甲苯甲醇烷基化法年產(chǎn)30萬噸對二甲苯車間設(shè)計分析

學(xué)資學(xué)習(xí)網(wǎng)學(xué)資學(xué)習(xí)網(wǎng)精品文檔卷而堂盛2大學(xué)加百NANJINGUNIVERSrFYOFSCIENCE&TECHNOLOGY畢業(yè)設(shè)計說明書作者：學(xué)號： 學(xué)院：化工學(xué)院 （方向）:化學(xué)工程與工藝專業(yè) 30萬噸對二甲目：甲苯甲醇烷基化法年產(chǎn)題苯車間設(shè)計講師 （姓名）業(yè)技術(shù)職務(wù)）講師 （姓名）業(yè)技術(shù)職務(wù)）（專指導(dǎo)者:（姓名） （專業(yè)技術(shù)職務(wù)）講師 評閱者： （姓名） （專業(yè)技術(shù)職務(wù)）2015年5月聲明我聲明，本畢業(yè)設(shè)計說明書及其研究工作和所取得的成果是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立完成的。研究過程中利用的所有資料均已在參考文獻(xiàn)中列出，其他人員或機構(gòu)對本畢業(yè)設(shè)計工作做出的貢獻(xiàn)也已在致謝部分說明。本畢業(yè)設(shè)計說明書不涉及任何秘密，南京理工大學(xué)有權(quán)保存其電子和紙質(zhì)文檔，可以借閱或網(wǎng)上公布其部分或全部內(nèi)容，可以向有關(guān)部門或機構(gòu)送交并授權(quán)保存、借閱或網(wǎng)上公布其部分或全部內(nèi)容。學(xué)生簽名：年月日指導(dǎo)教師簽名：年月日畢業(yè)設(shè)計說明書中文摘要此次工藝設(shè)計目的為年 3萬噸對二甲苯，采用的方法為甲苯甲醇烷基化法。所用的方法相比于其他方法具“產(chǎn)率高污染小成本低的優(yōu)點設(shè)計是采用通AspenPluCUP-TOWESW專業(yè)化工軟件，對生產(chǎn)工藝進(jìn)行模擬、設(shè)計，最終獲得甲苯醇烷基化法年 3萬P生產(chǎn)車間設(shè)計資料。設(shè)計資料主要包括：設(shè)備材料的選取設(shè)備選型、設(shè)備成本估算以及部分設(shè)備的設(shè)計圖紙。除單個設(shè)備的設(shè)計外，還進(jìn)行了集成網(wǎng)絡(luò)的簡單說明。在完成設(shè)備設(shè)計后，還對車間布置作了簡單說明關(guān)鍵對二甲甲甲AspenPlus烷基畢業(yè)設(shè)計說明書外文摘要 TitleTheworkshopdesignofanannualoutputof300000tonsofparaxylenewithalkylationoftoluenewithmethanolmethoAbstractTheprocessisdesignedtoproduce300000tonsofparaxylenewithAlkylationoftoluenewithmethanolmethodComparedwithothermethods,theadoptedmethodhastheadvantagesofhigherproductionrate,lesspollutionandlowercostDesignisusedbyprofessionalchemicalsoftwareAspenPlus,CUP-TOWER,Sw6etc.,ontheproductionprocessofsimulation,design,andultimatelywonthealkylationoftoluenewithmethanolmethodofannualproductioncapacityof3milliontonsofPXproductionworkshopdesignThedesignmaterialmainlyincludes:equipmentmaterialselection,equipmentselection,equipmentcostestimationanddesigndrawingsofsomeequipmentInadditiontothedesignofasingledevice,abriefdescriptionofthethermalintegrationnetworkisalsocarriedout.Afterthedesignoftheequipment,theworkshoplayoutissimplyexplained.KeywordxylenetoluenemethanolAspenPlusalkylatio學(xué)資學(xué)習(xí)網(wǎng)學(xué)資學(xué)習(xí)網(wǎng)學(xué)資學(xué)習(xí)網(wǎng)學(xué)資學(xué)習(xí)網(wǎng)本科畢業(yè)設(shè)計說明書頁第II目錄概況 1TOC\o"1-5"\h\z課題簡介 1\o"CurrentDocument"課題要求 1\o"CurrentDocument"設(shè)計依據(jù) 1\o"CurrentDocument"設(shè)計原則 2生產(chǎn)工藝 3工藝簡介 3\o"CurrentDocument"工藝路線說明 9甲苯甲醇烷基化法工藝流程模擬 14\o"CurrentDocument"系統(tǒng)物料衡算 16\o"CurrentDocument"系統(tǒng)能量衡算 16\o"CurrentDocument"自控系統(tǒng)設(shè)計說明 17三廢處理 18主要設(shè)備介紹 19烷基化反應(yīng)器（固定床平推流） 19換熱器 23精餾塔 30泵 40儲學(xué)資學(xué)習(xí)網(wǎng)學(xué)資學(xué)習(xí)網(wǎng)TOC\o"1-5"\h\z罐 414車間設(shè)計 42概論 42車間布置要求 42車間簡單布置 42安全生產(chǎn) 465經(jīng)濟估算 505.1估算依據(jù)及方法 5050 估算成本5.2結(jié)論 ....52致謝 ....53附件 ....56本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第1頁概況1課題簡介1.1對二甲苯（p-xylene,對二甲苯）在化工行業(yè)內(nèi)是合成纖維、樹脂、制備農(nóng)藥、合成塑料的重要原料。隨著國內(nèi)化工行業(yè)的快速發(fā)展，對二甲苯的需求量也是不斷增加的。然而國內(nèi)的PX產(chǎn)量不能滿足國內(nèi)對PX的需求，且國內(nèi)PX的生產(chǎn)工藝未能跟上世界一線，因此本課題的重要性不言而喻。目前國內(nèi)工業(yè)上制備PX的方式主為采用甲苯、C9芳爛及混合二甲苯的歧化或異構(gòu)化。 而本次設(shè)計是使用改性ZSM-5分子篩催化劑催化，在 400℃下平推流固定床反應(yīng)器中使甲苯與甲醇進(jìn)行烷基化反應(yīng)從而生成 PX的工藝。此工藝的優(yōu)點有：（1）產(chǎn)物 PX選擇性高，副產(chǎn)物少，目標(biāo)產(chǎn)物濃度高；原料的轉(zhuǎn)化率高，未反應(yīng)原料大部分可以回收重新利用，減少了物料浪費，降低了生產(chǎn)成本；（3）副產(chǎn)物主要為 HO，鄰、間位二甲苯污染小，屬于環(huán)境友好型生產(chǎn)工藝，滿足綠色2生產(chǎn)的要求。課題要求本設(shè)計擬采用AspenPlus、CUP-TOWER、Sw6等專業(yè)化工軟件以及AutoCAD制圖軟件對采用甲苯甲醇烷基化法年產(chǎn)30萬噸PX的生產(chǎn)車間進(jìn)行模擬、分析，并進(jìn)行設(shè)備選型和設(shè)計，對生產(chǎn)過程進(jìn)行工程優(yōu)化，最后獲得整套的車間設(shè)計說明書。在此基礎(chǔ)上對生產(chǎn)過程的經(jīng)濟、環(huán)保等性能進(jìn)行計算分析。設(shè)計依據(jù)；》）《化工工藝設(shè)計手冊（第5版）（1（2）化工設(shè)計設(shè)備、材質(zhì)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)；《化工原理（第2版）》，鐘秦等編著；（4）《化工流程模擬實訓(xùn)-AspenPlus教程》，孫蘭義主編；《化工設(shè)備機械設(shè)備基礎(chǔ)》，董大勤主編；《化學(xué)反應(yīng)工程（第三版）》，陳甘棠主編；（7）國家經(jīng)濟、建筑、環(huán)保等相關(guān)政策。日國家石油和化學(xué)工業(yè)局 1月6年200（1《化工工廠初步設(shè)計文件內(nèi)容深度規(guī)定》 ）8（．本科畢業(yè)設(shè)計說明書2頁第發(fā)布）。1.4設(shè)計原則1）設(shè)計從實際出發(fā)，保證質(zhì)量過關(guān)的同時盡量減少經(jīng)濟支出；2）設(shè)備設(shè)計應(yīng)服從國家標(biāo)準(zhǔn)，做到設(shè)備能夠國產(chǎn)化；3）主張主體工程與環(huán)境保護(hù)，消防措施齊全，安全設(shè)備配套完整，提供一個良好的人文環(huán)境。4）充分依托現(xiàn)有社會公共設(shè)施，以降低投資，加快項目建設(shè)進(jìn)度，采取切實可行的措施節(jié)約用水；5）貫徹主體工程與環(huán)境保護(hù)、勞動安全和工業(yè)衛(wèi)生、消防同時設(shè)計、同時建設(shè)、同時投產(chǎn)；6）消防、衛(wèi)生及安全設(shè)施的設(shè)置必須貫徹國家關(guān)于環(huán)境保護(hù)、勞動安全的法規(guī)和要求，符合石油化工行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；7）所選擇的產(chǎn)品方案和技術(shù)方案應(yīng)是優(yōu)化的方案，以最大程度減少投資，提高項目經(jīng)濟效益和抗風(fēng)險能力?？茖W(xué)論證項目的技術(shù)可靠性、項目的經(jīng)濟性，實事求是地做出研究結(jié)論。本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第3頁生產(chǎn)工藝2工藝簡介2.1課題背景2.1.1PX中文名稱對二甲苯，又稱1,4-二甲苯，分子式：CH或CH（CH）,分子量106.17,368410屬于易燃類液體，具蒸汽與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸，與氧化劑能發(fā)生強烈反應(yīng)。流速過快，容易產(chǎn)生和積聚靜電。其蒸汽比空氣重，能在較低處擴散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇火源會著火回燃。常溫常壓下為無色透明液體，有類似甲苯的氣味。因此貯運時既要遠(yuǎn)離火種、熱源，避免陽光直曬，又要有保溫設(shè)施，并防止泄漏。目前PX在中國主要用于生產(chǎn)PTA、DMT以及制藥領(lǐng)域。并且對二甲苯是石化工業(yè)的基礎(chǔ)有機原料，在化纖、合成樹脂、農(nóng)藥、塑料、醫(yī)藥等眾多化工生產(chǎn)領(lǐng)域有著廣泛的用途。［1］。PX還可用作溶劑以及作為香料、油它主要用于生產(chǎn)對苯二甲酸二甲脂和純的對苯二甲酸墨等生產(chǎn)原料， 用途十分廣泛。并且其作為最重要的化工原料之一，在過去幾年內(nèi)的需求有著強烈增長的趨勢。通過對PX的產(chǎn)能、產(chǎn)量、需求量以及近年來市場情況進(jìn)行分析， 得出由于產(chǎn)能增長不及需求增長，預(yù)計到2020年國內(nèi)對二甲苯（PX）仍存在供應(yīng)缺口，發(fā)展對二甲苯（PX）具有良好的前景和盈利空間。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，每年用于生產(chǎn)DMT的PX僅為幾萬噸，制藥領(lǐng)域所消耗的PX也僅為PX總消費量的5%左右，它們對PX需求的影響微乎其微；而PTA每年消耗的PX約占PX總消費量的90%,因此PTA的消費增長是拉動PX需求增加的直接因素。對二甲苯（PX）是用于生產(chǎn)精對苯二甲酸（PTA）的基本原材料。目前芳姓主要來自石油化工工業(yè)中的催化重整、石腦油裂解、低碳燒類芳構(gòu)化和芳姓類轉(zhuǎn)化工藝，僅有少部分來自煤化工中的煤焦油。利用替代原料 ，如甲醇、液化氣（LPG）和生物質(zhì)，生產(chǎn)包括PX在內(nèi)的⑵。芳姓新技術(shù)正在脫穎而出上世紀(jì)70年代，Yashima等首先注意到各種陽離子交換的Y沸石催化劑上甲苯與甲醇的烷基化反應(yīng)，可得到45%~50%相對高含量的對位異構(gòu)體，突破了該溫度下的熱力學(xué)平衡值，呈現(xiàn)出一定的對位選擇性。目前，Mobil公司的Chen等以ZSM-5為催化劑，進(jìn)行了甲苯甲醇選擇性烷基化的系統(tǒng)對二甲苯的含量比以往要高很多。催化劑得到的液體產(chǎn)物中，HZSM-5發(fā)現(xiàn)采用大晶粒研究，本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第4頁自此以后，一系列使ZSM-5分子篩催化劑在甲苯烷基化反應(yīng)中產(chǎn)生高對位選擇性的處理技術(shù)相繼見諸報道，改性ZSM-5的相關(guān)文獻(xiàn)也很多。綜合分析發(fā)現(xiàn)，ZSM-5是甲苯甲醇烷基化反應(yīng)合成對二甲苯較合適的擇形催化材料。目前，國內(nèi)外甲苯甲醇烷基化催化劑研究都是圍繞 ZSM-5沸石展開。甲苯甲醇烷基化合成PX（簡稱MTX）是一條新工藝路線。與傳統(tǒng)的甲苯歧化工藝相比，該工藝技術(shù)的最大優(yōu)勢是以甲苯和低成本的甲醇作為原料， 生產(chǎn)出高濃度的PX,而僅有很少量的副產(chǎn)物苯和Co新工藝中，甲醇的引入提高了甲苯利用率，理論上每生產(chǎn)1噸PX只需9要耗用1噸的甲苯，而傳統(tǒng)的甲苯歧化工藝，每生產(chǎn)1噸PX需要耗用約25噸的甲苯，且副產(chǎn)物較多。因此新工藝收率高，成本低。2000年以前，發(fā)展比較緩慢，但供需關(guān)系相對平衡，2000年國內(nèi)自給率為88%;2000年到2010年，中國PX項目迅速發(fā)展，生產(chǎn)能力一躍成為世界第一； 2010年至2013年，國［3］。資料顯示，2012內(nèi)市場需求持續(xù)走高，而PX建設(shè)卻步伐放緩，產(chǎn)能開始無法滿足需求年，中國對PX的實際需求為1385萬噸，已經(jīng)成為全球最大的PX消費國，占全球消費量的32%,但中國PX總產(chǎn)能僅為880萬噸，自給率只有63%。這是由于近年來產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不均衡，才會導(dǎo)致出現(xiàn)了原料PX發(fā)展速度相對緩慢。然而下游PTA產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍然呈迅猛的態(tài)勢，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)鏈上下游產(chǎn)品布局不同步。目前我國PTA企業(yè)大多依賴進(jìn)口解決PX的供應(yīng)，我國現(xiàn)有和未來新增的PTA裝置仍主要集中在華東、華南沿海地區(qū)，該地區(qū)的PX供需缺口將進(jìn)一步擴大，尤其是浙江、江蘇和福建地區(qū)。國內(nèi)新建PX裝置，要從有利于促進(jìn)下游PTA產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度考慮，在解決原料供應(yīng)的前提下，應(yīng)優(yōu)先考慮在貼近下游PTA市場布局的PX項目，如沿江、沿海等省市，發(fā)揮項目的區(qū)域優(yōu)勢，在局部地區(qū)形成上下游一體化的產(chǎn)業(yè)鏈，增加 PX-PTA-聚酯產(chǎn)業(yè)鏈的整體競爭力。由于國內(nèi)煤資源豐富，煤制甲醇產(chǎn)能過剩。而且目前市場上甲醇價格約2800元/噸，而甲苯則高達(dá)l萬元/噸。因此，甲苯甲醇烷基化合成PX技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，實現(xiàn)了煤化工與石油化工的有機結(jié)合，將有效緩解國內(nèi)甲醇產(chǎn)能過剩的問題。一個國家的化工水平有幾個指標(biāo)可以大致概括一下， 一個是它的煉油能力，還有一個是乙烯的產(chǎn)量，PX即二甲苯的產(chǎn)量也是一個國家化工化學(xué)水平的重要指標(biāo)。PX即二甲苯的產(chǎn)量也是反映一個國家化工水平的標(biāo)志性產(chǎn)品，這就說明 PX是一個非常重要的戰(zhàn)略物品。2012年l2月27日，國內(nèi)首套甲苯甲醇烷基化工業(yè)裝置在揚子石化完成工業(yè)運行試驗。運行結(jié)果表明，裝置滿負(fù)荷運行平穩(wěn)，各項技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計值，工藝技術(shù)方案可行。這標(biāo)志著中國本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第5頁石化成為擁有甲苯甲醇烷基化專有技術(shù)的公司，而且為今后芳爛裝置的增產(chǎn)擴能和芳姓生產(chǎn)過程中原料和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整， 實現(xiàn)芳姓生產(chǎn)原料的多元化，提供了強有力的技術(shù)支撐，具有較好的經(jīng)濟效益和重要的戰(zhàn)略意義。而本設(shè)計擬采用AspenPlus等專業(yè)化工軟件對采用甲苯甲醇烷基化法年產(chǎn) 30萬噸PX的生產(chǎn)車間進(jìn)行模擬、分析，并進(jìn)行設(shè)備選型和設(shè)計，對生產(chǎn)過程進(jìn)行工程優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上對生產(chǎn)過程的經(jīng)濟、環(huán)保等性能進(jìn)行計算分析。在擁有更高的轉(zhuǎn)化率的同時更加的經(jīng)濟環(huán)保。因此，對甲苯甲醇烷基化法年產(chǎn) 30萬噸對二甲苯車間的設(shè)計具有非常重大的意義。2.1.2原料選取以及產(chǎn)物標(biāo)準(zhǔn)本項目的產(chǎn)品方案以國家的行業(yè)政策和行業(yè)的發(fā)展規(guī)劃為依據(jù)進(jìn)行確定， 并充分考慮國圖。因此，本項目一期工程產(chǎn)品方案為聯(lián)產(chǎn)高純度對二甲苯內(nèi)國際的市場前景和市場容量（PX）、乙烯和苯。在生產(chǎn)過程中副產(chǎn)的其他產(chǎn)品可以繼續(xù)利用，仍然具有經(jīng)濟價值，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的提升。本項目的主要產(chǎn)品為PX,年產(chǎn)量30萬噸，含量99.7%,屬于優(yōu)等品。石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)如表2.1所示。表2.1中華人民共和國石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（ SH/T1486.1-2008工業(yè)對二甲苯）一等品項目項目>99.7%99.5>純度（非芳煌含量%0.10<0.10<0.10甲苯含量%0.10<<0.200.30%EB含量<<<%0.200.30含量MX<0.10<OX含量%0.10<2.00.10%總硫含量<<1010顏色（粕一鉆色號）酸層顏色應(yīng)不深于重銘酸鉀含量為 0.10g/L標(biāo)準(zhǔn)比色液的顏色酸洗比色mgBr/100g澳指數(shù)（）200<200本廠選用進(jìn)口的甲苯和廠家直銷的甲醇及工藝軟水為原料，甲苯的價格為 8000元/噸。左右。95%通過下表我們知道進(jìn)料甲苯濃度在2.2甲苯規(guī)格見下表.本科畢業(yè)設(shè)計說明書 6頁第表2.2甲苯規(guī)格（符合GB3406-1990?石油甲苯？優(yōu)級品指標(biāo)）實驗方法項目優(yōu)級品透明液體，無不溶水機械雜質(zhì)外觀 目測20GB/T3143單位粕一鉆色號）不深于顏色（Hazen865?868GB/T2013 20密度（0C）kg/m30.05GB/T3144 （m/m）《苯含量%.05GB/T3144C8含量％（m/m）<0.20GB/T3144非芳蝶含量%（m/m）<2SH/T0253mg/kg總硫含量<5GB/T3209（蒸發(fā)殘余物mg/kg本廠選擇國內(nèi)廠家直銷的甲醇為原料。 甲醇的價格為2500元/噸。詳細(xì)數(shù)據(jù)見表。通過下表我們知道甲醇的濃度在 99流右。表2.3甲醇規(guī)格（符合GB3406-1990?工業(yè)用甲醇？優(yōu)級品指標(biāo)）優(yōu)等品項目5色度（粕一鉆色號）& 791?792kg/m3密度（20C）0.8沸程50高鎰酸鉀試驗/min＞通過試驗水溶性t驗0.10%水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜0.0015酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜ 0.002%談基化合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（以 HCHO計）&0.001%蒸發(fā)殘渣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＜50/Hazen硫酸洗滌試驗單位（粕一鉆色號）＜制備工藝的選取PX是發(fā)展化纖的主要原料來源，其主要用途是作為PTA或DMT（對酚獻(xiàn)二甲酯）的原料，二者是聚酯纖維和各種塑料產(chǎn)品的重要原料。生產(chǎn)PX的途徑，一是從重整混合二甲苯的PX二是將不含是一個物理過程；組份分離出來，PX中通過吸附分離等物理過程將其中的.本科畢業(yè)設(shè)計說明書混合二甲苯通過二甲苯異構(gòu)化反應(yīng)轉(zhuǎn)化成PX平衡物后再通過吸附分離技術(shù)進(jìn)行分離；三是將C7A及C9A等非二甲苯組份通過歧化與烷基轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化成含有 PX的混二甲苯平衡物過程，其中途徑二和三是化學(xué)過程。分離混二甲苯四種異構(gòu)體的工業(yè)方法中，其物理過程主要有深冷結(jié)晶法、絡(luò)合分離法、吸附分離法，其次還有共品、磺化等方法，其中以吸附分離法最為［5］。的ELUXYL工藝）先進(jìn)（目前世界上主要有美國UOP的PAREX工藝和法國IFPY沸石通過陽離子交換的方式催化甲醇和甲苯發(fā)生烷基化反應(yīng)的原理是在上個世紀(jì)七八十年代被 Yashima等人最先發(fā)現(xiàn)的。通過Y沸石的這種催化方式可以得到對二甲苯含量高達(dá)45%-50%的混合二甲苯，比之前其他的反應(yīng)方式的熱力學(xué)平衡值都要高出很多，表現(xiàn)出了相對較高的對位選擇性。最近，利用ZSM-5作為催化劑對甲苯甲醇發(fā)生烷基化反應(yīng)的選擇性進(jìn)行系統(tǒng)化研究的人員是以來自美國Mobil的Chen等人為首的。研究人員發(fā)現(xiàn)利用較大品?；腍ZSM-5作為冏。在PX的選擇性明顯提高，且轉(zhuǎn)化率也有明顯提升催化劑得到的最終產(chǎn)物混合二甲苯中，此次研究之后，利用 ZSM-5催化甲苯甲醇烷基化法來制備PX的處理技術(shù)不斷被研究，其相關(guān)資料報道也日漸增多。綜合目前的研究發(fā)現(xiàn)，甲醇甲苯烷基化反應(yīng)合成PX選擇性較高的催化劑就是ZSM-5。就目前而言，國內(nèi)化工行業(yè)甲苯甲醇烷基化反應(yīng)所使用的催化劑都是在ZSM-5催化劑基礎(chǔ)上展開的。本次課題采用的制備方法和美國Mobil公司提出的是一致的。這是一條新興的生產(chǎn)工藝。其與國內(nèi)傳統(tǒng)的通過甲苯歧化或者混合二甲苯異構(gòu)化來制備 PX的方法相比，最大優(yōu)點是以低價的甲苯和甲醇通過較高的轉(zhuǎn)化率生產(chǎn)出高濃度的 PX,而且只含有極少量的污染低的副產(chǎn)『］。從理論上分析，每生產(chǎn)1份的PX物所需要的甲苯量也只要1份，其效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國內(nèi)傳統(tǒng)的制備方式。廠址選擇原則（1）廠址位置必須符合國家工業(yè)布局，城市或地區(qū)的規(guī)劃要求，盡可能靠近城市或城鎮(zhèn)原有企業(yè)，以便于生產(chǎn)上的協(xié)作，公用工程的供應(yīng)，生活上的方便。廠址宜選在原料、公用工程供應(yīng)和產(chǎn)品銷售便利的地區(qū)，并在儲運、機修、公用工程和生活設(shè)施等方面有良好基礎(chǔ)和協(xié)作條件的地區(qū)。)廠址應(yīng)靠近水量充足的水質(zhì)良好的水源地，當(dāng)有城市供水，地下水和地面水三種供2本科畢業(yè)設(shè)計說明書 頁第8水條件時，應(yīng)該進(jìn)行經(jīng)濟技術(shù)比較后選用。(3)廠址應(yīng)盡可能靠近原有交通線(水運、鐵路、公路)，即應(yīng)有便利的交通運輸條件。以避免為了新建企業(yè)需修建過長的專用交通線，增加新企業(yè)的建廠費用和運營成本。在有條件的地方，要優(yōu)先采用水運。對于有超重、超大或超長設(shè)備的工廠，還應(yīng)注意沿途是否具備運輸條件。(4)廠址應(yīng)盡可能靠近熱電供應(yīng)地，一般地講，廠址應(yīng)該考慮電源的可靠性(中小型工廠尤其如此)，并應(yīng)盡可能利用熱電站的蒸汽供應(yīng)，以減少新建工廠的熱力和供電方面的投資。(5)廠址應(yīng)盡量考慮勞動力來源豐富、人力成本低、人口素質(zhì)較高的地點。(6)選廠應(yīng)注意節(jié)約用地，不占或少占良田、好地、菜園、果園等。廠區(qū)的大小、形狀和其它條件應(yīng)滿足工藝流程合理布置的需要，并應(yīng)有發(fā)展的可能性。(7)選廠應(yīng)注意當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境條件，并對工廠投產(chǎn)后對于環(huán)境可能造成的影響做出評價。工廠的生產(chǎn)區(qū)、排渣場和居民區(qū)的建設(shè)地點應(yīng)同時選擇。(8)散發(fā)有害物質(zhì)的工業(yè)企業(yè)廠址，應(yīng)位于城鎮(zhèn)相鄰工業(yè)企業(yè)和居住區(qū)全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)，且不應(yīng)位于窩風(fēng)地段。(9)有較高潔凈度要求的生產(chǎn)企業(yè)廠址，應(yīng)選擇在大氣含塵量低，含菌濃度低，無有害氣體，自然環(huán)境條件良好的區(qū)域，且應(yīng)遠(yuǎn)離鐵路、碼頭、機場、交通要道，以及散發(fā)大量粉塵和有害氣體的工廠、儲倉、堆場等有嚴(yán)重空氣污染、水質(zhì)污染、振動或噪聲干擾的區(qū)域。如不能遠(yuǎn)離有嚴(yán)重空氣污染區(qū)時，則應(yīng)位于其最大頻率風(fēng)向上風(fēng)側(cè)，或全年最小頻率風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)。(10)廠址應(yīng)避離低于洪水位或在采取措施后仍不能確保不受水淹的地段； 廠址的自然地形應(yīng)有利于廠房和管線的布置，內(nèi)外交通聯(lián)系和場地的排水。(11)廠址附近應(yīng)有可靠的污水處理設(shè)施，如工廠自建污水處理廠，且處理達(dá)標(biāo)后的污水要直接排入廠址附近的自然水體，則其排污點需得到環(huán)評報告的論證和相關(guān)部門的批準(zhǔn)。(12)廠址應(yīng)不妨礙或破壞農(nóng)業(yè)水利工程，應(yīng)盡量避免拆除民房或建、構(gòu)筑物，砍伐果園和拆遷大批墓穴等。(13)廠址應(yīng)具有滿足建設(shè)工程需要的工程地質(zhì)條件和水文條件。(14)廠址應(yīng)避免布置在下列地區(qū)：地震斷層帶地區(qū)和基本烈度為9度以上的地震區(qū)；土層厚度較大的田級自重濕陷性黃土地區(qū)；易受洪水、泥石流、滑坡、土崩等危害的山區(qū)；有卡斯特、流砂、游泥、古河道、地下墓穴、古井等地質(zhì)不良地區(qū)；有開采價值的礦藏地區(qū)；本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第9頁對機場、電臺等使用有影響的地區(qū)；有嚴(yán)重放射性物質(zhì)影響的地區(qū)及爆破危險區(qū)；國家規(guī)定的歷史文物，如古墓、古寺、古建筑等地區(qū)；園林風(fēng)景和森林自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景游覽地區(qū)；水土保護(hù)禁墾區(qū)和生活飲用水源第一衛(wèi)生防護(hù)區(qū)； 自然疫病區(qū)和流行病地區(qū)。上述是工廠選址的基本要求，為滿足這些要求，我們可以選擇江蘇南京化工工業(yè)園區(qū)內(nèi)。工藝路線說明甲苯甲醇烷基化工段甲苯甲醇烷基化工段示意圖圖2.4反應(yīng)容器為平推流反應(yīng)器。ZSM-5,本次工藝設(shè)計采用的原材料為甲醇和甲苯，催化劑為作為催化劑對甲苯甲醇發(fā)生烷基化反應(yīng)的選擇性進(jìn)行系統(tǒng)化研究的人員是以來ZSM-5（利J用冏作為催化劑得研究人員發(fā)現(xiàn)利用較大晶?；?。 的Chen等人為首的HZSM-5自美國Mobil且轉(zhuǎn)化率也有明顯提升。在此次研究之PX的選擇性明顯提高，到的最終產(chǎn)物混合二甲苯中，的處理技術(shù)不斷被研究，具相關(guān)資料報道催化甲苯甲醇烷基化法來制備 PX后，利用ZSM-5［9］選擇性較高的催化劑就是PX甲醇甲苯烷基化反應(yīng)合成。綜合目前的研究發(fā)現(xiàn)，也日漸增多1bar壓力為來自甲醇儲存罐的溫度為25C、ZSM-5。）整個甲苯甲醇烷基化工段大致流程為：中進(jìn)行充分的混的甲苯在混合容器Mllbar的甲醇和來自甲苯儲存罐的溫度為25C、壓力為C。反應(yīng)物料經(jīng)加熱后400內(nèi)部壓力設(shè)置為H133bar出口溫度合后進(jìn)入換熱器H1。換熱器反應(yīng)方程式C,400在平推流反應(yīng)器用，ZSM-5作催化劑、反應(yīng)溫度為R1進(jìn)入平推流反應(yīng)器如下：主反應(yīng)反應(yīng)方程式結(jié)構(gòu)示意圖 2.5圖本科畢業(yè)設(shè)計說明書 頁第10由基本反應(yīng)式我們知道，實質(zhì)是甲基取代了甲苯上甲基對位的氫原子，從而生產(chǎn)對二甲［10］。該過程的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率約為30%,PX的選擇率約為苯的過程80%。通過對反應(yīng)器的計算，我們可以知道反應(yīng)的主要參數(shù)（詳細(xì)計算見下文）。利用這些參數(shù)，并帶入到AspenPlus中，我們可以得到反應(yīng)結(jié)果數(shù)據(jù)。其主反應(yīng)器即平推流固定床反應(yīng)器在AspenPlus中的設(shè)計參數(shù)如下圖2.6:圖2.6反應(yīng)器設(shè)計參數(shù)示意圖水分離工段由上一工段反應(yīng)方程式中我們知道，反應(yīng)產(chǎn)物有大量無污染的產(chǎn)物HO產(chǎn)生。此工段目2的為將水從反應(yīng)產(chǎn)物中分離出去。圖2.7水分離工段示意圖本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第11頁來自上一工段的高溫產(chǎn)物經(jīng)換熱器H2將溫度降低至50c后，進(jìn)入傾析器D1。由于水在有機相甲苯、PX中溶解度極低，所以采用簡單的傾析器就可以將水分離出去。水相經(jīng)管道G5流向水-甲醇分離器，有機相則流入下一工段。經(jīng)過此工段后有機相含水量可以忽略不計，分離效果較好，設(shè)備簡單經(jīng)濟，充分滿足了設(shè)計原則與要求。甲醇提純工段本工段采用的是簡單閃蒸罐來提高未反應(yīng)甲醇在水中的濃度。由于甲醇和水是共沸的，所以簡單閃蒸不能完全將甲醇從水中分離出來。而且水的量比較大又是反應(yīng)的產(chǎn)物。所以將甲醇的濃度提高到主反應(yīng)所需最低濃度即可。這樣既降低了生產(chǎn)成本，又滿足了工藝的要求。其在Aspen中的簡單示意圖如下：CHaTOC\o"1-5"\h\z一ICH4G|->K n一, , > [Kh-H I——甲醇簡單提純工段示意圖圖 2.8左右，基本滿足50%通過傾析器分離出來的甲醇溶液起始濃度較低，通過簡單閃蒸可達(dá)中可查閱。Aspen文件PX30.2.apwz反應(yīng)需求。閃蒸罐的參數(shù)設(shè)置在產(chǎn)物脫甲醇精儲工段2.2.4本次工藝設(shè)計中甲醇和產(chǎn)物中水以及混合二甲苯均互溶共沸， 難分離。為獲得高濃度的，先通過精微將傾析罐中為分離出來的甲醇進(jìn)一步的脫除。 其工藝過程為通過傾析罐的產(chǎn)PX中。含有高濃度的甲醇以及少量有機相的溶液，由有機相精儲塔R2物有管道G6通入甲醇-的工藝參數(shù)在R2中再次利用。精儲塔M1精儲塔頂端流出，其可以作為反應(yīng)原料通入混合器 2.9。下文有具體分析。其簡單示意圖見圖-甲苯二甲苯精儲工段2.2.5經(jīng)過傾析塔，脫甲醇精儲塔兩個工段后溶液主要組成為二甲苯和甲苯。 甲苯和二甲苯沸

本科畢業(yè)設(shè)計說明書頁本科畢業(yè)設(shè)計說明書頁12第點相近不能通過簡單蒸儲分離出來。因此需要設(shè)計一個共沸精儲塔來分離。產(chǎn)物脫甲醇精儲塔工段簡單示意圖圖 2.9沸點較大，從塔底流出，甲苯沸點較小從塔頂流出。精儲出來的甲苯溶液目標(biāo)產(chǎn)物PX以及PX溶液是由80%的M1也可作為反應(yīng)的原材料通入混合器中。從精儲塔底出來的PX則PX同為異構(gòu)體的二甲苯性質(zhì)相似，若要得到更高純度的20%鄰間二甲苯組成的混合溶液。需要進(jìn)一步的精儲。本次設(shè)計不予考慮了。此工段的設(shè)備和上一工段一致，簡單示意一致， 2.9見圖即可。如下：2.12、2.132.11AspenPlus甲醇精儲塔和甲苯精儲塔在中的設(shè)計參數(shù)見表 2.10、、sirifi ?Conhgiiration埠KactienEPr-ui? MeldupNueb可而tmfcES'Nsirifi ?Conhgiiration埠KactienEPr-ui? MeldupNueb可而tmfcES'NSetupPrcpflrtySeUnr曲tin，F(xiàn)lcw1油庭a%心加3*HlockfDJL.Fl口K—匚,H2亡：MlLFl/M'.itir.jbereaclhorDi-imctE胤ii白。IdrigtheIengthafthereactorDMmeren0.02mf*tAf /。:H.eacloBrise:QmeterQRcact&pqriqluQ■二J 1PlulessWeenc.TFiem.fkiid？tre5m.，日3ar-JhWu汨▼ |ZndlliquidTubedimension:Length;143mrteT畫Setup同Conv^rcEnce直1RepoitLJstrSubrgutiinecard■F?一，r■kMiruiL十UnitSetsUhitsB國。立已iControl酸存* P^nelRudi 二Summar,f'\Hiscry|_JUtiHyCcis 式ReportSuiTiriiaiy. r■■-rr,n*ir .Xnrtwrty Jih, FhreSvActlVEtBd 二 二Anai^s /DataFrl 地 PrcssunAnalMkLation彳 MlainFlowsheetRI<RPIu9]"|+1甲醇精儲塔設(shè)計參數(shù)示意圖圖 2.10中，對Plus。將主要參數(shù)帶入到，物料進(jìn)出比主要設(shè)計參數(shù)有：回流比4.80.58Aspen精儲過程進(jìn)行模擬，可以得到精儲塔各個塔板的參數(shù)。.本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第13頁

圖2.11甲醇精儲塔設(shè)計參數(shù)示意圖圖2.12 甲苯精儲塔設(shè)計參數(shù)示意圖 12甲苯精儲塔設(shè)計參數(shù)示意圖 2.13圖本科畢業(yè)設(shè)計說明書14本科畢業(yè)設(shè)計說明書14頁第從上面3張截圖，我們可以看到精儲塔的主要設(shè)計參數(shù)，通過對這些參數(shù)的設(shè)計,可以將模擬過程順利進(jìn)行。上圖中主要設(shè)計參數(shù)有：塔板數(shù)，進(jìn)料塔板數(shù)，精儲塔壓降，塔板壓降，溫度以及回流比等等。甲苯甲醇烷基化法工藝流程模擬將甲苯甲醇混合后，通入換熱加熱至指定溫度400C,再通入平推流反應(yīng)器中。由于反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以反應(yīng)器R1出口溫度較高，需要先降低溫度再通傾析罐中。這里是采用換熱器進(jìn)行降溫的。冷源可以選擇由甲醇提純階段得到的水以及自來水組成。經(jīng)過換熱后的水已成為水蒸汽，可供暖。經(jīng)過換熱后的物料進(jìn)入傾析罐，通過傾析罐我們可以除去產(chǎn)物中大量水分。通過傾析罐后物料分成兩股物流，即水相和有機相。由于水相中含有大量未反應(yīng)的甲醇，可以經(jīng)過提純后在作為原料通入混合器中， 節(jié)省原料支出成本。因此本工藝過程設(shè)有甲醇溶液閃蒸罐，用來將甲醇溶液濃度提高至可利用濃度下限之上。有機相則進(jìn)入脫甲醇工段。有機相經(jīng)過甲醇精儲塔后，甲醇由塔頂流出（作為初始反應(yīng)物料回收），甲苯和二甲苯混合物料從塔底流出。由塔底流出的物料經(jīng)泵加壓后繼續(xù)進(jìn)入下一工段，甲苯-二甲苯精儲分離出甲苯，甲苯沸點較低由塔頂流出后回收。二甲苯沸點較高由塔底流出，由于其性質(zhì)較為活潑，易燃易爆，所以應(yīng)有保溫設(shè)置，避免明火，直接導(dǎo)入二甲苯儲存罐。其整個流程圖如下圖 2.9所示。.本科畢業(yè)設(shè)計說明書 頁15第口Results口Profiles，StreamResultsUStrearnResults(Clb以SummaryISpecificationsHomeR211LiquidMgleR2265LiquidMoleP5eudcstreamsNamePseudoStreamTyptStjgeInternalPhaseRebaEecncmicsDynamicsEquationOrientedViewCustomizeGetStaJtCut4jCopyT卷PamClipboardSimulationMETCBAR-宇UnitSetsUnits?>■hm位z。碳Control甑i&心PanelRun 后?ModelSummary,_Input

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AnyNoYesNoRSTOICRYIELDNoNoNoAnyREQUILNoNoNoAnyRGIBBSNoNoNoAnyRBATCHYesYesYes1RCSTRYesYesYesAnyRPLUGYesYesYes1FeedRigorousKineticsModelStoichiometryFeedRigorousKineticsModelStoichiometry查閱資料，我們知道平推流反應(yīng)器是指物料的流動狀況滿足平推流的假定， 即通過反應(yīng)器的物料沿同一方向上以相同速率向前流動，在流動方向上沒有物料的返混，所有物料在反應(yīng)器中的停留時間都是相同的。 在定態(tài)下，同一截面上的物料組成不隨時間而變化。實際生產(chǎn)上，對于管徑較小、長度較長、流速較大的管式反應(yīng)器、列管固定床反應(yīng)器等，?？砂雌剑?4］o在整個工RPLUG)推流反應(yīng)器處理。因此最適合本次設(shè)計的反應(yīng)器是平推流反應(yīng)器(即藝中反應(yīng)器無疑是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)?；瘜W(xué)上反應(yīng)器的定義是將反應(yīng)物通過化學(xué)的方式轉(zhuǎn)化成所需要的目標(biāo)物質(zhì)的裝置，在化工行業(yè)甚至在工業(yè)領(lǐng)域都是極其重要的關(guān)鍵設(shè)備。 因此，需要不同類型的反應(yīng)來適應(yīng)不同的化學(xué)反應(yīng)方式。而選擇反應(yīng)則成為設(shè)計師考慮生產(chǎn)工藝設(shè)備的［15］。對反應(yīng)器的設(shè)計則更為重要，其不但能影響化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行程度、一個重要的環(huán)節(jié)方式，還影響了物料進(jìn)出反應(yīng)器的處理方式，如：提前預(yù)熱、產(chǎn)物冷卻。因此，反應(yīng)器的選型設(shè)計環(huán)節(jié)是應(yīng)該從整個工藝的多方面考慮的。.本科畢業(yè)設(shè)計說明書頁20第根據(jù)經(jīng)驗我們知道設(shè)計反應(yīng)器最先是選擇反應(yīng)的類型以及操作的方式。 接著是根據(jù)工藝要求確定化學(xué)反應(yīng)以及進(jìn)料的特點。最后才是計算環(huán)節(jié)，來確定各個參數(shù)如：物料流速、反應(yīng)溫度和壓力等等。確定外在參數(shù)后，根據(jù)國標(biāo)選定反應(yīng)的材質(zhì)以及反應(yīng)器各個裝置的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。止匕外，我們還應(yīng)本著節(jié)約成本和環(huán)境友好的原則，做額外的考慮。3.1.2設(shè)計重點在對反應(yīng)進(jìn)行設(shè)計時，我們不但要滿足傳統(tǒng)意義上的 合理、先進(jìn)、安全、經(jīng)濟”四大原則，還要充分考慮到化學(xué)反應(yīng)的特點來進(jìn)行設(shè)計，其重點如下：(1)物料停留時間，反應(yīng)溫度壓強的范圍；(2)部件的材質(zhì)、規(guī)格應(yīng)按照國標(biāo)來選取，方便規(guī)格生產(chǎn)；(3)考慮物料的混合，反應(yīng)溫度的變化，添加輔助部件，如：攪拌器，保溫裝置。3.1.3設(shè)計計算易知：反應(yīng)所需體積=反應(yīng)停留時間鄧積流量本次設(shè)計年產(chǎn)量為30萬噸，從理論上分析所需原料進(jìn)料量為甲苯和甲醇都為3/h,反應(yīng)停留時間1.74s,則反應(yīng)體積為353.77kmol/h,換成體積流量總流量為541204.98nr。35.12m取催化劑裝填空隙率為0.46,考慮上催化劑在反應(yīng)器內(nèi)所占體積，則反應(yīng)器的總體積為3。=65.037m=35.12/(1-0.46)V0對于列管式固定床反應(yīng)器，首先應(yīng)根據(jù)傳熱要求選定選擇32M.5mm的不銹鋼管作為反應(yīng)器的反應(yīng)管規(guī)格，再求出反應(yīng)管根數(shù)n0反應(yīng)管內(nèi)徑：di=32-3.5*2=25mm=0.025m反應(yīng)管根數(shù)VArn22Hddii44n=200由公式可得經(jīng)圓整可得，反應(yīng)管根數(shù)為200根。帶入AspenPlus模擬軟件可得到反應(yīng)器產(chǎn)物組成，帶入數(shù)據(jù)主要為反應(yīng)器總長10m,管道數(shù)200,管徑0.02m,管道采用正三角排列方式。此外反應(yīng)溫度為400C,則需要保溫裝置。反應(yīng)管采用正三角形排列，如圖所示本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第21頁反應(yīng)器列管排列示意圖圖 3.2列管間距為t=1.368d。式中的do為列管的外徑；0.5-0.5a=(1/6)*(12n-3)式中的n為列管數(shù)；b=2a+1式中的b為六邊形層數(shù)；e=1~1.5d0式中的e為最外層列管到殼體的距離；D=t*(b-1)+2e式中的D為反應(yīng)器的殼體直徑；帶入數(shù)據(jù)可得t=1.368*4=5.472b=16.33*2+1=33.66e=1.1d=1.1*0.082=0.0902m0D=t*(33.6-1)+2*0.0902=3.844m故反應(yīng)器的直徑為4.0m,催化劑的填充高度為5.6m,取管長為13.2m,考慮封頭的高度h=1.1m,可得反應(yīng)器的長度為H=14.3m本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第22頁反應(yīng)器參數(shù)一覽表表 3.3規(guī)格項目R1設(shè)備名稱標(biāo)準(zhǔn)橢圓 封頭類型列管式反應(yīng)器反應(yīng)器類型總長14.3m直徑4m尺寸1數(shù)量臺400反應(yīng)溫度C33bar反應(yīng)壓力06Cr19Ni10選用材質(zhì)下面對反應(yīng)壁厚進(jìn)行計算：反應(yīng)器的設(shè)計壓力P=0.5MPa（考慮到實際壓力降應(yīng)小于設(shè)計壓力，保證生產(chǎn)安全。），c內(nèi)徑D=600mm,取設(shè)計溫度為100C,取填料塔的材質(zhì)為20R,則查數(shù)據(jù)表可知其45=133Mpa焊接接頭系數(shù)為1,將其帶入下述公式：PD匕 tP0.52得6=4.56mm<5mm所以取壁厚值為5mm。=6+C=5mm查鋼板厚度偏差表，得C為0.6mm。那么則取腐蝕余量為C=2mm612d2占=占+A=10m用口反應(yīng)器的壁厚的名義厚度為10mm。+C〔nd下面對反應(yīng)器的封頭厚度進(jìn)行計算：本次反應(yīng)器設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，即：橢圓長短軸之比等于 2。其最大薄膜應(yīng)力位于橢圓的頂點，具厚度計算方式與壁厚計算方式一致。但為了防止封頭在壓縮應(yīng)力下產(chǎn)生折皺，要求標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭的計算厚度不得小于封頭內(nèi)直徑的0.15%（即：0.9mm,經(jīng)計算可知封頭厚度滿足這個要求）。由公式PDictP0.52.第23頁本科畢業(yè)設(shè)計說明書第23頁所以取壁厚值為。得計算厚度3mm5=2.3mm<3mm,=6+C=5mml查鋼板厚度偏差表，得C為0.6mm。那么名取腐蝕余量為C=2mm,則須22=占十4=6mm即反應(yīng)器的橢圓形封頭的名義厚度為6mm。+C義厚度&dn3.2換熱器3.2.1熱集成在工藝生產(chǎn)過稱中，物料往往需要加熱或者冷卻。在不同物料流股之間，往往可以通過相互傳熱達(dá)到被加熱或者被冷卻的目的。雖然工業(yè)生產(chǎn)過程中，有很多可以提供熱量的設(shè)備，也有很多冷卻裝置，但是這些設(shè)備都需要大量的能源。為了達(dá)到節(jié)省能源的目的，就可以考慮物料流股之間的熱量交換，以達(dá)到熱量的最大回收利用，實現(xiàn)工藝過程效率的提升。而熱集成網(wǎng)絡(luò)可以很好的實現(xiàn)以上目的，達(dá)到工藝過程效率的提升。熱集成網(wǎng)絡(luò)的最基［17］。利用換熱器的原理，實現(xiàn)物流熱量之間的交換，使冷熱物料溫度趨于本組成就是換熱器所需值。因此利用熱集成網(wǎng)絡(luò)不但可以很好的實現(xiàn)熱量回收和二次利用，而且還可以最大限度的節(jié)省建設(shè)投資。此次設(shè)計采用AspenPlus模擬軟件中的能量分析軟件進(jìn)行對系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，對冷熱物流之間的接觸進(jìn)行了選擇。其不但充分實現(xiàn)了熱能的利用效率，還保障了生產(chǎn)的安全性以及可操作范圍表3.8換熱網(wǎng)絡(luò)熱負(fù)荷參數(shù)Q熱物料熱物料熱物料熱物料流量冷物料編號冷物料流量換熱器冷物料熱負(fù)荷冷物料kmol/hkmol/hKJ/h出溫（（進(jìn)溫））進(jìn)溫出溫（）物質(zhì)物質(zhì)（C）（C）（C）（C）*700100）20100反應(yīng)器1（350進(jìn)料加熱23203.70E+07反應(yīng)器出料進(jìn)料24000*1060**）220出料冷卻冷卻水5.30E+07（65（反應(yīng)器）350100出料340*）128350甲苯再沸器10031700000081塔底待1995反應(yīng)器（出料沸物*450306112冷卻水804甲苯冷凝器1530000塔頂儲20（）65出物I Ml 『***）為溫度二級控制注：含（）的為大致估計數(shù)據(jù)，具體流量由溫度自控系統(tǒng)調(diào)控，（本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第24頁表3.9熱集成效果圖通過熱集成的設(shè)計，我們知道此次設(shè)計共采用了5個換熱器以及換熱所需冷物料的流量，下面對換熱器進(jìn)行選型設(shè)計。換熱器概論在工業(yè)生產(chǎn)中換熱器是常見裝置之一，其基本作用就是使兩種（或者兩種以上）不同溫度的流體在其內(nèi)部發(fā)生熱量交換，以達(dá)到改變物流熱力學(xué)狀態(tài)的目的。AspenPlus中提供了五種不同類型的換熱器，如表3.3所示。在設(shè)計工藝過程時，需要根據(jù)不同的條件選擇合適類型的換熱器。表3.10換熱器單元模塊介紹用于模型說明目的加熱器、冷卻器、 加熱器或冷卻器 確定出口物流的熱和Heater冷凝器等相態(tài)條件兩股物流的換熱器， 在兩個物流之間換熱兩股物流換熱器 HeatX知道尺寸時，核算管殼式換熱器多股物流換熱器在多股物流之間換熱 多股物流換熱器 MHearX管殼式換熱器，包括換提供 B-JACHetam管殼式換熱器Hetram釜式再沸器 熱程序界面錯流式換熱器包括空提供 B-JACAerotran空冷換熱器 Aerotran換熱器程序界面氣冷卻器本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第25頁隨著工藝生產(chǎn)的發(fā)展，作為工藝生產(chǎn)過程中極其重要的設(shè)備之一， 換熱器的類型也在不斷地增加，其應(yīng)用領(lǐng)域也得到了大幅度的擴張，如：石油化工、醫(yī)學(xué)制藥、日常生活、冶金行業(yè)、輕功業(yè)，甚至于交通部門等等。由于工業(yè)的快速發(fā)展，世界能源的大量消耗，使得換熱器有了一個新的作用。在工業(yè)生產(chǎn)過稱中，反應(yīng)物以及反應(yīng)產(chǎn)物往往有大量的熱能。所以[16]o改進(jìn)換熱器，提高效率，可以減少熱能浪費，達(dá)到熱能的重新利用，較少能源消耗本次設(shè)計采用的換熱器主要為Heater和HeatX倆種。在甲苯甲醇烷基化工段所使用的換熱器主要是預(yù)熱物料，采用的是Heater型換熱器。其余工段采用的換熱器類型均為HeatX型，其主要目的是將物料冷卻，并回收部分熱能。換熱器選型換熱器的選型是設(shè)計換熱器必不可少的一步。對于此次設(shè)計，以HeatX為例介紹，因為經(jīng)過換熱器的兩股流體的溫度相差并不是很大，所以可以采用管殼式換熱器進(jìn)行設(shè)計。管殼式換熱器的主要類型及特點如下：(1)定定管板式換熱器：結(jié)構(gòu)簡單，造價低，但是難以清洗和檢查維修，對殼程流體要求較高，流體要清潔，不易結(jié)垢，不能有腐蝕性。(2)U形管式換熱器：殼程清洗簡單，但是管子難以清洗，而且管子一旦損壞就難以更換，換熱效率也有限。(3)浮頭式換熱器：檢查維修都比較簡單方便，能夠適應(yīng)冷熱流體溫度差較大的情況，且殼程對流體性質(zhì)要求不高，可適應(yīng)腐蝕性或者易結(jié)垢的流體。3.2.4換熱器工作條件的確定(1)溫度限制冷卻水出口溫度不宜過高，以防止水垢的產(chǎn)生，一般以45c為準(zhǔn)，部分地區(qū)可以適當(dāng)調(diào)整。熱物流在熱交換前后溫差不宜過小，一般不小于 20Co在對反應(yīng)物進(jìn)行冷卻時，為了不影響反應(yīng)的進(jìn)行，應(yīng)盡量控制冷熱物料流速穩(wěn)定。換熱器設(shè)計溫度應(yīng)當(dāng)高于最大使用溫度，至少要高于 15Co此外應(yīng)控制冷流體進(jìn)出口溫度在熱流體冰點之上，露點之下，不能使熱流體產(chǎn)生新相。(2)壓降流體的流速直接影響到換熱器的壓力降，壓力過大對換熱造成難以修復(fù)的損傷。因此，對于不同流速的流體，換熱器的壓力降通常有一定的限制，如下表：本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第頁26允許的壓力降范圍3.11表1 /Pa/Pa允許壓力降工藝物流的壓力 . ，3410V9.8109.8X34441016.7103.3$3.99^X0104410<9.810>16.7X(3)流體走向一般選擇走管程流體的特點有：高溫；腐蝕性較強；對壓力降有特殊要求；容易結(jié)垢，雜質(zhì)較多。一般選擇走殼程流體的特點有：高壓；粘度系數(shù)較大；流量相對較?。粋鳠嵯禂?shù)相對較小。流體的走向不但影響著傳熱效率，也影響著換熱器的使用壽命。但是流體的走向在特殊情況下，也可以有所改變。(4)換熱管的設(shè)計由于此次進(jìn)料均不易結(jié)垢且無腐蝕性，所以換熱管徑一般選 19mm。管心距為管徑的1.25-1.5倍左右。換熱管排布方式為正三角形排布，排布方式可以最大程度的排布盡可能多的換熱管，增加冷熱物流的傳熱系數(shù)，其缺點為流動阻力相對較大。3.2.5換熱器的有關(guān)計算常見的換熱管材料、規(guī)格、尺寸如下表所示：表3.12常用換熱管材料、規(guī)格、尺寸尺寸(外徑)標(biāo)準(zhǔn)材料30>14GB/T8163?碳鋼、低合金>14?30GB/13296不銹鋼<34GB/T6893鋁合金、鋁已知物料進(jìn)口溫度為T=420C,甲醇出口溫度為T=50C,水進(jìn)口溫度t=20C,出口溫121度為80所以傳熱平均溫差A(yù)tAt=(42050-80-20)/Ln(15/10)=107.5Cm由于物料已經(jīng)氣化成氣體，其傳熱系數(shù)較小，其K值在200左右，取近似值。則水的質(zhì)量流量為本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第27頁=Q/KAtM2=708.32/(10*4.183)=45.8kg/s估算傳熱面積2=Q/KAtS=88.98m0換熱管程數(shù)為ns2*=V/(0.785*D)ns=19.37/997.5/(0.785*0.1*0.1*1.6)=135單管長為L九d)L=s/(n os=88.98/(135*3.14*0.014)=15m由于單管比較長，出于實際考慮，管程采用雙管程，則則 l=15/2=7.5mN=2*135=270t即換熱管總數(shù)為270根。采用組合排列法，即每程均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方排列由于管徑較小，所以管心距t=19mm隔板中心到離其最近一排管中心距離按下式計算S=t/2錯誤！未找到引用源。+6=16mm各程相鄰管的管心距為32mm本科畢業(yè)設(shè)計說明書頁第28圖3.13換熱管布管殼體內(nèi)徑 采用多管程結(jié)構(gòu)，殼體內(nèi)徑可按下式估算。取管板利用率正0.6,則殼體內(nèi)徑為：1/2)AtD=1.05t(N/=1.05*20*錯誤！未找到引用源。 =414按卷制殼體的進(jìn)級檔及考慮管程數(shù)，可取 D=600mm管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯敌?.023(Wd)(pud/p)A0.8(C"N印管程流通截面積S=0.785*DA2*N/2tn=0.785*0.01A2*270/2=0.016管程流速U=V/Si=16.9/997/0.016=1.60本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第29頁=17635.36雷諾數(shù)R=錯誤！未找到引用源。eP=4.182*0.00905/0.6=6.31普蘭特數(shù)r=0.023*0.6/0.01*(17635.36)A0.8*(6.31)A0.4=7193.48a殼程傳熱系數(shù)的確定由于殼程流通的是發(fā)生相變的氣體，所以可以按照下式計算殼程的傳熱系數(shù)。)A0.25a=0.725錯誤！未找到引用源。(正三角形排列)A0.519n=1.022N其中 tN=1.022*270Ao.519=17錯誤！未找到引用源。=3258 后所以查表得，可取污垢熱阻和管壁熱阻2.k/w=0.00176m管外側(cè)污垢熱阻R02.k/w管內(nèi)側(cè)污垢熱阻R=0.00004m，傳熱系數(shù)按下式計算得： 錯誤！未找到引用源。K=cKc=錯誤！未找到引用源。=229.27傳熱面積裕度依下式可得計算傳熱面積S為1=708320.7/(229.27*37.81)=89.1687S 1實際傳熱面積為lS=3.14ND。2T2=3.14*270*0.014*7.5=77.62m裕度為 舊0.16=錯誤！未找到引用源。該換熱器的實際傳熱面積合適，該換熱器能夠完成任務(wù)。3.3精微塔概論我們知道在此次工藝產(chǎn)物中有水、 甲苯、甲醇以及二甲苯。其中水我們可以傾析罐分離出去，但是甲醇和甲苯與二甲苯為共沸物，普通分離難以滿足工藝要求。精儲塔主要有兩大類型：板式塔和填料塔。其主要區(qū)別如下表所示：本科畢業(yè)設(shè)計說明書 30頁第板式塔與填料塔的主要區(qū)別表 3.14填料塔序號板式塔填料塔以下，造價一般比板式塔低，直徑大則 ①800mm以下時，安裝較困難①600mm1造價高大塔板效率比小塔板效率較穩(wěn)定，用小填料時，小塔的效率高，塔較低；直徑增大， 有所提高2效率下降，所需填料高度急增空塔速度(生產(chǎn)能力)低空塔速度高3大塔檢修費用大，勞動量大檢修清理比填料塔容易4壓降小，對阻力要求小的場合較適用 壓降比填料塔大5對液相噴淋量有一定的要求氣液比的適應(yīng)范圍大6內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，便于非金屬材料制作，可用于腐 多數(shù)不便于非金屬材料制作7蝕較嚴(yán)重場合持液量小持液量大8塔型的選取要求：(1)在滿足工藝條件的基礎(chǔ)上，有盡可能高的轉(zhuǎn)化率;

(2)生產(chǎn)能力比預(yù)期要求要高，使塔在正常狀況下不能超負(fù)荷工作；(3)塔安全系數(shù)高，便于維修；(4)結(jié)構(gòu)簡單，造價成本低。根據(jù)設(shè)計條件以及塔型的適用條件，我們選取板式塔。板式塔塔板可以大致分為穿流式和溢流式兩種。跟據(jù)設(shè)計需求，我們采用溢流式塔板。穿流式塔板分離氣液時穩(wěn)定性較差，一般不使用。溢流式塔板又可以分為7種類型，具體數(shù)據(jù)如下表3.15。表3.15各類塔板性能比較條形泡罩圓形泡罩舌形板形浮閥F十字架形篩板條形浮閥指標(biāo)浮閥負(fù)荷1444434彈性3553254壓力降3355530帶霧沫夾0323321本科畢業(yè)設(shè)計說明書第本科畢業(yè)設(shè)計說明書第31頁分離效率1處理量3343455成本1444244材料消耗1424433安裝2454244維修1441443操雜質(zhì)對1343323作的影響0122213由上表分析，篩板類型負(fù)荷較高、壓力降滿足最低要求、分離效率較高、處理滿足要求、成本相對較低、安裝簡單、雜質(zhì)對其操作影響小。綜合分析，篩板式塔板的各個性能均滿足設(shè)計要求，所以此次設(shè)計采用塔板類型為篩板最為經(jīng)濟合算。3.3.2精儲塔設(shè)計塔回流比優(yōu)化設(shè)計和塔頂采出優(yōu)化設(shè)計是通過AspenPlus模擬得到的，兩座精儲塔回流比優(yōu)化圖3.16、3.17、3.18、3.19如下:甲醇精儲塔回流比優(yōu)化圖 3.16圖本科畢業(yè)設(shè)計說明書 頁32第圖3.17 甲醇塔塔頂采出率優(yōu)化結(jié)果圖圖3.18甲苯精儲塔回流比優(yōu)化圖圖3.19甲苯塔塔頂采出率優(yōu)化結(jié)果圖塔頂返回到塔內(nèi)的回流液流量L與塔頂產(chǎn)品流量D的比值，即R=L/D,稱之為回流比。精儲過程的分離效果、經(jīng)濟效益的一個十分重要的影響因素就是回流比大小。對于甲醇塔，時，塔釜能達(dá)到較好的分離效果。因此，甲醇塔的優(yōu)4.5可知，當(dāng)回流比增加到約3.16由圖本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第33頁化回流比選擇為4.5。對于甲苯塔，由圖3.18可知，當(dāng)回流比增加到約為5時,塔頂、塔釜。均具有較好的分離效果。因此，甲苯塔的優(yōu)化回流比選擇為5控制塔頂輕組分的合適采出率，對塔的分離效果有十分大的影響。由上面兩幅圖可知，當(dāng)苯塔塔頂采出率約為0.312,甲苯塔塔頂采出率約為0.9560時，兩座塔能達(dá)到預(yù)期較好的分離效果。通過上面的優(yōu)化回流比的設(shè)計以及塔頂采出優(yōu)化的設(shè)計，在通過AspenPlus模擬得到基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（詳細(xì)數(shù)據(jù)附如下圖3.20所示），再將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到CUP-TOWER中計算得到精微塔詳。細(xì)數(shù)據(jù)（以甲醇精儲參數(shù)為例）.本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第34頁

hmMX才3r.si?wR工n廚總51，皿網(wǎng)4師MJirr￡■Ri-ftHrH^hmMX才3r.si?wR工n廚總51，皿網(wǎng)4師MJirr￡■Ri-ftHrH^Imh-hAsCan..■RJCHTxiOL^?RKfcMC=L/H;里肥MT3SM1?I■ ■ ■D.5i0S7 5口.口。早QX工西Lm二煮二旅2/SL---，!__J圖3.20甲醇精儲塔塔板詳細(xì)數(shù)據(jù)圖本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第35頁從上表中我們可以看出，甲醇精儲塔基本滿足設(shè)計要求，甲醇分離度滿足要求。如下圖所示（脫甲醇工段精微塔設(shè)計參數(shù)截圖如圖 3.21、3.22、3.23、3.24、3.25、3.26、3.27、3.28所示，二甲苯精儲塔設(shè)計參數(shù)見附錄文件）：TOC\o"1-5"\h\z圖3.21甲醇精儲塔軟件計算示意圖 12甲醇精儲塔軟件計算示意圖 3.22圖本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第36頁圖3.23甲醇精儲塔軟件計算示意圖 34甲醇精儲塔軟件計算示意圖 3.24圖本科畢業(yè)設(shè)計說明書第37頁KI 米自Aspen淳閥枝核：（桌壇派自：#一#） LoJ?■皂圖3.25甲苯精儲塔軟件計算示意圖 1圖3.26甲苯精儲塔軟件計算示意圖 2本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第38頁KI 浮閥校良：（實際板號：#—#）塔板緒構(gòu)參數(shù)，錮桎核|塔板工藝參數(shù)空塔氣速1.9415m/s孔氣速10.4147m/s溢流強度16.2209m3/(h.n)板上沌層昌度00182航干板壓降a0515m潼柱容深央市重4J0408Lg(L)Zkg(V)降沌管內(nèi)'液體高度00793IR降謹(jǐn)管內(nèi)線速度00048m/s流量參數(shù)0.0206裝面梯度0in空塔動能因子12443m/s(kQ/m3roi5孔動能因子12,4432m/s(kg/m3ro.5漏點氣速7.3995m/s堰上港層高度0.0102總板壓降00606麻柱降港管停留時間144.93S1S降潼管涌泛16,8755%降港管底隙速度0.0577m/s穩(wěn)定系數(shù)2.4035圖3.27甲苯精儲塔軟件計算示意圖 3利用Autocad利用Autocad制圖軟件所繪得精excel圖如下（圖中方框部分有.第39頁圖3.28甲苯精儲塔軟件計算示意圖由CUP-TOWER軟件導(dǎo)出數(shù)據(jù)見論文附文件儲塔示意：）3.29,具體圖紙見圖導(dǎo)入而成,本科畢業(yè)設(shè)計說明書

fl" 淳詞校i耙：（實后隘w：#—#） 國巨 [渾閑粒核1塔扳工藝鬟苑1 I室:塔氣迪孔氣速溢法強度植L通信■高度二板壓降募洋夾帶電降海管內(nèi)瀾上高度降液寄槽誕度液面將度空塔朗能回？孔動御子漏點氣速169921FA316n/才 堪上酒層百度n/B 總板壓陣.nH/（h.nl 降港者停留時向n 峰滿宣泄法n淹柱 悔灑管底陵速庾心工〕外”〕 稔定系數(shù)amib0.0559nini^ft5ftm/sII557?121.27K30.31151G,B2931041901D48E■OOTI22.41K90LDTO7nII.JDb?n/snrrfc/t[^g/fn2r0?6nn/c(kg/in2pDLSa/sOJOI3Mn1.劉N110.W57芯96圭新制人w 丹始計亶.1浮國校族.：（實際板號：升一#浮國校族.：（實際板號：升一#） ；D「聞』重新力人開始計算圖3.29甲苯精福塔示意圖本科畢業(yè)設(shè)計說明書頁第本科畢業(yè)設(shè)計說明書頁第403.4泵概論在化工行業(yè)中，泵是運輸液體物料最常見的設(shè)備之一。泵的主要特點有：結(jié)構(gòu)簡單、成本低、維修方便以及適用性強等。泵的種類有很多，在各種泵中離心泵是最為常見的。離心泵的主要特點有：流量和揚程范圍較大、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、體積較小方便移動擺放、運行時穩(wěn)定性較好、便于維修等等。泵選取的要求泵在選取應(yīng)注意的方面有：(1)所選泵的性能要能滿足工藝要求，如：溫度、壓降等等；(2)對于特殊流體，如：具有腐蝕性的液體，要選用能夠滿足要求的材質(zhì)；(3)泵在運行時噪音要低、振動幅度小、安全性能高。泵的選型泵的選型依據(jù)主要有：(1)泵的流量，泵的最大流量應(yīng)該在正常流量的 1.1-1.5倍左右；揚程，泵的揚程過小，往往達(dá)不到運送流體的要求，一般泵的揚程是正常工作時的1.1-1.2倍之間；性質(zhì)，具既包含了物理性質(zhì)也包含了化學(xué)性質(zhì)，如溫度、密度、粘度、腐蝕性等等方面。這些性質(zhì)往往對泵的材質(zhì)有特殊的要求，同時流體自身的性質(zhì)也影響著泵的揚程的選?。粭l件，泵所在的外在環(huán)境也是選取泵型的影響條件之一。在合適的操作條件，選取適當(dāng)?shù)谋眯筒攀潜玫男蔬_(dá)到最佳。根據(jù)上述原則，對生產(chǎn)工藝中的泵進(jìn)行選型，選型結(jié)果如下表3.30所示：本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第41頁表3.30泵選型結(jié)果一覽表型號設(shè)備名稱流量(m(m)/h)揚程IH50-32-1607.764.876甲醇精儲進(jìn)料泵 IH50-32-1255.084.012甲醇液相循環(huán)泵

IH50-32-1603.1128.34甲醇精儲回流泵IH50-32-1603.1128.34甲醇精儲回流泵GDF80-4034.9440.364甲苯回流泵PX-65WDL-1211.5738.552廢水排放泵GDF65-1920.3417.57甲醇液相循環(huán)泵GDF80-4034.9443.364甲苯回流泵PX-3.5儲罐概論在化工生產(chǎn)過程中，原料與產(chǎn)物往往需要存放一段時間。因此，儲罐在化工生產(chǎn)行業(yè)內(nèi)是非常普遍的設(shè)備之一，其主要作用為：儲存物料并保證物料具有一定的可使用性。從而對于儲罐的選取，在工業(yè)生產(chǎn)中也占有重要的作用。儲罐的設(shè)計要根據(jù)物料物理化學(xué)性質(zhì)、氣[17]0候條件、溫度壓降等等因素在基礎(chǔ)儲罐上作出相應(yīng)的改變儲罐選型說明本次設(shè)計所選儲罐儲存物料主要分為：甲苯、甲醇、PX以及部分回收物料如甲苯二甲苯的混合物和甲醇溶液等等。其中甲醇屬于易揮發(fā)液體， PX屬于易燃易爆液體，因此兩者需要特殊對待。對于甲醇儲罐應(yīng)設(shè)有密封低溫設(shè)置，減少物料在存放過程的損失。對于PX儲罐，應(yīng)額外設(shè)有防漏裝置，防止因PX泄露而造成不必要的損失。儲罐的大致分類有：方形儲罐、圓筒形儲罐、球形儲罐和特殊形儲罐。本次采用的儲罐的類型均為臥式橢圓形封頭儲罐。本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第頁42車間設(shè)計概論車間設(shè)計是工藝過程中最后一個環(huán)節(jié)，但其重要性卻不是最小的。生產(chǎn)設(shè)備在車間里的布置關(guān)系著，各個設(shè)備的運行環(huán)境、操作條件以及車間安全性等等。正確的車間布置可以方便設(shè)備的檢修維護(hù)，減少成本投入，增大安全生產(chǎn)的可靠度。要做到優(yōu)秀的車間布置就要從多方面考慮，如當(dāng)?shù)貧庀髼l件等。車間布置的基本內(nèi)容有：各個工段中設(shè)備位置的分布、各個小工段的分布、控制儀器的集中分布等等。只有都安排合理后，整個工藝材能正常運行并且達(dá)到最大運轉(zhuǎn)效率。車間布置要求

設(shè)備布置主要應(yīng)考慮以下幾個條件：(1)生產(chǎn)工藝對設(shè)備布置的要求：在設(shè)備布置必須要滿足生產(chǎn)流程的順序，設(shè)備必須按照生產(chǎn)工藝設(shè)計過程來安排布置，保證生產(chǎn)的連續(xù)性。同一類型的設(shè)備應(yīng)集中擺放；設(shè)備與設(shè)備之間要留有操作和檢修的空隙；