甲基丙烯酸甲酯生产工艺毕业设计-设备选型与布置

辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸目录1.前言.............................................................11.1MMA市场应用及前景...........................................11.2MMA生产工艺.................................................21.2.1丙酮氢醇(ACH)路线.........................................21.2.2合成气法..................................................31.2.3乙烯拨基化路线............................................31.2.4丙炔法....................................................41.2.5异丁烯法..................................................41.3本文MMA生产工艺路线的确定..................................51.4化工设备选型计算中使用的软件..................................71.4.1Cup-Tower对塔设备的选型...................................71.4.2智能选泵系统..............................................81.4.3Aspen与EDR联用设计换热器...............................91.4.4化工设备布置图CAD设计...................................91.5项目概况.....................................................101.5.1项目名称.................................................101.5.2拟建地址.................................................101.5.3生产工艺.................................................101.5.4原料及产品...............................................10辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸2.工艺流程简介及模拟..............................................112.1流程概述.....................................................112.2Aspenplus仿真模拟流程........................................122.2.1MAL合成工段的模拟......................................122.2.2MMA合成工段的模拟......................................133.设备设计计算及选型..............................................143.1反应器的设计.................................................143.1.1MAL合成反应器(R101)的设计...............................143.1.2MMA合成浆态床反应器(R201)的设计.........................233.2塔设备的选型与设计...........................................273.2.1急冷喷淋塔简单设计计算...................................273.2.2cup-Tower对脱水塔的选型..................................303.2.3cup-Tower对吸收塔的选型..................................333.2.4MMA精馏塔设计..........................................363.3换热器的选型.................................................523.3.1换热器设计选型示例（E201的选型）.........................523.3.2换热器选型结果汇总.......................................573.4泵的选型.....................................................573.4.1泵的设计选型示例（P201的选型)............................573.4.2泵的选型结果.............................................63辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸3.5储罐设计.....................................................633.5.1主要储罐的设计...........................................633.5.2储罐设计结果一览表.......................................663.6膜分离的简单设计.............................................663.6.1膜分离工艺流程...........................................663.6.2膜分离器选型与设计.......................................673.7压缩机的选型.................................................693.7.1选型示例.................................................693.7.2压缩机选型结果...........................................693.8设计图.......................................................704.环境保护与经济核算..............................................704.1环境保护.....................................................704.1.1有害因素分析.............................................704.1.2废物的处理措施...........................................714.2经济核算结果.................................错误!未定义书签。35.设计结果........................................................755.1设备选型一览表（附后）.......................................755.2设计图（附后）...............................................75参考文献...........................................................76谢辞................................................................78辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸11前言1.1MMA市场应用及前景甲基丙烯酸甲酯的分子式为C5H8O2,简称MMA,外观为无色液体,易挥发,易燃,溶于乙醇、乙醚、丙酮等多种有机溶剂,微溶于乙二醇和水。甲基丙烯酸甲酯既是一种有机化工原料,又可作为一种化工产品直接应用。作为有机化工原料,主要应用于有机玻璃(PMMA)的生产,也用于聚氯乙烯助剂ACR的制造以及作为第二单体应用于腈纶生产。除此之外,在涂料、纺织、粘接剂等领域也得到了广泛地应用。作为一种化工产品,可直接应用于皮革、纺织、造纸、地板抛光、不饱和树脂改性、甲基丙烯酸高级酯类,也可作为木材浸润剂、印染助剂及塑料的增塑剂等许多行业[1]。近年来,国内外MMA的聚合物、型材、板材、涂料、乳液等需求增长,同时MMA的衍生物甲基丙烯酸-2-羟基乙酯(2-HEMA)、甲基丙烯酸丁酯(BMA)、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、甲基丙烯酸-2-乙基已酯(2-HMA)、甲基丙烯酸二甲胺乙酯等的需求量也增加[2][3]。随着MMA在世界范围内的扩张，我国MMA市场也异常火爆，产销两旺，产品供不应求，MMA价格一路上扬。我国MMA市场需求年增长率达15%，而且需求仍在不断扩大，未来几年将成为仅次于美国和日本的全球第三大消费市场。并且在2010年，我国甲醇行业虽有部分新建装置因不确定因素投产时间推迟，但全年甲醇总产能预计仍可达到3500万吨，产量大约1500万吨，有一半产能过剩。据了解，2010年底，国内原计划投产的甲醇在建项目共有25个，新增年产辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸2能合计861万吨，意味着2011年全国甲醇产能将超过4000万吨，产能的增茂名石化年产3万吨MMA量已远远大于消费需求的增加量。另外，我国还有25个拟建或处于规划阶段的甲醇项目，年产能合计2440万吨，新建、在建装置的不断投产，将进一步加剧国内甲醇产能过剩的局面，甲醇进料价格可能有所下滑。众多调查结果证明MMA具有良好的发展前景[4][5]。1.2MMA生产工艺1.2.1丙酮氢醇(ACH)路线丙酮氰醇法是以丙酮和氢氰酸为原料，在碱性催化剂存在下，生成丙酮氰醇，然后丙酮氰醇与硫酸反应生成甲基丙烯酰胺硫酸盐，经水解后再与甲醇酯化，可得甲基丙烯酸甲酯粗品，再经精制得产品[6]。反应式如下。三菱气体化学公司开发了一种再循环型的ACH路线。新ACH法由丙酮与氢氰酸反应生成丙酮氰醇(ACH)，然后水合生成羟基异丁酸酰胺(HBD)。用甲醇脱氢生成的甲酸甲酯和HBD反应生成羟基异丁酸甲酯(HBM)，再将生成物脱水得到MMA。合成HBM时生成的副产氢氰酸在ACH合成中循环使用。这一工艺称辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸3为MGC(R-HNC)路线，日本已建有一套工业化装置。反应式如下：1.2.2合成气法新工艺第—步由乙烯和合成气生产丙酸，使用均相碘钼催化剂进行加氢甲酰化，反应在低温(150℃～200oC)和低压3～7MPa下进行。第二步由丙酸与甲醛反应生产甲基丙烯酸，使用硅酸铌双功能催化剂。第三步以甲醇酯化反应生成甲基丙烯酸甲酯，该工艺与其它工艺比较具有较强的竞争优势[7]。1.2.3乙烯拨基化路线该路线先对乙烯进行拨基合成(醛化)生成丙醛，再与甲醛缩合生成甲基丙烯醛，然后再氧化、醋化生成MMA。因巴斯夫公司是首家也是唯一一家使用本路线的公司，故该工艺也称为巴斯夫路线[2]。这一路线的欠缺之处是生产中有中间产物甲基丙烯醛，而甲基丙烯醛的氧化成本较高[8]。巴斯夫路线的反应式如下：辽宁石油化工大学毕业设计（论文）用纸41.2.4丙炔法壳牌公司开发的另一条合成MMA的新路线是使丙炔在甲醇存在