年產(chǎn)25萬噸丁醇生產(chǎn)工藝

1、 溫州大學(xué)化學(xué)工藝學(xué)課程設(shè)計(jì) 1.前言丁醇是重要的有機(jī)化工原料，廣泛用于醫(yī)藥、印染、塑料、有機(jī)等領(lǐng)域。丁醇是生產(chǎn)丁酸、丁胺、醋酸丁酯和丙烯酸丁酯等多種有機(jī)化合物的原料。丁醇分為兩類：正丁醇和異丁醇。正丁醇主要用來生產(chǎn)鄰苯二甲酸二丁酯、丙烯酸丁酯等。可直接作為合成塑料、涂料、助劑等的原料，也是良好的溶劑之一，大部分正丁醇是用來合成酯類，產(chǎn)品有丙烯酸丁酯、醋酸丁酯、乙醇醚、增塑劑DBP等。丁醇在許多化工領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，在2000年之前，全球丁醇生產(chǎn)主要集中在美國、歐洲、日本等地，這些地區(qū)丁醇市場趨于成熟，生產(chǎn)能力過剩，需求增長趨緩，而亞洲等其他地區(qū)，由于缺口較大，需求增長較快。在中國，特別是改

2、革開放以來，隨著石化工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)丁醇的需求越來越大，因而引進(jìn)了國外先進(jìn)技術(shù)，相繼建成了一批大型乙烯生產(chǎn)裝置，其中有的配套了代表國際先進(jìn)水平的羰基合成丁醇生產(chǎn)裝置，如齊魯石化公司、吉林化纖工業(yè)公司及大慶石油化工總廠、北京化工四廠、揚(yáng)子巴斯夫公司，總產(chǎn)能為145kt/年，由于下游需求的快速增長，盡管這幾套裝置都在加大負(fù)荷生產(chǎn)，丁醇的產(chǎn)量有很大提高，但一直不能滿足下游實(shí)際生產(chǎn)的需求,因而對(duì)這幾套裝置進(jìn)行擴(kuò)能改造、或新建生產(chǎn)裝置勢在必行。2. 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)條件2.1原料簡介丙烯（propylene,CH2=CHCH3）常溫下為無色、稍帶有甜味的氣體。分子量42.08，密度0.5139g/cm3(20

3、/4)，冰點(diǎn)-185.3，沸點(diǎn)-47.4。易燃，爆炸極限為2%11%。不溶于水，溶于有機(jī)溶劑，是一種屬低毒類物質(zhì)。丙烯是三大合成材料的基本原料，主要用于生產(chǎn)丙烯腈、異丙烯、丙酮和環(huán)氧丙烷等。2.2產(chǎn)品簡介本項(xiàng)目產(chǎn)品為正丁醇和異丁醇，均為重要的有機(jī)化工原料，在醫(yī)藥工業(yè)、塑料工業(yè)、有機(jī)工業(yè)、印染等方面具有廣泛用途。2.2.1 正丁醇正丁醇是優(yōu)良的有機(jī)溶劑，也可轉(zhuǎn)化為丁醇衍生物作特種溶劑；可用于生產(chǎn)多種增塑劑，如鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）、鄰苯二甲酸丁芐酯（BBP）、鄰苯二甲酸丁辛酯、己二酸二丁酯等；也可用于生產(chǎn)乙酸丁酯、丙烯丁酯、甲基丙烯酸丁酯等化工產(chǎn)品，其主要衍生物系及用途見圖1-1。圖1-1

4、正丁醇主要衍生物系及其用途2.2.2 異丁醇異丁醇可用于合成異丁胺、醋酸異丁酯等，也可用作硝基纖維素、乙基纖維素、聚乙烯醇縮丁醛、多種天然樹脂、橡膠的溶劑，以及用作石油添加劑、抗氧劑、增塑劑等合成原料以及鉭鋰鹽的提純用試劑等，其主要衍生物系及其用途見圖1-2。 圖1-2 異丁醇主要衍生物系及其用途2.3生產(chǎn)規(guī)模 本項(xiàng)目年生產(chǎn)丁醇23.5萬噸，其中正丁醇21.8萬噸，異丁醇1.7萬噸。2.4環(huán)境要求2.4.1廢氣處理在建廠施工期間，工程及運(yùn)輸車輛排放的尾氣及揚(yáng)塵，主要污染物有CO、CO2氮氧化合物及煙塵。在正常生產(chǎn)期間產(chǎn)生的主要廢氣包括：來自鍋爐房的燃燒產(chǎn)生的廢氣、煙氣的排放以及工廠管道的泄露。

5、治理措施在于預(yù)防為主，對(duì)設(shè)備定期的檢修，工廠內(nèi)種植凈化效果好的樹木植被等；治理為輔，應(yīng)回收或綜合利用，如不能回收或綜合利用時(shí)，應(yīng)采取措施使其符合排放標(biāo)準(zhǔn)。在選擇廢氣治理方法時(shí)應(yīng)避免產(chǎn)生二次污染。廢氣治理的方法有：除塵法、冷凝法、吸收法和直接燃燒法。車間空氣中有害物質(zhì)的最高允許濃度及大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)為GB16297-1996。2.4.2廢液處理本廠的廢液主要來源如下：1、反應(yīng)釜底部三苯基膦銠催化劑液相循環(huán)久了會(huì)使催化劑活性降低，一部分為廢催化劑，故需排出處理后才能繼續(xù)使用。2、丁醇重組分蒸餾塔塔底的廢水，含有一定量的雜醇、縮醇醛、高碳醇和丁酸丁酯，且廢液量大，需要處理才能回用，水洗塔塔底的

6、廢水中含有部分烴類和醇類，需處理才能回用或排放；3、生活污水，廠區(qū)內(nèi)工人們生活污水。廢水系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)水量、水溫、污染物的性質(zhì)和含量，以及廢水和污染物被回收利用或處理的方法合理劃分做到清污分流，采用循環(huán)利用或重復(fù)利用。另外，選擇先進(jìn)的生產(chǎn)工藝可以不產(chǎn)生或少產(chǎn)生廢棄物及其它不良影響。改革工藝、提高產(chǎn)品得率、降低原料的消耗、減少排污量是廢水處理的根本途徑。廢水治理基本方法有：隔油法、氣浮法、沉淀法、耗氧生物處理，厭氧生物處理。 在施工場地建設(shè)臨時(shí)導(dǎo)流溝，并在排放口前設(shè)置雨水緩沖池，將暴雨徑流引至緩沖池充分沉淀后再排放至排水管道。采取上述施工后，加強(qiáng)施工期環(huán)境管理，可以有效地做好施工污水地防治，減輕對(duì)水

7、環(huán)境的影響。在施工場地設(shè)置循環(huán)水池，將設(shè)備冷卻水降溫后循環(huán)使用，以節(jié)約用水。設(shè)置沉淀池，將設(shè)備、車輛洗滌水簡單處理后循環(huán)使用。2.4.3廢渣處理本集成工廠的廢渣主要來自固定床列管式反應(yīng)器的廢催化劑，另外廢渣還包括生活垃圾。廢渣處理一般采取焚燒或者填埋，本廠的廢渣送至本廠的三廢處理處。生活垃圾排至城市廢渣處理，多數(shù)采取焚燒或者填埋方案。2.5公用工程寧波石化經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)配備了整套齊全的基礎(chǔ)設(shè)施，為園企業(yè)正常運(yùn)行提供了重要保障?；^(qū)配套設(shè)施見下表。項(xiàng)目內(nèi)容供電園區(qū)電力由中國華東電網(wǎng)供應(yīng)，建有35/110/220KV變電站，可實(shí)現(xiàn)不間斷雙回路供電，保證區(qū)內(nèi)企業(yè)的安全運(yùn)行。園區(qū)目前建成110KV

8、變電站2座（澥浦、南洪），220KV變電站1座（殿跟）。規(guī)劃新建110KV變電站4座，220KV變電站2座供水工業(yè)用水一期80,000t/d,二期300,000t/d。生活用水10000t/d工業(yè)廢水處理園區(qū)內(nèi)寧波愛普環(huán)保有限公司目前的工業(yè)污水處理能力為10,000噸/天，擴(kuò)建后總處理能力50,000噸/天。北區(qū)污水處理有限公司一期城市污水處理能力為100,000噸/天，2007年底已投入運(yùn)行，未來處理能力可達(dá)到400,000噸/天；另有日處理工業(yè)污水能力為60,000噸/天（一期30000噸/天）的污水處理廠在建供熱一期形成3×130t/h次高壓循環(huán)流化床鍋爐、1×25M

9、W抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組、1×12MW背壓式發(fā)電機(jī)組等三爐二機(jī)（已運(yùn)行），可供1.3-4.1Mpa蒸汽。二期形成6×130t/h次高壓循環(huán)流化床鍋爐、2×25MW抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組、2×12MW背壓式發(fā)電機(jī)組等六爐四機(jī)。工業(yè)氣體可供氮?dú)狻⒀鯕?、氫氣、二氧化碳、重整氫、一氧化碳等雨污分流目前處理能力?0000t/d，擴(kuò)建后總處理能力50000t/d天然氣園區(qū)內(nèi)部建有天然氣調(diào)壓站，可為企業(yè)提供天然氣消防設(shè)施配備搶險(xiǎn)救援車，重型水罐車，進(jìn)口泡沫車，大型水罐車（21噸），泡沫、干粉聯(lián)用車，洗消車， 高噴車，后勤指揮車等應(yīng)急指揮中心監(jiān)控系統(tǒng)涵蓋化工區(qū)倉儲(chǔ)區(qū)、管廊和大

10、企業(yè)的自備罐區(qū)等。承擔(dān)公安、消防、環(huán)保、搶救、防汛防臺(tái)和危險(xiǎn)源監(jiān)控等方面的協(xié)調(diào)管理工作倉儲(chǔ)液體灌區(qū)正在建設(shè)中，低溫乙烯儲(chǔ)罐：20,000立方米×2，低溫丙烯儲(chǔ)罐：30,000立方米×1，覆土式壓力儲(chǔ)槽：3,300立方米×11，低溫液氨儲(chǔ)罐：20,000立方米×1。鎮(zhèn)海液體化學(xué)品碼頭內(nèi)建有液化品罐區(qū)。油品罐容400,000立方米，液體化學(xué)品罐容 208,000立方米工業(yè)管廊輸送化工原料的管廊已經(jīng)建成通訊采用地下光纜，擁有程控電話，因特網(wǎng)絡(luò)等設(shè)施危險(xiǎn)廢物處理日焚燒處理化工廢渣10噸的高溫焚燒爐;日處理10噸廢有機(jī)溶劑3. 工作內(nèi)容及要求3.1項(xiàng)目可行性論證3

11、.1.1建設(shè)意義1、符合國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策本項(xiàng)目符合有關(guān)的國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展總體規(guī)劃，符合產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整目錄中鼓勵(lì)類第九項(xiàng)中的第二十條；采用先進(jìn)工藝技術(shù)的大型基本有機(jī)化工原料生產(chǎn)；第二十七條：生產(chǎn)醇、醚燃料。2、進(jìn)一步繁榮經(jīng)濟(jì)、帶隊(duì)地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展由于該項(xiàng)目生產(chǎn)的基礎(chǔ)化工原料關(guān)聯(lián)度高，對(duì)下游產(chǎn)業(yè)具有很大的帶動(dòng)作用。該項(xiàng)目的建設(shè)對(duì)園區(qū)及當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展起到強(qiáng)有用的帶動(dòng)作用，帶動(dòng)當(dāng)?shù)厥I(yè)的復(fù)蘇，拉長石化產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)均衡發(fā)展。3.1.2建設(shè)規(guī)模本項(xiàng)目年生產(chǎn)丁醇23.5萬噸，其中正丁醇21.8萬噸，異丁醇1.7萬噸。3.1.3技術(shù)方案丙烯制丁醇流程首先是將丙烯和合成氣在攪拌式反應(yīng)釜中生成混合丁醛，

12、然后送至固定床反應(yīng)器氣相加氫生產(chǎn)正（異）丁醇，最后在精餾塔中將正丁醇和異丁醇分離。丙烯制丁醇流程如圖2-1所示。圖2-1丙烯制丁醇流程示意圖3.1.4廠址選擇 本廠選擇建設(shè)在寧波石化經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)。寧波石化經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)位于杭州灣南岸，寧波鎮(zhèn)海區(qū)西北側(cè)遼闊的海涂上，規(guī)劃面積56.22平方公里。區(qū)內(nèi)地勢平坦，依江臨海，水源充沛，環(huán)境容量大，自然條件優(yōu)越，同時(shí)園區(qū)提供“九通一平”，配套設(shè)施齊全。寧波及周邊地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和寧波杭州灣大橋的建設(shè)給園區(qū)帶來了無限商機(jī)和發(fā)展機(jī)會(huì)，具有發(fā)展石油化學(xué)工業(yè)得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。園區(qū)水陸交通便捷、四通八達(dá)，區(qū)域優(yōu)勢明顯。園區(qū)距寧波市區(qū)僅14公里，距東方深水良港北侖港

13、僅24公里，緊鄰中國最大的液體化工碼頭。園區(qū)總規(guī)劃面積56.22平方公里，化工區(qū)將本著"外向型、高起點(diǎn)、跨世紀(jì)"和"持續(xù)、快速、安全、健康"的發(fā)展理念，按照建設(shè)現(xiàn)代化工園區(qū)的要求和化工行業(yè)的特點(diǎn)，努力營造一個(gè)高科技產(chǎn)業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)相對(duì)集聚、以大煉油和大乙烯項(xiàng)目為支撐、生產(chǎn)與生態(tài)均衡協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的世界一流的國家級(jí)石化產(chǎn)業(yè)基地。3.1.5社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益分析1）經(jīng)濟(jì)效益分析23.5萬噸/年丁醇總投資約需21.03億元，其中建設(shè)投資約需16.80億元。資金籌措采取自籌和銀行貸款相結(jié)合的方法，其中自籌6.53億元，銀行貸款14.5億元。丙烯價(jià)格按9500元/噸，

14、正丁醇價(jià)格按12500元/噸，異丁醇價(jià)格按11500元/噸。投產(chǎn)后年均銷售收入約29.20億元，年均利稅約8.92億元。2）社會(huì)效益分析本項(xiàng)目用NMP法抽提丁二烯，NMP溶劑不僅無毒無刺激氣味，其揮發(fā)量小，減少了經(jīng)濟(jì)損失，而且對(duì)設(shè)備無腐蝕性，降低了設(shè)備成本，NMP工藝的能源消耗較其他工藝都小，使得項(xiàng)目具有良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。生產(chǎn)過程中“三廢”少，并且都采取了綜合治理的相應(yīng)的處理措施，因此裝置對(duì)周邊環(huán)境影響較小，有利于環(huán)境保護(hù)。本項(xiàng)目的建立可提供部分就業(yè)機(jī)會(huì)，從而緩解了企業(yè)和社會(huì)的負(fù)擔(dān)。堅(jiān)持走新型工業(yè)化道路，大力推進(jìn)石油化工產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，為我國的C4的綜合利用可持續(xù)發(fā)展做出新的貢獻(xiàn)。3.2工

15、藝流程設(shè)計(jì)3.2.1工藝方案選擇及論證所謂工藝技術(shù)路線，就是把原料加工成為產(chǎn)品的方法，包括工藝流程、生產(chǎn)方法、工藝設(shè)備和技術(shù)方案等。工藝技術(shù)路線的選擇就是要在各種可能的工藝技術(shù)路線中，經(jīng)過比較確定一條效果最好的工藝技術(shù)路線為擬建項(xiàng)目采用。工藝技術(shù)路線影響到項(xiàng)目的投資、產(chǎn)品的成本、產(chǎn)品的質(zhì)量、勞動(dòng)條件、環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面，因而決定了項(xiàng)目投資后的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。項(xiàng)目投資后的效益如何，其實(shí)是工藝技術(shù)路線選擇的必然結(jié)果，能否選到好的工藝技術(shù)路線，是項(xiàng)目能否成功的關(guān)鍵，所以，工藝技術(shù)路線的選擇是項(xiàng)目可行性研究工作的核心。工藝技術(shù)方案的比較1、UCC/Daw/Johnson Mattey低壓羰基合成工

16、藝美國UCC和英國Davy及Johnson Mattey 3家公司共同開發(fā)的銠催化劑低壓羰基合成技術(shù)，簡稱UCC/Davy法或U.D.J法，于1976年工業(yè)化裝置投入生產(chǎn)，目前世界約60%左右的丁醇裝置采用該技術(shù)。該工藝依據(jù)羰基合成催化劑循環(huán)方式的不同又分為氣相循環(huán)工藝和液相循環(huán)工藝。液相循環(huán)工藝于1984年投入工業(yè)化應(yīng)用。與氣相循環(huán)工藝相比，液相循環(huán)工藝將兩臺(tái)并聯(lián)反應(yīng)器操作改為兩臺(tái)串聯(lián)操作，不僅增大了反應(yīng)器的容積利用率，而且加快了反應(yīng)速率，可使同樣大小反應(yīng)器的能力提高50%80%。采用液相循環(huán)工藝已在世界建成若干套生產(chǎn)裝置。UCC/Davy低壓羰基合成工藝原料消耗低、產(chǎn)物正異構(gòu)比較高，反應(yīng)壓

17、力低、操作容易，物料對(duì)設(shè)備腐蝕低，流程短，設(shè)備較少，投資低。液相循環(huán)工藝問世后，生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高。該工藝是羰基合成最先進(jìn)的技術(shù)之一。2、三菱化成低壓羰基合成工藝該工藝采用銠絡(luò)合物催化劑，反應(yīng)壓力和反應(yīng)溫度低，產(chǎn)物正異構(gòu)比較高，物料對(duì)設(shè)備腐蝕低。雖然省去了閃蒸和蒸發(fā)過程，但設(shè)置了醛塔專門分離催化劑，且催化劑回收系統(tǒng)復(fù)雜，并需連續(xù)向反應(yīng)器補(bǔ)加新鮮催化劑，流程長、設(shè)備多，總投資較大。3、巴斯夫低壓羰基合成工藝該工藝于1982年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，羰基合成采用銠的絡(luò)合物為催化劑，以三苯基膦為配位體，用丁醛和高沸物配制成催化劑溶液。催化劑采用液相循環(huán)工藝，每年抽出約10%15%催化劑送工廠再生，同時(shí)補(bǔ)充新鮮催

18、化劑。4、美國伊士曼公司羰基合成工藝該技術(shù)過去未商業(yè)轉(zhuǎn)讓，目前僅在美國和新加坡各有1套裝置運(yùn)行。該技術(shù)的主要特點(diǎn)是產(chǎn)品方案靈活，其烯-丙烯共進(jìn)料工藝技術(shù)可同時(shí)生產(chǎn)丁醛和丙醛及相關(guān)的醇類產(chǎn)品，以適應(yīng)市場需求。工藝技術(shù)方案見表2-1。表2-1 工藝技術(shù)方案對(duì)比表方案指標(biāo)單位羰基合成低壓液相循環(huán)法巴斯夫伊士曼戴維產(chǎn)品純度99.59799.5原料單耗丙烯t/t產(chǎn)品0.610.610.602100計(jì)合成氣Nm³/t產(chǎn)品719690715溶劑正異構(gòu)丁醛無鐵丁醛催化劑三苯基膦羰基銠催化劑銠基催化劑三苯基膦羰基銠催化劑催化劑分離方式蒸發(fā)分離、蒸發(fā)分離、蒸發(fā)分離、液相循環(huán)氣相循環(huán)液相循環(huán)主要技術(shù)參數(shù)溫

19、度10012590110壓力MPa2251.51.9正/ 異比89/1310/1425/1轉(zhuǎn)化率96919193反應(yīng)器形式塔式內(nèi)裝若干個(gè)降膜蒸發(fā)器的攪拌器帶攪拌槳釜式反應(yīng)器技術(shù)先進(jìn)性、應(yīng)用的廣泛性和可靠性原料來源廣泛；原料來源廣泛；原料來源廣泛；催化劑活性好；催化劑活性好；催化劑活性高；消耗定額低，操作溫度、壓力較高；消耗定額低，操作溫度、壓力較高；消耗定額較高；流程短；流程短；操作溫度、壓力低；設(shè)備較少；設(shè)備較少；正/異比較高；操作維修量較??；操作維修量較少；不需要特殊材質(zhì)；本項(xiàng)目建議采用低壓羰基合成工藝，現(xiàn)在國內(nèi)引進(jìn)的主要為Davy-UCC技術(shù)。該工藝特點(diǎn):投資少; 工藝簡單, 反應(yīng)溫度較

20、低, 單程操作; 操作費(fèi)用低; 丙烯和合成氣幾乎全部轉(zhuǎn)化, 損失少, 醛重組分產(chǎn)率低;銠用量少。3.2.2工藝流程設(shè)計(jì)丁醇工藝方塊流程圖丙烯制丁醇流程首先是將丙烯和合成氣在攪拌式反應(yīng)釜中生成混合丁醛，然后送至固定床反應(yīng)器氣相加氫生產(chǎn)正（異）丁醇，最后在精餾塔中將正丁醇和異丁醇分離。丙烯制丁醇流程如下圖所示。工藝流程簡述1、丁醛生產(chǎn)由總廠提供的原料合成氣經(jīng)多級(jí)凈化脫除氧、硫、氯等雜質(zhì)，以防止銠催化劑中毒。丙烯經(jīng)多級(jí)凈化系統(tǒng)將其中的硫化物、氯化物、氧等雜質(zhì)脫除后與凈化合成氣一并送入羰基合成反應(yīng)器。 該反應(yīng)器是帶攪拌的釜式反應(yīng)器，內(nèi)有冷卻盤管和進(jìn)料氣體分配器。在銠催化劑，氣體分配器以及攪拌器的作用下

21、，原料氣體以小氣泡的形式擴(kuò)散在催化劑溶液中，并于105、1.6MPa條件下，通過低壓羰基合成反應(yīng)生產(chǎn)出混合丁醛。OXO反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱通過產(chǎn)品丁醛的蒸發(fā)脫除一部分，通過調(diào)溫水換熱脫除一部分。混有混合氣體和丙烯、丙烷的混合丁醛液體在V-111緩沖罐中穩(wěn)定，氣體通過壓縮機(jī)循環(huán)至反應(yīng)器反應(yīng)，混有丙烯丙烷的混合丁醛液體通過離心泵運(yùn)送至T-106氣提塔中脫除其中的丙烯、丙烷。2、丁醇生產(chǎn)脫除重組分后的混合丁醛進(jìn)入蒸發(fā)器汽化后，進(jìn)入加氫反應(yīng)器中，在催化劑的作用下。在0.4MPa和130條件下。生產(chǎn)粗混合丁醇。粗品經(jīng)預(yù)精餾塔和精餾塔脫除輕、重組分后，進(jìn)入異構(gòu)物塔分離，在塔頂?shù)玫郊兌?9.8的異丁醇產(chǎn)品

22、，塔底得到純度99.5的正丁醇產(chǎn)品。3.2.3物料衡算本項(xiàng)目涉及的化工單元操作較多，如合成、加熱、冷卻、換熱、吸收和精餾。因此將整個(gè)流程分為羰基合成反應(yīng)和丁醛加氫反應(yīng)兩個(gè)工段進(jìn)行物料衡算。1）羰基合成反應(yīng)工段物料衡算下圖是由Aspen Plus軟件模擬得出的羰基合成反應(yīng)工段物料衡算圖，見圖3-1。圖3-1 羰基合成反應(yīng)工段物料衡算圖羰基合成反應(yīng)工段物料衡算如下表3-1所示。表3-1 羰基合成反應(yīng)工段物料衡算表H2-COC3H6OUTC3H8C4H8O溫度/40.0040.0020.00-47106.60壓力/bar26.0026.003.0022.60摩爾流量/kmol·hr-111

23、00.00490.00203.8519.8442.75質(zhì)量流量/kg·hr-116228.5120619.513897.001025.5531925.47體積流量/cum·hr-11101.5343.031656.211.46443.478各物質(zhì)的質(zhì)量流量/kg·hr-1C3H800239.53192.810C3H6020619.51592.36388.170H21130.900190.100CO15097.6102298.091.7250C4H8O（正丁醛）00517.28334.6529548.17YIDINGQ（異丁醛）0059.64108.182377.2

24、9進(jìn)口質(zhì)量流量36848.03出口質(zhì)量流量36848.03羰基合成反映的化學(xué)反應(yīng)方程式，如下式1-1、1-2和1-3。主：CH3CH=CH2 + CO+H2CH3CH2CH2CHO （1-1） CH3CH=CH2+CO +H2 （CH3）2CHCHO （1-2） 副：CH3CH=CH2+H2CH3CH2CH3 （1-3）由表3-1可知，進(jìn)料的C3H6和CO-H2的混合氣的總質(zhì)量流量為36848.03Kg/Hr，在羰基合成反應(yīng)器中反應(yīng)生成了正異丁醛和副產(chǎn)物丙烷，然后通過穩(wěn)定塔將丙烷以及未反應(yīng)完全的丙烯去除，在出口處得到了正異丁醇，出口處的總質(zhì)量流量為36848.03Kg/Hr，因此可以得出該過程

25、物料是守恒的。 2）丁醛加氫反應(yīng)工段物料衡算丁醛加氫反應(yīng)工段流程圖，如下圖3-2所示。圖3-2 丁醛加氫反應(yīng)工段物料衡算圖丁醛加氫反應(yīng)工段物料情況如下表3-2所示。表3-2 丁醛加氫反應(yīng)工段物料衡算表H2QUANOUTQINGZHONGC4H8OYDC溫度/40.00106.7000133.5099.0089.70壓力/bar26.004.003.003.001.000.500.50摩爾流量/kmol·hr-1500.00450.2557.246.4990.092409.6333.25質(zhì)量流量/kg·hr-11007.9432466.57167.33468.67610303

26、63.502465.00Mass Flow/kg·hr-1H21007.940113.890.003000C4H8O030017.1648.06395.335000.12C4H10O000.1227.453.1130362.400.40YIDINGC000.1214.4301.092464.46YIDINGQ02449.415.0631.128000H2O000.070.322000C8H14O00002.7500C8H16O200001.3500DSDZ（丁酸丁酯）00002.220.010YDSDZ（異丁酸丁酯）00000.5500進(jìn)口質(zhì)量流量33474.51出口質(zhì)量流量3347

27、4.51丁醛加氫反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式，見式（1-4）至式（1-7）其主反應(yīng)為： （1-4） （1-5）副反應(yīng)為： （1-6） （1-7）由表3-2可知，該工段進(jìn)料為混合醛和H2，質(zhì)量流量分別為1007.94kg/hr和32466.57kg/hr，總進(jìn)料質(zhì)量流量為33474.51kg/hr，在丁醛加氫反應(yīng)器中，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成正異丁醇，以及丁酸丁酯、異丁酸丁酯、辛醇等副產(chǎn)物。再經(jīng)過脫輕組分塔時(shí)，部分輕組分雜志除去，排出。在脫重組分塔中，重的雜質(zhì)被去除，排出。然后通過正異丁醇分離塔將正異丁醇分離，得到合格的產(chǎn)品。而排出的輕組分和重組分以及分離的正丁醇和異丁醇總的質(zhì)量流量為33474.51kg/h

28、r，因此，在丁醛加氫工段物料是守恒的。3） 全流程物料衡算丙烯制正異丁醇的整個(gè)工藝流程如圖3-3所示。 圖3-3 全流程工段物料衡算圖丙烯制正異丁醇的整個(gè)流程的物料狀況如下表3-3所示。表3-3 全流程物料衡算表C3H6H2-COH2OUT1OUT2C3H8QINGZHONGC4H10OYDC溫度/404040200-4701349990壓力/bar2626263323111摩爾流量/kmol·hr-1490101050010457226041033質(zhì)量流/kg·hr-1206201490110082037167101746910303632465體積流量/cum·

29、;hr-1431011501845433210413Mass Flow/kg·hr-1C3H800016602670000C3H6206200042305540000H20103810089711400000CO01386201061020000C4H8O00026148128395000C4H10O000000273303620YIDINGC00000014012464YIDINGQ0003056631000H2O0000000000C8H18O0000000000C8H14O0000000300C8H16O20000000100DSDZ（丁酸丁酯）0000000200YDSDZ（

30、異丁酸丁酯）0000000100進(jìn)口質(zhì)量流量（C3H6+CO-H2+H2）36528出口質(zhì)量流量36528由表3-3可得進(jìn)口物料的總質(zhì)量流量為36528 kg/hr，出口物料的總質(zhì)量流量為36828 kg/hr，因此可以看出，全流程的物料是守恒的。3.2.4熱量衡算根據(jù)能量守恒定律，進(jìn)出系統(tǒng)的能量衡算式為Q過程的換熱之和，包括與環(huán)境的換熱和與加熱劑或冷卻劑的換熱。W輸入系統(tǒng)的總的機(jī)械能。Hout離開設(shè)備的各物料焓之和。Hin進(jìn)入設(shè)備的各物料焓之和。根據(jù)上式，對(duì)各主要設(shè)備進(jìn)行能量衡算。1）羰基合成反應(yīng)能量衡算丙烯羰基合成工段熱量衡算見圖3-4。圖3-4 羥基合成反應(yīng)工段熱量衡算圖丙烯羰基合成反應(yīng)

31、工段流股焓變具體見表3-4。表3-4 羰基合成工段流股焓變計(jì)算表H2-COC3H6OUTC4H8OC3H8Temperature/404020106.6-47Pressure/bar262632.62Vapor Frac10100Mole Flow/kmol·hr-11100490203.85442.7519.8Mass Flow/kg·hr-116228.5120619.513897.0031925.471025.55Volume Flow/cum·hr-11101.53743.0351656.2143.4781.46Enthalpy/Gcal·hr-

32、1-14.1150.931-2.641-24.051-0.51H in/Gcal·hr-1-13.18H out/Gcal·hr-1-27.20H out-H in（Gcal/hr）-14.02丙烯羰基合成反應(yīng)工段具體輸入功與熱負(fù)荷見表3-5。表3-5 羥基合成反應(yīng)工段輸入功和熱負(fù)荷計(jì)算表項(xiàng)目數(shù)據(jù)E-1熱負(fù)荷/Gcal·hr-12.456539R-1熱負(fù)荷/Gcal·hr-1-16.044E-2熱負(fù)荷/Gcal·hr-1-0.81646V-1熱負(fù)荷/Gcal·hr-1-1.16609P-1功耗/Gcal·hr-10T-1塔頂

33、冷凝器熱負(fù)荷/Gcal·hr-1-0.31521T-1塔底再沸器熱負(fù)荷/Gcal·hr-11.861684Q/Gcal·hr-1-14.0235丙烯羰基合成反應(yīng)工段熱量衡算具體見表3-6。表3-6 羰基合成反應(yīng)工段熱量衡算計(jì)算表項(xiàng)目數(shù)據(jù)H out-H in/Gcal·hr-1-14.023Q/Gcal·hr-1-14.0235error0.00052)丁醛加氫反應(yīng)能量衡算丁醛加氫反應(yīng)工段熱量衡算見圖3-5圖3-5丁醛加氫反應(yīng)工段工段熱量衡算圖丁醛加氫反應(yīng)工段流股焓變計(jì)算見表3-7。表3-7 丁醛加氫反應(yīng)工段流股焓變計(jì)算表QUANH2OUTQIN

34、GZHONGYDCC4H10OTemperature/106.704000133.589.799Pressure/bar4263310.50.5Vapor Frac0110000Mole Flow/kmol·hr-1450.2550057.246.490.09233.25409.63Mass Flow/kg·hr-132466.51007.94167.33468.61024630363.50Volume Flow/cum·hr-144.22500.699433.320.540.0133.3441.23Enthalpy/Gcal·hr-1-24.450.0

35、52-0.04-0.39-0.008-2.53-30.43H in/Gcal·hr-1-24.40H out/Gcal·hr-1-33.42H out-H in/Gcal·hr-1-9.01丁醛加氫反應(yīng)工段輸入功和熱負(fù)荷見表3-8。熱量衡算見表3-9。表3-8 丁醛加氫反應(yīng)工段輸入功和熱負(fù)荷計(jì)算表項(xiàng)目數(shù)據(jù)E-3熱負(fù)荷/Gcal·hr-13.72663813R-2熱負(fù)荷/Gcal·hr-1-6.2217924E-4熱負(fù)荷/Gcal·hr-1-1.5969692T-2熱負(fù)荷/Gcal·hr-1-7.2806119T-2熱負(fù)荷/G

36、cal·hr-13.97945305E-5熱負(fù)荷/Gcal·hr-1-0.0613105T-3熱負(fù)荷/Gcal·hr-1-8.9763539T-3熱負(fù)荷/Gcal·hr-17.96858324E-6熱負(fù)荷/Gcal·hr-1-0.1798272T-4熱負(fù)荷/Gcal·hr-1-10.148135T-4熱負(fù)荷/Gcal·hr-19.7725505Q-9.01777518 表3-9 丁醛加氫反應(yīng)工段熱量衡算計(jì)算表項(xiàng)目數(shù)據(jù)H out-H in/Gcal·hr-1-9.017Q/Gcal·hr-1-9.01777

37、518error0.00073.2.5繪制物料流程圖和帶控制點(diǎn)工藝流程圖圖3-6 羰基合成工段物料流程圖 圖3-7 丁醇合成工段物料流程圖 圖3-8 羰基合成工段帶控制點(diǎn)工藝流程圖 圖3-9 丁醇合成工段帶控制點(diǎn)工藝流程圖3.3 設(shè)備選型及典型設(shè)備設(shè)計(jì)3.3.1主要設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型n 正異丁醇分離精餾塔的設(shè)計(jì)塔板的選擇:正異丁醇分離過程生產(chǎn)較為穩(wěn)定，負(fù)荷變化不大，對(duì)操作彈性的要求不高。綜合考慮塔板的效率、分離效果和設(shè)備的成本、維修等，我們初步選擇篩板。由aspen模擬得到的數(shù)據(jù)計(jì)算得1、氣相平均流量和液相平均流量2、氣相平均密度和液相平均密度3、液相平均表面張力和粘度n 4.2.2.3 塔體的

38、工藝尺寸計(jì)算最大空塔氣速依據(jù)式（4-1）計(jì)算 （4-1）式中負(fù)荷因子C可由史密斯關(guān)聯(lián)圖(見圖4-1)查出。其橫坐標(biāo)數(shù)值為無因次比值，稱為氣液動(dòng)能參數(shù)。橫坐標(biāo)數(shù)值為取板間距HT=0.6m，對(duì)于常壓塔 hL的取值范圍是0.050.08m,取hL=0.06m,則HT-hL=0.6-0.06=0.54m 圖4-1 史密斯關(guān)聯(lián)圖查圖可知=0.112，則則取安全系數(shù)為0.7（安全系數(shù)范圍為0.60.8）。 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后取D=3.2m橫截面積空塔氣速：1、塔徑的初步核算降液管主要有弓形、圓形和矩形三種。目前多采用弓形，因其結(jié)構(gòu)簡單，特別適合于塔徑較大的場合，所以我們選擇弓形降液管。液體在塔板上的流動(dòng)路徑

39、是由降液管的布置方式?jīng)Q定的。常用的布置方式有以下幾種形式：U型流、單溢流、雙溢流、多溢流。溢流類型、塔徑、液體負(fù)荷之間的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4-1。表4-1 液體負(fù)荷與溢流類型的關(guān)系塔徑(mm)液體流量 (cum/h)單溢流雙溢流四溢流2000<9090-160-3000<110110-200200-3004000<110110-230230-3505000<110110-250250-4006000<110110-250250-450因塔徑為3.2m，正異丁醇分離精餾塔液相負(fù)荷為111.283 m³/h, 故選擇雙溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。2、 溢流裝置

40、的計(jì)算 1）堰長由于，則 2）溢流堰高度選用平直堰，堰上層高度由下式（4-2）計(jì)算，即： （4-2）近似取E=1，則取上層清液層高度=60mm故3）弓形降液管面積由查弓形降液管參數(shù)圖（見左圖）得,則 驗(yàn)算液體在降液管中停留時(shí)間，即故降液管設(shè)計(jì)是合理的。3、流體力學(xué)計(jì)算與校核1）塔板壓降干板阻力計(jì)算: 由，查得C0=0.7，所以氣體通過液層的阻力查圖得故 液體表面張力的阻力氣體通過每層塔板的液柱高度所以氣體通過每層塔板的壓降為2）霧沫夾帶故在本設(shè)計(jì)中霧沫夾帶量在允許范圍內(nèi)3）漏液對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速實(shí)際孔速穩(wěn)定系數(shù)為故在本設(shè)計(jì)中無明顯漏液。4）液泛為防止降液管液泛的發(fā)生，應(yīng)使降液管中清液層高度取

41、，則降液管中清液層高度依式（4-4） （4-4）而，故在本設(shè)計(jì)中不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。4、塔高的確定1）塔板數(shù)由aspen模擬得塔板數(shù) 2）塔頂空間高度塔頂空間高度計(jì)算見式4-5。 （4-5）取3）塔底空間高度假定塔底空間依儲(chǔ)存液量停留3分鐘，那么塔底液高取塔底液面距最下面一層板留1米，故塔底空間4）裙座高度H2=2.0+1.5D/2=4.4m5）封頭高度根據(jù)精餾塔直徑D=3.2m，查表得 封頭高度=0.8m6）開人孔處增加的高度對(duì)于D1000mm的板式塔，為安裝、檢修的需要，一般每隔68塊板設(shè)一人孔。人孔直徑一般為450mm600mm。本設(shè)計(jì)的精餾塔直徑D=3200mm，每隔7塊板設(shè)一人孔，則開

42、13個(gè)人孔。人孔直徑450mm。7）塔高塔高按式（4-6）計(jì)算。 （4-6）式中 H 塔高，m; n 實(shí)際塔板數(shù)； nF 進(jìn)料板數(shù)； HF進(jìn)料板處板間距，m； 人孔數(shù)； 塔底空間高度，m； 設(shè)人孔出的板間距，m； 塔頂空間高度，m； 封頭高度，m； 裙座高度，m=59.24m5、正異丁醇分離精餾塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果匯總的正異丁醇分離精餾塔計(jì)算結(jié)果見表4-2。 表4-2 正異丁醇分離精餾塔T-201C的設(shè)計(jì)結(jié)果項(xiàng)目名稱數(shù)值已知條件氣相負(fù)荷V9.413m3/s液相負(fù)荷L0.0309m3/s氣相密度1.212kg/cum液相密度737.184kg/cum液相表面張力17.8mN/m液體粘度0.548m

43、pa·s設(shè)計(jì)結(jié)果塔型篩板塔塔徑D3.2m塔板間距0.6m溢流型式雙溢流型空塔速度1.171m/s堰型平直堰堰長2.24m溢流堰高度hw0.0216m板上清液層高度hL0.06m穩(wěn)定系數(shù)K3.8塔板壓降0.181m液柱液體在降液管中停留時(shí)間14.05s塔截面積8.04霧沫夾帶0.00924kg/kg氣降液管截面積0.723降液管寬度0.512m篩板厚度3mm3.3.2編制設(shè)備一覽表表1 塔設(shè)備選型結(jié)果一覽表位號(hào)名稱類型塔徑板間距塔板數(shù) 塔高（m）材料封頭型式T-101丙烯水解脫硫凈化塔填料塔1.4/21.0Q-235-A標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭T-102丙烯脫硫凈化塔填料塔1.6/24.25Q-2

44、35-A標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭T-103丙烯脫氯凈化塔填料塔1.2/20.85Q-235-A標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭T-104合成氣脫鐵鎳凈化塔填料塔1.4/19.05Q-235-A標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭T-105合成氣脫氧凈化塔填料塔1.4/23.05Q-235-A標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭T-106穩(wěn)定塔篩板塔1.20.63826.025Q-235-A標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭T-201脫輕組分預(yù)精餾塔篩板塔2.40.61022.44Q-235-A標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭T-202脫重組分精餾塔篩板塔4.20.65036.25Q-235-A標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭T-203正異丁醇分離塔篩板3.20.69059.24Q-235-A標(biāo)準(zhǔn)橢圓表2換熱器選型結(jié)果一覽表位號(hào)名稱類

45、型型號(hào)規(guī)格mm材料數(shù)量E-101原料混合氣預(yù)熱器固定管板式725-6000碳鋼1E-102丙烯羰基合成產(chǎn)物冷凝器固定管板式860-6000碳鋼1E-103二級(jí)閃蒸冷凝器固定管板式450-2500碳鋼1E-104穩(wěn)定塔塔頂冷凝器固定管板式450-2500碳鋼1E-105穩(wěn)定塔塔底再沸器固定管板式710-2500碳鋼1E-201氣相加氫產(chǎn)物一級(jí)冷凝器固定管板式250-1500碳鋼1E-202氣相加氫產(chǎn)物二級(jí)冷凝器固定管板式300-1500不銹鋼1E-203脫輕組分塔塔底再沸器固定管板式630-2000碳鋼1E-204脫輕組分塔塔頂冷凝器固定管板式1000-2500碳鋼1E-205脫重組分塔塔底再沸

46、器固定管板式710-1500碳鋼1E-206脫重組分塔塔頂冷凝器固定管板式580-2500碳鋼1E-207正異丁醇分離精餾塔塔底再沸器固定管板式2000-6500碳鋼1E-208正異丁醇分離精餾塔塔頂冷凝器固定管板式610-2500碳鋼1表3 泵選型結(jié)果一覽表位號(hào)名稱型號(hào)流量L/s揚(yáng)程m功率（KW）效率數(shù)量連接方式P-101A1號(hào)攪拌式反應(yīng)釜塔底出料泵IS80-65-1255.572.650.7565.411單泵P-101B1號(hào)攪拌式反應(yīng)釜塔底出料備用泵IS80-65-1255.572.650.7565.411單泵P-102A2號(hào)攪拌式反應(yīng)釜塔底出料泵IS80-65-1255.572.650.

47、7565.411單泵P-102B2號(hào)攪拌式反應(yīng)釜塔底出料備用泵IS80-65-1255.572.650.7565.411單泵3.4 車間設(shè)備布置設(shè)計(jì)3.4.1車間布置設(shè)計(jì)1. 車間布置符合生產(chǎn)工藝的要求 2. 車間布置符合生產(chǎn)操作的要求 （1） 考慮設(shè)備占位要求（2） 同類設(shè)備盡可能集中布置（3） 設(shè)備盡量對(duì)稱、緊湊；3. 車間布置符合設(shè)備安裝、檢修的要求（1） 根據(jù)設(shè)備大小及結(jié)構(gòu)，考慮設(shè)備安裝、檢修及拆卸所需的空間和面積；（2） 滿足設(shè)備順利進(jìn)出車間的要求。（3） 通過樓層的設(shè)備，樓面上要設(shè)置吊裝孔。（4） 必須考慮設(shè)備的檢修和拆卸以及運(yùn)送物料所需要的起重設(shè)備；4. 車間布置應(yīng)符合廠房建筑的

48、要求（1） 凡是笨重設(shè)備或運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大振動(dòng)的設(shè)備，如壓縮機(jī)、粉碎機(jī)、大型通風(fēng)機(jī)、離心機(jī)等，應(yīng)該盡量布置在廠房的底層，以減少廠房樓面的荷載和振動(dòng)。（2） 有劇烈振動(dòng)的設(shè)備，其操作臺(tái)和基礎(chǔ)不得與建筑物連在一起，以免影響建筑物的安全。（3） 設(shè)備布置時(shí)，要避開建筑的柱子及主梁；（4） 設(shè)備不應(yīng)該布置在建筑物的沉降縫或伸縮縫處。5. 車間布置應(yīng)符合安全、衛(wèi)生和防腐蝕的要求。6. 車間布置應(yīng)符合生產(chǎn)發(fā)展的要求 3.4.2繪制車間平面布置圖圖5-1 丙烯羰基合成1號(hào)車間圖5-2 丙烯羰基合成2號(hào)車間3.5工廠總體布置設(shè)計(jì)3.5.1工廠布置設(shè)計(jì)本項(xiàng)目廠區(qū)形狀近似長方形，總面積為78750平方米。廠區(qū)可以

49、劃分為生產(chǎn)區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)和生活區(qū)。布置的首要條件是滿足生產(chǎn)的工藝流程，再按照防火規(guī)范要求布置一系列的設(shè)施。因此，在廠區(qū)中心位置布置了生產(chǎn)車間。為了生產(chǎn)方便，在生產(chǎn)車間周圍布置各生產(chǎn)輔助設(shè)施。由于生產(chǎn)的原料與產(chǎn)品均為危險(xiǎn)品，因此儲(chǔ)存在廠區(qū)的主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向，并在罐區(qū)周圍設(shè)置防火堤，在罐區(qū)旁邊設(shè)立了消防水池和消防泵房。受地區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向影響，并考慮到員工的生產(chǎn)安全與舒適性，主要的人員集中活動(dòng)區(qū)域布置在主導(dǎo)風(fēng)向上風(fēng)向。3.5.2繪制工廠平面布置總圖3.6 經(jīng)濟(jì)分析與評(píng)價(jià)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)根據(jù)調(diào)研獲得的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)(可以參考以下價(jià)格數(shù)據(jù))對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析與評(píng)價(jià)：1） 304不銹鋼設(shè)備：36000元/噸2） 中低壓（4MPa）碳鋼設(shè)備：11000元/噸t3） 高壓碳鋼設(shè)備價(jià)格：15000元/噸4） 其它特殊不銹鋼按實(shí)際定價(jià)5） 低壓蒸汽(0.8MPa)：200元/噸6） 中壓蒸汽（4MPa）：230元/噸7） 電：0.7