合计 15250 14500 25000 合计 a- 羟基异丁烯 酰胺硫酸盐 损耗及其他 15250 28160 11340 39500 12500 2250 3780 酰丙酮氰醇 胺100%硫酸 化工（硫酸1.5倍） 段 合计 水甲基丙烯酸 解甲醇 酯化（mol1：0.75） 工段

39500 14330 4200 合计 甲基丙烯酸甲酯 水 损耗及其他 合计 18530 合计 18530 表 主要原材料消耗定额表

原料名称 丙酮 氢氰酸 甲醇 100%硫酸 NaOH

表 排放物综合表

序号 1 2 3 4 5 6 7 废 渣 类 型 废 气 废 水 名 称 氮气 氮气 聚合废水 加成废水 加聚液废水 光氯化废渣 聚合废渣 主要成分 过量的未反应的原料 HCl 水，氯化铵，少量原料 水，少量原料 水，氯化铵，少量原料， 高沸物 少量原料 排放量 微量 570 437 255 197 微量 35 消耗定额 kg/t 8320 3880 3360 20000 —

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8

环合废渣 少量原料，有机杂质 微量 3.3 热量衡算

在进行热量衡算时，主要对生产过程中的反应设备进行计算，以确定加热剂和制冷剂的用量。以每年生产10000吨甲基丙烯酸甲酯为计算基准，热量衡算的基准温度为0℃。

3.3.1 混合釜

（1）已知条件

①单台反应釜的投料量：丙酮10400kg，氢氰酸4850kg。 ②反应釜规格φ2800/3000×1800（筒体），V=2000L，数量1台。 ③操作要求：温度≤65℃，反应时间8-10小时 （2）各项热量值计算

①（因为物料由合成釜抽过来时温度较高所以取初始温度为40℃）物料由40℃升温至60℃所需热量

Q＝∑WCp(t2-t1) =(1050×0.96+2729×1.76)×20=116220kJ ②反应釜的热损失

设反应釜每小时热损失约为100kJ/m3。单台反应釜的内表面积为 A=2πrh+2Sf==3.14×1.5×1.8＋2×2.6275=14.2 m2 则每台反应釜操作8小时损失的热量Q=14.2×100×8=11360kJ 所以操作8小时每台反应釜需要提供的热量为116220+11360=127580kJ （3）传热面积的确定[9]

采用水蒸气进行升温，总传热系数K取836kJ/m2·℃。 物料t 40 → 60 蒸汽T 80 ← 110 △t1=40 △t2=50

由文献[9]公式4-45得对数平均温度差为

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△t m=(△t1-△t2)/㏑(△t1/△t2) =10/ln（50/40）=44.8℃ 由文献[9]公式4-44得传热面积为

S＝Q/(K·△tm)=127580/(836×44.8)=3.41m2 即要求反应釜的传热面积达到3.41㎡. （4）传热剂用量的计算

由式Q＝WCp(t2-t1)得W=Q/ Cp(t2-t1)=127580/(1.9×8)=8393.4kg 即每台反应器需要8393.4kg水蒸气进行供热。

3.3.2 酰胺反应釜

（1）已知条件

①单台反应釜的投料量：

②反应釜规格φ1400/1500×1700(筒体)，V=3000L，数量1台。 ③反应要求：物料温度为45℃。 （2）冷却过程中，各项冷量值的计算

①冷却过程中物料由60℃降至45℃所需的冷量

Q=(4042×1.15+1000×1.08+1325×0.76)×15 =101029kJ

②反应釜的冷损失

设45℃时，每小时热损失为50kJ/m2。单台反应釜的内表面积 A=3.14×1.4×1.7＋2×2.3005=12.07m2

则每台反应釜7小时损失的热量Q=12.07×50×7=4224.5kJ 所以每台反应釜需要提供的热量为101029+4224.5=105253.5kJ （3）传热面积的确定

若采用15℃的循环水降温，出口温度为-20℃，总传热系数为836kJ/ m2·℃。

物料t 60 → 45

冷盐水T 15 ← 25

△t1=45 △t2=20

△t=(45-20)/ln(45/20)=31℃

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要求设计反应釜的传热面积S＝Q/(K·△t m)= 105253.5/(836·31)=4.1m2 （4） 制冷剂用量的计算

W=Q/ Cp(t2-t1)= 105253.5/(4.18×7)=3597kg 即每台反应釜需要3597kg循环水来进行制冷。

第4章 主要设备及管道的选择及计算

4.1 主要设备选择及计算

4.1.1 混合釜

混合釜结构为带夹套的立式设备，顶部设置搅拌器。混合釜是该装置的关键设备，内设搅拌器和U性管式换热器，考虑到混合物料为过量100%的浓硫酸和丙酮氰醇发生酰胺反应，生成α-甲酰胺异丙基硫酸氢酯中间体，为防热反应，控制温度为80-100℃，根据100%硫酸腐蚀速度图选取该设备材质为铬镍钼不锈钢（00Cr17Ni14Mo2），以符合工艺要求。由于混合釜内U管换热器内介质为冷却水，一旦泄漏，就会马上将混合釜内的100%硫酸稀释成稀硫酸，高温稀硫酸为强腐蚀介质，就会造成整个设备迅速被腐蚀坏掉，造成整个装置停车，影响生产。

通常引进技术U管换热器采用哈氏合金B2或哈氏合金C4的材质，考虑到一方面哈氏合金B2或哈氏合金C4的材质引进和制造周期较长，另一方面设备投资增大。在国产设计中，U管换热器材质选用铬镍钼不锈钢（00Cr17Ni14Mo2），要求换热器的每一根U管必须采用无焊缝的整体管制造，也就是混合釜内部的每一根U管不允许有任何焊缝，避免了由于焊接工艺不过关导致U管泄漏的发生。从已开车的MMA装置的运行记录可以看出，到目前为止运行5年的混合釜没有出现任何问题。 （1）混合釜

物料：丙酮 10400kg 氢氰酸 4850kg

ρ=800kg/m3 V=13m3 ρ=1205kg/m3 V=4.02m3

合计体积 13+4.02=17.02 m3

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