺反應釜需要提供的熱量為101029+= （3）傳熱面積的確定若采用15℃的循環(huán)水降溫，出口溫度為20℃，總傳熱系數(shù)為836kJ/ m2℃。物料t 60 → 45 冷鹽水T 15 ← 25△t1=45 △t2=20△t=(4520)/ln(45/20)=31℃要求設計反應釜的傳熱面積S＝Q/(K△t m)= (83631)=（4） 制冷劑用量的計算W=Q/ Cp(t2t1)= (7)=3597kg即每臺反應釜需要3597kg循環(huán)水來進行制冷。第4章 主要設備及管道的選擇及計算 主要設備選擇及計算 混合釜混合釜結構為帶夾套的立式設備，頂部設置攪拌器?；旌细窃撗b置的關鍵設備，內(nèi)設攪拌器和U性管式換熱器，考慮到混合物料為過量100%的濃硫酸和丙酮氰醇發(fā)生酰胺反應，生成α甲酰胺異丙基硫酸氫酯中間體，為防熱反應，控制溫度為80100℃，根據(jù)100%硫酸腐蝕速度圖選取該設備材質為鉻鎳鉬不銹鋼（00Cr17Ni14Mo2），以符合工藝要求。由于混合釜內(nèi)U管換熱器內(nèi)介質為冷卻水，一旦泄漏，就會馬上將混合釜內(nèi)的100%硫酸稀釋成稀硫酸，高溫稀硫酸為強腐蝕介質，就會造成整個設備迅速被腐蝕壞掉，造成整個裝置停車，影響生產(chǎn)。通常引進技術U管換熱器采用哈氏合金B(yǎng)2或哈氏合金的材質，考慮到一方面哈氏合金B(yǎng)2或哈氏合金的材質引進和制造周期較長，另一方面設備投資增大。在國產(chǎn)設計中，U管換熱器材質選用鉻鎳鉬不銹鋼（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導致U管泄漏的發(fā)生。從已開車的MMA裝置的運行記錄可以看出，到目前為止運行5年的混合釜沒有出現(xiàn)任何問題。（1）混合釜物料：丙酮 10400kg r ρ=800kg/m3 V=13m3 氫氰酸 4850kg r ρ=1205kg/m3 V=合計體積 13+= m3裝料系數(shù) 反應釜容積 選用20000L鉻鎳鉬不銹鋼混合釜。 酰胺反應釜在混合釜中發(fā)生酰胺化反應，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熱油加熱，進一步與100%的濃硫酸發(fā)生轉位反應，生成甲基丙烯酸酰胺硫酸鹽，反應控制溫度為130140℃，根據(jù)硫酸腐蝕速度圖及設計壓力選取該設備材質為哈氏合金B(yǎng)2或哈氏合金。（1）酰胺反應釜物料：丙酮氰醇 14500kg ρ=932kg/m3 V= 100%硫酸 25000kg ρ=1840kg/m3 V=179。合計體積 += m3裝料系數(shù) 反應釜容積 選用20000L哈氏合金B(yǎng)2反應釜。 多級酯化釜已完全反應的酰胺混合物依次依次進入多級酯化釜，并加入一定數(shù)量的中和水溶液和一部分新鮮甲醇，控制酯化反應溫度為7590℃，然后反應混合物進入酯化汽提釜出粗MMA，剩下的廢酸液排入到廢酸槽以進行后處理。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，因此多級酯化選用帶攪拌的搪瓷釜，同時內(nèi)部構件如溫度計等必須使用搪瓷套管。（1）多級酯化釜物料：甲基丙烯酸 14330 kg ρ=1010 kg/m3 V= m3 甲醇 4200 kg ρ=1110kg/m3 V= m3合計體積 += m3裝料系數(shù) 反應釜容積 選用22000L搪瓷套管搪瓷反應釜。 其他設備MMA裝置中其他設備的選擇是根據(jù)MMA的潔凈度的要求選取的，粗MMA的設備材質一般選用碳鋼，貯存成品MMA的設備，為避免MMA出現(xiàn)變色，影響產(chǎn)品純度，設備材質全部選用鉻鎳鉬不銹鋼（00Cr17Ni14Mo2）。4. 2 主要物料管道材質選擇 98%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℃，管道材質選擇20號鋼。 100%硫酸管道質量分數(shù)為100%的硫酸輸送管道，為連續(xù)操做，操作溫度為2535℃，同時考慮沖刷腐蝕及MMA產(chǎn)品純度要求，管道材質選擇鉻鎳鉬不銹（00Cr17Ni14Mo2）。 丙酮氰醇管道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，管道材質選擇，考慮到丙酮氰醇為高度危害介質。 MMA管道輸送MMA的管道，因MMA產(chǎn)品純度要求嚴格，為避免管道出現(xiàn)雜質，影響產(chǎn)品色度，管道材質選擇鉻鎳鉬不銹（00Cr17Ni14Mo2）；為防止MMA10℃以上聚合，管道需保冷?？紤]到MMA為易燃易爆介質， Mpa. 高溫廢酸液輸送管道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℃），具有強腐蝕性，管道材質選擇鋼襯聚四氟乙烯。 生產(chǎn)污水管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，而且能耐丙酮的溶解。 結語甲基丙烯酸甲酯裝置中不僅有易燃易爆介質、有毒介質、酸、堿腐蝕等介質，而且存在爆聚的可能性，所以該裝置工藝設計的每一個環(huán)節(jié)都需全面考慮。特別是設備及管道材質的選擇在裝置的設計中是最關鍵的。第5章 主反應釜設計 混合釜設計 已知條件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：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： 筒體和夾套的設計（1）確定筒體的直徑和高度反應釜容積為20m179。對氣液相類型選取H/Di=，估算筒體的內(nèi)徑 Di=｛4V/[π(H/Di)]｝1/3=（420/）1/3=將計算結果圓整至公稱直徑標準系列[]，選取筒體內(nèi)徑Di=2800mm,查手冊,Dg=2800mm標準橢圓封頭曲面高度h1=740mm,直邊高度h2=40 mm, 封頭容積Vh=，表面積Fh=。由手冊查得，每一米高的筒體容積V1= m3，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 (V0 Vh )/( 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設計溫度為150℃的許用應力[σ]t=113MPa，夾套加熱蒸汽系統(tǒng)裝有安全閥，選取夾套設計壓力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)+=標準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，設計計算時可不作考慮，取C1=，C2=1mm,標準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準，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)壓取設計壓力為P=，設計溫度為75℃，參考前面計算夾套壁厚結果，可知按強度計算內(nèi)筒的壁厚約8mm，而筒體又受外壓作用，按設計外壓P= ，所得壁厚必大于內(nèi)壓