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1、任务5000万吨/年丙烯酸甲酯反应器的选型任务1 ：能够简单描述丙烯酸甲酯的反应原理及其工业生产方法 反应原理可琲骸和、|磁在PR离文换构J俏作为f崔化剂的作川下，反噬 生 g 可琏欧|响a 反脚疗程式是，CH;=CHCOCiH+CH5OHCH2=CHCOOCH3+H2O在隘化反应过程叩. 同时发生务珅刖反一W.1|1帼的削反府疗 程式如下匕CH2=CHCOCiCH3+CH5OHCH5CiCH2CH;COCiCH5：CH2=CHCOOCH3+H2CiHOC H2CH2COOCH5 : QH;=CHCCCiH+CH5OHCH3OC H2CH;COOH : 2CH2=CHCOOHCH2=CHCOO
2、CH2CH2COCiH : QHi=CHCCOCHiCH;COCiH +CH5CH CHiCHCOCiCH.CH.CCiCiCHs+HO :CH3OCH2CH2COCH+CH5OHCH3OCH2CH2COOCH5+H;Ci :以I反应都是司迎反应叫。这是一个平衡反应，为使反应有向有利于产品生成的方向进行， 采用一些方法，一种方法是用比反应量过量的酸或醇，另一种方法是 从反应系统中移除产物。一、工业生产方法采用丙烯氧化-酯化法（理由见后）本组选择操作条件如下：1、酯化反应器固定床反应器内进行 理由见后2、投料比醇/酸摩尔比：0. 75（MA）理由本工艺采用丙烯酸比醇过量的摩尔比（醇：酸=1 :
3、1.3）,增大了反应物浓度，不仅促使了反应向正方向进行,而且可以减少 精制系统的能耗。因为丙烯酸沸点比酯化反应生成物和未反应的 醇沸点高的多，用普通的精馏方法一步就可以将丙烯酸从反应生 成液中分离出来循环使用。但如果采用醇过量完全可以达到促进 反应向正方向进行和提高反应速度的目的，但醇的回收要经34 步才能完成，这样不仅增加了精制系统的工艺过程，也会增加精制系统的能耗。虽然甲醇价格较低且回收容易。原料规格价格元/t生产厂家丙烯酸99.9%7500上海圣宇化工有限公司甲醇98%2600宜兴市华生化工有限公司3、催化剂：磺酸型离子交换树脂改性后系指在交联结构的高分子基体上带有强酸性磺酸基（一so3
4、H） 的离子交换树脂。若以R代表高分子基体，则可用RSOH表示3之。它在水中解离如下：RS03HS03+H+。有凝胶型和大孔型之分。 将苯乙烯与二乙烯苯经悬浮共聚得到的珠粒状共聚体（因外观呈 白色，故也称白球）在二氯乙烷中的溶胀后，用浓硫酸或氯磺酸 磺化，引入磺酸基交换基团，再经相应的后处理，可制得凝胶型 强酸性离子交换树脂。如在共聚时加入起致孔作用的惰性溶剂 则可制得大孔型树脂。理由 用离子交换树脂有许多优点，如可以反复使用，产品容易 分离，反应器不会被腐蚀，不污染环境，反应容易控制。阳离子 交换树脂主要会电离出氢离子，而根据金属活动性，活泼性在氢 离子前面的金属，能够将氢离子还原为氢气，所
5、以，阳离子交换 树脂绝对不能和金属离子接触，以免两者发生反应使催化剂失去 活性;又因为其骨架为聚苯乙烯系统，温度过高可造成离子交换树 脂的不可逆膨胀，失去活性，要对其改性，提高载体耐热性，。4、温度：160C理由 丙烯酸甲酯反应是一个微放热反应。又考虑到副反应随温 度升高而增加，在该温度下不仅保证了甲醇的转化率，同时也最大限度的额降低了副产物的发生量，更降低了能耗节约了资源。5、压力：常压对于有气体参加的化学反应，若其他条件不变，增大压强， 反应速率增加，减小压强，反应速率减小。压强的变化是通过浓 度的变化来实现的。对于气体来说，若其他条件不变，增大压强， 就是增加单位体积内反应物的物质的量，
6、单位体积内活化分子数 目增加，从而增加了单位时间单位体积内反应物分子之间的有效 碰撞，因而可以增大化学反应速率。烯酸甲酯反应原料中的丙烯酸以及回收物料中除甲醇以外 的其它物质沸点均高于反应温度，在反应器中均为液体，而甲醇和生 成的甲酯在反应温度下已变为气体，所以压强改变对此反应的速率有 一定影响；由于甲醇和生成的甲酯摩尔比率相差不大，近似的认为所以压强的改变对平衡移动几乎没有影响。任务2：能够简单描述丙烯酸甲酯反应的产品、原料、催化剂的物理、 化学性质中文名称丙烯酸甲酯methyl acrylate别名败脂酸甲酯分子式C4H6O2； CH2CHCOOCH3分子量86. 09外观及性状无色透明液
7、体，类似大蒜的气味溶解性微溶于水熔点-75C沸点80. 0C相对密度/20C/4C0. 95闪点-3C/开杯折光率/20C1.401稳定性稳定主要用途主要用作有机合成中间体及合成高分子单体，丙烯酸甲酯可 以和各种硬单体（如：甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯腊、 醋酸乙烯等）及官能性单体如：（甲基）丙烯酸羟乙酯、 羟内酯、缩水甘油酯、（甲基）烯酰胺及其衍生物等进行 交换、共聚、接枝等，做成上千种丙烯酸类树脂产品（主 要是乳液型、溶剂型及水溶型），广泛用作涂料、胶粘剂、 睛纶纤维改性、塑料改性、纤维及织物加工、皮革加工、 造纸以及丙烯酸类橡胶等许多方面。中文名称丙烯酸acrylic acid别名分子式
8、C3H4O2分子量72.06外观及性状无色液体，有刺激性气味溶解性与水混溶，可混 溶于乙醇、乙 醚。熔点13.5 C沸点141C相对密度/20C/4C1.05闪点68.3折光率/19C稳定性主要用途重要的有机合成原料及合成树脂单体，是聚合速度非 常快的乙烯类单体。大多数用以制造丙烯酸甲酯、 乙酯、丁酯、羟乙酯等丙烯酸酯类。丙烯酸及丙烯 酸酯可以均聚及共聚，其聚合物用于合成树脂、合 成纤维、高吸水性树脂、建材、涂料等工业部门中文名 称甲醇methyl alcohol别名木醇，木精分子式CH3OH分子量32.04外观及性状无色澄清液体，有刺激性 气味溶解性能与水、醇、醚等有机 溶剂互溶溶解性能优
9、于乙醇熔点-97.8 C沸点64.8相对密度/20C/4C0.79闪点11C折光率/25C1.3301稳定性主要用 途重要的化学工业基础原料和清洁液体燃料，它广泛用于有 机合成、医药、农药、涂料、染料、汽车和国防等工业中。 用于制造甲醛和农药（杀虫剂、杀虫螨）、医药（磺胺类、 合霉素类）等的原料、合成对苯二甲酸二甲酯、甲基丙烯 酸甲酯、丙烯酸甲酯的原料之一、醋酸、氯甲烷、甲胺和 硫酸二甲酯等多种有机产品。等，并用作有机物的萃取剂、 精的变性剂等任务：丙烯酸甲酯反应可能的反应路线选取及依据 1、反应路线路线原理技术特点丙烯腊水解-酯化法CH 产 CHCNCH2 = CHC00CH，+NH.HSQ
10、CH2 = CHCOOCH3 + H O技术特点羟醛缩合反应转化率较低，大量未转化的原料必须回收，其发展取决于催化剂和分离方法的 改进。乙焕加氢酯化法总反应C也+ HC00(l!C= CH- COOCH3+ 。十 cinoii -cii- coocHs副反应：ICzHi + CO + 3CH,OH - 2CHjCHiCOOCH;甲酸甲酯是液体 产物，易于储存和 运输，用其代替CO 和甲醇可避免乙 炔羰化法中造价 高的CO造气过程， 降低投资费用。但 由于是新工艺，其 放大技术尚不成 熟。乙 烯 酮 法H2C 二 C 二 O + HCHO h2so4oh CH2 二 CHCOOCH 3特点乙烯酮
11、聚合性强，采用此法必须建立醋酸裂解制乙烯酮装置， 故生产成本高。2、选择及理由结论丙烯氧化-酯化法理由原料易得，收率较高，工艺成熟，便于实现连续化大生产任务4：能够画出丙烯酸甲酯的现行工艺流程框图并进行说明描述丙烯酸甲酯的生产工艺是:丙烯酸和甲醇在反应器中在阳离子交换树脂作为催化剂的作 用下反应，生成物进入精馏塔分馏，塔顶产物进入萃取塔萃取，塔釜物料回反应器反应；萃 取塔塔顶出料进入醇拔头，塔釜物料则进入醇回收塔回收，醇回收塔塔顶物料回到反应器反 应，塔釜则作为萃取塔的萃取水回到萃取塔；醇拔头塔塔顶物料回到萃取塔重新萃取，塔釜 物料则进入酯精制塔精制，精制塔塔顶出料则进入成品罐，塔釜物料回到精
12、馏塔精馏。图1丙烯酸甲酯装置流程Fig.l Methacrylate unit process任务：能够给出气固相反应器的类型、结构及其应用选型原则气一固相催化反应器固定床反应器反应器绝热式多段绝热I单段绝热 I对外换感J V自热换热式一、固定床反应器的类型与结构 1、单段绝热式定床反应器原料气:日 /皿测口矿渣棉畛瓷环-催化剂 瓷环产物东方仿真Copyright 2001特点结构简单，反应器生产能力大，但反应过程中温度变化较大适用反应热效应不大，反应过程允许温度有较宽变动范围的反应过程热效应较大的反应只要对反应温度不很敏感或是反应速率非常快的过程，有时也使用这 种类型的反应器。2、多段绝热式
13、特点及适用:多段绝热式弥补了单段绝热式的不足;冷激式反应器结构简单，便于装卸催化剂，内无冷管，避免由于少数冷管损坏而影响操 作，特别适用于大型催反应器换热式固定床反应器乙焕法合成氯乙烯反应器东方仿真Copyright./气体进口 顶专黑匕气体分配板 沸腾水出口 普列管m外壳隔板！牛支撑管/冷却水进口虹.上十h才牛/ -I锥形底盖合成气出口管径：一般为2550mm的管子，但不小于25mm。催化剂粒径：应小于管径的8倍，通常固定床用的粒径约为26mm，不小于1.5mm。传热所用的热载体：沸水可以用于100C300C的温度范围。联苯与联苯醚的混合物以及以烷基萘为主的石油馏分能用于200350C的范围。无机熔盐（硝酸钾，硝酸钠及亚硝酸钠的混合物）可用于300400C的情况。对于600700C左右的高温反应，只能用烟道气作为热载体。特点：采用小管径，传热面积大，有利于强放热反应；传热效果好，易控制催化剂床层温度；管径较细，流体在催化床内流动可视为理想置换流动，故反应速率快，选择性高；结构较复杂，设备费用高。适用：原料成本高，副产物价值低以及分离不是十分容易的情况。径向固定床反应器一般固定床中由于压降限制，不能使用太小粒度的催化剂，但催化剂的有效系数降低了，为提高催化剂的利用率而设计了径向反应器。流化床反应器的结构
