畢業(yè)設計-年產(chǎn)10000噸甲基丙烯酸甲酯(MMA)工藝設計

1、 .2甲基丙烯酸甲酯ACH法生產(chǎn)流程敘述2.2.1反應循環(huán)甲基丙烯酸甲酯生產(chǎn)原料甲基丙烯酸及甲醇有兩個來源，一是從罐區(qū)來的新鮮的甲基丙烯酸和甲醇，二是回收系統(tǒng)回收的甲基丙烯酸和甲醇。回收的甲基丙烯酸主要由甲基丙烯酸分餾塔底部回收得到，回收的甲醇由醇回收塔塔頂回收得到。新鮮及回收的甲基丙烯酸和甲醇必須達到酯化反應質量標準方可投入生產(chǎn)使用。投料采用甲基丙烯酸過量，酸/醇摩爾比為1：0.75.酯化反應系統(tǒng)如圖所示。由甲基丙烯酸分餾塔底部回收得到的甲基丙烯酸，經(jīng)循環(huán)過濾器過濾之后。與從罐區(qū)來的新鮮的甲基丙烯酸和甲醇及回收的甲醇一道經(jīng)過預熱器預熱，控制反應器入口溫度為75C，反應器壓力為301kPa，轉

2、化率為60%-70%。酯化反應得到的是混合液體，其主要組成為甲基丙烯酸甲酯、水、高沸物重組以及未反應的甲基丙烯酸和甲醇等，離開反應器后送至分離回收塔和提純精制工序進行為反應原料的回收和產(chǎn)品的提純精制。2.2.2回收及分離酯化反應采用的是甲基丙烯酸過量，同時酯化反應的轉化率(以甲醇為準)控制為60%-70%，因此離開反應器的反應液中尚有部分原料沒有反應。分離回收的目的即是除去反應過程中生成的水及高沸點物質，回收未反應的甲基丙烯酸及甲醇，使其循環(huán)使用。一、甲基丙烯酸回收甲基丙烯酸回收是利用丙烯酸分餾塔精餾的原理，輕的甲基丙烯酸甲酯、甲醇和水從塔頂蒸出，重的甲基丙烯酸從塔底排出來。原理及工藝條件甲基

3、丙烯酸分離的原理是利用甲基丙烯酸、水和甲醇形成恒沸物。先通過精餾將甲基丙烯酸及高沸物與甲基丙烯酸甲酯、水和甲醇分離開來，再通過薄膜蒸發(fā)器除去甲基丙烯酸中的高沸組分。甲基丙烯酸回收系統(tǒng)的組分變化如圖所示。去酯萃取心MAA甲醇心MMA+JMAAp薄膜蒸叢器七甲醇MMA+J水屮為防止甲基丙烯酸在高溫下聚合，精餾及薄膜蒸發(fā)均采用減壓操作，并且加入適去酯萃取心MAA甲醇心MMA+JMAAp薄膜蒸叢器七甲醇MMA+J水屮為防止甲基丙烯酸在高溫下聚合，精餾及薄膜蒸發(fā)均采用減壓操作，并且加入適量的空氣和阻聚重組*去酯優(yōu)4甲基丙烯酸蒸餾塔操作工藝條件：塔頂壓力28.7kPa,塔頂溫度41C，塔釜溫度80C。薄膜

4、蒸發(fā)器操作工藝條件：壓力35.33kPa，溫度120.5C。工藝條件將來自反應器頂部的物料送至甲基丙烯酸分餾塔。經(jīng)過精餾，甲基丙烯酸、水、甲酯形成均相共沸混合物從塔頂排出，經(jīng)過塔頂冷凝器冷凝后進入回流罐，在此罐中分為油相和水相，油相由輸送泵抽出，一路作塔頂回流，另一路和分出的水相一起送至醇萃取塔。甲基丙烯酸從塔底排出，其中一部分直接送至過濾器過濾后重新進入反應器參與反應。另一部分送至薄膜蒸發(fā)器，分離除去甲基丙烯酸酯的二聚物、多聚物和阻聚劑等重組分，粗甲基丙烯酸甲酯則重回甲基丙烯酸分離塔進一步分離回收。二、甲醇回收醇萃取塔利用醇易溶于水的物性，用水將甲酯從主物流中萃取出來，同時萃取液夾帶了一些甲

5、酯，再經(jīng)過醇回收塔，經(jīng)過精餾，大部分水從塔底排出，甲醇和甲酯從塔頂蒸出，返回反應器循環(huán)使用。原理及工藝條件甲醇回收采用先萃取后精餾的方式。利用甲醇易溶于水，甲基丙烯酸甲酯難溶于水的特性，先用水將甲醇從混合物體系中萃取出來，初步實現(xiàn)甲基丙烯酸甲酯與甲醇水溶液的分離。然后采用精餾的方法從甲醇水溶液中分離回收甲醇。甲醇回收系統(tǒng)的組分變化如圖所示。甲醇萃取塔操作工藝條件：溫度25C，壓力301kPa。甲醇回收塔操作工藝條件：塔頂壓力62.7kPa，塔頂溫度60C，塔底溫度90C。水（萃取劑）去醇拔頭回收甲醇（2）甲醇萃取工藝過程甲醇MMA自MAA水MAA分餾90C。水（萃取劑）去醇拔頭回收甲醇（2）甲

6、醇萃取工藝過程甲醇MMA自MAA水MAA分餾塔醇萃取塔甲醇去酯化水循環(huán)MAAMAA醇回收塔精憎來自甲基丙烯酸分餾塔物料經(jīng)冷卻器冷卻后送入醇萃取塔底部。萃取劑水從水儲罐抽出打入萃取塔的頂部。通過液-液萃取，粗甲基丙烯酸甲酯從萃取塔頂部排出并送至醇拔頭塔；甲醇水溶液從萃取塔底部排出，與醇回收塔底分離出來的水（高溫）經(jīng)熱交換器預熱后進入醇回收塔。（3）甲醇精餾工藝過程來自醇萃取塔底部的甲醇水溶液與醇回收塔底部分離出的熱水換熱后進入醇回收塔。經(jīng)過精餾，在頂部得到甲醇，冷凝后送回反應器循環(huán)利用。塔底得到的水經(jīng)換熱器與進料（甲醇水溶液）換熱后，再經(jīng)過冷卻器用10C的冷凍水冷卻后，進入儲槽重新用作萃取劑。提

7、純精制系統(tǒng)一、提純醇拔頭醇拔頭塔為精餾塔，利用精餾的原理，將主物流中少部分的醇從塔頂蒸出，含有甲酯和少部分重組分的物流從塔底排出，并進一步分離。（1）原理及工藝條件經(jīng)萃取后，自萃取塔頂部得到只是甲基丙烯酸甲酯，其中還含有少量的甲醇和水。提純醇拔頭，即是通過精餾，將粗甲基丙烯酸甲酯中少量的甲醇和水除去。由于甲基丙烯酸在高溫下容易聚合，醇拔頭塔也采用減壓操作方式，并且通入空氣和加入阻聚劑。提純精制系統(tǒng)的組分變化如圖所示。醇拔頭塔操作條件為：塔頂壓力62.66kPa,塔頂溫度61C,塔底溫度71C。（2）醇拔頭工藝條件將來自醇萃取塔頂部的粗甲基丙烯酸甲酯送至醇拔頭塔。精餾后，甲醇、水及少量的甲基丙烯

8、酸甲酯從塔頂排出，經(jīng)塔頂冷凝器冷凝后進入分層回流罐，油水分成兩相，水相流入甲醇水溶液儲罐，油相抽出后，一路作為醇拔頭塔塔頂回流，另一路送至醇萃取塔以重新回收甲醇和甲基丙烯酸甲酯。塔頂?shù)玫降募谆┧峒柞ニ腿氪继峒兯?。二、精制酯提純酯精制塔為精餾塔，利用精餾的原理，將主物流從塔頂蒸出，塔底部分重組分返回丙烯酸分餾塔重新回收。（1）原理及工藝條件酯化反應液經(jīng)甲基丙烯酸分餾后，塔頂產(chǎn)物中還會帶有少量的甲基丙烯酸；分離精提純化過程中為防止聚合雖然加入過阻聚劑，但仍有聚合物生產(chǎn)的可能。這些少量的甲基丙烯酸、阻聚劑和可能生產(chǎn)的聚合物作為重組分，經(jīng)過醇萃取和醇拔頭精餾操作并不能除去。同時，通過精餾的方法精制

9、獲得最終產(chǎn)品通常應從塔頂?shù)玫剑@樣可以最終除去重組分或機械雜質，保證產(chǎn)品的純度。因此從醇拔頭塔塔底得到的甲基丙烯酸甲酯還需要通過醇提純塔進一步精制。同樣，為防止精制精餾過程中發(fā)生聚合，醇拔頭塔也采用減壓操作方式，并且通入空氣和加入阻聚劑。精制的組分變化如圖所示。醇提純塔操作工藝條件：塔頂壓力21.30kPa，塔頂溫度38C，塔底物濃度56C。醇拔頭塔精憎去醇萃取匚口成去醇提純帯精憎（2）醇提純工藝過程將來自醇拔頭塔塔底的甲基丙烯酸甲酯送入醇醇拔頭塔精憎去醇萃取匚口成去醇提純帯精憎（2）醇提純工藝過程將來自醇拔頭塔塔底的甲基丙烯酸甲酯送入醇去MAA蒸餾塔提純塔精餾。經(jīng)過精餾，少量甲基丙烯酸、甲基

10、丙烯酸甲酯及其他高沸物雜質從塔底排出，送回分餾塔循環(huán)分餾。甲基丙烯酸成品從塔頂采出。經(jīng)塔頂冷凝器冷凝后進入塔頂回流罐，由泵抽出后，一路作為醇提純塔塔頂回流，另一路作為產(chǎn)品送出裝置至甲基丙烯酸甲酯成品儲罐。第3章工藝計算物料衡算全裝置工藝數(shù)據(jù)：（1）生產(chǎn)規(guī)模年產(chǎn)10000噸甲基丙烯酸甲酯（2）生產(chǎn)時間年工作時間8000小時（3）全裝置總收率按95%計算，損耗（包括工藝損耗和機械損耗）為5%反應方程式：CHHjCYChHCN怦質HcCCM*膜CH?乩0&0由村H*C18HtV如.C出=匸一COOH*MH4HSO4.ch3匕旳cncCOOHl42wCMj=CCOOCHaCH5CH3(1)ACH工段O

11、OHIINaOH1H3CCCH3+HCNH3C-3CCNACH生產(chǎn)反應方程式CH3分子量58.0727.0385.1投入量（kg/h）104004850實際消耗（kg/h）99004600生成量（kg/h）145002）酰胺化工段酰胺化反應方程式OH1CHCCN3CH3OSOHHSO32HCcconh3丨2CH3分子量85.1169.19投入量（kg/h）14500實際消耗（kg/h）14165生成量（kg/h）28160OSOH3ch33H3c-cconh21aHC=CCONHHSO22.2轉位反應方程式CH34水解及酯化工段CH3CH3水解反應方程式H2C=CCONHSOq+H2OH2C=

12、CCOOH+NH4SO4CH3CH3酯化反應方程式H2C=CCOOH+CH3OHH2C=cCOOC+H2O分子量86.0932.04100.1218.01投入量（kg/h）143304200實際消耗（kg/h）107504000生成量（kg/h）1250022503.2物料衡算表表物料衡算表工段輸入物料量輸出物料量名稱數(shù)量名稱數(shù)量ACH工段丙酮氫氰酸氫氧化鈉104004850丙酮氰醇損耗及其他14500750合計15250合計15250酰胺丙酮氰醇14500a羥基異丁烯28160化100%硫酸25000酰胺硫酸鹽工段（硫酸1.5倍）損耗及其他11340合計39500合計39500水解甲基丙烯酸

13、14330甲基丙烯酸甲酯12500酯甲醇4200水2250化工段(mol1：0.75)損耗及其他3780合計18530合計18530表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表排放物綜合表序號類型名稱主要成分排放量1廢氣氮氣過量的未反應的原料微量2氮氣HC15703廢水聚合廢水水，氯化銨，少量原料4374加成廢水水，少量原料2555加聚液廢水水，氯化銨，少量原料，1976廢渣光氯化廢渣高沸物微量7聚合廢渣少量原料358環(huán)合廢渣少量原料，有機雜質微量熱量衡算在進行熱量衡算時，主要對生產(chǎn)過程中的反應設備進行計算，以確定加熱劑和

14、制冷劑的用量。以每年生產(chǎn)10000噸甲基丙烯酸甲酯為計算基準，熱量衡算的基準溫度為oc。3.3.1混合釜(1)已知條件單臺反應釜的投料量：丙酮10400kg,氫氰酸4850kg。反應釜規(guī)格2800/3000X1800(筒體)，V=2000L,數(shù)量1臺。操作要求：溫度W65C，反應時間8-10小時各項熱量值計算(因為物料由合成釜抽過來時溫度較高所以取初始溫度為40C)物料由40C升溫至60C所需熱量Q=EWCp(t-t)=(1050X0.96+2729X1.76)X20=116220kJ21反應釜的熱損失設反應釜每小時熱損失約為100kJ/m3。單臺反應釜的內(nèi)表面積為A=2nrh+2S=3.14

15、X1.5X1.8+2X2.6275=14.2m2f則每臺反應釜操作8小時損失的熱量Q=14.2X100X8=11360kJ所以操作8小時每臺反應釜需要提供的熱量為116220+11360=127580kJ傳熱面積的確定9采用水蒸氣進行升溫，總傳熱系數(shù)K取836kJ/m2C。TOC o 1-5 h z物料t40-60蒸汽T80一110t=40t=5012由文獻9公式4-45得對數(shù)平均溫度差為t=Qt-At)/ln(At/At)m1212=10/ln(50/40)=44.8C由文獻9公式4-44得傳熱面積為S=Q/(KAt)=127580/(836X44.8)=3.41m2m即要求反應釜的傳熱面積

16、達到3.41ml傳熱劑用量的計算由式Q=WCp(t-t)得W=Q/Cp(t-t)=127580/(1.9X8)=8393.4kg2121即每臺反應器需要8393.4kg水蒸氣進行供熱。3.3.2酰胺反應釜1)已知條件單臺反應釜的投料量：反應釜規(guī)格1400/1500X1700(筒體)，V=3000L，數(shù)量1臺。反應要求：物料溫度為45C。2)冷卻過程中，各項冷量值的計算冷卻過程中物料由60C降至45C所需的冷量Q=(4042X1.15+1000X1.08+1325X0.76)X15=101029kJ反應釜的冷損失設45C時，每小時熱損失為50kJ/m2。單臺反應釜的內(nèi)表面積A=3.14X1.4X

17、1.72X2.3005=12.07m2則每臺反應釜7小時損失的熱量Q=12.07X50X7=4224.5kJ所以每臺反應釜需要提供的熱量為101029+4224.5=105253.5kJ(3)傳熱面積的確定若采用15C的循環(huán)水降溫，出口溫度為-20C,總傳熱系數(shù)為836kJ/m2C。物料t60-45冷鹽水T15-25t=45t=2012t=(45-20)/ln(45/20)=31C要求設計反應釜的傳熱面積S=Q/(K-At)=105253.5/(83631)=4.1m2m制冷劑用量的計算W=Q/Cp(t-t)二105253.5/(4.18X7)=3597kg21即每臺反應釜需要3597kg循環(huán)

18、水來進行制冷。第4章主要設備及管道的選擇及計算4.1主要設備選擇及計算411混合釜混合釜結構為帶夾套的立式設備，頂部設置攪拌器。混合釜是該裝置的關鍵設備，內(nèi)設攪拌器和U性管式換熱器，考慮到混合物料為過量100%的濃硫酸和丙酮氰醇發(fā)生酰胺反應，生成a-甲酰胺異丙基硫酸氫酯中間體，為防熱反應，控制溫度為80-100C，根據(jù)100%硫酸腐蝕速度圖選取該設備材質為鉻鎳鉬不銹鋼(00Cr17Ni14Mo2)，以符合工藝要求。由于混合釜內(nèi)U管換熱器內(nèi)介質為冷卻水，一旦泄漏，就會馬上將混合釜內(nèi)的100%硫酸稀釋成稀硫酸，高溫稀硫酸為強腐蝕介質，就會造成整個設備迅速被腐蝕壞掉，造成整個裝置停車，影響生產(chǎn)。通常

19、引進技術U管換熱器采用哈氏合金B(yǎng)2或哈氏合金C4的材質，考慮到一方面哈氏合金B(yǎng)2或哈氏合金C4的材質引進和制造周期較長，另一方面設備投資增大。在國產(chǎn)設計中，U管換熱器材質選用鉻鎳鉬不銹鋼(00Cr17Ni14Mo2)，要求換熱器的每一根U管必須采用無焊縫的整體管制造，也就是混合釜內(nèi)部的每一根U管不允許有任何焊縫，避免了由于焊接工藝不過關導致U管泄漏的發(fā)生。從已開車的MMA裝置的運行記錄可以看出，到目前為止運行5年的混合釜沒有出現(xiàn)任何問題?；旌细锪希罕?0400kgP=800kg/m3V=13m3氫氰酸4850kgP=1205kg/m3V=4.02m3合計體積13+4.02=17.02m3裝

20、料系數(shù)0.85反應釜容積17.02/0.85=20m3選用20000L鉻鎳鉬不銹鋼混合釜。4.1.2酰胺反應釜在混合釜中發(fā)生酰胺化反應，生成a-甲酰胺異丙基硫酸氫酯中間體，在酰胺升溫器中用帶壓高溫導熱油加熱，進一步與100%的濃硫酸發(fā)生轉位反應，生成甲基丙烯酸酰胺硫酸鹽，反應控制溫度為130-140C，根據(jù)硫酸腐蝕速度圖及設計壓力選取該設備材質為哈氏合金B(yǎng)2或哈氏合金C4。（1）酰胺反應釜物料：丙酮氰醇100%硫酸合計體積裝料系數(shù)14500kgP=932kg/m3V=15.56m325000kgP=1840kg/m3V=1.36m315.56+1.36=16.92m30.85反應釜容積16.9

21、2/0.85=19.91m3選用20000L哈氏合金B(yǎng)2反應釜。多級酯化釜已完全反應的酰胺混合物依次依次進入多級酯化釜，并加入一定數(shù)量的中和水溶液和一部分新鮮甲醇，控制酯化反應溫度為75-90C，然后反應混合物進入酯化汽提釜出粗MMA,剩下的廢酸液排入到廢酸槽以進行后處理。在酯化過程中，由于酯化釜中加入了水，工藝物料中存在大量的高溫稀硫酸，因此多級酯化選用帶攪拌的搪瓷釜，同時內(nèi)部構件如溫度計等必須使用搪瓷套管。1）多級酯化釜物料：甲基丙烯酸14330kgP=1010kg/m3V=14.2m3甲醇4200kgP=1110kg/m3V=3.78m3合計體積14.2+3.78=17.98m3裝料系數(shù)

22、0.85反應釜容積17.98/0.85=21.15m3選用22000L搪瓷套管搪瓷反應釜。4.1.4其他設備MMA裝置中其他設備的選擇是根據(jù)MMA的潔凈度的要求選取的，粗MMA的設備材質一般選用碳鋼，貯存成品MMA的設備，為避免MMA出現(xiàn)變色，影響產(chǎn)品純度，設備材質全部選用鉻鎳鉬不銹鋼(00Crl7Nil4Mo2)。2主要物料管道材質選擇98%硫酸、20%發(fā)煙硫酸管道98%硫酸、20%發(fā)煙硫酸原料輸送管道，考慮其為間歇操作，且操作溫度控制在20C，管道材質選擇20號鋼，管道壁厚在通常范圍的基礎上增加0.5mm。100%硫酸管道質量分數(shù)為100%的硫酸輸送管道，為連續(xù)操做，操作溫度為25-35C

23、，同時考慮沖刷腐蝕及MMA產(chǎn)品純度要求，管道材質選擇鉻鎳鉬不銹(00Cr17Ni14Mo2)。丙酮氰醇管道輸送丙酮氰醇的管道，因丙酮氰醇易受熱分解產(chǎn)生氫氰酸，物料呈酸性，具有腐蝕性，管道材質選擇，考慮到丙酮氰醇為高度危害介質，其管道法蘭的壓力等級為2.5MPa。MMA管道輸送MMA的管道，因MMA產(chǎn)品純度要求嚴格，為避免管道出現(xiàn)雜質，影響產(chǎn)品色度，管道材質選擇鉻鎳鉬不銹（00Crl7Nil4Mo2）；為防止MMA10C以上聚合，管道需保冷。考慮到MMA為易燃易爆介質，其管道及法蘭的壓力等級為2.5Mpa.高溫廢酸液輸送管道甲基丙烯酸甲酯裝置生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生大量的廢酸液，其主要成分為高溫稀硫酸（

24、含硫酸20%左右，操作溫度90-125C）,具有強腐蝕性，管道材質選擇鋼襯聚四氟乙烯。生產(chǎn)污水管甲基丙烯酸甲酯生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生的污水主要為地面沖洗水、吸收槽廢水、水環(huán)真空泵定期排出的污水。主要成分是微量的氫氰酸、微量硫酸、微量MMA、微量丙酮等，必須送污水處理廠處理，根據(jù)污水組成采用增強聚丙烯（FRPP）管,FRPP管在-20-120C溫度范圍內(nèi)能輸送酸、堿和鹽類等腐蝕介質，而且能耐丙酮的溶解。結語甲基丙烯酸甲酯裝置中不僅有易燃易爆介質、有毒介質、酸、堿腐蝕等介質，而且存在爆聚的可能性，所以該裝置工藝設計的每一個環(huán)節(jié)都需全面考慮。特別是設備及管道材質的選擇在裝置的設計中是最關鍵的。第5章主反應

25、釜設計混合釜設計5.1.1已知條件工作壓力：釜內(nèi)0.05MPa,夾套W0.25MPa工作溫度：釜內(nèi)W75C，夾套W110C介質：釜內(nèi)為溶液,夾套內(nèi)為水蒸氣,中度腐蝕全容積：20m3傳熱面積：3.41m25.1.2筒體和夾套的設計確定筒體的直徑和高度反應釜容積為20m3對氣-液相類型選取H/D=1.4，估算筒體的內(nèi)徑iD=4V/n(H/D)i/3二(4X20/3.14X1.4)i/3=2.63mii將計算結果圓整至公稱直徑標準系列口，選取筒體內(nèi)徑D=2800mm，查手i冊，D2800mm標準橢圓封頭曲面高度h=740mm，直邊高度h=40mm,封頭容積g=12V=3.12m3，表面積F=8.85

26、m2。由手冊查得，每一米高的筒體容積V=6.16m3,表hh1面積F=8.801H=(V-V)/V=(20-3.12)/6.16=2.74h1筒體高度圓整為H=2800mm確定夾套的直徑和高度對于筒體內(nèi)徑D=2800mm,夾套的內(nèi)徑D=D+200,因此D=2800+200=3000mm,ijij符合壓力容器公稱直徑。估算夾套的高度H=(nV-V)/V=4(V-V)/(nD2)jh10hi=4(22X0.85-3.12)/(3.14X2.82)=2.53m選取夾套高度H=2500mm，貝忸H-H=300mm,這樣是便于筒體法蘭螺栓裝拆。j0j驗算夾套傳熱面積F=FH+F=8.80X2.88.85

27、=33.49m21jh確定夾套的材料和壁厚選用Q-A為夾套材料，查手冊對板厚為4.5-16mm時，得Q-A設計溫度為235235150C的許用應力ot=113MPa,夾套加熱蒸汽系統(tǒng)裝有安全閥，選取夾套設計壓力P=1.1P,即P=0.72MPa。夾套筒體與內(nèi)筒的環(huán)焊縫因無法雙面焊和作相應的w探傷檢查，從安全考慮，夾套上所有焊縫均取焊縫系數(shù)=0.85，取壁厚附加量中的鋼板厚度負偏差C=0.6mm，單面腐蝕取腐蝕裕量C=1mm.12夾套的壁厚為：5二PD/(2ot-P)+C=0.72X3000/(2X113X0.85-0.72)+1.6=12.89mmdj標準橢圓封頭的壁厚附加量也只考慮C和C,加

28、工成型的減薄量由制造廠根12據(jù)加工條件來確定,以保證壁厚符合圖紙數(shù)值,設計計算時可不作考慮,取C=0.6mm,C=1mm，標準橢圓形夾套封頭的壁厚為：125=PD/(2otO-P)+C=0.72X3000/(2X113X0.85-0.72)+1.6=12.89mmdj圓整至鋼板規(guī)格厚度并查閱封頭標準,選取夾套的筒體和封頭的壁厚均為5=13mm。n確定內(nèi)筒的材料及壁厚酯化釜選擇材料為搪瓷釜，筒體受內(nèi)壓取設計壓力為P=0.10MPa，設計溫度為75C，參考前面計算夾套壁厚結果，可知按強度計算內(nèi)筒的壁厚約8mm，而筒體又受外壓作用，按設計外壓P=0.72MPa,所得壁厚必大于內(nèi)壓設計的壁厚，則按外壓

29、穩(wěn)定設計的壁厚，一定能滿足內(nèi)壓強度的要求，可不再作內(nèi)壓設計?？紤]到內(nèi)筒筒體按外壓設計，搪瓷釜受單面腐蝕作用，可初選筒體壁厚5=13mm，并取C=0.8mm,C=1mm，筒體有效壁厚5=5-C=11.2mm,n12enD/5=(2800+13X2)/11.2=252.320e內(nèi)筒受外壓作用的計算長度L為被夾套包圍的筒體部分加凸型封頭高的1/3LH+h+h/3=3000+40+740/3=3287mmj21L/D=3287/2800=1.170查文獻8圖9-7，由D/5=252.32和L/D=1.17查得系數(shù)A=8.0X10-4；再查0e0文獻圖9-8，由系數(shù)A查得系數(shù)8=lOOMPa。筒體的許用

30、外壓為P=B/(D/5)=100/252.32=0.4MPaP=0.3MPaOe因為PP，且比較接近，所以取筒體5=13mm，此時外壓穩(wěn)定和內(nèi)壓強度n均能滿足要求。選取筒體下封頭壁厚5=13mm，壁厚附加量中C=0.8mm,C=1mm，所以筒體下n12封頭的有效壁厚5=5-C=13-1.8=11.2mm；標準橢圓形封頭的外壓計算當量球面en半徑R=KD=0.9X2800=2520mm，計算系數(shù)A為iiA=O.125/(R/5)=O.125/(252O/11.2)=5.56X1O-4ie查文獻8圖9-8，由系數(shù)A查得系數(shù)B=170MP,許用外壓為aP=B/(R/5)=17O/(252O/11.2

31、)=O.76MPaP=O.3MPaie取筒體下封頭壁厚5=13mm，符合外壓穩(wěn)定和內(nèi)壓強度要求。n水壓試驗及其強度校核內(nèi)筒體水壓試驗壓力由P二P+0.1=0.20MPa,P=1.25P=0.125MPa取二者中較TT,大值，取P=0.2MPa；夾套水壓試驗壓力由P=P+0.1=0.82MPa,P=1.25P=0.9MPaTTT取夾套水壓試驗P=0.9MPa。Tj內(nèi)筒水壓試驗時壁內(nèi)應力。=PD+(5-C)/2(6-C)TTinn=0.22800+(13-1.8)/2(13-1.8)X0.85=29.53MPa。=PKD+0.5(5-C)/2(5-C)TfTinn=0.20.9X2800+0.5X

32、(13-1.8)/2(13-1.8)X0.85=26.53MPa夾套水壓試驗是壁內(nèi)應力。=PD+(5-C)/2(5-C)TjTjinn=0.93000+(8-1.6)/2(8-1.6)X0.85=248.69MPa。=PKD+0.5(5-C)/2(5-C)TjfTjfjnn=0.90.9X3000+0.5X(8-1.6)/2(8-1.6)X0.85=223.61MPa因搪瓷在常溫時。=1000MPaS0.9。=0.9X1000MPa=900MPaS可見水壓試驗時內(nèi)筒、夾套壁內(nèi)應力都小于0.9。，水壓試驗安全S5.1.3反應釜的附屬裝置根據(jù)工藝條件要求，查手冊，選取攪拌器外徑2500mm，攪拌軸

33、直徑d=35mm的框式攪拌器。選擇攪拌軸材料為45鋼，查手冊45鋼的許用扭應力。=30-40MPa,計算系數(shù)A=118-107,則攪拌軸的直徑為d=A(P/n)1/3=(118-107)X(1.4/50)1/3=(35.8-32.5)mm考慮物料對軸的腐蝕作用，根據(jù)手冊，選取攪拌軸的直徑為35mm。選用釜用立式減速機，按照攪拌功率，查手冊,選電動Y180M-2，額定功率為22kw,轉速為3OOOr/min,符合攪拌要求。2酯化反應釜設計5.2.1設備設計條件工作壓力：釜內(nèi)0.085MPa,夾套W0.65MPa工作溫度：釜內(nèi)75-100C，夾套W150C介質：釜內(nèi)為溶液，夾套內(nèi)為水蒸氣，中度腐蝕

34、全容積：22m35.2.2筒體和夾套的設計確定筒體的直徑和高度設備容積為22m3對液相類型選型長徑比H/D=1.4。i估算筒體的內(nèi)徑：D=4V/n(H/D)i/3二(4X22)/(3.14X1.4)i/3=2.72mii計算結果圓整至公稱直徑標準系列，選取筒體內(nèi)徑D=2800mm,冊,D=2800mmig標準橢圓封頭曲面高度h=740mm，直邊高度h=40mm,封頭容積V=3.12m3，表面積12hF=8.85m2。由手冊查得，每一米高的筒體容積V=6.158m3，表面積F=8.80m2h11H=(V-V)/V=(22-3.12)/6.158=3.07mh1筒體高度圓整為H=3100mm確定夾

35、套的直徑和高度對于筒體內(nèi)徑D=2800mm,夾套的內(nèi)徑D=D+200,因此D=2800+200=3000mm,ijij符合壓力容器公稱直徑。估算夾套的高度H=(nV-V)/V=4(V-V)/(nD2)jh10hi=4(22X0.85-3.12)/(3.14X2.82)=2.53m選取夾套高度H=2600mm，貝忸H-H=500mm,這樣是便于筒體法蘭螺栓裝拆。j0j驗算夾套傳熱面積F=FH+F=8.80X2.8+8.85=33.49m21jh確定夾套的材料和壁厚選用Q-A為夾套材料，查手冊對板厚為4.5-16mm時，得Q-A設計溫度為235235150r的許用應力ot=113MPa,夾套加熱蒸

36、汽系統(tǒng)裝有安全閥，選取夾套設計壓力P=1.1P,即P=0.72MPa。夾套筒體與內(nèi)筒的環(huán)焊縫因無法雙面焊和作相應的w探傷檢查，從安全考慮，夾套上所有焊縫均取焊縫系數(shù)=0.85，取壁厚附加量中的鋼板厚度負偏差C=0.6mm，單面腐蝕取腐蝕裕量C=1mm.12夾套的壁厚為：5二PD/(2ot-P)+C=0.72X3000/(2X113X0.85-0.72)+1.6=12.89mmdj標準橢圓封頭的壁厚附加量也只考慮C和C,加工成型的減薄量由制造廠根12據(jù)加工條件來確定，以保證壁厚符合圖紙數(shù)值，設計計算時可不作考慮，取C=0.6mm，C=1mm，標準橢圓形夾套封頭的壁厚為：125=PD/(2otO-

37、P)+C=0.72X3000/(2X113X0.85-0.72)+1.6=12.89mmdj圓整至鋼板規(guī)格厚度并查閱封頭標準，選取夾套的筒體和封頭的壁厚均為6=13mm。n確定內(nèi)筒的材料及壁厚酯化釜選擇材料為搪瓷釜，筒體受內(nèi)壓取設計壓力為P=0.10MPa，設計溫度為75C，參考前面計算夾套壁厚結果，可知按強度計算內(nèi)筒的壁厚約8mm，而筒體又受外壓作用，按設計外壓P=0.72MPa,所得壁厚必大于內(nèi)壓設計的壁厚，則按外壓穩(wěn)定設計的壁厚，一定能滿足內(nèi)壓強度的要求，可不再作內(nèi)壓設計。考慮到內(nèi)筒筒體按外壓設計，搪瓷釜受單面腐蝕作用，可初選筒體壁厚6=13mm，并取C=0.8mm,C=1mm，筒體有效

38、壁厚6=6-C=11.2mm,n12enD/6=(2800+13X2)/11.2=252.320e內(nèi)筒受外壓作用的計算長度L為被夾套包圍的筒體部分加凸型封頭高的1/3LH+h+h/3=3000+40+740/3=3287mmj21L/D=3287/2800=1.170查文獻8圖9-7，由D/6=252.32和L/D=1.17查得系數(shù)A=8.0X10-4；再查0e0文獻圖9-8，由系數(shù)A查得系數(shù)8=100MPa。筒體的許用外壓為P=B/(D/6)=100/252.32=0.4MPaP=0.3MPa0e因為PP，且比較接近，所以取筒體6=13mm，此時外壓穩(wěn)定和內(nèi)壓強度n均能滿足要求。選取筒體下封

39、頭壁厚6=13mm，壁厚附加量中C=0.8mm,C=1mm，所以筒體下n12封頭的有效壁厚6=6-C=13-1.8=11.2mm；標準橢圓形封頭的外壓計算當量球面en半徑R=KD=0.9X2800=2520mm，計算系數(shù)A為iiA=0.125/(R/6)=0.125/(2520/11.2)=5.56X10-4ie查文獻8圖9-8，由系數(shù)A查得系數(shù)B=170MP,許用外壓為aP=B/(R/6)=170/(2520/11.2)=0.76MPaP=0.3MPaie取筒體下封頭壁厚6=13mm，符合外壓穩(wěn)定和內(nèi)壓強度要求。n水壓試驗及其強度校核內(nèi)筒體水壓試驗壓力由P=P+0.1=0.20MPa，P=1

40、.25P=0.125MPa取二者中較TT,大值，取P=0.2MPa；夾套水壓試驗壓力由P=P+0.1=0.82MPa，P=1.25P=0.9MPaTTT取夾套水壓試驗P=0.9MPa。Tj內(nèi)筒水壓試驗時壁內(nèi)應力。=PD+(6-C)/2(6-C)TTinn=0.22800+(13-1.8)/2(13-1.8)X0.85=29.53MPa。=PKD+0.5(6-C)/2(6-C)TfTinn=0.20.9X2800+0.5X(131.8)/2(131.8)X0.85=26.53MPa夾套水壓試驗是壁內(nèi)應力。=PD+(5C)/2(5-C)TjTjinn=0.93000+(8-1.6)/2(8-1.6

41、)X0.85=248.69MPa。=PKD+0.5(6-C)/2(6-C)TjfTjfjnn=0.90.9X3000+0.5X(81.6)/2(81.6)X0.85=223.61MPa因搪瓷在常溫時。=1000MPaS0.9。=0.9X1000MPa=900MPaS可見水壓試驗時內(nèi)筒、夾套壁內(nèi)應力都小于0.9。，水壓試驗安全S第6章車間布局設計6.1車間主要設備車間主要設備有：混合反應釜(1臺)，酰胺反應釜(1臺)，酯化反應釜(1臺)，其他有酯化蒸發(fā)釜、中和反應器、中和液分層器、水洗分離器各一臺。6.2車間布局設計6.2.1廠房的整體布局設計甲基丙烯酸甲酯裝置區(qū)東側為丙烯腈裝置，西側為甲基丙烯

42、酸甲酯儲存裝置，北側為預留空地，南側為甲基丙烯酸甲酯車間辦公樓和配電房。甲基丙烯酸甲酯裝置區(qū)為敞開式鋼框架結構，屬甲類火災爆炸危險場所，耐火等級二級。甲基丙烯酸甲酯車間辦公樓(含中控室)布置在裝置區(qū)的北面，建筑面積約1075m2,二層鋼筋混凝土框架結構，危險類別為丙類，耐火等級為二級。各建筑物間距符合規(guī)范要求，布局合理。6.2.2車間的設備布置設計合成車間：長度為100m,寬度為60m,呈長方形，3層，樓層標高5.00m,15.5m。車間設備采用流程式布置，較前的生產(chǎn)工序在上，較后的在下，盡量利用高低位差,使物料采用重力輸送,降低能耗和人力。車間設備布置如下：平面主要設置有酯化釜、罐區(qū)等,二樓

43、主要設置有酰胺反應釜,三樓主要設置有混合釜等。結論和展望（1）市場分析表明,MMA、PMMA模塑料和板材產(chǎn)品在我國市場需求增長迅速,具有廣闊的市場前景。（2）MMA及其下游PMMA是資金密集型產(chǎn)品,項目投資較大,對企業(yè)的資金實力有較高的要求。MMA和PMMA同時又是技密集型產(chǎn)品,PMMA模塑料屬于高新技術改造的傳統(tǒng)材料,為適應LCD等市場的需求,要求的專利技術和配方更為嚴格。如果企業(yè)缺乏產(chǎn)品開發(fā)手段,科研投入不溝,就難以根據(jù)市場需求開發(fā)出新的配方產(chǎn)品。（3）目前世界已經(jīng)工業(yè)化的正在運行的MMA生產(chǎn)技術主要包括丙酮氰醇法（ACH法）、異丁烯法（包括傳統(tǒng)i-C4法、叔丁醇法和ASAHI法）、乙烯法

44、（BASF法）和改進丙酮氰醇法（MGC法），MMA建設的合理經(jīng)濟規(guī)模在4萬tPa以上。根據(jù)國外已發(fā)表的資料，中等規(guī)模裝置（4萬-6萬tPa）的投資異丁烯法要低于丙酮氰醇法，經(jīng)濟效益較好；而丙酮氰醇法的優(yōu)勢在較大規(guī)模的裝置（10萬tPa以上）將顯現(xiàn)出來，其單位投資將明顯降低，具有較強的競爭力，但這將受到原料氫氰酸來源的限制。（4）在我國建設MMA裝置究竟選擇丙酮氰醇法還是異丁烯法，必須根據(jù)市場情況考慮裝置的規(guī)模效應，找到原料、市場和投資的最佳結合點。在國內(nèi)建設裝置如采用丙酮氰醇法應與丙烯腈裝置同時建設，降低原料成本，同時應達到一定的生產(chǎn)規(guī)模。（5）異丁烯法技術成熟可靠，原料異丁醇或異丁烯易得，生

45、產(chǎn)過程較簡單，成本低，具有一定的競爭力，在東亞和東南亞地區(qū)應用廣泛。該技術傳統(tǒng)上由日韓企業(yè)掌握，大多數(shù)公司可以直接轉讓技術。國內(nèi)的中國石油蘭州石化研究院也宣稱和中科院過程研究所合作開發(fā)裂解四碳綜合利用制MMA生產(chǎn)工藝成功，形成了具有自主知識產(chǎn)權的創(chuàng)新技術。致謝時光荏苒，轉眼間四年的大學生活即將結束了?；厥状髮W四年的歲月，心中感觸很多，一些說不出的不舍和感激涌上心頭，我們總是急急忙忙想要長大，可一切真正來臨時，我們卻因為有太多不舍而顯得手足無措。當我寫完這篇畢業(yè)論文的時候，有一種如釋重負和難以割舍的感覺。首先真誠的感謝我的指導老師，他在忙碌的教學工作中擠出時間來審查，修改我的論文。還有教過我的所有老師們，你們嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；他們循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。感謝四年中陪伴在我身邊的同學，朋友，感謝他們?yōu)槲姨岢龅挠幸娴慕ㄗh和意見，有了他們的支持、鼓勵和幫助，我才能充實的度過了四年的學習生活。本論文是在老師的悉心指導下完成的，導