年产15万吨的丙烯氧化法制取丙烯酸的工艺设计摘要本设计综述了国内外丙烯酸生产的工艺及其发展前景。
在对各种丙烯酸的生产工艺进行详细比较的基础上，选择了丙烯两步氧化生产工艺生产丙烯酸。
在物料衡算和热量衡算的基础上，进行了主体设备设计、辅助设备选型以及车间布置等，完成了年产15 万吨丙烯酸生产车间工艺设计。
并绘制了工艺流程图及车间布置图等，对整个工艺方案进行了经济、环保和安全评价，表明该工艺可行，经济合理。
关键词：丙烯酸两步氧化工艺设计Process design with an annual output of 150000 tonsof propylene oxidation method and acrylic acidAbstractThe design review process and its development prospect at home and abroad ofacrylic acid production. Based on detailed comparison in the production process of various acrylic acid on the oxidation of propylene, two step process of producing acrylic acid. Based on the material balance and heat balance of themain equipment, auxiliary equipment selection and design, workshop layout,completed an annual output of 150000 tons of acrylic acid production workshop design. And has drawn up the flow chart and workshop layout, economic,environmental and safety evaluation of the whole process, showed that the process was feasible, economical and reasonable.Keywords: Acrylic ；Two step oxidation ；Process design目录1引言 (6)1.1 概述 (6)1.2 丙烯酸生产工艺技术 (7)1.2.1 氰乙醇法 (7)1.2.2 Reppe法 (7)1.2.3 烯酮法 (8)1.2.4 丙烯腈水解法 (8)1.2.5 丙烯氧化法 (8)1.3 丙烯酸工业生产概况 (9)1.3.1 国外工业生产概况 (9)1.3.2 国内工业生产现状 (10)1.4 丙烯酸生产工艺技术的发展前景 (11)1.5 研究的目的及意义 (12)2 丙烯酸工艺流程的确定 (12)2.1 丙烯酸生产原理 (12)2.2 拟采用的生产工艺 (13)2.3 主要原料及其规格 (13)2.4 工艺流程图 (13)2.5 工艺流程简述 (13)3 物料衡算 (15)3.1 基础数据 (15)3.1.1 全装置工艺数据 (15)3.1.2 工艺配方 (15)3.2 计算基准 (16)3.3 计算 (16)3.3.1 第一氧化反应器的物料衡算 (16)3.3.2 冷却器的物料衡算 (18)3.3.3 第二氧化反应器的物料衡算 (18)3.4 原料消耗综合表 (19)4 热量衡算 (20)4.1 基础数据 (20)4.1.1 计算基准 (20)4.1.2 热量衡算方程式 (20)4.2 热量衡算式中各参数计算方法 (21)4.3 计算 (21)4.3.1 氧化反应器热量衡算 (21)4.3.2 冷却器的热量衡算 (23)4.4 动力消耗综合表 (23)5 设备的工艺设计 (24)5.1 主体设备工艺设计 (24)5.1.1 氧化反应器的设计计算 (24)5.1.2 反应器零部件选用与设计 (27)5.2 辅助设备的设计 (28)5.2.1 冷凝器的设计选型[30] (28)5.2.2 动力设备的选型 (28)5.2.3 泵和管路的选型 (29)5.2.4 物料进、出料管径确定 (31)5.3 工艺设备一览表 (31)6车间布置设计 (33)6.1概述 (33)6.2车间布置的基本依据 (33)6.3厂房布置 (33)6.4设备布置 (33)6.4.1生产操作 (34)6.4.2设备安装 (34)6.4.3安全要求 (34)7安全、储运设计与三废处理 (35)7.1安全设计 (35)7.1.1装置安全 (36)7.1.2人身安全 (36)7.2包装与储存 (37)7.3三废处理 (37)7.3.1废酸的处理 (37)7.3.4废水的处理 (38)8 经济性分析 (38)8.1 投资估算及资金来源 (38)8.1.1 项目投资估算 (38)8.1.2资金来源 (39)8.2财务评价 (40)8.2.1产品成本估算 (40)8.2.2年销售收如何年销售税金及附加估算 (41)9 总结 (42)1引言1.1 概述1.1.1 丙烯酸的物化性质丙烯酸（英文名：Acrylic acid），分子式为C3H4O2，相对分子量为72.06，结构式为CH2=CHCOOH。
比重（20℃）为1.051，外观为无色透明液体，有较强刺激味，沸点141.3℃，熔点13.2℃（近似），闪点54.5℃（开口杯）。
溶于水、乙醇、乙醚等。
化学性质活泼，它是一种重要的不饱和有机酸，其化学结构中含有不饱和碳碳双键和羧基，能与多种化合物通过均聚或缩聚反应，合成一系列丙烯酸共聚物，如丙烯酸酯及聚丙烯酸。
其危险性类别排第8.1类，为高闪点可燃液体及酸性腐蚀品，属于丙烯酰基化合物[1]。
丙烯酸是作为一种非常常见的有机化工产品和原料，它的主要用途是用于生产丙烯酸酯类，同时还可用在制造助洗涤剂、水处理剂和高吸水性树脂等，并且广泛应用于粘合剂、塑料、纺织、皮革、化纤、涂料、石油开采等各个领域[2]。
在20世纪20年代末期，化学家Otto Rohm在使用2-氯乙醇支取羟基丙腈时候由而生产出了丙烯酸，此时第一次完成了对丙烯酸生产工艺的工艺化做出研究[3]。
继而1939年，德国化学家Reppe创造了一种以乙炔、水和一氧化碳为原料，用催化计（剂羰基镍）以此来生产出丙烯酸。
此后，1969年，美国联碳公司向英国BP公司直接引进丙烯氧化法制取丙烯醛从而制取丙烯酸技术，并并且恋碳公司建立了一套专业工业化生产装置。
经过长期的改造和研究，特别针对丙烯氧化催化剂的改进，目前这种方法已成为世界上生产制造丙烯酸的主要生产方法[4]。
1.2 丙烯酸生产工艺技术丙烯酸，作为一种主要的有机化学原料，早在在20世纪30年代就实现了工业化生产，它的生产方法主要经历了：氰乙醇法、雷普(Reppe)法、烯酮法、丙烯腈水解法和丙烯氧化法[5、6]。
1.2.1 氰乙醇法氰乙醇法是世界上最先开始工业化制造丙烯酸及其酯的工艺方法。
分别在1927年和1931年德国和美国相继使用此方法完成了工业化的生产。
但是反应的副产物过多，导致最终的产率很低，仅能达到60~70%之间，并且氰化物含有，对环境的污染很厉害，所以，这种工业方法制取丙烯酸早在50年代就被关闭。
1.2.2 Reppe法德国的Walter Reppe博士在20世纪30年代发现利用自己研究成果的Reppe 反应，可以利用乙炔直接生产获得丙烯酸和丙烯酸酯类。
60年代之前，利用Reppe法或者利用改良后的Reppe法生产丙烯酸及其酯的工艺曾占据着世界主导方法，但是伴随着石油化工技术的不断革新和改善，同样也伴随着对环境保护意识和要求的不断加强，到1976年此种方法已经全部停止使用。
1.2.3 烯酮法这种方法主要是用乙酸或者丙酮作为为原料，磷酸三乙酯做为催化剂，在高温700℃下经过裂解生成乙烯酮。
然后再次与无水甲醛在催化剂（AlCl3或BF3）存在下，在25℃时气相反应，反应生成β-丙内酯。
最后，再与热的磷酸接触生成丙烯酸。
乙烯酮法生产丙烯酸的纯度很高，同时产率也非常高，副产物和未反应的物料也可以循环利用，非常适合工业化连续生产，但是原料乙酸或丙酮价格过高且β-丙内酯时一种致癌物质。
1.2.4 丙烯腈水解法这种方法是由法国Societed’Ugine和美国Sohio共同研制出的工业化生产的工艺流程。
该工艺相对比较简洁，反应过程也比较温和容易达到，设备和投入相对低廉，可同时生产丙烯酸胺。
缺点是对环境的污染比较严重，副产物为大量低廉的硫酸铵。
目前，该流程只有日本旭化成和英国联合胶体还存在并且运行。
1.2.5 丙烯氧化法[7,8]1985年世界丙烯酸生产能力中丙烯氧化法占85％、Reppe法占12％、丙烯腈法、占3％，Reppe法和丙烯腈法逐步被丙烯氧化法所取代。
目前基本上全部采用丙烯氧化法生产工艺。
丙烯氧化法生产经过四十多年的不断改进，尤其是对丙烯氧化催化剂的改进，使丙烯氧化法成为生产丙烯酸的主导方法。
工业生产中应用的丙烯氧化法生产技术主要有俄罗斯的Sohio法、日本触媒法、日本三菱化学法和BASF法[9]。
从丙烯的总转化率和选择性看日本触媒法、日本三菱化学法在技术上比较有优势，也是我国较多引进的技术方法。
目前，世界上工业装置越来越多地采用的主流方法是丙烯氧化法工艺。
该方法以丙烯和空气中的氧气为原料，在水蒸气存在下和250～400℃反应条件下，通过催化剂床层进行反应。
反应分两段进行。
第一步的主反应为：CH2=CHCH3+O2→ C H2=CHCHO+H2O第一步的副反应为：CH2=CHCH3+0.5O2→ CH2=CHCOOH2CH2=CHCH3+7.5O2→ 3CO2+3CO+6H2OCH2=CHCH3+2.5O2→ CH3COOH+3CO2 +H2O第二步的主反应为：CH2=CHCHO+0.5O2→ CH2=CHCOOH第二步的副反应为：2CH2=CHCHO+5.5O2→ 3CO2+3CO+4H2O4CH2=CHCHO+2H2O+O2→ 4CH2O+CH3CHO此外还伴随若干其他副反应发生，并生成丙酸、糠醛、丙酮、甲酸、马来酸等副产物。
1.3 丙烯酸工业生产概况20世纪90年代，丙烯酸系单体面临一个扩展的热潮，随着聚丙烯酸型超吸收剂和家用洗涤剂增量剂的开发和普及，在世界上形成了一个投资兴建丙烯酸及酯单体装置的热潮。
由于其品种繁多、用途广泛、产品附加值高等优点，现在已形成了独立的丙烯酸化工体系[10]。
1.3.1 国外工业生产概况在国外,氰乙醇法是最早生产丙烯酸及其酯的方法，是1937年德国Rohm & Hass公司开发的技术。