整理丙烯酸甲酯工艺仿真.docx
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整理丙烯酸甲酯工艺仿真
甲酯生产仿真
用户手册
北京东方仿真技术有限责任公司
2006年8月
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丙烯酸甲酯生产流程框图
2.2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，另一路和由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R110。
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
R110PREHEATER
R110预热器
换热器
2
FL101A/B
REACTORRECYCLEFILTER反应器循环过滤器
3
R110
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
T130WATERFEEDPUMP
T130给水泵
14
V140
T140BUFFERDRUM
T140缓冲罐
15
P142A
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
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
T150REFLUXPUMP
T150回流泵
26
P150A
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
T160REFLUXPUMP
T160回流泵
29
E162
T160CONDENSER
T160塔顶冷却器
30
V161
T160RECEIVER
T160塔顶受液罐
31
P161A
T160REFLUXPUMP
T160回流泵
32
E111
T110REBOILER
T110再沸器
33
P110A/B
T110BOTTOMSPUMP
T110塔底泵
34
P114A
E114BOTTOMSPUMP
E114底部泵
35
E141
T140REBOILER
T140再沸器
36
P140A
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
正常值
备注
R110（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
TIC108
℃
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R110
温度
TI134
℃
60
T140塔顶温度
另外，故障树分析（FTA）和日本劳动省六阶段安全评价方法可用于定性、定量评价。
TIC133
℃
专项规划中的指导性规划 环境影响篇章或说明81
T140第19块塔板温度
TI132
（三）环境影响评价的原则℃
89
三、规划环境影响评价T140第5块塔板温度
TI131
℃
92
1）直接使用价值。
直接使用价值（DUV）是由环境资源对目前的生产或消费的直接贡献来决定的。
T140塔釜温度
TI135
大纲要求℃
环境的两个特点：
95
（一）安全评价的内涵再沸器E141至T140温度
（3）是否符合区域、流域规划和城市总体规划。
TG141
℃
第五章 环境影响评价与安全预评价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
注：
实际装置要求的操作，但不在仿真软件模拟范围之内的，均以下划线标注。
甲酯开车操作
一、准备工作
1.1开车前准备
1.1.1水、电、汽、风系统全部畅通，能保证充分的供应。
1.1.2装置水联运，但其试压完成。
1.1.3检查电机、机泵、仪表的运行状况完成。
1.1.4启动总电源，控制阀电源及泵电源。
1.1.5启动真空泵系统。
1.2启动真空系统
1.2.1打开压力控制阀PV109及其前后阀VD201、VD202，给T110系统抽真空。
1.2.2打开压力控制阀PV123，给T140系统抽真空。
1.2.3打开压力控制阀PV128，给T150系统抽真空。
1.2.4打开压力控制阀PV133，给T160系统抽真空。
1.2.5打开阀VD205、VD305、VD504、VD607、VD701，分别给T110、E114、T140、T150、T160投用阻聚剂空气。
1.2.6用PV109、PV123、PV128、PV133分别控制T110、T140、T150、T160的压力；T110、T140、T150、T160维持压力为：
27.86kapA、61.33kapA、61.33kapA、20.70kapA。
1.2V161、T160脱水
1.2.1打开VD711阀，向V161内引产品MA。
1.2.2待V161液位达到10%后，打开P161A泵入口阀VD717，启动P161A,打开P161A泵出口阀VD718；打开控制阀FV150，向T160引MA。
1.2.3待T160底部液位达到5%后，关闭MA进料阀VD711。
1.2.4待V161中洗液全部引入T160后，关闭P161A泵出口阀VD718，关闭P161A，关闭P161A泵入口阀VD717；关闭控制阀FV150。
在VD706处采样分析，如果含水大于2000ppm，将T160内产品经VD706排出，关闭VD706；再次向V161与T160引MA，重复上述操作，直到采样分析含水合格。
流程：
V161P161A/BT160
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液位达到25%后，打开P130A泵入口阀VD402，启动P130A，打开P130A泵出口阀VD403；打开控制阀FV129，将水引入T130。
流程：
V130P130A/BFV129T130
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；打开控制阀LV110向V140注水（LV110阀门开度设为65%较好，可以同时打开V404阀补水）；
流程：
T130LV110V140
1.3.5待V140液位达到25%后，打开P142A泵入口阀VD408，启动P142A，打开P142A泵出口阀VD409；打开控制阀FV131，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25%后，打开蒸汽阀XV106；同时打开控制阀FV134，给E141通蒸汽。
1.3.8打开阀V501，给E144投冷却水。
1.3.9打开P140A泵入口阀VD509，启动P140A，打开P140A泵出口阀VD510；打开控制阀LV115，使T140底部液体经E140、E144排放到V130；调整V130的FCW量，建立T130与T140水循环稳定后，关闭FCW手阀V402。
流程：
T140E140E144V130P130A/BFV129
FV131E140P142A/BV140LV110T130
1.3.10T140塔顶的水蒸汽经E142冷却后进入V141，当V41液位达到25%后，打开P141A入口阀VD511，启动P141A，打开P141A出口阀VD512；打开控制阀FV135，向T140打回流，控制V141液位在65%左右。
流程：
V141P141A/BFV135T140
二、R110引粗液，并循环升温
2.1R110进料前去伴热系统投用R110系统伴热。
2.2打开控制阀FV106前阀VD101，打开控制阀FV106后阀VD102，打开控制阀FV106，将粗液（阀门开度为60%）引入R101；打开R110顶部排气阀VD117排气。
2.3待R110装满粗液后，关闭排气阀VD117，打开VD119；打开控制阀PV101前阀VD125，打开控制阀PV101后阀VD124，打开控制阀PV101，将粗液排出，保持粗液循环；调节PV101的开度，控制R110压力301kpaA。
流程：
MAOFFFV106E101PV101MAOFF
2.4打开控制阀TV101前阀VD123，打开控制阀TV101后阀VD122，打开控制阀TV101，向E101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R110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。
流程：
R101PV101T110
3.5待T110液位达到25%后，打开P110A泵入口阀VD232，启动P110A，打开P110A泵出口阀VD233；打开FL10
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