年產(chǎn)5萬噸1,4-丁二醇的工藝流程設(shè)計(jì)

第三章工藝流程的模擬與優(yōu)化3.1物性方法的選取甲醇，氫氣和順酐 都為非極性或極性較弱的物系，選用PENG-ROB作為此設(shè)計(jì)的全局物性方法。3.2采集數(shù)據(jù)3.2.1工藝數(shù)據(jù)(一)設(shè)計(jì)項(xiàng)目：年產(chǎn)5萬噸1,4-丁二醇工藝設(shè)計(jì)(二)原料名稱：順酐、氫氣、甲醇。(三)產(chǎn)品名稱及規(guī)格：工業(yè)，純度為99.9%(四)生產(chǎn)時(shí)間：8000h(五)原料進(jìn)料量：7500kg/h3.3工藝流程優(yōu)化利用AspenPlus進(jìn)行部分設(shè)備的模擬優(yōu)化，。模擬最終達(dá)到了如下目的：（1）在模擬過程中，最終確定了各關(guān)鍵工藝參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了初步調(diào)優(yōu)（2）結(jié)合模擬過程，對(duì)本項(xiàng)目工藝參數(shù)的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證（3）以模擬數(shù)據(jù)為前提，完成單元設(shè)備物料與能量衡算，（4）本項(xiàng)目中，我們將氣相加氫反應(yīng)器（R0201）和甲醇回收塔塔（T0304分別）進(jìn)行了優(yōu)化。3.3.1塔設(shè)備優(yōu)化（以T0304為例）3.3.1.1優(yōu)化目標(biāo)優(yōu)化目標(biāo)：從T0301粗THF塔塔釜得到甲醇、水、BDO等的混合物，其中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)為58.15%?；旌衔镏写嬖诖罅康募状伎苫厥绽谩闇p少甲醇的消耗，希望甲醇回收率為99%，在確保分離要求的前提下，盡量控制設(shè)備費(fèi)用以及操作費(fèi)用。3.3.1.2總板數(shù)優(yōu)化使用簡捷計(jì)算模塊DSTWU進(jìn)行初始計(jì)算，分析理論板數(shù)與回流比的關(guān)系。將甲醇作為輕關(guān)鍵組分，根據(jù)生產(chǎn)要求，塔頂甲醇收率為0.998，水的收率為0.00028，回流比設(shè)置為最小回流比的1.2倍，冷凝器為全冷凝。下圖為塔板數(shù)與回流比的關(guān)系：圖3-1甲醇塔理論板數(shù)與回流比的關(guān)系由上圖可知，當(dāng)理論板數(shù)大于40時(shí)，回流比下降趨勢平緩，因此選擇理論板數(shù)為40，參考DSTWU中數(shù)據(jù)，將回流比1.306，再沸比2.9作為初值，并在RadFrac模型中進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。3.3.1.3進(jìn)料板位置優(yōu)化進(jìn)料板位置對(duì)塔的分離效率有較大的影響，進(jìn)而影響精餾塔操作時(shí)的能耗。精餾塔冷凝器熱負(fù)荷小于零，再沸器熱負(fù)荷大于零，冷凝器、再沸器熱負(fù)荷絕對(duì)值越小越好，因此我們將再沸器熱負(fù)荷（正）減去冷凝器熱負(fù)荷（負(fù)）來度量精餾塔冷凝器再沸器的能耗。由圖可知，在進(jìn)料板為第10塊板前時(shí)，塔頂塔底總負(fù)荷先隨著進(jìn)料板位置下降而減小，塔頂甲醇質(zhì)量分率也隨進(jìn)料板位置下降而增加，進(jìn)料板為10塊板數(shù)之后，塔頂塔底總負(fù)荷、塔頂甲醇質(zhì)量分率變化不大。根據(jù)《化工設(shè)計(jì)競賽-現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法評(píng)審細(xì)則》中，要求填料塔每段填料高度應(yīng)為4-6m，故最終選擇第14塊塔板為進(jìn)料板。3.3.1.4回流比優(yōu)化將進(jìn)料板為第10塊板，結(jié)果代入RadFrac模塊進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算，做回流比與甲醇質(zhì)量分率、質(zhì)量流量靈敏度分析，其結(jié)果如下：圖3-2甲醇塔回流比靈敏度分析最終選擇回流比為1.3，在該點(diǎn)之后，增加回流比對(duì)環(huán)戊烷濃度改變不大。3.3.1.5再沸比優(yōu)化將塔板數(shù)與回流比代入RadFrac模塊計(jì)算，做再沸比與甲醇質(zhì)量分率靈敏度分析，其結(jié)果如下：圖3-3甲醇塔再沸比靈敏度分析隨著再沸比增大，甲醇質(zhì)量分率逐漸增大，但再沸比增大，再沸器熱負(fù)荷增加，圖中當(dāng)再沸比為2.887時(shí)，甲醇質(zhì)量分率隨再沸比增加的斜率最小，故選擇再沸比為2.887。以上優(yōu)化過程源文件為“4-T0304再沸比模擬.bkp”。3.3.1.6綜合優(yōu)化結(jié)果精餾塔T0304主要用以分離循甲醇，優(yōu)化得到塔的理論板數(shù)為40塊（包括冷凝器和再沸器）。通過靈敏度分析結(jié)果得到塔的回流比為1.3、再沸比為2.887，優(yōu)化后的加料板為第14塊板上。在此優(yōu)化條件下，全塔流股信息如表2所示，塔頂產(chǎn)物中甲醇純度和回收率均符合要求。最終優(yōu)化結(jié)果源文件為“T0304塔優(yōu)化結(jié)果.bkp”。表3-1T0304精餾塔優(yōu)化后分離結(jié)果流股名稱T0301-WT0304-DT0304-W溫度℃84.049.395.9壓力bar1.50.50.5摩爾流量kmol/hr242.7139.7103.0質(zhì)量流量kg/hr11886.84475.97410.9質(zhì)量分率CH3OH38.06%99.97%0.66%MA0.33%0.00%0.52%MMM0.17%0.00%0.27%H2O3.78%0.03%6.05%DMM0.41%0.00%0.66%GBL3.25%0.00%5.22%BDO54.01%0.00%86.62%由表可知，原流股T0301-D中的甲醇、水、BDO的質(zhì)量分率分別是0.3806、0.0378、0.5401，分離后，塔頂流股T0304-D中甲醇的質(zhì)量濃度為0.9997，

塔釜流股T0304-W中甲醇的質(zhì)量濃度為0.0066，達(dá)到了分離的效果，塔頂甲醇回收率99%，符合預(yù)期要求，且此時(shí)設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用較小，故優(yōu)化合理。3.3.2反應(yīng)器優(yōu)化（R0201）3.3.2.1反應(yīng)器溫度優(yōu)化根據(jù)AspenPlus做剩余DMS質(zhì)量、BDO生成質(zhì)量靈敏度的分析，可得到分析結(jié)果如圖所示：圖3-4剩余DMS質(zhì)量、BDO生成質(zhì)量對(duì)反應(yīng)氣體入口溫度的靈敏度分析根據(jù)ASPEN靈敏度分析結(jié)果得，當(dāng)溫度大約在158℃左右時(shí)，DMS大部分全部反應(yīng)完全，對(duì)于BDO和GBL的可逆反應(yīng)，來說反應(yīng)溫度越低BDO的轉(zhuǎn)化率越高，即反應(yīng)溫度增加有利于提高產(chǎn)物。同時(shí)考慮催化劑活性等問題，結(jié)合文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)，最后確定反應(yīng)溫度為160℃，此外，由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)因此我們使用飽和液態(tài)水作為移熱介質(zhì)，來確保反應(yīng)溫度的穩(wěn)定。3.3.2.2反應(yīng)壓力優(yōu)化由Aspenplus靈敏度分析結(jié)果如圖2所示，隨著壓力的增加，BDO的生成質(zhì)量增加，當(dāng)反應(yīng)壓力大于6.0MPa時(shí)，產(chǎn)品總選擇性的增加不再明顯，考慮到設(shè)備投資，最終選擇反應(yīng)壓力為6.0MPa。圖3-5BDO生成質(zhì)量對(duì)反應(yīng)壓力的靈敏度分析3.3.2.3反應(yīng)器長度優(yōu)化由Aspenplus靈敏度分析結(jié)果如圖3所示，BDO生成的質(zhì)量隨固定床長度增大而增大，但當(dāng)長度增加至4m時(shí)，BDO質(zhì)量增大趨勢逐漸平緩。故最終確定反應(yīng)器長為4m。圖3-6BDO生成質(zhì)量對(duì)固定床長度的靈敏度分析3.3.2.4反應(yīng)器直徑優(yōu)化由Aspenplus靈敏度分析結(jié)果如圖4所示，BDO的生成質(zhì)量隨固定床直徑增大而增大，通過分析可知優(yōu)化固定床直徑，實(shí)則是對(duì)反應(yīng)停留時(shí)間的優(yōu)化，直徑越大，通過反應(yīng)器的流速越大，管長不變，則在反應(yīng)器的停留時(shí)間越長，轉(zhuǎn)化率越高，反應(yīng)進(jìn)行的越完全。單從Aspenplus模擬的結(jié)果來看，似乎當(dāng)固定床直徑為0.3m時(shí)，BDO生成質(zhì)量隨著固定床直徑的增加不明顯，最終結(jié)合文獻(xiàn)數(shù)據(jù)及工業(yè)實(shí)際情況，選擇反應(yīng)器直徑為1m。圖3-7BDO生成質(zhì)量對(duì)固定床長度的靈敏度分析3.3.2.5反應(yīng)器優(yōu)化參數(shù)總結(jié)通過結(jié)合參考文獻(xiàn)及Aspenplus靈敏度分析結(jié)果，確定該反應(yīng)器的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)，整理如下表所示。表3-2反應(yīng)器參數(shù)優(yōu)化名稱名稱溫度160℃床層直徑1m壓力0.36MPa床層長度4m氫酯比200：1催化劑FME-23.4物料衡算與能量衡算3.4.1物料衡算現(xiàn)對(duì)順酐加氫工段部分裝置進(jìn)行物料衡算，以甲醇雙效精餾低壓塔(T0104)為例。圖3-8甲醇雙效精餾低壓塔(T0104)3.4.1.1甲醇雙效精餾低壓塔(T0104)表3-3甲醇雙效精餾低壓塔物料衡算表進(jìn)出口進(jìn)口出口流股編號(hào)P0105-0E0104-COT0104-DGT0104-WRE-CH3OH溫度C66.0041846399.6452119259.3231537886.2883183359.32315378壓力bar3.51.511.51摩爾汽相分率01100摩爾液相分率10011摩爾固相分率00000質(zhì)量汽相分率01100質(zhì)量液相分率10011質(zhì)量固相分率00000質(zhì)量流量kg/hr6701.2184546209.878697432.31362648871.2552823607.528193MA1.72E-140000CH3OH5329.4957693283.184062328.40475284690.2629463594.01201MMM1.19E-250000H2O1258.0090132926.6521490.126513854180.9316413.603080626DMM1.62E-130000甲醇收率DME113.68524830.000286107103.78072910.0004087259.904396602H200000DMS00000GBL00000BDO00000THF0.0104161040.0002716790.0016295690.0003881120.008670098O200000BUOH0.0180073760.0419287711.03E-060.0598982453.57E-05CO200000N200000DMSO00000質(zhì)量分率MA2.57E-180000CH3OH0.7953024970.5287034130.7596446950.5287034130.99625334MMM1.77E-290000H2O0.1877283990.4712897450.0002926440.4712897450.000998767DMM2.42E-170000DME0.0169648624.61E-080.240058894.61E-080.00274548H200000DMS00000GBL00000BDO00000THF1.55E-064.37E-083.77E-064.37E-082.40E-06O200000BUOH2.69E-066.75E-062.39E-096.75E-069.89E-09CO200000N200000DMSO00000總計(jì)kg/hr12911.112911.1進(jìn)口流量：P0105-0+E0104-CO=12911.1kg/hr出口流量：T0104-DG+T0104-W+RE-CH3OH=12911.1kg/hr進(jìn)口物流流量=出口物流流量，故T0104物料守恒。3.4.2能量衡算熱量平衡方程：其中，Qin——表示輸入設(shè)備熱量的總和；Qout——表示輸出設(shè)備熱量的總和；Ql——表示損失熱量的總和。對(duì)于連續(xù)系統(tǒng)：其中，Q——設(shè)備的熱負(fù)荷；W——輸入系統(tǒng)的機(jī)械能；Hout——離開設(shè)備的各物料焓之和；Hin——進(jìn)入設(shè)備的各物料焓之和。3.4.2.2P0101順酐進(jìn)料泵熱量衡算表3-7熱負(fù)荷表表3-8流股焓變計(jì)算表表3-9熱量平衡計(jì)算表一覽ror-9032.65-9032.39-9032.39--9032.65=

3.4.2.3T0101反應(yīng)精餾預(yù)處理塔熱量衡算表3-10熱負(fù)荷表WQ0表3-11流股焓變計(jì)算表INOUT物流編號(hào)P0103-OT0104-DT0104-WTemperature(℃)71.0079.22267.96Pressure(bar)61.52VaporFrac000MoleFlow(kmol/hr)254.67248.905.78MassFlow(kg/hr)16457.5115695.01762.503VolumeFlow(cum/hr)274.91267.911.68Enthalpy(Mcal/hr)27490.63-22967.33-554.13表3-12熱量平衡計(jì)算表一覽ror-27490.636-（-27491）=

3.4.2.1E0101換熱器熱量衡算表3-4熱負(fù)荷表表3-5流股焓變計(jì)算表表3-6熱量平衡計(jì)算表一覽-=第四章設(shè)備選型4.1反應(yīng)器選型（R0101A）4.1.1反應(yīng)器催化劑顆粒直徑催化劑粒徑范圍是4~8mm，取催化劑的粒徑為5mm。4.1.2反應(yīng)器催化劑的用量催化劑總體積 是決定反應(yīng)器主要尺寸的基本依據(jù)，計(jì)算公式如下：原料體積流量：V0=V1×=16.75488m3/h則順酐酯化反應(yīng)器催化劑床層的體積為：催化劑用量：催化劑裝填密度為900kg/m3催化劑用量為：m=900*8.37744=7539.696kg4.1.3反應(yīng)器列管尺寸及根數(shù)為消除床層空隙率的不均引起的流速不一，反應(yīng)管徑至少要在粒徑的八倍以上。催化劑粒徑5mm，給定轉(zhuǎn)化管尺寸Φ56×3mm，故管內(nèi)徑di為50mm，即為 0.05m,據(jù)Aspen模擬優(yōu)化后的管長為6m。催化劑填充高度為4.8m。催化劑單管填充體積計(jì)算公式為：催化劑單管填充體積為：V=π/4×0.05×0.05×4.8×(1-0.6)=0.003768m3 則反應(yīng)管根數(shù)為：4.1.4反應(yīng)器殼體內(nèi)徑殼體直徑計(jì)算式：則管心距：4.1.5接管設(shè)計(jì)4.1.5.1 反應(yīng)器進(jìn)料接管設(shè)計(jì)則接管內(nèi)徑為：根據(jù)GBT17395-2008無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差，選取外徑為56mm，壁厚為3mm的無縫鋼管，即Φ56×3mm材料為S30408的無縫鋼管，接管在封頭頂部處，伸出長度20mm。此時(shí)管內(nèi)的流速為：4.1.5.2反應(yīng)器出料接管設(shè)計(jì)由此可知接管內(nèi)徑為：此時(shí)管內(nèi)的流速為4.1.5.3換熱水進(jìn)出口接管計(jì)算接管內(nèi)徑為：接管內(nèi)徑為：4.1.6反應(yīng)器折流板設(shè)計(jì)參照《化工工藝設(shè)計(jì)手冊第四版》第15章關(guān)于換熱器的部分，圓缺高度為： 殼體直徑的五分之一為最小折流板間距，殼徑為最大板間距，取弓形折流板間距為殼體內(nèi)徑的40%：折流板數(shù)量為：4.1.7反應(yīng)器拉桿，定矩管設(shè)計(jì)拉桿采用螺紋連接，與管板連接端的螺紋長度由公式：比例系數(shù)為1.3，則4.1.8反應(yīng)器管板設(shè)計(jì)考慮到提升設(shè)備整體強(qiáng)度。管板厚度取50mm。4.1.9封頭設(shè)計(jì)使用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭形狀系數(shù)，則有為焊接方便，封頭材料與管箱筒體一致，選擇材料為Q345R。則則封頭的名義厚度為：殼體厚度=18mm。封頭直邊高度，內(nèi)徑的四分之一為曲邊高度，即：最終確定：4.1.10反應(yīng)器支座設(shè)計(jì)圓柱形裙座，材質(zhì)為Q345R，對(duì)接式全焊透連續(xù)焊。地腳螺栓的結(jié)構(gòu)選擇外螺栓作結(jié)構(gòu)形式，裙座內(nèi)外側(cè)鋪設(shè)石棉水泥防火層，考慮到方便檢修需設(shè)置檢查孔，其直徑600mm。裙座高度：H=0.75D+2=4.1m4.1.11反應(yīng)器殼體厚度設(shè)計(jì)校核4.1.11.1殼層厚度設(shè)計(jì)內(nèi)壓容器的設(shè)計(jì)壓力取設(shè)計(jì)溫度一般比最高溫度高15℃～30℃左右。因此反應(yīng)器為內(nèi)壓容器，其計(jì)算厚度的計(jì)算公式為：在本工藝中，進(jìn)行雙面焊取，100%無損檢測，焊接系數(shù)取1。許用應(yīng)力[σ]t=147MPa。（300℃，Q345R）由此可計(jì)算出厚度為：查閱GB150可知，取腐蝕余量為3mm，負(fù)偏差為0.3mm。殼體的名義厚度為：所以圓整后殼體厚度取18mm4.1.12反應(yīng)器壓力試驗(yàn)及強(qiáng)度校核計(jì)算出來的厚度需要經(jīng)過水壓試驗(yàn)進(jìn)行校核.壓力校核公式：有效厚度：因此可以得到：壓力校驗(yàn)通過需滿足下式：因此耐壓試驗(yàn)強(qiáng)度通過。4.1.13反應(yīng)器外形尺寸匯總4.1.13.1筒體直徑表4-1反應(yīng)器零件尺寸圖項(xiàng)目內(nèi)徑（mm）厚度（mm）外徑（mm）內(nèi)管50356管箱筒體2800182836筒體2800182836封頭(直邊部分)28001828364.1.13.2高度筒體高度：H=6m 裙座高度：H2=4.1m封頭高度：H3=700+25+18=743mm=0.743m前端管箱筒體：1.5m后端管箱筒體：1.5m反應(yīng)器高度：H=13.843m4.1.13.3床層的流動(dòng)阻力降計(jì)算一般固定床反應(yīng)器壓降小于床內(nèi)壓力的15%。根據(jù)催化劑填充方式為結(jié)構(gòu)化填充而不采用隨機(jī)床填充，所以床層空隙率為0.6。選擇Ergun公式進(jìn)行床層壓降計(jì)算式中：f——摩擦阻力系數(shù)；ρ——?dú)怏w密度，3kg/m；u——床層表觀流速，m/s；L——床層高度，m；——床層空隙率；pd——催化劑比表面積當(dāng)量直徑，m；——?dú)怏w粘度，Pa·sRem——雷諾數(shù)；查AspenPlus得混合氣粘度、密度等參數(shù)如下：表4-2反應(yīng)器基本數(shù)據(jù)表壓降計(jì)算反應(yīng)器長度L（m）13.843催化劑粒徑（m）0.005床層空隙率ε(m3)0.6混合氣粘度μ（Pa·s）0.0000148混合氣密度（kg/)18.623原料氣體體積流量（m3/hr）882.68床層壓降計(jì)算得到的床層壓降小于入口壓力的15%，設(shè)計(jì)符合壓降要求。4.2填料塔設(shè)備設(shè)計(jì)4.2.1塔設(shè)計(jì)條件(T0304)通過ASPEN模擬和優(yōu)化，得到T0304設(shè)備內(nèi)流股介質(zhì)名稱、組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))和流量。表4-3甲醇塔內(nèi)介質(zhì)名稱、組成和流量流股編號(hào)單位T0301-WT0304-DT0304-W相態(tài)液相液相液相溫度C83.9657549249.2575332695.90603168壓力barb1.30.50.5001質(zhì)量焓cal/gm-1552.902127-1787.797108-1419.641264摩爾熵cal/mol-K-78.79296668-58.21976209-111.7608238質(zhì)量熵cal/gm-K-1.609081696-1.817421891-1.553651927摩爾密度mol/cc0.0143118190.018086010.011426229質(zhì)量密度gm/cc0.7008162970.5793719230.821937477焓流量cal/sec-5127497.218-2222842.965-2922386.38平均分子量48.9676608132.034258271.93427421摩爾流量kmol/hr242.7473465139.7263715103.0209749MAkmol/hr0.3947424.75E-240.394742CH3OHkmol/hr141.179139.64738711.53161289MMMkmol/hr0.1518251.93E-350.151825H2Okmol/hr24.95950.07891594124.88058406DMMkmol/hr0.3368513.37E-160.336851DMEkmol/hr000H2kmol/hr1.04E-11600DMSkmol/hr000GBLkmol/hr4.492661.47E-184.49266BDOkmol/hr71.23273.84E-2871.2327THFkmol/hr1.34E-051.34E-051.42E-23O2kmol/hr000BUOHkmol/hr5.50E-055.50E-054.34E-21CO2kmol/hr2.26E-7000N2kmol/hr000DMSOkmol/hr0004.2.2設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力作為內(nèi)壓容器進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。設(shè)計(jì)壓力應(yīng)高于或等于安全閥的整定壓力。因此取設(shè)計(jì)壓力為1.4.21.4.2設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力根據(jù)GB150-2011，壓力容器操作壓力指壓力容器頂部氣相壓力，對(duì)于T0401而言，塔頂壓力為0.5bar，應(yīng)作為內(nèi)壓容器進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。塔頂裝有安全閥，而安全閥的整定壓力為正常操作壓力的1.05~1.1倍，設(shè)計(jì)壓力應(yīng)高于或等于安全閥的整定壓力。因此取設(shè)計(jì)壓力為P=1.1P=0.055MPa塔頂溫度為49.23℃，體系最高溫度為95.91℃，設(shè)計(jì)溫度需要比操作溫度高15~30℃，取設(shè)計(jì)溫度為120℃，根據(jù)該操作條件和流體性質(zhì)，選擇Q345R來作為本塔的材料。設(shè)計(jì)溫度高于操作溫度15~30℃，本塔的材料選擇Q345R。4.2.3實(shí)際塔板數(shù)N采用O’connell法計(jì)算塔效率:ET=0.49×(a×u)?0.245μ——在塔頂、底算數(shù)平衡溫度下，進(jìn)料液體平均黏度，cPα——輕、重關(guān)鍵組分的相對(duì)揮發(fā)度根據(jù)Aspen計(jì)算結(jié)果，可以計(jì)算出μL=0.5725cP，α=0.6921經(jīng)計(jì)算得ET=0.6147所以實(shí)際塔板數(shù)實(shí)際進(jìn)料塔板4.2.4塔型的選擇選擇填料塔，填料塔具有以下優(yōu)勢：(1)壓力降小(2)操作彈性大(3)持液量小4.2.5填料選擇填料塔的填料大體分為散裝填料和規(guī)整填料。本設(shè)計(jì)方案選擇孔板波紋規(guī)整填料。4.2.6結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)水力學(xué)校驗(yàn)以及圓整得塔頂空間高在塔頂空間開設(shè)直徑為900mm的人孔。根據(jù)Aspen的模擬結(jié)果，塔底空間放置液體收集裝置塔底以及分布器頂部共開設(shè)4個(gè)人孔。因此，開人孔以及液體分布器的總高度(塔頂塔底有富余空間作開人孔用)：圓筒計(jì)算厚度：為焊接系數(shù)0.85；取壁厚負(fù)偏差C1為0.5mm，腐蝕裕量C2為3mm因此δ=δc+C1+C2=0.308+0.5+3=3.808mm為方便焊接、制造等，校核后更改為10mm。采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，材料為Q345R,封頭高度為WW封頭計(jì)算厚度：從而為：取壁厚負(fù)偏差C1為0.3mm，腐蝕裕量C2=2mmδ=δc+C1+C2=0.308+0.+2=2.608mm向上圓整則名義厚度為3mm，經(jīng)過校核后更改為10mm。裙座高度其厚度采用經(jīng)驗(yàn)值20mm，圓柱形裙座，裙座上開設(shè)圓形檢查孔，筒體高度不包括封頭與裙座：H1=15.2(填料高度)+1.2+1.5+12(兩個(gè)段間)+0.5=20.4m塔的總高度為：H=[HW+6(封頭厚度)]+HQ+H1=23.84m選擇材料為Q345R,地腳螺栓16個(gè).(1)原料進(jìn)口接管設(shè)計(jì)進(jìn)料的體積流量為16.96m3/h，流體經(jīng)濟(jì)流速為3m/s。選擇Φ50×2mm規(guī)格的無縫鋼管，實(shí)際流速為(2)塔頂蒸氣出口接管設(shè)計(jì)選擇Φ480×9mm規(guī)格的無縫鋼管，流速為(3)塔底再沸器出口接管設(shè)計(jì)進(jìn)入塔底再沸器選擇Φ54×3mm規(guī)格的無縫鋼管，速為(4)塔頂回流入口接管設(shè)計(jì)選擇Φ50×3mm規(guī)格的無縫鋼管，(5)再沸器回塔底入口接管設(shè)計(jì)選擇Φ480×9mm規(guī)格的無縫鋼管，實(shí)際流速為接管名稱體積流量m3/h實(shí)際流速m/s接管尺寸塔頂氣體出口管17057.2226.197Φ480×9mm回流進(jìn)料管10.0431.42Φ50×3mm進(jìn)料管16.962.4Φ50×2mm塔底再沸返回管18163.6827.896Φ480×9mm去再沸器出口管17.6782.15Φ54×3mm表4-4接管尺寸總結(jié)表表4-5塔結(jié)構(gòu)參數(shù)小結(jié)參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值設(shè)計(jì)壓力0.055MPa設(shè)計(jì)溫度120℃塔直徑精餾段/提餾段1400mm填料類型規(guī)整：MellapakPL理論板數(shù)40理論加料板14實(shí)際板數(shù)66實(shí)際加料板22填料層高度15200mm塔總高23840mm殼體材料Q345R封頭材料Q345R塔筒體壁厚10mm封頭壁厚10mm液體分布器槽式溢流分布器液體分布器寬度200mm填料支撐裝置格柵式支撐板支撐裝置寬度100mm液體收集裝置整體式遮板式收集裝置收集裝置寬度200mm人孔數(shù)目4裙座厚度20mm地腳螺栓材料Q345R地腳螺栓大小DN76mm地腳螺栓數(shù)量16水壓試驗(yàn)壓力MPa0.3298第五章經(jīng)濟(jì)分析5.1直接材料費(fèi)表5-1直接材料費(fèi)用一覽表原料名稱年消耗單價(jià)總價(jià)/萬元順酐66491.2噸8800元/噸58512.26氫氣4766540m33元/m31429.96甲醇22380.32噸2000元/噸4473.53DNW-I型樹脂催化劑7540kg200（元/kg）150.8FHE-2型催化劑38412kg100（元/kg）384.12萃取劑DMSO352噸/年4000元/噸140.8總計(jì)65091.475.1.1原材料費(fèi)用5.1.2公用工程表5-2直接材料費(fèi)用一覽表材料名稱單價(jià)年消耗總費(fèi)用（萬元）電0.75元/kw·h51284480.27kw·h3846.34循環(huán)冷卻水1元/t39704402.4t3970.44-25℃冷凍劑20元/t5824712t11649.42中壓蒸汽240元/t77102.16t1850.45低壓蒸汽200元/t299573.576t5991.47氮?dú)?.2元/Nm323500Nm30.47儀表空氣0.12元/Nm3163500Nm31.96總計(jì)27310.555.2直接工資及福利本廠定員77人，每年員工工資及總計(jì)830萬元。福利金額為328.68萬元。共計(jì)1158.68萬元。5.3設(shè)備購置費(fèi)5.3.1工藝設(shè)備價(jià)格5.3.1.1主要設(shè)備費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備價(jià)格根據(jù)市場調(diào)查。非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備費(fèi)用，進(jìn)行估算采用下列計(jì)算公式：A.反應(yīng)器設(shè)備(總計(jì)140.24萬元)B.塔設(shè)備（總計(jì)631.62萬元）C.換熱器（總計(jì)309.17萬元）C.氣液分離器（總計(jì)33.47萬元）E.壓縮機(jī)（總計(jì)195萬元）F.泵（總計(jì)22.74萬元）G.儲(chǔ)罐（總計(jì)200.91萬元）H.混合器（總計(jì)5.6萬元）總計(jì)1578.75萬元5.4固定資產(chǎn)折舊費(fèi)本項(xiàng)目折舊計(jì)算方法采用直線折舊法，根據(jù)如下公式計(jì)算：P——資產(chǎn)原值；S——預(yù)計(jì)資產(chǎn)殘值；n——折舊年限。表5-3折舊費(fèi)用一覽表名稱原值（萬元）折舊年限（年）年折舊費(fèi)（萬元/年）生產(chǎn)設(shè)備3351.710318.41房屋建筑837.932039.8儀表工具386.8573.45總計(jì)431.665.4.1維修費(fèi)5.4.2其他費(fèi)用生產(chǎn)不可避免會(huì)產(chǎn)生三廢。下面為三廢處理所需費(fèi)用表5-4產(chǎn)品成本匯總表廢物類型所含物質(zhì)處理方式處理費(fèi)用廢氣氫氣、氮?dú)猓趸家约癟HF和甲醇等有機(jī)物總廠火炬系統(tǒng)燃燒供熱100萬元/年廢液塔頂及塔釜廢水主要含有機(jī)物送至總廠污水處理裝置進(jìn)行生化處理。300萬元/年廢渣失效催化劑、生活垃圾以及包裝廢物失效催化劑送回供應(yīng)商，生活垃圾及包裝送往垃圾場.350萬元/年總計(jì)750萬元/年則本項(xiàng)目三廢處理費(fèi)用為750萬5.4.3成本匯總表5-5產(chǎn)品成本匯總表序號(hào)項(xiàng)目估算成本(萬元)1原材料及輔助費(fèi)65091.472動(dòng)力費(fèi)27310.553人工費(fèi)1158.684折舊費(fèi)431.665設(shè)備購置費(fèi)1578.756維修費(fèi)22.597其他直接支出750總計(jì)96343.75.5銷售收入和稅金估算5.5.1銷售收入本項(xiàng)目以1,4-丁二醇為主要產(chǎn)品，年產(chǎn)量為51150.88噸，同時(shí)本項(xiàng)目副產(chǎn)四氫呋喃4141.77噸。2022年，六月中旬，受上游原料貨緊價(jià)揚(yáng)托舉，疊加下游剛需走貨順暢，1,4-丁二醇市場又開始推漲，廠家挺價(jià)愿意強(qiáng)烈，市場現(xiàn)貨偏緊，1,4-丁二醇市場再次開啟漲勢。本項(xiàng)目生產(chǎn)純度為99.9%的1,4-丁二醇，1,4-丁二醇為22000元/噸計(jì)算。副產(chǎn)品為99.8％四氫呋喃，價(jià)格為29000元/噸計(jì)算。表5-6銷售收入11,4-丁二醇20000102301.762四氫呋喃2900012011.13總計(jì)114312.895.5.2稅金估算（1）增值稅表5-7增值稅一覽表全負(fù)荷時(shí)的銷售收入（單位/萬元）稅率單位/萬元銷項(xiàng)稅額114312.8913%13151.04本項(xiàng)目進(jìn)項(xiàng)稅92402.021310630.32增值稅=銷項(xiàng)稅額-本項(xiàng)目進(jìn)項(xiàng)稅2520.72（2）城市維護(hù)建設(shè)稅本項(xiàng)目城市建設(shè)維護(hù)稅率為增值稅的7%。為176.45萬元。（3）教育附加稅教育附加稅率為3%。為75.62萬元。（4）企業(yè)所得稅企業(yè)所得稅率25%，故所得稅為3846.31萬元。5.6數(shù)據(jù)匯總序號(hào)項(xiàng)目稅率%稅金（萬元）1產(chǎn)品銷售收入114312.89銷項(xiàng)稅額1313151.042產(chǎn)品總成本96153.98購入原材料和動(dòng)力費(fèi)96343.7進(jìn)項(xiàng)稅額1310630.32增值稅132520.723城市維護(hù)建設(shè)費(fèi)7176.45教育附加稅376.524銷售稅金及附加2773.695企業(yè)所得稅253846.31表5-8數(shù)據(jù)總覽表第六章三廢排放和處理措施6.1廢水處理本項(xiàng)目的工藝廢水中有機(jī)污染物含量相對(duì)較低，主要有甲醇雙效精餾高壓塔塔底廢水，粗BDO塔塔頂廢水，V0301氣液分離罐廢水和萃取劑回收塔塔頂共四股，含有各種有機(jī)物，可以送至總廠污水處理裝置進(jìn)行生化處理。6.2廢渣處理本過程中產(chǎn)生的廢固主要包括反應(yīng)器中對(duì)應(yīng)的固體催化劑、生產(chǎn)包裝物以及生活垃圾等。按照下述廢固處理的方式，本工程產(chǎn)生的廢固經(jīng)妥善收集處置后幾乎實(shí)現(xiàn)完全處理且實(shí)現(xiàn)部分回收利用，避免了對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生的影響。6.3廢氣處理本項(xiàng)目產(chǎn)生的廢氣在處理后，排放全部達(dá)標(biāo)；且最大程度減小了對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)周圍居民的生活影響。本項(xiàng)目的工藝廢氣主要有反應(yīng)尾氣，氫氣循環(huán)廢氣、甲醇雙效精餾低壓塔塔頂反應(yīng)物氣液分離罐和THF塔塔頂廢氣含的廢氣。廢氣中主要有氫氣，氮?dú)?、甲醇等。反?yīng)過程中不可避免面反應(yīng)尾氣，同時(shí)本項(xiàng)目管道氣體的壓力略高于常壓，與總廠瓦斯管網(wǎng)壓力相近，因此都可以直接送至總廠瓦斯管網(wǎng)，作為燃料供能原料，節(jié)約公用工程耗費(fèi)。

第七章車間布置7.1布置結(jié)果為了讓氣相加氫反應(yīng)工段的流程管道長度最短，氫氣壓縮機(jī)被放置在加氫車間的一樓，而三臺(tái)臥式換熱器被放置在合成車間的二樓。加氫反應(yīng)器是固定床反應(yīng)器，被放置在合成車間的一樓。經(jīng)過換熱器加熱后，兩股物流從反應(yīng)器頂部進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)。產(chǎn)物反應(yīng)后通過三個(gè)冷卻器降溫至-10℃，然后通過氣液分離罐進(jìn)行分離，將氫氣和其他物質(zhì)分離開來。圖7-1車間布置平面圖1圖7-2車間布置平面圖2第八章總結(jié)本設(shè)計(jì)采用了順酐酯化加氫法生產(chǎn)1,4-丁二醇，此工藝法反應(yīng)條件比較溫和，設(shè)備投資費(fèi)用不大，原料來源及價(jià)格穩(wěn)定，因此順酐酯化加氫法的投資費(fèi)用較少。順酐、甲醇和氫氣為原料，查詢有關(guān)于順酐酯化加氫法的文獻(xiàn)。確認(rèn)流程模擬所需相關(guān)參數(shù)。打通工藝流程。通過對(duì)部分設(shè)備進(jìn)行靈敏度分析確定最佳參數(shù)。對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行能量以及物料衡算。對(duì)主要裝置通過模擬出的數(shù)據(jù)指導(dǎo)設(shè)備選型。完成本設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)分析，同時(shí)管路及物流進(jìn)行布置，繪制圖紙。合理安排車間內(nèi)裝置布置。

參考文獻(xiàn)[1]郝興仁,于在群,董凌云,等.順丁烯二酸二甲酯合成反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)研究[J].化學(xué)反應(yīng)工程與工藝,2002,18(2):103-108.[2]何思列,邢志軍,毛順利.固體酸催化合成馬來酸二甲酯的研究[J].應(yīng)用化工,2003,32(3):48-50.[3]何思列,邢志軍,毛順利,等.馬來酸二甲酯的合成及應(yīng)用[J].化工時(shí)刊,2003,17(7):41-42.[4]陳勤勇.順丁烯二酸二甲酯的生產(chǎn)及應(yīng)用[J].涂料工業(yè),2001,31(11):42-44[5]1,4-丁二醇生產(chǎn)工藝核心催化劑實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化[J].石油煉制與化工,2021,52(11):115.[6]楊理.1,4-丁二醇?xì)庀嗝摎渲苽洇?丁內(nèi)酯研究[J].廣東化工,2020,47(11):65-67+73.[7]曹紅忠.1,4-丁二醇工藝技術(shù)路線選擇和分析[J].煤炭與化工,