丙烯酸甲酯工艺仿真软件手册.docx
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丙烯酸甲酯工艺仿真培训系统
操作手册
第一章生产原理及工艺特点
在该单元中丙烯酸与甲醇反应,生成丙烯酸甲酯,磺酸型离子交换树脂被用作催化剂。
1.1酯化反应原理
丙烯酸与醇的酯化反应是一种生产有机酯的反应。
其反应方程式如下:
CH2=CHCOOH+CH3OH<==>CH2=CHCOOCH3+H2O
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。
1.2丙烯酸与甲醇的酯化反应
(1)酯化反应器的主反应
酯化反应器的主反应的化学方程式如下:
H+(IER)*
CH2=CHCOOH+CH3OH<==>CH2=CHCOOCH3+H2O
AAMEOHMA
*IER指离子交换树脂
(2)酯化反应器的副反应
CH2=CHCOOH十2CH3OH———>(CH3O)CH2CH2COOCH3+H2O
MPM:
(3-甲氧基丙酸甲酯)
H+(IER)*
2CH2=CHCOOH十CH3OH———>CH2=CHCOOC2H4COOCH3+H2O
D-M(3-丙烯酰氧基丙酸甲酯/
二聚丙烯酸甲酯)
H+(1ER)
CH2=CHCOOH+CH3OH———>HOC2H4COOCH3
HOPM(3-羟基丙酸甲酯)
H+(1ER)
CH2=CHCOOH+CH3OH——>CH3OC2H4COOH
MPA(3-甲氧基丙酸)
H+(1ER)
2CH2=CHCOOH———>CH2=CHCOOC2H4COOH
D-AA(3·丙烯酰氧基丙酸/
二聚丙烯酸)
其他副产物是由于原料中的杂质的反应而形成的。
典型的丙烯酸中的杂质的反
应如下:
CH3COOH+R-OH——>CH3COOR十H2O
C2H5COOH+R-OH——>C2H5COOR十H2O
丙烯酸甲酯的酯化反应在固定床反应器内进行,它是一个可逆反应,本工艺采用酸过量使反应向正方向进行。
反应在如下情况下进行:
温度:
75℃(MA)
醇/酸摩尔比:
0.75(MA)
由于甲酯易于通过蒸馏的方法从丙烯酸中分离出来,从经济性角度,醇的转化率被设在60%-70%的中等程度。
未反应的丙烯酸从精制部分被再次循环回反应器后转化为酯。
用于甲酯单元的离子交换树脂的恶化因素有:
金属离子的玷污、焦油性物质的覆盖、氧化、不可撤回的溶涨等。
因此,如果催化剂有意被长期使用,这些因素应引起注意。
被金属铁离子玷污导致的不可撤回的溶涨应特别注意。
1.3丙烯酸回收
丙烯酸回收是利用丙烯酸分馏塔精馏的原理,轻的甲酯、甲醇和水从塔顶蒸出,重的丙烯酸从塔底排出来。
1.4醇萃取及回收
醇萃取塔利用醇易溶于水的物性,用水将甲酯从主物流中萃取出来,同时萃取液夹带了一些甲酯,再经过醇回收塔,经过精馏,大部分水从塔底排出,甲醇和甲酯从塔顶蒸出,返回反应器循环使用。
1.5醇拔头
醇拔头塔为精馏塔,利用精馏的原理,将主物流中少部分的醇从塔顶蒸出,含有甲酯和少部分重组分的物流从塔底排出,并进一步分离。
1.6酯精制
酯精制塔为精馏塔,利用精馏的原理,将主物流从塔顶蒸出,塔底部分重组分返回丙烯酸分馏塔重新回收。
第二章生产流程说明
2.1丙烯酸甲酯生产总流程
2.2丙烯酸甲酯生产流程框图
2.3丙烯酸甲酯生产流程叙述
2.3.1从罐区来的新鲜的丙烯酸和甲醇与从醇回收塔(T140)顶回收的循环的甲醇以及从丙烯酸分馏塔(T110)底回收的经过循环过滤器(FL101)的部分丙烯酸作为混合进料,经过反应预热器(E101)预热到指定温度后送至R101(酯化反应器)进行反应。
为了使平衡反应向产品方向移动,同时降低醇回收时的能量消耗,进入R101的丙烯酸克分子数过量。
2.3.2从R101排出的产品物料送至T110(丙烯酸分馏塔)。
在该塔内,粗丙烯酸甲酯、水、甲醇作为一种均相共沸混合物从塔顶回收,作为主物流进一步提纯,经过E112冷却进入V111(T110回流罐),在此罐中分为油相和水相,油相由P111A/B抽出,一路作为T110塔顶回流,另一路和山P112A/B抽出的水相一起作为T130(醇萃取塔)的进料。
同时,从塔底回收未转化的丙烯酸。
2.3.3T110塔底,一部分的丙烯酸及酯的二聚物、多聚物和阻聚剂等重组分送至E114(薄膜蒸发器)分离出丙烯酸,回收到T110中,重组分送至废水处理单元重组分储罐。
2.3.4T110的塔顶流出物经E130(醇萃取塔进料冷却器)冷却后被送往T130(醇萃取塔)。
由于水-甲醇-甲酯为三元共沸系统,很难通过简单的蒸馏从水和甲醇中分离出甲酯,因此采用萃取的方法把甲酯从水和甲醇中分离出来。
从V130由P130A/B抽出溶剂(水)加至萃取塔的顶部,通过液一液萃取,将未反应的醇从粗丙烯酸甲酯物料中萃取出来。
2.3.5从T130底部得到的萃取液进到V140,再经P142A/B抽出,经过E140与醇回收塔底分离出的水换热后进入T140(醇回收塔)。
在此塔中,在顶部回收醇并循环至R101。
基本上由水组成的T140的塔底物料经E140与进料换热后,再经过E144用10℃的冷冻水冷却后,进入V130,再经泵抽出循环至T130重新用作溶剂(萃取剂),同时多余的水作为废水送到废水罐。
T140顶部是回收的甲醇,经E142循环水冷却进入到V141,再经由P141A/B抽出,一路作为T140塔顶回流,另一路是回收的醇与新鲜的醇合并为反应进料。
2.3.6抽余液从T130的顶部排出并进入到T150(醇拔头塔)。
在此塔中,塔顶物流经过E152用循环水冷却进入到V151,油水分成两相,水相自流入V140,油相再经由P151A/B抽出,一路作为T150塔顶回流,另一路循环回至T130作为部分进料以重新回收醇和酯。
塔底含有少量重组分的甲酯物流经P150A/B进入塔提纯。
2.3.7T150的塔底流出物送往T160(酯提纯塔)。
在此,将丙烯酸甲酯进行进一步提纯,含有少量丙烯酸、丙烯酸甲酯的塔底物流经P160A/B循环回T110继续分馏。
塔顶作为丙烯酸甲酯成品在塔顶馏出经E162A/B冷却进入V161(丙烯酸产品塔塔顶回流罐)中,由P161A/B抽出,一路作为T160塔顶回流返回T160塔,另一路出装置至丙烯酸甲酯成品日罐。
第三章设备一览表
甲酯设备总览(包括反应器、塔、泵、加热器)
序号
设备位号
设备名称(中英文)
设备原理
1
E101
R101PREHEATER
R101预热器
换热器
2
FL101A/B
REACTORRECYCLEFILTER反应器循环过滤器
3
R101
ESTERIFICATIONREACTOR
酯化反应器
1这是固定床反应器
2甲酯的酯化反应在固定床反应器内进行它是一个可逆反应,本工艺采用酸过量使反应向正方向进行
4
T110
AAFRACTIONATOR
丙烯酸分馏塔
1这是精馏塔
2丙烯酸回收是利用丙烯酸分馏塔精馏的原理
5
E112
T110CONDENSER
T110冷凝器
冷凝器
6
V111
T110RECEIVER
T110塔顶受液罐
油水气三项分离器(堰板式),左边分离出来水通过泵P112A/B进入缓冲罐,右边是分离出来的油(主要是醇、酯),同过P111A/B进入下一单元。
7
P111A/B
T110REFLUXPUMP
T110回流泵
8
P112A/B
V111WATERDRAWOFFPUMP
V111排水泵
9
E114
T1102NDREBOILER
T110二段再沸器
薄膜蒸发器
10
E130
T130FEEDCOOLER
T130给料冷却器
11
T130
ALCOHOLEXTRACTIONCOLUMN
醇萃取塔
1这是醇萃取塔
2利用甲醇易溶于水的物性,用水将甲醇从主物流中萃取出来
12
V130
V130WATERFEEDDRUM
V130给水罐
13
P130A/B
T130WATERFEEDPUMP
T130给水泵
14
V140
T140BUFFERDRUM
T140缓冲罐
15
P142A/B
T140FEEDPUMP
T140给料泵
16
E140
T140BOTTOMS1STCOOLER
T140底部一段冷却器
17
T140
ALCOHOLRECOVERYCOLUMN
醇回收塔
1这是精馏塔
2T130底部得到的萃取液经过精馏,大部分水从塔底排出,甲醇和甲酯从塔顶蒸出,返回反应器循环使用
18
E144
T140BOTTOMS2NDCOOLER
T140底部二段冷却器
19
E142
T140CONDENSER
T140塔顶冷凝罐
20
V141
T140RECEIVER
T140塔顶受液罐
21
P141A/B
T140REFLUXPUMP
T140回流泵
22
T150
ALCOHOLTOPPINGCOLUMN
醇拔头塔
1醇拔头塔为精馏塔
2利用精馏的原理,将主物流中少部分的醇从塔顶蒸出,含有甲酯和少部分重组分的物流从塔底排出,并进一步分离
23
E152
T150CONDENSER
T150塔顶冷却器
24
V151
T150RECEIVER
T150塔顶受液罐
分离器,下面是水包,上面是油包,水自流进入到V140做萃取液。
25
P151A/B
T150REFLUXPUMP
T150回流泵
26
P150A/B
T150BOTTOMSPUMP
T150底部泵
27
T160
ESTERPURIFICCATIONCOLUMN
酯提纯塔
1酯精制塔为精馏塔
2利用精馏的原理,将主物流从塔顶蒸出,塔底部分重组分返回丙烯酸分馏塔重新回收
28
P160A/B
T160REFLUXPUMP
T160回流泵
29
E162A/B
T160CONDENSER
T160塔顶冷却器
30
V161
T160RECEIVER
T160塔顶受液罐
31
P161A/B
T160REFLUXPUMP
T160回流泵
32
E111
T110REBOILER
T110再沸器
33
P110A/B
T110BOTTOMSPUMP
T110塔底泵
34
P114A/B
E114BOTTOMSPUMP
E114底部泵
35
E141
T140REBOILER
T140再沸器
36
P140A/B
T140BOTTOMSPUMP
T140底部泵
37
E151
T150REBOILER
T150再沸器
38
E161
T160REBOILER
T160再沸器
第四章主要操作条件及工艺指标
位号
单位
数值指标
备注
R101(酯化反应器)
流量
FIC101
Kg/h
1841.36
AA至E101
FIC104
Kg/h
744.75
MEOH至E101
FIC106
Kg/h
1741.23
甲酯粗液至E101
FIC109
Kg/h
3037.30
T110底部物料至E101
温度
TIC101
℃
75
R101入口温度
压力
PIC101
KpaA
301.00
R101反应器压力
T110(丙烯酸分流塔)
流量
FIC110
Kg/h
1518.76
T110塔釜至E114
FIC112
Kg/h
6746.33
V111至T110回流
FIC113
Kg/h
1962.79
V111水相至T130
FIC117
Kg/h
1400.00
V111油相至T130
FIC107
Kg/h
2135.00
LPS(塔底再沸蒸汽)至E111
温度
TI111
℃
41
T110塔顶温度
TI109
℃
69
T110进料段温度
TI108
℃
80
T110塔底温度
TI113
℃
89
再沸器E111至T110温度
TG110
℃
36
回流罐现场温度显示
压力
PI104
KpaA
28.70
T110塔顶压力
PI103
KpaA
34.70
T110塔釜压力
PIC109
KpaA
27.86
V111罐压力
E114(薄膜蒸发器)
流量
FIC110
Kg/h
1518.76
T110至E114
FIC119
Kg/h
462
LPS至E114
FIC122
Kg/h
74.24
E114至重组分回收
FI120
Kg/h
700
E114回流
温度
TIC115
℃
120.50
E114温度
压力
PI110
KpaA
35.33
E114压力
T130(醇萃取塔)
流量
FIC129
Kg/h
4144.91
V130至T130
FIC131
Kg/h
5371.94
V140至T140
FI128
Kg/h
3445.73
T130至T150
温度
TI125
℃
25
T130温度
压力
PIC117
KpaA
301.00
T130压力
T140(醇回收塔)
流量
FIC134
Kg/h
1400.00
LPS至E141
FIC135
Kg/h
2210.81
V141至T140回流
FIC137
Kg/h
779.16
T140至R101
温度
TI134
℃
60
T140塔顶温度
TIC133
℃
81
T140第19块塔板温度
TI132
℃
89
T140第5块塔板温度
TI131
℃
92
T140塔釜温度
TI135
℃
95
再沸器E141至T140温度
TG141
℃
40
V141温度
压力
PI121
KpaA
62.70
T140塔顶压力
PI120
KpaA
76.00
T140塔釜压力
PIC123
KpaA
61.33
V141压力
T150(醇拔头塔)
流量
FIC140
Kg/h
896.00
LPS至E151
FIC141
Kg/h
2194.77
T150至T160
FIC142
Kg/h
2026.01
V151至T150回流
FIC144
Kg/h
1241.51
V151至T130
FIC145
Kg/h
44.29
V151至V140
温度
TI142
℃
61
T150塔顶温度
TI141
℃
65
T150第23块塔板温度
TIC140
℃
70
T150第5块塔板温度
TI143
℃
74
再沸器E151至T150温度
TI139
℃
71
T150塔釜温度
TG151
℃
40
V151温度
压力
PI125
KpaA
62.66
T150塔顶压力
PI126
KpaA
72.66
T150塔釜压力
PIC128
KpaA
61.33
V151压力
T160(酯提纯塔)
流量
FIC149
Kg/h
952
LPS至E161
FIC150
Kg/h
3286.66
V161至T160回流
FIC151
Kg/h
64.05
T160至T110
FIC153
Kg/h
2191.08
T160至MA
温度
TI151
℃
38
T160塔顶温度
TI150
℃
40
T160第15块塔板温度
TIC148
℃
45
T160第5块塔板温度
TI152
℃
64
再沸器E161至T160温度
TI147
℃
56
T160塔釜温度
TG161
℃
36
V161温度
压力
PI130
KpaA
21.30
T160塔顶压力
PI131
KpaA
26.70
T160塔釜压力
PIC133
KpaA
20.70
V161压力
第五章操作规程
甲酯开车操作
一、准备工作
1.1启动真空系统
1.1.1打开压力控制阀PV109及其前后阀VD201、VD202,给T110系统抽真空。
1.1.2打开压力控制阀PV123及其前后阀VD517、VD518,给T140系统抽真空。
1.1.3打开压力控制阀PV128及其前后阀VD617、VD618,给T150系统抽真空。
1.1.4打开压力控制阀PV133及其前后阀VD722、VD723,给T160系统抽真空。
1.1.5打开阀VD205、VD305、VD504、VD607、VD701,分别给T110、E114、T140、T150、T160投用阻聚剂空气。
1.2V161、T160脱水
1.2.1打开VD711阀,向V161内引产品MA。
1.2.2待V161达到一定液位后,启动P161A/B;打开控制阀FV150及其前后阀VD718、VD719,向T160引MA。
1.2.3待T160底部有一定液位后,关闭控制阀FV150。
1.2.4关闭MA进料阀VD711。
1.3T130、T140建立水循环
1.3.1打开V130顶部手阀V402,引FCW到V130。
1.3.2待V130达到一定液位后,启动P130A/B;打开控制阀FV129及其前后阀VD410、VD411,将水引入T130。
1.3.3打开T130顶部排气阀VD401,并通过排气阀观察T130是否装满水。
1.3.4待T130装满水后,关闭排气阀VD401;同时打开控制阀LV110及其前后阀VD408、VD409,向V140注水;打开控制阀PV117及其前后阀VD402、VD403,同时打开阀VD406,将T130顶部物流排至不合格罐,控制T130压力301kpaA。
1.3.5待V140有一定液位后,启动P142A/B;打开控制阀FV131及其前后阀VD509、VD510,向T140引水。
1.3.6打开阀V502,给E142投冷却水。
1.3.7待T140液位达到50%后,打开蒸汽阀XV106;同时打开控制阀FV134及其前后阀VD502、VD503,给E141通蒸汽。
1.3.8打开阀V501,给E144投冷却水。
1.3.9启动P140A/B;打开控制阀LV115及其前后阀VD515、VD516,使T140底部液体经E140、E144排放到V130。
1.3.10待V41达到一定液位后,启动P141A/B;打开控制阀FV135及其前后阀VD511、VD512,向T140打回流;打开控制阀FV137及其前后阀VD513、VD514;同时打开阀VD507,将多余水引至不合格罐。
二、R101引粗液,并循环升温
2.1R101进料前去伴热系统投用R101系统伴热。
2.2打开控制阀FV106及其前后阀VD101、VD102,向R101引入粗液;打开R101顶部排气阀VD117排气。
2.3待R101装满粗液后,关闭排气阀VD117,打开VD119;同时打开控制阀PV101及其前后阀VD124、VD125,将粗液排出;调节PV101的开度,控制R101压力301kpaA。
2.4待粗液循环均匀后,打开控制阀TV101及其前后阀VD122、VD123,向E-301供给蒸汽;调节TV101的开度,控制反应器入口温度为75℃。
三、启动T110系统
3.1打开阀VD225、VD224,向T110、V111加入阻聚剂。
3.2打开阀V203、V401,分别给E112、E130投冷却水。
3.3T110进料前去伴热系统投用T110系统伴热。
3.4待R101出口温度、压力稳定后,打开去T110手阀VD118,将粗液引入T110;同时关闭手阀VD119。
3.5待T110液位达到50%后,启动P110A/B;打开FL101A前后阀VD111、VD113;打开控制阀FV109及其前后阀VD115、VD116;同时打开VD109,将T110底部物料经FL101排出。
3.6投用E114系统伴热。
3.7待T110液位达到50%后,打开阀XV103;同时打开控制阀FV107及其前后阀VD214、VD215,启动系统再沸器。
3.8待V111水相达到一定液位后,启动泵P112A/B;打开控制阀FV117及其前后阀VD216、VD217;打开阀VD218、打开阀VD213,将水排出,控制水相液位。
3.9待V111油相液位LIC103达到一定液位后,启动P111A/B。
打开控制阀FV112及其前后阀VD208、VD209,给T110打回流;打开控制阀FV113及其前后阀VD210、VD211,将部分液体排出。
3.10待T110液位稳定后,打开控制阀FV110及其前后阀VD206、VD207,将T110底部物料引至E114。
3.11待E114达到一定液位后,启动P114A/B;打开阀V301,向E114打循环。
3.13待E114液位稳定后,打开控制阀FV122及其前后阀VD311、VD312;同时打开VD310,将物料排出。
3.14按UT114按钮,启动E114转子。
3.15打开阀XV104,同时打开控制阀FV119及其前后阀VD316、VD317,向E114通入蒸汽LP5S。
四、反应器进原料
4.1打开手阀VD105,打开控制阀FV104及其前后阀VD120、VD121,新鲜原料进料流量为正常量的80%,调节控制阀FV104的开度,控制流量为595.8kg/h。
4.2打开控制阀FV101及其前后阀VD103、VD104,新鲜原料进料流量为正常量的80%,调节控制阀FV101的开度,控制流量为1473kg/h。
4.3关闭控制阀FV106及其前后阀,停止进粗液。
4.4打开阀VD108,将T110底部物料打入R101;同时关闭阀VD109。
五、T130、T140进料
5.1打开手阀VD519,向T140输送阻聚剂。
5.2关闭阀VD213、打开阀VD212,由至不合格罐改至T130。
5.3控制V401开度,调节T130温度为25℃。
5.4待T140稳定后,关闭V141去不合格罐手阀VD507;打开VD508,将物流引向R101
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