丙烯酸甲酯的生产技术

任务5000万吨/年丙烯酸甲酯反应器的选型任务1：能够简单描述丙烯酸甲酯的反应原理及其工业生产方法反应原理这是一个平衡反应，为使反应有向有利于产品生成的方向进行，采用一些方法，一种方法是用比反应量过量的酸或醇，另一种方法是从反应系统中移除产物。一、工业生产方法采用丙烯氧化-酯化法（理由见后）本组选择操作条件如下：1、酯化反应器固定床反应器内进行理由见后2、投料比醇／酸摩尔比：0．75(MA)理由本工艺采用丙烯酸比醇过量的摩尔比(醇∶酸=1∶1.3),增大了反应物浓度,不仅促使了反应向正方向进行,而且可以减少精制系统的能耗。因为丙烯酸沸点比酯化反应生成物和未反应的醇沸点高的多,用普通的精馏方法一步就可以将丙烯酸从反应生成液中分离出来循环使用。但如果采用醇过量完全可以达到促进反应向正方向进行和提高反应速度的目的,但醇的回收要经3~4步才能完成,这样不仅增加了精制系统的工艺过程,也会增加精制系统的能耗。虽然甲醇价格较低且回收容易。原料规格价格元/t生产厂家丙烯酸99.9%7500上海圣宇化工有限公司甲醇98%2600宜兴市华生化工有限公司3、催化剂：磺酸型离子交换树脂改性后系指在交联结构的高分子基体上带有强酸性磺酸基（—SO3H）的离子交换树脂。若以R代表高分子基体，则可用R—SO3H表示之。它在水中解离如下：R—SO3HSO3+H+。有凝胶型和大孔型之分。将苯乙烯与二乙烯苯经悬浮共聚得到的珠粒状共聚体（因外观呈白色，故也称白球）在二氯乙烷中的溶胀后，用浓硫酸或氯磺酸磺化，引入磺酸基交换基团，再经相应的后处理，可制得凝胶型强酸性离子交换树脂。如在共聚时加入起致孔作用的惰性溶剂，则可制得大孔型树脂。理由用离子交换树脂有许多优点，如可以反复使用，产品容易分离，反应器不会被腐蚀，不污染环境，反应容易控制。阳离子交换树脂主要会电离出氢离子，而根据金属活动性，活泼性在氢离子前面的金属，能够将氢离子还原为氢气，所以，阳离子交换树脂绝对不能和金属离子接触，以免两者发生反应使催化剂失去活性;又因为其骨架为聚苯乙烯系统，温度过高可造成离子交换树脂的不可逆膨胀，失去活性，要对其改性，提高载体耐热性，。4、温度：160℃理由丙烯酸甲酯反应是一个微放热反应。又考虑到副反应随温度升高而增加，在该温度下不仅保证了甲醇的转化率，同时也最大限度的额降低了副产物的发生量，更降低了能耗节约了资源。5、压力:常压对于有气体参加的化学反应，若其他条件不变，增大压强，反应速率增加，减小压强，反应速率减小。压强的变化是通过浓度的变化来实现的。对于气体来说，若其他条件不变，增大压强，就是增加单位体积内反应物的物质的量，单位体积内活化分子数目增加，从而增加了单位时间单位体积内反应物分子之间的有效碰撞，因而可以增大化学反应速率。烯酸甲酯反应原料中的丙烯酸以及回收物料中除甲醇以外的其它物质沸点均高于反应温度，在反应器中均为液体，而甲醇和生成的甲酯在反应温度下已变为气体，所以压强改变对此反应的速率有一定影响；由于甲醇和生成的甲酯摩尔比率相差不大，近似的认为所以压强的改变对平衡移动几乎没有影响。任务2：能够简单描述丙烯酸甲酯反应的产品、原料、催化剂的物理、化学性质中文名称丙烯酸甲酯mmeetthhyyllaaccrryyllaattee别名败败脂脂酸酸甲甲酯酯分子式CC44HH66OO22；；CCHH22CCHHCCOOOOCCHH33分子量8866..0099外观及性状无色透明液体，，类类似似大大蒜蒜的的气气味味溶解性微微溶溶于于水水熔点--7755℃℃沸点8800..00℃℃相对密度/20℃/4℃00..9955闪点--33℃℃//开开杯杯折光率/20℃11..440011稳定性稳稳定定主要用途主主要要用用作作有有机机合合成成中中间间体体及及合合成成高高分分子子单单体体，，丙丙烯烯酸酸甲甲酯酯可可以以和和各各种种硬硬单单体体((如如：：甲甲基基丙丙烯烯酸酸甲甲酯酯、、苯苯乙乙烯烯、、丙丙烯烯腈腈、、醋醋酸酸乙乙烯烯等等))及及官官能能性性单单体体[[如如：：((甲甲基基))丙丙烯烯酸酸羟羟乙乙酯酯、、羟羟丙丙酯酯、、缩缩水水甘甘油油酯酯、、((甲甲基基))烯烯酰酰胺胺]]及及其其衍衍生生物物等等进进行行交交换换、、共共聚聚、、接接枝枝等等，，做做成成上上千千种种丙丙烯烯酸酸类类树树脂脂产产品品((主主要要是是乳乳液液型型、、溶溶剂剂型型及及水水溶溶型型))，，广广泛泛用用作作涂涂料料、、胶胶粘粘剂剂、、睛睛纶纶纤纤维维改改性性、、塑塑料料改改性性、、纤纤维维及及织织物物加加工工、、皮皮革革加加工工、、造造纸纸以以及及丙丙烯烯酸酸类类橡橡胶胶等等许许多多方方面面。。中文名称丙烯酸aaccrryylliiccaacciidd别名分子式CC33HH44OO22分子量7722..0066外观及性状无无色色液液体体，，有有刺刺激激性性气气味味溶解性与与水水混混溶溶，，可可混混溶溶于于乙乙醇醇、、乙乙醚醚。。熔点1133..55℃℃沸点114411℃℃相对密度/20℃/4℃11..0055闪点68.3折光率/19℃稳定性主要用途重重要要的的有有机机合合成成原原料料及及合合成成树树脂脂单单体体，，是是聚聚合合速速度度非非常常快快的的乙乙烯烯类类单单体体。。大大多多数数用用以以制制造造丙丙烯烯酸酸甲甲酯酯、、乙乙酯酯、、丁丁酯酯、、羟羟乙乙酯酯等等丙丙烯烯酸酸酯酯类类。。丙丙烯烯酸酸及及丙丙烯烯酸酸酯酯可可以以均均聚聚及及共共聚聚，，其其聚聚合合物物用用于于合合成成树树脂脂、、合合成成纤纤维维、、高高吸吸水水性性树树脂脂、、建建材材、、涂涂料料等等工工业业部部门门中文名称甲醇mmeetthhyyllaallccoohhooll别名木木醇醇，，木木精精分子式CCHH33OOHH分子量3322..0044外观及性状无无色色澄澄清清液液体体，，有有刺刺激激性性气气味味溶解性能能与与水水、、醇醇、、醚醚等等有有机机溶溶剂剂互互溶溶溶溶解解性性能能优优于于乙乙醇醇熔点--9977..88℃℃沸点6644..88相对密度/20℃/4℃00..7799闪点1111℃℃折光率/25℃11..33330011稳定性主要用途重重要要的的化化学学工工业业基基础础原原料料和和清清洁洁液液体体燃燃料料，，它它广广泛泛用用于于有有机机合合成成、、医医药药、、农农药药、、涂涂料料、、染染料料、、汽汽车车和和国国防防等等工工业业中中。。用用于于制制造造甲甲醛醛和和农农药药（（杀杀虫虫剂剂、、杀杀虫虫螨螨））、、医医药药（（磺磺胺胺类类、、合合霉霉素素类类））等等的的原原料料、、合合成成对对苯苯二二甲甲酸酸二二甲甲酯酯、、甲甲基基丙丙烯烯酸酸甲甲酯酯、、丙丙烯烯酸酸甲甲酯酯的的原原料料之之一一、、醋醋酸酸、、氯氯甲甲烷烷、、甲甲胺胺和和硫硫酸酸二二甲甲酯酯等等多多种种有有机机产产品品。。等等，，并并用用作作有有机机物物的的萃萃取取剂剂、、精精的的变变性性剂剂等等任务：丙烯酸甲酯反应可能的反应路线选取及依据1、反应路线路线原理技术特点丙烯腈水解-酯化法经济性取决于丙烯腈的价格，收率高，适合小规模生产。但有机物在高温硫酸中易碳化易造成设备堵塞，影响长期运转，且甲醇易流失，同时副反应较多。丙烯氧化-酯化法CH2=CHCH3+O2─→CH2=CHCHO+H2OCH2=CHCHO+2O2─→CH2=CHCOOH原料易得，收率较高，工艺成熟，便于实现连续化大生产乙酸甲酯法OHCHCOOCHCHOCHCOOCHCH232233技术特点羟醛缩合反应转化率较低，大量未转化的原料必须回收，其发展取决于催化剂和分离方法的改进。乙炔加氢酯化法总反应甲酸甲酯是液体产物,易于储存和运输,用其代替CO和甲醇可避免乙炔羰化法中造价高的CO造气过程,降低投资费用。但由于是新工艺，其放大技术尚不成熟。乙烯酮法32422CHCOOCHCHHCHOOCCHOHSOH特点乙烯酮聚合性强，采用此法必须建立醋酸裂解制乙烯酮装置，故生产成本高。2、选择及理由结论丙烯氧化-酯化法理由原料易得，收率较高，工艺成熟，便于实现连续化大生产任务4：能够画出丙烯酸甲酯的现行工艺流程框图并进行说明描述丙烯酸甲酯的生产工艺是：丙烯酸和甲醇在反应器中在阳离子交换树脂作为催化剂的作用下反应，生成物进入精馏塔分馏，塔顶产物进入萃取塔萃取，塔釜物料回反应器反应；萃取塔塔顶出料进入醇拔头，塔釜物料则进入醇回收塔回收，醇回收塔塔顶物料回到反应器反应，塔釜则作为萃取塔的萃取水回到萃取塔；醇拔头塔塔顶物料回到萃取塔重新萃取，塔釜物料则进入酯精制塔精制，精制塔塔顶出料则进入成品罐，塔釜物料回到精馏塔精馏。任务：能够给出气固相反应器的类型、结构及其应用选型原则一一、、固固定定床床反反应应器器的的类类型型与与结结构构11、、单单段段绝绝热热式式特特点点结结构构简简单单，，反反应应器器生生产产能能力力大大，，但但反反应应过过程程中中温温度度变变化化较较大大适适用用反反应应热热效效应应不不大大，，反反应应过过程程允允许许温温度度有有较较宽宽变变动动范范围围的的反反应应过过程程热热效效应应较较大大的的反反应应只只要要对对反反应应温温度度不不很很敏敏感感或或是是反反应应速速率率非非常常快快的的过过程程，，有有时时也也使使用用这这种种类类型型的的反反应应器器。。22、、多多段段绝绝热热式式特特点点及及适适用用：：多多段段绝绝热热式式弥弥补补了了单单段段绝绝热热式式的的不不足足；；冷冷激激式式反反应应器器结结构构简简单单，，便便于于装装卸卸催催化化剂剂，，内内无无冷冷管管，，避避免免由由于于少少数数冷冷管管损损坏坏而而影影响响操操作作，，特特别别适适用用于于大大型型催催反反应应器器换换热热式式固固定定床床反反应应器器管管径径：：一一般般为为2255～～5500mmmm的的管管子子，，但但不不小小于于2255mmmm。。催催化化剂剂粒粒径径：：应应小小于于管管径径的的88倍倍，，通通常常固固定定床床用用的的粒粒径径约约为为22～～66mmmm，，不不小小于于11..55mmmm。。传传热热所所用用的的热热载载体体：：沸沸水水可可以以用用于于110000℃℃～～330000℃℃的的温温度度范范围围。。联联苯苯与与联联苯苯醚醚的的混混合合物物以以及及以以烷烷基基萘萘为为主主的的石石油油馏馏分分能能用用于于220000～～335500℃℃的的范范围围。。无无机机熔熔盐盐((硝硝酸酸钾钾，，硝硝酸酸钠钠及及亚亚硝硝酸酸钠钠的的混混合合物物))可可用用于于330000～～440000℃℃的的情情况况。。对对于于660000～～770000℃℃左左右右的的高高温温反反应应，，只只能能用用烟烟道道气气作作为为热热载载体体。。特点：采用小管径，传热面积大，有利于强放热反应；传热效果好，易控制催化剂床层温度；管径较细，流体在催化床内流动可视为理想置换流动，故反应速率快，选择性高；结构较复杂，设备费用高。适适用用：：原原料料成成本本高高，，副副产产物物价价值值低低以以及及分分离离不不是是十十分分容容易易的的情情况况。。径径向向固固定定床床反反应应器器一般固定床中由于压降限制，不能使用太小粒度的催化剂，但催化剂的有效系数降低了，为提高催化剂的利用率而设计了径向反应器。流流化化床床反反应应器器的的结结构构按照固体颗粒是否在系统内循环分类：分为单器及双器按照床层中是否设置有内部构件分类：分为自由床和限制床固固定定床床与与流流化化床床反反应应器器的的特特点点特特点点催催化化剂剂装装填填反反应应速速率率反反应应效效果果传传热热特特性性催催化化剂剂更更换换固固定定床床催催化化剂剂颗颗粒粒大大，，固固定定在在床床层层中中，，不不易易磨磨损损返返混混小小，，反反应应速速率率较较快快（（类类似似于于PPFFRR））停停留留时时间间和和温温度度分分布布可可控控，，可可达达高高选选择择性性和和转转化化率率传传热热较较差差，，催催化化剂剂载载体体往往往往是是热热的的不不良良导导体体更更换换时时必必须须停停产产，，且且更更换换劳