新建2萬噸環(huán)氧丙烷生產廠初步設計書

1、新建2萬噸環(huán)氧丙烷生產廠初步 設計書第二篇 初步設計說明書目錄引步設計書4. 3甲醇回收塔物料衡算如表4330 4.4丙烯回收塔物料衡算如表4431丙烯回收塔物料衡算如表4.4 31 4. 5環(huán)氧丙烷精餡塔物料衡算.325、設備設計及選型355.1反應器計算365.1. 2反應管長度的計算 375.1. 3管束尺寸和反應管的排列37板厚的計算38孔數和孔徑的確定.385.2精餡塔設計395. 2.1塔徑的計算405. 2. 2塔高的計算415. 2. 3其他精館塔的計算.415. 3離心泵的選型41丙烯進料泵的選型：雙氧水進料泵的選型：42甲醇進料泵的選型：.43 534預精餡回流泵選型：43

2、 丙烯回收塔回流泵選型：44 甲醇回收塔回流泵選型：455.4換熱器選型455.4,1設計計算主要公式.455*4.2流體流動阻力計算主要公式476車間布置說明49本廠規(guī)格國家規(guī)定產量（萬噸/年） 單價（元/噸）環(huán)氧丙烷99.7%一級品215000產品銷售市場簡介：環(huán)氧丙烷主要用于生產聚醚多元醇、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、農藥、 紡織、日化等行業(yè)得到廣泛應用。同時，環(huán)氧丙烷也是重要的基礎化工原料。1總論1.5主要物料規(guī)格及消耗1* 1項目概況表1.2主要物料規(guī)格及消耗苯垃F

3、：為汀可項目iu規(guī)格數量（萬噸/年）-»月匕：頂I；總投命九：訂出雙氧水匚乂討工業(yè)級.1.3匚'U 間i；原料MI *1丙熾.工業(yè)級亍卓用 .1.6，忙心曰巨育能余m馮甲醇汕i：.工業(yè)級殳汕收丿心卩46 :.資回收期療用工程。冷卻水20 T7000蒸汽100 C -200 C383t 2設計依據1.6廠址概況1化工工程設計相關規(guī)定；廠區(qū)地處xxXx化工園區(qū)。XX區(qū)幅員面積 ,23 .方XX陸路的交通樞紐和長江上游的重要港口,XX經濟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

4、天然氣化工片區(qū)、石油化工片區(qū)、精細化工片區(qū)及化工材料片區(qū)，是XX市集天然氣化工、石油化工、生物質化工、 精細化工和新材料產業(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、便捷的交通網絡、豐富的自然資源、雄厚的產 業(yè)基礎、完善的配套設施，規(guī)劃合理，布局科學。經過五年的開發(fā)建設，園區(qū) 已基本形成了石油化工、天然氣化工、氯堿化工、生物質化工、精細化工和新 材料產業(yè)基礎。成功引進英國 BP公司、中國石化集團公司、中國石油天然氣集 團公司、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12家，國內外上市公司19

5、 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。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、毗鄰國際機場 構成了快速便捷的立體交通網絡。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2090 萬噸；2、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)，設有客、 貨運站，建有園區(qū)化學品專用站；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江北國際機場50公里。1.7主要危

6、險品防護表1.3危險物一覽表序 號物質名稱分子量熔點 C)沸點(C)閃點(C)自燃溫 度(C)爆炸極限火災危險類別毒性危害下限V%上限V%1甲 醇32.04-97.864.8113855.544甲 類III2丙 烯42.08-185.3-47.4<-107497211.7甲 類II3環(huán) 氧 丙58.08-104.433.9-374202.837甲 類III烷本廠主要危險品性質及防護見附錄 MSDS章節(jié)1.8全廠綜合經濟技術指標表1.4綜合經濟技術指標序號指標名稱單位數量1設計規(guī)模萬噸/年22年操作日小時/年72003原料及輔助材料消耗萬元/年47004工廠用地面積平方米243215建筑面

7、積平方米7224.86總定員人1397總投資萬元3014.838全廠總產值萬元/年83479產品年總成本萬元/年5865.439510靜態(tài)投資回收期年1.8311動態(tài)投資回收期年2.2912投資利潤率%54.5913投資利稅率%72.7914內部收益率%53.0015盈虧平衡點%83.08具體計算見可行性報告2 原料采購及產品營銷2.1 原料采購由于本分廠的主要原料合成氣都是由總廠轉化后直接輸送而來。因此本節(jié) 主要介紹總廠對本分廠所需合成氣合成原料的采購方案。2.1.1 甲醇本廠所需甲醇，由園區(qū)甲醇生產廠家直接供應，在廠區(qū)內通過管道直接輸送。在經濟核算時，以市價計算所需甲醇價格。2.1.2 丙

8、烯本廠每年共需 1.66 萬噸丙烯，由 XX 本地廠商提供。在經濟核算時，以市價計算所需丙烯價格雙氧水本廠每年共需1.35萬噸氧氣，由XX本地廠家提供。在經濟核算時，以市 價計算所需雙氧水價格2.2主要產品標準環(huán)氧丙烷表2.1環(huán)氧丙烷標準項目指標（摩爾分率）級品優(yōu)級品純級品外觀無色透明液體，無可見雜質環(huán)氧丙烷，%99.599.899.8水份，%< 0.1< 0.050< 0.0020甲醇含量，%< 0.20< 0.050< 0.0020色度（鉑-鉆色號），號10553相對密度，g/cm1.071 ±.005本廠產品表2.3本廠產品結構產品名稱本廠規(guī)

9、格國家規(guī)定產量（萬噸/年）單價（元/噸）環(huán)氧丙烷摩爾分率0.97級品1 150002.3 營銷2.3.1 公司品牌策略首先公司經營的產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)銷售人員進行銷售、產品推廣；召開產品新聞發(fā)布會；參加業(yè)內頗 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)品牌進行宣傳；建立公司網站，通過網絡平臺對產品進行宣傳， 甚至可以建立在線貿易系統(tǒng)，在網絡上進行交易。2.3.2 公司產品策略企業(yè)使用網絡營銷方法要先明確自己的公司所賣產品或者服務項目，明確 哪些群體是消費者，有目的的尋找消費群體，產品的選擇是很重要的，產品的

10、選擇決定了要進行網絡營銷的消費群體。選擇好產品可以通過網絡營銷獲得更 大的利潤。2.3.3 產品價格策略價格，是消費者最關注的，以最低價格購買到最好質量的產品或服務是每 個消費者的最大希望了。先以產品質量和較低的價格，良好的售后服務樹立信 譽，打入本地市場；逐步確定主要銷售目標市場和客戶群 ，逐步擴大市場，穩(wěn) 定市場占有率，直至建立起完善的銷售網絡。一個企業(yè)要想在價格上取勝，就要注重強調自己的產品性能價格以及與同 行業(yè)競爭者產品的特點，及時調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上以最好的質量回饋 消費者，通過這樣的方式來占領市場。當品牌推

11、廣累積到一定階段后，制定自 動價格調整系統(tǒng)，降低成本，根據變動成本市場需求狀況以及競爭對手報價來 及時適時調整。2.3.4 顧客服務策略根據自身公司產品特性 ,根據特定的目標客戶群，特有的企業(yè)文化來加強互 動，建立完善的客戶服務系統(tǒng)，節(jié)約開支，避免傳統(tǒng)營銷模式營銷手法單一所帶來的弊端。2.3.5 網頁策略通過網絡營銷，將營銷建立在互聯網上，企業(yè)可以選擇比較有優(yōu)勢的網址 來建立自己的網站，然后專人進行維護管理，節(jié)省原來傳統(tǒng)市場營銷很多廣告 費用，搜索引擎也會關注網站搜索率，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)氧丙烷的性質環(huán)氧丙烷在常溫常壓下為無色透明

12、低沸易燃液體，具有類似醚類氣味；環(huán)氧丙烷工業(yè)產品為兩種旋光異構體的外消旋混合物。凝固點 -112.13 C,沸點34.24 C,相對密度（20/20 C） 0.859，折射率（n D）1.3664，粘度（25C） 0.28 mPa S。與水部分混溶20 C時水中溶解度40.5% （重量）；水在環(huán)氧丙烷中的 溶解度 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)氧丙烷的生產工藝環(huán)氧丙烷的生產在國民經濟的發(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)

13、氧丙烷最主要的用途是用于生產聚醚多元醇， 其次是用于生產丙二 醇， 此外還用于生產表面活性劑、羥丙基纖維素等多種精細化工產品。這些精細化工產品廣泛應用于化工、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生產能力統(tǒng)計，氯醇化法占總生產能力的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PC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

14、酸化反應器，反應壓力為常壓或略高于常壓。反應溫度為 40 90e。一般 使丙烯和水過量以降低生成副產物二氯丙烷、丙醛等。次氯酸化反應后，未反應的丙烯及生成的二氯丙烷等由反應器頂部排出進入丙烯分離器，再經洗滌、分離后使未反應的丙烯循環(huán)返回次氯酸化反應器 ，反應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量的 10% 20%的 Ca ( OH ) 2 溶液 經預熱后進入皂化反應器，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經初餾塔和精餾塔分離出水、二氯丙烷 及其他有

15、機雜質得產品PQ為了減少PO水解為氯丙醇,宜采用真空精餾。Ca|OHf2 或 N$OH圖3.1傳統(tǒng)氯醇法生產工藝流程圖cia-H?0 -2. 共氧化法根據采用不同原料和聯產不同產品，共氧化法可分為乙苯共氧化法和異丁烷共 氧化法。除PO外，前者還聯產苯乙烯,后者則聯產叔丁醇。鑒于MTBE會污染 地下水,如今美國等已停止使用。因此當今聯產法大都建成PO /SMt產裝置。較好的工藝為She II工藝技術，Shell工藝技術生產PC/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 idatio n)、產品分離、PC精 制及苯乙烯精制等5部分。She II法催化劑為

16、負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 iC2 /S iC2 催化劑,在丙烯與乙苯 過氧化物的摩爾比為6: 1,反應溫度為80 90e ,壓力313MP和接觸時間為30m in的條件下反應時,過氧化物轉化率為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Ajstlffl.內烷分曲烙苯 NJJ«llfsl制lgI化組YJ3. HPP(法該法通過丙烯經氧化劑雙氧水進行直接氧化的工藝流程較簡單，副產物少，且不像氯醇法有環(huán)境污染問題，因此當前已為各國所關注。2002年由Dow Chem ical與BASF合作開發(fā)成功的過

17、氧化氫制PC (HP - PC )工藝，并決定將此技術 工業(yè)化，并在BAS公司Antw erp建設300kt/ aHP- PC裝置。據稱原計劃將于2008 年5月完成，后由于建設方面問題推遲了完成時間。預計 2009年后將投產。該工 藝采用管式反應器，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PO BAS公司為了解決工程放大中可能出現冋題,曾于2000年在路德維希建100t /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工藝流程示意圖廢!Tft«應.i F JIAXXXX13乙二博甲醉 PO空純kx 一PO擦二分工藝

18、優(yōu)缺點比較環(huán)氧丙烷的生產方法已工業(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年世界卩欽產能力統(tǒng)計，氯醇化法占總生產能力的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能力的24.9%,異丁烷法占26.6%.目前,PO的工業(yè)化生產方法即氯醇化法、共氧化法和 HPP怯在生產工藝、 原料要求、副產品量、三廢處理等方面各有優(yōu)劣。在投資、原材料消耗量、副 產品生成量、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經濟指標。表3.1氯醇化法、

19、共氧化法和HPPO法優(yōu)缺點生產路線優(yōu)點缺點氯醇化法歷史悠久，工 藝流程短，工 藝成熟；單產設備易腐蝕； 廢水量大；氯氣消耗多；品，操作彈性 大；選擇性好，收率 高；生產比較安全； 對原料丙烯純 度要求不嚴； 建設投資小副產二氯丙烷； 廢渣量大共氧化法廢水量少； 無腐蝕； 副產品經濟價 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； 生產大量聯產 品；建設投資大HPP法三廢少； 投資少； 無聯產品； 工藝流程短； 占地面積少工業(yè)化時間短； 工藝待完善表3.2氯醇化法、共氧化法和HPPO法技術經濟指標目 項法 化 氧 共法 烷 丁 異法 苯 乙計 置 裝O2/12964O

20、11/%率收 品P%88每噸P需原材料烯 丙580800800烷 丁 異2氣 氫2氣 氯.50151灰 石 生1560F副產物烷 .內 氯 二丙 異 氯 二醇 丁 叔 )c632烯 乙 苯Q噸程P0每公1583442耗 水 卻 冷25558M 4 /(AO242815555我國環(huán)氧丙烷生產始于上世紀 60年代中期，隨著國民經濟的發(fā)展，我國 PO的生產規(guī)模逐漸提高，具體生產企業(yè)的情況見表3.3.從表3.3可知國內生產P0大部分企業(yè)依然采用污染較大的氯醇法。隨著國內環(huán)保壓力日益增加，氯醇法生產壓力大增，盡管氯醇法工藝流程 簡單，生產比較安全，但是最大缺點是設備腐蝕嚴重，大量廢水難以治理。近 年來國

21、際上新建裝置多選擇 PO SM法,PO SM共氧化法雖然比較先進，但由于 要使用原料乙苯，而且在生產環(huán)氧丙烷的同時要聯產苯乙烯，每噸環(huán)氧丙烷要 聯產l.s t 苯乙烯，對于沒有乙苯資源，也沒有苯乙烯的下游產業(yè)鏈的企業(yè)， 不宜采用PO S M法 而隨著P0新技術工業(yè)應用的成功,如日本C H P路線已 經投產，清潔節(jié)能的HP P 0路線在韓國尉山的建設，以及中石化自主產權的HPPO國產工藝包的推出，將推動環(huán)氧丙烷進入一個環(huán)保有國際競爭力的快速 發(fā)展的時代。所以發(fā)展HPPOf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)氧丙烷生產商和產能及核心技術庫號公司名稱生嚴工藝產能/|()

22、¥ t1樹化化丄集團氯藏股份公對胡蘆島廿木旭確予蠱醇法132it陽隹綢蘭化工有限公司子捉醉法43犬律大沽持細化匸股份宵限公司大樺三井東出亀楷怯154山束濱化集團有隈公的山東濱州國內覆醇法175山東金酣化工股份有公&山東東聲國內氯梯決86山東東辰控般込團山東東背國內蠱醉齒57山東石尢勝華化工膻的有限公訶山東東営國內氯醇密4E山東血尢學工業(yè)有曜公司山東摘博二井東壓氯醉法129南京金開揶湖比丁有凰公詣江蘇南京S10江蘇鐘山化工有限公司江蘇南京氯醉法+111：海高橋石化公訶聚虱戲節(jié)業(yè)部上海國內氯幅法12浙江太平辮化學育限公司浙江寧波IX）坯魚醇法213叩石化巴瞳石化胡南用陽114福建

23、湄洲灣氯就匸業(yè)有限社同福建宗州“木旭硝子氯醇法415甲海殼牌石釉化工冇限公同廣卅惠州PO/SM技術2516中石化鎖海煉化與臭國匸艸血【1合資公司浙江寧銓m/SM投術2S.5合汁I5S.5工藝方案的選擇1、選擇標準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，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量的重要因素，近來 對環(huán)境問題的關注也越來越廣泛。長期以來化工廠往往被人看成是污染的代名 詞，因此環(huán)保理念對于現代工廠的設計是非常重要的；（3）操作費用低，能耗低。因為工廠是連續(xù)運營生產的，因此對于蒸汽、 水電等每天都在消耗的成本要求盡

24、量低；（4）設備費用低，投資成本低。設備為一次性投資，因此在保證操作費用 低的基礎上盡量減少設備等一次性投資成本。2、工藝選取結合工藝比較，我們最終決定選擇 HPPOI。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 率較高；(2) 生產安全環(huán)保，符合建設和諧社會的要求；(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，直接氧化法的工業(yè)化應用，將會對其未 來的發(fā)展，以及P0的合成工藝，以及其它方面產生影響。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(HPP

25、O。其反應方程為:HjOj + CH,CH = CH, - CH,CH+ H30 0反應后，反應液進入甲醇回收塔，回收其中未反應的甲醇重新回到反應器，塔 釜液進入環(huán)氧丙烷塔，從塔頂分離出丙烯進行回收；塔底液進入環(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入 污水處理廠處理。反應動力學1主反應動力學丙烯環(huán)氧化反應生成環(huán)氧丙烷是個串并聯反應，但是由實驗可以發(fā)現，在反應過程中丙二醇的生成量相對較少，因此，此反應可以近似地認為是串聯反 應：hzc2ch3ohCH2=CH CHi CH3CHCH2 CH$CH CH2、/II0OCH3 OH其反應的動力學方程為rpo- koH2o;exp( R

26、T )Co2Csh4-koMME exp(百 )C?oC<n. oh在反應過程中，液相中丙烯的濃度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 的濃度遠遠大于環(huán)氧丙烷的濃度，甲醇的濃度近似為一常數，因此，反應動力 學方程可以簡化為-Earpo = kcCH、o2 exp( r” )Ch2o2 -koCMMECXpt靜)C?o在丙烯壓力為0. 3 MPa,溫度為30 50 e ,甲醇、雙氧水和催化劑質量比 為127. 0 B 18. 0 B 1.0的條件下進行了動力學實驗。由雙氧水的分解實驗可知，當反應時間為60 mi

27、n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的影響可以忽略。根據得到的雙氧水轉化率實驗數據可得丙烯 環(huán)氧化反應動力學方程，結合得到的環(huán)氧丙烷進一步反應的副反應動力學，得到氧丙烷生成反應速率方程為：= 18.65 |exp(*-1.533 106exp嚴)匚吐'a）以甲醇為溶劑，T S21催化丙烯/ H2 O2環(huán)氧化反應中，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重要。b）反應溫度低于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，在丙烯壓力為0. 3 MPa,溫

28、度為30 50 e下，用幕 指數型的非機理速率方程建立了該串聯反應動力學方程，其副反應活化能高于主反應活化能，但主反應的反應級數高于副反應。2、副反應動力學環(huán)氧丙烷可以分別與甲醇和水反應生成丙二醇甲醚以及丙二醇，這是個平行反應，但在實驗過程中發(fā)現丙二醇的生成量約為丙二醇甲醚的 0. 5% 1%,因 此，丙烯環(huán)氧化的副產物主要是丙二醇甲醚,假定生成的丙二醇忽略不計。根據環(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 驗點的反應速率，采用幕函數形式的動力學模型，用最小二乘法計算出模型參 數。由于甲醇的濃度遠遠大于環(huán)氧丙烷的濃度，甲醇的濃度近似為一常數，在壓力為0. 3 MPa,溫度3

29、0 50 e條件下環(huán)氧丙烷醚化生成丙二醇甲醚的動力 學方程為：TMME = L 533反應條件表3.4主要設備的反應條件設備名稱反應溫度/C反應壓強/MPapH反應器50136預精餾塔800.2甲醇精餾塔400.15丙烯精餾塔1000.16環(huán)氧丙烷精餾塔500. 23.3工藝流程說明331工藝流程方框圖我們采用HPPOfc，根據國外的研究成果以及已經用于生產的工藝設計了合 成工藝。其工藝流程方框圖見圖 3.1 o圖3.1所用工藝流程方框圖332工藝流程簡述如圖所示，反應原料丙烯氣體、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如環(huán)氧化反應器進行環(huán)氧化反 應。反

30、應方程式如下：ch2=chch3 + H2O24CH3CH CHZ + H20CH3CH CH2CH3OH CH3CH CH3IIOCH3 OH反應后，反應后，反應液進入甲醇回收塔，回收其中未反應的甲醇重新回到反 應器，塔釜液進入環(huán)氧丙烷塔，從塔頂分離出丙烯進行回收循環(huán)使用；塔底液 進入環(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入污水處理廠 處理333工藝流程模擬使用AspenPlus軟件對流程進行模擬，其模擬流程圖見圖32圖3.2 aspen模擬流程圖St3S5 334合成工段合成工段主要包括了預處理及反應階段。預處理的目的是讓液體甲醇汽化，同時使反應原料達到一定的初試反應溫度。反

31、應混合氣體在 50C、1MPa下進入反 應器。在反應合成過程中反應器溫度控制在 50C，壓力為IMPaT。由于合成反 應是放熱反應，因此通過熱導油將熱量移走，以作為后續(xù)工藝的熱源。反應結束后，產品環(huán)氧丙烷的產率為 87%，副產品丙二醇對雙氧水的選擇性為 3%分離工段反應完成后，反應液中含有：(1) 主反應生成物：環(huán)氧丙烷和 HO;(2) 未完全反應的反應物：丙烯和雙氧水；(3) 未反應物：甲醇(4) 副產物：丙二醇。為了能夠充分利用原料，提高原料利用率，需要將未反應的丙烯、過氧化 氫和甲醇循環(huán)回環(huán)氧丙烷反應器中繼續(xù)參加反應，而氣液可以通過閃蒸進行分 離。由于丙烯、過氧化氫和甲醇可形成共沸物，因

32、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)氧化反應中，"Q會在TS- 1催化劑上部分分解產生一定量的 Q, Q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； 通常使未反應的丙烯經分離和提純后循環(huán)回HPPC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供應裝置向尾氣流中供應 N2，使其中Q濃度稀釋至燃燒極限以 外，然后使混合氣壓縮至1.52.5 MPa后送入冷凝裝置，在020C下產生一個 由丙烯、丙烷、Q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

33、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HPPQT藝；后者與Q2混合燃燒轉 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化合物復合而 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Q2及揮發(fā)物組成的保留物流T4,前者被循環(huán)回尾氣流，后者經處理后排放。2、PQ的分離與回收在回收未反應丙烯并使其經提純和循環(huán)使用后，使剩余的產品混合物進行蒸 餾，以回收和精制PQ產品。G. Hans-Georg等報道了一種用萃取蒸餾法來分離 PQ產物的工藝。其工藝流程示意圖見圖 3.4。圖3.4 PQ的分離與回收工藝流程示意圖C

34、100who分離丙烯后的產物流的質量組成為：PQ8%0.5%、甲醇65%70%水 20%25% 丙烯w 3 5 0 x 1 0- 6、丙烷w 1 0 x 1 0- 6、乙醛w 100X 10- 6、高沸物w 0.65%,它經預熱后作為原料（M）從距塔頂第45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，它從距塔頂第 10 塊理論板處引入，萃取劑用量 ( 基于原料的 質量)優(yōu)選0.45% 1% mPO) ： m(萃取劑)=(6 7) ： 1,塔頂壓力優(yōu)選45 50 kPa,塔底溫度優(yōu)選5060C，填料用比表面積為25075

35、0m2/m3勺金屬片或網。 從塔頂得到純度97%勺PO,其他組分質量分數滿足甲醇w 10X 10-6、水<20X 10- &丙烯和丙烷V 0.25%,該餾分經一個功率為 3 9 MW的2X4轉 子的單級汽輪壓縮機(C100)壓縮至0.25 0.35 MPa此時蒸氣溫度為7090C, 經一個冷卻水換熱器和一個冷凍水換熱器冷卻至1220C,然后部分作為回流液返回萃取蒸餾塔。塔底餾分質量組成為：甲醇97%水w 2%乙醛w 50X 10- & POC50X 10- &高沸物w 0.2%,它被用作使原料預熱的換熱器的熱源，換熱后 進一步分離甲醇并循環(huán)回HPPOT藝，分離甲醇

36、后的水經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 C內使丙烯壓縮至 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 的反應產物中分離未反應丙烯和 PO得到一個質量組成為：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 C、氫壓

37、0.3 1.3 MPa條件下氫化，得到一個PG質量分數為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下分離出一個質量組成為甲醇 60%80%水15%35和低沸物w 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 分離成一個質量組成為：甲醇 90%99%水0.5%5%低沸物w 100X 10- 6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 HPPC工藝，后者

38、經回收 PG 后排放。3.4全廠物料能量衡算全廠物料能量衡算見表3.5.表3.5全流程物料橫算S2SJ56S?別S?SISSilS12SBSI4Temper stunC25.025.013 B50.050.024.2101.2u附2Q.fil»31.?Pcrwufibr.0l1.0.01.0110.0010.000.05O'.50.Wait<1.(MQIS0.04叮5Vipjr Fnc顧【.呱）0.900m0.0000.00,l»00.000m0.0000.000TO0.000MfifeFiirimolhr5J.OOQ1S5.W01血.咽14.000HBiOO

39、O14S3JKHUB131測11173550.33?換0351.3031252.0SS肚1軸JMFk陌kg hrtmvj®4UIM4fi5B3H4幼 4144549.97.445W.445416®.7?22BS.7K2B45.7M4mttl迪1544.215IShnneFhwcinntr1.2SS3574597511193M3LW66.10.22352.1957.1M133531720.05148.937Fnrhak"MMBuhf-m114S抽他-MS-304.355-JOUfiOWldig-5.95DO涮-IJ.61DMbit RowiJEOCllfr DH61

40、OB土.；.；imineotraceU173i0.1M0IH曲做traceM21.6501.6501曲血MO<5.0M5i.OCO!.S50炯HJO415»0.00?45.457仙O.OOJmm0.4A5她'WHfiCi<9045.0050刪4WM41 JO?訕5mCH4O12£.m1哋】昭咽即減<Wll.2fi5蟻J l.2$2125測I2.6J?4、化工計算4.1反應器物料衡算反應器的物料衡算如表4.1溫度（C）5050壓強（Mpa）11項目進料出料流量(Kmol/h)流量百分數（%）流量(Kmol/h)流量百 分數（%）C3H6165.000

41、11.111113.8507.675H2O255.003.7043.8500.260CH4O1265.00085.1851265.00085.280H2O49.5003.337C3H6O H49.5003.337 C3H8O21.6500.1114.2 預分離塔物料恒算如表4.2預分離塔物料恒算如表4.2溫度（C）505050壓強(Mpa)111項目進料塔頂出料塔底出料流量(Kmo l/h)流量 百分 數(%)流量(Kmo l/h)流量 百分 數(%)流量(Kmo l/h)流量 百分 數(%)C3H6113.8507.675113.85069.370H2O23.8500.2603.8500.2

42、92CH4O1265.00085.2801.2650.7701263.73595.830H2O49.5003.3370.003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(Mpa)111項目進料塔頂出料塔底出料流量(Kmo l/h)流量 百分 數(%)流量(Kmo l/h)流量 百分 數(%)流量(Kmol/h)流量百分數(%)C3H6H2O23.850.2920.49微量3.855.734050CH4O

43、126395.83125199.9212.618.822.7350.098137H2O49.43.7530.49微量49.072.98697502C3H6O0.49微量5C3H8O21.650.1251.652.458004.4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(Mpa)111項目進料塔頂出料塔底出料流量(Kmo l/h)流量 百分 數(%)流量(Kmo l/h)流量百分數(%)流量(Kmol/h)流量百分數(%)C3H6113.85069.370113.73699.9570.1140.226H2O2CH4O1.2650.7701.2652.51

44、3H2O0.003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(Mpa)111項目進料塔頂出料塔底出料流量流量流量流量流量流量(Kmo百分(Kmo百分(Kmo百分l/h)數(%)l/h)數(%)l/h)數(%)C3H60.110.2260.110.23244H2O2CH4O1.262.5130.010.0261.2596.086532H2O0.00微量0.00微量0.00微量312C3H6O48.997.2548.999.730.04微量565079

45、9C3H8O25、設備設計及選型根據工藝流程圖，本廠所需主要設備為24個?；厩闆r如表5.1設備號設備名稱R101固定床反應器T101:預精餾塔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E109r塔頂冷凝器E110塔底再沸器P101丙烯進料泵P102H2O2進料泵P103甲醇進料泵P104反應進料泵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

46、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 結構)和T S - 2 ( M E L 結構)。催 化劑粒徑優(yōu)選w 1 0 0 nm ，比表面積優(yōu)選300 ± 30 m2/g。，空速取 15h。反應器選用列管式固定床反應器。催化劑的填充量由物料衡算表數據，根據空速計算催化劑的填充量：Vr二導V:催化劑的填充量vVO:原料氣體體積(標)流量S:體積空速,h-1Vr =3913.34927

47、3100032643.077m3/ h273 50101.32532643.0772003= 163.215m反應管長度的計算取空床速度為0.05m/s，則床層截面積為:=21.74m2V 3913.349Uo 一 0.05 3600則催化劑床層高度為:Hr業(yè)二空學7.507mAr21.74根據化工原理取床層空隙率為0.3，則反映管長為：H =7.507 7.507 0.3 =9.76m管束尺寸和反應管的排列選取工業(yè)上所用的35*2.5的列管，則單管催化劑體積為：122-33V n d 丨=0.785 0.039.76 =6.89 10 m則管數為：163.215:23690 反應器采用正三角

48、形排列！采用正三角形排列，反應器列管的布置與普 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；其次反應管的排管把整個管板按6.7 °C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 t =1.25d0 =1.25 0.035 = 0.04375m，采用三角形排列，貝y單管所占的面積為s牛t2詩。山"66 10廿則反應器的直徑為23690 1.66 10” 0.00785Y0.785100 6.271mo板厚的計算根據流體進出選擇流體的設計溫度為100,設計壓力為

49、1 2Mpa.由于反應原料為丙烯，雙氧水。有一定氧化性，所選材料為0Cr18Ni10Ti。（化工設備設計基礎）焊接方式：選為雙面焊對接接頭，100%£損探傷，故焊接系數門=1， 根據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C1,C2.材料的許用應力"=58Mpa則厚度按下式計算：圓整為55mm十習C=4d=54.53mm2 P 2 58 1 -1孔數和孔徑的確定Dj =6.271m，取孔徑d=10mm則孔數為:nd/Di10/6271= 7865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23圈為同心圓排列，同心圓與正六邊形之間的大空隙處，適 當補加一些孔。設孔間距為s，則:取椎帽外徑為40mm實際排孔數6123個，此時j 10彳a =6123漢=0.015 、卄口 “16320丿，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.