年产8万吨丙烯酸工艺设计

1、年产8万吨丙烯酸工艺设计年产80000吨丙烯酸生产工艺设计摘 要本次设计是采用丙烯直接氧化法生产丙烯酸，又称丙烯二步氧化法。丙烯在第一个反应器生成丙烯醛，在第二个反应器生成产物丙烯酸，然后送入精制，其间需加入催化剂。整个工艺过程大致分为氧化工段和精制工段两个部分，氧化部分主要设备有第一氧化器和第二氧化器，精制部分主要有吸收塔，汽提塔，脱水塔和脱重塔，还有附属设备冷却器等，以此来实现丙烯酸的生产及精制。本次设计主要包括生产方案选择、工艺流程图及描述、物料衡算、热量衡算、设备选型、车间布置和环境保护等。并绘制了PFD图、PID图、车间布置图和主要设备装配图。关键词：丙烯酸、二步氧化法、氧化工段、精

2、制工段、工艺设计Process Design of Acrylic Acid with Annual Output of 80,000 TonsAbstractThe design is to use propylene direct oxidation method to produce acrylic acid, also known as propylene two-step oxidation method. Acrolein is produced in the first reactor, then acrylic acid is produced in the second re

3、actor, and the product is fed into the refining process, during which a catalyst is added. The whole process is roughly divided into two parts: the oxidation section and the refining section. The main equipment of the oxidation section is the first oxidizer and the second oxidizer, and the refined p

4、art is the absorption tower, stripper tower, dehydrating tower and deweighting tower, as well as the auxiliary equipment coolers and so on. To achieve the production and refining of acrylic acid.The design mainly includes the selection of production plan, process flow chart and description, material

5、 balance, heat balance, equipment selection, workshop layout and environmental protection. The PFD drawing, PID drawing, workshop layout drawing and main equipment assembly drawing were drawn.Keywords: Acrylic acid, two-step oxidation, oxidation section, refining section.目 录1前言11.1产品简介11.2产品的应用11.3丙

6、烯酸的市场概况11.4丙烯酸的生产工艺22丙烯酸的生产方案42.1生产方案的选择42.2产品原料的规格42.3工艺流程图42.4工艺流程叙述52.5可行性分析63物料衡算73.1物性数据73.1.1基础数据73.1.2配方基本信息73.2基准时间83.3物性计算83.3.1第一氧化器物料衡算83.3.2冷却器的物料衡算93.3.3第二氧化器物料衡算103.4原料消耗综合表113.5精制物料衡算113.5.1吸收塔的物料衡算113.5.2汽提塔的物料衡算143.5.3脱水塔的物料衡算173.5.4脱重塔的物料衡算194热量衡算214.1基础数据214.1.1计算基准214.1.2热量衡算方程式2

7、14.2热量衡算式中计算方法214.3氧化工段计算224.3.1氧化反应器热量衡算224.3.2冷却器的热量衡算234.4 动力消耗综合表234.5精制工段热量衡算234.5.1吸收单元热量衡算244.5.2汽提单元热量衡算254.5.3脱水单元热量衡算254.5.4脱重单元热量衡算265 设备的工艺设计与选型275.1反应器的设计275.2吸收填料塔的设计295.2.1塔径设计295.2.2填料高度计算305.2.3填料层压力降315.2.4筒体与封头厚度计算325.2.5接管尺寸和人孔选择335.2.6其他塔附件选择336车间布置346.1设计依据及基本资料346.1.1设计依据346.1

8、.2基本资料346.2车间布置原则和设计346.3车间布置设计内容347环境保护367.1设计采用标准367.2三废处理367.2.1废水处理367.2.2废气处理367.2.3废渣处理367.2.4噪音处理368 结论37参考文献38致谢391前言1.1产品简介(1)产品名称中文名称:丙烯酸英文名称：Acrylic acid(2)分子式及分子量分子式：C3H4O2分子量：72.06(3)物性数据性状：无色液体，有刺激性气味，有腐蚀性与酸性。熔点（）：13.5沸点（）：140.9密度：1.0611g/cm3闪点：54溶解性质：能溶解于水，也能与乙醇和乙醚相溶。1.2产品的应用丙烯酸在日常生活和

9、工业中用量极大，主要可用来生产各类树脂 1。丙烯酸也拥有很多下游产品，例如丙烯酸酯，其中包括MA、EA、BA、EHA等主要用于制作纺织、制药、涂料等，还用于生产高吸水性树脂、丙烯酸橡胶、高阻尼材料等2。1.3丙烯酸的市场概况上世纪九十年代，因为其下游产品的快速发展，丙烯酸的需求不断增加3。此时各国开始加大力度投资制造丙烯酸来满足须要。由于丙烯酸有很高的工业价值，迄今为止，在世界上早已设计出一流的装置及体系4。如图1-1所示丙烯酸下游产品需求。图1-1 丙烯酸下游产品需求中国丙烯酸行业大，但生产能力较高，出口能力比较弱。基本每年的产能都可以满足国内的需求，而在出口方面却不够乐观，在最近五年中丙烯

10、酸已经供大于求，但对外售出依旧十分困难 5。总而言之，丙烯酸在国内需求依然巨大，经济效益上依旧客观，而在出口方面需要加大力度。1.4丙烯酸的生产工艺截止目前为止。丙烯酸在国际上的生产方式有很多，其在上世纪30年代就已经成功实现了工业上的生产。在生产中主要选取最成熟、最经济的生产方式为主，工业上主要生产过的方式有以下几种：(1)氰乙醇法氰乙醇法是最初始的生产方法，在欧洲大多数国家使用，起源于德国。但在实际生产中会形成过多的聚合物无法保证丙烯酸的纯度，生产丙烯酸的效率只有60%70%，产率较低，且在此法中氰化物含有剧毒，对环境污染十分巨大，所以这种方法在上世纪五十年代就被全部关闭了6。(2)Ree

11、pe法1954年德国博士Reepe创造一种液相反应来生产丙烯酸或其酯类。这种方法在上个世纪六十年代有着统治级地位，但随着后来出于石油的开发，以及对生态环境的保护，该方法也逐渐淘汰，于1976年Peepe法完全停止使用 7。(3)烯酮法这是一种较为优秀的生产工艺。因为其产物的纯度高，收率也要比以往的方法，在生产的过程中副反应很少，且副反应可以回炉循环利用，非常适用连续生产，因此在当时大多数企业使用烯酮法。但随着生产的增多，其原料（乙烯、丙酮）的价格也不断升高，这种工艺变得不经济，其后也放弃了这种方法。(4)丙烯腈水解法1960年，法国的一家企业开发了一种同时生产丙烯酸和丙烯酸胺的工业制备方法。这

12、种工艺设备简单，投资较少，但缺点是会严重污染生态环境，同时也会生产大量价值低的副产物，所以目前这种工艺也已经被放弃生产。(5)丙烯氧化法1969年UCC公司创建了丙烯酸氧化法。这种生产方法最早分为一步法和两步法，但两步法更有利于提高催化剂的选择性，所以在生产工艺中都选择丙烯两步氧化法生产丙烯酸。这种方法是至今为止使用时间最长，且产品收率和纯度最高的工艺，对于环境的污染也很小，到目前为止生产装置已经经历过四十年的装置校正，丙烯氧化法是最成熟的生产工艺。主反应为第一步丙烯氧化成丙烯醛，第二步丙烯醛氧化成丙烯酸，期间需要加入催化剂加快主反应速率和选择性。至今为止，世界上各企业主要使用这种工艺方法生产

13、丙烯酸8。2丙烯酸的生产方案2.1生产方案的选择经过大量的研究和对比，最终选择目前工业上最主流生产丙烯酸的丙烯二步氧化法9。因为工艺中原料丙烯的成本较低，在反应中催化剂的选择性与活性较高，在氧化中丙烯酸的收率为90%左右。丙烯两步氧化法制丙烯酸的主反应式如下：CH2=CHCH3+O2CH2=CHCHO+H2O +340.8KJ/molCH2CHO+12O2CH2=CHCOOH +254.2KJ/mol该方应属于强放热反应，在两步主反应发生生成产物的同时，也会发生副反应，其产生的副产物主要有一氧化碳、乙醛、醋酸、马来酸等。因此此反应中选择催化剂尤为重要，第一步氧化反应生成丙烯醛中，加入Mo-Bi

14、-Fe-Co 系催化剂；第二步由丙烯醛氧化生成丙烯酸的反应中，加入Mo-V-Cu 系催化剂，此外还需加入一些助催化剂。2.2产品原料的规格丙烯纯度95%第一反应器加入Mo-Bi系催化剂第二反应器加入Mo-Bi系催化剂熔盐（55%KNO+45%NaNO2）2.3工艺流程图本工艺主要分为氧化和精制两个工段。氧化为两个独立的主反应，所以整个氧化反应一般采用两个反应器串联起来实现收率较高的丙烯酸生产。具体氧化工艺流程图如图2-1所示：图2-1 丙烯酸氧化工艺流程图经过氧化反应后的丙烯酸、醋酸、马来酸等进入精制工段，精制工段的设计结合了日本触媒技术、日本三菱化工技术、BASF技术后进行合理设计，精制出纯

15、度为99.6%的丙烯酸，具体精制装置及工序如图2-2所示。图2-2 丙烯酸精制工艺流程图2.4工艺流程叙述高纯度的丙烯先进入汽化器发生汽化，与此同时空气进入预热器形成增湿后的水蒸气，丙烯和水蒸气同时进入第一氧化器，此时加入Mo-bi催化剂后发生氧化反应，生成了主产物丙烯醛，同时也生成了一氧化碳、醋酸等少量副产物，利用熔盐来控制反应温度在600K左右。从第一反应器中送来的气体主要有大量丙烯醛，少量丙烯酸及醋酸、乙醛等。随后进入冷却器冷却。冷却后进入含Mo-bi系催化剂的第二反应器，丙烯醛被氧化成丙烯酸，第二反应器的温度维持在560K左右，随后出口的气液送入吸收塔内进行精制工艺。从第二反应器送来的

16、气体，进入压力为1.0Mpa，温度为250的吸收塔塔底，同时在吸收塔塔顶加入脱盐水，脱盐水与气体接触，此时少量丙烯酸及可凝组分冷凝吸收下来，同时少量可凝副产物也被吸收。从塔顶排出吸收尾气（不凝气体、少量副产物及水蒸气），吸收尾气中含有少量丙烯酸返回第二反应器进行循环。整个吸收在常压下进行，塔顶的温度维持在80左右。吸收塔底流出60%丙烯酸水溶液送入汽提塔。从吸收塔流出的60%丙烯酸水溶液经过减压后，送入温度为80、压力为50Kpa的汽提塔内，并以饱和水蒸气进行汽提。塔内温度维持在80左右以减少聚合物和二聚物的生成，经过此过程，塔内较轻组分（丙烯醛、乙醛、醋酸）大部分被去除，在塔釜的流出液中，丙

17、烯醛含量十分低（200ppm以下），丙烯酸浓度较高，随后送入脱水塔进行脱水。 经过之前气体后，塔釜流出液中的轻组分基本清除。塔釜流出液以泡点进料进入脱水塔，在此装置中，水为轻组分，经过普通精馏，在塔顶排除高浓度水，水的纯度接近纯水，所以在排出后可返回吸收塔作为吸收剂。在脱水塔塔釜的到重组分，包括目的产物丙烯酸，此外还有马来酸、水以及二聚体等，全程脱水塔压力为101.325Kpa,温度维持在80，在塔釜出后用泵送入至脱重塔。从脱水塔塔釜送来的物料，以泡点进料的方式进入温度为141.6，压力为101.325Kpa的脱重塔最终产物丙烯酸作为轻组分，在塔顶流出，纯度为99.6%，而塔釜的重组分为二聚体

18、（丙烯酸），可进行回收。2.5可行性分析用丙烯二步氧化生成丙烯酸这种生产工艺目前在工业生产中是主流的，具有良好的经济效益，这种方法有以下优点：1.产品原料丙烯价格优廉，生产的成本较低。2.该生产工艺效率高，丙烯酸收率高，纯度高。3.多种副产物及二聚体可以循环使用，有利环境。3物料衡算3.1物性数据3.1.1基础数据（1）生产能力：年产80000吨 （2）年工作日：300天，时数为7200h（3）每吨丙烯酸消耗定额：0.80t 98%丙烯（4）全装置总收率按90%计，损耗（包括工艺损耗、机械损耗）为10%； 其中一段反应器丙烯醛的收率可达90%，丙烯酸收率可达5%；二段反应器中丙烯醛的转化率可达

19、99%，丙烯酸产率可达95%。3.1.2配方基本信息 （1）氧烯比、丙烯醛进料浓度、水烯比等设计参数如表3-1所示。（2）绝对空速（SV0）:一段反应器入口每小时加入的丙烯气体的体积V丙与纯催化剂体积的比值，即SV0=V丙V催 。它反映催化剂的实际反应负荷，在1201左右。相对空速（SV）:混合气体的小时体积通量V气与催化剂床层体积V床之比，即：SV=V气V床 。一般在80020001之间。（3）反应温度：一段反应一般为300400，二段反应一般在250320。反应器基本参数设计取值氧气/丙烯醛（摩尔比）1.05丙烯醛进料浓度/%(摩尔分数)6.4一段反应器空速/h-11450反应温度/325

20、进料中水蒸气/丙烯（摩尔比）0.766进料中氧气/丙烯（摩尔比）1.8丙烯进料浓度/%（摩尔分数）8.7二段反应器水蒸气/丙烯醛（摩尔比）2.11反应温度/260空速/h-11650表3-1 氧化工艺配方基本参数信息值3.2基准时间丙烯氧化生成丙烯酸属于连续操作，单位为kmol/h。3.3物性计算在氧化过程中，不对单个副产物进行物料衡算，所有单个副产物统一列入副产物一起计算，在精制过程中统一进行单个副产物计算 9。3.3.1第一氧化器物料衡算图3-1 第一氧化器物料衡算示意图如图3-1所示(1)丙烯进料量：每小时生产量：800007200=11.1t丙烯酸需要98%的丙烯：11.10.8=8.

21、88t/h=8880kg/h=211.02kmol/h以211.02kmol/h为生产基准，扣除生产过程损失的1%丙烯则有丙烯酸和丙烯醛：211.02（10.01）=208.91kmol/h第一反应器按氧化反应总转化率96%计算：98%的丙烯进料量：208.910.96=217.61kmol/h原料中含丙烯98%，则原料量应为217.610.98=222.06kmol/h(2)水蒸气进料量：0.76222.06=168.77kmol/h(3)氧气进料量：1.8222.06=399.71kmol/h 总气体进料量：222.068.7%=2552.41kmol/h 空气进料量：2552.41222

22、.06168.77=2161.58kmol/h(4)丙烯醛出料量：222.0691=202.08kmol/h(5)丙烯酸出料量：222.065%=11.103kmol/h(6)副产物：222.063%=6.6618kmol/h;丙烯酸损失量：222.061%=2.2206kmol/h(7)据绝对空速可计算催化剂的用量，本设计中绝对空速取120h-1;SV0=V丙V催V催=V丙SV0=222.0622.4120=41.5m3; 催化剂用量：41.5m3/h总出料量：202.08+11.103+6.6618+2.2206+2161.58+168.77=2552.41kmol/h第一氧化反应器中出料

23、量=进料量，满足物料守恒。如表3-2所示反应器中物料一览表所示：表3-2 第一氧化反应器中物料一览表物料分子量密度粘度摩尔进料量摩尔出料量gmol-1kgm-3paskmolh-1 kmol/h-1丙烯 42.08 1.914 1.610-5 222.06 空气 28.95 1.293 1.810-5 2161.58 2161.58水蒸气 18.02 1.00 0.9810-5 168.77 168.77丙烯醛 56.06 0.8402 0.39310-5 202.08丙烯酸 72.06 1.0511 1.14910-3 11.103副产物6.6618损失2.2206催化剂41.541.5合计

24、2552.412552.413.3.2冷却器的物料衡算图3-2 冷却器物料衡算示意图如图3-2所示，冷却器只存在出口与入口，其作用主要是冷却第一反应器送来的物料，期间有相态变化，所以无需物料衡算。3.3.3第二氧化器物料衡算图3-3 第二氧化反应器物料衡算示意图如图3-3所示（1）丙烯醛进料量：202.08kmol/h（2）水蒸气进料量：202.082.11=426.39kmol/h（3）氧气进料量：1.05202.08=212.184kmol/h 总气体进料量：202.086.4%=3157.5kmol/h 空气进料量：3157.5202.08426.39=2529.03kmol/h（4）丙

25、烯酸进料量11.103kmol/h; 副产物：6.6618kmol/h:剩余丙烯量：2.2206kmol/h总进料量：3157.5+11.103+6.6618+2.2206=3177.485kmol/h.（5）丙烯酸出料量：202.0895%=191.976kmol/h（6）副产物：202.08（99%95%）=8.0832kmol/h（7）损失的量：202.08（199%）=2.0208kmol/h（8）空气和水蒸气的用量不变，且催化剂用量不变。根据绝对空速可计算催化剂的用量:SV0=V丙V催V催=V丙SV0=202.0822.4120=37.7m3催化剂的量：37.7m3/h总出料量：19

26、1.976+8.0832+2.0208+2529.03+426.39=3157.5kmol/h如表3-3所示反应器中物料一览表所示：表3-3第二氧化反应器物料平衡一览表 进料出料物料名称 摩尔进料量物料名称摩尔出料量丙烯醛202.08丙烯酸191.976水蒸气426.39副产物8.8032空气2529.03损失2.0208催化剂37.7水蒸气426.39丙烯酸11.103空气2529.03副产物6.6618损失2.2206合计3157.53157.53.4原料消耗综合表原料消耗综合表如下表3-4所示表3-4原料消耗综合表序号物料名称单位每吨产品消耗量每小时消耗量 每年消耗量 1丙烯t0.801

27、1.17.99104 7.54(一段)70.17（一段） 5.614105（一段）2空气t7.79(二段)70.17(二段)5.614105（二段）41.5(一段)2.98105 3催化剂 m337.7（二段） 2.681050.593.3(一段)2.64104(一段)3.5精制物料衡算3.5.1吸收塔的物料衡算 计算基准 吸收塔进料等于反应器出料； 在吸收塔内除可凝气体大部分被水吸收，形成的丙烯酸粗溶液中丙烯酸质量分数为60%；未反应的不凝气全部排出，丙烯酸等气体损失按2%算, 其中1%丙烯酸生成二聚体，反应出口气中水蒸气85%被冷凝。如图3-4所示：图3-4 吸收塔物料衡算示意图(2)已知

28、吸收塔入口质量流量如表3-5表3-5 吸收塔入口处各组分组成组分 质量分数/% 质量流量/kg/h水蒸气 13.5 426.39空气 80.15 2529.03丙烯酸 6.08 191.976甲醛 0.08 2.425丙烯醛0.0260.81醋酸0.134.04马来酸0.0260.81总量100 3155.5另需加入阻聚剂为：191.976500106=0.1kg/h进料总量qm总=3155.6kg/h(3)出吸收塔的量1. 质量分数为60%的丙烯酸粗溶液依计算基准，未反应的不凝气全部排出，故qm水=426.390.8=341.11kg/hqm丙烯酸=191.976（10.02）=188.13

29、6kg/hqm甲醛=2.425（10.02）=2.378kg/hqm丙烯醛=0.81（10.02）=0.794kg/hqm醋酸=4.04（10.02）=3.959kg/hqm马来酸=0.81（10.02）=0.794kg/hqm二聚体=191.9760.01=1.92kg/hqm阻聚剂=0.1（10.02）=0.98kg/h塔底出料：qm总=q=540.1kg/h2. 吸收尾气qm水蒸气=2529.030.02=50.58kg/hqm空气=2529.03kg/hqm甲醛=2.4250.02=0.485kg/hqm丙烯醛=0.810.02=0.0162kg/hqm醋酸=4.040.02=0.80

30、8kg/hqm马来酸=0.810.02=0.0162kg/hqm丙烯酸=191.9760.01=1.92kg/hqm阻聚剂=0.10.02=0.002kg/h塔顶出料：qm总=q=2582.86kg/h，可知q总进=q总出，由以上计算可知， q总进 = q总出，吸收塔进出物料守恒。表3-5吸收塔物料衡算表组分 进料出料 吸收塔进料水吸收尾气60%丙烯酸水溶液 组成% 流量kg/h 组成% 流量kg/h组成% 流量kg/h组成% 流量kg/h水00 0 0 000.63341.11水蒸气13.5426.3900 1.9650.5800空气80.152529.300 97.922529.0300

31、丙烯酸6.08191.97600 0.071.92 34.9188.136甲醛 0.082.42500 0.190.485 0.42.378丙烯醛 0.0260.8100 0.00060.0162 0.1470.794醋酸0.134.0400 0.030.808 0.783.959马来酸 0.0260.8100 0.0060.0162 0.150.794阻聚剂0010.1 0.000080.002 0.10.98二聚体0000 00 0.3551.92合计1003155.610.1 1002582.86 100540.13.5.2汽提塔的物料衡算 计算基准 汽提塔进料等于吸收塔出料； 粗丙烯酸

32、溶液中丙烯醛含量低于200ppm； 丙烯酸、醋酸、马来酸、二聚体均损失2%，其中1%丙烯酸生成二聚体； 丙烯醛全部被吹出，水损失 10%。如图3-5所示：图3-5汽提塔物料衡算示意图(2) 汽提塔的进料1.质量分数60%丙烯酸水溶液2.汽提气用量粗丙烯酸溶液中丙烯醛含量低于200ppm所以液相密度近似取L=0.85水查表得80时，水=971.8kg/m3则L=0.85971.8=826.03kg/m3丙烯醛溶解系数H=0.122kmol/Kpam3所以相平衡常数m=LHMLP=971.80.12218.02101.325=4.363进料总摩尔流量：qnl=341.1118.02+2.37830

33、+0.79456.06+3.95960+188.13672.06+0.794108+1.92126.1=21.76kmol/h对于丙烯醛，进料时：n1丙烯醛=0.79456.06=0.014kmol/hX1=n1qnl=0.01421.76=6.43104出料时：n2丙烯醛=20001000000(540.1341.110.12.3780.794)56.06=1.79103kmol/hX2=1.7910321.76=7.23105Y1=mX1=4.3636.43104=2.81103(qnGqnL)min=X1X2Y1=6.431047.231052.81103=0.203取(qnGqnL)=

34、1.21(qnGqnL)min=1.210.203=0.246则汽提气实际用量为：qnG=0.246qnL=0.24621.76=5.345kmol/hqmG=qnGMG=5.34518.02=96.32kg/hq总进=636.42kg/h3.出汽提塔得量1.轻组分qm水=341.110.1+96.32=130.431kg/hqm丙烯酸=188.1360.01=1.88136kg/hqm甲醛=2.378kg/hqm丙烯醛=0.749kg/hqm醋酸=3.959kg/hqm马来酸=0.7490.02=0.015kg/hqm二聚体=(188.1360.01+1.92)0.02=0.076kg/hq

35、m阻聚剂=0.980.02=0.02kg/hq出1=139.51kg/h2.塔釜液qm水=341.11(10.1)=306.999kg/hqm丙烯酸=188.136(10.02)=184.373kg/hqm马来酸=0.794(10.02)=0.778kg/hqm二聚体=(188.1360.01+1.92)(10.02)=3.725kg/hqm阻聚剂=0.98(10.02)=0.96kg/hq出2=496.835kg/hq总进=q总出，所以汽提塔物料守恒。如表36所示物料衡算一览。表3-6 汽提塔的物料衡算一览表 组分 进料出料 吸收塔进气 脱盐水 吸收尾气 塔釜液 组成% 流量kg/h 组成%

36、 流量kg/h 组成% 流量kg/h 组成% 流量kg/h水63.15341.11000061.8306.999水蒸气0010096.3293.49130.43100甲醛0.442.378001.72.37800丙烯醛0.1470.794000.54 0.74900醋酸0.7333.959002.833.95900丙烯酸34.83188.136001.341.8813637.11184.373马来酸0.1470.794000.010.0150.1570.778二聚体0.3551.92000.050.07600.753.725阻聚剂0.1810.98000.0140.020.20.96合计100

37、540.1100 96.32100139.51100496.8353.5.3脱水塔的物料衡算 计算基准脱水塔进料等于汽提塔出料；丙烯酸 1%由塔顶馏出，1%生成二聚体；马来酸、二聚体、阻聚剂 2%由塔顶馏出；塔釜液组成：塔釜液中水量为塔釜丙烯酸的 0.1%。如3-6所示：图3-6脱水塔物料衡算示意图(2)进入脱水塔的量见表3-6出料(汽提塔出料) (3)出脱水塔的量1.塔顶出料qm丙烯酸=184.3730.1=18.44kg/hqm水=306.999184.373(10.02)0.001=306.82kg/hqm马来酸=0.7780.02=0.0156kg/hqm二聚体=(184.3730.0

38、1+3.725)0.02=0.1114kg/hqm阻聚剂=0.960.02=0.0192kg/h塔顶出料：q出1=325.41kg/h2.塔釜出料qm丙烯酸=184.373(10.02)=180.686kg/hqm水=180.6860.001=0.18kg/hqm马来酸=0.778(10.02)=0.762kg/hqm二聚体=(184.3730.01+3.725)(10.02)=5.457kg/hqm阻聚剂=0.96(10.02)=0.94kg/h塔釜出料：q出2=188.026kg/hq总进=q总出，物料守恒。如表3-7所示脱水塔物料衡算一览表表3-7 脱水塔的物料衡算一览表 组分 进料出料

39、脱水塔进料 塔顶塔底组成%流量kg/h 组成% 流量kg/h组成%流量kg/h水61.79306.99994.28306.820.0960.18丙烯酸37.10184.3735.66718.4496.10180.686马来酸0.1560.7780.0050.01560.4050.762二聚体0.7503.7250.0340.11142.9025.457阻聚剂0.0190.960.2890.940.5000.94合计100496.835100325.42100188.0263.5.4脱重塔的物料衡算 计算基准脱重塔进料等于脱水塔出料；丙烯酸 2%滞留在塔釜，其中 1%丙烯酸生成二聚体；56%的马

40、来酸随丙烯酸从塔顶被蒸出；塔顶液组成：99.6%丙烯酸，1%的水，阻聚剂含量为 200ppm。如图3-7所示：图3-7脱重塔物料衡算示意图 进入脱水塔的量如表 3-7塔釜出料组成和流量。(3)出脱重塔的量1.塔顶出料qm水=0.180.01=0.0018kg/hqm丙烯酸=180.686(10.02)=177.072kg/hqm马来酸=0.7620.56=0.427qm阻聚剂=0.940.02=0.019q出1=177.52kg/h2.塔釜出料qm水=0.18(10.01)=0.178kg/hqm丙烯酸=180.6860.01=1.807kg/hqm马来酸=0.7620.44=0.335kg/

41、hqm阻聚剂=0.940.98=0.921kg/hqm二聚体=5.457+180.6860.01=7.264kg/hq出2=10.865kg/hq总进=q总出，脱重塔进出物料守恒。脱重塔的物料结果汇总见表3-8表3-8 脱重塔的物料衡算表组分进料出料脱重塔进料 塔顶塔底组成% 流量kg/h组成% 流量kg/h组成%流量kg/h水0.096 0.180.0010.00181.6380.178丙烯酸96.09180.68699.75177.07216.631.807马来酸0.4050.7620.2410.4273.080.335二聚体2.9025.4570066.867.264阻聚剂0.50.94

42、0.0110.0198.4770.921合计100188.026100177.5210010.8654热量衡算4.1基础数据反应器中发生以下两个主反应：CH2=CHCH3+O2CH2=CHCHO+H2OCH2CHO+12O2CH2=CHCOOH（1）反应器物料衡算数据（2）入口温度：25，第一反应器温度：325，第二反应器温度： 260（3）如表4.1 所示：表4-1 物性数据表物料名称 定压比热容/KJkg1k1 导热系数/Wm111 标准生成热/KJmol1丙烯1.5285103 20.42空气1.02852.1103水蒸气1.948 54.9103 57.798丙烯醛2.194 105.

43、05 丙烯酸2.151 336.474.1.1计算基准热流量单位：kJ/h；基准温度： 254.1.2热量衡算方程式在化工生产中，热平衡方程通常用下列表示：Q =H 出 -H 进其中Q -系统与外界环境交换热量之和，包括热损失，kJ；H出-离开系统各股物料的焓之和，kJ；H进-进入系统各股物料的焓之和，kJ。热方程式也可写成以下形式QT = Q1+Q2+Q3+Q4上式也可以写成如下形式：qT =q1+q2+q3+q4（kJ/h）4.2热量衡算式中计算方法1、q1 的计算：认为反应器内压力不变，即整个过程为恒压变化过程q1=wT2T1CPdT2、q2的计算：q2=Hr(标准化学反应热)3、q3的

44、计算：物料温度与设备温度都不随时间变化，此时q3=0。4、q4 的计算：设备温度高于环境时，q4 0，反则 q4 0。常取热损失速率为总速率的 10%。4.3氧化工段计算对两个反应器和冷却器进行计算。第一反应器进料温度为250，反应温度为 325； 第二反应器进料温度210，反应温度 260。4.3.1氧化反应器热量衡算1、第一氧化反应器热量衡算(1)q1的计算：q1=q出料q进料=W出料Cp(325)TW进料Cp(250)Tq出料=(202.0856.062.194+11.10372.062.151+2161.584428.951.028+168.7718.021.914)(32525)=2

45、9018072.69KJ/hq进料=(222.0642.081.52+2161.584428.951.028+168.7718.021.914)(25025)=16870857.23kJ/q1=q出料q进料=12147215.46=1.2107KJ/h(2)q2的计算：q2= Hr=105.15202.081000(20.42)222.061000=25783177.2=2.578107kJ/(3)q3的计算：在此过程中物料和设备温度不随时间变化，所以q3=0。(4)q4的计算：常取热损失速率为总速率的10%；q4=10%(1.2107+2.578107)=3.78106kJ/h(5)qT的计

46、算：qT=q1+q2+q4=1.2107+2.578107+3.78106=4.16107kj/h(6)设备热负荷与熔盐消耗量：设备热负荷qT=4.16107Kj/h熔盐（ 55%KNO 3+45%NaNO2），进口温度 275，出口温度为280其比热为 55%0.332+45%0.43=0.3761cal/g =1.575 kJ/kg 。熔盐对管壁给热系数可取 2717 kJ/(m2h)因此G=4.161071.575(280275)=5.28106kJ/h（7）电能消耗量的计算：据公式 E=qT3600 ，取 0.9；所以E=4.1610736000.9=12840kw。2、第二氧化反应器

47、的热量衡算方法同第一反应器，其计算结果如表4.2所示。表4-2反应器热量衡算一览表系统与外界交换的热量第一氧化反应器第二氧化反应器q1/(kj/h) 1.2107 1.0107q2/(kj/h) 2.578107 4.3107q4/(kj/h) 3.78106 5.3106qT/(kj/h) 4.16107 5.8107G/(kj/h) 5.28106 7.4106E/kw 12840 179014.3.2冷却器的热量衡算1、计算基准进口温度：275；出口温度：280 冷却剂：熔盐，其冷凝热为2717 kJ/kg2、热衡算求冷取器的热负荷和熔盐的用量，冷损失按10%计算需要熔盐提供的热量：Q=

48、1.1(202.0856.062.194+11.10372.062.151+2161.584428.951.028+168.7718.021.914)(325260)=6.29106kj/h加热熔盐用量：W=Q/2717=2315.05kg/h4.4 动力消耗综合表动力消耗综合表如表4-3所示表4-3动力消耗综合表序号 物料名称 单位 每吨产品消耗量 每小时消耗量 每年消耗量 1熔盐t352.31.7104 2蒸汽t30 3电kwh400128409.2107 4锅炉用水t9 4.5精制工段热量衡算精制工段物料衡算如表4-4、4-5、4-6所示。表4-4 热容温度关联式系数物质Cpld/Jg1K1=a0+a1T2+a2T3+a2T4a0a1103K1a2105/K2a3108/K3a41011/K4丙烯醛3.43711.0323.6045.8952.526醋酸4.3752.39976.7578.7643.478丙烯酸3.81412.0924.7777.9883.515水蒸气4.3954.1861.4051.5640.632表4-5 所涉及的气化焓