設(shè)計集摘要總稿

1、本項目利用的是草酸酯法以氣間接EG，即一氧化碳和亞硝酸甲酯，經(jīng)Pd-Ti/-Al2O3 催化反應(yīng)生成草酸二甲酯（DMO），然后以 Cu/SiO2 為催化劑，200條件下進(jìn)行 DMO 的中壓加氫乙二醇（EG）。該方法轉(zhuǎn)化率達(dá) 100%，乙二醇選擇性達(dá) 97%，實現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物 EG 的產(chǎn)量為 30 萬噸/年。通過 Aspen Plus對其進(jìn)行流程的模擬與優(yōu)化，導(dǎo)出物料、熱量果；根據(jù)模擬計算得到的數(shù)據(jù)對流程中的設(shè)備進(jìn)行設(shè)計、選型，主要包括反應(yīng)器、塔、換熱器、泵、儲罐；并采用 COMSOL、SW6 和 CUP tower對主體設(shè)備進(jìn)行強度校核以確保設(shè)備的準(zhǔn)確合理性；也對整個流程進(jìn)行了能量的集成與優(yōu)化以達(dá)

2、到節(jié)能的效果；同時也采用 AutoCAD繪制出物料流程圖（PFD）、帶控制點的管道儀表流程圖（）、設(shè)備裝配圖以及廠區(qū)布置圖；完成了車間布置、管道布置的設(shè)計。關(guān)鍵字：乙二醇Pd-Ti/-Al2O3Cu/Cr酯化反應(yīng)工藝設(shè)計 Aspen 模擬摘要EG（乙二醇）是一種重要的有機化工原料，主要用于制造聚酯、吸濕劑、增塑劑、表面活性劑、和。大致上，EG 的路線可以分為兩類：傳統(tǒng)的石油路線和新興的非石油路線。值得注意的是，煤化工路線乙二醇的產(chǎn)能近幾年快速增長，特別是新近規(guī)劃的乙二醇項目，煤化工路線更是占了絕大多數(shù)，達(dá) 475多萬噸/年，約占規(guī)劃產(chǎn)能的 76%。工藝設(shè)計原料及產(chǎn)品方案本項目采用的原料包括（）

3、化工提供的甲醇、一氧化碳、氫氣，園區(qū)內(nèi)提供的氧氣，其消耗量見表 1-1。表 1-1原料組成與消耗產(chǎn)品方案如表 1-2 所示。表 1-2 主要產(chǎn)品規(guī)格產(chǎn)品名稱試驗方格(w%)級別產(chǎn)量(kt/a)單價(元/噸)GB9282-8899.99乙二醇優(yōu)等品303.469001.2 工藝流程本項目包括三個工段，DMO及 MN 再生工段、DMC 回收工段、乙二醇及提純工段。(1) DMO草酸二甲酯及 MN 再生工段與亞硝酸甲酯再生工段如圖 1-1、1-2、1-3 所示。原料一氧化碳與循環(huán)的亞硝酸甲酯混合物經(jīng)混合器 M0101 混合換熱器預(yù)熱后在 R0101 中反應(yīng)生成原料名稱組成含量(%)消耗量價格一氧化碳

4、CO997429Wm3N2 CH4H2OCO21甲醇CH4O99.9383.568kt/aH2O0.1氫氣H299.99446.376m3H2ON20.01氧氣O299.87111Wm3N20.2草酸二甲酯，然后進(jìn)入甲醇吸收塔 T0101 吸收后草酸二甲酯從塔底流出，未反應(yīng)的亞硝酸甲酯從塔頂流出與氧氣、一氧化氮經(jīng)混合器 M0102 混合后進(jìn)入亞硝酸甲酯再生反應(yīng)精餾塔 T0102，與甲醇反應(yīng)生成的亞硝酸甲酯從塔頂流出循環(huán)回反應(yīng)器中，塔底液經(jīng)精餾塔回收甲醇，以達(dá)到物質(zhì)的充分利用。圖 1-1 DMO與 MN 再生工段(1)圖 1-2 DMO與 MN 再生工段(2)圖 1-3 DMO與 MN 再生工段

5、(3)(2) DMC 回收工段從 T0101 吸收塔塔底流出的 DMO 的混合物中有碳酸二甲酯，是一種副產(chǎn)物，可以對其進(jìn)行回收提高工藝的利益?；旌衔锝?jīng)分離塔 T0201 分離塔后由塔底分離出只含草酸二甲酯的物流，含大量 DMC 和甲醇的溶液則由塔頂餾出。為了除去氣體給分離帶來的麻煩，DMC 混合液通入氣液分離塔 T0202，先將其中的氣體分離出去,氣體全部從塔頂流出，DMC 混合液則由塔底流出，DMC 與甲醇的混合物通過變壓精餾，從 T0203、T0204 的塔頂?shù)?0.999 的甲醇，從 T0204 的塔底得到的含 0.997DMC。其具體流程見圖 1-4、1-5、所示。圖 1-4 副產(chǎn)物碳

6、酸二甲酯的回收工段(1)圖 4-5 副產(chǎn)物碳酸二甲酯的回收工段(2)(3) 乙二醇工段由 T0201 分離出的高純度的草酸二甲酯經(jīng)過反應(yīng)預(yù)處理加壓加熱后進(jìn)入與大量氫氣一起進(jìn)入反應(yīng)器 R0301 中進(jìn)行反應(yīng)生成乙二醇，生成的乙二醇與剩余的大量的氫氣經(jīng)過初步降溫后再進(jìn)入閃蒸罐閃蒸，將氫氣閃蒸出來并循環(huán)回反應(yīng)器，從而提高氫氣的利用率，在改反應(yīng)器中采用 15.6%的銅二氧化硅催化劑，使得乙二醇轉(zhuǎn)化率達(dá)到 100%，選擇性達(dá)到 97%。將由閃蒸罐出來的乙二醇粗液通入 T0301 進(jìn)行精餾后，塔頂?shù)玫郊兌冉咏?1 的乙二醇，再將塔頂餾出液通入 T0302 中對甲醇進(jìn)行回收，塔底得到 0.993 的甲醇溶液

7、。其具體流程見圖 1-6、1-7 所示。圖 1-6DMO乙二醇及提純工段(1)圖 1-7 DMO乙二醇及提純工段(2)工藝創(chuàng)新本項目中采用反應(yīng)精餾塔亞硝酸甲酯，比起傳統(tǒng)的先用反應(yīng)器再用一個精餾塔進(jìn)行分離的過程，采用反應(yīng)精餾塔先是節(jié)約了成本費用，同時該反應(yīng)是氣相反應(yīng)能夠更充分的反應(yīng)，以及在分離時的分離效果也是很好的。(2) 本項目充分將亞硝酸甲酯、一氧化碳和氫氣進(jìn)行循環(huán)，提高物料的利用率。(3) 在草酸二甲酯加氫乙二醇的反應(yīng)中采用 15.6%的Cu/SiO2 作催化劑使草酸二鉀酯達(dá)到 100%的轉(zhuǎn)化率和 97%的選擇性。（4）、sol Multiphysics4.4、 Cup tower 對換熱

8、器、反應(yīng)器和利用精餾塔進(jìn)行校核，說明反應(yīng)和設(shè)備計算的合理性。2. 節(jié)能設(shè)計設(shè)計匹配后的換熱網(wǎng)絡(luò)比匹配前的換熱網(wǎng)絡(luò)的各項值更接近于目標(biāo)值，設(shè)備費用比優(yōu)化前的設(shè)備費用低 176.3 萬元， 優(yōu)化后的的總費用比優(yōu)化前的總費用低 0.3456(Cost/s)。設(shè)備費用是固定投資，而操作費用是長年累積的。不僅是優(yōu)化后的設(shè)備費用比優(yōu)化前的低，而且其操作費用比優(yōu)化前的低，所以最終有總費用低于優(yōu)化前的網(wǎng)絡(luò)。圖 2-1 全流程換熱網(wǎng)絡(luò)圖3. 安全設(shè)計利用 Risk System對工廠的甲醇進(jìn)行了辨識，并根據(jù)物質(zhì)的物性進(jìn)行了罐區(qū)物質(zhì)的源相分析，根據(jù)源相分析的結(jié)果進(jìn)行了甲醇蒸汽云模型預(yù)測分析，分析了事故的范圍，分析

9、結(jié)果如圖 3-1 所示：圖 3-1 甲醇蒸汽云模型范圍4. 設(shè)備設(shè)計根據(jù) Aspen plus 的模擬，對工藝流程中的反應(yīng)器 R0101、精餾塔 T0201、換熱器 E0201 進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計，包括基本設(shè)備的工藝參數(shù)和特殊內(nèi)構(gòu)件的設(shè)計。利用CUP-tower對流程中的全部塔設(shè)備進(jìn)行了水力學(xué)校核，并用 SW6-2011 進(jìn)行機械強度校核。利用 Aspen Exchanger Design And Rating 對全部換熱器進(jìn)行了工藝設(shè)計、選型、基本參數(shù)設(shè)計和利用 SW6-2011儲罐等設(shè)備進(jìn)行了選型。進(jìn)行機械強度校核。此外還對泵、壓縮機、5. 控制方案本項目對精餾塔、反應(yīng)器、換熱器、壓縮機等設(shè)備

10、進(jìn)行了基本控制，以反應(yīng)精餾塔為例：進(jìn)料溫度利用進(jìn)料預(yù)熱熱量的串級控制系統(tǒng)維持基本穩(wěn)定?；亓髁拷?jīng)過計算機動態(tài)控制給定，結(jié)合塔頂回流罐的液位控制系統(tǒng)和塔頂冷凝器的溫控系統(tǒng)，可以調(diào)節(jié)塔頂產(chǎn)品的組成。(3) 通過再沸器的溫度控制和塔釜的液位控制以調(diào)節(jié)采出比以控制塔底產(chǎn)品的組成。圖 5-1 反應(yīng)精餾塔的控制方案6. 總圖通過對江蘇省市六合區(qū)化學(xué)工業(yè)園區(qū)的地理位置的，確定最終的選址為交通（和）化工，其具有優(yōu)越的地理位置，豐富的原料來源、便捷的的園區(qū)政策等優(yōu)點?？倛D布置遵循“節(jié)約用地，合理規(guī)劃，安全為主，美觀結(jié)合”的原則，對全廠進(jìn)行了有序的布置，廠區(qū)包括生產(chǎn)區(qū)，輔助生產(chǎn)區(qū)，行政區(qū)和罐區(qū)，本設(shè)計團(tuán)隊首先利用

11、Auto CAD 進(jìn)行廠區(qū)和車間的二維繪制，再采用 PD max、CAD-worx 等維制作，詳細(xì)圖示如 6-1 所示。進(jìn)行三圖 6-1 全廠平面布置圖7. 經(jīng)濟(jì)分析經(jīng)過對該項目進(jìn)行投資估算和財務(wù)評價，項目的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表 7-1 所示。表 7-1 項目主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)序號指標(biāo)名稱數(shù)值1設(shè)計規(guī)模萬噸/年302年操作時間小時/年80003分廠用地面積平方米696964建筑面積平方米321335總定員人1506工程項目總投資萬元24927.67固定資產(chǎn)投資萬元15458.78. 項目總結(jié)本次設(shè)計采用 Aspen Plus完成全流程工段的模擬、能量、物料以及工藝參數(shù)的確定；節(jié)能設(shè)計上利用 Aspen Energyyzer 模塊對全系統(tǒng)設(shè)計不同的集成方案并進(jìn)行優(yōu)選，據(jù)此完成系統(tǒng)公用工程的模擬設(shè)計，安全設(shè)計上引入道氏化學(xué)火災(zāi)、指數(shù)評價系統(tǒng)對罐區(qū)進(jìn)行安全評估，并用 Risk System。具體內(nèi)容參見相關(guān)文檔，在反應(yīng)器的設(shè)計上進(jìn)行了事故采用了 COMSOL對換熱器進(jìn)行校核范圍的Multiphysics4.4 進(jìn)行反應(yīng)器的設(shè)計和優(yōu)化，同時運用 SW-6 2011Cup