甲基丙烯酸甲酯生产工艺毕业设计-设备选型与布置

1、目录1. 前言 0MMA 市场应用及前景0MMA 生产工艺0丙酮氢醇（ACH）路线0合成气法1乙烯拨基化路线1丙炔法 2异丁烯法2本文 MMA 生产工艺路线的确定2化工设备选型计算中使用的软件3Cup-Tower 对塔设备的选型3智能选泵系统4Aspen与EDR联用设计换热器 5化工设备布置图CAD 设计 5项目概况5项目名称5拟建地址5生产工艺5原料及产品52. 工艺流程简介及模拟5流程概述5Aspen plus 仿真模拟流程7MAL 合成工段的模拟7MMA 合成工段的模拟73. 设备设计计算及选型8反应器的设计8MAL合成反应器（R101）的设计 8MMA合成浆态床反应器 （R201）的设

2、计 15塔设备的选型与设计18急冷喷淋塔简单设计计算18cup-Tower 对脱水塔的选型20cup-Tower 对吸收塔的选型23MMA 精馏塔设计26换热器的选型37换热器设计选型示例（E201 的选型）37换热器选型结果汇总41泵的选型42泵的设计选型示例（P201 的选型 ） 42泵的选型结果46储罐设计46主要储罐的设计46储罐设计结果一览表47膜分离的简单设计48膜分离工艺流程48膜分离器选型与设计48压缩机的选型49选型示例49压缩机选型结果49设计图504. 环境保护与经济核算50环境保护50有害因素分析50废物的处理措施51经济核算结果错误 ! 未定义书签。35. 设计结果5

3、353设备选型一览表（附后）53设计图（附后）参考文献54谢辞 551 前言MMA 市场应用及前景甲基丙烯酸甲酯的分子式为C5H8O2, 简称 MMA, 外观为无色液体, 易挥发 , 易燃 , 溶于乙醇、乙醚、丙酮等多种有机溶剂, 微溶于乙二醇和水。甲基丙烯酸甲酯既是一种有机化工原料, 又可作为一种化工产品直接应用。作为有机化工原料, 主要应用于有机玻璃( PMMA) 的生产 , 也用于聚氯乙烯助剂ACR 的制造以及作为第二单体应用于腈纶生产。除此之外, 在涂料、纺织、粘接剂等领域也得到了广泛地应用。作为一种化工产品, 可直接应用于皮革、纺织、造纸、地板抛光、不饱和树脂改性、甲基丙烯酸高级酯类

4、, 也可作为木材浸润剂、印染助剂及塑料的增塑剂等许多行业1。近年来 , 国内外 MMA 的聚合物、型材、板材、涂料、乳液等需求增长, 同时 MMA 的衍生物甲基丙烯酸-2-羟基乙酯( 2-HEMA) 、甲基丙烯酸丁酯( BMA) 、甲基丙烯酸缩水甘油酯( GMA ) 、甲基丙烯酸-2-乙基已酯( 2-HMA) 、甲基丙烯酸二甲胺乙酯等的需求量也增加23 。随着 MMA 在世界范围内的扩张，我国 MMA 市场也异常火爆，产销两旺，产品供不应求，MMA价格一路上扬。我国MMA 市场需求年增长率达15%，而且需求仍在不断扩大，未来几年将成为仅次于美国和日本的全球第三大消费市场。并且在2010 年，我

5、国甲醇行业虽有部分新建装置因不确定因素投产时间推迟，但全年甲醇总产能预计仍可达到3500 万吨，产量大约1500 万吨，有一半产能过剩。据了解，2010 年底，国内原计划投产的甲醇在建项目共有25 个，新增年产能合计861 万吨，意味着2011 年全国甲醇产能将超过4000 万吨，产能的增茂名石化年产3 万吨 MMA 量已远远大于消费需求的增加量。另外，我国还有25 个拟建或处于规划阶段的甲醇项目，年产能合计2440 万吨，新建、在建装置的不断投产，将进一步加剧国内甲醇产能过剩的局面，甲醇进料价格可能有所下滑。众多调查结果证明MMA 具有良好的发展前景45 。MMA 生产工艺丙酮氢醇(ACH)

6、路线丙酮氰醇法是以丙酮和氢氰酸为原料，在碱性催化剂存在下，生成丙酮氰醇，然后丙酮氰醇与硫酸反应生成甲基丙烯酰胺硫酸盐，经水解后再与甲醇酯化，可得甲基丙烯酸甲酯粗品，再经精制得产品6。反应式如下。OHHC,SHCN*FhC-CLOH CH口子-COOCH；CHjCILCHj三菱气体化学公司开发了一种再循环型的ACH路线。新ACH法由丙酮与氢富酸反应生成丙酮寓醇(ACH),然后水合生成羟基异丁酸酰胺 (HBD)。用甲醇脱氢生成的甲酸甲酯和 HBD反应生成羟 基异丁酸甲酯(HBM),再将生成物脱水得到 MMA。合成HBM时生成的副产氢富酸在 ACH合成 中循环使用。这一工艺称为 MGC(R-HNC)

7、路线，日本已建有一套工业化装置。反应式如下：OHHC-C=O+HCN 也出一HC，-CN 且但CH)CHj涉？H6 C-8NH_ H8OCHjCH-q COOCH】 +H8NH2CH)CHiCHj -COOCHi CHi千coocilch 才CH5HCONHa- HCN+HQ合成气法新工艺第 一步由乙烯和合成气生产丙酸，使用均相碘铝催化剂进行加氢甲酰化，反应在低温(150C200oC)和低压37MPa下进行。第二步由丙酸与甲醛反应生产甲基丙烯酸，使用硅酸 银双功能催化剂。第三步以甲醇酯化反应生成甲基丙烯酸甲酯，该工艺与其它工艺比较具有较 强的竞争优势7。乙烯拨基化路线该路线先对乙烯进行拨基合成

8、(醛化)生成丙醛，再与甲醛缩合生成甲基丙烯醛，然后再氧化、醋化生成 MMA o因巴斯夫公司是首家也是唯一一家使用本路线的公司，故该工艺也称为巴斯夫路线2。这一路线的欠缺之处是生产中有中间产物甲基丙烯醛，而甲基丙烯醛的氧化成本较高网。巴斯夫路线的反应式如下：H2c=C 出 + C0 + HiCH3aLeH0X皿C 也卒 HO。1cH. CCO,H_C1WIUCH CCChCH.- CH）CHjCHa丙快法壳牌公司开发的另一条合成MMA的新路线是使丙焕在甲醇存在下，用一氧化碳谈基化生产MMA .该公司利用此法现已建成60千吨/年 MMA生产装置，反应采用了最新催化剂，使其生成MMA的选择性达 10

9、0%.丙焕是由乙烯副产C3储分经M旧K或DMF萃取蒸播分离得到的.丙焕一步法生产MMA的工艺简单，投资省，产品纯度高，是目前较经济的一种MMA生产方法7。异丁烯法将异丁烯在铝催化剂存在下经空气氧化制成甲基丙烯酸，然后与甲醇酯化可得产品。该法的特 点是催化剂活性高，选择性好，寿命长，甲基丙烯酸的收率高。该法无污染，原料来源广泛， 且成本低于丙酮富醇法，但工艺过程较复杂。异丁烯法制 MMA工艺比ACH法有显著的优点。异丁烯氧化制 MMA的工艺引起了许多科学家 及化学公司的注意9o异丁烯氧化制 MMA主要有三种工艺路线： 异丁烯氧化到 MAL,再氧化到 MAA,再酯化为 MMA ;异丁烯一步氧化到

10、MAA ,再酯化为 MMA ,这种工艺首先氧化成对应醛， 再氧化成酸， 两者氧化动力学不同，采用相同工艺条件和催化剂得不到最佳MAA选择性；异丁烯氧化到MAL,氧化酯化为 MMA 1011。新制法以异丁烯为起始原料，甲基丙烯醛在一工序中同时进行氧化、酯化反应，省去甲基丙烯酸工序合成 MMA ,称为直接甲酯化法。此法由于合成路线缩短，基建费用也可减少12。本文MMA生产工艺路线的确定西方研究机构对上述MMA的主要生产工艺路线进行成本对比，以下是不同工艺路线装置的生产成本对比情况表 1-1113。表1-1 MMA 主要生产工艺路线成本对比 （单位：美分 P磅）项目ACH-法 ACH-S法 I-C4

11、BASF法MGC 法原料成本 公用工程成本4 . 84其他可变成本 可变成本11固定成本 现金成本 折旧成本 生产成本合计 生产成本+10%投 资回报注：ACH-L法为万tPa装置，ACH-划为万tPa装置。原料取价为丙酮 586$Pt,氢富酸742$Pt,硫酸53$Pt,异丁烯604$Pt,氧气49$Pt,乙烯573$Pt, 甲醇 144$Pt o在MMA的生产工艺中，异丁烯法、大规模的丙酮富醇法和乙烯法是生产MMA最具竞争力的工艺。对于丙酮富醇法来讲，装置规模对产品成本的影响很大。甲基丙烯睛法由于工艺复杂，投资过高而缺乏竞争力。我国现有的MMA装置全部采用丙酮富醇法工艺，装置规模小，原材料

12、消耗高，污染重，产品成本高。在诸多的MMA生产工艺中，丙酮富醇法、异丁烯法、乙烯法是最具有竞争力的工艺。但乙烯法由于国内乙烯严重供不足需，且运输和储存条件苛刻、成本高，同时 BASF公司一直对转让乙烯法技术不积极等原因，在我国并不适用。异丁烯法装置的原料采用 MTBE裂解制得，MTBE是大宗商品，生产工艺简单成熟，国内外生产公司较多，产量大、易采购、好运输，在工艺上很容易裂解制得异烯14。以异丁烯为原料生产MMA o 一方面充分利用了富余的C4资源，减少了资源浪费，另一方面又缓解了市场对于产品的的紧缺，维持了市场的平衡发展。异丁烯氧化法生产甲基丙烯酸甲酯（MMA ）技术，与传统的丙酮富醇法以及

13、其他方法比较，此法具有原料来源广泛，催化剂活性高、选择性好、寿命长，反应收率和原子利用率高，无污染、环境友好、成本低的优势，具备很强的竞争力。中等规模装置（4-6万吨）的投资，异丁烯法要低于丙酮富醇法；而丙酮富醇法的优势在较大规模的装置（10万吨以上）上将显现出来，其单位投资将明显降低114 o由此本文选择异丁烯法制MMA路线。对异丁烯制 MMA过程进行了模拟计算 912161718 o化工设备选型计算中使用的软件Cup-Tower对塔设备的选型Cup-Tower软件是一款可靠、易用、通用的塔设备水力学综合计算软件，它将工业上常见的板 式塔、筛萃取散装填料规整和板式塔、筛萃取散装填料规整和板式

14、塔、筛萃取散装填料规整和 板式塔、筛萃取散装填料规整和等多种类型的塔内件集合在一起，是一款功能强大、综合性很 强的全新软件。其借鉴了国内外相关软件的特点，在可靠性、易用性、通用性等方面更胜一筹。 其主要功能如下：（1）可用于板式塔、筛萃取散装填料规整和的计算，可用于板式塔、筛萃取散装填料规整和 的计算，可用于板式塔、筛萃取散装填料规整和的计算，可用于板式塔、筛萃取散装填料规整 和的计算，可用于板式塔、筛萃取散装填料规整和的计算，具有设计和校核的功能。（2）塔板类型包括浮阀（圆，条）、固垂直筛舌斜孔塔板类型包括浮阀（圆，条）、固垂直筛舌斜孔塔板类型包括浮阀（圆，条）、固垂直筛舌斜孔塔板类型包括浮

15、阀（圆，条）、固垂 直筛舌斜孔塔板类型包括浮阀（圆，条）、固垂直筛舌斜孔筛板、泡罩穿流折挡多降液管塔以 及FRIFRIFRI系列塔板。（3）塔板的溢流形式包括单、双四，可以实现布置。（4）校核方面：能够根据已知的塔设备结构和工艺条件，获得水力学计算校核方面：能够根 据已知的塔设备结构和工艺条件，获得水力学计算校核方面：能够根据已知的塔设备结构和工 艺条件，获得水力学计算结果，给出最终的负荷性能图。智能选泵系统智能选泵系统首先进入如图1-1功能选择窗体。图1-1智能选泵功能选择窗体点击选泵按钮进入优化选泵功能区，显示泵选择窗体。泵选择窗体中有泵类型和技术参数两大区域，使用者首先要根据自己的需要用

16、鼠标选中一种或几种泵类型；然后在技术参数区域中输入所需泵的流量 （单位：L/s）和扬程（单位：m）,输入一个选泵精度值（范围：50100，默认值90，数值越大精度越高），并确定泵同时运行的最多（范围：29，默认值5）台数，点击开始搜索按钮开始选泵。系统将符合条件的泵全部选出，并根据优化选泵原则按优先选择的顺序排列在该窗体的表中。使用者用鼠标点击自己选中的泵型号，可显示该泵的特性工作曲线、安装尺寸图、技术参数和外形图等信息。Aspen 与 EDR（ Exchanger Design and Rating ）联用设计换热器Aspen以后版本已经实现了Aspen和EDR的接口。Aspen Plus可

17、以在流程模拟工艺计算之后直接无缝集成，转入设备设计计算，对换热器进行设计计算。化工设备布置图CAD 设计设备布置图是设备布置设计中的主要图样，在初步设计阶段和施工图设计阶段都要进行绘制。设置布置图是按正投影原理绘制的，图样一般包括如下几方面内容：（ 1 ）考虑设备布置图的视配置，采用一组视图表示厂房建筑的基本结构和设备珀厂房内外的布置情况。确定图样幅面，注意选择适宜的模板图同时选定绘图比例。通常采用1： 50 和 1 ：100。（ 2）绘制平面图：从底层平面起逐个绘制。（ 3）绘制剖视图=绘制步骤与平面图大致相同，逐个画出剖视图。（ 4）绘制方位标。（ 5 ）说明与附注是对设备安崧布置有特辣要

18、求的说明。对设备一览表进行绘制，列表填写设备位号、名称等。最后制作标题栏，注写图名、图号、比例、设计阶段等可使用模板图。项目概况项目名称年产 6 万吨甲基丙烯酸甲酯项目拟建地址山东省滨州市生产工艺本工艺主要分为甲基丙烯醛（ MAL）合成工段和甲基丙烯酸甲酯（ MMA）合成工段。MMA 的合成工艺采用异丁烯氧化酯化法合成工艺，该工艺方法具有工艺流程简单，产品纯度和收率高，甲醇回收利用率高，副产物少，不造成环境污染等优点。原料及产品本项目主要原料为异丁烯，辅助原料为甲醇、氢气、甲基丙烯醛（MAL ）等物质，生产聚合级（）甲基丙烯酸甲酯（MMA）。2 工艺流程简介及模拟流程概述图2-1总流程简图物料

19、流程图（PFD）附后。该工艺采用异丁烯氧化法制取MMA ,工艺流程简洁，转化率高，选择性好，较之西欧采用的ACH法制造 MMA的大型工厂，中型规模的异丁烯制造MMA工厂具有对环境压力小，绿色环保等优越性。异丁烯与外加 N2,O2及低压水蒸气混合后加热送至MAL合成反应器中，异丁烯被催化氧化合成MAL。反应后的气体经急冷喷淋塔，脱水塔和吸收塔，其中脱水塔底部的水返回至急冷喷淋塔中循环使用，脱水塔和吸收塔的吸收剂来自于MMA合成未反应的甲醇溶液，吸收塔塔顶为多余的未反应的异丁烯 ,N2及。2,还有以少部分氧化反应生成的气体杂质，一同排入到火炬系统 处理。吸收塔塔底为含有甲醇的MAL溶液经泵输送至

20、MMA合成反应器中，在催化剂和空气作用下进行酯化反应生成 MMA和少量的气体杂质，其中气体杂质同未反应的空气送至火炬系统中。MMA合成反应器底部出来的液体送至精福塔中，用作为萃取剂，塔顶得到含有甲醇及未反应的少量MMA返回至脱水塔，吸收塔及MMA合成反应器中进行循环使用。塔底得到的MMA和水经换热冷却后通过静置相分后，下面的水经处理后循环返回至精福塔中，上面的甲基丙烯酸甲酯经高压泵送至膜分离装置，脱除水分后，得到产物MMA ,其纯度达到聚合级要求。Aspen plus仿真模拟流程在整个设计过程中，采用Aspen Plus对整个工艺流程进行了计算，将整个工艺流程分为工段分别模拟。MAL合成工段的

21、模拟MAL合成工段工段主要包括MAL反应器、喷淋塔、脱水塔、吸收塔等主体设备。MAL合成工段模拟流程简图如图2-2所示.详细模拟过程见同组崔法政的工艺流程模拟。图2-2 MAL合成工段模拟流程图MMA合成工段的模拟MMAMMA合成工段工段主要包括MAL合成反应器、精储塔、相分离储罐、膜分离等主体设备。合成工段模拟流程简图如图2-3所示。图2-3 MMA合成工段模拟流程图3设备设计计算及选型反应器的设计MAL合成反应器（R101）的设计表3-1催化剂物性参数项目数值项目数值颗粒密度Dp= mm比表回Sp=g堆积密度P b=ml孔体积Vv=g视密度P b=ml空隙率 =X反应方程主反应：C4H8

22、+ 02 f C4H6O + H2OX异丁烯催化氧化反应机理图3-1异丁烯氧化机理工艺条件使用80 () /20Si复合氧化物为催化剂，异丁烯为气相。选择氧化合成甲基丙烯醛的主要工艺条件为：反应温度：350 c反应压力：常压空间速度：1200-1800h -1原料气组成比例：异丁烯：水：氧气：氮气 =1：2:12 (摩尔比)X反应器计算(1)设计选材考虑到使用温度、耐酸、许用压力、价格、供货情况及材料的焊接性能等, 在设计中选取 16MnR。(2)基本物性参数表3-2设计数据和工作参数项目数值项目数值甲基丙烯酸甲酯年产量6万吨原料配比IB:H2O:O2：N2=1:2:12年工作时间7500 h

23、空速1200-1反应温度350 0c反应选择性120 h %反应压力101 KPa空时收率100kg/m 3i nnkri/ ( m h)i uuixg/ m 11/表3-3反应器进口物料组成反应器进口Kmol/hKg/h%(mol)异丁烯61010012氢气总量表3-4反应器物料出口组成反应器出口Kmol/hKg/h%(mol)甲基丙烯醛异丁烯氢气10氧化碳二氧化碳对苯二甲酸乙酸续表3-4反应器出口Kmol/hKg/h%(mol)丙醛总量100表3-5相对分子质量M异烯甲基丙烯醛水氧气氮气5670183228一氧化碳二氧化碳乙酸丙醛对苯二甲酸28446058166进料混合平均相对分子质量：M

24、 inyi.inMi29.12出口混合平均相对分子质量：Moutyi,ouMi29表3-6 密度名称密度p临界温度临界压力（MPa） 临界压缩因子 Zc(kg/m 3)Tc (k)甲基内烯醛566续表3-6密度p临界温度临界压力（MPa临界压缩因子 Zc(kg/m 3)Tc (k)异丁烯氢气氧化碳4401530二氧化碳对苯二甲酸乙酸乙醛氧气混合物密度:inpMinZRT_ _30.56937Kg/m3outpMoutZRT0.567177Kg/m3(3)反应器的数学计算此反应选用固定床列管式反应器，反应物、产物均为气体，催化剂为固体，此模型为拟均相模 型。1)动力学方程K Ae ERTln k

25、 In A -E-RTlnr lnk nlncBA :指前因子Cib :异丁烯浓度E :反应活化能以1/T为横坐标，lnk为纵坐标作图，则直线的截距为lnA,斜率为-E/R,计算即可得反应指前因子A和反应活化能 E。根据以上方法得到的反应指前因子和反应活化能分别为X1解口 kJ/mol ,最终得到该反应的动力学方程为：,.169744r 7.37 1014ertOb2）物料衡算式2FA0dxAb（a）Dr dl4Fao :任意位置上物质的摩尔流量，kmol/hdxA :物质的转化率pb :催化剂的床层堆积密度，g/mlDr ：反应器直径，m其中反应器直径计算用公式4VDr 、u U0计算得：F

26、 A0 dxAdl 0.21 dx / A（a）b（ r A）一 Dr 24代入数据积分得：l 7 m取反应管长为 8m o3）其他设计：反应列管：（）35 X 2反应管根数：A r、一4874 根20.0344取反应管根数 4880根。反应器壁厚的计算：pD i2S :圆筒的计算，mmP :圆筒计算压力，MPaD :圆筒的内径，mmb 钢板在该温度下的许用应力，MPa4 :焊接接头系代入数据计算得：pD i p18.6 mm2 P圆整后取壁厚 20 mm。反应器内径：3660 mm。X反应器质量选择16MnR为材质，其密度约为7850 kg/m 3。反应管质量 m1二vi nVi :反应管体

27、积，m3p i : 材质密度，kg/m 3n :反应管根数代入数据得m1=vi pn= kg筒体质量 m 2=Vr pi= kg封头取标准椭圆封头，内径DN=3660 mm ,厚度6 =20mm ,曲面高hi=925 mm，封头直边高 h=50mm. 封头质量按m3 (Dn 2 )2(hi) DN2hi (Dn 2 )2 DN2h 785064 代入数据m3= kg反应器主体质量 m=m 1+m2+2m3= kg附件以主体质量的倍计算，则反应器总质量 m总=kgX壳程换热设计(1)换热介质进出口结构为了降低入口流体的横向流速，消除流体诱发的管子振动，采用外导流筒式的进出口结构。(2)换热介质冷

28、却水：101 KPa10 oc液态水 Cp = KJ/(kg K)饱和水蒸气潜热r= KJ/kg采用Aspen Plus模拟软件对该反应器进行换热模拟，通过不断优化，最终彳4到 G h 2 o,out =27000kg/h ,冷却水进口的质量流量为Gh 2 O,in =27000 kg/h。取液态水的进口流速为1m/s,进 口管 口直径为100 mm。换热介质出 口的温度为85 oC ,出口流量 为液态水进口流量1 m/s ,出口管径为 100 mm。折流板型式由于反应器中间不排管，选用环盘型折流板。折流板间距为1 m。板厚10 mm。MMA合成浆态床反应器(R201)的设计X反应器操作条件进

29、出口物料组成MMA合成反应器物料主要组成如表3-7所示。表3-7反应器进口物料组成空气进料甲醇进料MAL进料质量流量(kg/h)697127451摩尔流量(kmol/h 应条件T=70 oCP= MPa根据Aspen plus模拟结果可知反应器出口物料组成如表3-8所示表3-8 出口物料组成物质质量流量(kg/h )摩尔流量(kmol/h )MMAMALH2O2567甲醇空气(2)反应温度为：70 oC 醇醛质量比为： 10: 1压力为 ： MPaX反应器结构设计(1)反应的动力学方程：甲基丙烯醛氧化酯化制备甲基丙烯酸甲酷的反应方程式如下沁OOCH3+ 此。CHZ=C

30、-CHO+ l/2O3+ CH30H 一由此可知，MAL氧化酯化制备 MMA的本征反应动力学方程可用指数形式表达如下dMALdtab ckMALMeOH O2式中：r :反应速率，mol L-1 h-1K:反应速率常数A: MAL的反应级数 b : MeOH的反应级数C : O2的反应级数O2在反应液中连续供应，可以由于该反应在恒温、恒压、氧气流速不变的条件下进行的，并且 认为在反应过程中O近似为一常数。因此可以简化为：r dMAL kMALaMOH bdtd MALdt即为：00 、a00bk(CMALCMAL x) (CMeOHCMeOH m)式中x : MAL转化率0CMAL : MAL

31、的初始浓度， mol/L0CMe0H : MeOH 的初始浓度，mol/L反应速率常数 k也可用下式表示:EakeRTk0 :指前因子Ea :反应的活化能，Jmol-1R :摩尔气体常数，Jmol-1 k-1最终可得到:E a = KJ / mol , k 0 =反应速率方程为:7.24 103r 0.1627MAL MeOH e RT(2)床径的确定床径可按气体处理量和操作速度由流量方程计算求得:DV u 3600 即44V3600式中V为原料气中的体积流量, 带入相关数据可求得：m3/hC 4 16209 ，广D4.5m36000.28在化工生产中，处特殊要求外，一般均采用圆形截面床体。一

32、般而言，采用夹套形式的反应器内套管与外壳的直径比之间较为合适。因此浆态床床径为D= m,反应器外径为D=5 mX反应器质量选材16MnR,其密度约为 7850 kg/m 3。反应器壁厚计算该反应器筒体选材为16MnR ,根据反应条件,利用壁厚公式，求得壁PcD i5.4mm2Pc圆整去10 mm。封头设计本反应器选择标准椭圆形封头，取其形状系数边高度为hi=1250 mm。壁厚即为反应器壁厚K=1,则 D/2hi=2 。10 mm ,直边高度为外径 Do为5000 mm ,则其圆50 mm。材质选用 16MnR。筒体质量 mi=VRd=9850 kg封头质量222_2_m2 (Dn 2 )2(

33、hi)DN2hi(Dn 2 )2DN2h 785064=kg主体质量 m=m i +2m 2= kg附件取主体质量的倍，则反应器总质量 m总=kg塔设备的选型与设计急冷喷淋塔简单设计计算X主体尺寸的计算根据本工艺的操作特点，考虑到容器直径较大，气体介质温度较高及压力较低，常采用整体夹套的分段式夹套形式，这样不仅能提高传热介质的流速，改善传热效果，而且还能提高筒体受 外压的稳定性和刚度。选择停留时间为 t=30s；则根据Aspen plus模拟得到其气体的体积流量为Vg= m3 h-1,取装载系数为亏则得到塔设备的容积为V=895 m3;根据空塔气？速计算公式及经验得，塔径 D= m；则由得，塔

34、筒体高度为 H=22 m ；采用标准椭圆形封头。夹套直径与筒体直径的关系由查找化工工艺设计手册如表3-9所示。表3-9夹套直径与筒体直径的关系项目数值数值数值Di(mm)500 80090022002200 4000Dj(mm)Di+50Di+100Di+200通过表可知筒体的夹套至筒体的间距为200 mm。冰喷淋水用量情况冷却水采用循环方式，考虑到防止设备因结垢导致堵塞，影响传热效果，筒体和夹套的用水为 工艺软水，与高温气体间接换热；而其中有一部分水为直接进行喷淋降温除杂，这部分水分为 两个进水，其中一个为来自循环工艺水在塔顶进行喷冷，还有一个来自脱水塔底部的水在在塔 的中上段进行喷淋降温。

35、各个用水操作参数详见表3-10所示。表3-10急冷喷淋塔的用水操作参数数据表来源用水途径数彳t m3/h压力(atm)起始温度(C)工艺软水夹套及蛇管用小里(kg h ) 3750115循环工艺水塔顶喷淋100015脱水塔底部水中上段喷淋X换热情况据比热容公式Q KS tm WOc(tl t2)设定从反映器中出来的物流的温度从Ti=350 oC降至T2=180 oC的热量被用于工艺软水的加热，根据 Aspen plus导出物流传热数据得到热负Q= kw ,工艺用水量 Wc=3750 kg/h ,水量进口温度为t1=15 C,出口温度为t2= C；计算出平均温度差，t1t2(350 180) (

36、1035 150 ,tmL (350 180) 1 10.8 Cln Fln (103.5 15)总传热系数K（以外表面积为基础）,do do bdo 1Rsi丁, Rso idi di dm 通过查找化工原理书查找得到总传热系数由于水蒸气发生相变，考虑到15%的面积裕度,计算得管内流速为u= m/s o换热管的总长度为K= W/（m 2 C）,计算得到传热面积为S= m2o得S=x = m2选用（）45Xmm传热管（无缝钢管） =1973 m ,圆整为 2000 m 。X塔质量计算材质选择16MnR,其密度约为 7850 kg/m 3塔内径 Di=4000 mm。塔体厚度：pcD i2 pc

37、6 .2 mm圆整取10 mm。塔体质量m=Vp= kg封头质量封头取标准椭圆封头，内径 DN=4000 mm ,厚度 S =10 mm ,曲面高hi=1000 mm ,封头直边高 h=50 mm ,材质选用 16MnR。m2 (Dn 2 )2(hi ) Dn2% (Dn 2 )2 DN2h 785064=1376 kg塔主体质量 m=m 1 +2m 2= kg 附件取主体质量的， 总质量 m总=kgcup-Tower对脱水塔的选型脱水塔是在 MPa的条件下，将从急冷塔出来的水蒸气、MAL、空气混合物中的水脱除。在脱水塔的上部引入了来自MMA合成反应工段的 MAL和甲醇的混合液体，来自急冷塔的

38、MAL、水蒸气、空气混合物与MAL和甲醇的混合液体在塔内逆向接触，这样使得轻组分中MAL的含量增高，以使得产品产量增高，同时使得水等重组分从塔底排出，空气、MAL、甲醇气体从塔顶排出。 该脱水塔选择板式浮阀塔，单溢流进行选型。 Aspen plus得出水力学数据如表3-11所示。表3-11 脱水塔水力学数据StageVolume flow Volume flow DensityDensity vapor toViscosity liquid fromSurfaceViscosity vapor totension liquid fromliquid fromvapor toliquid fro

39、mcum/hrcum/hrkg/cumkg/cumcPcPdyne/cm平均将水力学数据输入到cup-Tower中进行选型，如图 3-2所示。3-3Cup-Tower计算出脱水塔的塔板结构参数结果如图11摩阔设计.：（实际依寻:#）司百台奉飘恢人I榜小开皓讣-I图3-2水力学数据输入VI淳例设计（实际板号：# ）|回|巨塔扬结杓攀数I塔板工艺秀数_浮阂设计I塔盘信息 培径: 援映 雄ffi祗 用LX面积； 开孔轧 勖限孚醴 融二和妒度U :.s隘猊区尺寸 .皿降淹颤耳宽度n成弯折距窿H欣隆港菅底都宜度靠手受迹相硒H聿受港盍室度n祥人2博高n隆淹郛却能n 第第船口面彩n 顶剖堰长 n 底却堰长”

40、 进口填高度n 进口堰宽应n两例15717125S&1C.21633 5例口沥11.BECLH541邱L.W130.316口 0541.ID2 Q5497ZD之际0.Q图3-3脱水塔的塔板结构参数Cup-Tower计算出脱水塔的塔板工艺参数结果如图3-4。rI浮裔设：（卖底板名:.#一# ）五日宣I塔板斜商数塔板工一参裁|空塔气速1 411 iJl/s用h祖居高度0001jn孔磁12用 tnn/s拄板丘障orfii7磁柱潘:建专Z33D1n3/ h n)球而雪停留田间355 C 772s板上海M高度0 0551n喈池管治泛32.7705ft干板压降QD321由强满管底噂速度(W151n/ff雪

41、市在韦旦ODeaek E (L)/kg it)稳定系都2.1230瞪常管内漉体高度Q1299JI除滩内线遮度CiDOI?-Sl/s冰室受我Q0037涌面梯度Cln空塔动能因子1.29B5叽阳如瞰口 5了国就砺叩印3nWmMTOLS漏卡气速K邮国n/s图3-4塔板工艺参数塔板负荷性能图如图 3-5 c3-5塔板负荷性能cup-Tower对吸收塔的选型吸收塔是在 MPa的条件下，将从脱水塔出来的MAL、甲醇、空气混合物中的空气排出，并将MAL和甲醇液化为液体。 在吸收塔的上部引入来自MMA合成反应工段的 MAL和甲醇的混合液体，来自脱水塔的混合气体与来自MMA合成反应工段的混合液体逆向接触，使得M

42、AL和甲醇液化为液体，同时使得重组分中MAL和甲醇的含量增高，以提高最终产品的产量。空气等气体则从塔顶排出，MAL和甲醇混合液体从塔底排出。吸收塔选择浮阀塔，单溢流进行选型。Aspen plus得水力学数据如表3-12。表3-12 吸收塔水力学数据Volume flow Volume flow DensityDensity Viscosity ViscosityStage liquid from vapor toliquid from vapor to liquid from vapor toSurface tension liquid fromcum/hrcum/hrkg/cumkg/cum

43、 cPcPdyne/cm平均将水力学数据输入到cup-Tower中，如图3-6所示。KI寻阀知（矣际黑号）培柝信息IT艺条件初估条件I项目指流气相一质量;先量：|醛白非一西运Th-1液相后是洸蚩；|川正痂。屁小空度！|0.7BJ聪方3体枳;京里：|674M. 79 n04i 沾度：|57OW7P密度；|965r 4G9lr；An3阔E荒配|6. 6923M拓度：|0,419”安金周于：|0.82表直张力：口7, 69d口/e体系因子：|0+7操作_（_幅pO*操作下田|130充气系釉;|0,6重箱钻入检验开始计算图3-6水力学数据输入Cup-Tower计算出脱水塔的塔板结构参数结果如图3-7C

44、up-Tower计算出脱水塔的塔板工艺参数结果如图3-8n淳陶设计（实际板号：群一导塔板茗梆琴都厂一口回| 信板工艺参物塔盘信息塔铝 技国:塔俄面织， 开北区面积1 用伸： 副海岫 国刑浮隅出度n常温区尺寸 in,展淮管顶的富度1L通音折R展用地降灌管真却宽屋n。受流盘濡度-才更液盘宦度nff/12堰息 n管窗渝一n降沿首块剪百积n隆酒官腻都回乐n 我都理长强 属部康长n由口塌高度n出口塌京度nfttfill曲712536435*5411.配0 2163口3阴Q JM1k4即了130 3邮0J541.102Q5437ZB2.2F6SQ-CL图3-7塔板结果参数工|落成设计_ （纸板号：集一牛盾

45、板穿看如塔板工艺螫数虫计|空塔气速n 8c68m拒堰上涌层高度D (345孔气速4 2E23m/s空相任性0.0715.潮生溢技强度42.4G4n3/ 0l i)神菅醺W间10.6491S史上灌层高度3 0716川隆乖曾瀛逐54 71T7*干变庄降J 0355疥林修灌管底隙速度D i67j/尊诔夹带量3 0152kg (D/ifCV)f.豌系封1 S3&5隹液管内液体高度 轻液看内毂速度 流重鳏 磷面糕度 遴动能因子 孔动能肝 访点气速口 g。04610 054401 1=113阻2 2011用m/sITim/s 峰/ra3r O.Eiyfi Qfi/nJ0E m/s图3-8塔板工艺参数就荷性

46、能图如 3-9。球浮画殳计.：(实际板总：*# )实时收点涮目负荷X:图形缩放缩成比例:% 豆位保存圉晟图3-9负荷性能图MMA精储塔设计由Aspen得到的全塔平均水力学数据如表3-13表3-13全塔平均水力学数据Vs量Ls气相密度pv液相密度PL力b全塔平均ssm3m3mU 一般为最大允许气速Umax的倍即： U塔径欲求出塔径应先计算出适宜空塔速度。适宜空塔速度L V=() Umaxu max式中C可由史密斯关联图查得，液气动能参数为:Ls (_L) 12VsV0.0330.03(821.32)1215865 ( 2.723)取板间距Ht = m,板上液层高度 hL = m,图中的参变量值

47、HhL= = m。根据以上数值由图可得液 相表面张力为 mN/m时的负荷系数 C20 =。由所给出的工艺条件校正得：C C20(6)0.20.17最大允许气速:Umax C L V 0.1V821.32 2.723 2, 2.6m/s2.723取安全系数为，则适宜空塔速度为：u （安全系数）umax=由下式计算塔径：4Vs4 15.865D . 3.35m、u3.14 1.8按标准塔径尺寸圆整，取D = 3800 mm ；实际塔截面积：_2_2_2AT0.785D0.785 3.811.3m实际空塔速度：VsAT15.86511.31.67m/s安全系数:u max1.672.60.64m/

48、s在范围间，合适。溢流装置选用单流型降液管，不设进口堰。1）降液管尺寸取溢流堰长lw=,即lw/D=,由弓形降液管的结构参数图查得：Af/AT=,Wd/D=因此：弓形降液管所占面积：Af=x = m弓形降液管宽度：Wd = x = m验算液体在降液管的停留时间0:Af HtLh1.017 0.80.0327.12s由于停留时间 e5 s,合适2）溢流堰尺寸由以上设计数据可求出：溢流堰长 lw=x = m采用平直堰，堰上液层高度可依下式计算，式中E近似取1,即how2.84 Ls 22.840.03 3600 2 E () 31.0 () 30.034m1000 lw 10002.66溢流土圈高

49、 ：hw=hL-how= m液体由降液管流入塔板不设进口堰，并取降液管底隙处液体流速uo= m/s；降液管底隙高度：一Ls0.03h0 0.056mlwUo2.66 0.2hw ho0.066 0.0560.01m 0.006m故降液管底隙高度设计合理。X浮阀数及排列方式1）浮阀数初取阀孔动能因数Fo = 9 ,阀孔气速为:UoFo 9v 、 2.7235.45m/ s每层塔板上浮阀个数Vs20.785 d2u015.86520.785 5.45 0.03922438 (个)2）浮阀的排列按所设定的尺寸画出塔板，并在塔板的鼓泡区内依排列方式进行试排，确定出实际的阀孔数。已知 Wd = m,选取无效边缘区宽区Wc = m、破沫区宽度 Ws= m,由下式计算鼓泡区面积，即：A 2(x r2 x2r2sin 1 -)180 rr D2 Wc 1.9 0.065 1.835mx D2 (Wd Ws) 1.9 (0.57 0.1) 1.23m9