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1、word 目录1. 前言11.1 MMA市场应用与前景11.2 MMA生产工艺21.2.1 丙酮氢醇(ACH)路线21.2.2 合成气法31.2.3 乙烯拨基化路线31.2.4 丙炔法41.2.5 异丁烯法41.3 本文MMA生产工艺路线确实定51.4 化工设备选型计算中使用的软件71.4.1 Cup-Tower对塔设备的选型71.4.2 智能选泵系统81.4.3 Aspen与EDR联用设计换热器91.4.4 化工设备布置图CAD设计91.5 项目概况101.5.1 项目名称101.5.2 拟建地址101.5.3 生产工艺101.5.4 原料与产品102. 工艺流程简介与模拟112.1 流程概
2、述112.2 Aspen plus仿真模拟流程122.2.1 MAL合成工段的模拟12 MMA合成工段的模拟133. 设备设计计算与选型143.1 反响器的设计143.1.1 MAL合成反响器(R101)的设计14 MMA合成浆态床反响器(R201)的设计233.2 塔设备的选型与设计273.2.1 急冷喷淋塔简单设计计算273.2.2 cup-Tower对脱水塔的选型303.2.3 cup-Tower对吸收塔的选型333.2.4 MMA精馏塔设计363.3 换热器的选型523.3.1 换热器设计选型示例E201的选型523.3.2 换热器选型结果汇总573.4 泵的选型573.4.1 泵的设
3、计选型示例P201的选型)573.4.2 泵的选型结果633.5 储罐设计633.5.1 主要储罐的设计633.5.2 储罐设计结果一览表663.6 膜别离的简单设计663.6.1 膜别离工艺流程663.6.2 膜别离器选型与设计673.7 压缩机的选型693.7.1 选型示例693.7.2 压缩机选型结果693.8 设计图704. 环境保护与经济核算704.1 环境保护704.1.1 有害因素分析704.1.2 废物的处理措施714.2 经济核算结果735. 设计结果755.1 设备选型一览表附后755.2 设计图附后75参考文献76谢辞78 / 1 前言MMA市场应用与前景甲基丙烯酸甲酯的
4、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的制造以与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, 也可作为木材浸润剂、印染助剂与塑料的增塑剂等许多行业1。近年来, 国外MMA 的聚合物、型材、板材、涂料、乳液等需求增长
5、, 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在世界围的扩，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，我国甲醇行业虽有局部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
6、，国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，产能的增某某石化年产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 具有良好的开展前景45。1.2 MMA生产工艺1.2.1 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响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，
7、再经精制得产品6。 反响式如下。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响生成丙酮氰醇(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反响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ACH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。 反响式如下：1.2.2 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展加氢甲酰化，反响在低温(150200oC)和低压37MPa下进展。第二步由丙酸与甲醛反响生产甲基丙烯酸，使用硅酸铌双功能催化剂。第三
8、步以甲醇酯化反响生成甲基丙烯酸甲酯，该工艺与其它工艺比拟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展拨基合成(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本钱较高8。 巴斯夫路线的反响式如下：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，反响采用了最新催化剂，使其生成MMA的选择性达100丙炔是由乙烯副产C3馏
9、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，且本钱低于丙酮氰醇法，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与化学公司的注意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
10、，再氧化成酸，两者氧化动力学不同，采用一样工艺条件和催化剂得不到最优MAA选择性；异丁烯氧化到MAL，氧化酯化为MMA1011。 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展氧化、酯化反响，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展本钱比照，以下是不同工艺路线装置的生产本钱比照情况表1-1113。表1-1 MMA 主要生产工艺路线本钱比照(单位：美分P磅)项目ACH-法ACH-S法I-C4BASF法MGC法原料本钱31.99公用工程本钱4.84484其他
11、可变本钱可变本钱固定本钱11现金本钱折旧本钱生产本钱合计生产本钱+10%投资回报注：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$Pt，异丁烯604$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，装置规模对产品本钱的影响很大。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，产品本钱高。在诸多的MMA生产工艺中，丙酮氰醇
12、法、异丁烯法、乙烯法是最具有竞争力的工艺。但乙烯法由于国乙烯严重供不足需，且运输和储存条件苛刻、本钱高，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，维持了市场的平衡开展。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与其他方法比拟，此法具有原料来源广泛，催化剂活性高、选择性好、寿命长，反响收率和原
13、子利用率高，无污染、环境友好、本钱低的优势，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过程进展了模拟计算912161718。 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件集合在一起，是一款功能
14、强大、综合性很强的全新软件。其借鉴了国外相关软件的特点，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与 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围：50100，默认值90，数值越大精
