關(guān)于年產(chǎn)80000噸丁辛醇丙烯凈化及羰基合成車間的工藝設(shè)計及咖啡店創(chuàng)業(yè)計劃書

齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）用紙PAGEPAGE70摘要本設(shè)計是關(guān)于年產(chǎn)80000噸丁辛醇丙烯凈化及羰基合成車間的工藝設(shè)計。在該設(shè)計中首先敘述了丁辛醇生產(chǎn)的意義與應(yīng)用、市場分析、國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀及生產(chǎn)方法，確定了羰基合成的工藝路線。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行物料衡算、熱量衡算、關(guān)鍵設(shè)備的選擇和計算。依據(jù)車間布置設(shè)計的原則，對車間及設(shè)備進(jìn)行了合理的布置。對自動控制、環(huán)境保護(hù)及公用工程中的供電、供暖、供水、通風(fēng)做了詳細(xì)的說明。在這些基礎(chǔ)上繪制了帶控制點(diǎn)的流程圖，車間及設(shè)備的平立面布置圖和主要反應(yīng)設(shè)備圖。順利的完成了20210字的畢業(yè)設(shè)計說明書，關(guān)鍵詞：丁辛醇;羰基合成;工藝設(shè)計;物料衡算;熱量衡算 AbstractThesignificanceandapplication,marketanalyze,developmenttrendofbutanolandoctanolathomeandabroadandproductivemethodswerestatedintheinstruction.TheprocessofOXOsynthesisisconfirmed.Onthebasiswerestatedintheinstruction.0nthebasisoftheprocess,thecalculationofthematerialbalanceandheatbalancewascalculated,andthekeyequipmentswasselectedandcalculated.Accordingtotheprincipleofworkshoplayoutandmethodsoftreatingprocesswastes,electricitypowersupply,feeding,heatingandventilationweredescribedindetail.Undertheconditionsoftheprocess,theprocessandinstrumentdiagram,processingequipmentdiagramandplantlayoutdiagramweredrown.Thedesigninstructionwith20210wordswasfinished.KeyWord：Butanolandoctanol;OXOsynthesis;Processdesign,;Thecalculationofthematerialbalance;heatbalance目錄摘要 IAbstract II第1章總論 11.1概述 11.1.1意義與作用 11.1.2國內(nèi)外的現(xiàn)狀以發(fā)展前景 21.1.3產(chǎn)品的性質(zhì)與特點(diǎn) 41.1.4產(chǎn)品的生產(chǎn)方法概述 41.2設(shè)計依據(jù) 61.3廠址選擇 61.3.1廠址選擇原則 61.3.2本次設(shè)計的廠址選擇 71.4設(shè)計規(guī)模與生產(chǎn)制度 91.4.1設(shè)計規(guī)模 91.4.2生產(chǎn)制度 91.5原料與產(chǎn)品規(guī)格 101.5.1主要原料規(guī)格及技術(shù)指標(biāo) 101.5.2產(chǎn)品規(guī)格 131.6綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 131.6.1土建部分 141.6.2設(shè)備部分 141.6.3年利潤 15第2章工藝設(shè)計與計算 172.1工藝原理 172.2工藝路線的選擇 172.3工藝流程簡述 182.3.1流程示意圖 182.3.2各工段工藝流程 182.4工藝參數(shù) 202.5物料衡算 202.5.1物料衡算的意義與作用 202.5.2物料衡算的方法與步驟 212.5.3物料衡算 222.6熱量衡算 272.6.1能量衡算的意義與作用 272.6.2熱量衡算及所需媒質(zhì)的量 28第3章設(shè)備選型 343.1選型原則 343.2關(guān)鍵設(shè)備選擇 353.2.1填料塔的塔徑計算 353.2.2填料塔填料層高度計算 363.3其他設(shè)備的選擇 393.3.1填料塔各配件選擇 393.3.2換熱器的選擇 40第4章設(shè)備一覽表 43第5章車間布置設(shè)計的原則 455.1車間布置設(shè)計的原則 455.1.1車間設(shè)備布置的原則 455.1.2車間設(shè)備平面布置的原則 465.1.3車間設(shè)備立面布置的原則 465.2車間設(shè)備布置 47第6章自動控制 486.1自控設(shè)計原則 486.2自控水平與控制點(diǎn) 48第7章安全環(huán)境保護(hù) 497.1三廢產(chǎn)生情況 497.2三廢處理情況 49第8章公用工程 508.1供水 508.2供電 508.3供暖 518.4通風(fēng) 52第9章改進(jìn)措施 53結(jié)束語 54參考文獻(xiàn) 55致謝 45第1章總論1.1概述1.1.1意義與作用丁辛醇是重要的基本有機(jī)化工原料。它有三個重要的品種：正丁醇、異丁醇、辛醇。正丁醇主要用于生產(chǎn)丙烯酸丁酯、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、聯(lián)二酸二丁酯等酯類產(chǎn)品。前者用于涂料和粘合劑，后者為PVC的增塑劑。用丁醇生產(chǎn)的鄰苯二甲酸二丁酯和脂肪族二元酸酯類增塑劑，廣泛用于各種塑料和橡膠制品的生產(chǎn)。丁醇是生產(chǎn)丁醛、丁酸、丁胺和醋酸丁酯等有機(jī)化合物的原料，可用做樹脂、油漆、粘接劑的溶劑及選礦用的消泡劑，也可用做油脂、藥物和香料的萃取劑及醇酸樹脂涂料的添加劑?，F(xiàn)在能源以燃煤為主，占煤炭產(chǎn)量75%的原煤用于直接燃燒，煤燃燒過程中產(chǎn)生嚴(yán)重污染，如煙氣中CO是溫室氣體，SOx可導(dǎo)致酸雨形成，NO也是引起酸雨元兇之一，同時在一定條件下還可破壞臭氧層以及產(chǎn)生光化學(xué)煙霧等。總之燃煤產(chǎn)生的煙氣是造成生態(tài)環(huán)境破壞的最大污染源之一。中國的能源消費(fèi)占世界的8%～9%，SO的排放量占到世界的15.1%，燃煤所排放的SO又占全國總排放量的87%。中國煤炭一年的產(chǎn)量和消費(fèi)高達(dá)12億噸，SO的年排放量為2021多噸，預(yù)計到2021年中國煤炭量將達(dá)18億噸，如果不采用控制措施，SO的排放量將達(dá)到3300萬噸。煙氣脫硫技術(shù)是控制SO和酸雨危害最有效的手段之一，按工藝特點(diǎn)主要分為濕法煙氣脫硫、干法煙氣脫硫和半干法煙氣脫硫[2]。據(jù)統(tǒng)計,CO濃度超過700×10-6會使少數(shù)比較敏感的人感到有不良?xì)馕恫⒂胁皇孢m的感覺;CO濃度超過1000×10-6會使人有不舒適的感覺,并易引起人員產(chǎn)生嗜睡。國內(nèi)尚無商業(yè)建筑CO濃度的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。國外，如美國、日本等在商場條件下，常以低于1000×10-6為室內(nèi)CO的允許濃度[3]。丙烯中常常含有HO、S、O、As和炔烴等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)容易使催化劑活性降低，甚至中毒失去活性，影響裝置的正常生產(chǎn)，必須進(jìn)行精制脫出丙烯中的微量雜質(zhì)，保證裝置的正常進(jìn)行[4]。本次的設(shè)計題目為年產(chǎn)8萬噸丁辛醇車間丙烯凈化及羥基合成工段的初步設(shè)計。在合成氣和丙烯原料中都含有微量的含有、S、O、As和炔烴等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)容易影響裝置的正常生產(chǎn)。則需要將雜質(zhì)除去。本設(shè)計的主要內(nèi)容為利用活性炭、硫化鉑、浸苛性鈉的活性氧化鋁、浸苛性鈉的活性氧化鋅除去S、O、HCN\HCL、Fe(CO)/Ni(CO)等雜質(zhì)。1.1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展前景1.國外發(fā)展概況丁辛醇是隨著石油化工、聚乙烯塑料工業(yè)的發(fā)展和羰基合成工業(yè)技術(shù)的發(fā)展迅速發(fā)展起來的。羰基合成反應(yīng)技術(shù)是1938年在德國最先開發(fā)成功的，隨著在英、美、法、意等國家獲得發(fā)展。自低壓銠法問世以來，該法在丁辛醇工業(yè)領(lǐng)域獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，先后轉(zhuǎn)讓給9個國家，共建設(shè)了23套裝置，采用該法生產(chǎn)的丁醛產(chǎn)量超過3.5mt/a，占丁醛總產(chǎn)量的70%。所有新建裝置全部采用低壓銠法，該法以其技術(shù)優(yōu)勢正在逐步淘汰高壓銠法[1]。近10年來，隨著各國對環(huán)境保護(hù)認(rèn)識的提高，煙氣脫硫的關(guān)鍵技術(shù)有了飛速的發(fā)展，尤其是一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家，投入大量人力、財力進(jìn)行開發(fā)并取得顯著成效。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，到2021年止，美國投產(chǎn)了相當(dāng)于裝機(jī)容量150

GW的電廠煙氣脫硫裝置；德國投產(chǎn)了相當(dāng)于裝機(jī)容量30

GW的電廠煙氣脫硫裝置；日本已建成投產(chǎn)大型脫硫裝置1

400臺（套），相當(dāng)于裝機(jī)容量39

GW。2.國內(nèi)發(fā)展概況我國的丁醇生產(chǎn)技術(shù)在1980年以前主要采用糧食發(fā)酵法制丁醇，采用乙醛縮合法制丁烯醛，丁烯醛縮合、加氫制丁醇。由于工藝技術(shù)落后，這類的丁辛醇生產(chǎn)裝置已經(jīng)停產(chǎn)。1976年，吉化公司從德國BASF公司引進(jìn)50kt/a的高壓鐒法丁辛醇裝置。1982年建成投產(chǎn)。隨后，大慶石化總廠，齊魯石化公司從英國DAVY公司成套引進(jìn)丁辛醇生產(chǎn)技術(shù)，并在1986年，1987年相繼投產(chǎn)。（1）1992年北京化工四廠從日本三菱化學(xué)公司引進(jìn)丁辛醇生產(chǎn)的專利技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備，于1996年投產(chǎn)。（2）1996年齊魯石化公司在原有裝置的基礎(chǔ)上，將原來低壓羰基合成氣相循環(huán)法改為液相循環(huán)法。在反應(yīng)器不變的情況下，將產(chǎn)量擴(kuò)大為原來的1.9倍。2021年吉化公司對原有的BASF高壓羰基合成裝置進(jìn)行改造。引進(jìn)了UCC/DAVY第四代低壓液相循環(huán)羰基合成技術(shù)，在保留了原裝置的異構(gòu)物分離、丁醛縮合、辛烯醛液相加氫、醇的精餾分離等幾部分的基礎(chǔ)上，另外擴(kuò)建了一套氣相加氫、丁醛縮合、液相加氫、醇精餾分離系統(tǒng)，改造后的裝置于2021年8月投產(chǎn)，目前吉化公司丁醇、辛醇合計最大生產(chǎn)能力可達(dá)120kt/a。1.1.3產(chǎn)品的性質(zhì)與特點(diǎn)本裝置產(chǎn)品為丁醇和2-乙基己醇。1.丁醇（Butylalcohol）分子式C4H9OH，有四種同分異構(gòu)體——正丁醇CH3CH2CH2CH2OH，異丁醇（CH3）2CHCH2OH，仲丁醇CH3CH（OH）CH2CH3和叔丁醇（CH3）3COH。均為無色有毒的易燃液體，能溶于多種有機(jī)溶劑中。2.正丁醇（n-Butylalcohol）英文名稱1-Butanol。產(chǎn)品理化性質(zhì)：分子式C4H10；系統(tǒng)命名為1-丁醇。分子量：74.12，熔點(diǎn)-90.2℃，相對密度為0.810g/mol。無色透明液體，沸點(diǎn)117.5℃，凝固點(diǎn)-89.5℃，閃點(diǎn)36-38℃，自然點(diǎn)365℃，微溶于水，能與乙醇和乙醚混溶。3.異丁醇（i-Butylalcohol）產(chǎn)品理化性質(zhì)：分子式C4H10；系統(tǒng)命名為2-甲基-1-丙醇。分子量：74.12，熔點(diǎn)-108℃，相對密度為0.805g/mol。無色透明液體，沸點(diǎn)108.0℃，凝固點(diǎn)37.7℃，閃點(diǎn)28℃，自燃點(diǎn)426.6℃，易溶于水，乙醇和乙醚。折光率（n20）：1.395-1.397。4.辛醇（Octylalcohol）英文名稱2-ethylhexanol.產(chǎn)品理化性質(zhì)：無色透明油狀液體，沸點(diǎn)185℃，凝固點(diǎn)-76℃，閃點(diǎn)85℃，自燃點(diǎn)270℃，與水可形成共沸物，能與醇、氯仿、醚等多種有機(jī)溶劑互溶，分子量130。23，分子式C8H18O，密度0.524，熔點(diǎn)-195℃，折光率（n20）：1.428-1.431。1.1.4產(chǎn)品的生產(chǎn)方法概述丁辛醇的生產(chǎn)工藝有兩種路線[2]。一種是以乙醛為原料，巴豆醛縮合加氫法；另一種是以丙烯為原料的羰基合成法。由于發(fā)酵法及乙醛法工藝流程長，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，極不經(jīng)濟(jì)，現(xiàn)有裝置已基本淘汰。當(dāng)今丁辛醇生產(chǎn)的主要方法是以丙烯為原料的羰基合成法。以丙烯為原料的羰基合成法又分為高壓鈷法、改性銠法、高壓銠法和改性銠法。其中改性銠法是當(dāng)代丁辛醇合成技術(shù)的主流。改性銠法又分為氣相循環(huán)和液相兩種。液相循環(huán)改性銠法是當(dāng)今世界最先進(jìn)，最廣泛使用的丁辛醇合成技術(shù)。高壓羰基合成技術(shù)是1940年由德國開發(fā)成功的，1970年發(fā)展到頂峰。該法以鈷鹽作為催化劑，反應(yīng)壓力為20-30Mpa。中壓羰基合成技術(shù)是殼牌公司首先采用的。該法采用一種有機(jī)膦配位體鈷做催化劑。反應(yīng)溫度在104—200℃，反應(yīng)壓力為6.5Mpa。低壓羰基合成技術(shù)是在70年代中期出現(xiàn)的，是丁辛醇生產(chǎn)技術(shù)的一個突破。1976年低壓鐒法羰基合成丁醛工業(yè)裝置在波多黎各投產(chǎn)成功。液相循環(huán)改性銠法：國外對液相循環(huán)改性銠法技術(shù)加以發(fā)展、改進(jìn)，形成有特色的專項技術(shù)，主要技術(shù)代表有四家公司，具體情況如下：DAVY/DOW聯(lián)合開發(fā)的第二代丙烯銠法低壓羰基合成技術(shù)—液相循環(huán)法。三菱化工開發(fā)的銠法低壓羰基合成技術(shù)。魯爾公司的羰基合成工藝。BASF的羰基合成工藝。1.2設(shè)計依據(jù)1.齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院化工系頒發(fā)的《化工系畢業(yè)教學(xué)環(huán)節(jié)文件匯編》。2.首選依據(jù)是老師布置的“任務(wù)書”—年產(chǎn)八萬噸丁辛醇丙烯凈化及羰基合成車間的初步設(shè)計。3.再者依據(jù)2021年3月—4月在大慶石化公司畢業(yè)實習(xí)中得到的全部信息及相關(guān)知識。4.依據(jù)學(xué)苑出版社出版的《化工工程設(shè)計》。5.依據(jù)大慶石化公司編制的《丁辛醇車間—員工教育培訓(xùn)教材》。6.齊齊哈爾大學(xué)實踐教學(xué)與設(shè)備管理處頒發(fā)的《齊齊哈爾大學(xué)本科畢業(yè)生設(shè)計（論文）工作手冊》。1.3廠址選擇1.3.1廠址選擇原則廠址選擇對于整個設(shè)計工作來說，是十分重要的環(huán)節(jié)。它是基本建設(shè)前期工作的重要組成部分，是根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)計劃和工業(yè)布局的要求選擇和確定工廠的建設(shè)位置。一個工廠的廠址選擇是否合理，將對建廠的速度，建設(shè)投資，對項目建成后的經(jīng)濟(jì)效益，社會效益和環(huán)境效益的發(fā)揮，對輕化工業(yè)的合理布局有深遠(yuǎn)的影響。廠址選擇是建廠工作中的一個關(guān)鍵問題，將對建廠速度、建設(shè)投資、生產(chǎn)成本、生產(chǎn)發(fā)展及工農(nóng)業(yè)關(guān)系等方面產(chǎn)生直接影響。在廠址的選擇中，不僅要考慮自然條件還需要顧及原料和成品的供銷，運(yùn)輸情況，燃料、水、電、氣的供應(yīng)，勞動后備力量的來源，施工條件，建筑材料的資源等問題。因此，廠址選擇是工業(yè)建設(shè)中前期工作的重要環(huán)節(jié)，也是一項政策性和科學(xué)性很強(qiáng)的綜合性工作。廠址選擇應(yīng)該遵守以下基本原則：1.根據(jù)國家城市或區(qū)域要求，堅持工業(yè)布局要大分散，小集中的原則，又要考慮到鄰近企業(yè)的協(xié)作關(guān)系。2.堅持調(diào)查研究，實事求是的原則對建廠基本條件進(jìn)行科學(xué)分析。貫徹以農(nóng)業(yè)為基礎(chǔ)，以工業(yè)為指導(dǎo)方針，節(jié)約用地，盡量不占或少占農(nóng)田。3.注意環(huán)境保護(hù)，工廠與居住區(qū)要滿足衛(wèi)生防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，重視對三廢處理場地的合理選擇，盡量少對生態(tài)、自然風(fēng)景的破壞和影響。4.地形選擇要適合工廠的總面積的布置，并有發(fā)展余地，廠址的自然地形坡度要與建筑物的相對布置，運(yùn)輸關(guān)系和地面安排等要求相近似。一般適宜的自然地形坡度為大型工廠小于4%，中型工廠小于6%，小型工廠小于10%。廠址周圍要有良好的交通運(yùn)輸條件，即當(dāng)?shù)氐乃?、陸運(yùn)輸能力可以滿足新建工廠運(yùn)輸量的要求，并且有發(fā)展余地，以免日后影響或限制工廠發(fā)展。1.3.2本次設(shè)計的廠址選擇大慶市位于黑龍江省西部、松嫩平原中部。東南距黑龍江省會哈爾濱市150公里，西北距齊齊哈爾市139公里。全市總面積21494平方公里，其中市區(qū)5107平方公里。

大慶市區(qū)土壤是在特定的地貌、成土母質(zhì)、氣候、水文、植被等成土因素的綜合作用下形成的。草原土壤占市區(qū)總土地面積的18.64%，是主要的耕地土壤；水成土壤主要有草甸土和沼澤土，其中草甸土占市區(qū)總土地面積的52.23%。

大慶市地處北溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，受蒙古內(nèi)陸冷空氣和海洋暖流季風(fēng)的影響，總的特點(diǎn)是：冬季寒冷有雪；夏季溫?zé)岫嘤?；春、秋季多風(fēng)。全年無霜期較短。龍鳳區(qū)位于黑龍江省西部、大慶市東部，是大慶中心城的“三顆星”之一，東部與大慶高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)隔路相望，西鄰大慶石油管理局采油二廠、四廠，北靠大慶市人民政府，南與安達(dá)市接壤。龍鳳區(qū)地域廣闊，共分龍鳳、臥里屯、興化三個區(qū)塊。下轄一鎮(zhèn)——龍鳳鎮(zhèn)，面積410平方公里，人口16萬，其中，農(nóng)村人口2.3萬，現(xiàn)有耕地面積4.5萬畝，草原面積10.3萬畝，荒水面積8.8萬畝。有“一田三草二水五分荒”之稱，極具開發(fā)前景。龍鳳區(qū)交通便利，四通八達(dá)。濱洲鐵路貫穿全境，與東北、華北鐵路網(wǎng)密切相聯(lián)，溝通著東北和華北腹地，301國道斜穿我區(qū)，成為我區(qū)與哈爾濱等以南地區(qū)、齊齊哈爾等以北地區(qū)相互溝通的紐帶和橋梁。哈大高速公路的終端就在該區(qū)境內(nèi)，從龍鳳出發(fā)至省城哈爾濱的行程僅需1個多小時，長途客車可直接通達(dá)省內(nèi)外40多個地市縣，區(qū)內(nèi)鄉(xiāng)村通車率100％。區(qū)內(nèi)距哈爾濱內(nèi)河碼頭僅150公里，距大連港不足1000公里，那里有通往全國各大港口的客運(yùn)班輪和通往香港、日本、韓國、波斯灣、南非等國家及地區(qū)的定期貨運(yùn)班輪；龍鳳距哈爾濱、齊齊哈爾兩個飛機(jī)場只有2個多小時的路程，從那里可飛往香港、東京、漢城等國家和地區(qū)，發(fā)達(dá)的交通已經(jīng)使龍風(fēng)成為大慶對外聯(lián)絡(luò)的門戶。

臥里屯是大慶市城鎮(zhèn)布局體系中重要的二級城鎮(zhèn)之一，現(xiàn)有人口7.5萬人。臥里屯城鎮(zhèn)性質(zhì)為：大慶市重要的石油化工基地，是以石油化工為主，同時發(fā)展石化產(chǎn)品深加工和新型建材等替代產(chǎn)業(yè)的專業(yè)性工業(yè)小城鎮(zhèn)。

臥里屯是以濱洲鐵路和躍進(jìn)大街為主軸，形成南地方、北鐵路、東工業(yè)、西居住、中間輔以較大面積生態(tài)綠地的集中組團(tuán)式結(jié)構(gòu)。

臥里屯具有優(yōu)越的區(qū)域自然地理環(huán)境。區(qū)域地處松嫩平原，氣候?qū)儆诖箨懶詺夂颉：谕练航?，資源極為豐富。地下蘊(yùn)藏著石油、天然氣、土堿、土鹽、土硝等自然資源，為發(fā)展石油、石油化工提供了得天獨(dú)厚的自然條件，現(xiàn)在龍鳳地區(qū)已經(jīng)成為全國最大的石油化工生產(chǎn)基地之一。金融機(jī)構(gòu)健全，商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)合理，通訊設(shè)施齊備。中國人民銀行、中國銀行、中國工商銀行、中國農(nóng)業(yè)銀行、中國建設(shè)銀行均有常設(shè)辦事機(jī)構(gòu)。全區(qū)大小商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)分布廣泛。臥里屯郵局、石油管理局東風(fēng)站、石化總廠站三大通訊樞紐，已經(jīng)形成了天上衛(wèi)星、空中微波、地下電纜為主體的通訊網(wǎng)絡(luò)，可與美國、日本等195個國家和地區(qū)直接通話。全區(qū)現(xiàn)已開通6萬門程控，百人擁有量38部。郵政信函、郵政特快專遞快捷方便。依據(jù)廠址選擇原則廠址選在黑龍江省大慶市龍鳳區(qū)臥里屯鎮(zhèn)。1.4設(shè)計規(guī)模與生產(chǎn)制度1.4.1設(shè)計規(guī)模丁辛醇裝置以丙烯，合成氣為原料，采用低壓羰基合成方法生成2-乙基己酸和正丁醇，同時副產(chǎn)物異丁醇，其中生產(chǎn)能力為50000噸辛醇，20210噸正丁醇和7200噸異丁醇。裝置合同于1978年7月31日簽定，1986年6月18日建成投產(chǎn)。丁辛醇裝置設(shè)計年運(yùn)行時間為8000小時，其中5360小時生產(chǎn)2—乙基己醇，2451小時生產(chǎn)丁醇，剩余189小時為生產(chǎn)切換時間，預(yù)計每年進(jìn)行7次切換，每次平均27小時。1994年對裝置進(jìn)行改造，改造后的丁辛醇裝置可年生產(chǎn)辛醇和正丁醇80000噸，其中辛醇55000噸，正丁醇25000噸，同時副產(chǎn)異丁醇8000噸。1.4.2生產(chǎn)制度生產(chǎn)口號為“安全生產(chǎn)，一次完成”。實行“四班兩倒制”人員組成如表1-1表1-1人員組成人員名稱人數(shù)倒班制車間主任班長造氣崗位工人醛崗位工人醇崗位工人外線崗位工人技術(shù)工人臨時工人1448882若干8小時工作制四班兩倒制四班兩倒制四班兩倒制四班兩倒制8小時工作制8小時工作制8小時工作制在職工人共計35人，臨時工人若干。車間主任白天在車間主持工作，每班由一個班長帶領(lǐng)倒班人員進(jìn)行倒班。1.5原料及產(chǎn)品規(guī)格1.5.1主要原料規(guī)格及技術(shù)指標(biāo)表1-2丙烯原料規(guī)格及技術(shù)指標(biāo)化學(xué)級丙烯丙烯95×10-2mol最低丙烷、甲烷和乙烷5×10-2mol最高乙烯20×10-6mol最高甲基乙炔及丙二烯15×10-6mol最高氧5×10-6mol最高總硫1×10-6wt最高C4及C4以上的烴5×10-6mol最高乙炔1×10-6mol最高氫5×10-6mol最高總氯（以HCL計）1×10-6mol最高續(xù)表綠油10×10-6wt最高水份20×10-6wt最高醇（以甲醇計）5×10-6wt最高CO+CO215×10-6mol最高進(jìn)界區(qū)狀態(tài)；液態(tài)壓力：2.2-2.8MPa.a溫度：環(huán)境在生產(chǎn)丁辛醇過程中，原料合成氣與丙烯中含有H2O、S、O2、As和炔烴等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)容易使催化劑活性降低，甚至中毒失去活性，影響裝置的正常生產(chǎn)，必須進(jìn)行精制脫出丙烯中的微量雜質(zhì)，保證裝置的正常進(jìn)行。因此工段主要為利用催化劑將微量雜質(zhì)脫出。催化劑的規(guī)格見表1-3。表1-3催化劑規(guī)格名稱型號規(guī)格規(guī)格一次用量硫化鉑進(jìn)口：C53-2國產(chǎn)：BC-02-0093mm直徑擠壓成型 脫除合成氣中的氧1121（第一層）5.5m3Pt≥0.08×10-2wt活性碳進(jìn)口：207A國產(chǎn)：JB-15-10目顆粒狀脫除合成氣中的羰基鐵和羰基鎳11208.5mCTC值55-60×10-2水分≤10×10-2wt浸苛性鈉的活性氧化鋁進(jìn)口：ICI-59國產(chǎn)：T4023-5mm球脫除合成氣中的氨1121（第一層）4m3Na2O≥12×10-2wtAl2O3（高表面）Al2O3（高表面）其余松密度≥900kg/m3銠催化劑ROPAC國產(chǎn)：BG-2-007Rh；19-21×10-2wtOXO反應(yīng)催化劑年用量70kg氯化物：≤0.1×10-2wt鐵：≤0.005×10-2wt鋅：≤0.005×10-2wt三苯基膦TPP白色晶狀小片或顆粒OXO反應(yīng)助催化劑年用量≤34000kg熔點(diǎn)：78.5-81.5℃三苯基膦≥99×10-2wt鈉≤5×10-6wt灰份≤100×10-6wt干燥損失≤2.5×10-6wt1.6綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)技術(shù)經(jīng)濟(jì)是人類社會進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)過程是不可以缺少的兩方面，任何技術(shù)的社會實踐都離不開經(jīng)濟(jì)；而任何技術(shù)的好壞與否，脫離了經(jīng)濟(jì)效益的標(biāo)準(zhǔn)都是無法判斷的。技術(shù)經(jīng)濟(jì)是技術(shù)生產(chǎn)方面的經(jīng)濟(jì)問題，技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析是對不同技術(shù)政策、技術(shù)方案、技術(shù)措施進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效果的評定、論證和預(yù)測，力求技術(shù)上先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)上合理相結(jié)合，為確定對發(fā)展最有利的技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)和最佳方案，也是技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的基本任務(wù)。起根本目的就是是每一項工程，每一個企業(yè)都用盡量少的物質(zhì)消耗生產(chǎn)出更多符合社會需求的合格產(chǎn)品，取得最大的使用價值，從而實現(xiàn)最大經(jīng)濟(jì)效益。筆者對建設(shè)8萬t／a丁／辛醇裝置的建廠指標(biāo)進(jìn)行了估算，其原料、公用工程需用量如下：表1-4經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一覽表項目指標(biāo)丙烯萬t氫氣(標(biāo)準(zhǔn)態(tài))萬m3合成氣(標(biāo)準(zhǔn)態(tài))(H2：CO—1：1)萬m3水t／h電萬kW·h汽t／h總投資億元年銷售收入萬元年利稅萬元年利潤萬元4.41184048691072159618.78.26652471684612409第2章工藝設(shè)計與計算2.1工藝原理凈化的合成氣與丙烯，在銠催化劑的作用下發(fā)生羰基合成反應(yīng)生成丁醛，反應(yīng)方程式如下：（1）丙烯醛化生成正丁醛：CHCH=CH+CO+HCHCHCHCHO（2）丙烯醛化生成異丁醛：CHCH=CH+CO+H（CH）CHCHO上述兩個反應(yīng)，正丁醛是目的產(chǎn)物，而異丁醛是副產(chǎn)物。在選擇的反應(yīng)條件下，正丁醛/異丁醛生成的比率為10：1。2.2工藝路線的選擇本設(shè)計是年產(chǎn)8萬噸丁辛醇合成氣凈化及羰基合成車間工藝的初步設(shè)計。丁辛醇的生產(chǎn)工藝有兩種路線[2]。一種是以乙醛為原料，巴豆醛縮合加氫法；另一種是以丙烯為原料的羰基合成法。國內(nèi)外的羰基合成法又分為高壓鈷法、改性鈷法、高壓銠法和改性銠法。其中改性銠法是當(dāng)代丁辛醇合成技術(shù)的主流。改性銠法又分為氣相循環(huán)和液相兩種。液相循環(huán)改性銠法是當(dāng)今世界最先進(jìn)，最廣泛使用的丁辛醇合成技術(shù)。本設(shè)計以凈化后的合成氣和丙烯為原料，采用低壓氣相循環(huán)改性銠法進(jìn)行羰基合成反應(yīng)。2.3工藝流程簡述2.3.1流程示意圖合成氣合成氣丙烯水洗塔凈化槽凈化槽OXO調(diào)溫水罐穩(wěn)定塔汽提塔粗醛受槽圖2-1流程示意圖2.3.2各工段工藝流程1.丙烯凈化。丙烯在2.4—2.8Mpa壓力和環(huán)境溫度下，以液態(tài)送進(jìn)界區(qū)，由PIC211控制液態(tài)丙烯系統(tǒng)的壓力，去丙烯預(yù)熱器E1301，用0.25Mpa的蒸汽將丙烯預(yù)熱到25℃，有TIC201控制預(yù)熱溫度。被預(yù)熱后的丙烯進(jìn)入1#凈化槽V1301，V1301內(nèi)裝一層活性氧化鋁催化劑。丙烯在經(jīng)過該催化劑床層時，大部分HS被吸附除去，同時在過量水的存在下，將丙烯中的全部CoS水解為HS。丙烯從V1301出來后，直接進(jìn)入2#凈化槽V1302，該槽自上而下裝有活性氧化鋁、氧化鋅和浸銅活性碳三層催化劑。第一層活性氧化鋁同V1301催化劑所起的作用一樣，是在V1301離線時，保護(hù)氧化鋅床層，氧化鋅將丙烯中的硫脫除到0.110mol以下，而浸銅活性碳將丙烯中的氯化物脫除到0.210mol以下。丙烯從V1302出來后，在FIC202控制流量下，進(jìn)入丙烯蒸發(fā)器E1302的蒸發(fā)段，E1302用0.25Mpa蒸汽再加熱使殼程中的甲醇蒸發(fā)，甲醇冷凝下來，E1302殼程里的甲醇飽和壓力由PIC209控制，蒸發(fā)溫度由TIC203控制。丙烯來開502蒸發(fā)段后進(jìn)入丙烯過熱器1503，用0.25Mpa蒸汽將丙烯加熱到80℃，然后經(jīng)過PIC205控制丙烯汽化段的壓力，經(jīng)V1303A/B過濾器，進(jìn)入OXO系統(tǒng)。2.OXO反應(yīng)從原料凈化工序來的丙烯進(jìn)料氣體，與來自汽提塔的汽提氣和OXO循環(huán)壓縮機(jī)P1302的循環(huán)氣匯合在一起，在OXO反應(yīng)器進(jìn)料壓力PIC301控制下，分二路（并聯(lián)）有FIC304/305控制進(jìn)料流量，進(jìn)入OXO反應(yīng)器V1305A/B。V1305A/B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，并裝填有Rh/Tpp丁醛的催化劑溶液，在氣體分配器以及V1306A/B攪拌器的作用下，原料氣體以小氣泡的形式擴(kuò)散在催化劑溶液中，并于90-110℃，1.65MP.ag條件下，在V1305A/B里發(fā)生OXO反應(yīng)生成丁醛。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。反應(yīng)溫度由TIC305/316通過冷卻盤管的調(diào)溫水控制。調(diào)溫水系統(tǒng)是一個閉路循環(huán)回路，由調(diào)溫水泵P1304A/B保持循環(huán)，輸送到1103A/B盤管的調(diào)溫水溫度為55℃，從V1305A/B盤管出來時溫度升到80~90C，然后在調(diào)溫水冷卻器V1307中由TIC409控制，將調(diào)溫水冷卻到55℃后進(jìn)到調(diào)溫水緩沖罐V1308。V1308對調(diào)溫水介質(zhì)隨反應(yīng)熱的變化日產(chǎn)生的膨脹起一個緩沖作用。反應(yīng)產(chǎn)品丁醛被循環(huán)氣體從反應(yīng)器中汽提出來，經(jīng)過霧沫分離器V1304A/B除去循環(huán)氣體中夾帶的含有催化劑的液滴，去羰基合成循環(huán)冷卻器V1311A/B，將產(chǎn)品丁醛冷凝下來，并將循環(huán)氣體冷卻到40℃，然后進(jìn)入羰基合成產(chǎn)品收集器V1310中，V1310中收集的液相產(chǎn)品丁醛一部分用粗環(huán)泵P1301打會反應(yīng)器V1305A/B中，用LIC301/303控制保持V1305A/B液位穩(wěn)定，環(huán)壓縮機(jī)P1302，P1302將氣體從1.5MPa.g壓縮到1.9MPa.g，返回反應(yīng)器V1305A/B中。在氣體進(jìn)P1302前，由PIC305控制向燃料氣管網(wǎng)排放部分氣體，以維持反應(yīng)系統(tǒng)中惰性氣體組分的平衡和反應(yīng)器氣體循環(huán)回路壓力的正常。羰基合成循環(huán)壓縮機(jī)P1302是一臺由蒸汽透P1303驅(qū)動的單級葉輪離心壓縮機(jī)，可獲得0.4MPa的壓差，蒸汽透平P1303用3.6MPa.g蒸汽操作，排出蒸汽壓力為1.3MPa.g。2.4工藝參數(shù)丁辛醇生產(chǎn)的工藝參數(shù)如下表：表2-1工藝參數(shù)表序號工藝參數(shù)位號單位指標(biāo)1界區(qū)丙烯壓力FIC101MPa2.4±0.12丙烯壓力PIC205MPa2.0±0.13OXO反應(yīng)溫度TIC305/3160C87-1204OXO反應(yīng)液位LI306/307%8038-485OXO進(jìn)料壓力PIC301MPa＜1.956OXO系統(tǒng)壓力PIC305MPa1.65±0.027OXO氣相CO濃度AR301/30210-22.0-4.581105液位LIC403%60±52.5物料衡算2.5.1物料衡算的意義和作用物料衡算是化工計算中最基本，最重要的內(nèi)容之一，是進(jìn)行化工計算的基礎(chǔ)。在化學(xué)工程中，為了導(dǎo)出某一過程的基本方程式和建立數(shù)學(xué)模型，設(shè)計或改造工藝流程和設(shè)備，了解和控制生產(chǎn)操作流程，核算生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)效益等都要驚醒物料衡算。物料衡算在生產(chǎn)和設(shè)計中都得到廣泛的應(yīng)用在工廠設(shè)計中，物料衡算是在工藝流程及工藝參數(shù)確定后即開始的一項化工計算工作。因此，設(shè)計工作從定性分析轉(zhuǎn)入定量計算。物料衡算是通過每一道工序的物料變化情況進(jìn)行平衡計算，從而得到在正常生產(chǎn)情況下各股物料的量。通過物料平衡在已知產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)情況下算出所需要的原材料，生成的副產(chǎn)物及廢物等的生成量，或者在已知原料投放情況下，算出產(chǎn)品，副產(chǎn)物及廢物量。此外，通過物料衡算，不僅可以算出原材料消耗定額，并在此次基礎(chǔ)上作出能量平衡，算出動量消耗和消耗定額。算出生產(chǎn)過程所需要熱量或冷量，同時為設(shè)備選型和計算提供依據(jù)。物料衡算的結(jié)果直接關(guān)系到生產(chǎn)成本和車間運(yùn)輸量，對工廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有舉足輕重的影響。2.5.2物料衡算的方法與步驟1.收集計算數(shù)據(jù)（1）原料、輔料、中間產(chǎn)品及產(chǎn)品的規(guī)格；（2）過程中單位時間內(nèi)的物流量；（3）有關(guān)消耗定額；（4）有關(guān)轉(zhuǎn)化率；（5）有關(guān)物理化學(xué)常數(shù)。如相對密度，相平衡常數(shù)等。2.畫物料流程圖3.確定衡算范圍4.確定計算基準(zhǔn)2.5.3.物料衡算本次設(shè)計為年產(chǎn)丁辛醇80000噸，其中辛醇55000噸，正丁醇25000噸，同時副產(chǎn)異丁醇8000噸。以每小時投料量作為計算基準(zhǔn)。一年的工作日按330天計算，每天工作24小時，設(shè)計中采用已知下列數(shù)據(jù)：丙烯的摩爾質(zhì)量為42.1kg/kmol.一氧化碳的摩爾質(zhì)量為28.01kg/kmol.氫氣的摩爾質(zhì)量為2kg/kmol.正丁醛的摩爾質(zhì)量為72.11kg/kmol.異丁醛的摩爾質(zhì)量為72.11kg/kmol.正丁醇的摩爾質(zhì)量為74.11kg/kmol.異丁醇的摩爾質(zhì)量為74.11kg/kmol.辛醇的摩爾質(zhì)量為130.23kg/kmol.合成氣中CO占49.0，氫氣占50.4%，雜質(zhì)（CH4+N2+Ar）占0.6。由于合成氣凈化過程中雜質(zhì)為10-6/mol數(shù)量級，物料變化可以忽略不計，所以對合成氣凈化過程不進(jìn)行物料衡算，直接對羰基合成反應(yīng)進(jìn)行物料衡算。涉及到的反應(yīng)有：CHCH=CH+CO+HCHCHCHCHOCHCH=CH+CO+H（CH）CHCHOCHCH=CH+HCHCHCH上述三個反應(yīng)，正丁醛是目的產(chǎn)物，而異丁醛是副產(chǎn)物，在選擇的反應(yīng)條件下，正丁醛/異丁醛生成的比率為10：1。丙烯除了進(jìn)行上述兩個反應(yīng)外，還與氫氣發(fā)生加氫反應(yīng)生成，丁醛/丙烷的生成比率為11：0.3。物料計算：計算基準(zhǔn)取100Kmol/h進(jìn)口合成氣進(jìn)入反應(yīng)器。物料平衡圖如下：OXOOXO羰基合成丙烯汽提塔穩(wěn)定塔穩(wěn)定受槽丙烯、丙烷、合成氣排空產(chǎn)品溶解汽燃料氣管網(wǎng)收集槽收集槽合成氣收集槽圖2-2物料平衡圖[3]1.進(jìn)入反應(yīng)器的物料100Kmol/h合成氣中含CO==49Kmol/hH2==50.4Kmol/h因為H2過量，所以以CO為反應(yīng)基準(zhǔn)，需C3H649Kmol/h2.主副反應(yīng)消耗CO的量[4]因為產(chǎn)物nn-bal:ni-bal=10:1所以主反應(yīng)消耗CO的量=Kmol/hC3H6的量=Kmol/h生成n-bal的量=Kmol/h副反應(yīng)消耗CO的量=Kmol/hC3H6的量=Kmol/h生成i-bal的量=Kmol/h3.主副反應(yīng)消耗H2的量主反應(yīng)消耗H2=Kmol/h副反應(yīng)消耗H2=Kmol/h，因為nn-bal:nC3H8=11:0.3,ni-bal:nC3H8=11:0.3，所以反應(yīng)生成C3H8的量=Kmol/h所以三個反應(yīng)共消耗H2=1.335+49=50.335Kmol/h反應(yīng)剩余的H2=50.4–50.335=0.065Kmol/h4.主、副反應(yīng)共消耗C3H6=1.335+49=50.335Kmol/h因為丙烯凈化后組成為C3H695%，其余為C3H8所以丙烯用量為50.335÷95%=52.98Kmol/h其中含C3H8的量=52.98–50.335=2.645Kmol/h5.反應(yīng)后C3H8=2.645+1.335=3.98Kmol/h6.反應(yīng)生成的主、副產(chǎn)物的量nn-bal=44.55Kmol/h，ni-bal=4.45Kmol/h，nC3H8=3.98Kmol/h，表2-2反應(yīng)器進(jìn)口物料平衡表組分Kmol/h%(mol)分子量Kg/h%(wt)C3H650.33532.942.12119.156.87H250.432.952100.82.71CO4932.0328.011372.4936.83C3H82.651.7344.1116.873.14雜質(zhì)0.60.392816.80.45合計152.981003726.06100表2-3反應(yīng)器進(jìn)口物料平衡表組分Kmol/h%(mol)分子量Kg/h%(wt)n-Bal44.5583.0272.113212.586.22i-Bal4.458.2972.11320.898.61C3H83.9857.4544.1175.744.72H20.0650.1220.13忽略雜質(zhì)0.61.122816.80.45合計53.6651003726.06100其中：1.雜質(zhì)為CH4+Ar+N2，所以分子量取平均值，為28便于計算。2.H2質(zhì)量百分比為3×10-5數(shù)量級，故忽略計算。經(jīng)核算：n合成氣=50.4+0.6+49=100Kmol/hM合成氣=1008.+1372.49+16.8=1490.09Kmol/hn丙烯=50.335+2.65=52.98Kmol/hM丙烯=2119.1+116.87=2235.97Kmol/h如圖2-3：羰基羰基合成裝置合成氣1490.09Kmol/hn-Bal3212.5Kmol/hi-Bal320.89Kmol/h丙烯2235.97Kmol/hC3H8175.74Kmol/hH20.13Kmol/h雜質(zhì)16.8Kmol/h圖2-3物料平衡圖2.6熱量衡算2.6.1能量衡算的意義與作用在化工生產(chǎn)過程中，各工序都要在嚴(yán)格控制的工藝下（如溫度、壓力、流量、濃度等）進(jìn)行。經(jīng)歷各種化學(xué)變化和物理變化，進(jìn)行著物質(zhì)的生產(chǎn)。在這過程中，各類化工單元操作，或者有動量的傳遞（如流量傳送）；或者有熱量的傳遞（如換熱設(shè)備）；或者有伴隨熱量的質(zhì)量傳遞（如精餾，吸收等）。若有化學(xué)反應(yīng)，則不僅兼有“三傳”（動量傳遞，熱量傳遞，質(zhì)量傳遞），還具有“一反”（化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱效應(yīng)—吸收或放熱）。物質(zhì)在整個過程中發(fā)生質(zhì)量的傳遞和能量的變化。前者可從物料衡算中求得，后者則依據(jù)能量守衡定律，利用能量傳遞和轉(zhuǎn)化的規(guī)律，通過平衡計算求得，這樣的化工計算稱為能量衡算[5]。化工生產(chǎn)中，能量衡算概括起來應(yīng)用于以下幾個方面：(1)確定效率如流體輸運(yùn)、攪拌、粉碎等單元操作中所需效率。(2)確定熱量或冷量如蒸發(fā)、蒸餾、冷凝、冷卻、閃蒸等所需要的熱量或冷量。(3)確定供熱效率或放熱效率如化學(xué)反應(yīng)中，由于熱效應(yīng)（使體系的溫度上升或下降）需確定的熱量或冷量。(4)確定節(jié)能措施為充分利用余熱，降低總能量消耗所采用的相應(yīng)措施。由此可見，能量衡算作為化工計算的一部分是非常重要的，所以我們必須對能量衡算進(jìn)行認(rèn)真嚴(yán)格的計算。2.6.2熱量衡算及所需媒質(zhì)的量熱平衡式：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6；（2-1）式中Q1—處理物料時需要的熱量kJ；Q2—加熱劑或冷卻劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量（符號規(guī)定加熱劑加入熱量為“＋”，冷卻劑吸收熱量為“－”）kJ；Q3—過程的熱效應(yīng)（符號規(guī)定放熱為“＋”，過程吸熱為“－”，注意：Q與熱焓符號相反，即Q=－H。如過程放熱則H為“－”，則Q為“＋”）kJ；Q4—離開設(shè)備物料帶出的熱量kJ；Q5—設(shè)備各部件所消耗的熱量kJ；Q6—設(shè)備向四周散失的熱量，又稱熱損失kJ。物料表表2-4反應(yīng)器進(jìn)口物料表反應(yīng)器進(jìn)口物質(zhì)C3H6H2COC3H8雜質(zhì)Kmol/h50.33550.4492.650.6%mol32.932.95321.730.39表2-5反應(yīng)器出口物料表反應(yīng)器出口物質(zhì)n-Bali-BalC3H8H2雜質(zhì)Kmol/h44.554.453.980.0650.6%mol83.028.297.450.121.12生成熱和燃燒熱表2-6生成熱和燃燒熱表1atm,25℃下生成熱ΔH/Kcal/mol1atm,25℃下燃燒熱ΔH/Kcal/molCO,g-26.416i-Bal,g-596.8H2,g-1.0H2,g-68.31n-Bal,g-52.40CO,g-67.62C3H8-24.820C3H6-490.2C3H64.88臨界溫度，臨界壓力表2-7臨界溫度和臨界壓力表臨界溫度tc/℃臨界壓力pc/atmCO-140.2334.53H2-239.9012.80C3H691.845.6n-Bal25339.5C3H896.5941.98各鍵的ΔT、ΔP表2-8各鍵的ΔT和ΔP表ΔTΔP-CHO0.0480.33-CH-0.0120.210CH3-0.0200.227氣體熱容Cp°表2-9氣體熱容Cp°ab×103c×106CO6.34241.8363-0.2801H26.4241.039-0.07804C3H62.25345.116-13.740C3H82.41057.195-17.5332.6.3熱量計算據(jù)物料衡算，凈化后合成氣設(shè)為100Kmol/h進(jìn)入，H2:CO=50.4:49.0，由于凈化所除去的雜質(zhì)量過小，所以忽略不計。為了調(diào)節(jié)H2與CO的比1.07-1.09需加高純度氫氣，所以在計算中以H2:CO=1.08:1為基準(zhǔn)。則：nH2=100=51.9Kmol/hnH2=100=48.1Kmol/h1.合成氣初始狀態(tài)為40℃，2.6MPa.g下進(jìn)入系統(tǒng)。經(jīng)預(yù)加熱器1519加熱到90℃，進(jìn)入1120：查表得：tcCO=-140.23℃,pcCO=34.53atm=3.5MPatcH2=-239.90℃,pcH2=12.80atm=1.3MPa求QCO：QCO=n·Cp°（t2-t1）[6]（2-2）（1）求CO的Cp-Cp°：TrCO=T/Tc==2.55PrCO=P/Pc==0.743查表得Cp-Cp°＝0.2Kcal/(Kmol·K)=0.837KJ/(Kmol·K)（2）求CO的Cp°：Cp°=a+bT+cT2（2-3）表2-10CO的a、b、c的值ab×103c×106CO6.34241.8363-0.280140℃Cp°=6.3424+1.8363×313/103-0.2801×313/106=6.8898Kcal/(Kmol·K)=28.83KJ/(Kmol·K)90℃Cp=6.3424+1.8363×363/103-0.2801×363/106=6.9721Kcal/(Kmol·K)=29.17KJ/(Kmol·K)所以=(Cp1+Cp2)/2=1/2(28.83+29.17)=29KJ/(Kmol·K)所以Cp=Cp°+0.837=29.837KJ/(Kmol·K)所以QCO==48.1×29.837×（90-40）=71757.99KJ/(Kmol·K)同理求得QH2=72971.4KJ/h所以Q總=QH2+QCO=72971.4+71757.99=144729.39KJ/h=0.14×106KJ/h2.合成氣從1120出來經(jīng)加熱器1520加熱到180℃，進(jìn)入1121過程中物料由90℃，2.6MPa.g——→180℃，2.6MPa.g，H2:CO=1.08:1同理求得QCO=128333.21kJ/hQH2=132679.76kJ/hQ總=QH2+QCO=128333.21+132679.76=261012.97kJ/h=0.26×106kJ/h3.OXO反應(yīng)器：因為反應(yīng)溫度為95℃，且已知25℃下的反應(yīng)數(shù)據(jù)，所以假設(shè)如下熱力學(xué)途徑：9595℃，反應(yīng)物料25℃，反應(yīng)物料25℃，反應(yīng)后物料95℃，反應(yīng)后物料ΔH1ΔH3ΔH2ΔH圖2-3熱力學(xué)途徑（1）ΔH1求：CO的Cp-Cp°：TrCO=T/Tc==2.51PrCO=P/Pc==0.457查圖得Cp-Cp°＝0.11Kcal/(kmol·K)=0.460kJ/(kmol·K)求：CO的Cp°：Cp°=a+bT+cT2（2-4）95℃Cp°=6.3424+1.8363×368/103-0.2801×368/106=6.9803Kcal/(kmol·K)=29.12kJ/(kmol·K)25℃Cp°=6.3424+1.8363×298/103-0.2801×298/106=6.8647Kcal/(kmol·K)=28.72kJ/(kmol·K)所以=(Cp1+Cp2)/2=1/2(29.12+28.72)=28.965kJ/(kmol·K)所以Cp=28.965+0.460=29.425kJ/(kmol·K)求H2的Cp°：Cp°=a+bT+cT2（2-5）表2-11H2的a、b、c的值ab×103c×106H26.4241.039-0.0780495℃Cp°=6.424+1.039×368/103-0.7804×368/106=6.795Kcal/(kmol·K)=28.430kJ/(kmol·K)25℃Cp°=6.424+1.039×298/103-0.7804×298/106=6.727Kcal/(kmol·K)=28.146kJ/(kmol·K)所以=(Cp1+Cp2)/2=1/2(28.430+28.146)=28.25kJ/(kmol·K)求：H2的Cp-Cp°：TrCO=T/Tc==2.51PrCO=P/Pc==0.457查圖得Cp-Cp°＝0.11Kcal/(kmol·K)=0.460kJ/(kmol·K)求：C3H6的Cp°：TrCO=T/Tc==0.91PrCO=P/Pc==0.346查圖得Cp-Cp°＝6Kcal/(kmol·K)=25.104kJ/(kmol·K)Cp°=a+bT+cT2（2-6）表2-12求Cp°時a、b、c的值ab×103c×106C3H62.25345.116-13.74095℃Cp°=2.253+45.116×368/103-13.740×368/106=16.996Kcal/(kmol·K)=71.111kJ/(kmol·K)25℃Cp°=2.253+45.116×298/103-13.740×298/106=13.838Kcal/(kmol·K)=51.898kJ/(kmol·K)所以=(Cp1+Cp2)/2=1/2(71.111+51.898)=64.505kJ/(kmol·K)所以Cp=64.505+25.104=89.609kJ/(kmol·K)ΔH1n-Bal=∑n·Cp.m·(T2-T1)（2-7）=（44.55×29.425+44.55×28.25+44.55×89.609）×（29-95）=-459305.15kJ/hΔH1i-Bal=∑n·Cp.m·(T2-T1)（2-8）=（4.45×29.425+4.45×28.25+4.45×89.609）×（29-95）=-49156.04kJ/hΔH1C3H8=∑n·Cp.m·(T2-T1)（2-9）=（1.335×28.25+1.335×89.609）×（29-95）=-11073.92kJ/h(2)反應(yīng)熱ΔH2由于查到的數(shù)據(jù)為n-Bal和C3H8在25℃，1atm下的生成熱，i-Bal查到的數(shù)據(jù)為20℃，1atm下的燃燒熱，所以：ΔH298reacn-Bal=∑（niΔH298.°f）prod-∑（niΔH298.°f）reactant=ΔH298.°n-Bal-ΔH298.°H2-ΔH298.°C3H6-ΔH298.°CO=1×(-52.40)-1×(-26.416)-1×(-1.0)-1×4.88=-29.864Kcal/mol=-124950.98kJ/kmolΔH293reaci-Bal=∑（niΔH293.°C）reactant-∑（niΔH293.°C）prod=ΔH298.°C3H6+ΔH298.°CO+ΔH298.°H2-ΔH298.°i-Bal=1×(-490.2)-1×(-67.82)-1×(-68.31)-1×(-596.8)=-29.33Kcal/mol=-122716.72kJ/kmolΔH298reacC3H8=∑（niΔH298.°f）prod-∑（niΔH298.°f）reactant=ΔH298.°C3H8-ΔH298.°H2-ΔH298.°C3H6=1×(-24.820)-1×(-1.0)-1×4.88=-28.7Kcal/mol=-120210.8kJ/kmol(3)ΔH3由于n-Bal、i-Bal熱容不能直接查到，所以由Rihani-Doraiswamy法查得,如下表表2-13a、b、c、d的值n-Bal官能團(tuán)ab×102c×104d×1061個CH3-0.60872.1433-0.08520.0011352個-CH2-0.39450.1363-0.01970.0025961個-CHO3.51840.94370.0614-0.006978合計4.19617.3596-0.2632-0.000651所以：Cp°n-Bal=4.1961+7.3596×T/102-0.2632×T2/104-0.000651×T3/106表2-14a、b、c、d的值i-Bal官能團(tuán)ab×102c×104d×1062個CH3-0.60872.1433-0.08520.0011351個-CH--3.52323.4158-0.28160.0080151個-CHO3.51840.94370.0614-0.006978合計1.21268.6461-0.39060.003307所以：Cp°n-Bal=1.2126+8.6461×T/102-0.3906×T2/104+0.003307×T3/10695℃Cp°=4.1961+7.3596×368/102-0.2632×3682/104-0.000651×3683/106=28.4675Kcal/(kmol·K)=119.11kJ/(kmol·K)25℃Cp°=4.1961+7.3596×298/102-0.2632×2982/104-0.000651×2983/106=24.5276Kcal/(kmol·K)=102.62kJ/(kmol·K)所以=(Cp1+Cp2)/2=1/2(119.11+102.62)=110.86kJ/(kmol·K)95℃Cp°=1.2126+8.6461×368/102-0.3906×3682/104+0.003307×3683/106=27.7405Kcal/(kmol·K)=116.06kJ/(kmol·K)25℃Cp°=1.2126+8.6461×293/102-0.3906×2932/104+0.003307×2933/106=23.2618Kcal/(kmol·K)=97.33kJ/(kmol·K)所以=(Cp1+Cp2)/2=1/2(116.06+97.33)=107.05kJ/(kmol·K)求：C3H8的Cp°：Cp°=a+bT+cT2表2-15a、b、c的值aB×103c×106C3H82.41057.195-17.53395℃Cp°=2.410+57.195×368/103-17.533×368/106=21.084Kcal/(kmol·K)=88.22kJ/(kmol·K)25℃Cp°=2.410+57.195×298/103-17.533×298/106=17.897Kcal/(kmol·K)=74.88kJ/(kmol·K)所以=(Cp1+Cp2)/2=1/2(88.22+74.88)=81.55kJ/(kmol·K)所以：ΔH1n-Bal=∑n·Cp.m·(T2-T1)（2-10）=（44.55×110.865）×（29-95）=342732.50kJ/hΔH1i-Bal=∑n·Cp.m·(T2-T1)（2-11）=（4.45107.05）×（29-95）=35727.94kJ/hΔH1C3H8=∑n·Cp.m·(T2-T1)（2-12）=（1.335×28.25+1.335×89.609）×（29-95）=7620.90kJ/h(4)ΔHn-BalΔHn-Bal=ΔH1+ΔH2+ΔH3（2-13）=-459305.15-29.864×44.55+342732.50=-5680138.80kJ/h=-5.68×106kJ/hΔHi-Bal=ΔH1+ΔH2+ΔH3（2-14）=-49156.04-29.33×4.45+35727.94=-559517.50KJ/h=-0.56×106kJ/hΔHC3H8=ΔH1+ΔH2+ΔH3（2-15）=-11073.92--28.7×1.335+7620.90=-163760.89KJ/h=-0.16×106kJ/h(5)QQ=-5.68×106-0.56×106-0.16×106=-6.4×106kJ/h(6)設(shè)計熱損失為總熱量的5%則=0.05（ΔH）=0.05×（-6.4×106）=-0.32×106kJ/h(7)由熱平衡方程式ΔH=Q1+Q2所以Q1=ΔH-Q2=-6.4×106-（-0.32×106）=-6.08×106kJ/hQ1為負(fù)值，說明反應(yīng)為放熱反應(yīng)，需要由熱載體取出熱量，其值為6.08×106kJ/h。4.混合丁醛從1120出來經(jīng)冷卻器1506冷卻到40℃過程中物料由95℃——→40℃，同理求得n-Bal=112.675KJ/hi-Bal=109.705KJ/hC3H8=83.002KJ/hh2=28.32KJ/hQ總=ΔH=∑n·Cp.m·(T2-T1)（2-16）=(44.55×112.675+4.45×109.705+3.985×83.00+0.065×28.32)×(40-95)=-321225.3kJ/h=-0.32×106kJ/h5.混合丁醛從1120出來經(jīng)換熱器1507升溫到80℃過程中物料由40℃——→80℃，同理求得n-Bal=110.95kJ/hi-Bal=107.80kJ/hC3H8=81.61kJ/hh2=28.29kJ/hQ總=ΔH=∑n·Cp.m·(T2-T1)（2-17）=(44.55×110.95+4.45×107.80+3.985×81.61+0.065×28.29)×(80-40)=229983.55kJ/h=0.23×106kJ/h該設(shè)計中丁辛醇裝置年產(chǎn)正丁醇80000噸，其中辛醇55000噸，正丁醇25000噸，同時副產(chǎn)異丁醇8000噸。丁辛醇裝置設(shè)計年運(yùn)行時間為8000小時，其中5360小時生產(chǎn)2—乙基己醇，2451小時生產(chǎn)丁醇，剩余189小時為生產(chǎn)切換時間，預(yù)計每年進(jìn)行7次切換，每次平均27小時。無論生產(chǎn)丁醇還是辛醇，丁醛與產(chǎn)品生產(chǎn)的速率比都是1：1的，所以年生產(chǎn)2-EH的量為：n2-EH==316747.29kmolnn-BaOH==253002.29kmol所以n-Bal的年產(chǎn)量為：316747.29+253002.29=569749.58kmol則實際生產(chǎn)n-Bal的量為：=74.19kmol/h所以按照比例向回推算：(1)合成氣初始狀態(tài)為40℃，2.6MPa.g下進(jìn)入系統(tǒng)。經(jīng)預(yù)加熱器1519加熱到90℃，進(jìn)入1120：Q總=144729.39=321360.96kJ/h=0.32×106kJ/h(2)合成氣從1120出來經(jīng)加熱器1520加熱到180℃，進(jìn)入1121：Q總=261012.97=59556.08kJ/h=0.60×106kJ/h(3)OXO羰基合成反應(yīng)器：Q總=-6.08×106=kJ/h=1.35×106kJ/h(4)混合丁醛從1120出來經(jīng)冷卻器1506冷卻到40℃：Q總=-321225.3=0.71×106kJ/h(5)混合丁醛從1120出來經(jīng)換熱器1507升溫到80℃：Q總=229983.55=0.51×106kJ/h第3章設(shè)備選型3.1選型原則(1)滿足工藝要求：設(shè)備的選型和計算必須充分考慮工藝上的要求。力求做到技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理。也就是選用的設(shè)備能與生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)，并且應(yīng)該獲得最大的單位產(chǎn)量、能適應(yīng)產(chǎn)品品種變化的要求、并確定產(chǎn)品的質(zhì)量、能降低勞動的強(qiáng)度、提高勞動生產(chǎn)率、能降低原材料以及相應(yīng)的公用工程的單耗、能改善環(huán)境保護(hù)、設(shè)備制造較容易、材料易得、操作以及維修保養(yǎng)方便等。設(shè)備選擇時，要能完全滿足上述各方面的條件是相當(dāng)困難的，但一定是要參照上述幾個方面的、對擬采用的設(shè)備進(jìn)行詳盡地比較，并且拿出最佳方案來。(2)設(shè)備成熟可靠：作為工業(yè)生產(chǎn)，不允許把不成熟或者未經(jīng)生產(chǎn)考驗的設(shè)備用于設(shè)計。設(shè)計中所選用的設(shè)備不但技術(shù)性能要可靠，設(shè)備材質(zhì)也要可靠。對從國外引進(jìn)的設(shè)備，同樣必須強(qiáng)調(diào)設(shè)備以及所采用的材質(zhì)的可靠性。特別對生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，一定要在充分調(diào)查研究和對比基礎(chǔ)上作出科學(xué)地選定[8]。(3)盡量采用國產(chǎn)設(shè)備：在設(shè)備選型時，應(yīng)該盡量采用國產(chǎn)設(shè)備，這樣不但可以節(jié)約外匯，而且可以促進(jìn)我國機(jī)械制造工業(yè)的發(fā)展。當(dāng)然，根據(jù)條件和可能，引進(jìn)少量進(jìn)口裝置或者關(guān)鍵設(shè)備也是必要的，但同樣必須堅持設(shè)備先進(jìn)可靠、經(jīng)濟(jì)合理，并應(yīng)考慮在引進(jìn)的基礎(chǔ)上如何消化吸收以及仿制的工作。3.2關(guān)鍵設(shè)備的選擇3.2.1釜容積的計算在化工原理（天大出版社）上冊查得表3-1密度換算表1atm,273K時換算后1.6MPa,368K時H=0.089kg/m3H=1.053kg/m3CO=1.250kg/m3CO=14.643kg/m3C3H6=1.94kg/m3C3H6=22.421kg/m3C3H8=0.717kg/m3C3H8=23.663kg/m3CH4=2.02kg/m3N2=1.251kg/m3雜=14.643kg/m3Ar=1.7820kg/m3取CH4,Ar,N2平均密度雜=1.25kg/m3所以混=（0.329×22.421+0.3295×1.053+0.3203×14.643+0.0173×23.66）+0.0039×14.643=12.88kg/m3設(shè)釜的容積為V,物料流率為Vh,反應(yīng)時間為,有:Vh===642.348m3/h（3-1）由=（3-2） =—2CA=（3-3）=12min=h由設(shè)計所知，設(shè)備用系數(shù)n為1.05，反應(yīng)為氣相反應(yīng)，裝料系數(shù)為0.6。由設(shè)計已知設(shè)備臺數(shù)m=2臺由連續(xù)反應(yīng)釜反應(yīng)容積計算公式得：V===107.06m3（3-4）3.2.2釜的高度與直徑的計算設(shè)釜的內(nèi)徑為D0，筒體高度為H，高徑比為r（即r=H/D0；r一般取1-3之間），在確定了殼體的H/D0；之后，可忽略罐底封頭的容積。V==[9]（3-5）故D=取r=H/D0=2.15D==3.988m=3988mm將計算結(jié)果圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑得D0=4000mm，并于《化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)》（天大出版社）查得封頭容積為9.02m3H===7.80m=7800mm3.2.3釜的壁厚的計算由已知Pc=1.05Pg=1.051.6=1.68MPaD=4000mmPg=1.6MPa選擇筒體材料16MnR,查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》，則材料在100℃下許用應(yīng)力=157MPa（初步設(shè)計在26～36mm范圍內(nèi)。焊接接頭系數(shù)取為局部無損探傷的帶墊板的單面對焊接縫，取值為0.80。所以應(yīng)用公式[10]：得（3-6）==26.93mm查得負(fù)偏差C1在26～30mm范圍內(nèi)為0.9mm,腐蝕裕度設(shè)為2mm.所以：d=26.93+2=28.93mmn=d+C1+△（3-7）=28.93+0.90+0.17=30mm（圓整值△=0.17）e=n-C1-C2=30-2-0.9=27.11mm由此可得到圓筒體的最大允許工作壓力[Pw]=[]t（3-8）==1.78MPa3.2.4釜的封頭計算由=30mm,查得封頭直邊高度h2=50mm.取Hi/D==0.25得Hi=0.254000=1000mm，計算封頭壁厚與筒體壁厚基本相同，所以為焊接方便，取二者一致為30mm。3.3其他設(shè)備的選擇3.3.1反應(yīng)釜的選擇攪拌反應(yīng)釜的工藝要求通常包括反應(yīng)釜的容積，最大工作壓力、工作溫度、工作介質(zhì)、腐蝕情況、傳熱面積、換熱方式、攪拌方式、轉(zhuǎn)速及功率、接口管方位與尺寸的確定等。由于影響攪拌過程的因素極其復(fù)雜，因此攪拌器選型的資料也較多，而且各自實驗重點(diǎn)不同結(jié)論也不盡相同。選型即要考慮攪拌效果，也應(yīng)考慮動力消耗問題。另外選型時還要考慮簡板器的結(jié)構(gòu)。3.3.2攪拌軸、攪拌器及傳動裝置的選擇1.攪拌軸計算從強(qiáng)度考慮，由d=365.09計算軸徑:（3-9）d=365.09×=308.4mm從剛度考慮，由d=1537計算軸徑:（3-10）d=1537×=317.6mm式中，軸材料選用45號鋼，取[τ]=30MPa，[θ]=0.5o/m,G=8.0×104MPa,參考公稱軸徑系列，取d=320mm。2.攪拌器的選擇[11]根據(jù)工藝要求，選用直徑1920mm，軸徑ф320mm的碳鋼制框式攪拌器，標(biāo)記符號為：攪拌器1920-320，HG5-757-78。3.電機(jī)選擇傳動效率包括減速器、聯(lián)軸器和密封裝置處的效率。設(shè)整個系統(tǒng)的總效率為0.95（一般可根據(jù)現(xiàn)場情況類比），則電機(jī)效率Pe為：Pe==23.51KW根據(jù)工作環(huán)境及與減速器聯(lián)接的形式，可選用Y90L-4，6V安裝形式的電動機(jī)。4.聯(lián)軸器選擇選用立式夾殼聯(lián)軸器HG5-213-65,標(biāo)記符號為:聯(lián)軸器Dg95HG5-213-65.5.機(jī)座選擇由于攪拌軸軸向力不大，聯(lián)軸器為夾殼式，故選用J-A形機(jī)座。由于減速器軸徑為95mm，故選用J-A-95型機(jī)座即可。6.軸封裝置為密封可靠，選用單端面小彈簧平衡型機(jī)械密封。7.填料箱根據(jù)操作條件選用帶襯套及冷卻水套鑄鐵填料箱，標(biāo)記為：填料箱Pg6,Dg95,HG5-214-81。8.視鏡選用碳鋼帶頸視鏡IPg6,Dg125,JB595-64-3，重6.7公斤。3.3.3支座的選擇因反應(yīng)釜外有保溫層，故選B形懸掛式支座。3.3.4冷凝器汽化熱Qv：Qv=2840079.537kJ傳熱面積A：A=（3-11）==19.55m選JB1145-71-1-22G400IV-16-20型換熱器。第4章工藝設(shè)備一覽表表4-1工藝設(shè)備一覽表序號 設(shè)備位號設(shè)備名稱及規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)圖號設(shè)備圖型號單位數(shù)量重量1T101OXO釜式反應(yīng)器反應(yīng)釜內(nèi)徑徑4000mm，內(nèi)裝有RH/TPP丁醛的催化劑，反應(yīng)釜高度為7800mm..1臺4180公斤2T1021號合成器凈化槽填料塔塔徑1525mm，內(nèi)裝有活性炭，填料層高度為5m.1臺11500公斤3T1032號合成器凈化槽填料塔塔徑為1710mm，內(nèi)裝有硫化鉑、活性鋁和氧化鋅，填料層高度為2.4m、1.8m、2m.1臺19350Kg4T104丙烯凈化器填料塔塔徑為1200mm，內(nèi)裝有活性氧化鋁，填料層高度為3m.1臺7085Kg5T105丙烯脫氧槽填料塔塔徑為1329mm，內(nèi)裝有活性氧化鋁，填料層高度為4.07m.1臺14070Kg6T106丙烯凈化器填料塔塔徑為1430mm，內(nèi)裝有活性氧化鋁、氧化鋅和浸銅活性炭，填料層高度為2m.1臺22700Kg續(xù)表4-2工藝設(shè)備一覽表序號 設(shè)備位號設(shè)備名稱及規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)圖號設(shè)備圖型單位數(shù)量重量7E202合成氣換熱器U型管式，殼體直徑為325mm內(nèi)有25×2.5長為3m的換熱管16根，換熱面積為10.3m2雙管程、單殼程。管、殼程走合成氣BEU325-4.0-6--2Ⅱ11臺臺600公斤8E203合成氣加熱器U型管式，殼體直徑為273mm內(nèi)有25×2.5長為3.18m的換熱管15根，換熱面積為3.18m2雙管程、單殼程。管程走合成氣，殼程走水蒸氣BEU273-4.0-4.8--2Ⅱ11臺臺470公斤9E204丙烯預(yù)熱器U型管式，殼體直徑為273mm內(nèi)有25×2.5長為2.495m的換熱管15根，換熱面積為2.025m2雙管程、單殼程。管程走水蒸氣，殼程走丙烯液體BEU325-4.0-4.8--2Ⅱ11臺臺390公斤10E205丙烯蒸發(fā)器U型管式，殼體直徑為387mm內(nèi)有19×2長為4.4m的換熱管15根，換熱面積為36.7/39.4m2雙管程、單殼程。管程走丙烯液體，殼程走甲醇BEU400-4.0-43.1--2Ⅱ11臺臺7520公斤11E201冷凝水冷卻器U型管式，殼體直徑為323.9mm內(nèi)有15.9×2長為3.898m的換熱管31根，換熱面積為10.85m2雙管程、單殼程。管程走冷凝物，殼程走冷卻水BEU325-4.0-23.1--2Ⅱ11臺臺830公斤續(xù)表表4-3工藝設(shè)備一覽表序號 設(shè)