1 目录 一、 物料衡算简述 ..................................................................................................................................... 3 1.1 生产规模 ........................................................................................................................... 3 1.2 反应原理 ........................................................................................................................... 3 1.3 工艺流程概述 ................................................................................................................... 4 1.4 产品质量指标 ................................................................................................................... 8 1.5 原料要求 ........................................................................................................................... 9 1.6 催化剂要求 ....................................................................................................................... 9 1.7 工艺参数 ......................................................................................................................... 10 二、 物料衡算 ........................................................................................................................................... 10 2.1 物料衡算基准 ................................................................................................................. 10 2.2 主要操作单元的物料衡算 .................................................................................................. 11 参考文献： ....................................................................................................................................................... 38 2 本项目设计简要说明： 本项目全权由华南理工大学化学与化工学院华南地区化工设计大赛 DC 团队设计，最终参赛作品的著作权为设计队伍所有，任何个人或集 体未经授权不得转载使用！本项目在国家现行法律、法规、标准、技术规范框架内进行设计和公司组建。
所有数据均有据可依，项目方案以最终可实施为目的 项目名称：达纯化工有限公司年产三万吨丙烯酸项目 设计队伍：华南理工大学 DC 团队 指导老师：伍钦 3 一、 物料衡算简述 1.1 生产规模 生产规模：年产 3 万吨，纯度高达 99.94%的丙烯酸（ AA），其余杂质主要是阻聚剂和二聚物（ DAA） 按照一年 300 个工作日， 24 个小时连续生产，则每小时生产能力至少为 30000× 1000/（ 300× 24） =4166.7 kg/hr 考虑到实际生产过程略高于理论量，将获得更高的效益，故加入的原料丙烯的实际量大于理论值，以丙烯加入量为基准，来求丙烯酸实际年产量 1.2 反应原理 第一步主反应为 ： CH2CHCH3+O2 CH2CHCHO+H2O 第一步副反应为 ： CH2CHCHO+0.5O2 CH2CHCOOH 2CH2CHCH3+7.5O2 3CO2+3CO+6H2O CH2CHCH3+2.5O2 CH3COOH+CO2+H2O 第二步主反应为： CH2CHCHO+0.502 CH2CHCOOH 第二步副反应为： 2CH2CHCHO+5.502 3C02+3CO+4H20 2CH2CHCHO+2H2O+0.5O2 4CH20+CH3CHO 4 1.3 工艺流程概述 1.3.1 Aspen 仿真模拟流程图 1.3.1.1 反应单元 5 1.3.1.2 精制单元 1.3.2 流程说明 1.3.2.1 反应单元 新鲜空气经空气过 滤器除尘、预热后进入空气压缩机 (K-101)，空气压缩机 (K-101)由蒸汽透平驱动。
由空气压缩机 (K-101)压缩后的空气分为两路，一路经预混合器（ M-101）后送入第一反应器（ R-101），另一路通过第二混合器（ M-103）进入第二反应器 (R-102)同时，由蒸汽管网送来的 1.6MPa(G)蒸汽进入预混合器（ M-101） 从急冷塔 (T-101)塔顶出来的没有被吸收的气体，一部分作为循环气经循环气压缩机 (K-102)压缩后进入预混合器（ M-101）；另一部分送往废气催化焚烧单元处理 压缩空气、蒸汽和 循环气在预混合器（ M-101）中混合后进入第一氧化反应器（ R-101）进料混合器（ M-102） 自界区外来的液态丙烯进入丙烯缓冲罐 (V-101)经丙烯蒸发器 (E-101)减压而汽化，汽化的丙烯进入丙烯过热器 (E-102)，用 0.2MPa 蒸汽进行过热，使丙烯温度达到 50℃过热后的丙烯进入 R-101 进料混合器（ M-102）与来自预混合器（ M-101）的气体混合后进入第一氧化反应器（ R-101）混合后气 6 体摩尔比为：丙烯：氧气：水蒸气：循环气＝ 1： 1.7： 1： 2.4(注：循环气中不包括丙烯、空气、水 ) 第一 氧化反应器（ R-101）是固定床列管式反应器，列管内装填有 Mo-Bi 系催化剂，原料气体在 Mo-Bi系催化作用下，生成丙烯醛及部分丙烯酸等产物。
热介质为熔盐 (HTS)，熔盐组成为 KNO3： NaN02：NaNO3=53： 40： 7为使反应器內 HTS 温度分布均匀，采用轴流泵 P-101A/B 强制 HTS 在 R-101 壳程循环为除去反应热，外循环的 HTS 从 R-101 下环道进入 E-104，热熔盐加热中压锅炉给水 MBF 而产生水汽去中压蒸汽罐 (V-104)，而 HTS 本身被冷却后再返回 R-101 上环道用 TIC-104 和 TIC-107 调节流经 E-104的 HTS 量来控制进入 R-101 的 HTS 的温度为 330～ 370℃ (催化剂使用初期温度为 330℃，后期温度视丙烯转化率进行调整 )用 TDIC-103 控制 R-101 两个半区温差不大于 2℃生成的丙烯醛在 260℃以上时容易深度氧化生成 CO、 CO2、 H2O，因此在 R-101 下部设有急冷段利用 P-103 使熔盐强制循环，自 R-101急冷段上环道出来的一部分 HTS 进入 E-105 与中压锅炉给水 MBF 换热，换热后的熔盐进入 P-103，另一部分直接进入 P-103用 TIC-108 调节进入 E-105 的 HTS 流量来控制进入 R-101 急冷段的熔盐温度为240～ 250℃。
E-104、 E-105 中产生的水汽进入 V-102，经 V-102 汽液分离后蒸汽并入 1.6MPa(G)蒸汽管网在 R-101 旁设有第一熔盐加热器 H-101， H-101 与 R-101 反应段上下环道连通开车前 H-101 加热液态熔盐，使熔盐从装填温度 (180℃～ 200℃ )升温至丙烯投料温度在停车期间，用来加热 HTS，维持反应器 HTS 温度 HTS 温度可以通过电热组件数来控制 R-102 是列管式固定床反应器，列管内装填有 Mo-V 系催化剂，原料气体在 Mo-V 系催化作用下，生成丙烯酸等产物 R-102 壳程撤热介质为熔盐 (HTS)，熔盐组成为 KNO3： NaN02： NaNO3=53： 40： 7 R-101急冷段出口气体水、氮气丙烯醛与由 K-101送来的新鲜空气在 M-103中充分混合后进入 R-102，在 R-102中丙烯醛进一步氧化生成丙烯酸 M-103 中的混合气体，氧气与第一反应器加入的丙烯摩尔比为 0.5：1，混和气的温度 230℃ R-102 壳程的撤热介质为 HTS为使反应器內 HTS 温度分布均匀和除去反应热，自 R-102 上环道的 HTS 与来自 E-106 冷却后的 HTS 混合 后进入 P-104。
从 P-104 出来的 HTS 一部分进入R-102 下环道强制循环，另一部分进入 E-106 与 MBF 换热， HTS 本身被冷却再返回 P-104用 TIC-109调节流经 E-106的 HTS量来控制进入 R-102的 HTS的温度为 248～ 270℃ (催化剂使用初期温度为 250℃，后期温度视丙烯酸收率进行调整 ) E-106 产生水汽去 V-104，经 V-104 汽液分离后蒸汽并入 1.6MPa(G)蒸汽管网来自中压锅炉给水泵的中压锅炉给水经 V-104 进入 E-106 与反应器内熔盐热交换后产生的水汽回到 V-104，经汽液分 离后，蒸汽并入 1.6MPa(G)蒸汽管网在 R-102 旁设有第二熔盐加热器 H-102，H-102 与 R-102 上下环道连通开车前 H-102 加热液态熔盐，使熔盐从装填温度 (180℃～ 200℃ )升至丙烯投料温度在停车期间，用来加热 HTS，维持 HTS 温度 HTS 温度可以通过电热组件数来控制 R-102 7 出口气体水、氮气、丙烯酸进入反应产物冷却器 E-107，经锅炉给水（ BFW）冷却后进入 T-101 塔底来自锅炉给水泵的锅炉给水进入 E-107，锅炉给水与反应混合气热交换产生的水汽经 E-107 汽液分离进入 0.2MPa(G)蒸汽管网。
T-101 分为两段，上段为不锈钢阶梯环填料 (4× 7.5m)，下段设有 7 块挡板在 T-101 中，反应产物在下段与循环喷淋液逆向接触，反应产物中大部分丙烯酸被吸收，未被吸收的气体在上段被塔顶进入的急冷水冷却吸收 ,在塔釜形成粗丙烯酸水溶液 (60%)塔顶排出的尾气分为两路：一路经 K-102 作为循环气返回到 M-101，另一路送往废气单元处理 T-101 塔釜。