正丁烷氧化法制備順丁烯二酸酐

摘要本項(xiàng)目為正丁烷氧化法年產(chǎn)5萬(wàn)噸順丁烯二酸酐吸收工段初步設(shè)計(jì)。首先，本文介紹了順丁烯二酸酐的相關(guān)背景和用途、國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、前景、生產(chǎn)方法及比較。其次闡述了課題的設(shè)計(jì)依據(jù)、廠址選擇、設(shè)計(jì)規(guī)模、生產(chǎn)制度及產(chǎn)品規(guī)格。通過(guò)查閱資料對(duì)工藝進(jìn)行比較確定工藝流程，進(jìn)行物料衡算和熱量衡算。利用軟件對(duì)解析塔塔板數(shù)、進(jìn)料板位置等變量進(jìn)行優(yōu)化，選取最合適的參數(shù)以達(dá)到同等產(chǎn)品規(guī)格下最低能耗的目的。通過(guò)設(shè)計(jì)結(jié)果對(duì)吸收塔、解析塔、換熱器、泵和壓縮機(jī)等主要設(shè)備進(jìn)行設(shè)備選型。依據(jù)化工廠車間布置原則，完成對(duì)設(shè)備的平立面布置，并進(jìn)行自動(dòng)化控制、環(huán)境評(píng)估與安全評(píng)價(jià)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。最后利用AutoCAD繪制帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、平立面布置圖和主設(shè)備圖，并完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書。關(guān)鍵詞：順丁烯二酸酐；模擬設(shè)計(jì)；工藝優(yōu)化；Aspenplus

AbstractThisprojectisthepreliminarydesignoftheabsorptionsectionforanannualproductionof50000tonsofmaleicanhydrideusingthen-butaneoxidationmethod.Firstly,thisarticleintroducestherelevantbackgroundandusesofmaleicanhydride,thecurrentdevelopmentstatus,prospects,productionmethods,andcomparisonathomeandabroad.Secondly,thedesignbasis,siteselection,designscale,productionsystem,andproductspecificationsoftheprojectwereelaborated;Compareanddeterminetheprocessflowbyconsultingmaterials,andperformmaterialbalanceandheatbalancecalculations;Usingsoftwaretooptimizevariablessuchasthenumberofanalyticaltowerplatesandthepositionoffeedplates,andselectingthemostsuitableparameterstoachievethelowestenergyconsumptionunderthesameproductspecifications;Selectequipmentformajorequipmentsuchasabsorptiontower,analyticaltower,heatexchanger,pump,andcompressorbasedonthedesignresults.Accordingtothelayoutprinciplesofthechemicalplantworkshop,completethehorizontalandverticallayoutoftheequipment,andconductautomationcontrol,environmentalassessment,safetyevaluation,andtechnicalandeconomicevaluation.Finally,useAutoCADtodrawaprocessflowdiagramwithcontrolpoints,aplanandelevationlayoutdiagram,andamainequipmentdiagram,andcompletethedesignmanual.Keywords:Maleicanhydride;SimulationDesign;ProcessOptimization;AspenPlus

目錄摘要 [15]。2.2工藝流程簡(jiǎn)述通過(guò)查閱與此相關(guān)的參考文獻(xiàn)，并結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，對(duì)工藝流程和工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先由前段工序產(chǎn)生的反應(yīng)混合氣體經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)輸送和換熱器換熱之后，達(dá)到145kPa和133℃左右，之后從塔底進(jìn)入順酐吸收塔，同時(shí)將吸收劑鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)從塔頂通入順酐吸收塔。在吸收塔內(nèi)，從塔頂進(jìn)入的貧溶劑與從塔底進(jìn)入的富氣逆流傳質(zhì)，將富氣中的順丁烯二酸酐吸收下來(lái)。塔底出料富溶劑分成兩股，第一股流股經(jīng)過(guò)換熱器換熱后達(dá)到173℃左右進(jìn)入順酐解吸塔，第二股流股經(jīng)過(guò)換熱器換熱后達(dá)到115℃左右回流進(jìn)入吸收塔再次參與順丁烯二酸酐的吸收。吸收塔塔頂排出的尾氣送到焚燒爐焚燒。富溶劑經(jīng)過(guò)換熱器換熱后自第15塊塔板處進(jìn)入順酐解吸塔。解析塔底部經(jīng)塔底再沸器加熱，頂部出口氣體經(jīng)塔頂冷凝器冷凝后回流，返回至解析塔。順丁烯二酸酐自頂部釆出，送去順丁烯二酸酐儲(chǔ)藏罐。塔底采出吸收劑鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)輸送到吸收塔吸收劑儲(chǔ)罐中，再次循環(huán)使用，使整個(gè)工藝流程更加高效節(jié)能。圖2-1工藝流程圖

第3章工藝計(jì)算3.1物料衡算3.1.1順酐吸收塔T0101物料衡算對(duì)順丁烯二酸酐吸收塔進(jìn)行物料衡算，計(jì)算其進(jìn)出料是否守恒，順丁烯二酸酐吸收塔如圖3-1所示，表3-1為順酐吸收塔的物料衡算結(jié)果。圖3-1順酐吸收塔表3-1順酐吸收塔T0101物料衡算項(xiàng)目質(zhì)量流率(kg/h)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)進(jìn)料塔頂塔底進(jìn)料塔頂塔底H2O8273.427987.89285.532.135.900.18CO1535.821535.380.440.371.130N2101915.50101900.5015.0024.3475.250.01O221086.7421072.4514.295.0415.560.01CO21957.621951.186.440.471.440C4H10841.19834.017.180.200.630C2H4O2153.34125.8627.480.040.090.02C4H2O39207.016.639200.383.0605.89C4H4O4-D1148.050.01148.040.0600.09C8H4O3147.890.18147.710.0600.09C16H22O4144361.171.23144359.9463.26092.28C14H8O22220.940.022220.920.9701.43總和291848.69135415.34156433.351001001003.1.2順酐解析塔T0102物料衡算對(duì)順丁烯二酸酐解析塔進(jìn)行物料衡算，計(jì)算其進(jìn)出料是否守恒，順丁烯二酸酐解析塔如圖3-2所示，表3-2為順酐解析塔物料衡算結(jié)果。圖3-1順酐解析塔表3-2順酐解析塔T0102物料衡算項(xiàng)目質(zhì)量流率(kg/h)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)進(jìn)料塔頂塔底進(jìn)料塔頂塔底H2O142.77139.103.670.1819.030CO0.220.22000.220N27.507.480.020.017.440O27.147.110.030.017.020CO23.223.190.0302.980C4H103.593.530.0603.050C2H4O213.7413.110.630.020.900C4H2O34600.194161.29438.905.8856.220.60C4H4O4-D174.0239.1534.870.090.430.05C8H4O373.8648.8624.990.090.550.03C16H22O472179.97154.1572025.8392.282.1697.81C14H8O21110.4601110.461.4201.51總和78216.684577.1973639.491001001003.2熱量衡算3.2.1反應(yīng)混合氣換熱器E0101熱量衡算 反應(yīng)混合氣經(jīng)過(guò)冷卻后進(jìn)入吸收塔，為使溫度從233.6℃冷卻到133.4℃，選用冷凝水作為冷卻劑進(jìn)行冷卻，表3-3為熱量衡算結(jié)果。表3-3換熱器E0101熱量衡算項(xiàng)目吸收塔進(jìn)口物料冷卻水質(zhì)量流率(kg/h)139600.00753174進(jìn)口溫度(℃)233.620出口溫度(℃)133.425總熱負(fù)荷(kW)4367.524367.523.2.2吸收劑預(yù)熱換熱器E0102熱量衡算吸收塔吸收劑經(jīng)過(guò)預(yù)熱后進(jìn)入吸收塔，為使物料從25.2℃加熱到44.5℃，采用高壓蒸汽加熱，表3-4為熱量衡算結(jié)果。表3-4換熱器E0102熱量衡算項(xiàng)目吸收塔溶劑進(jìn)口物料高壓蒸汽質(zhì)量流率(kg/h)50000.002023.28進(jìn)口溫度(℃)25.2250出口溫度(℃)44.5249總熱負(fù)荷(kW)966.30966.303.2.3吸收塔循環(huán)換熱器E0103熱量衡算回流液通過(guò)換熱器換熱，從115.3℃降到85.4℃，選用冷凝水作為冷卻劑進(jìn)行冷卻，表3-5為熱量衡算結(jié)果。表3-5換熱器E0103熱量衡算項(xiàng)目吸收塔回流口物料冷卻水質(zhì)量流率(kg/h)78216.68200549.00進(jìn)口溫度(℃)115.320出口溫度(℃)85.425總熱負(fù)荷(kW)1162.931162.933.2.4解析塔進(jìn)料換熱器E0104熱量衡算吸收塔塔底出料經(jīng)過(guò)預(yù)熱后進(jìn)入解析塔，通過(guò)高壓蒸汽加熱，使物料溫度從115.3℃加熱到173.6℃，表3-6為熱量衡算結(jié)果。表3-6換熱器E0106熱量衡算項(xiàng)目解析塔進(jìn)口物料高壓蒸汽質(zhì)量流率(kg/h)78216.68200549.00進(jìn)口溫度(℃)115.3250出口溫度(℃)173.6249總熱負(fù)荷(kW)2548.92548.93.2.5順丁烯二酸酐解析塔冷凝器E105、再沸器E106熱量衡算 解析塔中冷凝器采用冷卻水，使物料從175.1℃降到130.3℃。再沸器使用高壓蒸汽使物料從175.1℃升高到228.9℃。表3-7解析塔T0102冷凝器熱量衡算項(xiàng)目解析塔塔頂氣相冷卻水流速1.59m3/s74878.02kg/h進(jìn)口溫度(℃)175.120出口溫度(℃)130.325總熱負(fù)荷(kW)3722.083722.08表3-8解析塔T0102再沸器熱量衡算項(xiàng)目順丁烯二酸酐解析塔塔底液相高壓蒸汽質(zhì)量流率(kg/h)73639.494847.53進(jìn)口溫度(℃)175.1250出口溫度(℃)228.9249總熱負(fù)荷(kW)2315.132315.133.2.6總公用工程根據(jù)換熱器的熱量衡算，可以計(jì)算出公用工程總的用量和總熱負(fù)荷，結(jié)果如表3-9所示。表3-9公用工程項(xiàng)目冷卻水高壓蒸汽總質(zhì)量流率(kg/h)1028601.02207419.81總熱負(fù)荷(kW)15082.86

第4章設(shè)備計(jì)算及選型4.1吸收塔T0101計(jì)算及選型4.1.1參數(shù)優(yōu)化圖4-1為吸收塔不同塔板數(shù)對(duì)順丁烯二酸酐純度的影響分析。由圖中信息可以分析出，隨著吸收塔塔板數(shù)的不斷增加，順丁烯二酸酐的純度在不斷提高，前半部分隨著塔板數(shù)的增加，純度顯著提升，但當(dāng)塔板數(shù)超過(guò)19塊塔板時(shí)，純度提升放緩，為保證產(chǎn)品純度達(dá)到96%以上，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益等因素，吸收塔設(shè)計(jì)選用20塊塔板。圖4-1吸收塔塔板數(shù)對(duì)順丁烯二酸酐純度的影響圖4-2吸收塔反應(yīng)混合氣溫度對(duì)塔底產(chǎn)品摩爾分率的影響圖4-2為吸收塔混合氣體進(jìn)料溫度對(duì)順丁烯二酸酐吸收度的影響分析。由圖中信息可以分析出，隨著吸收塔反應(yīng)混合氣溫度的不斷增加，順丁烯二酸酐的吸收度在不斷提高，前半部分隨著溫度的增加，純度顯著提升，但當(dāng)混合氣溫度超過(guò)135℃時(shí)，順丁烯二酸酐吸收度開始降低，為使順丁烯二酸酐吸收度最大化，同時(shí)綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益等因素，將混合氣體通過(guò)換熱器降到133.4℃。圖4-3為吸收塔吸收劑的進(jìn)料流量對(duì)順丁烯二酸酐純度的影響分析。由圖可知，隨著吸收劑進(jìn)料流量的不斷提高，順丁烯二酸酐的純度在不斷提高，前半部分隨著進(jìn)料量的增加，純度顯著提升，但當(dāng)吸收劑進(jìn)料流量超過(guò)60000kg/h時(shí)，順丁烯二酸酐的純度開始明顯下降，為使順丁烯二酸酐的純度最大化，同時(shí)綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益等因素，將選擇吸收塔吸收劑的進(jìn)料流量為5000kg/h。圖4-3吸收塔吸收劑進(jìn)料流量對(duì)順丁烯二酸酐純度的影響圖4-4吸收劑溫度對(duì)塔底產(chǎn)品摩爾分率的影響圖4-4為吸收塔的吸收劑溫度對(duì)順丁烯二酸酐吸收度影響分析。由圖中信息可以分析出，隨著吸收劑溫度的不斷提高，使得順丁烯二酸酐的吸收度在不斷提高，塔底出料口產(chǎn)品摩爾分率不斷增大，前半部分隨著溫度的增加，但當(dāng)吸收劑的溫度超過(guò)45℃時(shí)，順丁烯二酸酐吸收度開始明顯降低，塔底出料口產(chǎn)品摩爾分率開始顯著下降，為使順丁烯二酸酐吸收度最大化，同時(shí)綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益與資源利用等因素，將吸收劑通過(guò)換熱器升高到44.5℃。表4-1解析塔T102優(yōu)化結(jié)果參數(shù)優(yōu)化前優(yōu)化后理論塔板數(shù)(塊)2320反應(yīng)混合氣溫度(℃)233.6133.4吸收劑進(jìn)料流量(kg/h)60005000吸收劑溫度(℃)25.244.5質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)95.6696.104.1.2塔內(nèi)構(gòu)件設(shè)計(jì)對(duì)吸收塔T0101的內(nèi)構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，得出的具體參數(shù)如表4-2所示。表4-2順酐吸收塔T0101總體結(jié)構(gòu)尺寸結(jié)構(gòu)尺寸塔徑(mm)2000塔板間距(mm)600.0堰長(zhǎng)(mm)3121堰高(mm)50.8降液管寬度(mm)673塔段數(shù)1降液管底隙(mm)38.1塔板流型程數(shù)1篩孔直徑(mm)12.7開孔區(qū)(m2)0.14.1.3壁厚及封頭計(jì)算（1）壁厚計(jì)算本設(shè)計(jì)選取通體材料為20R，設(shè)計(jì)溫度133℃，設(shè)計(jì)壓力0.145MPa。查閱資料《化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》，在150℃的設(shè)計(jì)溫度下，20R的許應(yīng)力為[δ]=119MPa，采取雙面焊接，焊縫系數(shù)為1.0，鋼板厚度負(fù)偏差C1=0.9mm(假設(shè)其名義厚度在8-25mm之間取腐蝕附加量Ca.計(jì)算厚度δ最小厚度及設(shè)計(jì)厚度：對(duì)低合金鋼容器，其最小厚度δmin設(shè)計(jì)厚度δb.名義厚度δd+取兩者最大者6mm，按鋼板厚度規(guī)格可取精餾塔筒體名義厚度δn=9mm(在初始假設(shè)的8-25mm之間（2）封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，其材料為20R，壁厚與塔體相同，即當(dāng)δn=9mm曲面高度H14.1.4塔高計(jì)算初步設(shè)定板間距為HT取塔頂空間高度為HD塔底部空間高度為HW根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式選取裙座高度為：HS由上文可知：封頭曲邊高度：H1=250mm；直邊高度：已知實(shí)際塔板數(shù)為N為20塊，選擇每隔6塊板設(shè)置一個(gè)人孔。取人孔直徑為600mm，在設(shè)置人孔處，兩板之間的距離為HT總共所需設(shè)置的人孔數(shù)為3個(gè)，其中包括塔間1個(gè)，塔頂和塔底各一個(gè)。進(jìn)料板高度HF取決于進(jìn)料口的結(jié)構(gòu)形式、物料狀態(tài)，取HF塔體的總高：H=1.0+17×0.6+0.8+1.0+1.8+0.8+0.25+0.05=15.9m4.1.5接管計(jì)算（1）吸收塔進(jìn)料管氣體體積流量VS=22.87m3/s，在低壓下，取u=30m/s，在低壓下，蒸汽管流速ud經(jīng)圓整選取卷制鋼管，規(guī)格為φ=1000×5mm校核設(shè)計(jì)流速：u=因?yàn)閡=29.73m/s，在20-75m/s（2）吸收塔塔釜出料管釜液質(zhì)量流量WB=156433.32kg/h，塔釜出料的平均密度為ρ=1006.36kg/m3。釜液出口管道流速u一般在d經(jīng)圓整選取冷軋無(wú)縫鋼管，規(guī)格為φ=u=因?yàn)閡=1.00m/s，在0.8~1.5m/s（3）塔頂蒸汽管上升蒸汽體積流量VS=31.64m3/s，在低壓下，取u=40m/sd經(jīng)圓整選取卷制鋼管，規(guī)格為φ=900×5mm校核設(shè)計(jì)流速：u=因?yàn)閡=50.88m/s，在20-75m/s范圍內(nèi)，故管道適用。（4）吸收劑進(jìn)料管釜液質(zhì)量流量WB=50000.00kg/h，塔釜出料的平均密度為ρ=1033.07kg/m3。釜液出口管道流速u一般在0.8~1.5m/s范圍內(nèi)，取d經(jīng)圓整選取冷軋無(wú)縫鋼管，規(guī)格為φ140×3mm，校核設(shè)計(jì)流速

u因?yàn)閡=0.91m/s，在0.8~1.5m/s范圍內(nèi)，故管道適用。（5）回流進(jìn)料管質(zhì)量流量WB=78216.67kg/h，回流進(jìn)料的平均密度為ρ=1025.53kg/m3。回流進(jìn)料管道流速u一般在0.8~1.5m/s范圍內(nèi)，取u=1.0m/sd經(jīng)圓整選取冷軋無(wú)縫鋼管，規(guī)格為φ=180×3mmu因?yàn)閡=0.86m/s，在0.8~1.5m/s4.2順丁烯二酸酐解析塔T0201計(jì)算及選型4.2.1參數(shù)優(yōu)化圖4-5為解析塔不同進(jìn)料板位置對(duì)順丁烯二酸酐純度的影響分析。由圖可知，隨著進(jìn)料板位置的不斷變化，順丁烯二酸酐的純度在不斷提高，為保證產(chǎn)品純度達(dá)到96%以上，同時(shí)綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益等因素，解析塔進(jìn)料板位置設(shè)計(jì)在15塊塔板處。圖4-5解析塔進(jìn)料板位置對(duì)順丁烯二酸酐純度、熱負(fù)荷及冷負(fù)荷的影響圖4-6為解析塔回流比對(duì)順丁烯二酸酐純度的影響分析。由圖可知，隨著解析塔回流比的不斷增加，順丁烯二酸酐的純度在不斷提高，前半部分隨著回流比的增加，純度顯著提升，但當(dāng)回流比達(dá)到4時(shí)，純度提升放緩，但為保證產(chǎn)品純度達(dá)到96%以上，同時(shí)綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益等因素，選擇解析塔的回流比為6。圖4-6解析塔回流比對(duì)順丁烯二酸酐純度、熱負(fù)荷及冷負(fù)荷的影響圖4-7為吸收塔不同塔板數(shù)對(duì)順丁烯二酸酐純度的影響分析。由圖可知，隨著解析塔塔板數(shù)的不斷增加，順丁烯二酸酐的純度在不斷提高，前半部分隨著塔板數(shù)的增加，純度顯著提升，但當(dāng)塔板數(shù)超過(guò)19塊塔板時(shí)，純度提升放緩，為保證產(chǎn)品純度達(dá)到96%以上，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益等因素，順丁烯二酸酐解析塔塔板數(shù)設(shè)計(jì)選用20塊塔板。圖4-7解析塔塔板數(shù)對(duì)順丁烯二酸酐純度、熱負(fù)荷及冷負(fù)荷的影響表4-4解析塔T102優(yōu)化結(jié)果參數(shù)優(yōu)化前優(yōu)化后理論塔板數(shù)(塊)3020進(jìn)料位置1015回流比86冷負(fù)荷（Gcal/hr）-7.21-5.60熱負(fù)荷（Gcal/hr）15.2713.66質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)90.6690.704.2.2塔內(nèi)構(gòu)件設(shè)計(jì)順丁烯二酸酐解析塔T0102的內(nèi)構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，得出的具體參數(shù)如表4-3所示。表4-5順丁烯二酸酐解析塔T0102第一段總體結(jié)構(gòu)尺寸結(jié)構(gòu)尺寸塔徑(mm)1500塔板間距(mm)609.6堰長(zhǎng)(mm)971.67堰高(mm)50.8降液管寬度(mm)209.25塔段數(shù)2降液管底隙(mm)38.1塔板流型程數(shù)1篩孔直徑(mm)12.7開孔區(qū)(m2)0.14.2.3壁厚及封頭設(shè)計(jì)（1）壁厚計(jì)算本設(shè)計(jì)選取通體材料為20R，設(shè)計(jì)溫度175℃，設(shè)計(jì)壓力0.12MPa。查閱資料《化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》，在200℃的設(shè)計(jì)溫度下，20R的許應(yīng)力為[δ]=110MPa，采取雙面焊接，焊縫系數(shù)為1.0，鋼板厚度負(fù)偏差C1=1.0(假設(shè)其名義厚度在8-25mm取腐蝕附加量Ca.計(jì)算厚度δ最小厚度及設(shè)計(jì)厚度：對(duì)低合金鋼容器，其最小厚度δmin設(shè)計(jì)厚度δb.名義厚度δd+取兩者最大者6mm，按鋼板厚度規(guī)格可取精餾塔筒體名義厚度δn=10mm(在初始假設(shè)的8-25mm（2）封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，其材料為20R，壁厚與塔體相同，即當(dāng)δn=10mm曲面高度H14.2.4塔高計(jì)算初步設(shè)定板間距為HT取塔頂空間高度為HD塔底部空間高度為HW根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式選取裙座高度為：HS由上文可知：封頭曲邊高度：H1=375mm；直邊高度：已知實(shí)際塔板數(shù)為N為20塊，選擇每隔6塊板設(shè)置一個(gè)人孔。取人孔直徑為600mm，在設(shè)置人孔處，兩板之間的距離為H總共所需設(shè)置的人孔數(shù)為3個(gè)，其中包括塔間1個(gè)，塔頂和塔底各一個(gè)。進(jìn)料板高度HF取決于進(jìn)料口的結(jié)構(gòu)形式、物料狀態(tài)，取H塔體的總高H4.2.5接管計(jì)算（1）進(jìn)料管質(zhì)量流量WB=78216.68kg/h，塔釜出料的平均密度為ρ=1006.36kg/m3。釜液出口管道流速u一般在d經(jīng)圓整選取冷軋無(wú)縫鋼管，規(guī)格為φ=160×3mmu因?yàn)閡=1.16m/s，在0.8-1.5m/s范圍內(nèi)，故管道適用。（2）釜液出料管釜液質(zhì)量流量WB=73639.49kg/h，塔釜出料的平均密度為ρ=797.90kg/m3。釜液出口管道流速u一般在0.8-1.5m/sd經(jīng)圓整選取冷軋無(wú)縫鋼管，規(guī)格為φ=u=因?yàn)閡=1.08m/s，在0.8-1.5m/s（3）塔頂蒸汽管上升蒸汽體積流量VS=1.59m3/s，在低壓下，取u=30m/sd經(jīng)圓整選取卷制鋼管，規(guī)格為φ=校核設(shè)計(jì)流速u因?yàn)閡=35.39m/s，在20-75m/s（4）塔頂冷凝出料管塔頂出料的質(zhì)量流量WB=53986.08kg/h，塔頂出料的平均密度為ρ=1269.09kg/m3。塔頂出料口管道流速u一般在d經(jīng)圓整選取冷軋無(wú)縫鋼管，規(guī)格為φ=u因?yàn)閡=1.09m/s，在0.8-1.5m/s（5）塔釜蒸汽管上升蒸汽體積流量VS=0.59m3/h，在低壓下，蒸汽管流速u可取20-75m/s范圍內(nèi)，取d圓整后選取卷制鋼管，規(guī)格為φ=校核設(shè)計(jì)流速，u=計(jì)算流速24.82m/s處于設(shè)計(jì)流速20-75m/s圍內(nèi)，故管道適用。4.3換熱器選型4.3.1反應(yīng)混合氣換熱器E0101設(shè)計(jì)及選型物料進(jìn)入冷凝器的流量為139600kg/h，消耗的冷凝水質(zhì)量為753174kg/h，產(chǎn)生的熱負(fù)荷交換為4367.52kW，物料溫度經(jīng)過(guò)換熱后從233.6℃冷卻到133.4℃。具體的換熱器設(shè)計(jì)內(nèi)容包括以下部分對(duì)換熱器進(jìn)行計(jì)算，具體參數(shù)如下表所示：表4-6反應(yīng)混合氣換熱器E0101相關(guān)參數(shù)名稱參數(shù)名稱參數(shù)殼程直徑426mm公稱換熱面積35.2m2管程壓力0.2MPa換熱管長(zhǎng)度1500mm殼程壓力0.18MPa換熱管外徑19mm管程數(shù)1殼程數(shù)1碳素鋼換熱管符合NB/T47019的規(guī)定，其型號(hào)為：BEM426-4.3.2吸收劑預(yù)熱換熱器E0102設(shè)計(jì)及選型物料進(jìn)入換熱器的流量為50000.00kg/h，消耗的高壓蒸汽質(zhì)量為2023.28kg/h，熱負(fù)荷交換為966.30kW，物料溫度經(jīng)過(guò)換熱后從25.2℃加熱到44.5℃。具體參數(shù)如下表：表4-7吸收劑預(yù)熱換熱器E0102相關(guān)參數(shù)名稱參數(shù)名稱參數(shù)殼程直徑219mm公稱換熱面積3.2m2管程壓力0.57MPa換熱管長(zhǎng)度2000mm殼程壓力0.55MPa換熱管外徑19mm管程數(shù)1殼程數(shù)1碳素鋼換熱管符合NB/T47019的規(guī)定，其型號(hào)為：BEM325-4.3.3吸收塔循環(huán)換熱器E0103設(shè)計(jì)及選型物料進(jìn)入冷凝器的流量為78216.68kg/h，消耗的冷凝水質(zhì)量為200549kg/h，產(chǎn)生的熱負(fù)荷交換為1162.93kW，物料溫度經(jīng)過(guò)換熱后從115.3℃降到85.4℃。具體的換熱器設(shè)計(jì)內(nèi)容包括以下部分，利用EDR對(duì)換熱器進(jìn)行計(jì)算，具體參數(shù)如下：表4-8吸收塔循環(huán)換熱器E0103相關(guān)參數(shù)名稱參數(shù)名稱參數(shù)殼程直徑426mm公稱換熱面積19.9m2管程壓力0.15MPa換熱管長(zhǎng)度3000mm殼程壓力0.15MPa換熱管外徑19mm管程數(shù)1殼程數(shù)1碳素鋼換熱管符合NB/T47019的規(guī)定，其型號(hào)為：BEM426-4.3.4解析塔進(jìn)料換熱器E0104設(shè)計(jì)及選型物料進(jìn)入換熱器的流量為78216.68kg/h，消耗的高壓蒸汽質(zhì)量為200549.00kg/h，產(chǎn)生的熱負(fù)荷交換為2548.9kW，物料溫度經(jīng)過(guò)換熱后從115.3℃加熱到173.6℃。具體的換熱器設(shè)計(jì)內(nèi)容包括以下部分，對(duì)換熱器進(jìn)行計(jì)算，具體參數(shù)如下：表4-9解析塔進(jìn)料換熱器E0104相關(guān)參數(shù)名稱參數(shù)名稱參數(shù)殼程直徑325mm公稱換熱面積20m2管程壓力0.12MPa換熱管長(zhǎng)度45000mm殼程壓力0.1MPa換熱管外徑19mm管程數(shù)1殼程數(shù)1碳素鋼換熱管符合NB/T47019的規(guī)定，其型號(hào)為：BEM325-4.3.5解析塔塔頂冷凝器E0105設(shè)計(jì)及選型表4-10解析塔塔頂冷凝器E0105相關(guān)參數(shù)名稱參數(shù)名稱參數(shù)殼程直徑426mm公稱換熱面積19.9m2管程壓力0.1MPa換熱管長(zhǎng)度1500mm殼程壓力0.09MPa換熱管外徑19mm管程數(shù)1殼程數(shù)1物料進(jìn)入冷凝器的流量為50.67kg/h，消耗的冷凝水質(zhì)量為4878.02kg/h，產(chǎn)生的熱負(fù)荷交換為1162.93kW，物料溫度經(jīng)過(guò)換熱后從175.1℃降到130.3℃。具體的換熱器設(shè)計(jì)內(nèi)容包括以下部分，對(duì)換熱器進(jìn)行計(jì)算，具體參數(shù)如上表所示：碳素鋼換熱管符合NB/T47019的規(guī)定，其型號(hào)為：BEM426-4.3.6解析塔塔底再沸器E0106設(shè)計(jì)及選型物料進(jìn)入換熱器的流量為73639.48kg/h，消耗的高壓蒸汽質(zhì)量為4847.53kg/h，產(chǎn)生的熱負(fù)荷交換為2315.13kW，物料溫度經(jīng)過(guò)換熱后從175.1℃升高到228.9℃。具體的換熱器設(shè)計(jì)內(nèi)容包括以下部分，對(duì)換熱器進(jìn)行計(jì)算，具體參數(shù)如下：表4-11解析塔塔底再沸器E0106相關(guān)參數(shù)名稱參數(shù)名稱參數(shù)殼程直徑426mm公稱換熱面積46.3m2管程壓力0.1MPa換熱管長(zhǎng)度46.3mm殼程壓力0.1MPa換熱管外徑19mm管程數(shù)1殼程數(shù)1碳素鋼換熱管符合NB/T47019的規(guī)定，其型號(hào)為：BKM426-4.4其他設(shè)備計(jì)算及選型4.4.1泵與壓縮機(jī)選型吸收劑輸送泵P0101A/B進(jìn)料的體積流量為72.20m3/h，泵的壓力為5.76bar，經(jīng)過(guò)計(jì)算后得出揚(yáng)程為45.35m，泵選型依據(jù)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT13007-2011選擇泵P0101A/B的型號(hào)為IS100-65-200A/B。塔釜液輸送泵P0102A/B進(jìn)料的體積流量為77.55m3/h，泵的壓力為2.0bar，經(jīng)過(guò)計(jì)算后得出揚(yáng)程為48.29m，泵選型依據(jù)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT13007-2011選擇泵P0102A/B的型號(hào)為IS50-32-250A/B。冷凝液輸送泵P0103A/B進(jìn)料的體積流量為2.22m3/h，泵的壓力為1.2bar，經(jīng)過(guò)計(jì)算后得出揚(yáng)程為1.65m，泵選型依據(jù)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBT13007-2011選擇泵P0103A/B的型號(hào)為IS50-32-125A/B。反應(yīng)混合氣壓縮機(jī)C0101A/B，壓縮機(jī)選型依據(jù)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選擇壓縮機(jī)的型號(hào)為KCC250-11。4.4.2儲(chǔ)罐計(jì)算及選型塔頂回流罐V0101，回流液的體積流量為2.22m3/h，取停留時(shí)間60min，則回流罐的容積為：V按要求選擇充裝系數(shù)為0.9，需儲(chǔ)罐的體積為3.95m3。根據(jù)HG21502.2-1992《鋼制立式圓筒形內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐系列》，選擇選擇標(biāo)準(zhǔn)：公稱容積4m3，全容積4.18m3，公稱直徑1400mm，簡(jiǎn)體壁厚5mm，長(zhǎng)2200mm，設(shè)計(jì)壓力0.15MPa，型號(hào)：HG5-1579-85-43。4.5設(shè)備一覽表現(xiàn)將所有設(shè)備整理，具體參數(shù)如下表所示。表4-12塔設(shè)備一覽表名稱T0101T0201設(shè)計(jì)溫度/℃133175設(shè)計(jì)壓力/MPa0.1450.1DN/mm20001500壁厚/mm88橢圓封頭曲面高度/mm250375直邊高度/mm5050裙座高度/mm18002000上徑/mm20001500下徑/mm20001500人孔個(gè)數(shù)33直徑/mm600600空間上部/mm10001000下部/mm10001000塔體高度/m15.90016.425表4-13換熱器設(shè)備一覽表名稱類型換熱面積(m2)外殼直徑(mm)數(shù)量反應(yīng)混合氣換熱器E0101BEM426-0.2/0.18-35.2-3.0/19-1Ι35.24261吸收劑預(yù)熱換熱器E0102BEM325-0.57/0.55-3.2-2.0/19-1Ι3.23251吸收塔循環(huán)換熱器E0103BEM426-0.15/0.15-19.9-3.0/19-1Ι19.94261解析塔進(jìn)料換熱器E0104BEM325-0.12/0.1-20.0-4.5/19-1Ι20.03251解析塔塔頂冷凝器E0105BEM426-0.1/0.09-21.4-1.5/19-1Ι21.44261解析塔塔底再沸器E0106BKM426-0.1/0.1-46.3-4.5/19-1Ι46.34261表4-14回流罐設(shè)計(jì)選型名稱公稱容積設(shè)計(jì)壓力長(zhǎng)度筒體壁厚型號(hào)數(shù)量回流罐V01014m30.15MPa2200mm5mmHG5-1579-85-431表4-15壓縮機(jī)設(shè)備一覽表名稱類型型號(hào)入口壓力/MPa出口壓力/MPa排氣流量/m總功率/kW臺(tái)數(shù)反應(yīng)混合氣壓縮機(jī)C0101A/B離心式KCC250-110.10.235014001表4-16泵設(shè)備一覽表名稱型號(hào)揚(yáng)程(m)效率(%)軸功率(kW)臺(tái)數(shù)吸收劑輸送泵P0101A/BIS100-65-200A/B45.35663.812塔釜液輸送泵P0102A/BIS50-32-250A/B48.29723.382冷凝液輸送泵P0103A/BIS50-32-125A/B19.0693.142

第5章自動(dòng)控制5.1換熱器的控制系統(tǒng)在本工藝中對(duì)換熱器的溫度控制主要是通過(guò)簡(jiǎn)單的反饋系統(tǒng)，測(cè)取出口物料的溫度，反饋給蒸汽或冷卻水的流量控制閥，進(jìn)行控制。換熱器殼體上下分別安裝放空閥和排凈閥。通過(guò)對(duì)溫度的檢測(cè)來(lái)確保換熱器換熱的正常進(jìn)行。例如換熱器E0103當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)通過(guò)加大冷凝水的流量來(lái)降低溫度，反之則減小流量。圖5-1換熱器自動(dòng)控制5.2空氣壓縮機(jī)的自動(dòng)控制在保證足夠燃料氣體空氣流量的同時(shí)，要對(duì)出口溫度進(jìn)行嚴(yán)格的自動(dòng)控制，當(dāng)具體溫度對(duì)于基準(zhǔn)控制值發(fā)生偏離時(shí)，通過(guò)改變旁路空氣的流量來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)出口溫度。圖5-2壓縮機(jī)自動(dòng)控制5.3塔的自動(dòng)控制順酐解析塔塔頂冷凝物料進(jìn)入回流管V0101后，物料進(jìn)入回流罐V0101后會(huì)有一部分物料回流到塔內(nèi)。回流罐上安裝液位監(jiān)控裝置來(lái)對(duì)流出的物料進(jìn)行檢測(cè)。與此同時(shí)在塔身上還安裝有溫度和液位檢測(cè)裝置，在管道處安裝有流量檢測(cè)樁子，確保各項(xiàng)設(shè)備在正常范圍內(nèi)運(yùn)行。圖5-3解析塔自動(dòng)控制

第6章環(huán)境評(píng)估與安全評(píng)價(jià)6.1環(huán)境評(píng)估根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)了解到，二氧化硫、二氧化氮、總懸浮微粒的日均最大濃度低于《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限制，產(chǎn)區(qū)周邊的空氣質(zhì)量良好，有一定的環(huán)境容量。當(dāng)?shù)氐乇硭膒H，COD、BOD、TP、TN等各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅲ類水域標(biāo)準(zhǔn)。本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程中均采取先進(jìn)的工藝技術(shù)，減少污染物的排放，并通過(guò)專業(yè)設(shè)備處理，使廢氣達(dá)標(biāo)排放。廢水經(jīng)清污分流，分質(zhì)處理；廢渣得到妥善的處置及綜合利用。使污染物的排放達(dá)到最低水平。6.2安全評(píng)價(jià)在化工生產(chǎn)過(guò)程中，由于會(huì)接觸到許多的危險(xiǎn)化學(xué)品，由于這些物質(zhì)遇明火、高熱可燃，甚而有些物質(zhì)會(huì)發(fā)生爆炸。表6-1火災(zāi)或爆炸危害物質(zhì)名稱狀態(tài)密度kg/m3閃點(diǎn)℃燃點(diǎn)℃爆炸極限（%）上限下限正丁烷液體2.48-602878.51.5鄰苯二甲酸二正丁酯液體1.11574032.50.5順丁烯二酸酐液體1.4810387.11.4乙醇液體0.816127519.03.3異丁烷氣體0.56-82.84608.51.8CO氣體0.97<-5061074.212.5

第7章技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)7.1投資和成本估算本項(xiàng)目根據(jù)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有順丁烯二酸酐的生產(chǎn)技術(shù)和資源的利用情況，并且結(jié)合市場(chǎng)上順丁烯二酸酐的生產(chǎn)量和近幾年國(guó)內(nèi)的供求量，對(duì)本吸收工段初步設(shè)計(jì)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)估算。直接費(fèi)用設(shè)備的費(fèi)用：表7-1設(shè)備購(gòu)置費(fèi)一覽表設(shè)備位號(hào)設(shè)備名稱數(shù)量單價(jià)/（萬(wàn)元）T0101順酐吸收塔1400T0102順酐解析塔1350E0101反應(yīng)混合氣換熱器120.5E0102吸收劑預(yù)熱換熱器115.5E0103吸收塔循環(huán)換熱器113.4E0104解析塔進(jìn)料換熱器114.6E0105解析塔塔頂冷凝器120.8E0106解析塔塔底再沸器118.7P0101A/B吸收劑輸送泵28P0101A/B塔釜液輸送泵210P0101A/B冷凝液輸送泵25C0101A/B反應(yīng)混合氣壓縮機(jī)2122V0101回流罐11.5合計(jì)171000根據(jù)上表可知設(shè)備總費(fèi)用(M)為1000萬(wàn)。故可計(jì)算出：設(shè)備安裝費(fèi)：35%M=350萬(wàn)元購(gòu)買安裝儀表：10%M=100萬(wàn)元土建工程費(fèi)用約為：20%M=200萬(wàn)元管道工程費(fèi)用約為：35%M=350萬(wàn)元場(chǎng)地建設(shè)費(fèi)用約為：12%M=120萬(wàn)元公用工程設(shè)費(fèi)用約為：60%M=600萬(wàn)元電氣工程費(fèi)用約為：12%M=120萬(wàn)元土地購(gòu)置費(fèi)費(fèi)用約為5%M=50萬(wàn)元合計(jì)：2890萬(wàn)元。間接費(fèi)用(B)=工程設(shè)計(jì)8%A+施工費(fèi)用9%A+承包管理費(fèi)5%A+未可預(yù)見(jiàn)費(fèi)12%A工程設(shè)計(jì)和監(jiān)督費(fèi)約為：8%A=80萬(wàn)元施工費(fèi)用約為：9%A=80萬(wàn)元承包管理費(fèi)約為5%A=50萬(wàn)元不可預(yù)知費(fèi)用：12%A=120萬(wàn)元合計(jì)：330萬(wàn)元?？偟耐顿Y成本估算為3220萬(wàn)元。7.2銷售收入和費(fèi)用估算本項(xiàng)目到達(dá)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力時(shí)可年產(chǎn)5萬(wàn)噸順丁烯二酸酐。通過(guò)對(duì)全國(guó)市場(chǎng)以及園區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈的供求分析，確定產(chǎn)品的基本價(jià)格。銷售收入如表7-2所示：表7-2銷售收入一覽表產(chǎn)品產(chǎn)量?jī)r(jià)格（元）年銷售收入/萬(wàn)元順丁烯二酸酐5萬(wàn)噸/年7500元/噸37500全部負(fù)載時(shí)的營(yíng)業(yè)額為55000萬(wàn)元。全負(fù)荷時(shí)的購(gòu)入品的外購(gòu)含稅成本25000萬(wàn)元。本項(xiàng)目的銷售稅分為增值稅、城市維護(hù)建設(shè)稅、教育附加稅和企業(yè)所得稅如表7-3所示。稅金估算如表7-4所示。表7-3銷售稅和附加稅表序號(hào)稅金名稱計(jì)稅基準(zhǔn)稅率（%）1企業(yè)所得稅毛利潤(rùn)（國(guó)家支持高新技術(shù)項(xiàng)目）152增值稅銷售收入（進(jìn)項(xiàng)稅額抵扣銷項(xiàng)稅額）183教育附加稅增值稅34城市建設(shè)維護(hù)費(fèi)增值稅7本項(xiàng)目屬于《石化和化學(xué)工業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》范疇內(nèi)，可享受企業(yè)所得稅減免征收優(yōu)惠。從取得第一筆收入的納稅年度起，第一年至第三年免征企業(yè)所得稅地方分享部分，從第4年至第6年減半征收企業(yè)所得稅地方分享部分。表7-4稅金估算一覽表序號(hào)項(xiàng)目稅額/萬(wàn)元1增值稅4576.272城市維護(hù)建設(shè)稅320.343教育附加稅137.294企業(yè)所得稅4837.315合計(jì)9871.217.3財(cái)務(wù)分析根據(jù)以上費(fèi)用估算，利用公式計(jì)算其回收期，累計(jì)現(xiàn)金流量如圖7-1所示。工程項(xiàng)目的靜態(tài)投資回收周期是指項(xiàng)目的總現(xiàn)金流量從負(fù)到零的時(shí)間。靜態(tài)投資回收期（稅后）為9年，投資后的靜態(tài)回收期比一般化工企業(yè)要短，故該項(xiàng)目有著良好的經(jīng)濟(jì)效益。圖7-1累計(jì)現(xiàn)金流量圖

結(jié)束語(yǔ)本設(shè)計(jì)書為正丁烷氧化法年產(chǎn)5萬(wàn)噸順丁烯二酸酐吸收工段的初步設(shè)計(jì)。通