任務(wù)5000萬噸/年丙烯酸甲酯反應(yīng)器的選型任務(wù)1：能夠簡單描述丙烯酸甲酯的反應(yīng)原理及其工業(yè)生產(chǎn)方法反應(yīng)原理這是一個(gè)平衡反應(yīng)，為使反應(yīng)有向有利于產(chǎn)品生成的方向進(jìn)行，采用一些方法，一種方法是用比反應(yīng)量過量的酸或醇，另一種方法是從反應(yīng)系統(tǒng)中移除產(chǎn)物。工業(yè)生產(chǎn)方法采用丙烯氧化-酯化法（理由見后）本組選擇操作條件如下：酯化反應(yīng)器固定床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行理由見后投料比醇／酸摩爾比：0．75(MA)理由本工藝采用丙烯酸比醇過量的摩爾比(醇∶酸=1∶1.3),增大了反應(yīng)物濃度,不僅促使了反應(yīng)向正方向進(jìn)行,而且可以減少精制系統(tǒng)的能耗。因?yàn)楸┧岱悬c(diǎn)比酯化反應(yīng)生成物和未反應(yīng)的醇沸點(diǎn)高的多,用普通的精餾方法一步就可以將丙烯酸從反應(yīng)生成液中分離出來循環(huán)使用。但如果采用醇過量完全可以達(dá)到促進(jìn)反應(yīng)向正方向進(jìn)行和提高反應(yīng)速度的目的,但醇的回收要經(jīng)3~4步才能完成,這樣不僅增加了精制系統(tǒng)的工藝過程,也會(huì)增加精制系統(tǒng)的能耗。雖然甲醇價(jià)格較低且回收容易。原料規(guī)格價(jià)格元/t生產(chǎn)廠家丙烯酸99.9%7500上海圣宇化工有限公司甲醇98%2600宜興市華生化工有限公司催化劑：磺酸型離子交換樹脂改性后系指在交聯(lián)結(jié)構(gòu)的高分子基體上帶有強(qiáng)酸性磺酸基（—SO3H）的離子交換樹脂。若以R代表高分子基體，則可用R—SO3H表示之。它在水中解離如下：R—SO3HSO3+H+。有凝膠型和大孔型之分。將苯乙烯與二乙烯苯經(jīng)懸浮共聚得到的珠粒狀共聚體（因外觀呈白色，故也稱白球）在二氯乙烷中的溶脹后，用濃硫酸或氯磺酸磺化，引入磺酸基交換基團(tuán)，再經(jīng)相應(yīng)的后處理，可制得凝膠型強(qiáng)酸性離子交換樹脂。如在共聚時(shí)加入起致孔作用的惰性溶劑，則可制得大孔型樹脂。理由用離子交換樹脂有許多優(yōu)點(diǎn)，如可以反復(fù)使用，產(chǎn)品容易分離，反應(yīng)器不會(huì)被腐蝕，不污染環(huán)境，反應(yīng)容易控制。陽離子交換樹脂主要會(huì)電離出氫離子，而根據(jù)金屬活動(dòng)性，活潑性在氫離子前面的金屬，能夠?qū)潆x子還原為氫氣，所以，陽離子交換樹脂絕對(duì)不能和金屬離子接觸，以免兩者發(fā)生反應(yīng)使催化劑失去活性;又因?yàn)槠涔羌転榫郾揭蚁┫到y(tǒng)，溫度過高可造成離子交換樹脂的不可逆膨脹，失去活性，要對(duì)其改性，提高載體耐熱性，。溫度：160℃理由丙烯酸甲酯反應(yīng)是一個(gè)微放熱反應(yīng)。又考慮到副反應(yīng)隨溫度升高而增加，在該溫度下不僅保證了甲醇的轉(zhuǎn)化率，同時(shí)也最相對(duì)密度/20℃/0.95閃點(diǎn)-3℃折光率/201.401穩(wěn)定性穩(wěn)定主要用途主要用作有機(jī)合成中間體及合成高分子單體，丙烯酸甲酯可以和各種硬單體(如：甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯腈、醋酸乙烯等)及官能性單體[如：(甲基)丙烯酸羥乙酯、羥丙酯、縮水甘油酯、(甲基)烯酰胺]及其衍生物等進(jìn)行交換、共聚、接枝等，做成上千種丙烯酸類樹脂產(chǎn)品(主要是乳液型、溶劑型及水溶型)，廣泛用作涂料、膠粘劑、睛綸纖維改性、塑料改性、纖維及織物加工、皮革加工、造紙以及丙烯酸類橡膠等許多方面。中文名稱丙烯酸acrylicacid別名分子式C3H4O2分子量72.06外觀及性狀無色液體，有刺激性氣味溶解性與水混溶，可混溶于乙醇、乙醚。熔點(diǎn)13.5℃沸點(diǎn)141相對(duì)密度/20℃/1.05閃點(diǎn)68.3折光率/19穩(wěn)定性主要用途重要的有機(jī)合成原料及合成樹脂單體，是聚合速度非?？斓囊蚁╊悊误w。大多數(shù)用以制造丙烯酸甲酯、乙酯、丁酯、羥乙酯等丙烯酸酯類。丙烯酸及丙烯酸酯可以均聚及共聚，其聚合物用于合成樹脂、合成纖維、高吸水性樹脂、建材、涂料等工業(yè)部門中文名稱甲醇methylalcohol別名木醇，木精分子式CH3OH分子量32.04外觀及性狀無色澄清液體，有刺激性氣味溶解性能與水、醇、醚等有機(jī)溶劑互溶溶解性能優(yōu)于乙醇熔點(diǎn)-97.8℃沸點(diǎn)64.8相對(duì)密度/20℃/0.79閃點(diǎn)11折光率/251.3301穩(wěn)定性主要用途重要的化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料和清潔液體燃料，它廣泛用于有機(jī)合成、醫(yī)藥、農(nóng)藥、涂料、染料、汽車和國防等工業(yè)中。用于制造甲醛和農(nóng)藥（殺蟲劑、殺蟲螨）、醫(yī)藥（磺胺類、合霉素類）等的原料、合成對(duì)苯二甲酸二甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯的原料之一、醋酸、氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等多種有機(jī)產(chǎn)品。等，并用作有機(jī)物的萃取劑、精的變性劑等任務(wù)：丙烯酸甲酯反應(yīng)可能的反應(yīng)路線選取及依據(jù)反應(yīng)路線路線原理技術(shù)特點(diǎn)丙烯腈水解-酯化法經(jīng)濟(jì)性取決于丙烯腈的價(jià)格，收率高，適合小規(guī)模生產(chǎn)。但有機(jī)物在高溫硫酸中易碳化易造成設(shè)備堵塞，影響長期運(yùn)轉(zhuǎn)，且甲醇易流失，同時(shí)副反應(yīng)較多。丙烯氧化-酯化法CH2=CHCH3+O2─→CH2=CHCHO+H2OCH2=CHCHO+2O2─→CH2=CHCOOH原料易得，收率較高，工藝成熟，便于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化大生產(chǎn)乙酸甲酯法技術(shù)特點(diǎn)羥醛縮合反應(yīng)轉(zhuǎn)化率較低，大量未轉(zhuǎn)化的原料必須回收，其發(fā)展取決于催化劑和分離方法的改進(jìn)。乙炔加氫酯化法總反應(yīng)甲酸甲酯是液體產(chǎn)物,易于儲(chǔ)存和運(yùn)輸,用其代替CO和甲醇可避免乙炔羰化法中造價(jià)高的CO造氣過程,降低投資費(fèi)用。但由于是新工藝，其放大技術(shù)尚不成熟。乙烯酮法特點(diǎn)乙烯酮聚合性強(qiáng)，采用此法必須建立醋酸裂解制乙烯酮裝置，故生產(chǎn)成本高。選擇及理由結(jié)論丙烯氧化-酯化法理由原料易得，收率較高，工藝成熟，便于實(shí)現(xiàn)連續(xù)化大生產(chǎn)任務(wù)4：能夠畫出丙烯酸甲酯的現(xiàn)行工藝流程框圖并進(jìn)行說明描述丙烯酸甲酯的生產(chǎn)工藝是：丙烯酸和甲醇在反應(yīng)器中在陽離子交換樹脂作為催化劑的作用下反應(yīng)，生成物進(jìn)入精餾塔分餾，塔頂產(chǎn)物進(jìn)入萃取塔萃取，塔釜物料回反應(yīng)器反應(yīng)；萃取塔塔頂出料進(jìn)入醇拔頭，塔釜物料則進(jìn)入醇回收塔回收，醇回收塔塔頂物料回到反應(yīng)器反應(yīng)，塔釜?jiǎng)t作為萃取塔的萃取水回到萃取塔；醇拔頭塔塔頂物料回到萃取塔重新萃取，塔釜物料則進(jìn)入酯精制塔精制，精制塔塔頂出料則進(jìn)入成品罐，塔釜物料回到精餾塔精餾。任務(wù)：能夠給出氣固相反應(yīng)器的類型、結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用選型原則一、固定床反應(yīng)器的類型與結(jié)構(gòu)1、單段絕熱式特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)器生產(chǎn)能力大，但反應(yīng)過程中溫度變化較大適用反應(yīng)熱效應(yīng)不大，反應(yīng)過程允許溫度有較寬變動(dòng)范圍的反應(yīng)過程熱效應(yīng)較大的反應(yīng)只要對(duì)反應(yīng)溫度不很敏感或是反應(yīng)速率非?？斓倪^程，有時(shí)也使用這種類型的反應(yīng)器。2、多段絕熱式特點(diǎn)及適用：多段絕熱式彌補(bǔ)了單段絕熱式的不足；冷激式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，便于裝卸催化劑，內(nèi)無冷管，避免由于少數(shù)冷管損壞而影響操作，特別適用于大型催反應(yīng)器換熱式固定床反應(yīng)器管徑：一般為25～50mm的管子，但不小于25mm。催化劑粒徑：應(yīng)小于管徑的8倍，通常固定床用的粒徑約為2～6mm，不小于1.5mm。傳熱所用的熱載體：沸水可以用于100℃～300℃的溫度范圍聯(lián)苯與聯(lián)苯醚的混合物以及以烷基萘為主的石油餾分能用于200～350℃的范圍。無機(jī)熔鹽(硝酸鉀，硝酸鈉及亞硝酸鈉的混合物)可用于300～400℃的情況。對(duì)于600～700℃左右的高溫反應(yīng)，只能用煙道氣作為熱載體。特點(diǎn)：采用小管徑，傳熱面積大，有利于強(qiáng)放熱反應(yīng)；傳熱效果好，易控制催化劑床層溫度；管徑較細(xì)，流體在催化床內(nèi)流動(dòng)可視為理想置換流動(dòng)，故反應(yīng)速率快，選擇性高；結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，設(shè)備費(fèi)用高。適用：原料成本高，副產(chǎn)物價(jià)值低以及分離不是十分容易的情況。徑向固定床反應(yīng)器一般固定床中由于壓降限制，不能使用太小粒度的催化劑，但催化劑的有效系數(shù)降低了，為提高催化劑的利用率而設(shè)計(jì)了徑向反應(yīng)器。流化床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)按照固體顆粒是否在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)分類：分為單器及雙器按照床層中是否設(shè)置有內(nèi)部構(gòu)件分類：分為自由床和限制床固定床與流化床反應(yīng)器的特點(diǎn)特點(diǎn)催化劑裝填反應(yīng)速率反應(yīng)效果傳熱特性催化劑更換固定床催化劑顆粒大，固定在床層中，不易磨損返混小，反應(yīng)速率較快（類似于PFR）停留時(shí)間和溫度分布可控，可達(dá)高選擇性和轉(zhuǎn)化率傳熱較差，催化劑載體往往是熱的不良導(dǎo)體更換時(shí)必須停產(chǎn)，且更換勞動(dòng)強(qiáng)度大，因此對(duì)催化劑使用壽命要求高流化床催化劑顆粒較小，可消除內(nèi)擴(kuò)散阻力，充分發(fā)揮其效能，減少用量返混大，反應(yīng)速率較慢（類似于CSTR）產(chǎn)品選擇性和轉(zhuǎn)化率較低，且由于溝流偏流等存在，設(shè)備要求比較高傳熱強(qiáng)度高，整個(gè)床層處于恒溫狀態(tài)，可在最佳溫度點(diǎn)操作失活催化劑可迅速再生任務(wù)點(diǎn)0101-6：能夠根據(jù)反應(yīng)器特點(diǎn)合理選擇氣固相反應(yīng)器王姝氣固相反應(yīng)器的選型分析氣固相催化反應(yīng)器的基本類型：固定床反應(yīng)器和流化床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器定義：在反應(yīng)器中，若原料氣以一定流速通過靜止催化劑的固體層，通常把這類反應(yīng)器稱為固定床反應(yīng)器。特點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：

a.操作中氣流可看成是理想置換，完成相同的生產(chǎn)任務(wù)所需要的有效體積小，催化劑用量少。

b.氣體的停留時(shí)間可以嚴(yán)格控制，有利于選擇性的提高。

c.催化劑不易磨損，可長時(shí)間連續(xù)使用。

d.可用于高溫高壓下操作。

缺點(diǎn)：

a.導(dǎo)熱性能差，溫控難。

b.難于使用小顆粒催化劑。

c.催化劑再生、更換均不方便等。流化床反應(yīng)器定義：若原料氣通過反應(yīng)器時(shí)，固體顆粒受流體的影響而懸浮于氣流中，這類反應(yīng)器稱為流化床反應(yīng)器。優(yōu)點(diǎn)：（1）傳熱效率高，床內(nèi)溫度易于維持均勻?！@對(duì)于熱效應(yīng)大而對(duì)溫度又很敏感的過程是很重要的，因此特別地被應(yīng)用于氧化、裂解、焙燒以及干燥等各種過程。（2）大量固體粒子可方便地往來輸送?！@對(duì)于催化劑迅速失活而需隨時(shí)再生的過程（如催化裂化）來說，正是能否實(shí)現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的關(guān)鍵。此外，單純作為粒子的輸送手段，在各行業(yè)中也得到廣泛應(yīng)用。（3）可采用細(xì)顆粒催化劑，可以消除內(nèi)擴(kuò)散阻力，充分發(fā)揮催化劑的效能。缺點(diǎn)：（1）氣流狀況不均，不少氣體以氣泡狀態(tài)經(jīng)過床層，g-s兩相接觸不夠有效，在要求高轉(zhuǎn)化率時(shí)，這種狀況更為不利。

（2）粒子運(yùn)動(dòng)基本上是全混式，因此停留時(shí)間不一，在以粒子為加工對(duì)象時(shí)，可影響產(chǎn)品質(zhì)量的均一性，且