甲基丙烯酸甲酯

项目04：15000吨/年甲基丙烯酸甲酯装置公用工程方案,班级：化工1313姓名：陈新明,项目任务：,0401 确定冷却系统的方案0402 确定供热系统的方案0403 确定供气系统的方案0404 确定供电系统的要求,任务：0401 确定冷却系统的方案,任务介绍：0401-1 根据甲基丙烯酸甲酯生产工艺及外界配套情况、提出公用工程要求-供冷、供热、供风、供电；0401-2 提出甲基丙烯酸甲酯冷却系统方案-水源选择及处理、冷却水质量要求、系统流程图。；0401-3 提出冷却水系统技术要求-管道材质、布置、施工要求。,甲基丙烯酸甲酯的生产工艺,甲基丙烯酸甲酯是一种重要的有机化工原料，主要应用于生产有机玻璃及有机玻璃模塑料及其它工程塑料产品、PVC改性剂、胶粘剂、表面涂料等，市场前景十分广泛。1、甲基丙烯酸甲酯的合成1.1C3路线 1.1.1丙酮氰醇法ACH 此法是1934年ICI公司发明，1937年工业化，世界上80%的甲基丙烯酸甲酯用这个工艺合成。丙酮氰醇和硫酸反应生成甲基丙烯酸硫酸盐，然后再和甲醇反应，生成甲基丙烯酸甲酯。丙酮氰醇是由氢氰酸和丙酮反应而成。硫酸用量为1.41.8mol/molACH，硫酸既作为反应物，也作为溶剂。首先生成甲基丙烯酰胺硫酸盐，副产物是a羟基异丁烯酰胺硫酸盐（有水的情况下生成），而a羟基异丁烯酰胺硫酸盐在比较高的温度和比较长的时间会生成甲基丙烯酰胺硫酸盐。整个反应需要加入阻聚剂。第一步反应80100度，然后快速升高120160度，整个反应时间1小时，这步转化率一般（按ACH算）是94%。接下来用甲醇和水酯化甲基丙烯酸酰胺硫酸盐。,这个反应温度是100150度，压力是7atm，反应时间是1小时，一步转化率是（以甲基丙烯酰胺算）82%，甲醇和甲基丙烯酸循环反应，最终甲基丙烯酸甲酯的转化率接近90%。生成的废水可以高温处理生成硫酸重复利用，也可以加入液氨，制成硫铵。 改进的ACH工艺是不用硫酸，最终转化率（按ACH算）84%。第一步是丙酮氰醇制备a-羟基异丁酰胺，这个反应是丙酮氰醇和水在MnO2催化作用下60度反应，转化率接近98，然后再和甲醇在甲醇钠和离子交换树脂的催化作用下生成甲基丙烯酸甲酯，反应温度小于100度，这步转化率接近65%。,1.1.2 丙烯法 丙烯酸法从1960年开始研究。丙烯和一氧化羰和水在过渡金属催化下一步生成甲基丙酸烯甲酯。现在一般用镍碳催化剂，也有用钯碳催化剂，反应温度45115度，反应压力2060atm，整个反应在惰性的溶剂里，选择转化率99%。 还有种工艺是强酸（氢氟酸）催化下丙烯和一氧化碳和水生成异丁酸，然后再和氧气在催化剂（铁磷和钼磷）的作用下生成甲基丙烯酸和水。异丁酸的转化率是90，甲基丙烯酸转化率是95%，甲基丙烯酸一次性转化率是接近80%，反应温度300400度，然后和甲醇生成甲基丙烯酸甲酯。1.2C2 路线（乙烯氧化法） 乙烯和一氧化碳在催化剂作用下和甲醇生成丙酸甲酯，然后和甲醛在催化剂作用下生成甲基丙烯酸甲酯和水。总转化率95%。乙烯法工,艺较简单，原料易得，具有一定的竞争力，特别是与大型感化乙烯装置联合一体化生产更具优势，不过国内现在乙烯紧缺，暂时仍不能采用。 1.3C4路线（异丁烯氧化法和叔丁醇氧化法）1.3.1异丁烯氧化法 异丁烯用酸性离子交换村脂作催化剂水合成叔丁醇，然后和空气在催化剂条件下反应生成甲基丙烯醛（反应温度300420度，催化剂为含钼、铋、镁的氧化物，转化率为96%），再与空气在催化剂条件下反生成甲基丙烯酸（反应温度250350度，氧与甲基丙烯醛的摩尔比为1:2，转化率为86%），得到的反产物用吸收、萃取等方法进行分离、提纯；最后用强酸阳离子交换树脂作催化剂，甲基丙烯酸经酯化反应得到甲基丙烯酸甲酯（反应温度70110度，甲基丙烯酸酸下甲醇的摩尔1:1.4）。此法原料来源丰富、价廉、污染小，但工艺过程较为复杂。,1.3.2叔丁醇氧化法 叔丁醇氧化法和异丁烯氧化法相同，而且采用催化剂和反应条件也相同，分为五个工艺：水合工程；氧化工程；甲基丙烯酸回收过程；废气、废液燃烧过程；酯化过程。1.4甲基丙烯腈路线 甲基丙烯腈在硫酸作用下水解，不过最新工艺是甲基丙烯腈在酶催化剂作用下水解，生成甲基丙烯酸，然后再和甲醇酯化生成甲基丙烯酸甲酯。第一步转化率最高达100%。由于原料价格比较高，目前没有规模生产。1.5聚合物中回收 将聚甲基丙烯酸甲酯加热到300度，会发生化学分解和物理反应，生成甲基丙烯酸甲酯。回收率达96%，国内有多套这种回收设备。,2、 甲基丙烯酸甲酯应用越来越广泛，随着国外先进技术的进入，国内的ACH老工艺都需要改造或重新采用其它工艺路线。可以发挥石油裂解C4馏分的资源优势，选择异丁烯氧化法工艺路线。此路线废液少、收率高、质量好、投资少，也可以采用乙烯法，不过丙烯法按照目前的成本，利益非常大，不过丙烯的原料紧缺，价格不稳定。,0401-1 根据甲基丙烯酸甲酯生产工艺及外界配套情况、提出公用工程要求,此次方案是：丙酮氰醇法（ACH）生产 甲基丙烯酸甲酯工艺过程主要分3步：HCN与丙酮进行加合反应生成丙酮氰醇(CH3)2C(OH)CN，HCN与丙酮的摩尔比为1：1，反应温度在40左右。然后丙酮氰醇与浓硫酸进行酰胺化反应，生成甲基丙烯酰胺硫酸盐，反应温度控制在80-90、130-140、90三个阶段，硫酸加入量稍高于化学计算量。最后，甲基丙烯酰胺硫酸盐再与水、甲醇依次进行水解和酯化生成MMA。,丙酮的物性无色液体，具有令人愉快的气味（辛辣甜味）。易挥发。能与水、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、氯仿、乙醚及大多数油类混溶。相对密度 0.7845。熔点-94.7。沸点56.05。闪点-20。易燃。半数致死量（大鼠，经口）10.7ml/kg。有刺激性。HCN的物性氰化氢，又称山埃，化学式HCN。标准状态下为气体，剧毒且致命，无色而苦，并有杏仁气味，能否嗅出视乎个人基因。氰化氢是一种无色，有毒液体，沸点26，略高于室温 丙酮氰醇无色至淡黄色液体。熔点-19。沸点95。相对密度0.932（20/4）。闪点63。易溶于水和常用有机溶剂，但不溶于石油醚和二硫化碳。,甲基丙烯酸甲酯物性无色液体，易挥发，易燃。熔点为-48，沸点100.6，相对密度0.936，折射率1.4142，闪点（开杯）10，蒸气压（25.5）5.33kPa。溶于乙醇、乙醚、丙酮等多种有机溶剂，微溶于乙二醇和水。在光、热、电离辐射和催化剂存在下易聚合。,供冷,甲基丙烯酸甲酯冷却要求分析：反应热移出反应温度分三个阶段80-90、130-140、90；精馏塔温度70-110（甲基丙烯酸甲酯沸点）2.甲基丙烯酸甲酯冷却系统选择：反应热移出反应后产物的冷却精馏塔冷凝、冷却系统产品冷却系统,1.HCN发生器塔顶冷凝氰化反应器中反应温度为40度左右，需要把原料HCN降到反应所需温度-用水冷却。2.氰化釜反应器冷凝氰化反应放热，为保证氰化釜反应器的温度稳定在40度，需要冷凝-用冷冻盐水冷却。3.酯化釜出料冷凝酯化产物送去洗涤、过滤分离，需要降低到一定温度-用水冷却。4.精馏塔塔顶冷凝经塔顶冷凝器冷凝后部分回流，部分出料，最终温度应降低在室温25度左右-用水冷却。5.精馏塔出料冷凝用水冷却。,供电,1、直流电： 直流电又称恒流电，恒定电流是直流电的一种，它是由爱迪生发现的。恒定电流是指大小（电压高低）和方向（正负极）都不随时间（相对范围内）而变化，比如干电池。 化工企业直流负荷多为220V电压等级，因此一般都选用220V的直流电源装置。直流电的优点：1、输送相同功率时，直流输电所用线材仅为交流输电的2/31/2。2、在电缆输电线路中，直流输电没有电容电流产生，而交流输电线路存在电容电流，引起损耗。3、直流输电时，其两侧交流系统不需同步运行，而交流输电必须同步运行。,2、交流电交流电，简写AC，是指大小和方向都发生周期性变化的电流，因为周期电流在一个周期内的运行平均值为零，称为交变电流或简称交流电。不同于方向不随时间发生改变的直流电。交流电的优点：1、交流电可以方便的用变压器改变电压.远距离输送。2、交流电机构造简单。3、交流发电机构造简单,生产交流电比直流电价格低。4、在用直流电的地方用整流器将交流电变为直流电比用直流发电机造价低。,3、三相正弦交流电三相交流电是由三个频率相同、电势振幅相等、相位差互差120角的交流电路组成的电力系统。目前，我国生产、配送的都是三相交流电。在现代电力网中，从电能的产生到输送、分配及应用，大多是采用三相交流电路。三相正弦交流电路是指由三个频率相同、最大值相等、在相位上互差120的单相正弦交流电动势组成的电路。分别称为U相、V相、W相。在实际中，三相电源线分别被涂成黄色、绿色和红色。,三相交流电路示意图,三相电源的星形和三角形联接,供电电压,l、电力系统供电电压选择：按电压与线路结构的经济输送距离和功率，与电力部门协商确定。2、化工企业内部配电电压选择：(1) 若厂内无小于6kV电动机或其它6kV用电设备，此时宜选用l0kV或35kV电压作厂区配电电压。 (2)仅在6kV电动机或其它6kV用电设备较多时，才考虑选用6kV作厂内配电电压。 (3)如总降压变电所或自备电站距化工装置车间变电所在1-3km范围以内时，应首先考虑用6l0kV电压配电。如距离超过3km，每回输送容量大于5MVA时，可考虑35kV作配电电压。3、自备电站的发电机电压 当用发电机电压直接配电时，采用6. 3kV或10. 5kV。事故发电机电压宜采用交流400/230V、三相四线制。4、电动机单台容量在200kW左右时，可选380V的，大于200kW一般应选高压电动机，比如6000伏或10000伏电压。,负荷等级,负荷等级分四级一、0级，指工作电源突然中断时，为确保安全停车，避免引起爆炸、火灾、中毒、人身伤亡、关键设备损坏等，必须保证用电的负荷。二、1级，指生产装置工作电源突然中断时，将打乱关键性的连续生产工艺过程，造成重大经济损失，供电恢复后需很长时间才能恢复生产的大中型生产装置以及确保其正常操作的公用工程的用电负荷。一级负荷应有两个电源供电。采用架空线路时，不宜共杆敷设。三、2级，指生产装置工作电源突然中断时，将造成较大经济损失，供电恢复后，能较快地恢复正常生产装置及为其服务的公用工程的用电负荷。二级负荷宜由双回电源线路供电，当获得两个电源有困难时，也可有一个电源供电。四、3级，指所有不属于0级、1级、2级的其它用电负荷。三级负荷可采用单电源供电。,三相四线制：从配电系统中引出四根线，构成了三相四线制系统在低压供电系统中，最常用的是三相四线制系统，因为它可以同时提供380V和220V交流电源。用电设备：氰化釜：用220V交流电酯化釜：用220V交流电泵（电机）：用380V三相正弦交流电还有仪表（信号指示及照明等）和DCS系统（电脑）也用220V交流电。,0401-2 提出甲基丙烯酸甲酯冷却系统方案,1.循环水系统流程 循环冷却水处理流程是根据循环冷却水水质标准、补充水水质指标、浓缩倍数、热交换设备对污垢热阻值和腐蚀率的要求，考虑保护环境、节约用水、水质稳定、经济合理，同时吸取成功的运行经验，通过技术经济比较后确定。（1）旁流水处理系统 循环冷却水在循环过程中，由于受到污染（包括空气带入的灰尘、粉尘等悬浮固体物，换热设备的渗漏而带入的污染物如油及其他杂志）使水质不断恶化。另外，由于水质的浓缩而引起某一项或几项的成分超出允许值。对系统分流出的旁流水进行相应处理，可以维持水质指标在允许范围内。旁流水处理还可以适当降低对补充水水质的要求，减少排污水量，从而保护环境，节约用水。旁流水处理的目标是保持循环冷却水水质，使系统在满足浓缩倍数的条件下有效、经济地运行。,水质的要求，减少排污水量，从而保护环境，节约用水。旁流水处理的目标是保持循环冷却水水质，使系统在满足浓缩倍数的条件下有效、经济地运行。（2）主流程 由生产给水管道进入冷却塔集水池，通过循环水泵加压后进入循环冷却给水管道，供应工艺装置区、灌区的生产冷却用水。循环冷却回水则通过循环冷却回水管道返回循环水站，经冷却塔的配水系统均匀分布后，在冷却塔内自上而下进行气水换热降温，冷却后进入冷却塔集水池，再通过循环水泵加压供出。如此循环往复。,2.水源选择及处理 对于水源的选择，要充分考虑周边的环境、充分利用周围的可利用资源。最好是位于长江边，地面水量充沛、廉价易得，因而是一个不错的选择。处理：原水混凝、沉淀过滤送达目的地3.循环冷却水质量要求（表见下一页） 生产过程中为保证管道不被堵塞、不被腐 蚀。以及生产的顺利进行需对冷却用水提 出一定的要求。一般处以硬水软化 异养菌总数不应大于 个/ml水、铁细菌数不大于100个/ml水、硫酸还原菌不大于50个/ml水、每立方米水中的粘泥量（生物过滤网法测定）不大于4ml。,系统流程图,0401-3 提出冷却水系统技术要求,一、管道材质选择1、冷水管道选择无缝钢管。2、冷却盐水的管道选择，由于含氯离子，所以管道易被腐蚀，选择不锈钢管。,二、布置及施工要求1、无缝钢管，管件，阀门，焊材等必须有材质证明书或陈品合格证书。 2、按设计要求核对管子，管件，附属配件的规格，材质，型号，并检查其外表面，不得有裂纹，缩孔，气泡，夹缝，折迭，重皮，毛刺，沟槽。3、阀门表面不得有贴砂，裂纹，缩孔等缺陷，开关应灵活可靠，无卡涩现象。4、根据设计图，土建方的钢柱及框架图，测量管架标高。5、根据支架标准图进行管道小支架的下斜，焊接制作，并按要求做好支架的防腐。,管廊式分层管道支承安装是，应考虑管道安装师的吊装方便，为此要求管廊式管道支承安装时，管廊每两胯间应流出一跨立柱第二档及以上的横梁（每夸7.5M）管道吊装就位后在进行安装，否则需安装的管道很难顺利吊装，如下图所示：,任务：0402 确定供热系统的方案,任务介绍：0402-1 根据甲基丙烯酸甲酯生产工艺说明需要供热条件-选择供热介质；0402-2 水蒸气管路布置-材质要求、布置关键、保温；0402-3 水蒸气管道开车,0402-1 根据甲基丙烯酸甲酯生产工艺说明需要供热条件,1.HCN发生器加热2.酯化釜反应器加热3.精馏塔再沸器加热 常用加热剂及其适用温度范围,1.HCN发生器加热生成HCN所需要的温度为80度水蒸气加热满足要求2.酯化釜反应器加热酯化反应需要在一定的温度下进行，本反应酯化需要的温度在80度-130度之间用水蒸气加热3.精馏塔再沸器加热精馏分离甲醇，甲醇沸点在65度，甲基丙烯酸甲酯沸点在100度，加热温度须高于65度，低于100度用水蒸气加热满足要求,0402-2 水蒸气管路布置,1.材质要求选用20#钢或15CrMo（铬钼-mu）钢2、布置关键主蒸汽管道的设计温度用锅炉过热器出口蒸汽额定工作温度加上锅炉正常运行时允许的温度偏差主蒸汽管道设计压力取用锅炉过滤器出口的额定工作压力或锅炉最大连续蒸发量下的工作压力管道连接处，用螺纹连接，设计压力不大于1.6MPa，设计温度不大于200度的低压液体输送用焊接钢管上，若用法兰连接，平焊连接设计温度300度以下且PN4,3、保温要求用隔热材料，此工艺中为常温隔热材料,0402-3 水蒸气管道开车,操作步骤：1.检查流程，先关闭所有阀门，打开蒸汽管网导淋；2.缓慢开启蒸汽阀门送蒸汽，有蒸汽通过时停一阵，无严重水击时再开一点；3.检查蒸汽导淋排水汽情况和管道位移情况；4.视蒸汽导淋排水汽带水多少情况，沿蒸汽流向方向关闭蒸汽导淋阀门，直到最后一个导淋阀关闭；蒸汽暖管结束。5.管线全部见汽后开大引蒸汽阀门，提高参数至所需的压力。,冷的蒸汽管道在引入蒸汽时，有一个热膨胀过程，为使热膨胀充分，必须有足够的时间缓慢加入蒸汽以提升温度和压力（同时注意排放冷凝液），逐渐达到额定值（管道与蒸汽温度一致），这就叫暖管。若暖管速度过快，冷凝液排放不及时与蒸汽在管内形成两相流，使混合物发生激烈爆鸣（可听到较闷的铛铛声），严重时损坏该区域管道及阀门，伤及操作者，这就叫水击。其实暖管过程就是防止水击的发生。蒸汽管暖管的注意事项：1.暖管应缓慢进行。即先向管道内缓慢地送入少量蒸汽，对管道进行预热，当吹扫管段首段和末端温度相近时，方可逐渐增大蒸汽流量至需要值进行吹扫。蒸汽管路的吹扫方法用暖管-吹扫-降温-暖管-吹扫-降温的方式重复进行。直至吹扫合格。如是周而复始地进行，管路必然冷热变形，,使管内壁的铁锈等附着易于脱落，故能达到好的吹扫效果，为提高吹管效果，可在基本的吹洗方法加入一定量的氧气，有利于锈垢脱落及保护膜的生成。排出的全是无色蒸汽为止。2.基本上控制升温速度不超过50C/半小时，管道与蒸汽温度一致，暖管合格。3.暖管时要注意观察管道连接处的各个阀门，发现泄露要及时处理。,任务：0403 确定供气系统的方案,任务介绍：0403-1 根据甲基丙烯酸甲酯生产工艺说明需要供风要求-说出需要供风的设备、风介质、要求；0403-2 提出供风系统方案-仪表风系统（流程、系统说明）；0403-3 仪表风系统典型设备介绍-净化系统。,0403-1 根据甲基丙烯酸甲酯生产工艺说明需要供风要求,化工生产中供风形式a.工厂风主要指工厂内的压缩空气，主要用于投产、检修或工艺需要的吹扫。 b.仪表风是指给自动化仪表中的调节机构使用,有气动阀,流量计等的空气源。仪表风专门供应调节阀的仪表设备做动力的，要求纯净度比较高。一般工厂风经过脱水、净化后可作为仪表风使用。 c.工艺风主要是指生产用的、与物料接触的压缩性气体，如气力输送空气。,工厂风要求：工厂风一般指用来吹扫管道，设备，工艺用空气，空气质量要求一般，压力较稳定，有需要的开启使用。干净度没有特殊要求，为非净化风，一般是直接经空压机压缩而得的风。 一般压力在0.4-0.5MPa。 也指置换氮气：生产中不能有空气存在的装置，吹扫后需用氮气置换。仪表风要求：按行业标准仪表供气设计规定HG20510-2000规定的仪表空气质量要求如下：露点：供气系统气源工作压力下的露点，应比工作环境历史上的年（季）极端最低温度至少低10；,尘粒：净化装置后过滤器出口处，仪表空气含尘粒径不应大于3m，含尘量小于ppm。油份：气源装置送出的仪表空气中其油份含量应控制在8ppm（重量）以下。 干燥含水小于0.002%。化工生产广泛使用压缩空气，用于各种各样的目的，化工生产对空气的要求包括气量、温度、压力、湿度或露点、含尘量、含油量、含菌量等。使用场合不同，对压缩空气的品质要求也不尽相同，例如化工仪表用空气要求尘含量、油含量及露点等符合专门的要求。工艺风要求：满足生产工艺本反应中HCN不能与空气接触，生产HCN时先用氮气排净空气，加阻聚剂。,由于甲基丙烯酸甲酯生产过程中装置需要检修，甲基丙烯酸甲酯生产中仪表需要用风，并且物料在输送时也需用风，所以在甲基丙烯酸甲酯生产过程中工厂风，仪表风以及工艺风都是必须的。,0403-2 提出供风系统方案-仪表风系统,仪表风是指给自动化仪表中的调节机构使用,有气动阀,流量计等的空气源。仪表风专门供应调节阀的仪表设备做动力的，要求纯净度比较高。一般工厂风经过脱水、净化后可作为仪表风使用。流程：空压机储气罐初级过滤器冷干机精密过滤器储气罐用户车间,0403-3 仪表风系统典型设备介绍,空气净化（1）无热再生空气干燥净化装置工作原理：无热再生空气干燥净化装置的空气干燥方法，是根据变压吸附原理，利用吸附剂表面气体的分压力具有与该种物质中周围气体的分压力取得平衡的特性，使吸附剂在压力下吸附，而在常压和负压下再生。（2）微加热节能再生式空气干燥器微加热节能再生式空气干燥器工作原理与无热再生空气干燥器工作原理基本相同，区别仅在前者对再生气体采取微加热的形式，因此再生气量减少50%。,（3）冷冻式压缩空气干燥机工作原理：冷冻式压缩空气干燥机是通过制冷设备使压缩空气冷却到一定的露点温度，析出相应所含的水分，并通过分离器进行气液分离，再由自动排水阀将水排出，从而使压缩空气获得所需要的露点。,任务：0404 确定供电系统的要求,任务介绍：0404-1 填写甲基丙烯酸甲酯生产供电要求表-根据生产物的火灾爆炸特性、生产工艺特性、生产控制要求；0403-2 根据任务点0404-1以及安监部门文件要求、工艺参数影响关系，写出自控、连锁的逻辑关系； 0404-3 根据甲基丙烯酸甲酯生产涉及物料火灾爆炸特性，从人员安全、电气设备安全、静电和雷电安全方面提出要求。,0403-2 根据任务点0404-1以及安监部门文件要求、工艺参数影响关系，写出自控、连锁的逻辑关系,1.电气机械连锁就是指：当有市电供电时发电是合不上闸的。2.在正常情况下是不会同时分闸的（因为双电源就是要保证线路不能长时间断电）当然非要同时分闸也是可以的（比如整修线路时间要断电就要都分闸）3.是可以实现自动切换的，这是电气控制回路来控制的，当市电有电时就会却换到市电，市电没电时就会去换到发电（还会自动启动发电机）。,0404-3 根据甲基丙烯酸甲酯生产涉及物料火灾爆炸特性，从人员安全、电气设备安全、静电和雷电安全方面提出要求,操作注意事项：密闭操作，加强通风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防毒面具（半面罩），戴化学安全防护眼镜，穿防静电工作服，戴橡胶耐油手套。远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。防止蒸气泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂、酸类、碱类、卤素接触。搬运时要轻装轻卸，防止包装及容器损坏。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。储存注意事项：通常商品加有阻聚剂。储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。避光保存。库温不宜超过30。包装要求密封，不可与空气接触。应与氧化剂、酸类、碱类、卤素等分开存放，切忌混储。不宜大量储存或久存。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具