年產1000噸丙烯酸乙酯生產設計

1、南華大學化學化工學院畢業(yè)設計一 前言丙烯酸乙酯(ethyl acrylate),又名敗酯酸乙酯，分子式CH2=CHCOOCH2 CH3，無色有刺激性氣味的液體，具有催淚性,味酸,在標準狀態(tài)下容易聚合,在熱、光和過氧化物的條件下加快它的聚合，分子量100.12，凝固點-75，沸點99.4，相對密度0.9405(20/4)，折射率1.404，閃點15，難溶于水,能溶于醇和醚。丙烯酸乙酯的實際使用是將其制成聚合物或共聚物，丙烯酸乙酯的聚合物能做皮革的防裂劑或涂料的基液, 丙烯酸乙酯與5%氯乙基乙烯基醚的共聚物是一種耐油,耐熱性能良好的合成橡膠。在某些情況下它可代替丁氰橡膠；丙烯酸乙酯與乙烯的共聚物是

2、一種熱融性粘合劑, 丙烯酸乙酯可做防護涂料，油漆、粘合劑和紙張漬劑的原料。丙烯酸酯橡膠（簡稱ACM）是以丙烯酸酯為主單體經共聚而得的彈性體，其主鏈為飽和碳鏈，側基為極性酯基。由于特殊結構賦予其許多優(yōu)異的特點，如耐熱、耐老化、耐油、耐臭氧、抗紫外線等，力學性能和加工性能優(yōu)于氟橡膠和硅橡膠，其耐熱、耐老化性和耐油性優(yōu)于丁腈橡膠。ACM被廣泛應用于各種高溫、耐油環(huán)境中，成為近年來汽車工業(yè)著重開發(fā)推廣的一種密封材料，特別是用于汽車的耐高溫油封、曲軸、閥桿、汽缸墊、液壓輸油管等，目前國內需求幾乎全部依賴進口。ACM的共聚單體可分為主單體、低溫耐油單體和硫化點單體等三類單體。常用的主單體有丙烯酸甲酯、丙烯

3、酸乙酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸-2-乙基己酯等；隨著側酯基碳數增加，耐寒度增加，但是耐油性變差，為了保持ACM良好耐油性，并改善其低溫性能，便合成一些帶有極性基的低溫耐油單體。1、 目前國內生產和消費的情況：盡管丙烯酸乙酯溶劑表面涂料增長速度較慢,但用于汽車表漆等溶劑表面涂料卻增長較快。 丙烯酸乙酯乳膠表面涂料今后將顯適度增長的趨勢。 丙烯酸乙酯目前在國內的產量大約3萬噸/年.生產廠家主要有北京東方化工廠,吉林化學工業(yè)公司,上海浦東開發(fā)區(qū)高橋石化公司。2、 丙烯酸乙酯幾種生產工藝的比較丙烯酸乙酯在歷史上曾經經歷過幾種不同的生產方法,較早的有Reppe法,氰乙醇法,后來還出現了乙烯酮法,丙烯氧化法等

4、。其中(1)Reppe法:以乙炔,一氧化碳及水為原料,反應溫度150,反應壓力為1.52-3.04Mpa。用羥基鎳做催化劑,進行液相反應生產，化學反應過程如下：CHCH + CO + CH3H2OH CH2 =CHCOOC2 CH3由于在較高的溫度,壓力下,反應進行相當緩慢,且羥基鎳(沸點43)分解和揮發(fā)嚴重。乙炔會分解以及乙炔與丙烯酸(酯)極易發(fā)生聚合引起危險等原因,對生產極不利。（2）氰乙醇法：其法是最早工業(yè)化生產丙烯酸及其酯類的方法，由于反應過程中聚合物的生成不可避免，因此收率較低，僅為6070%，成本高；且氰化物劇毒，嚴重污染環(huán)境，采用此技術的生產裝置已于50年代全部關閉。（3）乙烯酮

5、法：乙烯酮法產品純度高收率也較高，副產物和未反應的物料能多次使用，適用于連續(xù)生產，反應條件也比較簡單。但原料是乙酸或丙酮，價格相對于丙烯來說較貴，而且-丙內酯已被公認為一種致癌物質。 （4）丙烯氧化法：近年來，通過不斷改進催化劑的性能和工藝過程，優(yōu)點更加明顯，因此該技術問世以來，快速發(fā)展到世界各國，目前新建丙烯酸酯的生產裝置一般采用丙烯酸直接氧化技術?，F國內生產對丙烯酸乙酯的需求量的不斷增長，生產能力雖然能勉強滿足實際生產的需要，但所得產品的收率與國外相比差距很大，副產品數量大。所以我們要不斷完善現在有的商場工藝，提高產品質量，擴大生產規(guī)模，也可考慮采用先進生產技術新建新的丙烯酸乙酯生產裝置，

6、這樣不僅可以滿足國內對丙烯酸乙酯的需求，而且也有助于推動我國涂料，油漆等行業(yè)的發(fā)展。本設計采用以丙烯酸和乙醇為原料，以濃硫酸為催化劑，甲苯為反應介質，在溫度為100-110，壓力為常壓的反應條件下合成丙烯酸乙酯的工藝路線。在此基礎上確定了酯化反應釜，并通過物料衡算和能量衡算，確定了反應釜及輔助設備的工藝尺寸以及經濟效益的評價。此外還對工藝流程進行了初步的優(yōu)化，同時也兼顧了環(huán)保方面的要求。達到了設計任務的要求。二 設計任務1 設計項目：年產1000噸的丙烯酸乙酯的生產車間設計2 產品名稱：丙烯酸乙酯3 原料規(guī)格：丙烯酸 95%（wt） 乙醇 95%（wt）4 產品規(guī)格：純度99.5%催化劑5 生

7、產方法：丙烯酸在甲苯為反應介質以濃硫酸為催化劑的作用下與乙醇發(fā)生酯化反應，生成丙烯酸乙酯。采用間歇操作，反應方程式：CH2=CHCOOH + CH3CH2OH CH2=COOCH2CH3 + H2O6 反應工藝參數：1）反應溫度：1102）反應壓力：0.1Mpa3）原料配比：醇：酸=1：1.8（摩爾比）4）反應轉化率：96%（限量物） 選擇性：97%5）反應時間：4h6）催化劑：濃硫酸7）年生產時間：330天，每天三班8）年生產能力：折算為100%丙烯酸乙酯1000噸/年三 設計指導思想和設計原則1 指導思想：通過畢業(yè)設計使化工專業(yè)的學生初步地掌握工藝設計的一般程序和方法，受到化工設計的訓練，

8、使其具有一定的化工設計能力，對今后不論從事生產、基建、還是從事科研或管理工作都有十分重要的意義，對化工過程有更深地了解。2 設計原則：包括各專業(yè)、各方面的設計原則，如工藝路線的選擇，設備的選型和材質選用，自控水平等原則。一般來說，總的設計原則是安全性、經濟性、環(huán)保性、方便易行等。四 生產方式的選擇化工生產的操作可分為全間歇，半間歇，連續(xù)，半連續(xù)四種由于本設計僅為1000噸的小型設計，采用間歇操作比較有利丙烯酸乙酯生產能力根據設計任務規(guī)定為年產100丙烯酸乙酯1000噸/年，取年工作日為330天，每天生產三班，則每班生產能力為1010kg/d。這樣的規(guī)模采用間歇操作是比較合理的。 生產控制參數及

9、具體操作:原料配比丙烯酸：甲苯：乙醇：催化劑；阻聚劑=1：2.1053：1.8：0.1053酯化溫度、壓力和酯化時間生產過程酯化溫度： 起始溫度 27 終止溫度 110壓力：0.1Mpa酯化時間：4h酯化的具體操作將乙醇、丙烯酸、甲苯、阻聚劑、催化劑按比例（見工藝流程方框圖）加入酯化反應器中，開始攪拌，用夾套蒸氣加熱，使溫度緩慢勻速上升，酯化4小時，并不斷蒸出水及恒沸物，經冷凝器冷凝后進入分離器，上層油層返回酯化反應器，下層水層棄去。將所得反應物轉入貯槽內，將所得反應物冷卻，將貯槽內反應液轉至中和洗滌器，用濃度為20的碳酸鈉液中和至PH值為7.0，攪拌半小時，靜置分層后分取，粗酯再用2030水

10、洗滌。水洗后在蒸餾器中在減壓條件下，蒸餾回收未反應的甲苯、醇，用直接蒸去低沸物，得到粗制酯，粗酯用占總物料0.01的脫色劑脫色。過濾得丙烯酸乙酯成品。整個流程為酯化、中和、水洗、蒸餾、脫色。流程簡圖如下：原料分離器酯化器貯 槽水洗罐中和器蒸餾器成品脫色圖4.1， 生產流程簡圖五 初步物料衡算（一） 所用原料及產品的基本物性數據表表5.1 原料及產品的基本物性數據名稱密度（kg/m3）分子量比熱容j/（g）熔點沸點乙醇78946109.7925 134.74110-17978.9丙烯酸乙酯780.3100195.9725 222.85110-7299.4丙烯酸104572156.2825 165

11、.11411013.5141.甲苯923.492155.3525 186.89110-95110.8（二）初步物料衡算： 根據設計任務，丙烯酸乙酯的年生產能力為1000噸/年（折算100）。開工因子=生產裝置每年開工時間/年自然時間。為充分利用設備，開工因子應取得較大，接近1，但是有不可能等于1，因為還要考慮到設備的檢修以及開停車等情況。開工因子一般取為0.90.95，全年365天，則年生產300330天。因此除去季保養(yǎng)、月保養(yǎng)、修理、放假等總計35天，則年工作日為：365-35 =330天每天分為三班，每班的操作時間（min）大致分配如下：表5.2 時間表工序名稱預熱反應冷卻中和水洗蒸餾脫色

12、過濾時間（min）202404030309030以此作為物料衡算的基準。（三）質量守恒定律質量守恒定律是“進入一個系統(tǒng)的全部物料量必等于離開這個系統(tǒng)的全部物料量，再加上過程中損失量和在系統(tǒng)中積累量。”依據質量守恒定律，對研究系統(tǒng)作物料衡算，可用下式表示：G進=G出+ G損+G積式中 G進輸入物料量總和； G出離開物料量總和； G損總的損失量； G積系統(tǒng)中積累量。（四） 進入酯化器的物料衡算分批操作（間歇操作）的設備，當終點時，物料全部排除則系統(tǒng)內物料積累量為零。在此情況下，上式可寫成：G進= G出+ G損1 進料量 對間歇生產可確定計算基準為公斤/班，則需計算每班產量及原料投料量。本工藝設計以

13、兩個反應釜并聯來完成生產任務，以每班生成目的產物為基準計算， 反應式如下： CH2=CHCOOH + CH3CH2OH CH2COOCH2CH3 + H2O 原料規(guī)格：丙烯酸 95% 乙醇 95%每班生產丙烯酸乙酯：1010 kg丙烯酸:甲苯:乙醇=1:2.1053:1.8每班理論投料（純）kg 乙醇 836.28丙烯酸 727.2催化劑 85.4阻聚劑 31.2每班實際投料乙醇 880.29丙烯酸 765.47催化劑 85.8阻聚劑 31.842 酯化過程計算設轉化率為96% 選擇性為97% 以丙烯酸計 酯化物丙烯酸乙酯=1010kg表5.3 進出酯化器的物料衡算表（公斤/班）輸入物料輸出物

14、料序號物料名稱組成%數量kg物料名稱組成%數量kg1乙醇95880.29丙烯酸乙酯10102丙烯酸95765.47乙醇324.873甲苯99938.59甲苯938.595阻聚劑9831.84阻聚劑31.846濃硫酸85.8丙烯酸29.097濃硫酸85.8水181.8合 計2701.99合 計2701.99六 設備設計和熱量計算（一）設備設計計算6.1.1反應釜（酯化器）釜體及夾套設計計算：6.1.1.1 確定筒體和封頭：經綜合考慮，選圓柱形筒體，橢圓形封頭。 確定筒體和封頭直徑用兩個反應器并聯來完成生產，計算其中一個。首先計算加入酯化器物料的總體積，計算份額最多的主要進料，其他的物料可忽略不計

15、；再計算反應后體積變化，其中丙烯酸、甲苯和乙醇為主要成分，通過計算它們的體積來決定容積大小。 表6.1 進料中三種主要成分的質量，體積物質質量（kg）密度(kg/m3)體積(m3)丙烯酸363.610450.348甲苯469.298670.5413乙醇418.147890.53VP=0.53+0.5413+0.348=1.4193 m3又因投料后體積略有增大，還有其他進料的估算，故操作容積Vp取2.0m3。設備容積V與操作容積Vp的關系為Vp=V，因反應狀態(tài)平穩(wěn)，取0.8，故設備容積V=Vp/=2. 0 /0.8=2.5 m3 取2.6 m3反應物料液-液相型，查得知H1/D1=11.3，因容

16、器體積屬中小型，故選取H1/D1=1.2。D1由下式計算：D1=1.403m反應釜內徑D1的估算值應圓整到公稱直徑DN系列，根據查表取D1 =1400mm。封頭取相同直徑，其直徑高度h2查表初選h2=50mm。6.1.1.2確定筒高Ht當DN=1400mm，h2=0mm時，查得橢圓形封頭的容積V封=0.436m，查得1m高的的容積=1.690查得筒體1m高的容積V1=1.327，按式Ht=（V-V封）/ V1=（2.6-0.436）/V1m=1.82 m.取V1=1.7 m3，于是H1/D1=1.6/1.31.26.1.2確定夾套6.1.2.1夾套直徑 查得：D2= D1+100=1400+1

17、00=1500mm，夾套封頭也采用橢圓形并與夾套筒體去相同直徑。6.1.2.2確定夾套高度按式H2 （）/V1 即H2（0.82.6-0.436）/1.327m=1.3m，取H=1.3m6.1.3校核傳熱面積（能達到的傳熱面積）查得封頭表面積F封=4.09m，則實際總傳熱面積F釜=F筒+F封=4.091.3+1.99=7.31m6.1.4釜體及夾套的強度計算6.1.4.1 選擇設備材料 確定設備壓力 由已知建設并分析工藝要求，選用OCr19Ni9高合金鋼板，在100150下的許用力為=148 MPa夾套的筒體和封頭既受內壓的作用。內壓設計壓力P=0.1MPa，設計外壓的取法是考慮操作過程出現的

18、最大壓力差，所以取P=1.5MPa為外設計壓。6.1.4.2 夾套的筒體和封頭壁厚計算夾套筒體壁厚Sd 式中P=1.5MPa；D2=1500mm；=115MPa為焊縫系數，由于采用單面焊的對接焊縫，在焊接過程中沿焊縫根部全長有緊貼基本金屬的墊板。100%無損探傷，查得 =0.9壁厚附加量C由鋼板負偏差（或鋼管負偏差）C1和腐蝕裕量C2兩部分組成，即根據鋼板規(guī)格取=12mm夾套封頭壁厚=11.9其中：P，D1，同上式，由于封頭裕量C3-0.5mmC=C1+C2+C3=0.8+0+0.5=1.3mm按鋼板規(guī)格取=12mm。工程上筒體和封頭往往取同厚，這樣焊得牢固。 按承受的筒體和夾套壁厚計算按承受

19、0.1MPa的內壓設計設計外壓為1.5MPa設簡體的計算厚度S0=12mm，由此決定L/D0，D0/S0之值；D0筒體外徑，D0=DN+2S0=（1400+212）mm=1424mmL簡體高度，L=H2+h/3=1400+（325+12）/3mm=1521mm，則L/D0=1521/1324=1.07，D0/S0=1424/12=118.7。查得A=0.0012，B=120MPa，則許用外壓P=BS0/D0=12012/1324=1.09MPa1.5MPa，因此壁厚12mm不滿足外壓特定要求，需增大壁厚重新計算?，F再設S0=16mm，則D0=1332mm，L=1414mm，L/ D0=1.06

20、，D0/S0=83.25，查得A=0.0019，B=130MPa，則許用外壓P= BS0/D0，1.56MPa1.5MPa。可見S0=16mm滿足1.5MPa外壓穩(wěn)定要求。考慮壁厚附加量C=0.8mm，簡單壁厚S=S0+C=16+0.8=16.8 圓整到鋼板規(guī)格，S取18mm。考慮到封頭與筒體的焊縫方便取封頭與筒體等壁厚=18mm6.1.4.3 水壓試驗校核確定試驗水壓Pt，據表得：釜體水壓取Pt=P+0.1=0.1+0.1=0.2MPa Pt=1.15P/=0.129MP夾套水壓取Pt=1.5+0.1=1.6MPa試驗溫度（20）下的材料許用應力，MPa試驗溫度（20）下的材料許用應力，MP

21、a兩者取較大值，故Pt=0.2MPa。壓力試驗時，由于容器承受的壓力Pt高于設計壓力P，所以必要時需進行強度校核。液壓試驗時要求滿足的強度條件釜體和夾套筒體的許用應力：t=Pt（D1+e）/2e0.9s釜體和夾套封頭的許用應力：t=Pt（D1+0.5e）/2e0.9st釜筒=0.2（1400+18）/（2180.9）=8.75MPat夾筒=1.6（1500+12）/（2120.9）=112MPat釜封=0.2（1300+0.518）/（2180.9）=8.70MPat夾封=1.6（1400+12）/（2120.9）=104.58MPa查表得OC r19Ni9不銹鋼的屈服限s=148，則0.9s

22、=1480.9=123.2MPa，由此可知t釜筒、t夾筒、t釜封、t夾封都小于0.9s，故安全。計算結果如下所示 表6.2 筒體，封頭壁厚釜體夾套筒體壁厚18mm12mm封頭壁厚18mm12mm6.1.5 支座的選擇因反應釜需外加保溫，故選B型懸掛式支座。反應釜質量W=W1+W2+W3+W4式中W1釜體和夾套筒體總重查表知：DN=1400mm，S=18mm的一米高筒體重q1=591Kg：DN=1500mm，S=12mm的一米高封頭q2=468Kg，故W1=q1H1+q2H2）Kg=1731Kg；W2釜體和夾套的封頭總重。查表得，DN=1400mm。S=18mm的一米高筒節(jié)重q1=321Kg，D

23、N=1500mm，S=12mm的一米高封頭重q2=251Kg，故W2=926KgW3料液重，按水壓試驗時充滿水汁，查附表H-1、H-2知DN=1300mm封頭容積Vh=0.436，一米高筒體容積V1=1.327m3故W3=VpW4保溫層+附件重，入孔重100Kg，其它接管和保溫層按150Kg計，故W4=100+150=250KgW=W1+W2+W3+W4=5431.6Kg按兩個支座承載計，每個支座承載2711.1Kg，查表選支座，JB1165-816.1.6攪拌器選形：因為料液是粘度較高的流體，攪拌主要是使反應的物料充分混合，在經濟的操作范圍內，不可能獲得高度湍流而只能在層流狀態(tài)下流動，此時的

24、混合機理主要依賴于充分的總體流動，同時希望在漿葉端部造成高剪切口，借剪切區(qū)分割液體，達到預期的宏觀混合，而高粘度流體中，攪拌器所提供的機械能會因巨大的粘性阻力而很快被消耗不僅湍流動程序隨出口距離急劇下降，還有總體流動的范圍也大大的縮小，又底部封頭為橢圓型，所以選用低轉速、大葉片的筐式攪拌器。這種攪拌器的轉速半徑與容器的內徑基本相同。間隙很低，端部切向速度為0.51.5m/s，它只在漿葉外緣與容器內壁之間產生較強剪切作用、攪拌的范圍大，并可以防止器壁沉積現象，一般攪拌器的直徑d與釜體內徑D之比為 dD為0.9/0.98，轉速n一般為1100r/min,適合高粘度105cp的 液體的攪拌，因此一般

25、不用擋板。由攪拌器標準直徑系列，取攪拌器直徑d=1140mm。6.1.7 計算攪拌器的轉速：從理論上只要攪拌液體的上升速度等于或大于固體的沉降速度就可以是顆粒懸浮，因此攪拌器的轉速在“粒子懸浮臨界轉速”以上，以保持全部顆粒離開釜底。粒子懸浮臨界轉速可采用下面的公式進行計算：nc=(dt/d)ag0.45(s-L)0.450.1ds0.2(100R)0.13/d 10.85L0.55式中：ds固體顆粒直徑m,s固體顆粒密度kg/m3,L液體密度kg/m3 ，液體粘度pas，d攪拌直徑m，d1攪拌釜內徑m，g重力加速度m/s ，R固體對液體的重量比。和a是與葉輪形式和安裝位置有關的系數。一般取12

26、，a近似取1.4，ds=1.75104m(80100，取80目，顆粒直徑最大)，s=1.721103 kg/m3，L=1233.43 kg/m3，=12.46Mpas，d=1.14m, dt=1.2m, g=9.81m/s2,R=90.403263.66=0.0277, 取2，a取1.4，將上面已知數據帶入上式得：nc=0.2261r/s=13.6r/min,轉速向上取為n=15r/min=0.25r/s。則漿葉端部線速度u=nd=0.253.141.14=0.895m/s.攪拌雷諾數Rcs=nd2/=0.251242.991.14212.4610-3=3.3104.查圖得：功率數KN=0.4

27、0。所以攪拌功率N=KNn3d5=0.401242.990.2531.145=15.00kW。6.1.8攪拌軸的直徑計算：考慮到溫度以及強酸腐蝕，攪拌軸材料選用不銹鋼Cr18Ni9Ti,圓鋼冷拉，GB905-82，直徑一般在8250mm，查得其=1525Mpa.攪拌器由于摩檫損耗功率不大，直接用電動機功率來計算軸徑：N電=6kw， N電為電動機的功率， n=90， K=15Mpa 。攪拌軸直徑d36.5( N電/nK)1/3=50.62mm.考慮到開鏈鍵、鉆孔、軸徑要適當加大，為了選用標準機械密封件，并和減速機軸徑一致，攪拌軸直徑取700mm。6.1.9密封形式選擇：選擇機械密封，它的功耗小、

28、泄露低、密封性能可靠，使用壽命長。本設備采用單端面，小彈簧，平衡形，其標準號為204DgMKT-6010HG21571-95。6.1.10計算電機功率：因為采用機械密封，齒輪傳動，假定摩檫功率約占攪拌功率的5%，傳動機構效率為90%，則電機功率：N電= NN/=14.951.0590%=17.44kW。6.1.11電動機和減速機選型：反應釜的電動機大部分與減速度即配用，只有在攪拌轉速很高的時候，才會有電動機不經減速而直接驅動攪拌軸。因此，電動機的選取一般應與減速機的選用配合考慮。在很多場合中，電動機與減速機疫病配套供應，設計時可根據選定的減速機配套的電動機。已知攪拌軸轉速n=15r/min,電

29、動機使用功率N電=18kW，由此選擇電動機，減速器形式：電動機（三相異步電動機YB 型，急隔暴型異步電動機，額定功率6kw，同步轉速1500r/min.）；減速機（諧波減速機，額定功率6kw，同步轉速1380r/min,立式，功稱減速比為90，標準號為XB145-10）。6.1.12機座與連軸器的選擇：由于反應釜傳來的軸向力不大，故采用不帶支撐的機座，其標準號為J-A-60。連軸器功稱直徑Dg為60mm，夾殼式，其標準號為HG5-213-65。（二）熱量衡算 按能量守恒定律，在無軸功條件下，進入系統(tǒng)的熱量與離開熱量應該平衡，在實際中對傳熱設備的熱量衡算可由下式表示： Q1+ Q2+Q3=Q4+

30、Q5+Q6式中：Q1所處理得物料帶入設備總的熱量KJQ2加熱劑或冷卻劑與設備和物料傳遞的熱量（符號規(guī)定加熱劑加入熱量為“+”，冷卻劑吸收熱量為“-”）KJQ3過程的熱效率，（符號規(guī)定過程放熱為“+”，過程吸熱為“-”，注意Q與熱焓符號相反，即Q=H。如過程放熱則H為“-”，則Q為“+”）KJ；Q4反映終了時物料的焓（輸出反應器的物料焓）Q5設備各部件所消耗的熱量 KJQ6設備向四周散失的熱量，又稱熱損失 KJ熱量衡算的時間基準可與物料衡算相同，即對間歇生產可以每日或每批處理物料基準。（計算傳熱面積的熱負荷，必須以每小時做基準，而該時間必須是穩(wěn)定傳熱時間）熱量衡算溫度基準，一般規(guī)定以25。熱量衡

31、算式中各項計算從（11）式中可得： Q2= Q4+Q5+Q6- Q1-Q3式中右端各項可用以下計算方法。1 Q1和Q4計算Q=miciTi(T2) mi反應物體系中組分I的質量Kg；ci組分i在0T時平均比熱容KJ/(Kg)；Q1=（m乙醇c乙醇+m丙c丙+c甲m甲）27=(418.14106.45+363.6156.68+469.29153.02) 27=4678846 kJQ4=c酯m酯 +c乙醇m乙醇+c甲m甲) 110=505207.195+469.29168.29+162.44131) 110=22537335 KJ 間歇過程中，Q5較小，可忽略不計。2 Q6的計算：設備向四周散失的

32、熱量Q6可按下式計算：Q6=A（TW-T）10-3 = 7.3113.25(110-27) 4360010-3 KJ=1157640.84KJA設備散熱面積（m2）；TW設備外表面溫度（）；T環(huán)境介質溫度（）；操作過程持續(xù)時間（s）；對流傳熱系數W/(m2)當空氣做自然對流，散熱層表面溫度為50350時，3 過程熱效應Q3的計算：過程熱效應可分為兩類：一類是化學過程熱效應即化學反應熱效應；另一類是物理過程熱效應。物料經化學變化過程，除化學反應熱效應外，往往伴隨著物料狀態(tài)變化熱效應，但本工藝流程中物理過程熱效應較低，可忽略不計，故過程熱效應可由下式計算：Q3= Qr= (1000505/462.

33、54 16362)=17863990KJ Qr化學反應熱效應KJQp物理過程熱效應KJ（忽略不計）Qr可通過標準化學反應熱計算：Qr=1000GA/MAQrQr=2988+33446 (5190+2466)=-16362GA參與化學反應的A物質量Kg；MAA物質的分子量。反應體系中各物質標準焓為：KJ/mol乙 醇 2988 丙烯酸 33444 熱負荷Q2計算：Q2=（Q4+Q6）-（Q1+Q3）=1152121 KJ對于整個反應釜系統(tǒng)而言: 表6.3 進出反應釜的熱量系統(tǒng)吸收的能量（KJ）系統(tǒng)放出的能量（KJ）2369497523694975Q1Q2Q3Q4Q5Q64678864115212

34、1178639902253733501157640從手冊查得：半煙煤熱量為29200KJ/Kg則酯化器所需煤量：378.45kg七 經濟效益核算及其他（一）生產班制本工藝采用間歇操作，每日三班。勞動定員配置參照國家有關企業(yè)勞動定員標準進行編制。生產班崗按工藝要求需要配置，管理人員、技術人員、銷售人員、按設計的組織結構設置。共定員12人，其中工人9人，經理一人，技術人員兩人。銷售人員10人，管理人員一人，工人工資及附加費按10000元/人確定，一年要付給員工的費用為45萬。投資估算建設估算為200萬元，其中：固定資產100萬，無形資產40萬，遞延資產15萬，預備費用45萬。 （二） 財務評價表7

35、.1 原料和產品價格主 要 原 料產 品價格（元/噸）丙烯酸乙醇煤丙烯酸乙酯11000120040025000表7.2成 本 費 用 表 費用項目直接材料生產工人工資制造費用管理費用銷售費用財務費用資金（萬元）6209.61805.4202產品銷售收入：1400 萬元成本費用：837萬元毛收入： 563萬元利稅：185.79萬元投產一年后盈利：377.21萬元（三）“三廢”處理1 廢水：生產過程中的廢水主要是來自酯化反應中生成的水，經多次中和后含有納鹽等雜質的廢堿液，洗滌粗酯用的水。治理的方法首先是從工藝上減少廢水排放量。廢水先用活性污泥處理14天以后再采用藥劑破乳，混凝、絮凝、沉淀等工藝，然

36、后通過溶氣罐所釋放放出的大量微細氣泡的附著與托附作用，使破乳后油或其它雜質的絮凝體迅速上浮，與水分離，再經過過濾，吸附等工藝，使污水能得到更深度處理，從而進行回收利用或排放。典型工藝流程如下：污水調節(jié)池反應池沉淀池氣浮池過濾柱吸附罐處理水排放采用蒸汽加熱浮選法，利用蒸汽加熱破壞油類在水中的乳化體系，利用蒸汽加熱時產生的微小氣泡上升的浮力將油浮選出來。浮選出來的油通過調節(jié)溢流堰板將油收集到油箱中，下部凈化過的脫脂液回到脫脂槽。經該裝置處理過的脫脂液，油水分離效率達到80%-90%,脫脂槽中含油在10g/L以下，從而保證了生產的正常進行。其流程為：脫脂液除油器油收油桶清液脫脂槽2 廢氣：因含有一些

37、低沸組分而帶有異味，采用填料式廢氣洗滌器用水洗滌出異味再排出。3 廢渣：如吸附有酯的脫色劑、固體雜質等，采用焚燒的辦法處理。（四）設備及水電氣1設備 年產1000噸丙烯酸乙酯，需要原料罐一個回收醇罐一個酯化器兩個,中和器一個水洗罐一個冷凝器2個脫色罐一個壓濾機2臺壓縮空機一臺W5真空泵2臺，45、51、76及相應的閥門一批，作為料管、真空管、蒸汽管和水管：100150噸風冷水塔2個，作為冷卻水循環(huán)使用裝置100伏安變電裝置一套。2 電:對輸入的動力電源的要求：采用單回路，電壓為380伏，頻率為50赫茲，允許波動范圍為2%。電器設備對電源的要求：1） 對于電動機，使用280伏交流電。2） 正常照

38、明用220/380伏交流電，事故照明用220伏直流電。3） 電氣部分控制、信號及繼點保護用220伏直流電。4） 儀表電源100伏和24伏。3 冷卻水:1) 溫度 供水溫度為常溫，回水溫度為進水溫度+10度。2) 壓力 回水壓力：對于循環(huán)冷卻水要求回水能直接流到冷卻塔塔頂，不另設接力泵，因此回水壓力設為0.3MPa。供水壓力：考慮到回水壓力加上熱交換阻力和管道系統(tǒng)阻力，因此取0.5MPa。3) 污垢系數：根據水質處理費用和熱交換費用決定污垢系數為0.000385（m2.h.）/k.j。加熱蒸汽根據項目生產屬甲級防火，注意跑，冒，漏，滴現象發(fā)生，在生產區(qū)內動火要先做準備工作，作好安全防護工作。酸、

39、堿乃腐蝕物，操作時要有防護面具，慎重燒傷等事故發(fā)生。（五）注意事項1 反應釜1） 反應釜一般用耳架支持在建筑物臺大梁上。對于大型、重量大的或震動大的設備，要用支架直接支持在地面或樓面上。2） 兩臺以上相同的反應釜應盡可能的排成一直線。反應器之間的距離，根據設備大小，附屬設備和管道具體情況而定。管道閥門應盡可能集中布置在反應器一側，以便于操作。3） 有攪拌器的反應器，其上部應安裝起吊設備以便于安裝和檢修。小型的反應器如不設起吊設備，則必須設置吊鉤，以便臨時設置起吊設備。設備頂端與建筑物間必須留出足夠的高度以便于抽出攪拌器。4） 樓板布置的反應器，要設置出料閥門操作臺；反應物黏度大，或含有固體物料

40、的反應器，要考慮疏通堵塞和管道清洗問題。5） 應釜底部出口離地面高度：物料從底部出料口自流進離心機，要有11.5米的距離；底部不設出料口，有人通過時，底部離基準面最小距離為1.8米，攪拌器安裝在設備底部時，設備必不可少應留出抽取攪拌軸的空間，凈空高度不小于攪拌軸的長度。6）易爆的反應器，特別是反應激烈、易出事故的反應器，布置時要考慮足夠的安全措施。2 換熱器1） 多臺換熱氣器，通常是按流程成組安裝，多組換熱器應排列成行，并使管箱管口處于同一垂直面上，既便于配管和節(jié)約清管檢修用地，又保持整齊美觀。2）熱器與換熱器，換熱器與其它設備之間至少要留出1m的水平距離，位置受限時，最少也不得少于0.6m。

41、3） 定管板式換熱器的周圍要留有清除污垢的空地。（浮頭式換熱器更要考慮抽出管束的位置）4）換熱器的布置高度要滿足工藝配管的要求，并適當的留有余地。5）換熱器重疊布置，相互支承，但最多不宜超過三層。3 儲罐1）立式儲罐布置時，按罐外壁取齊，臥式儲罐按封頭切線取齊。2）在室外布置易揮發(fā)液體儲罐時，應設置噴淋冷卻設備。3）進出料接管，儀表應盡量集中于一側，另一側共通道與檢修用。4）儲罐與儲罐之間的距離，除應遵守“建筑設計防火規(guī)定”TJ16-74（試行）中的有關規(guī)定外，在沒有閥門或儀表時，容器之間的通道應不小于750mm，有閥門或儀表時，應保證前述操作通道凈寬不小于1m，在有限長度內，均勻布置多個儲罐

42、時，如果保證前述間距有困難，則可把兩個儲罐作為一組緊靠在一起布置，縮小其間距而加大與另一組或一個儲罐的間距，以便于操作、安裝與檢修。易燃，可燃液體儲罐周圍應按規(guī)定設置放火堤。儲存腐蝕性物料灌區(qū)的地平應作防腐處理。立式儲罐的安裝高度，應根據管道和輸送泵的凈正吸入壓頭要求決定。臥式儲罐安裝高度按上述條件確定外，對多臺不同大小的儲罐，其底部適宜布置在同一高度上。立式儲罐的入孔，若置于罐側，其離地高度應不大于800mm，若置于罐頂應設檢修平臺。多個儲罐設聯合檢修平臺，單只儲罐設置上下爬梯。有攪拌器的儲罐，必要時需要設置能安裝修理攪拌器的起吊措施。4 泵1） 小型車間生產用的泵多數安裝在抽吸設備附近。大

43、中型車間用的泵，數量較多的，有可能集中布的，應集中布置。2） 中布置時應泵應排成一條直線。泵的頭部應集中于一側，也可背靠背的排成兩排，驅動設備應面向通道。3） 泵與泵之間的距離應視泵的大小而定，一般不適宜小于0.7米，雙排泵之間的間距不適宜小于2米，泵與墻距至少為1.2米，以利通行。4） 應該布置在高出地面150mm的基礎上。多臺泵應置于同一基礎上，且基礎必須有坡度，以便泄露物流出?；A四周應考慮排液溝及沖洗用的排水溝。（六）結論1 丙烯酸乙酯是具有良好經濟效益的精細工產品，是現代工業(yè)中最常見的一種涂料劑，用途廣泛，市場需求較大，有良好的生產背景。2 本工藝采用在催化劑和阻聚劑的作用下，乙醇與

44、丙烯酸（簡稱AA）經直接酯化合成丙烯酸乙酯，生產技術先進（產物顏色較淺，產品質量好，而且可以多次套用），雖然采用酸性催化劑且需減壓進行，但反應快，成本較低，產品質量較好，只要注意環(huán)境保護，該工藝還是實用的。此套生產工藝流程，操作和設備都較簡單，產品轉化率較高，且收效甚快，適合中小型鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)選用，該工藝已在國內被大規(guī)模應用 ，是一套比較成熟的工藝。該工藝的產品表面光澤悅目，產品質量好，回收醇品質好。3 采用間歇式生產工藝，設備簡單，改變生產品種容易，本工藝經過酯化、中和，脫醇、脫色等處理過程值得成品。財務估價顯示：項目建成達產后，總投資800萬，每年贏利377萬元，投資回收期為4年。由此可看出工

45、藝的投資收益高，經濟效率好。4 本工藝因中和水洗徹底，加之采用零腐蝕的高合金鋼才，設備被腐蝕的可能性極小，克服了以往方法 的“三廢”污染。A廢氣只有鍋爐煙氣經二級除塵，一級堿洗洗除SO2含塵濃度可降至50mg/Nm3以下，達到鍋爐大氣污染物排放標準（GB1327-2001）中一類區(qū)標準；B廢水來自反應裝置的母液和洗滌廢水、趁件生活廢水、地面沖洗水擬先合并排至污水處理站，進行中和處理，處理后的廢水PH在6.5-7.0間，可達標排放；C廢渣也只是鍋爐排爐渣，可用于燒結磚或鋪路等，是較好的基建材料。本工藝產生的鍋爐排爐渣與鍋爐房原由爐渣，可一并出售給磚廠，變廢為寶。綜上所述，本設計是可行的，并且很有

46、建設價值。八 主要參考書目1 黃家明.特種橡膠在我國橡膠制品中的應用與發(fā)展J.橡膠工業(yè)，2000，47(2)：9495。2 吳弛，陳朝暉，羅東山等.二段硫化對聚丙烯酸酯橡膠結構與性能影響 J.橡膠工業(yè)，1997，44(5)：579。3 Varshney S K,Teyssie P. Anionic polymerization of acrylicmono -mersJ .Macromolecules，1991,24:4997。4 夏正宇,付志峰等.丙烯酸酯類熱塑彈性體J.合成橡膠工業(yè)，2003，26(3)： 129135。5 鄭詩建，王聚淵，馬恩弟.丙烯酸橡膠與PVC共混體系特性研究J.特種

47、橡膠制品，2000，21(2)：8。6 劉玉強.丙烯酸酯橡膠的共混改性J.橡膠工業(yè)，2001，48(3)：1771807 唐坤明.聚丙烯酸橡膠/氯醚橡膠共混物性能研究J.橡膠工業(yè)，1998，45(4)：209。8 張軍，徐秀寶.氟橡膠/丙烯酸酯橡膠共混改性性能J.合成橡膠工業(yè)，1999，22(1)：30。 9 吳化閣.關于汽車膠的可靠性能評價J.世界橡膠工業(yè)，2003，31(3)：4652。10 Coran A Y, Patei R P, Williams D. Rubber-Thermoplastic compositionJ. Rubber Chem Technol,1992,55:116

48、。11塚田和男.2001年低調推移J,(日)化學經濟2002;(3月臨時增刊)57-58.。12 Aldrich Calalog. Handbook of Eine Chtrnicds (1988-1989)26,061-4, 6894.。13蔡紀寧、張秋翔編，化工設備機械基礎設計指導書，化學工業(yè)出版社，2000。14刁玉瑋、王立業(yè)編，化工設備機械基礎（第四版），大連理工大學出版社，2000。15農藥第41卷第6期（2002），19-20。16 楊志才主編，化工生產中的間歇過程、原理、工藝及設備，化學工業(yè)出版社，2001。17 楊春暉、郭亞軍主編，精細化工過程與設備，哈爾濱工業(yè)大學出版社，20

49、00。18 時鈞、汪家鼎、余國瓊、陳敏恒主編，化學工程手冊（第二版），化學工業(yè)出版社，1996。19 渠川瑾編，反應釜，高等教育出版社，1992。致 謝 首先，本工作是在我的導師肖志海老師的親切關懷下完成的，從課題的選定到工藝合成路線、設備以及附屬設備的工藝尺寸和選型的確定，肖老師都予以悉心的指導。一個學期來，肖老師在學業(yè)和生活上都給予我極大的關懷與幫助，他淵博的知識、嚴謹的科研精神、寬容平和的性格都令我難以忘懷，在此僅表示我崇高的敬意和真心的謝意！本課題組的魏剛，周國梁等同學所做的工作、提出的寶貴意見使我的畢業(yè)設計能夠得以順利的完成，這里一一并表示謝意！ 經歷了幾個月的時間，在老師的精心指導

50、和全組成員的共同努力下，我們完成了工藝技術方案的選擇、工藝流程設計、物料衡算、能量衡算、工藝設備的設計與選型、設備布置的設計、管路設計、非工藝設計項目的考慮、編寫設計說明書及圖表等內容。在設計的每一個階段，我們都經過討論，綜合考慮了技術的合理性和先進性、資源情況、工藝現有水平、安全可靠性及經濟等多方面的因素，處理了大批的數據并按生產經驗進行了多方面的優(yōu)化，得出最終方案而完成設計任務。 我們首先進行了物料衡算，主要設備反應釜筒體內徑、高度、壁厚和上、下封頭選取型、熱量衡算與傳熱面積校核、非主要設備計算與選型、接管和法蘭的選擇。在計算與選型過程中，我們充分發(fā)揮了團隊合作精神，查找了大量的數據與資料

51、，然后設計并繪出年生產1000噸丙烯酸乙酯車間的物料流程圖和帶控制點的工藝流程圖，對車間、設備平面、立面布置圖和管路空視圖，進一步鞏固了化工工程制圖所學的知識，初步將其中所學知識運用于實踐中。我們在設計過程中也存在許多不足之處。首先，由于資料不足，在查找數據時耗費大量時間并帶來諸多不便；其次，由于設計經驗的缺乏，使得對某些數據按工業(yè)生產經驗取值不合理，導致計算過程耗費過多時間。此外，由于其他相關方面知識和經驗的不足，使我們在設備安裝，原料產品的運輸，儀表選擇與控制，經濟性，環(huán)境保護等方面考慮不周。在設計過程中，在老師的精心指導下，在組員們團結協作充分發(fā)揮創(chuàng)新精神的努力下，我們順利完成了此次畢業(yè)

52、設計。在此，對指導教師的辛苦勞動，我們再次表示感謝！附錄：一HS/DI值大致如：表51幾種反應釜的HS/DI值種類釜內物料類型HS/DI值一般反應釜液-固相或液-液相物類氣-液相物料11.31-2發(fā)酵釜類1.7-2.5附錄：二公稱直徑DN（mm）曲面高度h1(mm)直邊高度h2(mm)內表面積Fh(mm2)容積Vh(mm3)（1300）3252540501.931.992.030.3210.3410.35414003592540502.232.292.330.3980.4210.436(1500)3752540502.552.622.670.4870.5130.5301600400254050

53、2.892.973.020.5870.6170.637（1700）4252540503.253.343.390.7000.7340.75718004502540503.643.733.780.8260.8660.889（1900）47525404.054.140.9711.0120005002540504.484.574.631.131.181.20英文原文Ethylene recovery from ethyl acrylate processAbstract Unreacted ethylene contained in a gaseous light ends stream derived from a process for the production of ethyl acrylate from ethylene and acrylic acid utilizing a sulfuric acid catalyst, is recovered by inti