《C化工廠甲基丙烯酸甲酯生產(chǎn)的熱量與物料衡算研究》10000字論文

C化工廠甲基丙烯酸甲酯生產(chǎn)的熱量與物料衡算研究目錄TOC\o"1-2"\h\u9946引言 262231甲基丙烯酸甲酯概述 3237602設(shè)計生產(chǎn)方法及工藝流程 5128722.1丙酮氰醇（ACH）法反應(yīng)原理 5141982.2甲基丙烯酸甲酯的流程設(shè)備圖和流程框圖 770672.3甲基丙烯酸甲酯ACH法生產(chǎn)流程敘述 9181333工藝計算 10261383.1物料衡算 10278123.2熱量衡算 136424主要設(shè)備選擇及計算 15187944.1混合釜 15226884.2酰胺反應(yīng)釜 16181464.3酯化反應(yīng)釜 1744434.4物料管道材料選擇 1895755生產(chǎn)項目投資及盈利估算 1815210參考文獻(xiàn) 20摘要：甲基丙烯酸甲酯又稱MMA，由于其良好的性能和市場應(yīng)用程度，因此是一種在未來可能會占據(jù)很大市場的一種化工原料。本文主要對MMA的性能進(jìn)行了介紹，介紹了MMA丙酮氰醇法（ACH法），利用氫氰酸和丙酮反應(yīng)產(chǎn)生丙酮氰醇在濃硫酸作用下生成甲基丙烯酸水解后在硫酸催化下生成甲基丙烯酸甲酯（MMA），本設(shè)計基于襄陽市襄城區(qū)緣來豐化工廠生產(chǎn)條件從物料衡算，熱量衡算和設(shè)備選型三方面進(jìn)行計算，對緣來豐化工廠甲基丙烯酸甲酯生產(chǎn)廢水廢氣和廢物的排放量進(jìn)行分析，并對生產(chǎn)成本及盈利進(jìn)行估算，設(shè)計出符合緣來豐化工廠實(shí)際生產(chǎn)要求的甲基丙烯酸甲酯的生產(chǎn)工藝路線。關(guān)鍵詞：甲基丙烯酸甲酯（MMA）；市場需求；生產(chǎn)技術(shù)；經(jīng)濟(jì)可行性引言甲基丙烯酸甲酯（MMA），簡稱甲酯,化學(xué)式為C5H8O2，化學(xué)式量為100.12，是一種有機(jī)化合物，又稱MMA。甲基丙烯酸甲酯是無色不揮發(fā)液體具有刺激性氣味，易燃，化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定，在光、熱、催化劑作用下容易發(fā)生聚合。MMA是一種重要的化工原料和生產(chǎn)透明塑料的有機(jī)玻璃單體。不同的乙烯基單體聚合，可以得到不同性能和用途的工業(yè)產(chǎn)品。MMA可用于制造有機(jī)玻璃、涂料、潤滑油添加劑、塑料、粘合劑、樹脂、離子交換樹脂、紙張上光劑、印染助劑和絕緣鑄造材料。據(jù)近年來的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，甲基丙烯酸甲酯的出口量呈逐年遞增的趨勢，并占據(jù)了世界市場的主要份額(李海濤,王婧怡,2022)。甲基丙烯酸甲酯因其優(yōu)異的性能和廣泛的應(yīng)用而成為極具市場潛力的化工產(chǎn)品。國內(nèi)外生產(chǎn)方法主要包括丙酮氰醇法，通過使丙酮和氰化氫發(fā)生反應(yīng)獲得丙酮氰醇，再把將硫酸和甲醇加入在丙酮氰醇中，使其發(fā)生反應(yīng)獲得甲基丙烯酸甲酯，再經(jīng)過初餾和精餾獲得最產(chǎn)品；從中可以洞察到丙烯法是通過使丙烯、一氧化碳與甲醇發(fā)生反應(yīng)獲得2-甲氧基-2-甲基丙酸甲酯，此產(chǎn)物為中間體，再將這一中間體分解為甲醇和MMA(李曉東,王子豪,2023)。從中可見異丁烯法是使用催化劑（K2CO3或MnO2）將異丁烯通過氧化劑被氧化成為甲基丙烯酸，進(jìn)而加入甲醇使其發(fā)生酯化，獲得甲基丙烯酸甲酯（MMA）。從這些例子中可以看出乙烯法是這一方法通過生成C3羰基化合物，再使用甲醛或其等價物獲得甲基丙烯酸甲酯（MMA）。在此類情況下這一方法的顯著優(yōu)點(diǎn)是中間過程形成的副產(chǎn)物氫氰酸可以被當(dāng)做生產(chǎn)丙酮氰醇的原料，從而避免了產(chǎn)生硫酸銨產(chǎn)品(薛宇峰,馬思敏,2021)。丙烯法所使用的催化劑復(fù)雜難找，從而間接增加了生產(chǎn)成本，所以不適合選用。丙炔法和異丁烯法同理也是采用的最新型催化劑，雖然原料價格低廉，但是催化劑成本過高，所以不宜采用。乙烯法的工藝方法比較簡單，但是高收率和高選擇性的催化劑尤為重要，導(dǎo)致生產(chǎn)難度增加，不是最佳選擇(楊晨曦,林雨薇,2020)。而丙酮氰醇法(ACH法)原料簡單易得，反應(yīng)過程中使用的催化劑廉價且無處不在，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物處理簡單易行。目前國內(nèi)MMA市場需要一個好的形式，但也帶動了大量的MMA項目，所以ACH法是生產(chǎn)工藝的最佳選擇。1甲基丙烯酸甲酯概述1.1.甲基丙烯酸甲酯的理化性質(zhì)1.1.1理化性質(zhì)結(jié)構(gòu)式：圖1甲基丙烯酸甲酯結(jié)構(gòu)式表1甲基丙烯酸甲酯理化性質(zhì)中文名稱甲基丙烯酸甲酯英文名稱Methylmethacrylate（MMA）別名α-甲基丙烯酸甲酯；甲甲酯化學(xué)式C5H8O2分子量100.12標(biāo)編國號32149熔點(diǎn)-48℃沸點(diǎn)100.05℃水溶性15.9g/L(20℃)密度0.944g/cm3外觀無色液體閃點(diǎn)10℃安全性描述S24；S37；S46穩(wěn)定性化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定，在光、熱、\t"/item/%E7%94%B2%E5%9F%BA%E4%B8%99%E7%83%AF%E9%85%B8%E7%94%B2%E9%85%AF/_blank"電離輻射和催化劑作用下容易發(fā)生聚合反應(yīng)應(yīng)用：用于制造有機(jī)玻璃，也用于其他樹脂，塑料，潤滑劑，粘合劑的合成。（1）對人體的影響：接觸到身體肌膚時要及時使用肥皂水和清水進(jìn)行仔細(xì)沖洗，進(jìn)入眼睛時要及時用生理鹽水沖洗并及時送醫(yī)；誤食后要大量飲水進(jìn)行催吐處理并及時送醫(yī)(謝子軒,羅梓萱,2021)。（2）對環(huán)境影響：危險特性：易燃，該物質(zhì)的蒸汽進(jìn)入空氣中時會產(chǎn)生具有爆炸性質(zhì)的混合物，此時若遇到火焰就會發(fā)生燃燒核爆炸。在熱、光和紫外輻射的作用下，容易發(fā)生聚合反應(yīng)，整個容器內(nèi)的單體可能發(fā)生不規(guī)則的聚合反應(yīng)而發(fā)生爆炸。它的蒸汽比空氣重，可以從較低的位置擴(kuò)散到較遠(yuǎn)的地方，在那里會著火，造成事故(程思遠(yuǎn),唐婉兒,2022)。燃燒后產(chǎn)生的有害燃燒產(chǎn)物有\(zhòng)t"/item/%E7%94%B2%E5%9F%BA%E4%B8%99%E7%83%AF%E9%85%B8%E7%94%B2%E9%85%AF/_blank"一氧化碳、\t"/item/%E7%94%B2%E5%9F%BA%E4%B8%99%E7%83%AF%E9%85%B8%E7%94%B2%E9%85%AF/_blank"二氧化碳。滅火方法：消防員必須穿上全身防護(hù)服，逆風(fēng)撲救火災(zāi)。發(fā)生火災(zāi)時，消防員應(yīng)在有遮蔽的地方操作(鄭嘉豪,徐夢琪,2019)。從中可見滅火劑有防溶性泡沫，二氧化碳，干粉，沙子。水不能有效地?fù)錅缁馂?zāi)，但是水可以用來使容器在火中保持涼爽。應(yīng)急響應(yīng)：迅速將人員從污染區(qū)疏散到安全區(qū)。并將火熄滅。應(yīng)急人員應(yīng)呼吸器，穿上防靜電服，切斷主要原料泄露的地方。防止流入河流土地造成污染。采取滅火方法有霧狀水、泡沫、二氧化碳、干粉、砂土(馬天宇,陳欣怡,2023)。使用專業(yè)措施將廢物轉(zhuǎn)運(yùn)至罐車或?qū)Ｓ檬占鳎厥栈蜻\(yùn)往廢物處置場處置。TLVTN：ACGIH100ppm，410mg/m3（3）監(jiān)測方法：氣相色譜法（4）防護(hù)措施：對人體進(jìn)行防護(hù)的時候，在空氣濃度達(dá)到一定量時佩戴防毒面具以及護(hù)目鏡，身著防靜電服佩戴耐油的橡膠手套進(jìn)行作業(yè)。（5）其它有害作用：該物質(zhì)對環(huán)境可能有危害，應(yīng)對附近水道河流給予特別注意。（6）廢物處理措施；廢棄處置方法有處置前應(yīng)根據(jù)國家和地方有關(guān)法規(guī)。一般采用\t"/item/%E7%94%B2%E5%9F%BA%E4%B8%99%E7%83%AF%E9%85%B8%E7%94%B2%E9%85%AF/_blank"焚燒法進(jìn)行處理。操作注意事項：操作要在封閉空間內(nèi)進(jìn)行，并加強(qiáng)通風(fēng)。貯存注意事項：商品通常加入阻聚劑，貯存于陰涼通風(fēng)的倉庫，遠(yuǎn)離火源和熱源，遠(yuǎn)離光線。運(yùn)輸注意事項：運(yùn)輸車輛應(yīng)當(dāng)配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防設(shè)備和泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。1.1.2甲基丙烯酸甲酯的性質(zhì)用途甲基丙烯酸甲酯（MMA）作為一種有機(jī)化工原料，具有非常重要的作用，可作為進(jìn)行透明塑料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，也被稱為有機(jī)玻璃，生產(chǎn)過程中使用的單體。具有優(yōu)良的透明度和穩(wěn)定性，易于加工，形狀和顏色?？杉庸こ砂宀?、押鑄板、棒材、管材、粉末(吳致軒,張雅婷,2020)。基于這樣的環(huán)境廣泛應(yīng)用于建筑、衛(wèi)浴、廣告裝飾、家電、儀器儀表等行業(yè)。從中可以洞察到成型后具有耐久性和良好的絕緣性能。共聚合物可用于涂料、噴漆、粘合劑、潤滑油、人造大理石、聚氯乙烯（PVC）加工助劑和PVC沖擊改性劑、紡織及紙張?zhí)幚?、皮革表面處理等方面。其他用途包括鑄造生物標(biāo)本和制作假牙，并可與其他醇反應(yīng)生產(chǎn)其他丙烯酸酯，同時還可生產(chǎn)和合成其它丙烯酸酯類，丙烯酸酯的制備方法有醇酸直接酯化法、酯交換法等(周浩然,李雨萱,2021)。從這些例子中可以看出所以襄陽市襄城區(qū)緣來豐化工廠甲基丙烯酸甲酯在未來的生活中甲基丙烯酸甲酯會有很大的市場需求。1.2.3甲基丙烯酸甲酯的市場狀況及發(fā)展前景甲基丙烯酸甲酯(MMA)是一種重要的工業(yè)產(chǎn)品，也是合成玻璃的重要原料。隨著中國經(jīng)濟(jì)形勢的發(fā)展，MMA的市場需求逐漸增加(黃俊豪,王梓涵,2022)。具體來說，MMA不僅可以作為有機(jī)化學(xué)原料，在這個框架條件下還可以被直接當(dāng)作化工產(chǎn)品來使用。其作為有機(jī)化工原料的主要用途是進(jìn)行聚甲基丙烯酸甲酯PMMA的生產(chǎn)，還可以用來制造聚氯乙烯助劑（ACR）、作為生產(chǎn)腈綸的第二單體。除上述應(yīng)用外，在涂料、紡織品和粘合劑等領(lǐng)域其也得到了廣泛應(yīng)用。通過使用泰克公司的技術(shù)和設(shè)備在我國將第1家專門進(jìn)行MMA生產(chǎn)的工廠建立起來，其年產(chǎn)量達(dá)到2萬噸(許子軒,趙雅琪,2019)。這一工廠的正式投入運(yùn)營在很大程度上加快了我國MMA行業(yè)的發(fā)展。截至2016年，我國每年可生產(chǎn)的MMA總量為87.3萬噸，這一產(chǎn)量僅次于美國。近年來，中國MMA產(chǎn)能迅速擴(kuò)大，2016年達(dá)到87.3萬噸/年，但高端產(chǎn)品仍有較大差距，主要依靠進(jìn)口。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，2017年外國制造商總產(chǎn)量達(dá)到56.2萬噸，占全球市場的79.5%。其中，陶氏化學(xué)產(chǎn)量達(dá)到19萬噸，占全球市場的26.9%；MMA的市場正不斷擴(kuò)大，未來的發(fā)展前景良好(陳嘉琪,劉雨欣,2023)。因此，從長遠(yuǎn)看，從中可見我國甲基丙烯酸甲酯有著良好的發(fā)展空間。使原來的企業(yè)可以更好地改進(jìn)自身技術(shù)，促進(jìn)了行業(yè)技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級，進(jìn)而使我國MMA行業(yè)的在世界范圍的競爭力增加。2設(shè)計生產(chǎn)方法及工藝流程2.1丙酮氰醇（ACH）法反應(yīng)原理丙酮氰醇（ACH）法主要是用丙酮和氫氰酸產(chǎn)生的丙酮氰醇經(jīng)過硫酸催化水解形成的甲基丙烯酸（即MAA）作為主要原料和甲醇發(fā)生酯化，制得甲基丙烯酸甲酯（MMA）(林浩宇,韓梓萱,2020)。這一反應(yīng)的具體方程式如下：圖2反應(yīng)方程式甲基丙烯酸與甲醇的反應(yīng)方程式：CH2=C(CH3)COOH+CH3OH→CH2=C(CH3)COOCH3+H2O影響反應(yīng)的因素有：原料濃度或質(zhì)量，原料配比，反應(yīng)溫度以及停留時間。所以根據(jù)這個是個平衡反應(yīng)可得，從這些例子中可以看出為了促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，可以進(jìn)行酸或者酯過量，或者選擇去除反應(yīng)產(chǎn)物。上述結(jié)論與本研究預(yù)設(shè)的理論架構(gòu)緊密相連，這在一定程度上肯定了本研究路徑的正確性和重要性。該理論架構(gòu)構(gòu)成了整個研究的穩(wěn)固基石，而結(jié)論與其的一致性不僅體現(xiàn)了研究手法的嚴(yán)密性，也驗(yàn)證了研究預(yù)設(shè)在實(shí)證分析中的有效性。通過系統(tǒng)性地搜集和剖析相關(guān)數(shù)據(jù)，本研究在特定范疇內(nèi)提出了新穎的觀點(diǎn)，為同行專家及實(shí)踐者提供了寶貴的參考和洞見。同時，結(jié)論的可靠性源于科學(xué)的研究規(guī)劃和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯坎僮鞒绦?，為后續(xù)研究提供了有益的參考模板。2.1.1酯化反應(yīng)反應(yīng)的主要環(huán)節(jié)是酯化反應(yīng)，甲基丙烯酸甲酯的酯化反應(yīng)發(fā)生在固定床反應(yīng)器中，屬于可逆反應(yīng)?；谶@樣的局面在本文所使用的工藝中，加入過量酸，多余的酸的作用是使反應(yīng)正向進(jìn)行(張梓豪,陳夢瑤,2021)。甲基丙烯酸︰甲醇=1︰0.75。理論上甲基丙烯酸與甲醇的摩爾比為1︰1，但反應(yīng)是可逆的，因此需要增加其中一種原料的用量來促進(jìn)正向反應(yīng)。在反應(yīng)過程中，除了酯化反應(yīng)外，從中可以洞察到還會有一系列副反應(yīng)加成反應(yīng)，其中一些反應(yīng)不僅屬于甲醇與同一甲基丙烯酸分子發(fā)生的酯化反應(yīng)，還屬于加成反應(yīng)，也就是說，加入過量甲醇會使加成和酯化反應(yīng)相互競爭。（1）轉(zhuǎn)化率甲醇的轉(zhuǎn)化率需要被控制在60%-70%范圍內(nèi)。酯化反應(yīng)可以向相反方向進(jìn)行，對應(yīng)的平衡常數(shù)K的計算公式如下：平衡常數(shù)由上方公式可知，將產(chǎn)物中的水除去可以促進(jìn)反應(yīng)正方向進(jìn)行，增加甲基丙烯酸甲酯的產(chǎn)量，甲基丙烯酸甲酯在水中的溶解度很小，甲醇和水互溶，可利用這個特點(diǎn)將水和產(chǎn)物進(jìn)行分離。根據(jù)原料配比，要控制轉(zhuǎn)化率在60%-70%，因?yàn)檫^高的轉(zhuǎn)化率會導(dǎo)致甲基丙烯酸和甲醇發(fā)生的副反應(yīng)所對應(yīng)的加成反應(yīng)更多地發(fā)生。最后需要對沒有參與反應(yīng)的這兩種原料進(jìn)行循環(huán)回收利用。催化劑這一反應(yīng)的催化劑是硫酸，為使酯化反應(yīng)的活化能得到降低，從而使反應(yīng)更快速，通常要在酯化過程中加入強(qiáng)酸，強(qiáng)酸可以起到催化作用。濃硫酸具有吸水性，酸性強(qiáng)，催化效果明顯，價格低廉，根據(jù)這類情況演變但濃硫酸碳酸化過強(qiáng)會導(dǎo)致副反應(yīng)，如碳化、聚合等(何嘉偉,孫雨薇,2022)；由于會被氧化，導(dǎo)致難以對產(chǎn)品的最終顏色進(jìn)行控制；腐蝕性也比較大；由生產(chǎn)導(dǎo)致的廢酸也較多，最終導(dǎo)致連續(xù)生產(chǎn)困難。在本文的工藝中，使用固定床式反應(yīng)器進(jìn)行酯化，從而達(dá)到連續(xù)生產(chǎn)的目的。反應(yīng)溫度原料在反應(yīng)器中時，需要將溫度控制在75℃，使溫度升高可以是反應(yīng)速度增加，可是由于酯化反應(yīng)可以逆向進(jìn)行，在這脈絡(luò)中評估在溫度達(dá)到一定值時，逆向反應(yīng)的速度也會增加(王思遠(yuǎn),李雅婷,2019)。同時產(chǎn)生加成和聚合等副反應(yīng)的概率也會增大。因此，不能使酯化反應(yīng)的溫度太高。甲醇和甲基丙烯酸的酯化能力在反應(yīng)溫度為75℃時可以使甲醇轉(zhuǎn)化率處于60%-70%范圍內(nèi)。2.2甲基丙烯酸甲酯的流程設(shè)備圖和流程框圖圖3襄城區(qū)緣來豐化工廠甲基丙烯酸甲酯流程框圖圖4設(shè)備流程圖2.3甲基丙烯酸甲酯ACH法生產(chǎn)流程敘述2.3.1流程主體襄陽市襄城區(qū)緣來豐化工廠甲基丙烯酸甲酯生產(chǎn)原料為甲基丙烯酸，主要由丙酮與氫氰酸反應(yīng)生成丙酮氰醇加硫酸或生產(chǎn)過程中回收的甲基丙烯酸生產(chǎn)。原料二甲醇主要來自兩種途徑，從中可以洞察到一種是罐內(nèi)的新甲醇，另一種也是來自生產(chǎn)過程中回收的甲醇溶液(趙梓豪,徐婉兒,2023)?；谶@樣的環(huán)境襄陽市襄城區(qū)緣來豐化工廠甲基丙烯酸甲酯以甲基丙烯酸和甲醇為原料，酸醇比為1∶0.75。在當(dāng)前背景下，本文預(yù)期能揭露該領(lǐng)域更多深層次的規(guī)律與機(jī)理，為理論體系的充實(shí)和完善奠定堅實(shí)的實(shí)證根基與理論依據(jù)。通過細(xì)致解析研究對象的內(nèi)在邏輯與外在特征，本文將促進(jìn)對該領(lǐng)域復(fù)雜現(xiàn)象的認(rèn)知深化，為搭建更為完備和系統(tǒng)的理論架構(gòu)貢獻(xiàn)力量。此舉不僅深化了本文對該領(lǐng)域的理解，也為未來的科研探索和技術(shù)革新開辟了新視角與路徑。流程圖如圖所示。從中可見甲基丙烯酸分餾塔下方可得到循環(huán)回收的甲基丙烯酸，保持反應(yīng)器入口處的溫度為75℃，并將反應(yīng)器中的壓力保持在300kPa，轉(zhuǎn)化率的范圍保持在60%-70%(劉浩然,羅雅琪,2020)。由酯化反應(yīng)生成的混合溶液的主要組成成分除甲基丙烯酸甲酯、水和高沸點(diǎn)重組分以外，還包括沒有參與反應(yīng)的甲基丙烯酸和甲醇?；旌弦簭姆磻?yīng)器中出來以后會進(jìn)入分離回收塔并經(jīng)過提純以將反應(yīng)產(chǎn)生的原料回收再利用，進(jìn)而對產(chǎn)品進(jìn)行提純精制。這些新穎的觀點(diǎn)或附加資訊極大地豐富了本文對于研究對象本質(zhì)及其運(yùn)行法則的認(rèn)知層次，使本文對研究對象的內(nèi)部運(yùn)作機(jī)制獲得了更為全面且深刻的洞見，并為后續(xù)的科學(xué)探索、技術(shù)創(chuàng)新、政策規(guī)劃或教育實(shí)踐等領(lǐng)域鋪設(shè)了新的探索路徑。它們?yōu)榭蒲腥藛T開辟了新視角，激發(fā)了多樣的研究興趣與方向，促進(jìn)了相關(guān)領(lǐng)域的持續(xù)繁榮與進(jìn)步。同時，這些新觀點(diǎn)也為實(shí)踐工作者提供了更為詳盡且實(shí)用的指引，助力他們更有效地解決現(xiàn)實(shí)問題，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的緊密融合。2.3.2回收及分離①甲基丙烯酸通過精餾，將甲基丙烯酸以及其混合物水和甲醇進(jìn)行分離，將來自塔頂?shù)奈锪纤椭练逐s塔中，通過精餾使其共沸物從塔頂排出，經(jīng)過塔頂冷凝器冷凝回流，此時分為液相和油相，再通過萃取將油水分離。在這個框架條件下襄陽市襄城區(qū)緣來豐化工廠甲基丙烯酸甲酯為了防止甲基丙烯酸聚合，從這些例子中可以看出需要通過薄膜蒸發(fā)器將壓力降低，還需要在其中加入阻聚劑。對甲基丙烯酸進(jìn)行蒸餾操作需要滿使塔頂處的壓力保持在28.7kPa，同時將塔頂和塔釜溫度分別維持在40℃和80℃。②甲醇襄陽市襄城區(qū)緣來豐化工廠甲基丙烯酸甲酯回收甲醇的方法是先進(jìn)行萃取，再進(jìn)行精細(xì)蒸餾，對甲醇和甲基丙烯酸甲酯分別易溶于水和難溶于水這一特點(diǎn)加以利用，將二者進(jìn)行萃取分離，從中可以洞察到將萃取劑注入混合物中，通過液液萃取，將萃取完的液體送入再經(jīng)過精餾塔，甲醇水溶液從底部取出，通過熱交換器預(yù)熱后進(jìn)入醇回收塔，通過精餾將甲醇在頂部提取出來，根據(jù)這類情況演變經(jīng)過冷凝后送回反應(yīng)器循環(huán)利用。在回收甲醇的過程中，系統(tǒng)中的組分會產(chǎn)生變化，具體如圖所示(李曉東,王子豪,2023)。萃取甲醇需要使回收塔中的壓力和溫度分別保持在300kPa和25℃回收甲醇需要使回收塔中的塔頂壓力、塔頂溫度和塔底溫度分別維持在62.7kPa、60℃和90℃。2.3.3產(chǎn)物提純酯化反應(yīng)后反應(yīng)液中仍有些許甲基丙烯酸，它分解時盡管添加了防聚劑，還是存在聚合的可能，各種物質(zhì)構(gòu)成了重組分。因此，襄陽市襄城區(qū)緣來豐化工廠甲基丙烯酸甲酯在提純甲基丙烯酸甲酯時，從精餾塔下部收集的甲基丙烯酸甲酯要送至提純塔深化提純(楊晨曦,林雨薇,2020)。同理，為避免精餾時發(fā)生聚合現(xiàn)象，醇精餾要進(jìn)行減壓設(shè)置，輸送空氣，添加防聚劑。具體細(xì)化后的內(nèi)部組分會有所改變，見下圖。相關(guān)運(yùn)行工藝參數(shù)為：塔頂部壓力是21.3kPa，溫度37℃，塔底端物濃度55℃。3工藝計算3.1物料衡算全裝置工藝數(shù)據(jù)：總體產(chǎn)量10萬噸甲基丙烯酸甲酯/年生產(chǎn)時長襄陽市襄城區(qū)緣來豐化工廠8000小時/年襄陽市襄城區(qū)緣來豐化工廠甲基丙烯酸甲酯設(shè)施綜合收率為95%，損耗（涵蓋技術(shù)及機(jī)械損耗）是5%ACH工段ACH生產(chǎn)反應(yīng)方程式：表2物料衡算表（1）分子量丙酮（58）投入量（千克/小時）實(shí)際消耗（千克/小時）生成量（千克/小時）酰胺化工段酰胺化反應(yīng)方程式：表3物料衡算表（2）分子量投入量（千克/小時）實(shí)際消耗（千克/小時）生成量（千克/小時）轉(zhuǎn)位反應(yīng)方程式：(3)水解及酯化工段水解反應(yīng)方程式：酯化反應(yīng)方程式：表4物料衡算表（3）分子量甲基丙烯酸86投入量（千克/小時）實(shí)際消耗（千克/小時）生成量（千克/小時）表5物料衡算表匯總工段輸入物料量（kg/h）輸出物料量(kg/h)名稱數(shù)量名稱數(shù)量ACH工藝丙酮?dú)淝杷釟溲趸c104004850—丙酮氰醇損耗及其他14500750合計15250合計15250酰胺化工藝丙酮氰醇100%硫酸H2SO4的1.5倍1450025000甲基丙烯酰胺硫酸鹽損耗及其他2816011340合計39500合計39500水解酯化工藝甲基丙烯酸甲醇（摩爾量1：0.75）143304200甲基丙烯酸甲酯水損耗及其他1250022503780合計18530合計18530表6主要原材料消耗定額表原料名稱消耗定額kg/t丙酮8320氫氰酸3880甲醇3360100%硫酸20000NaOH—表7污染物排放表序號類型主要物質(zhì)排放量1廢水氫氰酸（劇毒）微量2廢水加成廢水（水，少量原料）微量3固體廢物廢渣（高沸物）微量4固體廢物聚合廢渣（少量原料）微量3.2熱量衡算熱量衡算是指在反應(yīng)中對設(shè)備的熱量進(jìn)行計算，以計算設(shè)備需要的加熱機(jī)和制冷的量，從這些例子中可以看出以一年生產(chǎn)10萬噸甲基丙烯酸甲酯，基準(zhǔn)溫度為0℃。本文成功地將各領(lǐng)域的知識與技術(shù)資源融合一體，攜手應(yīng)對科學(xué)難題，推動相關(guān)研究達(dá)到新的層次。借助跨學(xué)科的協(xié)作與對話，本文不僅集合了多樣化的思考方式和手段，還達(dá)成了技術(shù)與理論的緊密交融，為復(fù)雜科學(xué)問題的解決提供了新穎的策略。這種綜合性的研究范式不僅加速了學(xué)科間的交叉滲透，也為相關(guān)領(lǐng)域的理論演進(jìn)和實(shí)踐探索開辟了新道路。3.2.1混合釜（1）已知條件①操作要求：溫度小于等于65℃，反應(yīng)時間為8小時②反應(yīng)釜規(guī)格φ2800/3000×1800（筒體），V=20000L，數(shù)量1臺。③襄陽市襄城區(qū)緣來豐化工廠甲基丙烯酸甲酯一臺反應(yīng)釜使用的原料量：丙酮為10400kg，氫氰酸為4850kg。（2）各項熱量值計算①物料由40℃升溫至60℃所需熱量②反應(yīng)釜的熱損失假定反應(yīng)釜熱損失大概在100kJ/m2，則其內(nèi)表面積計算公式為可得每臺反應(yīng)釜操作8小時損失的熱量為

Q=28.1344×100×8=22507.52KJ所以操作8小時每臺反應(yīng)釜需要提供的熱量116220.8+22507.52=128728.32KJ（3）傳熱面積的確定[9]采用水蒸氣進(jìn)行升溫，總傳熱系數(shù)K取836kJ/m2·℃。物料t40℃至60℃蒸汽T80℃至110℃由得傳熱面積為根據(jù)對數(shù)平均推動力公式得對數(shù)平均溫度差為即要求反應(yīng)釜的傳熱面積達(dá)到3.41m2（4）傳熱劑用量的計算由式得即襄陽市襄城區(qū)緣來豐化工廠甲基丙烯酸甲酯每臺反應(yīng)器需要2433.83kg水蒸氣進(jìn)行供熱(程思遠(yuǎn),唐婉兒,2022)。3.2.2酰胺反應(yīng)釜（1）已知條件①單臺反應(yīng)釜的投料量：丙酮氰醇14500kg，硫酸25000kg②反應(yīng)釜規(guī)格φ1400/1500×1700(筒體)，V=3000L，數(shù)量1臺。③反應(yīng)要求：物料溫度為45℃。（2）冷卻過程中，各項冷量值的計算①冷卻過程中物料由60℃降至45℃所需的冷量②反應(yīng)釜的冷損失設(shè)45℃時，每小時熱損失為50kJ/m2，則單臺反應(yīng)釜的內(nèi)表面積為則每臺反應(yīng)釜7小時損失的熱量從中可以洞察到所以襄城區(qū)緣來豐化工廠甲基丙烯酸甲酯每臺反應(yīng)釜需要提供的熱量為（3）傳熱面積的確定物料t60℃至45℃冷鹽水T15℃至25℃要求設(shè)計反應(yīng)釜的傳熱面積（4）制冷劑用量的計算即每臺反應(yīng)釜需要3597kg循環(huán)水來進(jìn)行制冷。4主要設(shè)備選擇及計算4.1混合釜混合釜物料：丙酮?dú)淝杷岷嫌嬻w積裝料系數(shù)反應(yīng)釜容積襄陽市襄城區(qū)緣來豐化工廠甲基丙烯酸甲酯選用20000L鉻鎳鉬不銹鋼混合釜。條件：①工作壓力：釜內(nèi)，夾套②工作溫度：釜內(nèi)，夾套③介質(zhì)：釜內(nèi)為溶液，夾套內(nèi)為水蒸氣，中度腐蝕④全容積：⑤傳熱面積： （1）筒體的直徑和高度反應(yīng)釜容積為20m3從中可見對氣-液相類型選取H/Da=1.4，估算筒體的內(nèi)徑把代入公式所得數(shù)據(jù)圓整至公稱直徑計算方法，擬定筒體內(nèi)徑為Da=2700mm,根據(jù)規(guī)范,Da=2700mm系列橢圓封頭曲面高度達(dá),直邊高度是。對照襄陽市襄城區(qū)緣來豐化工廠甲基丙烯酸甲酯手冊可知，1m高的筒體容積為筒體高度圓整為H=2700mm=2.7m（2）夾套的直徑和高度對于筒體內(nèi)徑Da=2700mm，夾套內(nèi)徑Db=Da+200，因此Db=2700+200=2900mm預(yù)判夾套的高度 選取夾套高度，Ht=2400mm，則Hg=H-Ht=400mm這樣是便于筒體法蘭螺栓裝拆。驗(yàn)算夾套傳熱面積4.2酰胺反應(yīng)釜物料：丙酮氰醇100%硫酸合計體積裝料系數(shù)反應(yīng)釜容積選用20000L哈氏合金B(yǎng)2反應(yīng)釜。4.3酯化反應(yīng)釜多級酯化釜物料：甲基丙烯酸甲醇合計體積裝料系數(shù)反應(yīng)釜容積根據(jù)這類情況演變選用22000L搪瓷套管搪瓷反應(yīng)釜。采取22000L搪瓷套管作為反應(yīng)裝置。襄陽市襄城區(qū)緣來豐化工廠甲基丙烯酸甲酯具體參數(shù)：（1）筒體的直徑和高度設(shè)備容積為對液相類型選型長徑比估算筒體的內(nèi)徑：獲得數(shù)據(jù)圓整至公稱直徑規(guī)范選擇內(nèi)徑Da=2700mm,則Da=2700mm橢圓封頭高度h1=740mm。表面積Ft=8.85m2對照手冊可知，1m高的筒體容積Vm=6.16m3表面積F1=8.8m2（2）夾套的直徑和高度對于內(nèi)徑Da=2700mm，內(nèi)徑Db=Da+200，因此Da=2900mm，滿足壓力容器公稱直徑。預(yù)判夾套高度為(馬天宇,陳欣怡,2023)：設(shè)置，如此一來更方便筒體法蘭螺栓的安裝和拆卸。驗(yàn)證夾套傳熱面積為：4.4物料管道材料選擇（1）100%硫酸管道襄陽市襄城區(qū)緣來豐化工廠甲基丙烯酸甲酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%硫酸輸送管道，運(yùn)行溫度為25-35℃，從中可見因?yàn)榭紤]到?jīng)_蝕腐蝕和甲基丙烯酸甲酯（MMA）產(chǎn)品純度的要求，所以管道材質(zhì)為鉻鎳鉬不銹鋼。（2）丙酮氰醇管道在運(yùn)輸管網(wǎng)內(nèi)，丙酮氰醇可能會由于受熱出現(xiàn)分解生成氫氰酸，屬于酸性，同時有一定腐蝕性，從這些例子中可以看出因此在選取管網(wǎng)時一定不能忽略丙酮氰醇是高危害介質(zhì)這個問題，其法蘭壓力值是2.5MPa。在研究過程中，本文強(qiáng)調(diào)細(xì)節(jié)把控，對每一個關(guān)鍵點(diǎn)均實(shí)施了嚴(yán)格的審查與核實(shí)，以保障研究成果的精確性和可信度。從規(guī)劃至分析，每一步驟都經(jīng)過了細(xì)致的籌謀與周密的執(zhí)行，力求最大限度地縮減誤差與偏差。此外，本文還運(yùn)用了多種途徑與工具對研究成果進(jìn)行交叉校驗(yàn)，以確保結(jié)論的穩(wěn)固性和可驗(yàn)證性。這種一絲不茍的研究態(tài)度和方法不僅增強(qiáng)了本文的學(xué)術(shù)分量，也為相關(guān)領(lǐng)域的研究設(shè)定了新的標(biāo)準(zhǔn)。（3）甲基丙烯酸甲酯管道運(yùn)輸MMA的管網(wǎng)，從中可以洞察到因?yàn)楫a(chǎn)品對純度要求苛刻，為防止管網(wǎng)內(nèi)有雜質(zhì)，降低產(chǎn)品色度，襄陽市襄城區(qū)緣來豐化工廠甲基丙烯酸甲酯材質(zhì)選擇了鉻鎳鉬不銹鋼；為了防止甲基丙烯酸（MMA）在100℃以上聚合，根據(jù)這類情況演變管道需要經(jīng)常冷卻，以保證低溫平衡(周浩然,李雨萱,2021)。本研究聚焦于研究結(jié)果與實(shí)踐應(yīng)用的交匯點(diǎn)，深入探索其解決現(xiàn)實(shí)問題的方法和潛在應(yīng)用領(lǐng)域。在理論探討之外，本研究尤為注重將學(xué)術(shù)成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的潛力，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供具有可操作性的解決方案。通過對研究成果的深度剖析與評估，本研究力圖提出一系列基于實(shí)證的見解與對策，以助力實(shí)踐者有效應(yīng)對挑戰(zhàn)，促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的穩(wěn)步前行。由于MMA是易燃易爆介質(zhì)，管道和法蘭的壓力等級為2.5Mpa。5生產(chǎn)項目投資及盈利估算襄陽市襄城區(qū)緣來豐化工廠甲基丙烯酸甲酯設(shè)備工程投資表8主要設(shè)備及工程投資估算編號設(shè)備名稱價格（萬元）1混合釜15002酯化反應(yīng)釜21003中和液分層器6904精餾塔，輕脫塔15005貯槽1806工程費(fèi)用3200合計9170原料投資表9原料投資估算表編號原料名稱原料價格（元/t）消耗量（t）費(fèi)用(萬元）1氫氰酸200083200164002丙酮400038800152003甲醇3002688080644硫酸2001600003200合計134804萬元盈利估算根據(jù)上述得出襄陽市襄城區(qū)緣來豐化工廠甲基丙烯酸甲酯總投資大概為123540萬元，年生產(chǎn)10萬噸甲基丙烯酸甲酯，一噸甲基丙烯酸甲酯的市場售價為1.5萬元/噸，除去公司生產(chǎn)稅收，所以大概可得年利潤大約為15100萬元。結(jié)論（1）本設(shè)計主要目的是達(dá)到襄陽市襄城區(qū)緣來豐化工廠年產(chǎn)10萬噸甲基丙烯酸甲酯，文章內(nèi)詳細(xì)介紹了甲基丙烯酸甲酯（MMA）的理化性質(zhì)，研究現(xiàn)狀，市場需求和未來發(fā)展。（2）根據(jù)工藝對比后，最終采取丙酮氰醇法（ACH法）進(jìn)行對甲基丙烯酸甲酯的生產(chǎn)，從中可以洞察到根據(jù)襄陽市襄城區(qū)緣來豐化工廠甲基丙烯酸甲酯工藝流程和詳細(xì)參數(shù)，進(jìn)行了物料守恒和工藝熱量守恒的計算并且對設(shè)備進(jìn)行了選型，計算結(jié)果基本符合生產(chǎn)要求及需求，在整個工藝設(shè)計中利用了AutoCAD、Excel繪制出所需的流程圖和表格。并且進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)評估，對設(shè)備投資、生產(chǎn)成本、基礎(chǔ)建設(shè)投資進(jìn)行核算，保證工藝設(shè)計的盈利性，最終完成了本次設(shè)計。致謝在本論文的完成過程中，我得到了許多人的支持與幫助。在此，我衷心感謝所有幫助過我的人。首先，特別感謝我的導(dǎo)師XXX教授，感謝您在研究過程中給予的悉心指導(dǎo)與耐心教誨。您的嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)和深入