年產(chǎn)15萬(wàn)噸碳酸二甲酯化工廠的設(shè)計(jì)

1、醫(yī)藥化工學(xué)院 化學(xué)工程與工藝 學(xué)生：陳大紅 指導(dǎo)老師：何光洪1 總論1.1 碳酸二甲酯的性質(zhì)和用途碳酸二甲酯(Dimethyl Carbonate，簡(jiǎn)稱DMC)：化學(xué)式CH3OCOOCH3，分子量為90.08，常溫下為透明液體，略帶香味。難溶于水，但能與醇、酮、酯等任意比混溶。DMC毒性很小，對(duì)金屬基本上無(wú)腐蝕性。DMC具有酯的通性，可與水發(fā)生水解反應(yīng)；可與含活潑氫基團(tuán)的醇、酚、胺、酯等化合物反應(yīng)；與二元醇或二元酚反應(yīng)生成聚碳酸酯。DMC分子中含有羰基、甲基、甲氧基等基團(tuán)，具有良好的反應(yīng)性能1-3，可代替劇毒的光氣、硫酸二甲酯、氯甲烷等作為羰基化劑、甲基化劑和甲氧基化劑，成為開(kāi)發(fā)一系列潔凈化工

2、工藝的新基塊。1.2 碳酸二甲酯的市場(chǎng)分析國(guó)外產(chǎn)能情況及需求預(yù)測(cè)國(guó)外生產(chǎn)DMC的企業(yè)大約有十幾家，其中規(guī)模較大的有意大利ENI公司4-8。目前世界DMC的生產(chǎn)能力約130kt/a ,年產(chǎn)量不足100kt,主要分布在美國(guó)、法國(guó)、意大利、日本等國(guó)。國(guó)外的DMC消費(fèi)情況是50%-60%用于取代劇毒的光氣，制造聚碳酸酯、西維因、呋喃丹、苯甲醚等，20%-30%用于制造環(huán)丙沙星等特殊用途的新產(chǎn)品，其余10%-20%用作溶劑。國(guó)內(nèi)產(chǎn)能情況及需求預(yù)測(cè)我國(guó)目前DMC生產(chǎn)企業(yè)有10余家，生產(chǎn)能力均不大。近幾年來(lái)，由于DMC下游產(chǎn)品聚碳酸酯、聚氨酯、涂料溶劑、汽油添加劑、高能電池電解液市場(chǎng)發(fā)展迅速，帶動(dòng)了DMC市

3、場(chǎng)需求量的走高，2005年,DMC國(guó)際市場(chǎng)需求量約13萬(wàn)噸，國(guó)內(nèi)為34萬(wàn)噸。預(yù)計(jì)國(guó)內(nèi)外DMC的需求將以1020的速度遞增，到2010年國(guó)內(nèi)需求量將達(dá)10萬(wàn)噸以上，國(guó)外將達(dá)到2030萬(wàn)噸。廠址選擇本項(xiàng)目廠址選擇在山東省濰坊壽光市經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)的科技工業(yè)園內(nèi)。壽光開(kāi)發(fā)區(qū)先后與美國(guó)、日本、韓國(guó)、澳大 利亞、臺(tái)灣、香港等20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的客商建立了穩(wěn)固的合作關(guān)系，新批進(jìn)區(qū)項(xiàng)目75個(gè)，項(xiàng)目投入7.2億元，區(qū)內(nèi)工業(yè)企業(yè)231家。天成食品有限公司、華源凱馬沖壓中心、富康制藥廠、墨龍集團(tuán)等先后進(jìn)區(qū)落戶。形成了以鹽化工、生物醫(yī)藥、石油機(jī)械、服裝、印染、食品加工為主體的工業(yè)體系。為鼓勵(lì)更多的客商投資，壽光經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)

4、規(guī)劃建設(shè)了新城創(chuàng)業(yè)園、科技工業(yè)園兩大園區(qū)9-11。2 碳酸二甲酯生產(chǎn)工藝工藝方案的選擇目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)碳酸二甲酯的方法主要有光氣甲醇法、光氣醇鈉法、甲醇酯交換法、二氧化碳直接合成法、尿素直接醇解法、尿素間接醇解法以及甲醇氧化羰基法。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外工藝的比較可知，尿素直接醇解法有如下特點(diǎn)：（1）原料廉價(jià)易得；（2）工藝簡(jiǎn)單，易于操作；（3）反應(yīng)產(chǎn)生的氨氣可以回收利用，對(duì)環(huán)境友好，綠色無(wú)污染；（4）反應(yīng)過(guò)程無(wú)水生產(chǎn)，避免了甲醇-DMC-水復(fù)雜體系的分離問(wèn)題，使后續(xù)分離提純簡(jiǎn)單化，節(jié)省投資。（5）雖然反應(yīng)第二步中G>0，在熱力學(xué)12-20上為非自發(fā)反應(yīng)，但可以通過(guò)提高溫度，增大壓強(qiáng)來(lái)提高其轉(zhuǎn)化率。

5、由實(shí)驗(yàn)可知反應(yīng)溫度在185，壓力1.2MPa時(shí)，尿素和甲醇在反應(yīng)精餾塔中反應(yīng)，在此條件下尿素的轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到100%，碳酸二甲酯的選擇性大于98%，DMC的單程收率大于50%。2.2 碳酸二甲酯生產(chǎn)工藝 反應(yīng)流程圖2-1為其流程示意圖：1-反應(yīng)精餾塔；2-共沸精餾塔；3-換熱器；4-膜分離器；5-冷凝器；6-萃取精餾塔；7-萃取劑回收塔；8-DMC精制塔；9-甲醇精制塔。圖2-1 工藝流程示意圖流程簡(jiǎn)介：在1號(hào)為反應(yīng)精餾塔，尿素和甲醇分別以熔融和氣相狀態(tài)從反應(yīng)精餾塔的上端和下端進(jìn)入塔內(nèi)。兩者在塔內(nèi)的固定床上逆流接觸產(chǎn)生反應(yīng)，其中未反應(yīng)的部分在塔底列管式反應(yīng)器上繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)；反應(yīng)精餾塔可以將反應(yīng)

6、產(chǎn)生的DMC精餾出去，因此可以打破反應(yīng)的平衡從而提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，增加其收率；反應(yīng)精餾塔上端為一個(gè)全凝器，在全凝器上端可采出氨氣，下端采出口采出的DMC和甲醇混合物經(jīng)過(guò)2號(hào)共沸精餾塔，塔頂采出DMC和甲醇的共沸物，塔底采出交純的甲醇，共沸物再經(jīng)過(guò)4號(hào)膜分離器再次提濃，打破DMC和甲醇的二元共沸點(diǎn)，此時(shí)DMC的濃度可達(dá)40%，再經(jīng)過(guò)分離車(chē)間提純。6號(hào)為萃取精餾塔，采用鄰二甲苯為萃取劑，使用萃取精餾的方法分離甲醇和DMC可以大大降低其能耗。萃取精餾得到的產(chǎn)物再經(jīng)過(guò)7號(hào)萃取劑回收塔和8號(hào)DMC精制塔最后得到含量為99.9%的DMC產(chǎn)品。注：具體工藝流程圖見(jiàn)附圖一。反應(yīng)條件及能耗催化劑:雙金屬催化劑Zn

7、O-La2O3，用量占尿素質(zhì)量的27%；反應(yīng)原料: 甲醇尿素15.85:1進(jìn)料；反應(yīng)條件:185，1.2MPa；反應(yīng)工藝:反應(yīng)精餾（采用熱耦合工藝）；分離工藝: 膜分離，常壓萃取精餾分離；DMC；DMC；能耗: 3t水蒸氣/tDMC。反應(yīng)主要設(shè)備尿素醇解法生產(chǎn)碳酸二甲酯反應(yīng)精餾塔，萃取精餾塔，膜分離器，精餾塔。催化劑的比較與選擇通過(guò)比較與分析ZnO2-La2O3催化劑用于乙醇脫氫法生產(chǎn)有如下特點(diǎn)：（1）ZnO2-La2O3價(jià)格相比與有機(jī)錫便宜，并且容易與產(chǎn)品分離，分離后的ZnO2-La2O3可以再次烘培可以重復(fù)利用；（2）催化劑不含有毒元素；（3）副產(chǎn)物少，但有氨基甲酸甲酯和氨甲酸甲酯，容易分

8、離；（4）轉(zhuǎn)化率低于均相催化，但可以通過(guò)簡(jiǎn)單的焙燒循環(huán)使用；因此，我們選擇ZnO2-La2O3催化劑作為尿素醇解法的催化劑。 膜的要求分離膜是具有優(yōu)先透過(guò)碳酸二甲酯性能的有機(jī)復(fù)合膜、有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合膜或無(wú)機(jī)膜。優(yōu)先透酯膜和優(yōu)先透水膜都采用有機(jī)硅聚合物中聚二甲基硅氧烷（PDMS），可置于ZrO2/Al2O3陶瓷支撐體上，具有較好的選擇性和通過(guò)量。膜的選擇由于在反應(yīng)過(guò)程中為反應(yīng)掉的甲醇與尿素形成二元共沸物，如果直接使用精餾塔來(lái)分離將大大增加其分離成本，所以我們選擇膜分離器來(lái)提濃跨過(guò)二元共沸物的共沸點(diǎn)，在用精餾塔將其提純。.1 膜的分離原理膜是一種起分子級(jí)分離過(guò)濾作用的介質(zhì)，當(dāng)溶液或混和氣體與膜接觸時(shí)

9、，在壓力，或電場(chǎng)作用，或溫差作用下，某些物質(zhì)可以透過(guò)膜，而另些物質(zhì)則被選擇性的攔截，從而使溶液中不同組分，或混和氣體的不同組分被分離，這種分離是分子級(jí)的分離。分離機(jī)理主要為篩分：膜表面有微孔，流體流經(jīng)膜一側(cè)的表面時(shí)，部分較小的分子隨部分溶劑穿過(guò)膜到達(dá)另一側(cè)，形成透析液，而大分子則被截留在原來(lái)的一側(cè)，形成截留液，從而達(dá)到了將大分子溶質(zhì)與小分子溶質(zhì)及溶劑分離開(kāi)的目的。.2 優(yōu)先透酯膜Kristal 高分子中空纖維膜表2-1Kristal高分子中空纖維膜的規(guī)格名稱規(guī)格KRISTAL膜型號(hào)600B材料改性聚醚砜外徑/內(nèi)徑/膜壁厚度（）公稱截留分子量60，000拉伸強(qiáng)度（MPa）34纖維長(zhǎng)度2m(根據(jù)應(yīng)

10、用而定) 遞送包裝800束大腸桿菌截留率（log）56最大總氯耐受量（ppm）500（視用途而定）APHA9222B表2-2Kristal高分子中空纖維膜組件的規(guī)格名稱規(guī)格KRISTAL膜型號(hào)600B膜型號(hào)600B組件直徑×長(zhǎng)度8 by 2m膜殼材料PVC密封材料凱發(fā)專(zhuān)利密封材料操作溫度范圍540流動(dòng)模式外壓式純水初始通量立方米/膜組/小時(shí)（1bar,30）9運(yùn)行PH范圍211清洗PH范圍212常用跨膜壓力TMP（bar）25下最大入水壓力（bar）反沖洗最大跨膜壓力TMP（bar）清洗最大跨膜壓力TMP（bar）重量（Kg）551米長(zhǎng)度組件可訂制.3 甲醇、碳酸二甲酯分離膜InoC

11、ep陶瓷中空纖維膜InoCep是以穩(wěn)定無(wú)機(jī)材質(zhì)為膜材質(zhì)，以最具集約化的中空纖維為組件形式，膜組件裝填密度大，密封簡(jiǎn)單，過(guò)濾精度高。具有抗酸/堿、抗溶劑、卓越的熱穩(wěn)定性、超長(zhǎng)的使用壽命、高機(jī)械強(qiáng)度、可用蒸氣殺菌、高通量、高組裝密度等特點(diǎn)。特別適合于乳化液廢水等高粘度、高含固量苛刻工業(yè)流體的分離應(yīng)用，目前已在金屬/表面處理工程，化學(xué)工程工業(yè)，食品和飲料/制糖業(yè)，廢物/廢水處理，工業(yè)過(guò)程中的化學(xué)品回用，生物制藥/生命科學(xué)，乳業(yè)等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 表2-3InoCep陶瓷中空纖維膜組件的規(guī)格型號(hào)/規(guī)格MM5膜表面極性無(wú)極性有效膜面積(m2)5膜芯長(zhǎng)度（mm）560膜芯直徑（mm）260纖維數(shù)量180

12、0最大操作壓力(bar)6運(yùn)行溫度（）5110適用PH范圍1.511過(guò)濾形式內(nèi)壓式膜殼材料SS316進(jìn)水連接尺寸8出水連接尺寸密封材料硅膠圈凈重kg28膜內(nèi)純水流速（m/s）設(shè)計(jì)進(jìn)水流量（m3/h）42 流程特色碳酸二甲酯的生產(chǎn)一直存在原料劇毒，生產(chǎn)成本高，操作工藝復(fù)雜，分離困難等限制其發(fā)展的諸多問(wèn)題。本流程采用尿素和甲醇直接醇解法合成碳酸二甲酯降低原料的成本，減少投資，且生產(chǎn)過(guò)成中無(wú)水生成，降低了分離的難度；通過(guò)使用反應(yīng)精餾塔，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，布局適合尿素和甲醇合成碳酸二甲酯的生產(chǎn)，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高，生產(chǎn)過(guò)程安全易控，操作方便，使生產(chǎn)流程更為簡(jiǎn)捷。通過(guò)使用蒸氣滲透膜分離技術(shù)，不需要引入共沸劑。分離

13、采用萃取精餾分離得到最優(yōu)級(jí)產(chǎn)品，分離工藝簡(jiǎn)單易控。通過(guò)使用雙金屬ZnO-La2O3提高轉(zhuǎn)化率和選擇性，提高原子利用率，降低生產(chǎn)成本。3 投資與經(jīng)濟(jì)分析3.1總投資3總設(shè)備投資費(fèi)用計(jì)算根據(jù)生產(chǎn)發(fā)展的需求21-24，可以得到所需要的所有設(shè)備主要有一下這些，將他們價(jià)格列表如下所示：表3-1 設(shè)備投資費(fèi)用一欄表設(shè)備名稱及技術(shù)規(guī)格型號(hào)、規(guī)格數(shù)量單價(jià)/萬(wàn)元總計(jì)/萬(wàn)元共沸塔DN1400×180001甲醇精餾塔DN2000×100001萃取精餾塔DN1600×250001萃取劑回收塔DN1600×250001DMC精餾塔DN1000×180001尿素熔融器1反

14、應(yīng)精餾塔DN1200×360001氨氣吸收塔DN1500×180001換熱器2112211121111壓縮機(jī)16M11甲醇儲(chǔ)罐10000球1氨水儲(chǔ)罐11000球1儲(chǔ)罐3000×50002粗甲醇儲(chǔ)罐10000球1回流罐3000×50006DMC儲(chǔ)罐10000球1離心泵IS65-40-2504IS80-50-2001IS200-150-3151IS200-150-2501IS100-80-1601IS80-50-2502IS50-32-1252IS65-40-2001IS50-32-2001IS50-32-1602總計(jì)注：中低壓碳鋼以18000/t 計(jì)，高壓

15、碳鋼以20000/t 計(jì)。3其它固定資產(chǎn)投資表3-2其它固定資產(chǎn)投資表要素成本/萬(wàn)元要素成本/萬(wàn)元設(shè)備安裝車(chē)輛170儀表辦公設(shè)備200儀表安裝其他建筑680管道213廠區(qū)建筑500道路185行政、生活設(shè)施280其他250萬(wàn)元小結(jié)萬(wàn)元注：設(shè)備的安裝費(fèi)為該設(shè)備的45%；控制儀表費(fèi)為15%。3 固定資產(chǎn)折舊費(fèi)固定資產(chǎn)折舊率與服務(wù)壽命和殘值有關(guān)，服務(wù)壽命是指該資產(chǎn)能夠經(jīng)濟(jì)合理使用的時(shí)間，在估計(jì)服務(wù)壽命時(shí)間應(yīng)同時(shí)考慮到功能性折舊與實(shí)質(zhì)性折舊。一般房屋建筑物的使用年限為20年，而機(jī)器設(shè)備為15年，運(yùn)輸其中設(shè)備包括電子設(shè)備為5年。殘值是指固定資產(chǎn)報(bào)廢時(shí)的殘余價(jià)值。一般，殘值=殘值率×原值，殘值率一

16、般取3%-5%，這里殘值率取4%，則每年的折舊費(fèi)用為原值×（1-殘值率）/折舊年限。表3-3折舊與攤銷(xiāo)表序號(hào)項(xiàng)目原值/萬(wàn)元?dú)堉德?%設(shè)備殘值率/萬(wàn)元折舊年限折舊（萬(wàn)元/年）1生產(chǎn)設(shè)備4152建筑11804203車(chē)輛1704104辦公設(shè)備20048155其他25041015165累計(jì)折舊3 維修費(fèi)用在生產(chǎn)過(guò)程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)故障，需要定期檢修，一般維修費(fèi)用占固定資本的310%，我們?nèi)?%，故維修費(fèi)用=5%×（+）萬(wàn)=251.072萬(wàn)元。3 原料費(fèi)用表3-4原料費(fèi)用表成本項(xiàng)目用量/噸單價(jià)/元/噸總價(jià)/萬(wàn)元甲醇2200尿素1520鄰二甲苯7000ZnO-La2O320000合

17、計(jì)3 人事費(fèi)用表3-5 部門(mén)人員和工資費(fèi)用表序號(hào)崗位名稱定員工資(含年終獎(jiǎng)金)/（萬(wàn)/年）1總經(jīng)理1152總經(jīng)理助理1123總工程師1124副總經(jīng)理110 5客戶服務(wù)部經(jīng)理16職員266人力資源部經(jīng)理16職員267財(cái)務(wù)部經(jīng)理18職員4128后勤部主管16后勤保安612廚師412保潔369銷(xiāo)售部經(jīng)理16職員102510市場(chǎng)部經(jīng)理16 職員2611物流部經(jīng)理16職員2612企宣部經(jīng)理16職員2613生產(chǎn)部經(jīng)理16合成車(chē)間工藝員14操作工615提濃車(chē)間工藝員14操作工615精制車(chē)間工藝員14操作工615公用工程人員410儲(chǔ)運(yùn)人員820監(jiān)測(cè)員412維修中心人員82014質(zhì)檢部經(jīng)理16職員41215產(chǎn)品

18、研發(fā)部經(jīng)理16研發(fā)人員832 16合計(jì)109375表3-6 員工福利估計(jì)表序號(hào)類(lèi)別占技術(shù)工工資總額比例小計(jì)（萬(wàn)元）1養(yǎng)老保險(xiǎn)金10%2失業(yè)保險(xiǎn)金1.5%3醫(yī)療保險(xiǎn)金5%4生育保險(xiǎn)0.5%5工傷保險(xiǎn)1.5%6住房公積金4%7總計(jì)22.5%3能源的消耗在該廠生產(chǎn)過(guò)程中，總共用到兩種能量的消耗，主要是水和電，他們的用量與價(jià)格見(jiàn)下表：表 3-7 能量的消耗項(xiàng)目年用量單價(jià)總價(jià)（萬(wàn)元）生活用水7128噸循環(huán)冷卻水63000噸蒸氣45000噸100/t450電855萬(wàn)Kw×hr0.6元/kW×hr513總計(jì)3 無(wú)形資產(chǎn)3.1技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)該項(xiàng)目中設(shè)計(jì)涉及到的專(zhuān)利轉(zhuǎn)讓費(fèi)估計(jì)為200萬(wàn)元。3.2

19、土地購(gòu)置費(fèi)根據(jù)我們的廠區(qū)設(shè)計(jì)可以得到我們廠區(qū)的面積為25200平方米。同時(shí)又由于我們的廠址所在地的地價(jià)為15元/立方米，因此可知該項(xiàng)目工廠的土地購(gòu)置費(fèi)為378萬(wàn)元。3 總投資費(fèi)用表 3-8 總投資費(fèi)用表總投資要素成本/萬(wàn)元固定資產(chǎn)投資主要設(shè)備其它固定資產(chǎn)投資無(wú)形資產(chǎn)投資技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)土地購(gòu)置費(fèi)其他費(fèi)用固定資產(chǎn)折舊費(fèi)維修費(fèi)用原料費(fèi)用人事費(fèi)用能源的消耗“三廢”處理費(fèi)總計(jì)3.2總收益估算項(xiàng)目收益主要為產(chǎn)品碳酸二甲酯和副產(chǎn)品氨水。表3-9 產(chǎn)品收益表產(chǎn)品產(chǎn)量/噸價(jià)格/（元/噸）收益/萬(wàn)元碳酸二甲酯15000700010500.000氨水650總計(jì)3 投資額的確定一般化工項(xiàng)目的資金回?cái)n期為3個(gè)月，即流動(dòng)資金

20、一般取一年成本的25%，達(dá)產(chǎn)期年成產(chǎn)成本為萬(wàn)元，即可得到流動(dòng)資金為萬(wàn)元。表3-10 投資額的確定項(xiàng)目金額（萬(wàn)元）成本固定資產(chǎn)投資流動(dòng)資金總投資額注：總投資額=固定資產(chǎn)投資額+流動(dòng)資金。資金籌措本工廠的總投資約為6925萬(wàn)元，資金籌措方案為向中國(guó)工商銀行貸款3000萬(wàn)元，借款償還期為5年。剩下的3925萬(wàn)由企業(yè)自有資金注入。經(jīng)濟(jì)分析投資回收期Pt=投資凈現(xiàn)值NPV=8429.502（萬(wàn)元）內(nèi)部收益率IRR=24.54%4 物料衡算流程簡(jiǎn)述本廠主要生產(chǎn)碳酸二甲酯（1.5萬(wàn)噸/年），同時(shí)副產(chǎn)氨水。由尿素和甲醇為原料，在反應(yīng)精餾塔內(nèi)反應(yīng)。從塔頂采出碳酸二甲酯和甲醇的共沸物，經(jīng)過(guò)膜分離器提濃跨過(guò)共沸點(diǎn)，

21、產(chǎn)物通過(guò)萃取精餾塔，兩個(gè)碳酸二甲酯精餾塔，最終生產(chǎn)純度為99.9%碳酸二甲酯。整個(gè)生產(chǎn)工藝包括碳酸二甲酯的合成以及產(chǎn)品的分離精制兩個(gè)階段。4.2碳酸二甲酯合成及分離工段尿素和甲醇為原料，經(jīng)反應(yīng)精餾塔一步反應(yīng)直接得到碳酸二甲酯和氨氣，氨氣從反應(yīng)精餾塔塔頂餾出，產(chǎn)物依次通過(guò)共沸精餾塔、膜分離器、萃取精餾塔、在經(jīng)過(guò)碳酸二甲酯精制精餾塔，最終生產(chǎn)純度為99.9%的DMC。流程如圖4-1所示。圖4-1碳酸二甲酯合成及分離工段流程模擬圖反應(yīng)精餾塔物料衡算表4-1反應(yīng)精餾塔物料衡算表Stream No.INOUT1NH3DMC-MEOHPhaseVAPORVAPORVAPORTemperature 1851

22、85185Pressure atmComponentKg/hrMass FlowMass FlowMass FlowUREA00H2O00CH3OHDMC0NH30鄰二甲苯000MC00CH3NHCOOCH300Total共沸精餾塔物料衡算表4-2共沸精餾塔物料衡算表Stream No.INOUT349PhaseVAPORLIQUIDLIQUIDTemperature Pressure atmComponentMass FlowMass FlowMass FlowUREA000H2O000CH3OHDMCNH3鄰二甲苯000MCCH3NHCOOCH3Total 膜分離器物料衡算表4-3膜分離器

23、物料衡算表Stream No.INOUT5CIRCLE16IC-GASPhaseVAPORVAPORVAPOR-LIQUIDVAPORTemperature 105105105105Pressure atmComponentMass FlowMass FlowMass FlowMass FlowUREA0000H2O0000CH3OHDMCNH300鄰二甲苯0000MC00CH3NHCOOCH300Total萃取精餾塔物料衡算表4-4萃取精餾塔物料衡算表Stream No.INOUT16IN-OX811PhaseLIQUIDLIQUIDLIQUIDLIQUIDTemperature 150Pr

24、essure atm11ComponentMass FlowMass FlowMass FlowMass FlowUREA0000H2O0000CH3OH0DMC0NH30000鄰二甲苯MC0000CH3NHCOOCH30000Total萃取劑回收塔物料衡算表4-5萃取回收塔物料衡算表Stream No.INOUT1NH3DMC-MEOHPhaseVAPORVAPORVAPORTemperature LIQUIDLIQUIDLIQUIDPressure atm11ComponentMass FlowMass FlowMass FlowUREA00H2O00CH3OHDMC0NH30鄰二甲苯00

25、0MC00CH3NHCOOCH300Total DMC精制塔物料衡算表4-6DMC精制塔物料衡算表Stream No.INOUT1213CIRCLE2PhaseLIQUIDLIQUIDLIQUIDTemperature Pressure atm111ComponentMass FlowMass FlowMass FlowUREA000H2O000CH3OHDMCNH3000鄰二甲苯0MC000CH3NHCOOCH3000Total甲醇精制塔物料衡算表4-7甲醇精制塔物料衡算表Stream No.INOUT15MEOH10PhaseLIQUIDLIQUIDLIQUIDTemperature Pr

26、essure atmComponentMass FlowMass FlowMass FlowUREA000H2O000CH3OHDMC0NH30鄰二甲苯MC0CH3NHCOOCH3Total總流程物料衡算表4-8總流程物料衡算Stream No.INOUTFEED1FEED2IN-OXNH3IC-GASOUT-OXMEOHPRODUCTWASTEPhaseLIQUIDLIQUIDLIQUIDVAPORVAPORLIQUIDLIQUIDLIQUIDLIQUIDTemperature 25251501851053223Pressure atmComponentMass FlowMass FlowM

27、ass FlowMass FlowMass FlowMass FlowMass FlowMass FlowMass FlowUREA00000000H2O00000000CH3OH00DMC000NH300000鄰二甲苯0000MC000000CH3NHCOOCH3000000Total5 熱量衡算5.1 HEATER1熱量衡算表5-1HEATER1熱量衡算表25-27Stream No.INOUT171Temperature 25132Pressure bar112Vapor Frac00Mole Flow kmol/hrMass Flow kg/hrVolume Flow cum/hrEn

28、thalpy MMkcal/hrH MMkcal/hrHeat Duty of HEATER1MMkcal/hr5.2HEATER2熱量衡算表5-2HEATER2熱量衡算表Stream No.INOUT45Temperature 105Pressure bar14Vapor Frac01Mole Flow kmol/hrMass Flow kg/hrVolume Flow cum/hrEnthalpy MMkcal/hrH MMkcal/hrHeat Duty of HEATER2MMkcal/hr5.3 CONDENSE熱量衡算表5-3CONDENSE熱量衡算表Stream No.INOUT

29、67Temperature 10525Pressure bar41Vapor Frac0Mole Flow kmol/hrMass Flow kg/hrVolume Flow cum/hrEnthalpy MMkcal/hrH MMkcal/hrHeat Duty of HEATER2MMkcal/hr5.4 HEATX1熱量衡算表5-4 HEATX1熱量衡算表Stream No.INOUT10WATER14WASTETemperature 1523Pressure bar221Vapor Frac0000Mole Flow kmol/hr44Mass Flow kg/hrVolume Flo

30、w cum/hrEnthalpy MMkcal/hrH MMkcal/hrHeat Duty of HEATX1MMkcal/hr5.5 HEATX2熱量衡算表5-5HEATX2熱量衡算表Stream No.INOUT13WATER2OUTPRODUCTTemperature 1532Pressure barVapor Frac0000Mole Flow kmol/hr170170Mass Flow kg/hrVolume Flow cum/hrEnthalpy MMkcal/hrH MMkcal/hrHeat Duty of HEATX2MMkcal/hr5.6 SEP1熱量衡算表5-6SE

31、P1熱量衡算表Stream No.INOUT2H3NDMC-MEOHTemperature 185185185Pressure bar121212Vapor Frac111Mole Flow kmol/hrMass Flow kg/hrVolume Flow cum/hrEnthalpy MMkcal/hrH MMkcal/hrHeat Duty of SEP1MMkcal/hr5.7 SEP2熱量衡算表5-7SEP2熱量衡算表Stream No.INOUT56CIRCLE1IC-GASTemperature 105105105105Pressure bar4444Vapor Frac111M

32、ole Flow kmol/hrMass Flow kg/hrVolume Flow cum/hrEnthalpy MMkcal/hrH MMkcal/hrHeat Duty of SEP2MMkcal/hr5.8 T1熱量衡算表5-8 T1熱量衡算Stream No.INOUT349Temperature Pressure bar111Vapor Frac100Mole Flow kmol/hrMass Flow kg/hrVolume Flow cum/hrEnthalpy MMkcal/hrH MMkcal/hr設(shè)備名稱塔底再沸器塔頂冷凝器負(fù)荷MMkcal/hrQ-9.107+0.100

33、=H 熱量守恒5.9 T2熱量衡算表5-9 T2熱量衡算表Stream No.INOUT1510MEOHTemperature Pressure bar222Vapor Frac00Mole Flow kmol/hrMass Flow kg/hrVolume Flow cum/hrEnthalpy MMkcal/hrH MMkcal/hr設(shè)備名稱塔底再沸器塔頂冷凝器負(fù)荷MMkcal/hrQ-13.164+12.433=H 熱量守恒5.10 T3熱量衡算表5-10T3熱量衡算表Stream No.INOUT16IN-OX811Temperature 150Pressure bar1Vapor F

34、rac0000Mole Flow kmol/hrMass Flow kg/hrVolume Flow cum/hrEnthalpy MMkcal/hrH MMkcal/hr設(shè)備名稱塔底再沸器塔頂冷凝器負(fù)荷MMkcal/hrQ-4.256+4.182=H熱量守恒5.11 T4熱量衡算表5-11 T4熱量衡算表Stream No.INOUT1112OUT-OXTemperature Pressure barVapor Frac000Mole Flow kmol/hrMass Flow kg/hrVolume Flow cum/hrEnthalpy MMkcal/hrH MMkcal/hr設(shè)備名稱塔

35、底再沸器塔頂冷凝器負(fù)荷MMkcal/hrQ-1.217+1.375=H熱量守恒5.12 T5熱量衡算表5-12 T5熱量衡算表Stream No.INOUT12CIRCLE213Temperature Pressure barVapor Frac000Mole Flow kmol/hrMass Flow kg/hrVolume Flow cum/hrEnthalpy MMkcal/hrH MMkcal/hr設(shè)備名稱塔底再沸器塔頂冷凝器負(fù)荷MMkcal/hrQ-1.666+1.680=H熱量守恒6 主要設(shè)備設(shè)計(jì)與選型6.1 泵的選型舉例運(yùn)用軟件化工專(zhuān)業(yè)泵計(jì)算1.1，計(jì)算出各泵的具體參數(shù)28-38

36、，如下：表6-1 P301選型計(jì)算泵性能參數(shù)名稱取值流量 m3/h流速 m/s揚(yáng)程 m入口壓力 Kpa(絕壓)出口壓力 Kpa(絕壓)壓差 Kpa安裝高度 mNPSHa m效率 %70有效功率 kw軸功率 kw物性參數(shù)操作容器內(nèi)壓力物料名稱UREA+DMC密度 kg/m3800吸入容器內(nèi)操作壓力kPa黏度 Pa×s飽和蒸氣壓kPa(絕壓)排出容器內(nèi)操作壓力kPa雷諾數(shù)管件參數(shù)名稱取值名稱取值管內(nèi)徑 mm100絕對(duì)粗糙度 mm直管長(zhǎng)度 m直管摩擦因數(shù)彎頭數(shù)目 個(gè)彎頭局部阻力系數(shù)截止（球）閥數(shù)目 個(gè)截止閥阻力系數(shù)底閥數(shù)目 個(gè)底閥局部阻力系數(shù)其它管件數(shù)目 個(gè)局部阻力系數(shù)直管阻力損失 m液柱

37、進(jìn)出口阻力損失 m液柱-3管件阻力損失 m液柱表6-2 P302選型計(jì)算泵性能參數(shù)名稱取值流量 m3/h流速 m/s揚(yáng)程 m入口壓力 Kpa(絕壓)出口壓力 Kpa(絕壓)壓差 Kpa安裝高度 mNPSHa m效率 %70有效功率 kw軸功率 kw物性參數(shù)操作容器內(nèi)壓力物料名稱UREA+DMC密度 kg/m3800吸入容器內(nèi)操作壓力kPa黏度 Pa×s飽和蒸氣壓 kPa(絕壓)排出容器內(nèi)操作壓力kPa雷諾數(shù)管件參數(shù)名稱取值名稱取值管內(nèi)徑 mm100絕對(duì)粗糙度 mm直管長(zhǎng)度 m直管摩擦因數(shù)彎頭數(shù)目 個(gè)彎頭局部阻力系數(shù)截止（球）閥數(shù)目 個(gè)截止閥阻力系數(shù)底閥數(shù)目 個(gè)底閥局部阻力系數(shù)其它管件

38、數(shù)目 個(gè)局部阻力系數(shù)直管阻力損失 m液柱進(jìn)出口阻力損失 m液柱-2管件阻力損失 m液柱 表6-3 P303選型計(jì)算泵性能參數(shù)名稱取值流量 m3/h流速 m/s揚(yáng)程 m入口壓力 Kpa(絕壓)出口壓力 Kpa(絕壓)壓差 Kpa安裝高度 mNPSHa m效率 %70有效功率 kw軸功率 kw物性參數(shù)操作容器內(nèi)壓力物料名稱METHANOL+DMC密度 kg/m3吸入容器內(nèi)操作壓力kPa黏度 Pa×s-4飽和蒸氣壓kPa (絕壓)排出容器內(nèi)操作壓力kPa雷諾數(shù)管件參數(shù)名稱取值名稱取值管內(nèi)徑 mm100絕對(duì)粗糙度 mm直管長(zhǎng)度 m直管摩擦因數(shù)-2彎頭數(shù)目 個(gè)彎頭局部阻力系數(shù)截止（球）閥數(shù)目

39、個(gè)截止閥阻力系數(shù)底閥數(shù)目 個(gè)底閥局部阻力系數(shù)其它管件數(shù)目 個(gè)局部阻力系數(shù)直管阻力損失 m液柱-2進(jìn)出口阻力損失m液柱-3管件阻力損失 m液柱 表6-4 P304 選型計(jì)算泵性能參數(shù)名稱取值流量 m3/h流速 m/s揚(yáng)程 m入口壓力 Kpa(絕壓)出口壓力 Kpa(絕壓)壓差 Kpa安裝高度 m20NPSHa m效率 %70有效功率 kw軸功率 kw物性參數(shù)操作容器內(nèi)壓力物料名稱METHANOL+DMC密度 kg/m3吸入容器內(nèi)操作壓力kPa黏度 Pa×s-4飽和蒸氣壓 kPa(絕壓)排出容器內(nèi)操作壓力kPa雷諾數(shù)管件參數(shù)名稱取值名稱取值管內(nèi)徑 mm100絕對(duì)粗糙度 mm直管長(zhǎng)度 m直

40、管摩擦因數(shù)-2彎頭數(shù)目 個(gè)彎頭局部阻力系數(shù)截止（球）閥數(shù)目 個(gè)截止閥阻力系數(shù)底閥數(shù)目 個(gè)底閥局部阻力系數(shù)其它管件數(shù)目 個(gè)局部阻力系數(shù)直管阻力損失 m液柱-2進(jìn)出口阻力損失 m液柱-3管件阻力損失 m液柱表6-5 P305 選型計(jì)算泵性能參數(shù)名稱取值流量 m3/h流速 m/s揚(yáng)程 m入口壓力 Kpa(絕壓)出口壓力 Kpa(絕壓)壓差 Kpa安裝高度 m0NPSHa m效率 %70有效功率 kw軸功率 kw物性參數(shù)操作容器內(nèi)壓力物料名稱METHANOL+DMC密度 kg/m3800吸入容器內(nèi)操作壓力kPa黏度 Pa×s飽和蒸氣壓 kPa (絕壓)排出容器內(nèi)操作壓力kPa雷諾數(shù)管件參數(shù)名

41、稱取值名稱取值管內(nèi)徑 mm100絕對(duì)粗糙度 mm直管長(zhǎng)度 m直管摩擦因數(shù)彎頭數(shù)目 個(gè)彎頭局部阻力系數(shù)截止（球）閥數(shù)目 個(gè)截止閥阻力系數(shù)底閥數(shù)目 個(gè)底閥局部阻力系數(shù)其它管件數(shù)目 個(gè)局部阻力系數(shù)直管阻力損失 m液柱進(jìn)出口阻力損失m液柱-2管件阻力損失 m液柱-2其余各泵算法一致，在此不一一列出6.2 換熱器的選型舉例列管式換熱器是目前化工及酒精生產(chǎn)上應(yīng)用最廣的一種換熱器。它主要由殼體、管板、換熱管、封頭、折流擋板等組成。所需材質(zhì)，可分別采用普通碳鋼、紫銅、或不銹鋼制作。在進(jìn)行換熱時(shí)，一種流體由封頭的連結(jié)管處進(jìn)入，在管流動(dòng)，從封頭另一端的出口管流出，這稱之管程；另-種流體由殼體的接管進(jìn)入，從殼體上的

42、另一接管處流出，這稱為殼程。圖6-1 為其結(jié)構(gòu)示意圖。1-封頭法蘭；2-介質(zhì)A接管法蘭；3-殼體；4-換熱管束；5-封頭；6-介質(zhì)B接管法蘭圖6-1 列管式換熱器注：具體見(jiàn)附圖五。用Aspen Plus每個(gè)換熱器進(jìn)行模擬，得到相關(guān)物料參數(shù)后，得到數(shù)據(jù)如下：表6-6 E308選型計(jì)算換熱器名稱E308換熱器類(lèi)型無(wú)相變換熱器換熱器管程傳熱特點(diǎn)液體無(wú)相變換熱器殼程傳熱特點(diǎn)氣體無(wú)相變換熱器功能選擇計(jì)算總傳熱系數(shù)進(jìn)行換算換熱器管程物料選擇有機(jī)化合物換熱器殼程物料選擇有機(jī)化合物設(shè)備數(shù)據(jù)換熱器殼內(nèi)徑換熱器管長(zhǎng)3m換熱器管數(shù)32換熱管外徑換熱管內(nèi)徑換熱管間距換熱管排列方式三角形換熱管程數(shù)2換熱器傳質(zhì)單元數(shù)擋板切割高度與換熱器殼內(nèi)徑換熱器擋板間距換熱器擋板數(shù)4換熱器臺(tái)數(shù)1傳熱數(shù)據(jù)換熱器總傳熱系數(shù)Kw/m2·k換熱器對(duì)數(shù)平均溫差換熱器熱負(fù)荷kw換熱器實(shí)際換熱面積m2換熱器理論所需面積m2換熱器管程流體流量Kg/h67600換熱器殼程流體流量Kg/h67600換熱器管程流速M(fèi)/s換熱器殼程流速M(fèi)/s換熱器管程壓力降atm換熱器殼程壓力降atm換熱器管程Re數(shù)-其余各換熱器算法一直，在此不一一列出6.3 精餾塔的設(shè)計(jì)舉例浮閥的閥片可以浮動(dòng)，