1. 研究目的与意义
丙烯酸（Acrylic acid），分子式为C3H4O2，外观为无色透明液体，有较强刺激味，沸点141.3℃,熔点13.2℃，溶于水、乙醇、乙醚等。酸性较强，有腐蚀性，易燃。化学性质活泼，它是一种重要的不饱和有机酸，其化学结构中含有不饱和碳碳双键和羧基，能与多种化合物通过均聚或缩聚反应，合成一系列丙烯酸共聚物。其危险性类别排第8.1类，为高闪点可燃液体及酸性腐蚀品，属于丙烯酰基化合物。
丙烯酸大多数用以制造丙烯酸甲酯、乙酯、丁酯、羟乙酯等丙烯酸酯类。丙烯酸及丙烯酸酯可以均聚及共聚，也可以与丙烯腈、苯乙烯、丁二烯、氯乙烯及顺酐等单体共聚。其聚合物用于合成树脂、胶黏剂、合成橡胶、合成纤维、高吸水性树脂、制药、皮革、纺织、化纤、建材、水处理、石油开采、涂料等工业部门。丙烯酸是水溶性聚合物的重要原料之一，与淀粉接枝共聚可制得超强性吸水剂，丙烯酸通过均聚或共聚制备高聚物，用于涂料、粘合剂、固体树脂、模塑料等。 丙烯酸还可用于丙烯酸树脂的制备，橡胶合成，涂料制备，制药工业； 用丙稀酸和丙烯酸乙酯共聚物制成高分子量的粉末。可作稠化剂，用于油田，利用丙烯酸可生产各种聚丙烯酸盐类产品(如铵盐、钠盐、钾盐、铝盐、镍盐等)，用作凝集剂、水质处理剂、分散剂、增稠剂、食品保鲜剂耐酸碱干燥剂，软化剂等各种高分子助剂。
1989年初世界丙烯酸生产能力为125万吨/年，此后二、三年内各国相继新建和扩建了一批生产装置，至1994年初，世界丙烯酸的生产能力达到202.6万吨/年，美国。西欧和日本是生产丙烯酸及其脂类的主要国家，占世界总生产能力的75%以上。美国和欧洲是全球丙烯酸装置的集中生产地，分别占全球产能的28％和24％。中国大陆为全球近年丙烯酸生产发展最快的地区，产能占全球总产能的20％。全球丙烯酸产能最近５年来一直在不断增长，2006年增长幅度最大，达到13.1％。2008年以后因受国际金融危机的拖累，增长幅度趋于和缓。值得指出的是，全球丙烯酸产品的消费结构正在发生变化。一个明显的趋势是，随着全球超吸水性树脂市场需求量的日益增长，越来越多的粗丙烯酸用于高纯丙烯酸的生产，进一步满足超吸水性树脂的市场需求。而用于通用丙烯酸酯（AE）的粗丙烯酸产量正在逐年下降。中国大陆近年丙烯酸行业发展迅速，2010年中国大陆粗丙烯酸生产装置的产能达到113.８万ｔ／ａ，占全球总产能的1％。自2011年起中国大陆将迎来又一轮丙烯酸生产装置建成的高峰期。
2. 研究内容与预期目标
研究内容：
本文对丙烯氧化法进行了介绍，该工艺的主要原料是丙烯、氧气、催化剂。丙烯氧化法有一步法和两步法之分，一步氧化法的反应为：两步氧化法的反应为：第一步：丙烯氧化生成丙烯醛第二步：丙烯醛进一步氧化生成丙烯酸酯丙烯两步氧化法生产丙烯酸是当前工业化生产丙烯酸的主要方法。以丙烯和空气中的氧气为原料，在水蒸汽存在条件下通过高温的催化剂床层。首先，在第一段反应器内丙烯氧化生成丙烯醛，在第二段反应器内丙烯醛氧化生成丙烯酸。催化剂装填在列管中,反应热通过反应器壳程的熔盐撤出，经过热交换产生蒸汽。反应气体在塔内用水吸收后成为丙烯酸水溶液，通过共沸精馏在塔内脱除水份，最后通过精馏得到高纯度的丙烯酸。接着通过物料衡算，对主要设备进行工艺设计和选型，然后对车间布置进行设计。并给出三废的处理方法，安全及防爆措施等。重点对两步氧化法介绍，对此工艺中的细节提出自己的看法与改进设想。
预期目标：通过查阅与该课题相关的一些资料，对丙烯酸的性质用途、国内外的市场情况和发展趋势、目前主要的工业生产原理和路线，以及工业生产中的生产做一个充分的了解。通过这些了解，优选工艺，确定生产的路线和生产的流程，之后对整个流程进行衡算，进行工艺设计和选型，绘制出主体设备图、车间平面图、立体布置图和带控制点的生产工艺流程图。
3. 研究方法与步骤
氰乙醇法是最早工业化生产丙烯酸及其酯的方法。德国和美国分别在1927年和1931年用此方法建成了工业化装置。由于反应过程会生成各种聚合物，因此丙烯酸收率较低，仅为60~70%，且氰化物剧毒，严重污染环境，故采用此法的生产装置早在50年代就已关闭。0世纪30年代，德国的Walter Reppe博士发现利用自己发明的Reppe反应可以直接从乙炔生产丙烯酸和丙烯酸酯类。在60年代以前，用Reppe法或改良Reppe法生产丙烯酸及其酯的工艺曾占统治地位，随着石油化工技术的开发和环境保护要求的加强，到1976年改良Reppe法的装置已全部停产。以乙酸或丙酮为原料，磷酸三乙酯为催化剂，在700℃时裂解生成乙烯酮，然后与无水甲醛在AlCl3或BF3催化剂存在下，在25℃进行气相反应生成β-丙内酯，再与热的磷酸接触异构化生成丙烯酸。乙烯酮法产品纯度高，收率也高，副产物和未反应的物料能循环使用，适用于连续生产，但原料乙酸或丙酮价格高且β-丙内酯为致癌物质。这是法国Societed’Ugine和美国Sohio开发的工业制备方法。该法工艺简单，反应条件温和，设备投资不大，可同时生产丙烯酸胺。缺点是污染严重，副产大量低价值的硫酸铵。该流程至今只有日本旭化成和英国联合胶体仍有运行，墨西哥的塞拉纳斯装置已于1993年停产。20世纪60年代末，随着石油化工的高速发展，丙烯价格日趋便宜，由于高度活泼、高度选择性和长使用寿命的催化剂的开发，使得丙烯直接氧化制丙烯酸的工业化方法为工业界所接受。丙烯氧化法起初分为一步法和两步法，但分两步进行更有助于通过优化催化剂的组成和反应条件而提高催化剂的选择性。所谓丙烯两步氧化法是在复合金属氧化物催化剂存在下，经空气氧化先生成丙烯醛，再进一步催化氧化成丙烯酸。目前采用最多的方法是丙烯氧化法。
首先我查阅了关于制取丙烯酸的一些相关文献，通过文献我发现了制取丙烯酸的一些方法，有氰乙醇法、高压Reppe法、烯酮法、丙烯腈水解法、丙烯氧化法。经过比较，最终我选择了最常用的丙烯氧化法，接着我又查阅了一些关于丙烯氧化法制取丙烯酸的一些特点，性质，优点及其原理，以及三废处理的方法及其需要注意的事项，以及制取后储存的注意事项，密闭操作，加强通风。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防毒面具（全面罩），穿橡胶耐酸碱服，戴橡胶耐酸碱手套。远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。使用防爆型的通风系统和设备。防止蒸气泄漏到工作场所空气中。避免与氧化剂、碱类接触。尤其要注意避免与水接触。搬运时要轻装轻卸，防止包装及容器损坏。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。然后制定其工艺方法和路线，之后对其进行物料衡算等计算，进行工艺设计和选型，最后绘制出主体设备图、车间平面图、立体布置图和带控制点的生产工艺流程图。
4. 参考文献
[1] 娄爱娟，化工设计[M]. 上海：华东理工大学出版社，2002
[2] 陈敏恒，化工原理(第三版)[M]. 北京：化学工业出版社，2006
5. 工作计划
2022-2-27～2022-3-12 毕业实习
2022-3-13～2022-5-07 查阅与丙烯酸工艺设计相关的文献，了解论 文的研究内容，确定设计思路和工艺流程，整理化设计室，借阅工具书，确定物性数据或其计算方法，写出开题报告并完成外文文献翻译。
2022-5-08～2022-6-02 编写设计说明书，设计出主体设备图、车间平面图、立体布置图和带控制点的生产工艺流程图。
