新建2萬噸環(huán)氧丙烷生產(chǎn)廠初步設(shè)計書

1、第二篇初步設(shè)計說明書目錄目錄21 總論31.1項目概況31.2設(shè)計依據(jù)41.3工藝特點41.4產(chǎn)品方案41.5主要物料規(guī)格及消耗41.6廠址概況51.7主要危險品防護(hù)51.8全廠綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)62 原料采購及產(chǎn)品營銷72.1原料采購72.1.1甲醇82.1.2丙烯82.1.3雙氧水82.2主要產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)82.2.1環(huán)氧丙烷82.2.3本廠產(chǎn)品92.3營銷92.3.1 公司品牌策略92.3.2公司產(chǎn)品策略92.3.3產(chǎn)品價格策略92.3.4顧客服務(wù)策略102.3.5網(wǎng)頁策略103 化工工藝及系統(tǒng)103.1工藝方案的選擇103.1.1環(huán)氧丙烷的性質(zhì)103.1.2環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)工藝113.1.3工藝

2、優(yōu)缺點比較143.1.4工藝方案的選擇163.2本廠工藝原理173.2.2反應(yīng)動力學(xué)173.2.3反應(yīng)條件183.3工藝流程說明193.3.1工藝流程方框圖193.3.2工藝流程簡述203.3.3工藝流程模擬203.3.4合成工段213.3.5分離工段213.4全廠物料能量衡算244、化工計算254.1 反應(yīng)器物料衡算254.2 預(yù)分離塔物料恒算如表4.2254.3 甲醇回收塔物料衡算如表4.3264.4 丙烯回收塔物料衡算如表4.426丙烯回收塔物料衡算如表4.4264.5 環(huán)氧丙烷精餾塔物料衡算275、設(shè)備設(shè)計及選型285.1 反應(yīng)器計算285.1.2反應(yīng)管長度的計算295.1.3管束尺寸

3、和反應(yīng)管的排列295.1.4 板厚的計算305.1.5 孔數(shù)和孔徑的確定305.2 精餾塔設(shè)計315.2.1 塔徑的計算325.2.2 塔高的計算335.2.3 其他精餾塔的計算345.3離心泵的選型345.3.1 丙烯進(jìn)料泵的選型：345.3.2雙氧水進(jìn)料泵的選型：355.3.3 甲醇進(jìn)料泵的選型：355.3.4預(yù)精餾回流泵選型：365.3.5 丙烯回收塔回流泵選型：375.3.7 甲醇回收塔回流泵選型：385.4 換熱器選型385.4.1 設(shè)計計算主要公式385.4.2 流體流動阻力計算主要公式406、車間布置說明421 總論1.1項目概況本項目為XX化工園區(qū)新建2萬噸環(huán)氧丙烷生產(chǎn)廠。建址

4、于XX市XX化工園區(qū)。項目總投資為3148.78萬元。其中固定資產(chǎn)投資為2062.17萬元，流動資金為600萬元每年。從中國建設(shè)銀行貸款60%，借款利率為7%，其余由自有資金注入。建設(shè)期為1年，生產(chǎn)期10年，靜態(tài)投資回收期為1.83年，動態(tài)投資回收期為2.29年。1.2設(shè)計依據(jù)1、化工工程設(shè)計相關(guān)規(guī)定；2、國家經(jīng)濟(jì)、建筑等相關(guān)政策； 3、2009“三井化學(xué)杯”大學(xué)生化工設(shè)計大賽指導(dǎo)書；4、本項目可行性報告。1.3工藝特點本廠以丙烯、雙氧水、甲醇為主要原料。甲醇由園區(qū)廠家通過管道輸送直接供應(yīng)。丙烯及雙氧水存有XX本地廠家供應(yīng)。1.4產(chǎn)品方案本廠產(chǎn)品主要為環(huán)氧丙烷。產(chǎn)品方案如表1.1表1.1 產(chǎn)品

5、方案產(chǎn)品名稱 本廠規(guī)格國家規(guī)定產(chǎn)量（萬噸/年）單價（元/噸）環(huán)氧丙烷99.7%一級品215000產(chǎn)品銷售市場簡介：環(huán)氧丙烷主要用于生產(chǎn)聚醚多元醇、丙二醇和各類非離子表面活性劑等，其中聚醚多元醇是生產(chǎn)聚氨酯泡沫、保溫材料、彈性體、膠粘劑和涂料等的重要原料，各類非離子型表面活性劑在石油、化工、農(nóng)藥、紡織、日化等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。同時，環(huán)氧丙烷也是重要的基礎(chǔ)化工原料。1.5主要物料規(guī)格及消耗表1.2 主要物料規(guī)格及消耗項目規(guī)格數(shù)量(萬噸/年)原料雙氧水工業(yè)級1.3丙烯工業(yè)級1.6甲醇工業(yè)級0.46公用工程冷卻水207000蒸汽100-2003831.6廠址概況廠區(qū)地處XXXX化工園區(qū)。XX區(qū)幅員面積

6、1423平方公里，人口88萬，是XX陸路的交通樞紐和長江上游的重要港口，是XX經(jīng)濟(jì)社會資源向三峽庫區(qū)輻射的重要中繼站。XX化工園區(qū)是2001年12月XX市人民政府批準(zhǔn)成立的省級工業(yè)園區(qū)。園區(qū)首期規(guī)劃面積31.3平方公里，分為天然氣化工片區(qū)、石油化工片區(qū)、精細(xì)化工片區(qū)及化工材料片區(qū)，是XX市集天然氣化工、石油化工、生物質(zhì)化工、精細(xì)化工和新材料產(chǎn)業(yè)于一體的綜合性化工園區(qū)，是XX市資源加工業(yè)的重要平臺。園區(qū)具有優(yōu)越的地理位置、便捷的交通網(wǎng)絡(luò)、豐富的自然資源、雄厚的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、完善的配套設(shè)施，規(guī)劃合理，布局科學(xué)。經(jīng)過五年的開發(fā)建設(shè)，園區(qū)已基本形成了石油化工、天然氣化工、氯堿化工、生物質(zhì)化工、精細(xì)化工和新

7、材料產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。成功引進(jìn)英國BP公司、中國石化集團(tuán)公司、中國石油天然氣集團(tuán)公司、德國巴斯夫、德國林德氣體公司、美國普萊克斯公司、中化國際、云天化股份有限公司等81家企業(yè)，其中有世界五百強(qiáng)12家，國內(nèi)外上市公司19家，協(xié)議投資總額超過800億元人民幣，將在2011年底前全部建成投產(chǎn)。原料優(yōu)勢：XX地區(qū)有豐富的天然氣資源，有天然氣合成甲醇以及氫氣，廠區(qū)有甲醇和一氧化碳生產(chǎn)廠家，來源穩(wěn)定運費低廉。原料運輸由管道運輸完成運費低廉。交通優(yōu)勢：長江黃金水道、國家干線鐵路、骨干高速公路、毗鄰國際機(jī)場構(gòu)成了快速便捷的立體交通網(wǎng)絡(luò)。1、港口：園區(qū)南、北兩岸擁有37個泊位的深水港碼頭，年吞吐能力達(dá)2090萬噸；2、

8、鐵路：渝懷鐵路、渝利鐵路和規(guī)劃中的城際鐵路都將通過園區(qū)，設(shè)有客、貨運站，建有園區(qū)化學(xué)品專用站；3、公路：XX-上海、XX-福州的高速公路在園區(qū)交匯；4、航空：距XX江北國際機(jī)場50公里。1.7主要危險品防護(hù)表1.3 危險物一覽表序號物質(zhì)名稱分子量熔點（）沸點（）閃點（）自燃溫度（）爆炸極限火災(zāi)危險類別毒性危害下限V上限V1甲醇32.04-97.864.8113855.544甲類III2丙烯42.08-185.3-47.40.97一級品1150002.3營銷2.3.1 公司品牌策略首先公司經(jīng)營的產(chǎn)品要確定自己的品牌，通過多種手段樹立品牌，打響名號。如專業(yè)銷售人員進(jìn)行銷售、產(chǎn)品推廣；召開產(chǎn)品新聞發(fā)

9、布會；參加業(yè)內(nèi)頗有影響力的行業(yè)展會；在客戶群中形成良好的口碑；利用電視、雜志和報紙等平面媒體對企業(yè)品牌進(jìn)行宣傳；建立公司網(wǎng)站，通過網(wǎng)絡(luò)平臺對產(chǎn)品進(jìn)行宣傳，甚至可以建立在線貿(mào)易系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行交易。2.3.2公司產(chǎn)品策略企業(yè)使用網(wǎng)絡(luò)營銷方法要先明確自己的公司所賣產(chǎn)品或者服務(wù)項目，明確哪些群體是消費者，有目的的尋找消費群體，產(chǎn)品的選擇是很重要的，產(chǎn)品的選擇決定了要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)營銷的消費群體。選擇好產(chǎn)品可以通過網(wǎng)絡(luò)營銷獲得更大的利潤。2.3.3產(chǎn)品價格策略價格，是消費者最關(guān)注的，以最低價格購買到最好質(zhì)量的產(chǎn)品或服務(wù)是每個消費者的最大希望了。先以產(chǎn)品質(zhì)量和較低的價格，良好的售后服務(wù)樹立信譽，打入本地市場

10、；逐步確定主要銷售目標(biāo)市場和客戶群 ，逐步擴(kuò)大市場，穩(wěn)定市場占有率，直至建立起完善的銷售網(wǎng)絡(luò)。一個企業(yè)要想在價格上取勝，就要注重強(qiáng)調(diào)自己的產(chǎn)品性能價格以及與同行業(yè)競爭者產(chǎn)品的特點，及時調(diào)整不同時期不同價格。如果在自身品牌推廣階段完全可以用低價來吸引消費者，在滿足自己成本的基礎(chǔ)上以最好的質(zhì)量回饋消費者，通過這樣的方式來占領(lǐng)市場。當(dāng)品牌推廣累積到一定階段后，制定自動價格調(diào)整系統(tǒng)，降低成本，根據(jù)變動成本市場需求狀況以及競爭對手報價來及時適時調(diào)整。2.3.4顧客服務(wù)策略根據(jù)自身公司產(chǎn)品特性,根據(jù)特定的目標(biāo)客戶群，特有的企業(yè)文化來加強(qiáng)互動，建立完善的客戶服務(wù)系統(tǒng)，節(jié)約開支，避免傳統(tǒng)營銷模式營銷手法單一所

11、帶來的弊端。2.3.5網(wǎng)頁策略通過網(wǎng)絡(luò)營銷，將營銷建立在互聯(lián)網(wǎng)上，企業(yè)可以選擇比較有優(yōu)勢的網(wǎng)址來建立自己的網(wǎng)站，然后專人進(jìn)行維護(hù)管理，節(jié)省原來傳統(tǒng)市場營銷很多廣告費用，搜索引擎也會關(guān)注網(wǎng)站搜索率，一定程度上來說比廣告效果好。3 化工工藝及系統(tǒng)3.1工藝方案的選擇3.1.1環(huán)氧丙烷的性質(zhì)環(huán)氧丙烷在常溫常壓下為無色透明低沸易燃液體，具有類似醚類氣味；環(huán)氧丙烷工業(yè)產(chǎn)品為兩種旋光異構(gòu)體的外消旋混合物。凝固點-112.13，沸點34.24，相對密度（20/20）0.859，折射率(nD)1.3664，粘度（25）0.28 mPaS。與水部分混溶20 時水中溶解度40.5%（重量）；水在環(huán)氧丙烷中的溶解度

12、12.8%（重量），與乙醇、乙醚混溶，并與二氯甲烷、戊烷、戊烯、環(huán)戊烷、環(huán)戊烯等形成二元共沸物。3.1.2環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)工藝環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)在國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中占有舉足輕重的地位。環(huán)氧丙烷（PO） 是重要的有機(jī)化工原料， 在丙烯的重要衍生物中僅次于聚丙烯和丙烯腈， 居第三位。環(huán)氧丙烷最主要的用途是用于生產(chǎn)聚醚多元醇， 其次是用于生產(chǎn)丙二醇， 此外還用于生產(chǎn)表面活性劑、羥丙基纖維素等多種精細(xì)化工產(chǎn)品。這些精細(xì)化工產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于化工、輕工、醫(yī)藥、食品、紡織等行業(yè)。環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)方法已工業(yè)化的主要有氯醇化法、共氧化法和HPPO 法， 其中共氧化法又可以分為乙苯法和異丁烷法兩種。2007 年世界PO生產(chǎn)能

13、力統(tǒng)計， 氯醇化法占總生產(chǎn)能力的40.3%，共氧化法占51.5%， HPPO 法占5%， 其它工藝僅占1.2%。就共氧化法而言， 乙苯法占世界總生產(chǎn)能力的24.9%， 異丁烷法占26.6%。1.氯醇法傳統(tǒng)的氯醇法生產(chǎn)PO流程示意見圖3.1，該法以丙烯、氯氣和水按一定比例送入次氯酸化反應(yīng)器, 反應(yīng)壓力為常壓或略高于常壓。反應(yīng)溫度為40 90e 。一般使丙烯和水過量以降低生成副產(chǎn)物二氯丙烷、丙醛等。次氯酸化反應(yīng)后, 未反應(yīng)的丙烯及生成的二氯丙烷等由反應(yīng)器頂部排出進(jìn)入丙烯分離器, 再經(jīng)洗滌、分離后使未反應(yīng)的丙烯循環(huán)返回次氯酸化反應(yīng)器, 反應(yīng)生成的氯丙醇濃度約為5% 。次氯酸化生成的氯丙醇的鹽酸液與過

14、量的10% 20%的Ca ( OH ) 2 溶液經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入皂化反應(yīng)器, 皂化生成的粗PO 由塔釜以蒸汽汽提至塔頂蒸出, 皂化污水由釜底排出后泵送閃蒸罐,回收廢熱并在污水沉降池回收過量的C a( OH) 2, 上部液體送污水處理。粗PO 經(jīng)初餾塔和精餾塔分離出水、二氯丙烷及其他有機(jī)雜質(zhì)得產(chǎn)品PO。為了減少PO 水解為氯丙醇, 宜采用真空精餾。圖3.1 傳統(tǒng)氯醇法生產(chǎn)工藝流程圖2共氧化法根據(jù)采用不同原料和聯(lián)產(chǎn)不同產(chǎn)品, 共氧化法可分為乙苯共氧化法和異丁烷共氧化法。除PO 外, 前者還聯(lián)產(chǎn)苯乙烯, 后者則聯(lián)產(chǎn)叔丁醇。鑒于MTBE 會污染地下水, 如今美國等已停止使用。因此當(dāng)今聯(lián)產(chǎn)法大都建成PO /

15、SM生產(chǎn)裝置。較好的工藝為She ll工藝技術(shù)，She ll工藝技術(shù)生產(chǎn)PO /SM 的比例為1: 212 213, 主要工藝過程包括乙苯氧化、丙烯環(huán)氧化( epox idation)、產(chǎn)品分離、PO 精制及苯乙烯精制等5部分。She ll法催化劑為負(fù)載于二氧化硅上的釩、鎢、鉬或鈦的化合物, 如以氯化三甲基硅烷活化的T iO2 /S iO2 催化劑, 在丙烯與乙苯過氧化物的摩爾比為6: 1, 反應(yīng)溫度為80 90e , 壓力313MPa和接觸時間為30m in 的條件下反應(yīng)時,過氧化物轉(zhuǎn)化率為97%, 環(huán)氧丙烷選擇性為91% 95%。其流程圖如圖3.2.圖3.2 共氧化法工藝流程圖3.HPPO

16、法該法通過丙烯經(jīng)氧化劑雙氧水進(jìn)行直接氧化的工藝流程較簡單, 副產(chǎn)物少, 且不像氯醇法有環(huán)境污染問題, 因此當(dāng)前已為各國所關(guān)注。2002年由Dow Chem ical與BASF 合作開發(fā)成功的過氧化氫制PO (HP - PO ) 工藝, 并決定將此技術(shù)工業(yè)化, 并在BASF公司Antw erp 建設(shè)300kt/ aHP- PO裝置。據(jù)稱原計劃將于2008年5月完成, 后由于建設(shè)方面問題推遲了完成時間。預(yù)計2009年后將投產(chǎn)。該工藝采用管式反應(yīng)器, 在中溫、低壓和液相條件下, 在甲醇溶劑中用過氧化氫催化丙烯環(huán)氧化生產(chǎn)PO。BASF公司為了解決工程放大中可能出現(xiàn)問題, 曾于2000年在路德維希建10

17、0t /a HP - PO 工藝中試裝置。該法流程圖如圖3.3圖3.3 陶氏- 巴斯夫HP- PO工藝流程示意圖 3.1.3工藝優(yōu)缺點比較環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)方法已工業(yè)化的主要有氯醇化法、共氧化法和HPPO 法， 其中共氧化法又可以分為乙苯法和異丁烷法兩種。2007 年世界PO生產(chǎn)能力統(tǒng)計， 氯醇化法占總生產(chǎn)能力的40.3%，共氧化法占51.5%， HPPO 法占5%， 其它工藝僅占1.2%。就共氧化法而言， 乙苯法占世界總生產(chǎn)能力的24.9%， 異丁烷法占26.6%.目前, PO的工業(yè)化生產(chǎn)方法即氯醇化法、共氧化法和HPPO法在生產(chǎn)工藝、原料要求、副產(chǎn)品量、三廢處理等方面各有優(yōu)劣。在投資、原材料消

18、耗量、副產(chǎn)品生成量、公用工程消耗量等方面也各有千秋。表4.1列出了三種方法的優(yōu)缺點。表4.2列出了三種方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。表3.1氯醇化法、共氧化法和HPPO 法優(yōu)缺點生產(chǎn)路線優(yōu)點缺點氯醇化法歷史悠久， 工藝流程短， 工藝成熟； 單產(chǎn)品， 操作彈性大； 選擇性好,收率高； 生產(chǎn)比較安全；對原料丙烯純度要求不嚴(yán)； 建設(shè)投資小設(shè)備易腐蝕；廢水量大；氯氣消耗多；副產(chǎn)二氯丙烷；廢渣量大共氧化法廢水量少； 無腐蝕； 副產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價值高廢水處理困難；工藝流程長； 原料品種多；對原料丙烯純度要求高； 生產(chǎn)大量聯(lián)產(chǎn)品； 建設(shè)投資大HPPO法三廢少； 投資少； 無聯(lián)產(chǎn)品； 工藝流程短； 占地面積少工業(yè)化時間短；

19、工藝待完善表3.2 氯醇化法、共氧化法和HPPO 法技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)項目氯醇化法共氧化法HPPO法異丁烷法乙苯法投資/億元(以1萬t/a裝置計)2.102.774.691.10PO產(chǎn)品收率/%88%91%93%94%95%每噸PO需原材料丙烯0.800.900.850.800.80異丁烷2.77乙苯3.20氫氣2.73氯氣1.351.50生石灰1.00過氧化氫0.65每噸PO副產(chǎn)物/ t二氯丙烷0.100.27二氯異丙醚0.022叔丁醇2.36苯乙烯2.60公用工程(每噸PO需)電耗/(KWh)100385442比傳統(tǒng)工藝能耗降低35%40%冷卻水耗/t200500855蒸汽（4MPa）/t2.0

20、4.012人工81567450我國環(huán)氧丙烷生產(chǎn)始于上世紀(jì)60年代中期,隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國PO的生產(chǎn)規(guī)模逐漸提高，具體生產(chǎn)企業(yè)的情況見表3.3. 從表3.3可知國內(nèi)生產(chǎn)PO大部分企業(yè)依然采用污染較大的氯醇法。隨著國內(nèi)環(huán)保壓力日益增加, 氯醇法生產(chǎn)壓力大增, 盡管氯醇法工藝流程簡單，生產(chǎn)比較安全, 但是最大缺點是設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，大量廢水難以治理。近年來國際上新建裝置多選擇PO SM 法, PO SM 共氧化法雖然比較先進(jìn), 但由于要使用原料乙苯, 而且在生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的同時要聯(lián)產(chǎn)苯乙烯, 每噸環(huán)氧丙烷要聯(lián)產(chǎn)l.s t苯乙烯, 對于沒有乙苯資源, 也沒有苯乙烯的下游產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè), 不宜采用PO S

21、 M 法而隨著PO 新技術(shù)工業(yè)應(yīng)用的成功, 如日本C H P 路線已經(jīng)投產(chǎn), 清潔節(jié)能的H P P O 路線在韓國尉山的建設(shè), 以及中石化自主產(chǎn)權(quán)的HPPO 國產(chǎn)工藝包的推出, 將推動環(huán)氧丙烷進(jìn)入一個環(huán)保有國際競爭力的快速發(fā)展的時代。所以發(fā)展HPPO不僅是環(huán)保的需求，也是行業(yè)發(fā)展的大勢所趨。表3.3 2010年我國環(huán)氧丙烷生產(chǎn)商和產(chǎn)能及核心技術(shù)3.1.4工藝方案的選擇1、選擇標(biāo)準(zhǔn)我們在具體選擇工藝時主要考慮的因素及其重要程度依次排列如下：（1）有較為成熟的工藝技術(shù)，接近或已工業(yè)化；（2）環(huán)境友好。環(huán)境問題已逐漸成為影響人們生活質(zhì)量的重要因素，近來對環(huán)境問題的關(guān)注也越來越廣泛。長期以來化工廠往往

22、被人看成是污染的代名詞，因此環(huán)保理念對于現(xiàn)代工廠的設(shè)計是非常重要的；（3）操作費用低，能耗低。因為工廠是連續(xù)運營生產(chǎn)的，因此對于蒸汽、水電等每天都在消耗的成本要求盡量低；（4）設(shè)備費用低，投資成本低。設(shè)備為一次性投資，因此在保證操作費用低的基礎(chǔ)上盡量減少設(shè)備等一次性投資成本。2、工藝選取結(jié)合工藝比較，我們最終決定選擇HPPO法。其中理由如下：（1）直接氧化法法工藝簡單，并且環(huán)保無污染問題，符合時代需求，且產(chǎn)率較高；（2）生產(chǎn)安全環(huán)保，符合建設(shè)和諧社會的要求；（3）避開了使用傳統(tǒng)方法所帶來的環(huán)保，以及自動化較低的問題 (4)原料簡單，均可在XX本地購買，降低成本；(5)作為未來極有發(fā)展前途的技術(shù)

23、，直接氧化法的工業(yè)化應(yīng)用，將會對其未來的發(fā)展，以及PO的合成工藝，以及其它方面產(chǎn)生影響。3.2本廠工藝原理本廠所采用的工藝是過氧化氫直接氧化法（HPPO）。其反應(yīng)方程為： 反應(yīng)后，反應(yīng)液進(jìn)入甲醇回收塔，回收其中未反應(yīng)的甲醇重新回到反應(yīng)器，塔釜液進(jìn)入環(huán)氧丙烷塔，從塔頂分離出丙烯進(jìn)行回收；塔底液進(jìn)入環(huán)氧丙烷回收塔，回收較純環(huán)氧丙烷，塔底液可直接排放進(jìn)入污水處理廠處理。3.2.2反應(yīng)動力學(xué)1 主反應(yīng)動力學(xué)丙烯環(huán)氧化反應(yīng)生成環(huán)氧丙烷是個串并聯(lián)反應(yīng), 但是由實驗可以發(fā)現(xiàn), 在反應(yīng)過程中丙二醇的生成量相對較少, 因此, 此反應(yīng)可以近似地認(rèn)為是串聯(lián)反應(yīng):其反應(yīng)的動力學(xué)方程為:在反應(yīng)過程中, 液相中丙烯的濃度

24、取決于丙烯在甲醇中的溶解度, 由于丙烯的壓力恒定為0. 30 MPa, 因此, 丙烯在液相中的濃度也相對恒定, 同時甲醇的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于環(huán)氧丙烷的濃度, 甲醇的濃度近似為一常數(shù), 因此, 反應(yīng)動力學(xué)方程可以簡化為在丙烯壓力為0. 3 MPa, 溫度為30 50 e , 甲醇、雙氧水和催化劑質(zhì)量比為127. 0 B 18. 0 B 1. 0的條件下進(jìn)行了動力學(xué)實驗。由雙氧水的分解實驗可知, 當(dāng)反應(yīng)時間為60 min 時, 雙氧水的分解率均小于2%, 因此, 此時的雙氧水分解對反應(yīng)的影響可以忽略。根據(jù)得到的雙氧水轉(zhuǎn)化率實驗數(shù)據(jù)可得丙烯環(huán)氧化反應(yīng)動力學(xué)方程, 結(jié)合得到的環(huán)氧丙烷進(jìn)一步反應(yīng)的副反應(yīng)動力學(xué)

25、, 得到氧丙烷生成反應(yīng)速率方程為:a) 以甲醇為溶劑, T S21 催化丙烯/ H2 O2 環(huán)氧化反應(yīng)中, TS21 催化劑不僅對丙烯環(huán)氧化有催化作用, 同樣對環(huán)氧丙烷的醚化和雙氧水分解也有催化作用, 因此催化劑濃度的選擇至關(guān)重要。b) 反應(yīng)溫度低于60 e , 雙氧水的分解率均小于6%, 基本可以忽略。環(huán)氧丙烷的醚化是主要的副反應(yīng), 在丙烯壓力為0. 3 MPa, 溫度為30 50 e 下, 用冪指數(shù)型的非機(jī)理速率方程建立了該串聯(lián)反應(yīng)動力學(xué)方程, 其副反應(yīng)活化能高于主反應(yīng)活化能, 但主反應(yīng)的反應(yīng)級數(shù)高于副反應(yīng)。2、副反應(yīng)動力學(xué)環(huán)氧丙烷可以分別與甲醇和水反應(yīng)生成丙二醇甲醚以及丙二醇, 這是個平

26、行反應(yīng), 但在實驗過程中發(fā)現(xiàn)丙二醇的生成量約為丙二醇甲醚的0. 5% 1%, 因此, 丙烯環(huán)氧化的副產(chǎn)物主要是丙二醇甲醚, 假定生成的丙二醇忽略不計。根據(jù)環(huán)氧丙烷濃度隨時間的變化規(guī)律, 利用非線性差分的方法, 得到各實驗點的反應(yīng)速率,采用冪函數(shù)形式的動力學(xué)模型, 用最小二乘法計算出模型參數(shù)。由于甲醇的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于環(huán)氧丙烷的濃度, 甲醇的濃度近似為一常數(shù), 在壓力為0. 3 MPa, 溫度30 50 e 條件下環(huán)氧丙烷醚化生成丙二醇甲醚的動力學(xué)方程為:3.2.3反應(yīng)條件表3.4 主要設(shè)備的反應(yīng)條件設(shè)備名稱反應(yīng)溫度/反應(yīng)壓強(qiáng)/MPapH反應(yīng)器50136預(yù)精餾塔800.2甲醇精餾塔400.15丙烯精

27、餾塔1000.16環(huán)氧丙烷精餾塔50023.3工藝流程說明3.3.1工藝流程方框圖我們采用HPPO法，根據(jù)國外的研究成果以及已經(jīng)用于生產(chǎn)的工藝設(shè)計了合成工藝。其工藝流程方框圖見圖3.1。圖3.1 所用工藝流程方框圖3.3.2工藝流程簡述如圖3.3.1所示，反應(yīng)原料丙烯氣體、過氧化氫溶液，從丙烯回收塔回收來的丙烯，從H2O2回收塔回來的過氧化氫一起進(jìn)如環(huán)氧化反應(yīng)器進(jìn)行環(huán)氧化反應(yīng)。反應(yīng)方程式如下：反應(yīng)后，反應(yīng)后，反應(yīng)液進(jìn)入甲醇回收塔，回收其中未反應(yīng)的甲醇重新回到反應(yīng)器，塔釜液進(jìn)入環(huán)氧丙烷塔，從塔頂分離出丙烯進(jìn)行回收循環(huán)使用；塔底液進(jìn)入環(huán)氧丙烷回收塔，回收較純環(huán)氧丙烷，塔底液可直接排放進(jìn)入污水處理廠

28、處理3.3.3工藝流程模擬使用AspenPlus軟件對流程進(jìn)行模擬，其模擬流程圖見圖3.2.圖3.2 aspen模擬流程圖3.3.4合成工段合成工段主要包括了預(yù)處理及反應(yīng)階段。預(yù)處理的目的是讓液體甲醇汽化，同時使反應(yīng)原料達(dá)到一定的初試反應(yīng)溫度。反應(yīng)混合氣體在50、1MPa下進(jìn)入反應(yīng)器。在反應(yīng)合成過程中反應(yīng)器溫度控制在50，壓力為1MPa下。由于合成反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此通過熱導(dǎo)油將熱量移走，以作為后續(xù)工藝的熱源。反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)品環(huán)氧丙烷的產(chǎn)率為87%，副產(chǎn)品丙二醇對雙氧水的選擇性為3%。3.3.5分離工段反應(yīng)完成后，反應(yīng)液中含有：（1）主反應(yīng)生成物：環(huán)氧丙烷和H2O ；（2）未完全反應(yīng)的反應(yīng)物：

29、丙烯和雙氧水；（3）未反應(yīng)物：甲醇（4）副產(chǎn)物：丙二醇。為了能夠充分利用原料，提高原料利用率，需要將未反應(yīng)的丙烯、過氧化氫和甲醇循環(huán)回環(huán)氧丙烷反應(yīng)器中繼續(xù)參加反應(yīng)，而氣液可以通過閃蒸進(jìn)行分離。由于丙烯、過氧化氫和甲醇可形成共沸物，因此甲醇的回收和環(huán)氧丙烷的分離提出需要通過精餾完成。1、回收丙烯在環(huán)氧化反應(yīng)中，H2O2會在TS1催化劑上部分分解產(chǎn)生一定量的O2，O2與丙烯形成一種可燃燒性混合物，使操作存在危險性。同時為了充分利用丙烯；通常使未反應(yīng)的丙烯經(jīng)分離和提純后循環(huán)回HPPO工藝。工藝流程見圖3.3。圖3. 3 丙烯回收工藝流程示意圖 首先通過N2供應(yīng)裝置向尾氣流中供應(yīng)N2，使其中O2濃度稀

30、釋至燃燒極限以外，然后使混合氣壓縮至1.52.5 MPa后送入冷凝裝置，在020下產(chǎn)生一個由丙烯、丙烷、O2及少量揮發(fā)物組成的氣相(T1)和一個主要由丙烯組成的液相(T2)。T2被送入分離器，借助蒸餾裝置得到一個富丙烯物流T2和一個貧丙烯物流T2，前者丙烯純度95%，被循環(huán)回HPPO工藝；后者與O2混合燃燒轉(zhuǎn)化為可利用能源。T1被送入膜滲透裝置，滲透膜由聚合物與無機(jī)化合物復(fù)合而成，將T1分離成一個含丙烯、丙烷及揮發(fā)物的通過物流T3和一個由N2、少量O2及揮發(fā)物組成的保留物流T4，前者被循環(huán)回尾氣流，后者經(jīng)處理后排放。2、PO 的分離與回收在回收未反應(yīng)丙烯并使其經(jīng)提純和循環(huán)使用后，使剩余的產(chǎn)品混

31、合物進(jìn)行蒸餾，以回收和精制PO產(chǎn)品。G. Hans-Georg 等報道了一種用萃取蒸餾法來分離PO產(chǎn)物的工藝。其工藝流程示意圖見圖3.4。圖3.4 PO 的分離與回收工藝流程示意圖分離丙烯后的產(chǎn)物流的質(zhì)量組成為：PO8% 10.5%、甲醇65%70%、水20%25%、丙烯 3 5 0 1 0 6、丙烷 1 0 1 0 6、乙醛100106、高沸物0.65%，它經(jīng)預(yù)熱后作為原料(M)從距塔頂?shù)?5 塊理論級處送入萃取蒸餾塔。該塔優(yōu)選有75 80 塊理論板，回流比優(yōu)選3.5 3.9，萃取劑用分離甲醇后的工藝水，它從距塔頂?shù)?0 塊理論板處引入，萃取劑用量(基于原料的質(zhì)量)優(yōu)選0.45% 1%，m(

32、PO)m(萃取劑)=(6 7)1，塔頂壓力優(yōu)選45 50 kPa，塔底溫度優(yōu)選5060，填料用比表面積為250750m2/m3的金屬片或網(wǎng)。從塔頂?shù)玫郊兌?7%的PO，其他組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)滿足甲醇10106、水20106、丙烯和丙烷0.25%，該餾分經(jīng)一個功率為3 9 MW的24 轉(zhuǎn)子的單級汽輪壓縮機(jī)(C100)壓縮至0.25 0.35 MPa，此時蒸氣溫度為7090，經(jīng)一個冷卻水換熱器和一個冷凍水換熱器冷卻至1220，然后部分作為回流液返回萃取蒸餾塔。塔底餾分質(zhì)量組成為：甲醇97%、水2%、乙醛50106、PO50106、高沸物0.2%，它被用作使原料預(yù)熱的換熱器的熱源，換熱后進(jìn)一步分離甲醇并循

33、環(huán)回HPPO工藝，分離甲醇后的水經(jīng)提純后用作萃取劑循環(huán)回萃取蒸餾塔。在管殼式換熱器中優(yōu)選的操作方式是，首先在20 30 內(nèi)使丙烯壓縮至2.0 3.0 MPa，然后減壓至0.5 0.8 MPa并完全蒸發(fā)，所得的制冷功率用作換熱器的冷源，從而實現(xiàn)整個工藝的熱量一體化。3、回收和精制甲醇溶劑回收和精制甲醇溶劑的連續(xù)化工藝。它包括如下步驟：從HPPO 工藝得到的反應(yīng)產(chǎn)物中分離未反應(yīng)丙烯和PO，得到一個質(zhì)量組成為：甲醇55%85%、水10 % 40%、C13 羰基化合物0.1 % 0 . 5 %、甲氧基丙醇和PG 0.1 % 1 % 的混合物。使該混合物在承載的Pd 催化劑存在下，于65 85 、氫壓0

34、.3 1.3 MPa條件下氫化，得到一個PG質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1% 1.3% 的混合物。用堿(如堿金屬氫氧化物水溶液)和該氫化產(chǎn)物，n(OH)n(酸)=(12)1，pH =89，得到新的混合物。使中和后的混合物在一個1540塊理論板的蒸餾塔中于0.08 0.15 MPa下分離出一個質(zhì)量組成為甲醇60%80%、水15%35%和低沸物0.01%的餾分。使該餾分在一個20 50 塊理論級的蒸餾塔中于0.5 1.2 MPa下分離成一個質(zhì)量組成為：甲醇90%99%、水0.5%5%、低沸物100106的餾分和一個含PG的主要由水組成的餾分。使前者循環(huán)回HPPO工藝，后者經(jīng)回收PG 后排放。3.4全廠物料能量衡

35、算全廠物料能量衡算見表 3.5.表3.5 全流程物料橫算4、化工計算4.1 反應(yīng)器物料衡算反應(yīng)器的物料衡算如表4.1溫度（C）5050壓強(qiáng)(Mpa)11項目進(jìn)料出料流量(Kmol/h)流量百分?jǐn)?shù)(%)流量(Kmol/h)流量百分?jǐn)?shù)(%)C3H6165.00011.111113.8507.675H2O255.003.7043.8500.260CH4O1265.00085.1851265.00085.280H2O49.5003.337C3H6O49.5003.337C3H8O21.6500.1114.2 預(yù)分離塔物料恒算如表4.2預(yù)分離塔物料恒算如表4.2溫度（C）505050壓強(qiáng)(Mpa)111

36、項目進(jìn)料塔頂出料塔底出料流量(Kmol/h)流量百分?jǐn)?shù)(%)流量(Kmol/h)流量百分?jǐn)?shù)(%)流量(Kmol/h)流量百分?jǐn)?shù)(%)C3H6113.8507.675113.85069.370H2O23.8500.2603.8500.292CH4O1265.00085.2801.2650.7701263.73595.830H2O49.5003.3370.003微量49.4973.753C3H6O49.5003.33749.00529.8600.495微量C3H8O21.6500.1111.6500.1254.3 甲醇回收塔物料衡算如表4.3甲醇回收塔物料衡算如表4.3溫度（C）505050壓強(qiáng)(

37、Mpa)111項目進(jìn)料塔頂出料塔底出料流量(Kmol/h)流量百分?jǐn)?shù)(%)流量(Kmol/h)流量百分?jǐn)?shù)(%)流量(Kmol/h)流量百分?jǐn)?shù)(%)C3H6H2O23.8500.2920.495微量3.8505.734CH4O1263.73595.8301251.09899.92112.63718.822H2O49.4973.7530.495微量49.00272.986C3H6O0.495微量C3H8O21.6500.1251.6502.4584.4 丙烯回收塔物料衡算如表4.4丙烯回收塔物料衡算如表4.4溫度（C）505050壓強(qiáng)(Mpa)111項目進(jìn)料塔頂出料塔底出料流量(Kmol/h)流量

38、百分?jǐn)?shù)(%)流量(Kmol/h)流量百分?jǐn)?shù)(%)流量(Kmol/h)流量百分?jǐn)?shù)(%)C3H6113.85069.370113.73699.9570.1140.226H2O2CH4O1.2650.7701.2652.513H2O0.003微量0.003微量C3H6O49.00529.8600.049微量48.95697.255C3H8O24.5 環(huán)氧丙烷精餾塔物料衡算環(huán)氧丙烷精餾塔物料衡算如表4.5溫度（C）505050壓強(qiáng)(Mpa)111項目進(jìn)料塔頂出料塔底出料流量(Kmol/h)流量百分?jǐn)?shù)(%)流量(Kmol/h)流量百分?jǐn)?shù)(%)流量(Kmol/h)流量百分?jǐn)?shù)(%)C3H60.1140.22

39、60.1140.232H2O2CH4O1.2652.5130.0130.0261.25296.086H2O0.003微量0.001微量0.002微量C3H6O48.95697.25548.90799.7390.049微量C3H8O25、設(shè)備設(shè)計及選型根據(jù)工藝流程圖，本廠所需主要設(shè)備為24個?；厩闆r如表5.1。設(shè)備號設(shè)備名稱R101固定床反應(yīng)器T101預(yù)精餾塔T102甲醇回收塔T103丙烯回收塔T104環(huán)氧丙烷精餾塔E101預(yù)熱器E102冷凝器E103塔頂冷凝器E104塔底再沸器E105塔頂冷凝器E106塔底再沸器E107塔頂冷凝器E108塔底再沸器E109塔頂冷凝器E110塔底再沸器P101

40、丙烯進(jìn)料泵P102H2O2進(jìn)料泵P103甲醇進(jìn)料泵P104反應(yīng)進(jìn)料泵P105回流泵P106回流泵P107回流泵P108回流泵V101原料混合罐5.1 反應(yīng)器計算本工藝以丙烯、甲醇、過氧化氫為原料，采用催化劑為鈦硅酸鹽， 其組成為( T i O 2 ) x ( S i O 2 )1 x ( x = 0 . 0 0 1 0 . 0 5 ) ，n ( T i ) n ( T i + S i ) = ( 0 . 0 1 0 . 1 )1 ，優(yōu)選T S 1 ( M F I 結(jié)構(gòu)) 和T S 2 ( M E L 結(jié)構(gòu))。催化劑粒徑優(yōu)選1 0 0 nm ，比表面積優(yōu)選30030 m2/g。,空速取15。反應(yīng)

41、器選用列管式固定床反應(yīng)器。5.1.1 催化劑的填充量由物料衡算表數(shù)據(jù)，根據(jù)空速計算催化劑的填充量：VR: 催化劑的填充量VON: 原料氣體體積(標(biāo))流量SV: 體積空速,h-15.1.2反應(yīng)管長度的計算 取空床速度為0.05m/s，則床層截面積為： 則催化劑床層高度為： 根據(jù)化工原理取床層空隙率為0.3，則反映管長為: 5.1.3管束尺寸和反應(yīng)管的排列 選取工業(yè)上所用的35*2.5的列管，則單管催化劑體積為：則管數(shù)為：反應(yīng)器采用正三角形排列采用正三角形排列，反應(yīng)器列管的布置與普通換熱器有很大不同。首先，管束中央水循環(huán)受阻，傳熱惡化，溫度分布不均，故此區(qū)域不布管；其次反應(yīng)管的排管把整個管板按6.

42、7劃分為6個區(qū)間，整個管板由一個60區(qū)間陣列而成。取中央不布管區(qū)域直徑為200mm。 按正三角形排列，取管心距為，采用三角形排列，則單管所占的面積為，則反應(yīng)器的直徑為 。5.1.4 板厚的計算 根據(jù)流體進(jìn)出選擇流體的設(shè)計溫度為100，設(shè)計壓力為12Mpa.由于反應(yīng)原料為丙烯，雙氧水。有一定氧化性，所選材料為0Cr18Ni10Ti。（化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)） 焊接方式：選為雙面焊對接接頭，100%無損探傷，故焊接系數(shù)，根據(jù)GB6654壓力容器用鋼板和GB3531低溫壓力容器用低合金鋼板規(guī)定可知對OCr18Ni9鋼板.材料的許用應(yīng)力則厚度按下式計算： 。圓整為55mm。5.1.5 孔數(shù)和孔徑的確定 ，取

43、孔徑d=10mm，則孔數(shù)為：在分布板中心部分按等邊三角形排列，這樣，每一圈是正六邊形，最外2 3 圈為同心圓排列，同心圓與正六邊形之間的大空隙處，適當(dāng)補加一些孔。 設(shè)孔間距為s，則： 取椎帽外徑為40mm，實際排孔數(shù)6123個，此時 ，滿足條件。塔徑取為6.3m,底座高度及塔頂頂封口高度取0.5m,則總高度為10.76m,取為11m.5.2 精餾塔設(shè)計 塔的主要目的是將物質(zhì)進(jìn)行分離，本廠所采用工藝中，設(shè)計預(yù)精餾塔，甲醇回收塔，丙烯回收塔，以及環(huán)氧丙烷回收塔。以預(yù)精餾塔進(jìn)行詳細(xì)計算說明。其他塔計算方法相同。 通過對設(shè)計要求的分析我們對工業(yè)上廣泛應(yīng)用的塔設(shè)備進(jìn)行比較和選型。選型的依據(jù)是：在保證工藝

44、要求的前提上，做到安全生產(chǎn)，穩(wěn)定操作，較低的設(shè)備費用和操作費用。工業(yè)用的精餾塔種類主要有填料塔和板式塔。兩種類型的塔各有特點：不同任務(wù)、操作條件、介質(zhì)性質(zhì)情況下，選擇合適的精餾塔能夠充分發(fā)揮塔德作用，既能保證安全穩(wěn)定生產(chǎn)，又能夠降低生產(chǎn)成本 。通過比較我們得出結(jié)論，板式塔雖然壓降高，但其空塔氣速大、塔效率高 ，且穩(wěn)定、液氣比適用范圍較大、安裝和檢修容易、大直徑塔的造價低，這些特點能夠的 滿足我們設(shè)計中處理量大，塔效率高，液氣比范圍廣等要求。綜合考慮，我們優(yōu)先選擇板式塔。 5.2.1 塔徑的計算由aspen 軟件模擬結(jié)果得出摩爾回流比 R=1.5，塔板數(shù)為6 塊塔板 ，初選板間距HT=0.35

45、m ; 取板上液層高度hl=0.06 m ，HT-hl=0.35-0.06=0.29 m ; 進(jìn)料位置塔內(nèi)液體密度則精餾段平均密度為： 質(zhì)量流量體積流量：空塔氣速 ，安全系數(shù)。0.644由史密斯關(guān)聯(lián)圖查出： 塔頂液體表面張力：精餾段表面張力： 則 ：則塔徑：圓整為 D=6m.5.2.2 塔高的計算取塔板間距HT=0.35m 塔的有效高度Z=HT(NP-1)=1.75m頂部高度取1.3m 釜液高度取2m，液面-板取0.6m 進(jìn)料板與上一板間距為2HT=0.7m 塔體高度=塔有效高度Z+頂部高度+底部高度=1.75+1.3+2+0.6+0.7=6.35m則圓整為7m。5.2.3 其他精餾塔的計算表

46、5.2編號塔徑m塔高mT10255T10345T104365.3離心泵的選型 設(shè)安裝高度h=3m，吸入管路阻力損失H=1.5m，吸入液面的壓力P=0.1MPa，安全裕量S=2.15.3.1 丙烯進(jìn)料泵的選型： 型號 model 流量Q Capacity 揚程H Head (m)轉(zhuǎn)速nSpeed(r/min)功率P（kw） 效率 （%）必需汽蝕余量（NPSH)r (m)(m3/h)L/sIH32-20-125 3.20.88 2029000.48 35 5.0丙烯流量3976.6m3/h，選泵IH32-20-125丙烯密度=701.9Kg/m3NASHa=P/ghHPv/g=14.531.54.

47、1=5.9NASHr=5.0NASHaNASHr=5.95。0=0.92.1該泵工作時不會發(fā)生氣蝕。5.3.2雙氧水進(jìn)料泵的選型： 型號 model 流量Q Capacity 揚程H Head (m)轉(zhuǎn)速nSpeed(r/min)功率P（kw） 效率 （%）必需汽蝕余量（NPSH)r (m)(m3/h)L/sIH32-20-200 3.20.88 5029001.62 27 4.0雙氧水流量1.3m3/h，選泵IH32-20-200雙氧水密度=1132.3Kg/m3 雙氧水的飽和蒸汽壓Pv=0.13KPaNASHa=P/ghHPv/g=931.50.012=4.49NASHr=4.0NASHaNASHr=4.494.0=0.492.1該泵工作時不會發(fā)生氣蝕。5.3