-范文最新推荐- 年产10万吨异丁烯法甲基丙烯酸甲酯工艺设计 设计说明： 甲基丙烯酸甲酯(MMA)是合成有机玻璃及MBS树脂的单体。我国MMA的生产以丙酮腈醇法(ACH法)为主，合成路线复杂，工艺流程长，多步反应后产率低，成本高。该方法采用剧毒的氢氰酸为原料，产生大量难于处理的废酸，环境污染严重，因此开发新的MMA工艺路线很有必要。 近年来，很多国家采用异丁烯为原料来生产MMA并已实现工业化。该方法生产绿色化、经济效益高，推广应用后能获得较大的经济效益和社会效益。本文是对异丁烯制备MMA进行工艺设计。6718关键词： 催化剂；直接氧化法；异丁烯；甲基丙烯酸甲酯A Process Design for 100,000 Tons Isobutane Conversion to Methyl Methacrylate by Two-StageDesign notesMethyl methacrylate (MMA) is a monomer that is used to polymerize the organic glass and the MBS resin. MMA is produced by the method of acetone-cyanohydrin(ACH) mainly in our country. The synthetic route is complex, the technical line is long, and the yield is low with high cost after many steps. Hydrocyanic acid (seriously poisonous) is used as raw material, the treatment of numerous waste acid is difficult . Furthermore, concentrated sulfuric acid consumed in this method corrodes equipments and pollutes the environment seriously. Considering all of these, it is greatly necessary to develop a new chemical technology of MMA. Recently, in many countries isobutyl is used as raw material to produce MMA and the method already is industrialized. This is the synthesis of Isobutene Conversion to Methyl Methacrylate by Two-Stage process design.Keywords Catalyst;catalytic Direct Oxidative Esterification Process; Isobutane; Methyl Methacrylate1 概述51.1 甲基丙烯酸甲酯的生产工艺及设计意义51.1.1 ACH法51.1.2 改进的ACH法6 4.2 反应器的设计544.2.1设计条件544.2.2基本物性数据544.2.3反应器的数学模型564.2.4反应管排布594.2.5壳程换热624.2.6管口设计634.2.7预热器644.2.8封头645 部分设备选型与计算665.1 MMA精馏塔665.1.1 各类尺寸的计算665.1.2 精馏塔塔顶冷凝器选型685.1.3 精馏塔塔底再沸器选型695.3.4 泵706 工艺流程图(见附录二)717 车间布置设计图727.1生产车间平面布置图(见附录三)727.2生产车间立面布置图(见附录四)72致谢73参考文献741 概述1.1 甲基丙烯酸甲酯的生产工艺及设计意义1甲基丙烯酸甲酯(MMA)是一种重要的有机化工原料和化工产品，主要用于生产有机玻璃(PMMA)，聚氯乙烯助剂ACR、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丁二烯共聚物(MBS)和用作腈纶生产的第二单体，也可用于制造其他树脂、塑料、涂料、粘合剂、润滑剂、木材和软木的浸润剂、电机浅圈的浸透剂、纸张上光剂、印染助剂和绝缘灌注材料等 ，甲基丙烯酸甲酯的市场前景非常广阔。MMA最主要的下游产品就是有机玻璃(PMMA)，PMMA具有光学透明性、稳定性和耐候性，易染色、易加工、质地坚硬等优点，国外广泛用于建筑、汽车、照明器材、光学仪器以及各种工业用、医用设备、家用等领域。由于PMMA在建筑、汽车等行业的大量应用，因此其发展对国民经济的影响非常大。对甲基丙烯酸甲酯的生产概况和市场前景的分析也就显得尤为重要。根据SRIC的统计数据显示，截至2007年，全球MMA总产能约为3416万ta，产量约为304 5万t。MMA生产主要集中在美国、西欧和日本等地区的20多家工厂，生产能力合计约为228万ta，占世界总生产能力的70左右。世界MMA的生产以丙酮氰醇法(ACH法)为主，约占总产能的80，除此之外，还有异丁烯(叔丁醇)直接氧化法，直接甲基化法，乙烯法等，其中，异丁烯法约占总产能的18。传统的ACH法采用丙烯腈副产的剧毒氢氰酸和苯酚副产的丙酮为原料，在浓硫酸中加热生成甲基丙烯酰胺硫酸盐后再与甲醇进行酯化反应生成MMA，但副产大量硫酸氢铵固体废弃物和酸性废水，增加了后续处理的费用，并且ACH法的原子利用率仅为47I 。若以异丁烯为原料制取MMA，原料为混合C4，副产为水，原子利用率可达74。异丁烯法生产MMA是一种具有较高综合价值的清洁的技术路线，且其原料来源丰富，主要来自于重油裂解副产大量的混合C4。 该法经过长期不断的改进和完善，技术先进、成熟可靠，产品质量好，得到了广泛的采用。但该法存在缺点：使用剧毒化学品氢氰酸，贮运和使用过程中要求采取严格的防护措施；副产大量废酸；硫酸腐蚀设备，要求使用耐腐材质。因此该法已日益受到来自环保方面的压力。1.1.2 改进的ACH法该法由日本三菱瓦斯化学公司开发，已建成6万吨/年装置并投产。该法特点是不使用硫酸，但仍以HCN与丙酮为原料，HCN再生循环使用。其工艺包括6个步骤：丙酮氰醇水合制羟基异丁酰胺；羟基异丁酰胺与甲酸甲酯反应制羟基异丁酸甲酯和甲酰胺；羟基异丁酸甲酯脱水制MMA；甲酰胺脱水制氢氰酸；回收再生的氢氰酸并和丙酮反应制丙酮氰醇；甲酸和甲醇经酯化反应制甲酸甲酯。1.1.3乙烯法（α-MMA法)此法分为催化水合法和直接水合法，水合在常压或加压下进行。常压水合通常是以稀硫酸为催化剂，但副产较多。此法耗用酸，有设备腐蚀问题，因此工业上多采用无催化剂的加压水合法。加压水合法是在150—180和1 .4—3. 0 MPa压力下进行。增加压力和提高温度可以提高EG的产率，但副产物一缩MMA，二缩MMA及高聚物的量也有所增加，即EO转化为EG的选择性变差。为了提高选择性，可以采用较高的配比以控制副反应，一般主副产品控制比例为:MMA:一缩MMA:二缩MMA一100: 10: 1(重量比)，实际上MMA（EG）在水中的含量仅为10%，因而增加了浓缩的能耗。此法由于技术和经济上的优势，成为最早工业化的生产方法之一。1.1.4 丙烯法丙烯酸法从1 960年开始研究。丙烯和一氧化羰和水在过渡金属催化下一步生成甲基丙酸烯甲酯。现在般用镍碳催化剂，也有用钯碳催化剂，反应温度4585度，反应压力2060atm，整个反应在惰性的溶剂里，选择转化率99。还有种工艺是强酸(氢氟酸)催化下丙烯和一氧化碳和水生成异丁酸，然后再和氧气在催化剂(铁磷和钼磷)的作用下生成甲基丙烯酸和水。异丁酸的转化率是90，甲基丙烯酸转化率是95，甲墓丙烯酸一次性转化率是接近80，反应温度300—400度，然后和甲醇生成甲基丙烯酸甲酯。 下面对几种工艺进行比较：以ACH法、改进的ACH法、乙烯法、异丁烯直接氧化法为代表比较4种合成甲基丙烯酸甲酯的方法，见表1.1。表1.1甲基丙烯酸甲酯生产技术比较比较项目改进的ACH法ACH法乙烯法异丁烯直接氧化法原料成本31.9931.9927.226.52公用工程成本4.844.849.634.55可变成本36.9336.9336.1931.17固定成本8.6915.5713.811现金成本46.6252.549.9942.17折旧成本9.1711.312.9510.23生产成本合计55.3363.862.9452，3910%投资回报65.0277.275.862.621.2 甲基丙烯酸甲酯的性质1.2.1 甲基丙烯酸甲酯2甲基丙烯酸甲酯(MMA)是一种重要的有机化工原料和化工产品，无色液体，易挥发，易燃。熔点为-48，沸点100-101，24（4.3kPa），相对密度0.9440（20/4），折射率1.4142，闪点（开杯）10，蒸气压（25.5）5.33kPa。溶于乙醇、乙醚、丙酮等多种有机溶剂，微溶于MMA和水。在光、热、电离辐射和催化剂存在下易聚合。CAS号：80-62-6 中文名称：甲基丙烯酸甲酯 英文名称：Methyl methacrylate；Methacrylic acid，methyl ester甲基丙烯酸甲酯结构式 2005年以来， 日本、韩国、我国台湾地区光学关联、IT产品及汽车生产向我国大量转移，使国内对高品质PMMA的需求持续两位数增长，随着外资的大量涌入，国内高品质的PMMA模塑料生产发展较快.2005年日本可乐丽(KuraraY)在张家港建成3000 t/a PMMA模塑料生产装置；惠州惠菱化成公司MMA项目配套建设4万t/a高品质PMMA模塑料装置；台湾省奇美(ChiMei)公司在镇江建设5万ta PMMA模塑料装置，华东和华南地区是我国有机玻璃的主要加工和消费地区.约占全国消费市场的80。以温州为中心的浙南地区、江苏扬州地区、苏锡常地区、上海地区和宁波地区以及广东的佛山、顺德和汕头等地已形成了有机玻璃制品加工基地，拥有大量的国营和私营有机玻璃加工企业。尽管近几年我国PMMA的消费量有很大增长，但在市场开发和推广上仍有许多工作要做，PMMA产品仍有很大的市场潜力。由于用户对PMMA的特性了解不深，使得国内PMMA市场受到PS、PC、PVC和ABS等替代品的一定冲击。随着我国国民经济的发展. 国内有机玻璃大宗消费市场.如广告灯箱、标牌、灯具、浴缸、仪表、生活用品、家用电器以及建筑等，还有很大潜力，有待开发。其中，建筑采光体、浴缸、街头广告灯箱和投币或磁卡电话亭等的市场增长较快.专家普遍认为今后发展空问也较大。与PS、PC、PVC等其它树脂材料相比，PMMA的透光性、耐候性和光泽度要好一些，随着我国各行业的法规日益健全，PMMA必将在更多的应用领域表现出较强的竞争力在发展迅速的信息技术产