【正文】 進行的，物料溫度與設備溫度都不隨時間變化，此時 q3=0。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%。 氧化反應器熱量衡算第一氧化反應器熱量衡算（1）q 1 的計算： TCpwTCpw??????)250()325( ℃℃ 進 料出 料進 料出 料第 16 頁 共 36 頁q 出料 =(+++ ) (32525)= kJ/hq 進料 =(+ +)(250 25)= kJ/hq1= q 出料 －q 進料 ==107 kJ/h（2）q 2 的計算：=1000－(－)1000=???= 107 kJ/h（3）q 3 的計算：對于連續(xù)操作，由于操作過程是在定態(tài)條件下進行的，物料溫度與設備溫度都不隨時間變化，所以 q3=0（4）q 4 的計算：常取熱損失速率為總速率的 10%；q4=10%(107+107)= 106 kJ/h（5）q T 的計算：qT =q1+q2 +q4 =107+107+106 = 107 kJ/h（6）計算設備熱負荷和熔鹽消耗量：氧化反應是連續(xù)操作過程，所以設備熱負荷應當?shù)扔?qT，為 107 kJ/h熔鹽（55%KNO 3+45%NaNO2） ，進口溫度 275℃，出口溫度為 280℃其比熱為 55%+45%=℃熔鹽對管壁給熱系數(shù) α 可取 2717 kJ/(m2℃)所以 kg/h6)280(?????hG（7）電能消耗量的計算：據(jù)公式 ，η 為用電設備的電功功率（一般取 ~） ，設計取?360TqE；所以 ??第二氧化反應器的熱量衡算方法同第一反應器，其計算結果如表 所示。h 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。計算催化劑床層體積、直徑及高度對于第一反應器：床層體積： mS?????氣 氣 床床床層直徑： 24..7360360vDu??其中 u 為空床操作氣速，取 1m/s；催化劑平均粒徑取 5mm，床層孔隙率 ε 取 ；床層高度： (10)7.(1)4VLLmD?????????床經圓整，取 同理，對于第二反應器：床層體積： mS????氣 氣 床床床層直徑： 24..5360360vDu???其中 u 為空床操作氣速，取 1m/s；催化劑平均粒徑取 5mm，床層孔隙率 ε 取 ；第 19 頁 共 36 頁床層高度： (108)5.(1)4VLLmD?????????床經圓整，取 反應器管數(shù) n給定管子 φ 30，故管內徑 dt 為 25mm，即為 米；管長為 5 米，催化劑充填高度 L 為 米。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(shù)按下式計算：床層被冷卻時， ()exp()fpptt tdGd?????式中 ——流體導熱系數(shù)，kJh1℃1； ——表觀質量流速，kgh1；f?——流體粘度，PahA需實 ＞反應床層壓力降的計算修正雷諾數(shù)： 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。（2）人孔：選用 JB58079 回孔蓋人孔，公稱壓力 Pg10，公稱直徑 Dg500，采用一類材料，A 型密封面，人孔標記為 AIPg10Dg500JB58079。（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。（6）開孔補強：在人孔、加料和出料管口以及蒸汽進出口設置補強圈，補強圈按 JB120773 選用，即人孔處補強圈 Dg50012，加料和出料口 Dg10012，蒸汽進出口 Dg808。配 M30 地腳螺栓，設置加強墊板。h（1）計算依據(jù)：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(shù)：管殼式換熱器作加熱器時，設計取 W/m2吸入壓力為 ，吸入溫度為 25℃；排出壓力為 ，排出溫度為25℃；容積流量： m 3/min（吸入狀態(tài)） ；活塞行程為 240mm，轉速：375r/min.丙烯原料氣壓縮機本設計選用的是 M155/55 型（2 臺） 。 泵和管路的選型泵的選型（1）基礎數(shù)據(jù)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(shù)，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。 彎頭 10 個（2）選泵連續(xù)操作，要求流量均勻且易調節(jié)，流量大，揚程不太大時，選擇離心泵。具體型號查《化工原理》上冊附表，確定為 IS80—50—315 型。泵臺數(shù) 2 臺（正常生產 1 臺，備用 1 臺） ，兩者并聯(lián)在管路中，以便于發(fā)生故障時切換使用。表 離心泵的性能表序號 項目 單位 數(shù)據(jù)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。選擇 GB816387 無縫鋼管，所用材料為 16Mn。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。② 管徑的計算：根據(jù)選定的流速計算管子的內徑， =；??其中 d 為管子內徑，m；V 為流體在操作條件下的體積流量，m 3/s；u 為平均流速，m/s 。 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。隨著化工設置大型化，車間布置總的發(fā)展趨勢呈以下特點：①露天化② 流程化③ 集中化④定型化 [33]。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。（2）柱間距多用 66，一般不超過 12m。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(wǎng)跨度。以上三方面盡量符合建筑模數(shù)（標準化）的要求。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。同類設備可盡量集中。（8）廠房出入口、交通道、樓梯等都需精心安排。～60186。 的較多。盡量采用位差送料，一般從高層到低層設備布置槽→反應設備→貯槽、重型設備和震動設備。（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。設備裝修（1）不僅要考慮安裝時設備的進出，而且要考慮各單個設備的更換和檢修，保證足夠的空間和通道。（3）要考慮起吊裝置，如塔頂、房梁設永久吊架。（2）通風要好，高溫、有毒、易燃、易爆車間盡可能取敞開式，以利通風散熱。（3）有毒物質的設備放置下風，操作單位應在上風。第 29 頁 共 36 頁（4）防爆車間盡可能使用單層廠房，避免車間有死角。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。二樓以上要考慮緊急疏散等設施。（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。設備之間及設備與建筑物之間的一般安全距離見表 。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(shù)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。 成本估算原料估算見表 第 31 頁 共 36 頁表 原料價格物料名稱 年消耗量/噸 單價 /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。（1）工藝的安全性：具體措施包括評價由無物料特性引起的危險性和操作條件產生的危險性、抑制反應的失控、設定數(shù)據(jù)測定點、選擇安全泄壓裝置通風裝置和材質盡量選擇耐應力性、耐腐蝕性、耐疲勞性、耐火耐熱性等。（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。第 34 頁 共 36 頁9 總結在世界范圍內，丙烯酸的需求還在繼續(xù)增加，它的應用領域廣，市場缺口大。本課題基于以上現(xiàn)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，三廢少等優(yōu)點。此工業(yè)設計遵循安全設計的思想，采用較為成熟的生產工藝技術與設備，通過選擇成熟的工藝路線，使生產和操作更科學、更合理、更具有人性化，適合我國的國情，實現(xiàn)了產品價值的提升，使丙烯酸工業(yè)穩(wěn)