甲基丙烯酸甲酯生产工艺中的安全与环保措施10000字论文

1甲基丙烯酸甲酯生产工艺中的安全与环保措施引言 11甲基丙烯酸甲酯概述 2 52.1丙酮氰醇(ACH)法反应原理 52.2甲基丙烯酸甲酯的流程设备图和流程框图 72.3甲基丙烯酸甲酯ACH法生产流程叙述 93工艺计算 11 3.2热量衡算 4主要设备选择及计算 5生产项目投资及盈利估算 21摘要：甲基丙烯酸甲酯又称MMA,由于其良好的性能和市场应用程度，因此是一种在未来可能会占据很大市场的一种化工原料。本文主要对MMA的性能进行了介绍，介绍了MMA丙酮氰醇法(ACH法),利用氢氰酸和丙酮反应产生丙酮氰醇在浓硫酸作用下生成甲基丙烯酸水解后在硫酸催化下生成甲基丙烯酸甲酯(MMA),本设计基于合肥蜀山区吉星化工厂生产条件从物料衡算，热量衡算和设备选型三方面进行计算，对吉星化工厂甲基丙烯酸甲酯生产废水废气和废物的排放量进行分析，并对生产成本及盈利进行估算，设计出符合吉星化工厂实际生产要求的甲基丙烯酸甲酯的生产工艺路线。关键词：甲基丙烯酸甲酯(MMA);市场需求；生产技术；经济可行性引言甲基丙烯酸甲酯(MMA),简称甲酯，化学式为C₅H₈O2,化学式量为100.12,是一种有机化合物，又称MMA。甲基丙烯酸甲酯是无色不挥发液体具有刺激性气味，易燃，化学性质相对稳定，在光、热、催化剂作用下容易发生聚合。MMA是一种重要的化工原料和生产透明塑料的有机玻璃单体。不同的乙烯基单体聚合，可以得到不同性能和用途的工业产品。MMA可用于制造有机玻璃、2涂料、润滑油添加剂、塑料、粘合剂、树脂、离子交换树脂、纸张上光剂、印染助剂和绝缘铸造材料。据近年来的调查数据显示，甲基丙烯酸甲酯的出口量呈逐年递增的趋势，并占据了世界市场的主要份额(张建华，李思远，2022)。甲基丙烯酸甲酯因其优异的性能和广泛的应用而成为极具市场潜力的化工产品。国内外生产方法主要包括丙酮氰醇法，通过使丙酮和氰化氢发生反应获得丙酮氰醇，再把将硫酸和甲醇加入在丙酮氰醇中，使其发生反应获得甲基丙烯酸甲酯，再经过初馏和精馏获得最产品；从这些设计可以看出来丙烯法是通过使丙烯、一氧化碳与甲醇发生反应获得2-甲氧基-2-甲基丙酸甲酯，此产物为中间体，再异丁烯法是使用催化剂(K₂CO₃或MnO₂)将异丁烯通过氧化剂被氧化成为甲基丙烯酸，进而加入甲醇使其发生酯化，获得甲基丙烯酸甲酯(MMA)。在这种结构中乙烯法是这一方法通过生成C3羰基化合物，再使用甲醛或其等价物获得甲基丙烯酸甲酯(MMA)。在这样的配置中这一方法的显著优点是中间过程形成的副产物氢氰酸可以被当做生产丙酮氰醇的原料，从而避免了产生硫酸铵产品丙烯法所使用的催化剂复杂难找，从而间接增加了生产成本，所以不适合选用。丙炔法和异丁烯法同理也是采用的最新型催化剂，虽然原料价格低廉，但是催化剂成本过高，所以不宜采用。乙烯法的工艺方法比较简单，但是高收率和高选择性的催化剂尤为重要，导致生产难度增加，不是最佳选择(赵鹏飞，杨慧琳，2021)。而丙酮氰醇法(ACH法)原料简单易得，反应过程中使用的催化剂廉价且无处不在，生产过程中产生的废弃物处理简单易行。目前国内MMA市场需要一个好的形式，但也带动了大量的MMA项目，所以ACH法是生产工艺的最佳选择。1甲基丙烯酸甲酯概述结构式：3中文名称甲基丙烯酸甲酯别名α-甲基丙烯酸甲酯；甲甲酯标编国号熔点沸点密度外观闪点安全性描述化学性质较为稳定，在光、热、电离辐射和应用：用于制造有机玻璃，也用于其他树脂，塑料，润滑剂，粘合剂的合成。(1)对人体的影响：接触到身体肌肤时要及时使用肥皂水和清水进行仔细冲洗，进入眼睛时要及时用生理盐水冲洗并及时送医；误食后要大量饮水进行催吐处理(2)对环境影响：危险特性：易燃，该物质的蒸汽进入空气中时会产生具有爆炸性质的混合物，此时若遇到火焰就会发生燃烧核爆炸。在热、光和紫外辐射的作用下，容易发生聚合反应，整个容器内的单体可能发生不规则的聚合反应而发生爆炸。它的蒸汽比空气重，可以从较低的位置扩散到较远的地方，在那里会着火，造成事故(孙昊天，钱林涛，2020)。燃烧后产生的有碳、二氧化碳。灭火方法：消防员必须穿上全身防护服，逆风扑救火灾。发生火灾时，消防员应在有遮蔽的地方操作(何雨菲，吴思源，2020)。这些阐述中可以看出灭火剂有防溶性泡沫，二氧化碳，干粉，沙子。水不能有效地扑灭火灾，但是水可以用来使容器在火中保持凉爽。应急响应：迅速将人员从污染区疏散到安全区。并将火熄灭。应急人员应呼4吸器，穿上防静电服，切断主要原料泄露的地方。防止流入河流土地造成污染。采取灭火方法有雾状水、泡沫、二氧化碳、干粉、砂土(马俊杰，刘海涛，2023)。使用专业措施将废物转运至罐车或专用收集器，回收或运往废物处置场处置。(3)监测方法：气相色谱法(4)防护措施：对人体进行防护的时候，在空气浓度达到一定量时佩戴防毒面具以及护目镜，身着防静电服佩戴耐油的橡胶手套进行作业。(5)其它有害作用：该物质对环境可能有危害，应对附近水道河流给予特(6)废物处理措施；废弃处置方法有处置前应根据国家和地方有关法规。一般采用焚烧法进行处理。操作注意事项：操作要在封闭空间内进行，并加强通风。贮存注意事项：商品通常加入阻聚剂，贮存于阴凉通风的仓库，远离火源和热源，远离光线。运输注意事项：运输车辆应当配备相应品种和数量的消防设备和泄漏应急处1.1.2甲基丙烯酸甲酯的性质用途甲基丙烯酸甲酯(MMA)作为一种有机化工原料，具有非常重要的作用，可作为进行透明塑料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),也被称为有机玻璃，生产过程中使用的单体。具有优良的透明度和稳定性，易于加工，形状和颜色。可加工成板材、押铸板、棒材、管材、粉末(魏阳光，孙明珠，2023)广泛应用于建筑、卫浴、广告装饰、家电、仪器仪表等行业。从这些设计可以看出来成型后具有耐久性和良好的绝缘性能。共聚合物可用于涂料、喷漆、粘合润滑油、人造大理石、聚氯乙烯(PVC)加工助剂和PVC冲击改性剂、纺织及纸张处理、皮革表面处理等方面。其他用途包括铸造生物标本和制作假牙，并可与其他醇反应生产其他丙烯酸酯，同时还可生产和合成其它丙烯酸酯类，丙烯酸酯的制备方法有醇酸直接酯化法、酯交换法等(唐梓涵，张子琪，2023)。在这种结构中所以合肥蜀山区吉星化工厂甲基丙烯酸甲酯在未来的生活中甲基丙烯酸甲酯会有很大的市场需求。5使用泰克公司的技术和设备在我国将第1家专门进行MMA生产的工厂建立起来，截至2016年，我国每年可生产的MMA总量为87.3万吨，这一产量仅次于美国。近年来，中国MMA产能迅速扩大，2016年达到87.3万吨/年，但高端产据数据统计显示，2017年外国制造商总产量达到56.2万吨，占全球市场的79.5%。其中，陶氏化学产量达到19万吨，占全球市场的26.9%;MMA的市场丙酮氰醇(ACH)法主要是用丙酮和氢氰酸产生的丙酮氰醇经过硫酸催化水解形成的甲基丙烯酸(即MAA)作为主要原料和甲醇发生酯化，制得甲基丙6反应式(1)CH₂=C(CH₃)COOH+CH₃OH→CH₂=C甲基丙烯酸：甲醇=1:0.75。理论上甲基丙烯酸与甲醇的摩尔比为1:1,但(1)转化率甲醇的转化率需要被控制在60%-70%范围内。7这个特点将水和产物进行分离。根据原料配比，要控制转化率在60%-70%,因为过高的转化率会导致甲基丙烯酸和甲醇发生的副反应所对应的加成反应更多①催化剂原料在反应器中时，需要将温度控制在75℃,使温度升高可以是反应速度的酯化能力在反应温度为75℃时可以使甲醇转化率处于60%-70%范围内。8丙酮氰醇水解甲醇酸分流塔醇萃取塔醇精馏塔酯提纯塔甲酯废水92.3甲基丙烯酸甲酯ACH法生产流程叙述合肥蜀山区吉星化工厂甲基丙烯酸甲酯以甲基丙烯酸和甲醇为原料，酸醇比为1:烯酸分馏塔下方可得到循环回收的甲基丙烯酸，保持反应器入口处的温度为75℃,并将反应器中的压力保持在300kPa,转化率的范围保持在60%-70%(邓文从反应器中出来以后会进入分离回收塔并经过提纯以将反应产生的原料回收再要满使塔顶处的压力保持在28.7kPa,同时将塔顶和塔釜温度分别维持在40℃和萃取甲醇需要使回收塔中的压力和温度分别保持在300kPa和25℃回收甲醇需要使回收塔中的塔顶压力、塔顶温度和塔底温度分别维持在还是存在聚合的可能，各种物质构成了重组分。因甲基丙烯酸甲酯在提纯甲基丙烯酸甲酯时，从精馏塔下部收集的甲基丙烯酸甲现象，醇精馏要进行减压设置，输送空气，添加防聚剂。具体细化后的内部组相关运行工艺参数为：塔顶部压力是21.3kPa,温度37℃,塔底端物浓度3工艺计算总体产量10万吨甲基丙烯酸甲酯/年生产时长合肥蜀山区吉星化工厂8000小时/年合肥蜀山区吉星化工厂甲基丙烯酸甲酯设施综合收率为95%,损耗(涵盖技术及机械损耗)是5%(1)ACH工段表2物料衡算表(1)丙酮(58)氢氰酸27丙酮氰醇85投入量(千克/小时)实际消耗(千克/小时)生成量(千克/小时)(2)酰胺化工段表3物料衡算表(2)丙酮氰醇85甲基丙烯酰胺的硫酸盐169投入量(千克/小时)实际消耗(千克/小时)生成量(千克/小时)转位反应方程式：(3)水解及酯化工段水解反应方程式：酯化反应方程式：表4物料衡算表(3)甲基丙烯酸86水18投入量(千克/小时)实际消耗(千克/小时)生成量(千克/小时)表5物料衡算表汇总工输入物料量(kg/h)输出物料量(kg/h)段名称数量名称数量丙酮氰醇100%硫酸H₂SO₄的1.5倍甲基丙烯酸甲醇(摩尔量1:0.75)一甲基丙烯酰胺硫酸盐甲基丙烯酸甲酯水艺酰胺化工艺酰胺化工艺水解酯化工艺原料名称消耗定额kg/t丙酮8320甲醇3360100%硫酸20000NaOH序号类型主要物质1氢氰酸(剧毒)2加成废水(水，少量原料)3固体废物废渣(高沸物)4固体废物聚合废渣(少量原料)3.2热量衡算热量衡算是指在反应中对设备的热量进行计算，以计算设备需要的加热机和制冷的量，在这种结构中以一年生产10万吨甲基丙烯酸甲酯，基准温度为0℃。根据已有的理论系统，本文对一些理论成果进行了评估，结果显示，这些理论不仅在概念上具有强大的说服力，在实际操作中同样表现出了明显的指导作用。本(1)已知条件①操作要求：温度小于等于65℃,反应时间为8小时②反应釜规格φ2800/3000×1800(筒体),V=20000L,数量1台。③合肥蜀山区吉星化工厂甲基丙烯酸甲酯一台反应釜使用的原料量：丙酮为10400kg,氢氰酸为4850kg。(2)各项热量值计算①物料由40℃升温至60℃所需热量假定反应釜热损失大概在100kJ/m²,则其内表面积计算A=2πrh+2S₄=3.14×1.4×1.8+2×3.14×1.4²=28可得每台反应釜操作8小时损失的热量为所以操作8小时每台反应釜需要提供的热量(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8蒸汽T80℃至110℃△t₁=40△t₂=50(4)传热剂用量的计算(1)已知条件①单台反应釜的投料量：丙酮氰醇14500kg,硫酸25000kg②反应釜规格φ1400/1500×1700(筒体),V=3000L,数量1台。(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=∑9Cp(t₂-t₁)=(4042×1.15+1000×1.08+1325×0设45℃时，每小时热损失为50kJ/m²,则单台反应釜的内表面积为A=2πrh+2S₄=2×3.14×1.4×1.7×0.7+2×3.14×0.7²=10则每台反应釜7小时损失的热量Q=10.55×50×7=3692.5kJ(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.℃。(4)制冷剂用量的计算②工作温度：釜内≤75℃,夹套≤110℃③介质：釜内为溶液，夹套内为水蒸气，中度腐蚀(1)筒体的直径和高度根据规范，Da=2700mm系列椭圆封头曲面高度达h₁=740mm,直边高度是h₂=40mm,封头容积V。=3.12m³,表面积F=8.85Vm=6.16m³,表面积F=8.8m²(2)夹套的直径和高度对于筒体内径Da=2700mm,夹套内径Db=Da+200,因此Db=2700+4.2酰胺反应釜100%硫酸4.3酯化反应釜4200kgp=1110kg/m³V=3.78m³②工作温度：釜内75-100℃,夹套≤150℃③介质：釜内为溶液，夹套内为水蒸气，中度腐蚀(1)筒体的直径和高度设备容积为22m³对液相类型选型长径比H/Da=1.4H=(V-Vh)/Vm=(22-3.12)/6.15(2)夹套的直径和高度对于内径Da=2700mm,内径Db=Da+200,因此Da=2900mm,满足压力容器公称H,=(7V-Vh)/Vm=4(V₀-Vh)=4(22×0.85-3.12)/(3.14×2.8²设置夹套高度H,=2600mm,则H₀≈H-H,=500mm,F=FH,+F=8.8×2.7+8.85=4.4物料管道材料选择(1)100%硫酸管道合肥蜀山区吉星化工厂甲基丙烯酸甲酯质量分数为100%硫酸输送管道，运行温度为25-35℃,这些阐述中可以看出因为考虑到冲蚀腐蚀和甲基丙烯酸甲酯 (2)丙酮氰醇管道(3)甲基丙烯酸甲酯管道运输MMA的管网，从这些设计可以看出来因为产品对择了铬镍钼不锈钢；为了防止甲基丙烯酸(MMA)在100℃以上聚合，这在一定究的复杂性日益显著,单一学科的知识体系往往难以全面跨学科的协同与互动变得尤为关键。结合各学科的专业见解、探究途径与技术平台，研究者们能更高效地应对科学难题，发掘更具综合性和系统性的解决之道。跨学科合作不仅推动了新理论、新技术与新应用的产生，还为科研人员提供了更广阔的认知领域和多元化的思维框架。由于MMA是易燃易爆介质，管道和法兰的压力等级为2.5Mpa。5生产项目投资及盈利估算合肥蜀山区吉星化工厂甲基丙烯酸甲酯设备工程投资编号设备名称价格(万元)123中和液分层器456工程费用原料投资编号原料名称原料价格(元/t)消耗量(t)费用(万元)12丙酮3甲醇4134804万元盈利估算根据上述得出合肥蜀山区吉星化工厂甲基丙烯酸甲酯总投资大概为123540万元，年生产10万吨甲基丙烯酸甲酯，一吨甲基丙烯酸甲酯的市场售价为1.5万元/吨，除去公司生产税收，所以大概可得年利润大约为15100万元。结论(1)本设计主要目的是达到合肥蜀山区吉星化工厂年产10万吨甲基丙烯酸甲酯，文章内详细介绍了甲基丙烯酸甲酯(MMA)的理化性质，研究现状，市