年產(chǎn)萬(wàn)噸丙烯酸工藝設(shè)計(jì)

1、1 引言1.1 概述丙烯酸是一種重要的有機(jī)化工原料，主要用于生產(chǎn)丙烯酸酯類(lèi)，還可用于生產(chǎn)高吸水性樹(shù)脂、助洗滌劑和水處理劑等，廣泛應(yīng)用于涂料、化纖、紡織、皮革、塑料、粘合劑、石油開(kāi)采等各個(gè)領(lǐng)域1。 20世紀(jì)20年代末，化學(xué)家Otto Rohm從2-氯乙醇制羥基丙腈轉(zhuǎn)而生產(chǎn)丙烯酸，完成了對(duì)丙烯酸工業(yè)化生產(chǎn)工藝的研究2。1939年，德國(guó)化學(xué)家Reppe發(fā)明了以乙炔、一氧化碳和水為原料，用羰基鎳為催化劑合成出丙烯酸。1969年，美國(guó)聯(lián)碳公司從英國(guó)BP公司引進(jìn)丙烯直接氧化經(jīng)丙烯醛生產(chǎn)丙烯酸技術(shù)，并建立工業(yè)化生產(chǎn)裝置。經(jīng)過(guò)多年不斷改進(jìn)，尤其是對(duì)丙烯氧化催化劑的改進(jìn)，該法已成為制造丙烯酸的主導(dǎo)生產(chǎn)方法3。1

2、.2 丙烯酸生產(chǎn)工藝技術(shù)丙烯酸在20世紀(jì)30年代實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，其生產(chǎn)方法經(jīng)歷了氰乙醇法、雷普(Reppe)法、烯酮法、丙烯腈水解法和丙烯氧化法4,5。1.2.1 氰乙醇法氰乙醇法是最早工業(yè)化生產(chǎn)丙烯酸及其酯的方法。德國(guó)和美國(guó)分別在1927年和1931年用此方法建成了工業(yè)化裝置。由于反應(yīng)過(guò)程會(huì)生成各種聚合物，因此丙烯酸收率較低，僅為6070%，且氰化物劇毒，嚴(yán)重污染環(huán)境，故采用此法的生產(chǎn)裝置早在50年代就已關(guān)閉。1.2.2 Reppe法20世紀(jì)30年代，德國(guó)的Walter Reppe博士發(fā)現(xiàn)利用自己發(fā)明的Reppe反應(yīng)可以直接從乙炔生產(chǎn)丙烯酸和丙烯酸酯類(lèi)。在60年代以前，用Reppe法或改良R

3、eppe法生產(chǎn)丙烯酸及其酯的工藝曾占統(tǒng)治地位，隨著石油化工技術(shù)的開(kāi)發(fā)和環(huán)境保護(hù)要求的加強(qiáng)，到1976年改良Reppe法的裝置已全部停產(chǎn)。1.2.3 烯酮法以乙酸或丙酮為原料，磷酸三乙酯為催化劑，在700時(shí)裂解生成乙烯酮，然后與無(wú)水甲醛在AlCl3或BF3催化劑存在下，在25進(jìn)行氣相反應(yīng)生成-丙內(nèi)酯，再與熱的磷酸接觸異構(gòu)化生成丙烯酸。乙烯酮法產(chǎn)品純度高，收率也高，副產(chǎn)物和未反應(yīng)的物料能循環(huán)使用，適用于連續(xù)生產(chǎn)，但原料乙酸或丙酮價(jià)格高且-丙內(nèi)酯為致癌物質(zhì)。1.2.4 丙烯腈水解法這是法國(guó)SocietedUgine和美國(guó)Sohio開(kāi)發(fā)的工業(yè)制備方法。該法工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，設(shè)備投資不大，可同時(shí)生

4、產(chǎn)丙烯酸胺。缺點(diǎn)是污染嚴(yán)重，副產(chǎn)大量低價(jià)值的硫酸銨。該流程至今只有日本旭化成和英國(guó)聯(lián)合膠體仍有運(yùn)行，墨西哥的塞拉納斯裝置已于1993年停產(chǎn)。1.2.5 丙烯氧化法20世紀(jì)60年代末，隨著石油化工的高速發(fā)展，丙烯價(jià)格日趨便宜，由于高度活潑、高度選擇性和長(zhǎng)使用壽命的催化劑的開(kāi)發(fā)，使得丙烯直接氧化制丙烯酸的工業(yè)化方法為工業(yè)界所接受6。丙烯氧化法起初分為一步法和兩步法，但分兩步進(jìn)行更有助于通過(guò)優(yōu)化催化劑的組成和反應(yīng)條件而提高催化劑的選擇性。所謂丙烯兩步氧化法是在復(fù)合金屬氧化物催化劑存在下，經(jīng)空氣氧化先生成丙烯醛，再進(jìn)一步催化氧化成丙烯酸7,8。丙烯酸的工業(yè)生產(chǎn)方法主要為丙烯兩步氧化法。工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的

5、技術(shù)主要有：美國(guó)索亥俄(Sohio)技術(shù)、日本觸媒技術(shù)、日本三菱油化技術(shù)、日本化藥技術(shù)、德國(guó)BASF技術(shù)9。（1）美國(guó)索亥俄( Sohio) 技術(shù)60年代末70年代初在美國(guó)和日本具有一定的市場(chǎng)。Sohio技術(shù)的特點(diǎn)是丙烯氧化采用兩臺(tái)反應(yīng)器串聯(lián)操作，吸收塔頂出來(lái)的廢氣不循環(huán)；廢氣中未反應(yīng)的丙烯不回收；催化劑壽命為2年。（2）日本觸媒化學(xué)(NSKK) 技術(shù)日本觸媒公司是世界上首先實(shí)現(xiàn)工業(yè)二步法生產(chǎn)丙烯酸的廠家。其催化劑為中空?qǐng)A柱狀，其形狀增加了幾何外表面，轉(zhuǎn)化率得到提高的同時(shí)，也提高了生成物自催化劑微孔中擴(kuò)散出來(lái)的路徑，減少了深度氧化，因而提高了產(chǎn)物的單程收率及選擇性，同時(shí)降低了熱點(diǎn)，減少了床層阻

6、力，使催化劑的壽命得以延長(zhǎng)。其工藝特點(diǎn)是在Mo-Bi系催化劑中加入了元素Co，從而提高了丙烯醛的選擇性和單程收率；采用廢氣催化焚燒爐，不需消耗燃料氣。（3）日本三菱油化(MPCL) 技術(shù)日本三菱石油化學(xué)公司公司對(duì)其原來(lái)的工藝和催化劑不斷研究和改進(jìn)，改進(jìn)后的催化劑可適應(yīng)比日本觸媒公司二段催化劑更低的反應(yīng)溫度，活性高、選擇性高、壽命也長(zhǎng)。其工藝特點(diǎn)是以高濃度丙烯為原料，丙烯酸單程收率高于87%，未反應(yīng)的丙烯或丙烯醛不循環(huán)使用。兩臺(tái)串聯(lián)的固定床反應(yīng)器中分別采用Mo-Bi系、Mo-V系氧化物為催化劑，壽命均為6 年。（4）日本化藥技術(shù)采用的催化劑為涂裹型催化劑，形狀規(guī)則，利于裝填，機(jī)械強(qiáng)度較好，目的產(chǎn)

7、物選擇性好。缺點(diǎn)是反應(yīng)熱點(diǎn)溫度較高，如果飛溫容易燒壞催化劑。丙烯氧化制丙烯醛采用Mo、Bi、Ni、Co、Fe 系催化劑，丙烯醛氧化制丙烯酸采用Mo、V、Cu、Sb 系催化劑10。反應(yīng)器均為固定床列管式反應(yīng)器。主要應(yīng)用在上海華誼、江蘇裕廊和蘭州石化等部分裝置上。（5）德國(guó)巴斯夫(BASF) 技術(shù)巴斯夫的丙烯酸生產(chǎn)裝置是目前世界上單系列裝置中規(guī)模最大的，其技術(shù)也是采用固定床二步氧化法。丙烯氧化用Mo-Bi系或Mo-Co系催化劑，丙烯醛的單程收率為80%左右；丙烯醛進(jìn)一步催化氧化用Mo、W、V、Fe 系催化劑，丙烯酸單程收率高于90%11。其技術(shù)特點(diǎn)為：丙烯氧化反應(yīng)氣不用水吸收，而是用一種高沸點(diǎn)有機(jī)

8、溶劑作為吸收劑；丙烯氧化反應(yīng)循環(huán)氣體中不用水蒸汽，而是用氮?dú)?，可減少?gòu)U水的生成。1.3 丙烯酸工業(yè)生產(chǎn)概況 20世紀(jì)90年代，丙烯酸系單體面臨一個(gè)擴(kuò)展的熱潮，隨著聚丙烯酸型超吸收劑和家用洗滌劑增量劑的開(kāi)發(fā)和普及，在世界上形成了一個(gè)投資興建丙烯酸及酯單體裝置的熱潮。由于其品種繁多、用途廣泛、產(chǎn)品附加值高等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在已形成了獨(dú)立的丙烯酸化工體系12。1.3.1 國(guó)外工業(yè)生產(chǎn)概況 目前，世界上的丙烯酸生產(chǎn)裝置已有93%以上采用丙烯二步氧化法。在吸收、開(kāi)發(fā)和推廣丙烯氣相氧化方面，日本是世界上做出最大貢獻(xiàn)的國(guó)家，尤其是日本觸媒化學(xué)公司和日本三菱化學(xué)公司，他們所采用的方法比較先進(jìn)，更有競(jìng)爭(zhēng)力，因此目前國(guó)外

9、新建丙烯酸裝置大多引進(jìn)它們的技術(shù)，世界上大約80%的丙烯酸生產(chǎn)裝置采用了日本的技術(shù)13。沿用其它生產(chǎn)方法較為有名的公司，僅有BASF在德國(guó)的一套由一氧化碳乙炔路線的改良Reppe法裝置。世界上丙烯酸的生產(chǎn)主要集中在美國(guó)、西歐和日本。就總的生產(chǎn)能力來(lái)講，BASF、Rohm&Hass、Celanese和日本觸媒化學(xué)公司四大生產(chǎn)商就占66%。BASF以丙烯酸的生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)量位居世界丙烯酸工業(yè)首位，在歐洲丙烯酸生產(chǎn)能力達(dá)42萬(wàn)噸/年。在東南亞，BASF與馬來(lái)西亞的Petronas合作建設(shè)的一套16萬(wàn)噸/年丙烯酸裝置已于2000年投產(chǎn)。在歐洲，Rohm&Hass公司與德國(guó)Stockhausen GmbH

10、組成全球性的丙烯酸產(chǎn)品伙伴關(guān)系，2006年其丙烯酸的生產(chǎn)能力可達(dá)33萬(wàn)噸/年14。Celanese是世界上第三大丙烯酸的生產(chǎn)者，在美國(guó)德克薩斯州的ClearLake有27.2萬(wàn)噸/年丙烯酸裝置，并于2001年在此地增加丙烯酸能力8萬(wàn)噸/年。日本觸媒化學(xué)公司的丙烯酸最大的裝置是在日本姬路有22萬(wàn)噸/年丙烯酸。在印度尼西亞與Tripolyta合資建設(shè)的一套6萬(wàn)噸/年的丙烯酸裝置已于1999年投產(chǎn)。在美國(guó)德克薩斯州的Bay Port與法國(guó)Elf Atochem公司合資建設(shè)的一套12萬(wàn)噸/年丙烯酸裝置在2001年投產(chǎn)，其丙烯酸及其酯的生產(chǎn)能力達(dá)到53.5萬(wàn)噸/年15。1.3.2 國(guó)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀我國(guó)丙

11、烯酸的工業(yè)化生產(chǎn)起步于20世紀(jì)50年代，上海珊瑚化工廠對(duì)氯乙醇和丙烯酸水解法生產(chǎn)丙烯酸工藝進(jìn)行了研究。60年代初，丙烯酸水解法幾乎成為國(guó)內(nèi)唯一的生產(chǎn)方法，規(guī)模小、品種少，蘭州化學(xué)公司建成第一套500噸/年丙烯氧化法的恒產(chǎn)丙烯酸的中試裝置，當(dāng)時(shí)全國(guó)產(chǎn)量最多的年份也僅為3500噸，品種僅限于丙烯酸和丙烯酸甲酯16。我國(guó)大規(guī)模生產(chǎn)丙烯酸始于20世紀(jì)70年代末期，1978年，北京東方化工廠首次從日本觸媒化學(xué)公司引進(jìn)全套以丙烯二步氧化法工藝生產(chǎn)丙烯酸的裝置，1984年建成投產(chǎn)丙烯酸2.05萬(wàn)噸/年17。20世紀(jì)90年代初以來(lái)，國(guó)內(nèi)丙烯酸供需缺口逐年增大，中國(guó)丙烯酸市場(chǎng)的巨大潛力和良好發(fā)展前景，提高了國(guó)內(nèi)

12、外投資者建設(shè)丙烯酸項(xiàng)目的積極性。1992年，吉林石化從日本三菱化學(xué)公司引進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，建成投產(chǎn)設(shè)計(jì)能力2.72萬(wàn)噸/年；1994年，上海華誼丙烯酸有限公司亦從日本三菱化學(xué)公司引進(jìn)全套裝置，其設(shè)計(jì)能力為3萬(wàn)噸/年18。隨后，北京東方化工廠又?jǐn)U大規(guī)模，陸續(xù)引進(jìn)第二、三套丙烯酸及酯類(lèi)裝置，使我國(guó)的丙烯酸生產(chǎn)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。2000年以來(lái)，丙烯酸行業(yè)發(fā)展更加迅速。上海華誼丙烯酸廠在引進(jìn)技術(shù)消化吸收的基礎(chǔ)上，與自主開(kāi)發(fā)丙烯選擇氧化催化劑的蘭州石化研究院合作，建成3萬(wàn)噸/年的丙烯酸項(xiàng)目。2004年，南京BASF-揚(yáng)子石化合資丙烯酸項(xiàng)目投產(chǎn)，生產(chǎn)能力為16萬(wàn)噸/年。由日本三菱化學(xué)公司轉(zhuǎn)讓丙烯酸技術(shù)，為沈陽(yáng)石蠟

13、化工公司建設(shè)的8萬(wàn)噸/年丙烯酸裝置，也于2006年底建成。浙江衛(wèi)星企業(yè)集團(tuán)的后期丙烯酸裝置和蘭州石化的8萬(wàn)噸/年丙烯酸裝置也陸續(xù)投產(chǎn)19。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，中國(guó)將成為丙烯酸需求增長(zhǎng)的主要地區(qū)，中國(guó)丙烯酸產(chǎn)品仍有較大發(fā)展空間。1.4 丙烯酸生產(chǎn)工藝技術(shù)的發(fā)展前景目前，國(guó)內(nèi)丙烯酸生產(chǎn)企業(yè)的工藝技術(shù)大多從日本引進(jìn)，投資額較高。采用國(guó)內(nèi)技術(shù)、設(shè)備和催化劑，將會(huì)大幅降低投資和生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。在丙烯酸工藝技術(shù)的改進(jìn)過(guò)程中，因?yàn)榇呋瘎┵M(fèi)用占了生產(chǎn)成本的相當(dāng)比例，提高選擇性和轉(zhuǎn)化率，延長(zhǎng)催化劑壽命成為研究的關(guān)鍵20。當(dāng)前形勢(shì)下，我國(guó)丙烯酸行業(yè)應(yīng)加快丙烯酸生產(chǎn)工藝及催化劑的國(guó)產(chǎn)化，形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，將有利于丙

14、烯酸行業(yè)的健康發(fā)展。1.5 研究的目的及意義隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，丙烯酸需求量逐年增長(zhǎng)，我國(guó)丙烯酸行業(yè)面臨良好的發(fā)展機(jī)遇與技術(shù)挑戰(zhàn)。目前全球以丙烯氧化制丙烯酸為首要技術(shù)，幾乎占據(jù)了所有的生產(chǎn)量，選擇最優(yōu)的氧化工藝技術(shù)，從而擴(kuò)大生產(chǎn)能力、節(jié)省設(shè)備投資迫在眉睫?；诖?，本課題采用丙烯氣相兩步氧化法制備丙烯酸的生產(chǎn)技術(shù)，借鑒國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，選擇高效能催化劑，以此建一10萬(wàn)噸/年丙烯酸生產(chǎn)車(chē)間，使生產(chǎn)產(chǎn)品的綜合性能在原有基礎(chǔ)上明顯提高，生產(chǎn)效率進(jìn)一步提升，工藝、控制更加優(yōu)化，生產(chǎn)成本明顯下降。2 丙烯酸工藝流程的確定2.1 丙烯酸生產(chǎn)原理丙烯直接氧化生產(chǎn)丙烯酸有一步法和兩步法之分。一步法具有反應(yīng)裝置簡(jiǎn)

15、單、工藝流程短、只需一種催化劑、投資少等優(yōu)點(diǎn)，但存在幾個(gè)突出缺點(diǎn)21：一步法是在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行兩個(gè)氧化反應(yīng)，強(qiáng)制一種催化劑去適應(yīng)兩個(gè)不同反應(yīng)的要求，影響了催化作用的有效發(fā)揮，丙烯酸收率低；把兩個(gè)反應(yīng)合并為一步進(jìn)行，反應(yīng)熱效應(yīng)大。要降低反應(yīng)放熱量，只能通過(guò)降低丙烯的濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此生產(chǎn)能力低；催化劑壽命短，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)上不合理。鑒于以上原因，目前工業(yè)上主要采用兩步法生產(chǎn)，即第一步丙烯氧化生成丙烯醛，第二步丙烯醛氧化生成丙烯酸。丙烯兩步氧化制丙烯酸的主反應(yīng)可用下列兩式表示：反應(yīng)屬?gòu)?qiáng)放熱反應(yīng)，有效地移除反應(yīng)熱是反應(yīng)過(guò)程的突出問(wèn)題。除主反應(yīng)外，還有大量副反應(yīng)，其副產(chǎn)物有CO和CO2等深度氧化物以及乙醛、

16、醋酸、丙酮。因而，提高反應(yīng)選擇性和目標(biāo)產(chǎn)物收率非常重要，要達(dá)到這一目的，必須在反應(yīng)過(guò)程中使用高活性、高選擇性催化劑。由于生產(chǎn)丙烯酸分步進(jìn)行，所以每步反應(yīng)所用催化劑也不同。第一步反應(yīng)為丙烯氧化為丙烯醛，所用催化劑大多為Mo-Bi-Fe-Co系，再加入少量其他元素，以鉬酸鹽的形式表現(xiàn)出催化活性。第二步反應(yīng)為丙烯醛氧化為丙烯酸，目前采用的催化劑均為Mo-V-Cu系，通常需要添加助催化劑。2.2 擬采用的生產(chǎn)工藝丙烯直接氧化法是生產(chǎn)丙烯酸的最新方法，由于原料丙烯價(jià)廉易得，反應(yīng)催化劑的活性和選擇性高，目前該法在丙烯酸生產(chǎn)中占有主要地位。因此本課題擬采用丙烯兩步氧化法。2.3 主要原料及其規(guī)格丙烯：95%

17、，主要來(lái)自煉油廠的催化裂化裝置和丙烷脫氫技術(shù)催化劑：第一步氧化（丙烯氧化為丙烯醛）選用固態(tài)鉬-鉍系催化劑Mo12Bi1.0Fe1W2Co4Si1.35K0.06；第二步氧化（丙烯醛氧化為丙烯酸）選用固態(tài)鉬-釩系催化劑Mo12V4.0W1.0Cu2.2Sb0.5熔鹽（55%KNO3+45%NaNO2）2.4 工藝流程圖氧化過(guò)程一般采用兩臺(tái)反應(yīng)器串聯(lián)，從第一臺(tái)反應(yīng)器出來(lái)的丙烯醛、未反應(yīng)的丙烯以及副產(chǎn)物可以不經(jīng)處理直接供給第二反應(yīng)器。丙烯氧化生產(chǎn)丙烯酸擬常用列管式反應(yīng)器，管內(nèi)裝填催化劑，管間采用熔鹽循環(huán)移除反應(yīng)熱。其氧化工序工藝流程圖如圖2.1所示。吸收塔催化劑冷卻器空氣第一反應(yīng)器丙烯第二反應(yīng)器預(yù)熱

18、器汽化器圖2.1 丙烯酸氧化工序工藝流程框圖2.5 工藝流程簡(jiǎn)述經(jīng)汽化器預(yù)熱氣化后的丙烯（純度95%以上）與經(jīng)水蒸氣增濕后的空氣以一定配比混合后進(jìn)入第一反應(yīng)器，并在反應(yīng)器上部利用反應(yīng)放出的熱量將其預(yù)熱后進(jìn)入氧化鉬-鉍催化劑層，在催化劑作用下發(fā)生部分氧化反應(yīng)生成丙烯醛，控制反應(yīng)溫度593633K。為使反應(yīng)溫度均勻，采用熔鹽在反應(yīng)管間強(qiáng)制循環(huán)移除反應(yīng)熱，并通過(guò)熔鹽廢熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，以回收余熱。第一反應(yīng)器生成的氣體（含丙烯醛、少量丙烯酸以及副反應(yīng)生成的一氧化碳和二氧化碳等）經(jīng)過(guò)氣體冷卻器換熱冷卻后被送入第二反應(yīng)器，在氧化鉬-釩催化劑作用下，丙烯醛進(jìn)一步氧化為丙烯酸，反應(yīng)溫度控制在533573K。反應(yīng)

19、放出的熱量采用熔鹽在管間強(qiáng)制循環(huán)移出22。第二反應(yīng)器出口氣體送入吸收塔，用丙烯酸水溶液吸收，吸收后尾氣中含有少量未反應(yīng)的丙烯、丙烯醛、乙醛等有機(jī)物和不溶性氣體，約50%返回反應(yīng)器進(jìn)料系統(tǒng)循環(huán)使用，其余尾氣送廢氣催化焚燒裝置。吸收塔底部流出的丙烯酸水溶液約含丙烯酸20%30%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）， 送分離工段進(jìn)行分離精制。3 物料衡算3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)3.1.1 全裝置工藝數(shù)據(jù)（1）生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn)10萬(wàn)噸丙烯酸的生產(chǎn)（2）生產(chǎn)時(shí)間：年工作日大約為334天，時(shí)數(shù)為8000h（3）每噸丙烯酸消耗定額：0.775t 98%丙烯（4）全裝置總收率按88%計(jì)，損耗（包括工藝損耗、機(jī)械損耗）為12%；其中一段反應(yīng)器丙

20、烯醛的收率可達(dá)90.5%，丙烯酸收率可達(dá)6%；二段反應(yīng)器中丙烯醛的轉(zhuǎn)化率可達(dá)99.2%，丙烯酸產(chǎn)率可達(dá)95.2%。3.1.2 工藝配方（1）反應(yīng)器入口氣體組成：原料丙烯、空氣中的氧氣以及水蒸氣。不同的催化劑選擇不同的丙烯濃度，一般在7.0%10.0%之間；氧烯比一般控制在1.8:12.0:1之間，過(guò)低和過(guò)高的氧烯比會(huì)影響丙烯的轉(zhuǎn)化率和選擇性；水蒸氣的存在一是為了提高催化劑的選擇性，使反應(yīng)產(chǎn)物容易從催化劑表面解析出來(lái)；二是降低反應(yīng)氣中的氧濃度，以便減緩丙烯的深度氧化；另外，由于水蒸氣具有較大的熱容，有利于床層的熱穩(wěn)定23。（2）反應(yīng)空速24：絕對(duì)空速（SV0）：一段反應(yīng)器入口每小時(shí)加入的丙烯氣體

21、的體積與純催化劑體積的比值，即。它反映催化劑的實(shí)際反應(yīng)負(fù)荷，在120 h-1左右。相對(duì)空速（SV）：混合氣體的小時(shí)體積通量與催化劑床層體積之比，即：。一般在8002000h-1之間。（3）反應(yīng)溫度：一段反應(yīng)一般為300400，二段反應(yīng)一般在250320。表3.1 氧化工藝配方基本參數(shù)值反應(yīng)器基本參數(shù)設(shè)計(jì)取值一段反應(yīng)器丙烯進(jìn)料濃度/%（摩爾分?jǐn)?shù)）8.7進(jìn)料中氧氣/丙烯（摩爾比）1.80進(jìn)料中水蒸氣/丙烯（摩爾比）0.76反應(yīng)溫度/325空速/ h-11450二段反應(yīng)器丙烯醛進(jìn)料濃度/%（摩爾分?jǐn)?shù)）6.4氧氣/丙烯醛（摩爾比）1.05水蒸氣/丙烯醛（摩爾比）2.11反應(yīng)溫度/260空速/ h-11

22、6503.2 計(jì)算基準(zhǔn)此過(guò)程屬于連續(xù)操作過(guò)程，計(jì)算基準(zhǔn)選時(shí)間，單位為kmol/h。3.3 計(jì)算在生產(chǎn)過(guò)程中以氧化反應(yīng)為主，不考慮副反應(yīng)，也不對(duì)副反應(yīng)進(jìn)行物料衡算25。3.3.1 第一氧化反應(yīng)器的物料衡算圖3.1 第一氧化反應(yīng)器物料衡算示意圖依照?qǐng)D3.1中第一氧化反應(yīng)器物料衡算示意圖進(jìn)行計(jì)算：（1） 丙烯進(jìn)料量：每小時(shí)生產(chǎn)量：1000008000=12.5 t丙烯酸需要98%的丙烯：12.50.775=9.6875 t/h=9687.5 kg/h=230.22 kmol/h 以230.22 kmol/h 為基準(zhǔn)，扣除損耗的1%丙烯應(yīng)有丙烯醛和丙烯酸：230.22(10.01) =227.92 k

23、mol/h 第一反應(yīng)器按氧化反應(yīng)總轉(zhuǎn)化率96.5%計(jì)；98%的丙烯進(jìn)料量：227.920.965=236.19 kmol/h原料中含丙烯98%，則原料量應(yīng)為：236.190.98=241.01 kmol/h（2）水蒸氣進(jìn)料量：0.76241.01=183.17 kmol/h（3）氧氣進(jìn)料量：1.8241.01=433.82 kmol/h 總氣體進(jìn)料量：241.018.7%=2770.23 kmol/h空氣進(jìn)料量：2770.23241.01183.17=2346.05 kmol/h（4）丙烯醛出料量：241.0190.5%=218.114 kmol/h（5）丙烯酸出料量：241.016%=14.

24、46 kmol/h（6） 副產(chǎn)物：241.012.5%=6.025 kmol/h；丙烯損失量：241.011%=2.41 kmol/h（7）據(jù)絕對(duì)空速可計(jì)算催化劑的用量，本設(shè)計(jì)中絕對(duì)空速取120 h-1：；催化劑用量：45 m3/h總出料量：218.114+14.46+6.025+2.41+2346.05+183.17=2770.23 kmol/h第一氧化反應(yīng)器物料平衡表如表3.2所示：表3.2 第一氧化反應(yīng)器物料平衡表物料分子量gmol-1密度kgm-3粘度Pas摩爾進(jìn)料量 kmolh-1摩爾出料量kmolh-1丙烯42.081.9141.610-5241.01空氣28.951.2931.8

25、110-52346.052346.05水蒸氣18.021.000.9810-5183.17183.17丙烯醛56.060.84020.39310-3218.114丙烯酸72.061.05111.14910-314.46副產(chǎn)物6.025損失2.41催化劑45 m3/h45 m3/h合計(jì)2770.232770.233.3.2 冷卻器的物料衡算 丙烯酸及副產(chǎn)物丙烯醛熔鹽丙烯醛丙烯酸副產(chǎn)物及損失的丙烯冷卻器圖3.2 冷卻器物料衡算示意圖依照?qǐng)D3.2對(duì)冷卻器進(jìn)行物料衡算：此過(guò)程只發(fā)生相態(tài)變化，物料平衡，因此不需要進(jìn)行物料衡算。3.3.3 第二氧化反應(yīng)器的物料衡算圖3.3 第二氧化反應(yīng)器物料衡算示意圖依照

26、圖3.3中第二氧化反應(yīng)器物料衡算示意圖進(jìn)行計(jì)算：（1）丙烯醛進(jìn)料量：218.114 kmol/h（2）水蒸氣進(jìn)料量：2.11218.114=460.22 kmol/h（3）氧氣進(jìn)料量：1.05218.114=229.02 kmol/h 總氣體進(jìn)料量：218.1146.4%=3408.03 kmol/h空氣進(jìn)料量：3408.03218.114460.22=2729.7 kmol/h（4）丙烯酸進(jìn)料量14.46 kmol/h；副產(chǎn)物6.025 kmol/h；剩余丙烯量2.41 kmol/h總進(jìn)料量：3408.03+14.46+6.025+2.41=3430.925 kmol/h（5）丙烯酸出料量：

27、218.11495.2%=207.64 kmol/h（6）副產(chǎn)物：218.114(99.2%95.2%) =8.724 kmol/h（7）損失的量：218.114(199.2%) =1.745 kmol/h（8）空氣和水蒸氣的用量不變，且催化劑用量不變。據(jù)絕對(duì)空速可計(jì)算催化劑的用量： 催化劑的量：40.7 m3/h總出料量：207.64 +8.724 +1.745+2729.7+460.22 =3408.03 kmol/h第二氧化反應(yīng)器物料平衡表如表3.3所示：表3.3 第二氧化反應(yīng)器物料平衡表進(jìn)料出料物料名稱(chēng)摩爾進(jìn)料量kmolh-1物料名稱(chēng)摩爾出料量kmolh-1丙烯醛218.114丙烯酸2

28、07.64水蒸氣460.22副產(chǎn)物8.724空氣2729.7損失1.745催化劑40.7 m3/h水蒸氣460.22丙烯酸14.46空氣2729.7副產(chǎn)物6.025損失2.41合計(jì)3408.03合計(jì)3408.033.4 原料消耗綜合表原料消耗綜合表如下表3.4所示：表3.4 原料消耗綜合表序號(hào)物料名稱(chēng)單位每噸產(chǎn)品消耗量每小時(shí)消耗量每年消耗量1丙烯t0.77510.148.111042空氣t7.54（一段）7.79（二段）70.17（一段）70.17（二段）5.614105（一段）5.614105（二段）3催化劑m345（一段）40.7（二段）3.6105（一段）3.256105（二段）4水蒸氣

29、t0.591.3143.3（一段）7.36（二段）2.64104（一段）5.888104（二段）4 熱量衡算連續(xù)操作過(guò)程屬于定態(tài)操作過(guò)程，物料狀態(tài)、反應(yīng)狀態(tài)等不隨時(shí)間而變化，所以熱負(fù)荷（傳熱速率）也不隨時(shí)間變化而變化，主要計(jì)算正常操作時(shí)的傳熱速率26。4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)氧化反應(yīng)器中主要發(fā)生以下兩個(gè)重要反應(yīng)：（1）反應(yīng)器物料衡算數(shù)據(jù)（見(jiàn)氧化反應(yīng)器物料平衡表）（2）入口溫度：25，第一反應(yīng)器溫度：325，第二反應(yīng)器溫度：260（3）有關(guān)物性數(shù)據(jù)如表4.1所示：表4.1 物性數(shù)據(jù)表27物料名稱(chēng)定壓比熱容/kJkg-1K-1導(dǎo)熱系數(shù)/Wm-1h-1-1標(biāo)準(zhǔn)生成熱/kJmol-1丙烯1.5285.710-

30、320.42空氣1.02852.110-3水蒸氣1.94854.910-357.798丙烯醛2.194-105.05 丙烯酸2.151-336.47 4.1.1 計(jì)算基準(zhǔn)熱流量基準(zhǔn)：kJ/h；基準(zhǔn)溫度：254.1.2 熱量衡算方程式在化工過(guò)程中，各種熱量之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系可以用熱平衡方程表示：Q =H出-H進(jìn)其中 Q -設(shè)備或系統(tǒng)與外界環(huán)境交換熱量之和，通常包括熱損失，kJ；H出-離開(kāi)設(shè)備或系統(tǒng)各股物料的焓之和，kJ；H進(jìn)-進(jìn)入設(shè)備或系統(tǒng)各股物料的焓之和，kJ。在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，熱平衡方程式寫(xiě)成以下形式更容易計(jì)算： QT = Q1+Q2+Q3+Q4式中 QT -設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)物料與外界交換熱量之和（

31、傳入為正 ，傳出為負(fù)），kJ；Q1-由于物料溫度變化，系統(tǒng)與外界交換的熱量，kJ；Q2-由于物料發(fā)生各種變化（化學(xué)變化、相變、溶解、混合等），系統(tǒng)與外界交換的熱量（吸熱為正、放熱為負(fù)）， kJ；Q3-由于設(shè)備溫度變化，系統(tǒng)與外界交換的熱量（設(shè)備升溫為正、降溫為負(fù)）， kJ；Q4-設(shè)備向外界環(huán)境散失的熱量（操作溫度高于環(huán)境溫度為正、低于環(huán)境溫度為負(fù)），kJ。上式也可以寫(xiě)成如下形式：qT =q1+q2+q3+q4 （kJ/h）4.2 熱量衡算式中各參數(shù)計(jì)算方法281、q1的計(jì)算：認(rèn)為反應(yīng)器內(nèi)壓力不變，即整個(gè)過(guò)程為恒壓變化過(guò)程2、q2的計(jì)算：（標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)反應(yīng)熱）3、q3的計(jì)算：對(duì)于連續(xù)操作，由于操作過(guò)

32、程是在定態(tài)條件下進(jìn)行的，物料溫度與設(shè)備溫度都不隨時(shí)間變化，此時(shí)q3=0。4、q4的計(jì)算：設(shè)備溫度高于環(huán)境溫度時(shí)，q40，設(shè)備操作溫度低于環(huán)境溫度時(shí)，q40。在實(shí)際操作中，若設(shè)備有保溫層，為簡(jiǎn)化計(jì)算，常取熱損失速率為總速率的10%。4.3 計(jì)算主要對(duì)一段、二段氧化反應(yīng)器以及冷卻器進(jìn)行熱量衡算；第一反應(yīng)器進(jìn)料溫度為250，反應(yīng)溫度為325；第二反應(yīng)器進(jìn)料溫度210，反應(yīng)溫度260。4.3.1 氧化反應(yīng)器熱量衡算1、第一氧化反應(yīng)器熱量衡算（1）q1的計(jì)算：q出料=(218.11456.062.194+14.4672.062.151+2346.0528.951.028+183.17 18.021.91

33、4) (325-25)=31561747.97 kJ/hq進(jìn)料=(241.0142.081.52+2346.0528.951.028 +183.1718.021.914)(250- 25)=20599385.72 kJ/hq1= q出料q進(jìn)料=10962362.25=1.1107 kJ/h（2）q2的計(jì)算：=105.15218.1141000(20.42)241.011000=27856111.3= 2.786107 kJ/h（3）q3的計(jì)算：對(duì)于連續(xù)操作，由于操作過(guò)程是在定態(tài)條件下進(jìn)行的，物料溫度與設(shè)備溫度都不隨時(shí)間變化，所以q3=0（4）q4的計(jì)算：常取熱損失速率為總速率的10%；q4=1

34、0%(1.1107+2.786107)= 3.88106 kJ/h（5）qT的計(jì)算：qT =q1+q2 +q4 =1.1107+2.786107+3.88106 = 4.27107 kJ/h（6）計(jì)算設(shè)備熱負(fù)荷和熔鹽消耗量：氧化反應(yīng)是連續(xù)操作過(guò)程，所以設(shè)備熱負(fù)荷應(yīng)當(dāng)?shù)扔趒T，為4.27107 kJ/h熔鹽（55%KNO3+45%NaNO2），進(jìn)口溫度275，出口溫度為280其比熱為55%0.332+45%0.43=0.3761cal/g=1.575 kJ/kg熔鹽對(duì)管壁給熱系數(shù)可取2717 kJ/(m2h)所以kg/h（7）電能消耗量的計(jì)算：據(jù)公式，為用電設(shè)備的電功功率（一般取0.850.95

35、），設(shè)計(jì)取0.9；所以2、第二氧化反應(yīng)器的熱量衡算方法同第一反應(yīng)器，其計(jì)算結(jié)果如表4.2所示。表4.2 第一氧化反應(yīng)器、第二氧化反應(yīng)器熱量衡算表系統(tǒng)與外界交換的熱量第一氧化反應(yīng)器第二氧化反應(yīng)器q1/(kJ/h)1.11077.32105q2/(kJ/h)2.7861074.69107q4/(kJ/h)3.881064.76106qT/(kJ/h)4.271075.24107Gh/(kg/h)5.421066.65106E/k3.2 冷卻器的熱量衡算1、計(jì)算依據(jù)進(jìn)口溫度：275；出口溫度：280冷卻劑：熔鹽，其冷凝熱為2717 kJ/kg2、熱衡算求冷取器的熱負(fù)荷和熔鹽

36、的用量，冷損失按10%計(jì)算需要熔鹽提供的熱量：Q=1.1(218.11456.062.194+14.4672.062.151+2346.0528.951.028+183.1718.021.914)(325-260) =7.52106 kJ/h加熱熔鹽用量：W= Q/2717=2767.76kg/h4.4 動(dòng)力消耗綜合表動(dòng)力消耗綜合表如表4.3所示：表4.3動(dòng)力消耗綜合表序號(hào)物料名稱(chēng)單位每噸產(chǎn)品消耗量每小時(shí)消耗量每年消耗量1熔鹽t352.82.241042蒸氣t303518.32.811073電kwh400131791.051084鍋爐用水t9150001.21085 設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)5.1 主體

37、設(shè)備工藝設(shè)計(jì)5.1.1 氧化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算29常用的氧化反應(yīng)器有攪拌式氧化器和氣固氧化反應(yīng)器，攪拌式氧化器主要用于使用化學(xué)氧化劑的液相氧化過(guò)程，而氣固氧化反應(yīng)器是以空氣物料氣體或氧化物料氣體通過(guò)固體催化劑接觸而反應(yīng)的過(guò)程，這類(lèi)反應(yīng)器通常以氣固流化床和氣固固定床為多，在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用。本設(shè)計(jì)采用列管式固定床氧化反應(yīng)器，此類(lèi)反應(yīng)器為列管式結(jié)構(gòu)，傳熱面積大，有利于強(qiáng)放熱反應(yīng)。1、計(jì)算催化劑床層體積、直徑及高度對(duì)于第一反應(yīng)器：床層體積：床層直徑：其中u為空床操作氣速，取1m/s；催化劑平均粒徑取5mm，床層孔隙率取0.48；床層高度：經(jīng)圓整，取4.8m同理，對(duì)于第二反應(yīng)器：床層體積：床層直徑：其

38、中u為空床操作氣速，取1m/s；催化劑平均粒徑取5mm，床層孔隙率取0.48；床層高度：經(jīng)圓整，取4.2m2、反應(yīng)器管數(shù)n給定管子302.5，故管內(nèi)徑dt為25mm，即為0.025米；管長(zhǎng)為5米，催化劑充填高度L為4.8米。因此同理，對(duì)于第二反應(yīng)器：3、反應(yīng)器材料：由于丙烯酸具有較強(qiáng)的腐蝕性，本設(shè)計(jì)選用經(jīng)過(guò)鈍化處理的碳鋼材質(zhì)Q235-A，接管材料選用20號(hào)鋼。4、核算換熱面積該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，需要移走熱量，床層是被冷卻的，因此床層對(duì)壁總給熱系數(shù)按下式計(jì)算：床層被冷卻時(shí)，式中流體導(dǎo)熱系數(shù)，kJm-1h-1-1；表觀質(zhì)量流速，kgm-2h-1；流體粘度，Pas ；催化劑粒徑；列管內(nèi)徑總進(jìn)料量：m=

39、241.0142.08+2346.0528.95 +183.1718.02=81360.57kg/h床層對(duì)壁總給熱系數(shù)：總傳熱系數(shù)：查得碳鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)為=167.5kJ/(mh)整個(gè)反應(yīng)器床層可近似視為等溫，為325，則傳熱推動(dòng)力為：需要傳熱面積：實(shí)際傳熱面積為，故能滿足傳熱要求。5、反應(yīng)床層壓力降的計(jì)算修正雷諾數(shù)：固定床壓降計(jì)算公式為當(dāng)時(shí)，為充分湍流，計(jì)算壓降時(shí)可以略去第一項(xiàng)，因此第二氧化反應(yīng)器的計(jì)算方法與第一氧化反應(yīng)器的計(jì)算方法相同。第一、第二氧化反應(yīng)器的各數(shù)值如表5.1所示：表5.1 第一、第二氧化反應(yīng)器換熱面積核算及床層壓力降值項(xiàng)目第一氧化反應(yīng)器第二氧化反應(yīng)器床層對(duì)壁總給熱系數(shù)315

40、.12169.31總傳熱系數(shù)282.37159.38需要傳熱面積2897.286291.75實(shí)際傳熱面積6847.967403.4床層壓力降39.67935.5745.1.2 反應(yīng)器零部件選用與設(shè)計(jì)（1）容器法蘭：選用JB4702-92乙型平焊法蘭，公稱(chēng)壓力PN1.0，公稱(chēng)直徑DN3200；法蘭材料選用20（鍛），質(zhì)量為471.9 kg；螺栓材料選用40Cr；螺母材料選用35，凹凸密封面，配60個(gè)M24螺栓。（2）人孔：選用JB580-79回孔蓋人孔，公稱(chēng)壓力Pg10，公稱(chēng)直徑Dg500，采用一類(lèi)材料，A型密封面，人孔標(biāo)記為AIPg10Dg500JB580-79。（3）視鏡：選用2個(gè)HGJ50

41、1-86Pg10Dg100碳鋼視鏡，設(shè)在反應(yīng)器蓋上，用于觀察反應(yīng)器內(nèi)物料變化情況。（4）儀表測(cè)量口：測(cè)溫口一般設(shè)在反應(yīng)器底部，溫度計(jì)要插入反應(yīng)液中，為保護(hù)溫度計(jì)，可將溫度計(jì)放入金屬套管中；測(cè)壓口設(shè)在反應(yīng)器釜蓋上，安裝螺紋為M272。（5）安全裝置口：由于反應(yīng)器一般為密閉式操作，反應(yīng)器過(guò)程有時(shí)帶正壓或負(fù)壓，有時(shí)有氣體產(chǎn)生，為了安全操作，需要在釜蓋上設(shè)置安全閥口或放空口。（6）開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)：在人孔、加料和出料管口以及蒸汽進(jìn)出口設(shè)置補(bǔ)強(qiáng)圈，補(bǔ)強(qiáng)圈按JB1207-73選用，即人孔處補(bǔ)強(qiáng)圈Dg50012，加料和出料口Dg10012，蒸汽進(jìn)出口Dg808。（7）支座：選用懸掛式支座，JB1165-81，共4個(gè)

42、。配M30地腳螺栓，設(shè)置加強(qiáng)墊板。5.2 輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)5.2.1 冷凝器的設(shè)計(jì)選型30需要設(shè)置反應(yīng)器外傳熱，設(shè)計(jì)列管式冷凝器，其傳熱系數(shù)為370730kcal/ m2h，熔鹽在其中的流速為3m/s。（1）計(jì)算依據(jù)： 進(jìn)口溫度275，出口溫度280； 熱負(fù)荷為7.52106kJ/h=2.09106J/s（2）計(jì)算換熱面積：總傳熱系數(shù)：管殼式換熱器作加熱器時(shí)，設(shè)計(jì)取282.37 W/m2對(duì)數(shù)平均溫差：熱端溫差為325275=50，冷端溫差為325280=45換熱面積A=2.09106/(282.3747.5)=155.83 m2，取安全系數(shù)為1.25，則需換熱面積為200 m2（3）換熱器的選型

43、：選用管殼式換熱器，JB1145-71-2-33，換熱面積為200 m2，公稱(chēng)直徑為Dg800mm，管長(zhǎng)6000 mm，管程數(shù)，管數(shù)444，設(shè)備型號(hào)為G800-16-2005.2.2 動(dòng)力設(shè)備的選型311、循環(huán)氣壓縮機(jī)本設(shè)計(jì)選用的是D-29/49-53型。吸入壓力為4.9MPa，吸入溫度為25；排出壓力為5.3Mpa，排出溫度為25；容積流量：68.4 m3/min（吸入狀態(tài)）；活塞行程為240mm，轉(zhuǎn)速：375r/min.2、丙烯原料氣壓縮機(jī)本設(shè)計(jì)選用的是M-155/55型（2臺(tái)）。最初吸氣壓力為0.002MPa （表壓），最初吸氣溫度為40：最終排氣壓力為5.5MPa （表壓）；容積流量為

44、90m3/min（一級(jí)吸氣狀態(tài)）；轉(zhuǎn)速為333r/min；活塞行程為360mm；壓縮級(jí)數(shù)為四級(jí)。5.2.3 泵和管路的選型1、泵的選型（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸送介質(zhì)：丙烯 操作溫度：25流量：5300 m3/h考慮1.2倍的安全系數(shù)，則V=53001.2=6360 m3/h 入口液面到泵中心距離：4.5 出口液面到泵中心距離：6.5吸入管管長(zhǎng)：30m；管徑200mm6mm，閥門(mén)1個(gè)，止回閥1個(gè)，三通2個(gè)，90彎頭5個(gè)排出管管長(zhǎng)：150m；管徑150mm4.0mm，閥門(mén)1個(gè)，止回閥1個(gè)，三通2個(gè)，90彎頭10個(gè)（2）選泵連續(xù)操作，要求流量均勻且易調(diào)節(jié)，流量大，揚(yáng)程不太大時(shí)，選擇離心泵。根據(jù)流量、揚(yáng)程及性

45、質(zhì)，確定選擇IS型單級(jí)單吸離心泵。具體型號(hào)查化工原理上冊(cè)附表，確定為IS8050315型。有關(guān)性能如表5.2：（3）計(jì)算軸功率、電機(jī)功率 有效功率Pe=QvHeg =6360/36001251.9149.8110-3=4.15kw 軸功率Pa=Pe/=4.15/0.95=4.37 kw（齒輪傳動(dòng)時(shí)，取0.90.95；皮帶輪傳動(dòng)時(shí)，取0.90.95，設(shè)計(jì)取0.95） 電機(jī)功率P=K=1.254.37/0.95=5.75 kw（K為電機(jī)富裕系數(shù)，當(dāng)Pa在6.5至17范圍內(nèi)時(shí)，K取1.25）（4）選電機(jī)配套電機(jī)功率37kW，軸功率為31.5 kW。泵臺(tái)數(shù)2臺(tái)（正常生產(chǎn)1臺(tái)，備用1臺(tái)），兩者并聯(lián)在管路

46、中，以便于發(fā)生故障時(shí)切換使用。（5）風(fēng)機(jī)的選擇主要依據(jù)是氣體性質(zhì)、氣體流量、出口壓強(qiáng)或壓縮比、輸送條件等決定；綜合考慮，選擇壓縮機(jī)，其壓縮比小于4。表5.2 離心泵的性能表序號(hào)項(xiàng)目單位數(shù)據(jù)1轉(zhuǎn)速R/MIN29002流量M3/H63603揚(yáng)程M1254效率54%5葉輪直徑MM2806葉輪出口寬度MM7.57功率軸功率KW4.37電機(jī)功率5.758允許氣蝕余量M2.59質(zhì)量（泵/底座）KG125/1602、 管路的設(shè)計(jì)32（1）管材的選擇按管子的材質(zhì)可將管子分為以下兩類(lèi)：金屬管和非金屬管。根據(jù)輸送介質(zhì)的溫度、壓力、腐蝕性、價(jià)格及供應(yīng)等情況選擇所用的管材。選擇GB8163-87無(wú)縫鋼管，所用材料為1

47、6Mn。（2）管道工藝計(jì)算管徑的計(jì)算：以經(jīng)濟(jì)性為原則，管徑大，管壁厚，管道及閥門(mén)費(fèi)用增加，因此投資費(fèi)用高；管徑小，管道內(nèi)的流速增加，流體阻力增加，動(dòng)力消耗增加，因此操作費(fèi)用高。實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于工作量及進(jìn)度的限制，不可能對(duì)所有管道進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，一般用常用流速的經(jīng)驗(yàn)值估算管徑。 流速的選擇：考慮輸送流體的特性、狀態(tài)和操作要求等，為了防止流體過(guò)高引起管道磨損、振動(dòng)和噪聲等現(xiàn)象，液體的流速一般不超過(guò)3m/s，氣體流速一般不超過(guò)100 m/s，設(shè)計(jì)取90m/s。 管徑的計(jì)算：根據(jù)選定的流速計(jì)算管子的內(nèi)徑，=0.144m；其中d為管子內(nèi)徑，m；V為流體在操作條件下的體積流量，m3/s；u為平均流速，m/s

48、。 管子壁厚的選擇：根據(jù)設(shè)計(jì)壓力、管材、材料允許壓力等因素計(jì)算最小壁厚，再考慮腐蝕余量后，選取標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)應(yīng)的壁厚，管徑尺寸150mm4mm。5.2.4 物料進(jìn)、出料管徑確定則丙烯進(jìn)料管徑，經(jīng)圓整后，其尺寸為150mm3mm；空氣進(jìn)料管徑=，經(jīng)圓整后，其尺寸為500mm10mm；水蒸氣進(jìn)料管徑=，經(jīng)圓整后，其尺寸為120mm3mm。5.3 工藝設(shè)備一覽表工藝設(shè)備一覽表如表5.3所示：表5.3 丙烯酸氧化工段工藝設(shè)備一覽表序號(hào)設(shè)備名稱(chēng)規(guī)格設(shè)備型號(hào)材料數(shù)量1第一氧化反應(yīng)器直徑4700 mm高5000mm-Q235-A22第二氧化反應(yīng)器直徑4200 mm高5500mm-Q235-A23封頭DN47003

49、2、DN420032、JB/T4737-95Q235-A24減速機(jī)減速X系列行星擺線針輪XLD55-11-5電動(dòng)機(jī)功率120kWX11YB280M-6-6容器法蘭PN1.0 DN3200JB4702-9220（鍛）7螺栓M24130JB/T4707-200040Cr8螺母凹凸密封面M24GB/T6170-2000359墊片2101763-石棉橡膠10人孔Pg10 Dg500 A型密封面JB580-79一類(lèi)材料11視鏡Pg10Dg100HGJ501-86碳鋼12溫度計(jì)-01-6/6組合件13支座懸掛式支座JB1165-81組合件14地腳螺栓M30GB/T5782-20008.815機(jī)械密封MS-

50、2001-060-BAUVFEHG21571-95組合件16泵IS型單級(jí)單吸離心泵IS80-50-315組合件17風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)-組合件18接管50010GB/T8163-8720號(hào)鋼19接管1503GB/T8163-8720號(hào)鋼20接管1203GB/T8163-8720號(hào)鋼21冷凝器列管式冷凝器-6 車(chē)間布置設(shè)計(jì)6.1 概述車(chē)間布置包括車(chē)間廠房布置與車(chē)間設(shè)備布置兩部分內(nèi)容，車(chē)間廠房布置主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)整個(gè)車(chē)間的廠房結(jié)構(gòu)，并針對(duì)各種生產(chǎn)設(shè)施、生產(chǎn)輔助設(shè)施等進(jìn)行布局安排，主要根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)特點(diǎn)、工藝及相關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)要求、投資能力、場(chǎng)區(qū)面積和地形等因素而定；車(chē)間設(shè)備布置設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是確定各生產(chǎn)設(shè)備在車(chē)

51、間廠房中的空間位置。隨著化工設(shè)置大型化，車(chē)間布置總的發(fā)展趨勢(shì)呈以下特點(diǎn)：露天化流程化集中化定型化33。6.2 車(chē)間布置的基本原則和要求車(chē)間布置的基本原則：滿足工業(yè)生產(chǎn)及各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)要求，便于安裝、操作、維修，便于管理，方便生活；嚴(yán)格遵守相關(guān)的國(guó)家及行業(yè)規(guī)范，嚴(yán)格考慮建筑物的安全性及生產(chǎn)、生活的安全性；在滿足生產(chǎn)、生活的前提條件下，應(yīng)盡量降低投資建設(shè)費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益；在可能的條件下，適當(dāng)考慮發(fā)展余地，為擴(kuò)大生產(chǎn)留出建筑余地；車(chē)間布局應(yīng)合理、整齊、協(xié)調(diào)、美觀、舒適，為工人創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。車(chē)間布置涉及面較廣，但大致可以歸納為以下幾個(gè)方面34：1、廠房建筑（1）廠房平面力求簡(jiǎn)單化，以利用建筑定型化

52、和施工機(jī)械化。常用形式有直線型、T型和L型。（2）柱間距多用66，一般不超過(guò)12m?？偪缍龋憾鄬右话?4m，單層30m。常用廠房總跨度有6m、12m、18m、24m、30m，一般有機(jī)化工車(chē)間總跨度為23個(gè)柱網(wǎng)跨度。（3）層高與設(shè)備的高低、安裝位置有關(guān)，一般每層4m6m，最低不低于3.2m，凈空高度不得低于2.6m。以上三方面盡量符合建筑模數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)化）的要求。（4）在可能情況下盡量采用露天化和敞開(kāi)式設(shè)計(jì)，這樣既能節(jié)省投資，又有利于通風(fēng)采光、防爆、放毒等安全需要。（5）在不影響流程情況下，較高設(shè)備集中布置，可簡(jiǎn)化廠房立體化布置，又省投資。（6）笨重設(shè)備和震動(dòng)設(shè)備盡量布置底樓的地面。同類(lèi)設(shè)備可盡量集中。（7）設(shè)備穿孔必須避開(kāi)主梁。（8）廠房出入口、交通道、樓梯等都需精心安排。一般廠房大門(mén)寬度要比通過(guò)的設(shè)備寬度大0.2m以上，滿載的運(yùn)輸設(shè)備大0.6m1.0m，單門(mén)寬一般900mm，雙門(mén)寬有1200mm、1500mm、1800mm，樓梯的坡