甲基丙烯酸甲酯生产工艺毕业设计-设备选型与布置

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1、目录1. 前言 01.1 MMA 市场应用及前景 01.2 MMA 生产工艺 11.2.1丙酮氢醇(ACH)路线 11.2.2 合成气法 21.2.3 乙烯拨基化路线 21.2.4 丙炔法 31.2.5 异丁烯法 31.3 本文 MMA 生产工艺路线确实定 41.4 化工设备选型计算中使用的软件 61.4.1 Cup-Tower 对塔设备的选型 61.4.2 智能选泵系统 71.4.3 Aspen 与 EDR 联用设计换热器 81.4.4 化工设备布置图 CAD 设计 81.5 项目概况 91.5.1 项目名称 91.5.2 拟建地址 91.5.3 生产工艺 91.5.4 原料及产品 92.

2、工艺流程简介及模拟 102.1 流程概述 102.2 Aspen plus 仿真模拟流程 112.2.1 MAL 合成工段的模拟 112.2.2 MMA 合成工段的模拟 123. 设备设计计算及选型 133.1 反应器的设计 133.1.1 MAL合成反应器(R101)的设计 133.1.2 MMA合成浆态床反应器(R201)的设计223.2 塔设备的选型与设计 263.2.1 急冷喷淋塔简单设计计算 263.2.2 cup-Tower 对脱水塔的选型 293.2.3 cup-Tower 对吸收塔的选型 323.2.4 MMA 精馏塔设计 353.3 换热器的选型 513.3.1 换热器设计选

3、型例如 E201 的选型513.3.2 换热器选型结果汇总 563.4 泵的选型 563.4.1泵的设计选型例如P201的选型)563.4.2 泵的选型结果 623.5 储罐设计 623.5.1 主要储罐的设计 623.5.2 储罐设计结果一览表 653.6 膜别离的简单设计 653.6.1 膜别离工艺流程 653.6.2 膜别离器选型与设计 663.7 压缩机的选型 683.7.1 选型例如 683.7.2 压缩机选型结果 683.8 设计图 694. 环境保护与经济核算 694.1 环境保护 694.1.1 有害因素分析 694.1.2 废物的处理措施 704.2 经济核算结果 错误!未定

4、义书签。35. 设计结果 745.1 设备选型一览表附后 745.2 设计图附后 74参考文献 751 前言1.1 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

5、、纺织、造纸、地板抛 光、不饱和树脂改性、甲基丙烯酸高级酯类 , 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

6、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到达 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

7、，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。1.2 MMA 生产工艺121丙酮氢醇(ACH)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。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 氰酸反应生成丙酮氰醇(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时生成的副产氢氰酸在AC

8、H合成中循环使用。这一工艺称为 MGC(R-HNC) 路线，日本已建有一套工业化装置。反应式如下：OHH)C - C-O+HCN N询扛*CHaCHjCH9HCH厂 C-COOW g CHi-CCOOCFLCHaCHjHCONHj - *HCN+H.O1.2.2 合成气法新工艺第步由乙烯和合成气生产丙酸，使用均相碘钼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，使用硅酸铌双功能催化剂。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。1.2.3 乙烯拨基化路线该路线先对乙烯进行拨基合成

9、 (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。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 8。巴斯夫路线的反应式如下：1.2.4 丙炔法壳牌公司开发的另一条合成 MMA 的新路线是使丙炔在甲醇存在下，用一氧 化碳羰基化生产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 100丙炔是由乙烯副产 C3 馏分经 MIBK 或 DMF 萃取蒸馏别离得到的丙炔一步法生产 MMA 的工艺简 单，投资

10、省，产品纯度高，是目前较经济的一种 MMA 生产方法7。1.2.5 异丁烯法将异丁烯在钼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，且成本低于丙酮氰醇法，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 9。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

11、相同工艺条件和催 化剂得不到最正确MAA选择性；异丁烯氧化到MAL，氧化酯化为MMAioii。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。1.3 本文 MMA 生产工艺路线确实定西方研究机构对上述 MMA 的主要生产工艺路线进行成本比照，以下是不同 工艺路线装置的生产成本比照情况表 1-1113 。表 1-1 MMA 主要生产工艺路线成本比照 （单位：美分 P 磅）项目ACH-法ACH-S法I-C4BASF 法MGC 法原料成本31.9931.9926.5229.0527

12、.2公用工程成本4.844844.555.159.63其他可变成本0.10.10.1-1.62-0.64可变成本36.0336.0331.1732.5836.19固定成本8.6915.571112.1913.8现金成本46.6252.542.1744.7749.99折旧成本9.1711.310.2311.2812.95生产成本合计55.3363.852.3956.0662.94生产成本+10%投资回报65.0377.262.6267.3275.89注：ACH-L法为13.6万tPa装置，ACH-S法为4.5万tPa装置。原料取价为丙酮586$Pt，氢氰酸742$Pt，硫酸53$Pt，异丁烯60

13、4$Pt，氧气 49$Pt，乙烯 573$Pt，甲醇 144$Pt。在 MMA 的生产工艺中，异丁烯法、大规模的丙酮氰醇法和乙烯法是生产 MMA 最具竞争力的工艺。对于丙酮氰醇法来讲，装置规模对产品成本的影响很 大。甲基丙烯腈法由于工艺复杂，投资过高而缺乏竞争力。我国现有的 MMA 装 置全部采用丙酮氰醇法工艺，装置规模小，原材料消耗高，污染重，产品成本高。 在诸多的 MMA 生产工艺中，丙酮氰醇法、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

14、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。一方面充分利用了充裕的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，与传统的丙酮氰醇法以及其他方法比较， 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氰醇法；而丙酮氰醇 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 。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91216171。81.4 化工设备选型计算中使用的软件1.4.1 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