【年產(chǎn)8萬噸丙烯酸工藝設(shè)計7600字（論文）】

年產(chǎn)8萬噸丙烯酸工藝設(shè)計目錄TOC\o"1-1"\h\u9290年產(chǎn)8萬噸丙烯酸工藝設(shè)計 123858引言 4215051產(chǎn)品及原料介紹 5189941.1丙烯酸物化性質(zhì) 5230931.2丙烯酸用途 5283561.3丙烯酸生產(chǎn)現(xiàn)狀 6155191.4原料介紹 6155422工藝設(shè)計 8287793工藝計算 1398713.1生產(chǎn)設(shè)計 1322513.2物料衡算 13109643.3熱量衡算 1598374設(shè)備的選型 1868344.1反應(yīng)釜 1892504.1.1體積 1917092對丙烯反應(yīng)物進(jìn)行物料衡算： 19115154.2攪拌器 20305104.3夾套 21113874.4冷凝器 2214294.5工藝尺寸 23125985三廢處理與安全 24255215.1三廢處理 24265065.2安全問題 24324286經(jīng)濟(jì)效益 24286616.1原料消耗 2446486.2成本估算 2414573結(jié)論 2631457參考文獻(xiàn) 27摘要：丙烯酸聚合物能應(yīng)用于涂料、合成纖維、樹脂等工業(yè)方面，我國對丙烯酸及其下游產(chǎn)物需求逐年增加，為了滿足國內(nèi)市場，對其生產(chǎn)工藝、工藝流程進(jìn)行了部分優(yōu)化。先對原料丙烷進(jìn)行脫氫，生產(chǎn)足量丙烯，再用主流方法丙烯氧化法進(jìn)行生產(chǎn)，參考其生產(chǎn)方法，對不合理處進(jìn)行修改，加入一定的創(chuàng)新，對其工藝流程進(jìn)行優(yōu)化。通過計算，確定物料比、冷卻水消耗量，相關(guān)設(shè)備的選型和經(jīng)濟(jì)效益的估算，設(shè)計較為符合生產(chǎn)的丙烯酸工藝。關(guān)鍵詞：丙烯酸；涂料；丙烯氧化法；設(shè)計引言丙烯酸(AA)，分子式為C3H4O2，是有機(jī)合成重要原料之一，其聚合物應(yīng)用于樹脂、建材、涂料等工業(yè)方面[1]。丙烯酸在2012年我國的需求量已達(dá)到全球的三分之一，我國對丙烯酸和丙烯酸下游產(chǎn)物的需求逐年增加，丙烯酸行業(yè)的前景較好[2]。故此，生產(chǎn)和設(shè)計丙烯酸是很有必要的。丙烯酸的合成工藝，即由原料丙烷和攜帶氫氣的丙烷氣，在鉑金屬催化劑上，進(jìn)行加熱，反應(yīng)過程脫氫，對生成的丙烯氣體，進(jìn)入精餾塔精餾后精選分離，以得到較純的丙烯[3-4]。以生成的丙烯與空氣中的氧氣，固定反應(yīng)的溫度，在金屬鉑催化劑上進(jìn)行反應(yīng)，得到丙烯醛。在反應(yīng)第二段中，丙烯醛同樣與空氣中的氧氣反應(yīng)，得到丙烯酸，但過程中會有副產(chǎn)物生成，如丙酮、順丁烯二酸、醋酸等副產(chǎn)物，需要選擇合適的氧化工藝，減少副產(chǎn)物的產(chǎn)量[5]。同時，在氧化過程中需把溫度控制在250~400℃，溫度過低達(dá)不到反應(yīng)要求，過高會造成劇烈反應(yīng)，造成溫度失控，對設(shè)備和人員安全有影響，也會讓催化劑失活。由于丙烯酸易聚合，反應(yīng)中需要加入一些阻聚劑，氧也存在一定的阻聚作用，會在分離塔中加入定量空氣[6]。本設(shè)計在原有的丙烷脫氫工藝上，進(jìn)行回收和再生裝置的設(shè)計，減少成本，提高丙烯產(chǎn)率，后在丙烯兩步氧化的方法上，通過對工藝流程進(jìn)行部分優(yōu)化，對催化劑進(jìn)行擇優(yōu)選擇，以達(dá)到更高的丙烯酸產(chǎn)率。同時，面對生產(chǎn)中產(chǎn)品的分離，廢料的處理和環(huán)境保護(hù)等方面的問題進(jìn)行了不同程度上的改良。1產(chǎn)品及原料介紹1.1丙烯酸物化性質(zhì)丙烯酸(AA)英文名：Acrylicacid分子式：C3H4O2分子量：72.06CAS號：79-10-7EINECS號：201-177-9內(nèi)容性質(zhì)外觀溶解性無色液體與水、乙醚、乙醇混溶熔點13.5°C沸點140.9°C密度1.0511g/cm3閃點54°C折射率1.4224飽和蒸氣壓粘度1.33kPa（39.9°C）1.149(mPa·s,25°C)表1丙烯酸物理化學(xué)性質(zhì)丙烯酸常溫下可以燃燒，當(dāng)其氣態(tài)暴露在空氣中遇火易爆炸，與氧化劑反應(yīng)較快易產(chǎn)生熱，存儲時應(yīng)遠(yuǎn)離氧化劑、高熱、明火等接觸。丙烯酸在常溫常壓下較為活躍，能發(fā)生共聚和均聚，可與水混溶，能與大多有機(jī)溶劑混溶[7]。1.2丙烯酸用途丙烯酸常溫常壓下較為活躍，能夠發(fā)生共聚和均聚，聚合物是比較常見的化工原料，能夠應(yīng)用于制藥、化纖、建材、橡膠等工業(yè)，且可以作為粘合劑、合成樹脂、涂料的原料。丙烯酸還有一些下游產(chǎn)品，丙烯酸酯可以應(yīng)用于建筑方面和壓敏膠黏劑方面，高吸水性樹脂廣泛使用在醫(yī)藥、衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)、采油、水利等方面，丙烯酸橡膠可以用于汽車、建筑行業(yè)，高阻尼材料應(yīng)用于減震方面。故此，丙烯酸和丙烯酸下游產(chǎn)物在國內(nèi)市場應(yīng)用廣泛[8]。1.3丙烯酸生產(chǎn)現(xiàn)狀丙烯酸自1930年開始進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，經(jīng)歷了各種各樣的方法，但自1999年后，國際社會普遍使用丙烯氧化法。中美歐是世界最重要丙烯酸生產(chǎn)地，自2012后，中國成為世界丙烯酸產(chǎn)量最多的國家。同年，我國丙烯酸的需求占到全球的三分之一，丙烯酸產(chǎn)業(yè)已經(jīng)應(yīng)用于我國各個行業(yè)和領(lǐng)域[9]。國內(nèi)對丙烯酸和丙烯酸相關(guān)產(chǎn)物的需求逐年增加，使用丙烯兩步氧化法，選擇高效的催化劑，合適的氧化工藝，控制氧化過程中的溫度，加入適當(dāng)?shù)淖杈蹌?，防止丙烯酸的聚合，達(dá)到節(jié)約生產(chǎn)成本的同時，提高生產(chǎn)率，滿足國內(nèi)對丙烯酸產(chǎn)能的需求。1.4原料介紹中文名：丙烷英文名：Propane分子式：C3H8分子量：44.10CAS號：74-98-6EINECS號：200-827-9丙烷易燃，具有一定的麻醉作用，在空氣中易形成爆炸混合物，故應(yīng)遠(yuǎn)離熱源、明火、氧化劑、鹵素物質(zhì)等，存儲于通風(fēng)較好、陰涼的地方，且要具有相應(yīng)的泄露應(yīng)急處理的設(shè)備。丙烷對土壤、水體、大氣等都有一定的危害，運(yùn)輸存儲過程中應(yīng)注意安全[10]。表2丙烷物理化學(xué)性質(zhì)內(nèi)容性質(zhì)外觀溶解性無色氣體微溶于水熔點沸點飽和蒸氣壓閃點臨界溫度臨界壓力相對密度（水=1）-187.6oC-42.1oC53.32kPa(-55.6oC)-104oC96.8oC4.25MPa0.58（-44.5oC）1.5中間產(chǎn)物1.5.1中文名:丙烯

英文名:Propylene

分子式:C3H6

分子量:42.08

CAS號:115-07-1表3丙烯物理化學(xué)性質(zhì)內(nèi)容性質(zhì)外觀溶解性無色氣體不溶于水熔點沸點折射率閃點密度-185oC-47.7oC1.3567-108oC0.519g/cm3丙烯易燃，燃燒會產(chǎn)生有害物質(zhì)，暴露在空氣中遇火會爆炸，與氧化物反應(yīng)猛烈且會產(chǎn)生大量熱，故存放時遠(yuǎn)離明火、酸、氧化劑等。其含量較高時，會引起人員的中毒，運(yùn)輸中鋼瓶不得碰撞，防暴曬，遠(yuǎn)離人群。1.5.2中文名:丙烯醛

英文名:Acrolein

分子式:C3H4O

分子量:56.063

CAS號:107-02-8表3丙烯醛物理化學(xué)性質(zhì)內(nèi)容性質(zhì)外觀溶解性無色（淡黃色）液體溶于水熔點沸點折射率閃點飽和蒸氣壓-87.7oC-52.5oC1.4022-26oC28.53kPa(20℃)丙烯醛易燃，毒性強(qiáng)，易損傷全身器官，對環(huán)境危害大，故儲存過程中需嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)離明火、酸、堿、氧化劑等，不得儲存過多。運(yùn)輸過程中防靜電，同時要輕拿輕放。2工藝設(shè)計2.1設(shè)計項目及原理2.1.1設(shè)計項目年產(chǎn)8萬噸丙烯酸工藝設(shè)計2.1.2設(shè)計原理主反應(yīng)CC生產(chǎn)過程中伴有副反應(yīng)的發(fā)生，會生成甲酸、丙酸、乙醛、丙酮等多種有機(jī)化合物，選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎﹣頊p少副產(chǎn)物量，加入阻聚劑防止產(chǎn)物的聚合，從而增加了丙烯酸的純度。2.2工藝流程2.2.1反應(yīng)裝置通過原料丙烷和氫氣，在大約3MPa的壓力下，充分混合后加熱，應(yīng)用鉑金屬作為催化劑，反應(yīng)脫氫，再精餾后進(jìn)行分離，得到產(chǎn)物丙烯。反應(yīng)裝置有換熱器、反應(yīng)器和加熱器。只有提供足夠的熱量，丙烷脫氫才能生成足量的丙烯，故在排放物料時需提供熱量。同時，原物料與排放的物料存在傳熱過程，最后排放物料送去回收系統(tǒng)進(jìn)行回收利用。2.2.2回收過程反應(yīng)器排出的物料，需先進(jìn)行冷卻，再進(jìn)行干燥、壓縮、脫水等工藝后，送達(dá)冷卻箱繼續(xù)冷凝，其中氣體會離開冷卻箱，大約90%的氫氣和部分循環(huán)氣。這些氫氣中會存在一些雜質(zhì)，一部分為丙烯，另一部分為丙烷，經(jīng)過離心泵輸送到精餾塔進(jìn)行精餾，以達(dá)到回收丙烷和丙烯的作用[11-12]。圖1丙烷脫氫工藝流程圖2.2.3再生裝置丙烷脫氫再生工藝部分，使鉑催化劑回歸到原狀態(tài)，去除鉑催化劑上面的水分和部分焦炭。反應(yīng)器和再生器已經(jīng)形成了密閉的循環(huán)流動，再生裝置與反應(yīng)裝置各自獨立，就算再生裝置不能繼續(xù)工作，丙烷脫氫反應(yīng)裝置也不會受到影響。圖2丙烷脫氫再生工藝流程圖2.3工藝流程的優(yōu)化在工藝流程確定下來，可以進(jìn)行丙烷脫氫、丙烯丙烷分離、丙烯氧化等工藝的全流程優(yōu)化。圖3丙烷脫氫、丙烯氧化全流程圖3工藝計算3.1生產(chǎn)設(shè)計生產(chǎn)計劃：80kt/a丙烯酸年總產(chǎn)時間：8200h平均每小時的產(chǎn)量：80000t÷8200h=9.756t/h一等品純度為99.5%，則：9.756t/h×99.5%=9.707t/h預(yù)估損耗3%，則：9.707t/h÷(1-3%)=10.007t/h3.2物料衡算3.2.1丙烷脫氫原料丙烷在恒定壓強(qiáng)、恒定溫度下，通過鉑金屬催化劑床層，進(jìn)行脫氫反應(yīng)，后精餾分離得到產(chǎn)物丙烯。丙烯的轉(zhuǎn)化率大致為85%。丙烷的進(jìn)料量：5.969t/h×44÷42÷85%=7.357t/h轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的量：7.357t/h×1000kg/t÷44=167.205kmol/h氫氣的出料量：5.969t/h×2÷44=0.271t/h轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的量：0.271t/h×1000kg/t÷2=135.5kmol/h3.2.2一步氧化丙烯在300~400℃下與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)生產(chǎn)丙烯醛。丙烯醛的轉(zhuǎn)化率約為98%。C丙稀的進(jìn)料量：7.799t/h×42÷56÷98%=5.969t/h轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的量：5.969t/h×1000kg/t÷42=142.119kmol/h氧氣的進(jìn)物量：5.969t/h×32÷42=4.548t/h轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的量：4.548t/h×1000kg/t÷32=142.031kmol/h水的出物量：7.799t/h×18÷56=2.507t/h轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的量：2.507t/h×1000kg/t÷18=139.278kmol/h3.2.3兩步氧化丙烯醛在250~320℃下與空氣中氧氣繼續(xù)氧化可生產(chǎn)產(chǎn)物丙烯酸。丙稀酸的轉(zhuǎn)化率約為99.8%。C丙烯醛的進(jìn)料量：10.007t/h×56÷72÷99.8%=7.799t/h轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的量：7.799t/h×1000kg/t÷56=139.986kmol/h氧氣的進(jìn)料量：7.799t/h×32÷2÷56=2.228t/h轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的量：2.228t/h×1000kg/t÷32=69.625kmol/h3.2.4物料衡算表表4丙烷脫氫段名稱進(jìn)料（t/h）出料（t/h）丙烷氫氣丙烯總計7.357————7.357——0.2715.9696.240表5丙烯一步氧化段名稱進(jìn)料（t/h）出料（t/h）丙烯氧氣丙烯醛水總計5.9694.548————10.517————7.7992.50710.306表6丙烯兩步氧化段名稱進(jìn)料（t/h）出料（t/h）丙烯醛氧氣丙烯酸總計7.7992.228——10.027————10.00710.0073.3熱量衡算3.3.1各物料比熱容表7各物質(zhì)熱性質(zhì)物料Cp,m(kJ/kg·oC)丙烯丙烷丙烯醛丙烯酸氧氣氫氣水1.5441.6932.0052.0010.9091.4054.230注：為了可以輕松表示下標(biāo)，A字符表示丙烯，B字符表示氫氣，C字符表示氧氣，D字符表示丙烯醛,E字符表示丙烯酸。3.3.2丙烷脫氫的熱量計算（1）Q1為丙烷加熱所需要的熱量，由于催化劑的量有限，可忽略催化劑在過程中吸收的熱量。即：丙烷從25oC加熱到610oC需要的熱量：Q1=CMT=1.544×7.357×1000×(610-25)=6.65×106kJ（2）Q2為物料升高溫度所需要的熱量，a．丙烯的熱量計算:丙烯的平均溫度：t=(590+630)÷2=610℃，查閱資料，該溫度下丙烯的比熱容約為1.544kJ/kg·oC所以QA=MCpT=1.544×5.969×1000×(610-25)=5.39×106kJb．氫氣的熱量計算:氫氣的平均溫度t=(590+630)÷2=610℃，查閱資料，該溫度下氫氣的比熱容為1.405kJ/kg·oCQB=MCpT=0.271×1000×1.405×（610-25）=2.23×105kJ所以，Q2=QA+QB=5.61×106kJ（3）Q3為丙烷脫氫過程中的設(shè)備損耗的熱量，當(dāng)反應(yīng)塔和反應(yīng)釜的表面積約為12.5m2、8.5m2時，反應(yīng)釜的溫度約為630oC，反應(yīng)塔的溫度約為590oC，室溫20oC，反應(yīng)塔和反應(yīng)釜之間的傳熱系數(shù)約為7.202kJ/m2·h·oC，那么：Q釜=KTSt=7.202×610×8.5=3.73×104kJQ塔=KTSt=7.202×570×12.5=5.13×104kJ即Q3=Q釜+Q塔=3.73×104+5.13×104=8.86×104kJ（4）丙烷脫氫的總的熱量計算為：Q總=Q1+Q2+Q3=6.65×106+5.61×106+8.86×104=1.23×107kJ丙烷脫氫需要消耗的水蒸汽的量:M=1.23×107÷2700=4.56×103kg3.3.3一步氧化的熱量計算（1）Q1為丙烯、氧氣加熱所需要的熱量，同上可忽略催化劑的影響。那么：丙烯從25oC加熱到350oC需要的熱量：QA=CMT=1.544×5.969×1000×(350-25)=2.99×106kJ氧氣從25oC加熱到350oC需要的熱量：QC=CMT=0.909×4.548×1000×(350-25)=1.34×106kJ所以，Q1=QA+QC=4.33×106kJ（2）Q2為物料升高所需要的熱量，a．丙烯醛的熱量計算:丙烯醛的平均溫度為：t=(300+400)÷2=350℃，查閱資料，該溫度下丙烯醛的比熱容為2.005kJ/kg·oC所以，QD=MCpT=2.005×7.799×1000×(350-25)=5.08×106kJb．水的熱量計算水的平均溫度為t=(300+400)÷2=350℃，查閱資料，該溫度下水的比熱容為4.23kJ/kg·oCQ水=MCpT=2.507×1000×4.23×（350-25）=3.45×106kJ所以，Q2=QD+Q水=8.53×106kJ（3）Q3為丙烯一步氧化過程中的設(shè)備損耗的熱量，當(dāng)反應(yīng)塔和反應(yīng)釜的表面積為9.5m2、6.5m2時，反應(yīng)釜的平均溫度約為400oC，反應(yīng)塔的平均溫度約為300oC，室溫20oC，反應(yīng)釜和反應(yīng)塔的傳熱系數(shù)為7.202kJ/m2·h·oC，則：Q釜=KTSt=7.202×380×6.5=1.78×104kJQ塔=KTSt=7.202×280×9.5=1.92×104kJ所以，Q3=Q釜+Q塔=1.78×104+1.92×104=3.7×104kJ（4）一步氧化總的熱量計算：Q總=Q1+Q2+Q3=4.33×106+8.53×106+3.7×104=1.29×107kJ一步氧化需要消耗的水蒸汽的量:M=1.29×107÷2700=4.78×103kg3.3.4二步氧化的熱量計算（1）Q1為丙烯醛、氧氣加熱過程中所需要的熱量，同上，可忽略催化劑的影響。所以：丙烯醛從25oC加熱到285oC需要的熱量：QD=CMT=2.005×7.799×1000×(285-25)=4.07×106kJ氧氣從25oC加熱到285oC需要的熱量：QB=CMT=0.909×2.228×1000×(285-25)=5.27×105kJ所以，Q1=QA+QB=4.60×106kJ（2）Q2包括各物料升溫所吸收的熱，丙烯酸熱計算：丙烯醛平均溫度：t=(250+320)÷2=285℃,查閱資料，該溫度下丙烯醛的比熱容為1.707kJ/kg·oC,故QE=MCpT=1.707×10.007×1000×(285-25)=4.44×106kJ（3）Q3為兩步氧化過程中的設(shè)備損耗的熱量，當(dāng)反應(yīng)釜和反應(yīng)塔的表面積為9.5m2、6.5m2時，反應(yīng)釜的平均溫度為320oC，反應(yīng)塔的平均溫度為240oC，室溫20oC，反應(yīng)塔和反應(yīng)釜之間的傳熱系數(shù)為7.202kJ/m2·h·oC，那么：Q釜=KTSt=7.202×320×6.5=1.50×104kJQ塔=KTSt=7.202×240×9.5=1.64×104kJ即Q3=Q釜+Q塔=1.50×104+1.64×104=3.14×104kJ（4）兩步氧化總的熱量計算：Q總=Q1+Q2+Q3=4.60×106+4.44×106+3.14×104=9.03×106kJ兩步氧化需要消耗的水蒸汽的量:M=9.03×106÷2700=3.44×103kg3.3.5其他部分主要是產(chǎn)品升溫所吸收熱量。產(chǎn)品升溫吸熱：QAA=MAACAA×(400-240)=10.007×1000×1.972×160=3.16×106kJ蒸汽量：M=3.16×106÷2700=1.17×103kg所有階段共需蒸汽：Q總=4.56+4.78×103+3.44×103+1.17×103=1.395×104kg表8各段的蒸汽量階段丙烷脫氫一步氧化兩步氧化其他部分總計蒸汽量4.56×103kg4.78×103kg3.44×103kg1.17×103kg1.395×104kg當(dāng)生成丙烯酸為10.007t/h時，每小時需要提供1.395×104kg水蒸汽，才能使反應(yīng)能夠正常進(jìn)行。4設(shè)備的選型4.1反應(yīng)釜4.1.1體積對丙烯反應(yīng)物進(jìn)行物料衡算：V=Q×t×(1+η)，Q=QA+QB，QA=nAMA÷(ρA×t)其中：QA——丙烯體積流量，cm3/sQB——氧氣體積流量，cm3/snA——單位時間丙烯摩爾數(shù)，mol/hMA——丙烯的摩爾質(zhì)量，g/mol當(dāng)丙烯的密度為0.00149g/cm3時，QA=nAMA÷(ρA×t)=142.119×1000×42.08÷(0.00149×3600)=1.15×106cm3/s當(dāng)氧氣的密度為0.001429g/cm3時，QB=201.656×1000×32.00÷(0.001429×3600)=1.25×106cm3/sQ=QA+QB=2.4×106cm3/s當(dāng)丙烯酸在反應(yīng)釜中停留15.6s，η攪拌器系數(shù)為0.05則：V=Q×t×(1+η)=2.4×106×15.6×(1+0.05)=39.38m3查資料，裝料系數(shù)ψ取0.9。所以，有效體積V有效=V/0.9=39.38/0.9=43.75m34.1.2底面直徑、高度H=1.30D直徑D=3物料面的深度h=4V有效/πD2=4.55m高度H=1.30D=1.30×4.55=5.92m查資料，D取3500mm。4.1.3溫度、壓力設(shè)計溫度為300oC，物料的平均密度：ρA取Pw=1.5MPa，則：PT=Pw+ρgh=1.5×106+0.0014×9.8×4.55×1000=1.5MPa設(shè)計壓力P設(shè)=1.2PT=1.2×1.5=1.8MPa4.1.4厚度當(dāng)P設(shè)=1.8MPa，D=3500mm，T設(shè)=300o，φ=1.0時，則[σt]=99MPa，2.00mm的腐蝕量。厚度S：S=Sd=C2+S=32.11+2.00=34.11mm再取C1=0.25，那么，Sd+C1=34.36mm，則厚度為35mm。4.2攪拌器4.2.1規(guī)格查資料，選d/D=0.33，d=1.16m，葉寬0.2m。當(dāng)葉輪高度1.16m，需要安裝6塊0.2m的擋板。4.2.2功率雷諾數(shù)：Re=其中d取1.16m，n取1.5r/s，μ取2.5×10-4Pa·s。所以，Re=7.79×104＞2000，此時為湍流。查閱資料，該雷諾數(shù)時功率為5.8。綜上，功率N=ρn3d5Np=13955.7W。4.3夾套4.3.1傳熱系數(shù)a．丙烯酸傳熱系數(shù)α=0.023由于丙烯酸被降溫，故b=0.3。查閱資料，可知氣態(tài)下丙烯酸的熱導(dǎo)率約為0.1。Pr=所以，Pr=2.5×10-4×2.01×103÷0.1=5.025綜上，α=0.023×0.1÷0.02×（7.79×104）0.8×5.0250.3=1528.51b．冷卻水傳熱系數(shù)α=0.023由于水被加熱，故b=0.4。查閱資料，可知此時水的熱導(dǎo)率約為0.62，粘度為2.98×10-3Pa·s,速度為2m/s。Pr=所以，Pr=2.98×10-3×4.23×103÷0.62=20.33Re=所以，Re=0.02×1000×2÷2.98×10-3=1.35×104綜上，α=0.023×0.62÷0.02×（1.35×104）0.8×20.330.4=4793.04忽略管子上的污垢對傳熱的影響，1所以，總傳熱系數(shù)K=1/(8.63××10-4)=1158.75W/(m2·oC)。4.3.2面積Q=KStmtm=(t1-t2)/ln(t1/t2)=(210-120)/ln(210/120)=160.8oC即S=Q/(Ktm)=4.8×106/(1158.75×160.8)=25.76m24.4冷凝器4.4.1換熱器類型換熱器管程和殼程交界處之間溫度差距大，需用管板式換熱器。4.4.2傳熱面積入換熱器時丙烯酸為蒸氣，且丙烯酸是被降溫的流體，故丙烯酸在殼程中流動，水會產(chǎn)生鈣鎂等離子聚集，管內(nèi)易清洗，故水在管程中流動。管內(nèi)冷卻水2m/s。平均推動力：Δ進(jìn)入換熱器：丙烯酸1.62kJ/(kg·oC)，水4.906kJ/(kg·oC)流出換熱器：丙烯酸1.14kJ/(kg·oC)，水4.185kJ/(kg·oC)。所以Q1=mcp1T=10.007×103×1.62×160.8+3.44×103×160.8×4.906=5.32×106kJ/hQ2=mcp2T=10.007×103×160.8×1.14+3.44×103×4.185×160.8=4.15×106kJ/hQ總=Q1+Q2=9.47×106kJ/h每小時管程中水的用量：q=Q總/(c水t)=9.47×106/(4.185×50)=45256.87kg/h所以傳熱面積A=Q4.5工藝尺寸4.5.1管數(shù)n單管程：ns=4vL=多管程采用四管程：L’=L/4=12.69/4=3.18m，間距為40mm。4.5.2殼體a．直徑D=2d0+t(nc-1)其中，D、d0分別為換熱器內(nèi)外徑，nc=1.1≈8所以，D=2×25+40×(8-1)=330mm，取400mm。b．厚度S=操作壓力Pc=1.80MPa，D=400mm，t=75,=0.85。所以，S=1.80×400/(2×0.85×120-1.80)=3.56mm，取3.60mm。4.5.3接管管程：流速為2m/s：d=殼程：流速為4m/s：d=4V5三廢處理與安全5.1三廢處理丙烷脫氫、丙烯氧化過程中會產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水、廢渣以及生成的廢氣，對于工業(yè)三廢問題，進(jìn)行一系列的處理，嚴(yán)格按照國家規(guī)定要求進(jìn)行三廢的排放。廢氣中的鍋爐廢氣，應(yīng)采用硫化物較少的燃燒物，生產(chǎn)中可回收氣體要回收，對環(huán)境有害氣體要稀釋后進(jìn)行處理，達(dá)標(biāo)后才能排放。生產(chǎn)的副產(chǎn)物、工業(yè)廢水及生活廢水等，經(jīng)過污水處理池，進(jìn)行降解、稀釋等處理，達(dá)標(biāo)后排放至國家允許的地區(qū)。保護(hù)我們的生態(tài)環(huán)境，是每一個化工生產(chǎn)部門應(yīng)當(dāng)做的。5.2安全問題化工安全一直是人們關(guān)心的話題，日常生活中的大多數(shù)生活產(chǎn)品都來源于化工廠的生產(chǎn)，但近幾年來化工廠的爆炸時有發(fā)生，所以化工生產(chǎn)安全問題已經(jīng)刻不容緩了。首先，人員的安全是最重要的的，每個在工廠的人員都應(yīng)佩戴安全帽，一線工人還要嚴(yán)格按要求穿安全服（氧氣罩）等，熟知化工生產(chǎn)安全知識。其次，運(yùn)輸過程中的問題，對于罐裝車和管道要定期的進(jìn)行檢查，易燃易爆、腐蝕性強(qiáng)、有毒等物質(zhì)，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行存放和裝卸。最后，應(yīng)有專門的消防裝置、安全疏松通道等，工作人員定期進(jìn)行消防演練。6經(jīng)濟(jì)效益6.1原料消耗表9原料消耗表名稱消耗（按一小時算）丙烷7.357t催化劑0.20t氧氣4.502t電3000Kw·h水蒸氣13.95t6.2成本估算經(jīng)過網(wǎng)上查閱，丙烷的價格約為5000元/噸，氧氣的價格約為1200元/噸，所以原料每小時花費(fèi)約為：5000×7.357+1200×4.502=42187.5元產(chǎn)品丙烯酸的價格約為9600元/噸，那么生產(chǎn)10.007t丙烯酸收入約為：9600×10.007=96067.2元設(shè)工人的平均工資6000元/月，有300員人工，那么每月工人總支出約為：6000×300=1800000元每小時平均人工費(fèi)用約為：1800000/(30×24)=2500元查相關(guān)信息，得知普通公司每小時耗電約為3000Kw·h，公司的電費(fèi)約為0.8元每千瓦時，那么每小時公司用電的消費(fèi)約為：3000×0.8=2400元水蒸汽每噸消耗約為300元，那么每小時水蒸氣的費(fèi)用約為：13.95×300=4185元此外，車間會存在一些問題，估算每小時耗費(fèi)約為500元，后續(xù)處理費(fèi)用每小時約為150元。所以進(jìn)行計算此生產(chǎn)工藝每小時總成本約為：42187.5+2500+2400+4185+500+150=51922.5元平均每小時產(chǎn)生的利潤約為：96067.2-51922.5=44144.7元表10消耗明細(xì)名稱單價合計（一小時）丙烷5000元/噸36785.00元氧氣1200元/噸5402.40元電0.8元/千瓦時2400.00元水蒸氣450元/噸4185.00元人工2500.00元/時2500.00元車間500元/時500.00元后續(xù)處理150元/時150.00元總計丙烯酸——9600元/噸51922.50元96067.20元剩余——44144.70元結(jié)論我國對丙烯酸需求逐年增加，丙烯酸的生產(chǎn)需要不斷地優(yōu)化，從而降低生產(chǎn)的成本，正如此，我進(jìn)行了丙烯酸的工藝設(shè)計。通過查閱相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)目前工廠均采用丙烯兩步氧化法，對于丙烯采用丙烷脫氫技術(shù)生產(chǎn)，在確定工藝流程后，應(yīng)用CAD軟件對丙烯酸的工藝和設(shè)備的選擇進(jìn)行畫圖。設(shè)計過程中對塔進(jìn)行相關(guān)衡算，查閱資料和計算后，確定相關(guān)設(shè)備的選型和設(shè)計方案。一系列的工藝設(shè)計后，對三廢處理和生產(chǎn)過程中存在關(guān)于安全問題進(jìn)行一定的闡述，以及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行評估。丙烯兩步氧化法能較大程度上生產(chǎn)丙烯酸，但設(shè)計仍會存在不少問題，且設(shè)計要應(yīng)用于工廠生產(chǎn)也存在大量問題，如何減少上述問題，讓設(shè)計與生產(chǎn)能緊密相連，是未來需要處理的。參考文獻(xiàn)[1]安家駒主編;包文滁,王伯英等合編.實用精細(xì)化工辭典.北京：中國輕工業(yè)出版社.2000.[2]周宏中.國內(nèi)外丙烯市場現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2004，22（9）:2