《年產(chǎn)12萬(wàn)噸乙二醇工藝設(shè)計(jì)》11000字（論文）

第1章乙二醇的總體描述乙二醇（ethyleneglycol）簡(jiǎn)稱EG，又稱為“甘醇”、“1,2-亞乙基二醇”?；瘜W(xué)式為(CH2OH)2，是不可或缺的重要有機(jī)化工產(chǎn)品。一直以來,乙二醇在我們國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展中一直處在非常高的領(lǐng)導(dǎo)地位,在化工產(chǎn)業(yè)中是非常重要的主導(dǎo)作用。乙二醇主要用于聚酯滌棉、聚酯樹脂、吸濕溶液、增塑物、表面活性劑、彩妝、火藥等,還能夠作為染料、墨水等的溶液,也用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)配方的抗冷劑,廢氣脫水藥劑,制備環(huán)氧樹脂材料,玻璃紙。用于制作合成樹脂PET,化纖類PET主要是工業(yè)生產(chǎn)滌棉化纖等,瓶片類PET主要用來工業(yè)生產(chǎn)礦泉水瓶片等。此外也可制備醇酸樹脂和乙二醛,作抗凍溶液。乙二醇在化工上是一種重要的基礎(chǔ)化工原料。目前我國(guó)已成為世界最大的乙二醇生產(chǎn)國(guó)之一,其年產(chǎn)量達(dá)20萬(wàn)噸以上,居全球第二,僅次于美國(guó)。乙二醇用途廣泛。主要用于石油化工領(lǐng)域。它除可作為車輛的抗冷劑以外,也可作為運(yùn)輸或工業(yè)冷卻器(俗稱載冷劑)

第2章工藝概述2.1乙二醇的性質(zhì)2.1.1乙二醇的物理性質(zhì)乙二醇（簡(jiǎn)稱EG),也稱為甘醇，又名1，2-亞乙基二醇，分子式：C2H6O2，分子量：62.068，沸點(diǎn)197.3攝氏度，熔點(diǎn)-12.9攝氏度。相對(duì)密度（水）：1.1155。室溫下通常表現(xiàn)為沒有顏色，沒有味道，有一定的甜味液體。2.1.2乙二醇的化學(xué)性質(zhì)其化學(xué)性質(zhì)乙醇相似，主要可與無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸反應(yīng)生成酯，通常只有一個(gè)羥基先發(fā)生反應(yīng)，在溫度升高、酸量增加等情況下，才可使兩個(gè)羥基形成酯。如果它與硝酸和硫酸發(fā)生反應(yīng)，就會(huì)形成二硝酸酯。另外，在堿存在下，乙二醇還可以直接水解成酯。酯化過程中需加入一定的催化劑，如過硫酸鉀等，以加速反應(yīng)速度，提高收率；也可加一些氧化劑。酰氯或酸酐使兩個(gè)羥基容易形成酯。因此，必須加入少量催化劑，才能使酯得到較高收率。常用的催化劑有：1.碳酸鉀或氯化鉀，2.氫氧化鈉，3.草酸，4.硼氫化鈉，5.當(dāng)被催化劑（二氧化錳，氧化鋁，氧化鋅或硫酸）加熱時(shí)，乙二醇會(huì)引起分子內(nèi)或分子之間的水分損失。金屬通常溶解在二醇中，只剩下一元醇鹽：二甘醇和乙二醇的合成條件需要在180℃~210℃的氫氣流。此外，還可以用乙二醇二鈉來加熱乙二醇。如將它溶于氫氧化鈉溶液中，再加入氯化鉀水溶液，即可生成乙二醇單鈉鹽。用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值，可以制得乙二醇單鉀鹽。乙二醇還可制得多種醇類化合物。a碳鏈斷裂發(fā)生在酒精與高碘酸氧化時(shí)，而不是與其他二醇氧化時(shí)。2.2乙二醇的生產(chǎn)方法評(píng)述及選擇乙二醇的工業(yè)生產(chǎn)方法主要為煤化工生產(chǎn)路線和石油化工生產(chǎn)路線。2.2.1煤化工生產(chǎn)路線1直接合成法直接合成法是比較簡(jiǎn)單的，主要是將煤氣化產(chǎn)生氫氣和一氧化碳的合成氣，然后由氫氣和一氧化碳合成氣在催化劑下進(jìn)一步制得乙二醇，反應(yīng)方程如下式(1)。反應(yīng)比較的單一，所以利用率也較高，但是這個(gè)反應(yīng)也存在弊端：需要高溫的反應(yīng)條件，產(chǎn)物也不好分離，所以許多公司都在研制新型的催化劑，并使得副反應(yīng)減少，最大化提高產(chǎn)能。2間接合成法由氫氣和二氧化碳合成氣再通過中間轉(zhuǎn)化，再合成到乙二醇就叫做間接合成法。其中間接合成法又有不同的反應(yīng)。（1）甲醛羰化法生產(chǎn)乙二醇甲醛羰化法：首先由氫氣與一氧化碳合成氣經(jīng)過反應(yīng)得到甲醇，再經(jīng)過甲醇脫氫轉(zhuǎn)化為甲醛。接著由甲醛與CO、Ｈ2在催化劑作用下生成羥基乙酸，羥基乙酸再與甲醇發(fā)生酯化反應(yīng)生成乙醇酸甲酯，最后由乙醇酸甲酯加氫得到乙二醇。主要反應(yīng)方程式如式(2)～式(4)HOCHO＋CO＋H2→HOCH2COOH(2)HOCH2COOH＋CH3OH→HOCH2COOCH3＋H2O(3)HOCH2COOCH3＋2H2→HOCH2CH2OH＋CH3OH(4)（2）甲醛縮合法生產(chǎn)乙二醇甲醛縮合法：首先由甲醛自身發(fā)生縮聚反應(yīng)生成羥基乙醛，下一步由羥基乙基在通過加氫反應(yīng)，發(fā)生以下反應(yīng)(5)～式(6)。（3）草酸酯合成法生產(chǎn)乙二醇此方法需要的原料（氫氣，一氧化碳，一氧化碳，醇等）。先由醇類與一氧化氮和氧氣反應(yīng)生成亞硝酸酯（RONO）。再在催化劑的作用下由一氧化碳與亞硝酸酯反應(yīng)生成草酸二酯(ROOCCOOR）。最后，草酸二酯經(jīng)催化加氫反應(yīng)制備得到乙二醇。主要反應(yīng)方程式如式(8)～式(10)。2ROH＋2NO＋1/2O2→2RONO＋H2O(8)2RONO＋2CO→ROOCCOOR＋2NO(9)ROOCCOOR＋4H2→HOCH2CH2OH＋2ROH(10)從以上的反應(yīng)過程我們可以看到，草酸酯合成法過程中是不需要一氧化氮和醇類的，而是需要、氫氣和氧氣和一氧化碳通過以上反應(yīng)合成乙二醇，總反應(yīng)過程如下式(11)。通過直接法和間接法我們可以發(fā)現(xiàn)，直接法需要的條件比較高，并且得到產(chǎn)品的效率也比較高，相反，間接法由于是通過中間反應(yīng)進(jìn)行的，所以具有更高的效率，并且選擇性也會(huì)更高，條件也相對(duì)簡(jiǎn)單，產(chǎn)品的純度也更高，所以間接法更具有優(yōu)勢(shì)。2.2.2用石油制取乙二醇路線1環(huán)氧乙烷水合法生產(chǎn)乙二醇環(huán)氧乙烷水合法是由環(huán)氧乙烷在一定的反應(yīng)條件下與水反應(yīng)生成乙二醇，其反應(yīng)方程式如式（12）。C2H4O＋H2O→HOCH2CH2OH(12)用環(huán)氧乙烷制取乙二醇有兩種方法（催化水合法；直接水合法），其中，直接水合法是需要在190℃～200℃、2.24Mpa的條件下反應(yīng)，得到的產(chǎn)物中三乙二醇等副產(chǎn)物，還另外需要進(jìn)行分離提純來得到乙二醇。2碳酸乙烯酯催化法碳酸乙烯酯催化法的原料為環(huán)氧乙烷，是先由環(huán)氧乙烷與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸乙烯酯，再由碳酸乙烯酯水解得到乙二醇，其反應(yīng)方程式如式(13)～式(14)。C2H4O＋CO2→C3H4O3(13)C3H4O3＋H2O→HOCH2CH2OH＋CO2(14)該工藝方法既可以使環(huán)氧乙烷與CO2、水在反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)碳酸乙烯酯中間體來一步生成乙二醇；也可以先由環(huán)氧乙烷與CO2反應(yīng)，再分離出來碳酸乙烯酯進(jìn)行水解反應(yīng)，經(jīng)兩步制得乙二醇。表2.1乙二醇工藝生產(chǎn)路線優(yōu)缺點(diǎn)乙二醇工藝生產(chǎn)路線優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)石油化工路線技術(shù)比較成熟，應(yīng)用非常的廣泛，產(chǎn)品的收率高。油耗比較大，成本比較高，不符合我國(guó)相對(duì)缺乏油氣的國(guó)情。煤化工路線油耗小，成本比較低，比較符合我國(guó)煤炭資源較多的情況。比較依賴催化劑，但目前的催化劑有效時(shí)間比較短，同時(shí)穩(wěn)定性較差。通過上述表格可知，我們應(yīng)該選擇煤化工制取乙二醇路線，同時(shí)草酸酯法制乙二醇得反應(yīng)條件比較容易，溫和，并且得到的產(chǎn)品也比較好。綜上所述，此設(shè)計(jì)使用草酸酯加氫合成法。2.3乙二醇生產(chǎn)原理2.3.1草酸二甲酯的制取CO氣相偶聯(lián)合成草酸二甲酯由兩步化學(xué)反應(yīng)組成。第1步：偶聯(lián)反應(yīng)亞，硝酸反應(yīng)生成一氧化氮與草酸二甲酯（CO為催化劑），反應(yīng)方程式如下：第2步反應(yīng)為偶聯(lián)反應(yīng)：氧氣與一氧化碳，甲醇，氮?dú)夤餐磻?yīng)合成亞硝酸甲酯，反應(yīng)方程式如下：亞硝酸甲酯可以進(jìn)行重復(fù)，總反應(yīng)式為:2.3.2草酸二甲酯加氫制乙二醇草酸二甲酯加氫：首先由草酸二甲酯加氫生成乙醇酸甲酯，乙醇酸甲酯再加氫生成乙二醇，總反應(yīng)：2.4催化劑選擇經(jīng)過研究表明，Cu/SiO2加氫催化劑，在相應(yīng)的反應(yīng)條件下時(shí)（溫度為210℃，氫酯比為60，壓力為2.5Mpa）,在此情況下草酸二甲酯轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到80%，乙二醇選擇性達(dá)到92.5%。在條件為（溫度為260℃，氫酯比為80，壓力為2.8Kpa）草酸二甲酯的轉(zhuǎn)化率達(dá)到96%,乙二醇的選擇性達(dá)到97.5%。2.5乙二醇生產(chǎn)工藝流程第一步，進(jìn)一步提升一氧化碳的效率：合成氣凈化裝置中的一氧化碳原料氣經(jīng)過催化氧化技術(shù)脫氫、脫氧后，再經(jīng)過相應(yīng)的脫水過程。在催化劑的作用下，使氫氣轉(zhuǎn)化成二氧化碳、水或其他化合物。反應(yīng)后用水洗去雜質(zhì)；再用鹽酸溶液洗滌至中性，然后干燥即得產(chǎn)品。按百分比混合一般氧氣或空氣送入固定床反應(yīng)器，該反應(yīng)器具有去除氫氣的催化反應(yīng)氣體和氧氣。第二步，草酸酯的合成：將純化的一氧化碳的一氧化碳原料氣與含有亞硝酸酯的數(shù)量（體積比）：將25%~90%的一氧化碳和5%~40%的亞硝酸酯引入列管反應(yīng)器，用氧化鋁支持鈀催化劑進(jìn)行催化反應(yīng)；金屬含量為載體的0.1％到5%，接觸時(shí)間0.1秒~20秒。反應(yīng)溫度是80~200攝氏度。在此條件下對(duì)苯甲醛和甲醇合成甲酸甲酯進(jìn)行了研究，得到較高的收率；同時(shí)也考察了反應(yīng)過程中各種影響因素及最佳操作條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在本試驗(yàn)范圍內(nèi)。草酸酯是通過冷凝和分離得到的.第三步，尾氣再生：反應(yīng)尾管分離草酸酯進(jìn)入再生塔中，按NO和O2分子比4.1:6.5，氧氣氧化，酒精與NO的分子比2-620%以上的醇水溶液接觸反應(yīng)，控制塔溫高于相應(yīng)酯的沸點(diǎn)，分離回收酒精水溶液。當(dāng)溫度高于40℃,繼續(xù)向溶液中加入甲醇或乙醇，使其逐漸升高至50℃左右后再用堿水洗滌；同時(shí)控制堿用量和PH值；將濾液回收重復(fù)使用。

第四步,亞硝酸酯回收過程：將再生塔中生產(chǎn)的亞硝酸鹽再倒進(jìn)冷凝分離塔。通過控制好相應(yīng)得溫度(亞硝酸酯沸點(diǎn))，通過對(duì)亞硝酸鹽氣體中的水和醇進(jìn)行分離。亞硝酸酯再被送回合成塔進(jìn)行回收，另外很少的亞硝酸酯氣體被送到壓縮冷凝塔進(jìn)行處理。第五步，非反應(yīng)氣體排放：將含有非反應(yīng)氣體的亞硝酸酯引入壓縮冷凝塔，并且控制冷凝溫度為-20至40℃，通過氣化后，不凝氣體主要是氮?dú)夂蜕倭考淄?、氬氣、一氧化碳和一氧化氮。采用草酸酯加氫制備生產(chǎn)乙二醇的工藝流程為：原料氣經(jīng)過預(yù)脫氧、精餾、吸收、加氫、水洗等工序得到合格產(chǎn)品。本文介紹了該工藝的流程設(shè)計(jì)及操作要點(diǎn)。在反應(yīng)器的兩端填充40到60目的催化劑和20到40目的石英砂，以防止氣體在反應(yīng)器中流動(dòng)并固定催化劑床層。草酸乙二醇溶液通過高壓計(jì)量泵蒸發(fā)到汽化器中，氫氣通過高壓質(zhì)量流量計(jì)蒸發(fā)。產(chǎn)品由循環(huán)水冷卻，液體產(chǎn)物在精餾裝置中精煉，生產(chǎn)乙二醇的純度也比較高。

第3章物料衡算3.1乙二醇流量年產(chǎn)12×104t，工作日：300天，工作時(shí)長(zhǎng)：7200h按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T4649-2008）優(yōu)等品乙二醇（其質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98%），我們計(jì)算數(shù)值：99.8%主要反應(yīng)：乙二醇的質(zhì)量流量：12×107/（300×24）×99.8%=16633.33kg/h乙二醇的摩爾流量：制備乙二醇工段CH3ONO(MN)的CH3ONO選擇性：92%，轉(zhuǎn)化率：85%，(COOCH3)2(DMO)收率：75%乙二醇合成工段DMO轉(zhuǎn)化率：96%，選擇性：98%。EG收率：93.1%氫脂比：60：13.2制取乙二醇的主要原料的物料衡算3.3草酸二甲酯固定床反應(yīng)器將亞硝酸與一氧化碳經(jīng)過混合器加熱后得到的亞硝酸甲酯與經(jīng)過純化的CO經(jīng)混合器與加熱器加熱后，送入固定床反應(yīng)器進(jìn)行催化偶聯(lián)反應(yīng)。操作壓力2.2Mpa，反應(yīng)溫度130℃。DMO轉(zhuǎn)化率85%，選擇性92%，收率75%。反應(yīng)如下主反應(yīng)：2CO＋2CH3ONO=(COOCH3)2+2NO副反應(yīng)：2CH3ONO+CO=CH3OCOOCH3(DMC)+2NO反應(yīng)器出口：(COOCH3)2:268.28/0.931=288.16kmol/hNO:800.45×0.85=680.38kmol/hCO:800.45×0.15=120.06kmol/hCH3ONO:800.45×0.15=120.06kmol/hDMC:800.45×0.1=80.45kmol/h3.4加氫制乙二醇過程我們可以將合成氣制乙二醇分為兩個(gè)部分（草酸二甲酯加氫和草酸二甲酯合成），我們需要計(jì)算草酸二甲酯的加氫制備乙二醇的過程。轉(zhuǎn)化率96%，選擇性95%，收率93.1 反應(yīng)器出口：

第4章熱量衡算4.1草酸二甲酯固定床反應(yīng)器能量衡算：我們可以設(shè)反應(yīng)器的進(jìn)口熱為Q1；反應(yīng)器的反應(yīng)熱為Q2;反應(yīng)器出口熱量Q3;反應(yīng)器帶走熱量Q4。忽略熱損失，有Q1+Q2=Q3+Q4.表4.1在130℃時(shí)各物質(zhì)的比熱容與標(biāo)準(zhǔn)焓組分NOCODMOMNDMC摩爾質(zhì)量30281186190Cp/m1.021.061.411.151.89?fH029890.37-110.53-704.22-124.89-584.55CP30.629.6620.570.171704.2氫氣與草酸二甲酯混合加熱器（1）計(jì)算依據(jù)在45℃時(shí)候，讓草酸二甲酯與氫氣進(jìn)行混合后進(jìn)入加熱器中，進(jìn)口溫度為45℃，出口溫度為205℃.混合氣流量H2=69159.8kmol/h，DMO=288.16kmol/h.(2)進(jìn)行熱量衡算進(jìn)口：Q1=1.07×108(KJ/h)出口Q2=(212.5×288.16+28.26×69159.6)×205=4.13×108(KJ/h)Q3=4.13×108-1.07×108=3.06×108(KJ/h)熱損比按10%算，2.40Mpa水蒸汽冷凝潛熱為1850KJ/Kg，加熱水蒸氣用量：W=3.06×108/1850=1.65×108Kg/h4.3加氫制乙二醇過程表4.1在205℃時(shí)，各組分的定壓熱容與298K標(biāo)準(zhǔn)焓組分H2EGDMOCH3OHC2H5OHH2OCP28.26123.1212.5127.2153.335.5?fH02980-389.32-704.22-200.66-235.1-241.88

第5章設(shè)備計(jì)算5.1反應(yīng)器設(shè)計(jì)我們可以選取固定床反應(yīng)器作為草酸二甲酯加氫的反應(yīng)器，查閱資料可以了解到草酸二甲酯催化加氫反應(yīng)器溫度為205℃，壓力為2.0MPa，氫酯比為60時(shí)，依據(jù)文獻(xiàn)查的，當(dāng)反應(yīng)的時(shí)間在1.1s附近時(shí)，轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到最高，乙二醇的選擇性基本為99.8%。并且后面無(wú)論反應(yīng)如何進(jìn)行，轉(zhuǎn)化率都不會(huì)改變，所以可以定性1.1s為最佳反應(yīng)時(shí)間，所以可以取1.1s為停留時(shí)間，液體的體積流率為7.56m3/s，根據(jù)以上的數(shù)據(jù)我們可以進(jìn)行計(jì)算。催化劑體積為7.56m3，存在的空隙部分占總體積比可以取0.3，可以求得體積為：5.1.1Cu/SiO2型催化劑床層直徑設(shè)空床時(shí)的氣體速度為0.5m/s床層直徑根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)取整后可以得到為1.7m5.1.2Cu/SiO2型催化劑床層高度催化劑直徑可以取4mm，床層孔隙率ε取0.3；床層高度5.1.3反應(yīng)器裝填催化劑的量孔徑為4mm，比表面積為0.3m2/g，可以計(jì)算催化劑的總質(zhì)量為5.1.4反應(yīng)器管數(shù)DNO加氫反應(yīng)器管道有φ30×2.5mm，故管內(nèi)徑dt為30mm，即為0.030m；管長(zhǎng)為7.5m，催化劑充填高度L為7.24m，管心距40mm。因此故DMO加氫反應(yīng)器管數(shù)為2094根，呈正三角形排列如圖(4)。5.1.5反應(yīng)器殼體內(nèi)徑DMO加氫反應(yīng)器總反應(yīng)管數(shù)為2094根，采用了正三角形排列。連接方法可以采用焊接法，可以得到反應(yīng)器管心間距為圖(4)反應(yīng)管排列方式橫過管束中心線的管數(shù)為反應(yīng)器殼體的內(nèi)徑為本反應(yīng)器設(shè)計(jì)取e=1.25do=1.25×30=37.5mm則反應(yīng)器殼體內(nèi)徑為D=37.5×(62-1)+2×37.5=2362mm所以DMO加氫反應(yīng)器殼體內(nèi)徑為D=2.4m。5.2乙二醇精餾塔設(shè)計(jì)依據(jù)原料液及塔頂，塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)乙二醇的摩爾質(zhì)量：MA=62.07kg/mol副產(chǎn)物的摩爾質(zhì)量：MB=76.03kg/mol則可以算出原料里面的乙二醇的摩爾占比：XF=0.41/62.07/（0.41/62.07+0.59/76.03）=0.46排出液體中乙二醇的摩爾占比：XD=0.96/62.07/(0.96/62.07+0.04/76.03)=0.967反應(yīng)塔中液體的乙二醇產(chǎn)物的摩爾占比：XW=0.01/62.07/(0.01/62.07+0.99/76.03)=0.012原料及塔頂，塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量MF=0.46×62.07+(1-0.46)×76.03=69.56kg/kmolMD=0.967×62.07+(1-0.967)×76.03=62.46kg/kmolMW=0.012×62.07+(1-0.012)×76.03=75.83kg/kmol原料處理量為F=16633.33/69.56=239.12kmol/h總物料衡算：239.12=D+W乙二醇物料衡算：239.12×0.46=0.967D+0.012W聯(lián)立解的D=112.17kmol/hW=126.95kmol/h5.3精餾塔塔頂、塔釜、進(jìn)料板溫度的計(jì)算相平衡常數(shù)可按照該公式求得：在反應(yīng)塔頂部位置的反應(yīng)絕對(duì)壓強(qiáng)：P頂=2280mmHg＝304Kpa在反應(yīng)塔底部位置的反應(yīng)絕對(duì)壓強(qiáng)：P釜=3830mmHg=510.5Kpa根據(jù)相關(guān)表可以了解到，在正常壓力下，兩種不同類型的混合物的沸騰溫度分別是：乙二醇=197.3℃和水=100℃假定乙二醇用字母B代表，水用字母T代表。則按照Antoine方程的要求，Lg(Ps/mmHg)=A-B/(T+C)根據(jù)熱工書籍，可以知道表5.1乙二醇與水組分組分ABC乙二醇7.881957.00193.80水7.971668.21227.445.4回流比和所需板數(shù)5.4.1相對(duì)揮發(fā)率反應(yīng)塔頂部的揮發(fā)概率比較值：a=PBS×γb/(PTS×γt)=1.9233反應(yīng)塔揮發(fā)概率的比較值：a=PBS×γb/(PTS×γt)=2.5914整個(gè)反應(yīng)塔的揮發(fā)概率比較值：α=√1.9233×2.5914=2.235.4.2最小的回流比計(jì)算可以采用泡點(diǎn)進(jìn)料的方法進(jìn)行計(jì)算，更加的簡(jiǎn)單方便，故，q=1Xq=XF=0.46yq=αxq/(1+(α-1)xq)=2.23×0.46/1+(2.23-1)×0.46=0.65Rmin=XD-yq/yq-xq=0.967-0.65/0.65-0.46=1.675.4.3適宜回流比一般來說，最適宜的回流比是最小回流比的1.5~2倍，我們可以設(shè)置為兩倍。R=2Rmin=2×1.67=3.345.4.4計(jì)算加料板和實(shí)際塔板數(shù)精餾塔的氣，液相負(fù)荷L=RD=3.34×112.17=374.6kmol/hV=(R+1)D=4.34×112.17=486.8kmol/hL’=L+F=374.6+239.12=613.72kmol/hV’=V=486.8kmol/hNmin={log｛(x1/x2)D/(X1/X2)W}/logα}-1=log{0.967/(1-0.967)/(1-0.012)/0.012}-1=8.7Rmin)/(R+1)=(3.34-1.67)/(3.34+1)=0.385查吉利蘭關(guān)聯(lián)圖可知Nmin)/(N+2)=0.32(N-8.7)/(N+2)=0.32N=14(不包括再沸器)Nmin’={log｛(XD/1-XD)(1-XF/XF)}/logα’}-1=5.45Nmin)/(N+2)=0.32N=8.95由上計(jì)算可得加料板位于從塔頂往下數(shù)第9塊板.5.4.5理論塔板數(shù)的確定EO=NT/NP×100%T均=（t頂+t底）/2=（45+176）/2=110.5℃根據(jù)查閱資料可知塔的內(nèi)部的塔效率的關(guān)聯(lián)圖可以知道EO=0.52可以計(jì)算總的塔板數(shù)為：NP=NT/E0×100%=14/0.52=275.5塔徑的計(jì)算5.5.1精餾部分1溫度計(jì)算塔頂溫度td=89.2℃進(jìn)料板溫度tF=130℃精餾段平均溫度tm=(89.2+130)/2=109.6℃2平均密度計(jì)算氣相平均密度：由理想氣體狀態(tài)方程pvm=PmMvm/RTm108.8×70.11/8.314×(109.6+273.15)=2.39kg/m3液相平均密度；1/PLM=Σai/pi由TD=89.2℃,查手冊(cè)得pA=805.6kg/m3,pB=801.4kg/m3P均=1/(0.96/805.6+0.04/801.4)=805.4kg/m33直徑計(jì)算L=RD=3.34×112.17=374.6kmol/hV=(R+1)D=4.34×112.17=486.8kmol/h精餾段的氣相體積流量為××VS=VMvm/3600pvm=486.8×70.11/3600×2.39=3.96m3/sLS=LMLM/3600×PLM=374.6×72.46/3600×805.4=0.0094m30.0094×3600/3.96×3600×(805.4/2.39)1/2=0.0436取板間距HT=0.4m,板上液層高度hL=0.06m,則HT-hT=0.4-0.06=0.34m查圖可得C20=0.072C=C20(δL/20)0.2=0.072×(20.41/20)0.2=0.0723Umax=0.0723√805.4-2.39/2.39=1.324m/s取不裝料的反應(yīng)塔安全系數(shù)為0.7，則空氣塔速為U=0.7umax=0.7×1.324=0.927m/s按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為2.4m塔截面積為5.5.2提餾的部分L’=L+F=374.6+239.12=613.72kmol/hV’=V=486.8kmol/h精餾段的氣相體積流量為VS=VMvm/3600pvm=486.8×70.11/3600×2.39=3.96m3/sLS=LMLM/3600×PLM=613.72×72.46/3600×805.4=0.0153m3其中c=Lh/×Vh(PL/PV)=0.0153×3600/3.96×3600×(805.4/2.39)1/2=0.071取板間距HT=0.4m,板上液層高度hL=0.06m,則HT-hT=0.4-0.06=0.34m查圖可得C20=0.072C=C20(δL/20)0.2=0.072×(21.2/20)0.2=0.0746Umax=0.0746√805.4-2.39/2.39=1.373m/s取不裝料的反應(yīng)塔安全系數(shù)為0.7，則空氣塔速為U=0.7umax=0.7*1.373=0.961m/s按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為2.4m塔截面積為5.6塔高的計(jì)算蒸餾塔的整體高度等于底座部分+上頂部分+裙座+實(shí)際總高+物料進(jìn)入口高度+進(jìn)料層高度在設(shè)計(jì)的初期階段我們可以計(jì)算到蒸餾塔的直徑DT=2.4m，提餾塔的直徑DT'=2.4m。由于我們的塔整體高度是比較高的，我們需要在塔的部位設(shè)置三個(gè)人孔，這樣方便與之后的觀察和檢修。我們的反應(yīng)塔板之間的間距可以設(shè)HT為0.40m，一般情況下。我們分析塔高時(shí)是不需要考慮到考慮物料塔板的高度。塔頂?shù)谝粔K板距頂部距離HB設(shè)計(jì)為1.5m，設(shè)置這個(gè)高度主要是減少塔頂出口處液體的含量。塔底外設(shè)再沸器，為使塔底餾出液有一個(gè)更加充足的反應(yīng)時(shí)間(可以停留在10到20分鐘左右)，塔底餾出液出口與最后一塊塔板之間的高度為HD=4.0m。塔裙高度HC為2.5m。則全塔的塔高為：(27-1)×0.4+2.4+2.4+1.5+2.5=19.2m5.7塔板結(jié)構(gòu)尺寸及溢流裝置的確定一般情況下，根據(jù)計(jì)算可以知道精餾塔塔徑為2.4m，提餾塔徑均為2.4m。最后根據(jù)設(shè)計(jì)部分的基本原則就可以知道我們?cè)O(shè)計(jì)的項(xiàng)目是需要單溢流型，管道可以選擇弓形放水管。5.7.1堰長(zhǎng)本設(shè)計(jì)采用單溢流平直堰溢流設(shè)計(jì)，取Lw為塔徑的0.7倍，即：精餾部分的堰長(zhǎng)Lw=2.4×0.7=1.68提餾部分堰長(zhǎng)Lw=2.4×0.7=1.685.7.2溢流堰高堰高h(yuǎn)w與堰上液層how高度相加即為液層的高度hL，即hw+how=hL(1)精餾部分how=0.00284E(Lh/Lw)2/3近似取E=1則how=0.00284×1×(0.0094×3600/0.7)2/3=0.038m取板上清夜層高度hL=0.06mhw=0.06-0.038=0.022m提餾部分how=0.00284E(Lh’/LW)2/3近似取E=1則how=0.00284×1×(0.0153×3600/0.7)2/3=0.053m取板上清夜層高度hL=0.06mhw=0.06-0.053=0.007m5.7.3彎曲的放水管的直徑和大?。篧d和Af放水管要能夠讓液體保留一定的時(shí)間，這樣便于去除氣泡。由LW/LD=0.7查書本可以得：WD/DT=0.2,WD=0.2×2.4=0.48m在同一圖上查得放水管的橫面大小Af/At=0.16AF=0.16×4.52=0.7232θ=AFHT/VL=0.7232×0.4/0.0094=30.7s>5s放水管的大小是合理的。由于精餾塔與提餾塔的直徑相同所以也是合理的。5.7.4降液管底隙高度ho通常計(jì)算這個(gè)高度是為了使得液體能夠順利流出，避免造成堵塞，所以：取U0’=0.5m/s則ho=0.0094×3600/3600×0.7×0.08=0.026mhw-ho=0.06-0.026=0.034>0.006m故降液管設(shè)計(jì)合理5.8塔板的布置5.8.1塔板分布由于塔板的直徑是大于800mm的，所以要分區(qū)放置塔板，并且要分為六塊塔板，以便于后期的修改和觀察。Ab-出水管直徑大小Ac-反應(yīng)器橫截面積Ad-冒泡部分冒泡部分：將液體與氣體合在一起的部分，這里可以安裝浮閥。水流冒出的部分：出水部分和裝水的地方。邊上區(qū)域：在反應(yīng)塔附近的區(qū)域，厚度為50mm的位置，取WC=50mm泡沫發(fā)生破裂的部分：是冒泡部分與降流區(qū)之間沒有空隙地方的位置。此部分不設(shè)置浮閥，我們可以計(jì)算出安定區(qū)的寬度直徑是大于1.5米的。所以WF=80mm。5.8.2浮閥數(shù)目開孔區(qū)面積的計(jì)算即Aa=2精餾部分：X=D/2-(WD-WS)=2.4/2-(0.48+0.0.5)=0.67mR=D/2-WC=2.4/2-0.05=1.15m可以去計(jì)算出Aa篩孔計(jì)算以及排列所處理的物系無(wú)腐蝕性，可以選用3mm的碳鋼板，取篩孔直徑為10mm篩孔按照正三角形排列，取孔的中心距t=3d=3×10=30mm篩孔數(shù)目n=1.155AO/t2=1.155×1.898/(0.03)2=2425開孔率為提餾部分：X=D/2-(WD-WS)=2.4/2-(0.48+0.0.5)=0.67mR=D/2-WC=2.4/2-0.05=1.15m可以去計(jì)算出Aa篩孔數(shù)目n=1.155AO/t2=1.155×1.898/(0.03)2=2425開孔率為5.9塔板校核5.9.1干板阻力hc的計(jì)算由公式由于do/θ=10/3=3.33.查圖可知co=0.7125.9.2氣體通過液層的阻力h1的計(jì)算即h1=βhLF0=0.309×√2.39=0.489kg1/2/(s.m1/2)查圖可知β=0.75故H1=βhL=β(hw+how)=0.75×(0.022+0.007)=0.0225m液柱5.9.3液沫夾帶計(jì)算Hf=2.5hL=2.5×0.06=0.15m故本設(shè)計(jì)中液沫夾帶量在允許范圍內(nèi)5.9.4漏液計(jì)算漏液點(diǎn)氣速計(jì)算實(shí)際孔速為21.8m/s穩(wěn)定系數(shù)為K=uo/uomin=21.8/6.113=3.56>1.5故在本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯漏液5.10輔助設(shè)備及選型與計(jì)算5.10.1反應(yīng)塔上方位置的氣體傳管計(jì)算可得V=486.8kmol/h,WS=8.38kg/s,設(shè)：u=20m/sVS=WSRT/PM=8.38×8.314×318.15/304×62.07=1.175m3/s通過計(jì)算可以知道氣體蒸出管道的型號(hào)為GB8167-86，尺寸為DN280×5mm。5.10.2反應(yīng)塔頂部用于輸入冷凝液的管線計(jì)算可得V=486.8kmol/h,Ws=8.38kg/h，取u=0.8m/sVS=8.38/848.9=0.00987通過計(jì)算可知冷凝管道的型號(hào)為GB8167-86，大小為DN140×5mm。5.10.3輸入原料的管道直徑假設(shè)在進(jìn)口處液體單位時(shí)間內(nèi)的速度為u=0.5m/sVS=166667.6/848.9=196.3m3/h=0.054m3/s通過計(jì)算可以知道管道的型號(hào)GB8167-86，管道大小為DN400×5mm5.10.4再沸器內(nèi)部氣體上升管道V’=V=486.8kmol/h,WS=486.8×20/3600=2.7kg/s,取u=10m/sVS=WSRT/PM=2.7×8.314×386.7/(304×11.24)=2.54m3/s通過計(jì)算可以知道管道尺寸型號(hào)式GB8163-87,大小=DN600×10mm5.10.5回流罐尺寸的計(jì)算(1)反應(yīng)塔上方水分含量非常少，可以忽略不計(jì)，因此，密度值：ρL=848.9kg/m3(2)反應(yīng)塔上方的溫度為50℃(3)假設(shè)將水全部排除需要10h，裝液常數(shù)為0.75所以經(jīng)過計(jì)算后：D=6.10m,H罐=1.5D=9.15m,H液=0.75H罐=6.862m進(jìn)一步處理后：DN6100×9200mm5.10.6回流泵的選擇回流泵一般選擇離心泵，同時(shí)也有一些基本原則：(1)流過液體的性質(zhì)盡量選取能夠耐受各種有害及污染液體。(2)泵的單位時(shí)間內(nèi)水體通過量通過對(duì)單位時(shí)間水體通過量的計(jì)算，更加方便我們對(duì)泵的功率和壓力的計(jì)算，使得我們選擇合適的泵，更加符合我們的工藝。(3)水泵能將水提升最大高度能夠找到水泵能夠?qū)⑺嵘淖畲蟮母叨龋軌驖M足液體的流過量，并適當(dāng)增大泵的功率，使得選擇最合適的泵。(4)校核電動(dòng)機(jī)的功率電動(dòng)機(jī)的功率是否能滿足差不多液體的運(yùn)輸。如果能夠滿足，選擇便宜好用的泵。已知：Pg=105Kpa,Pt=225kpa經(jīng)過計(jì)算可得P1=Pg+Pgh=105000+848.9×9.81×4.5=142.47kpaP2=Pt+pgh=225000+848.9×9.81×19.2=384.89kpa水泵的單位時(shí)間傳送液體量VL=40m3/h,泵進(jìn)出口阻力損失Hf=14m,?Z=9.56mNe=VLHepg=60/3600×52.67×9.81×848.9=7.31kw根據(jù)以上的計(jì)算數(shù)據(jù)，我們可以采用型號(hào)IS80-50-250的泵

第6章廠址選擇6.1建設(shè)地區(qū)的選擇廠址的選擇是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，我們既要考慮到環(huán)境因素也要考慮經(jīng)濟(jì)因素，為了最大程度的滿足建設(shè)和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的要求，乙二醇的生產(chǎn)選址應(yīng)遵循以下原則：我們應(yīng)該選擇盡量靠近原材料產(chǎn)地或者銷售比較好的地區(qū)。2.交通狀況也是比較重要的，能夠讓生產(chǎn)的乙二醇能夠更快的銷售，所以應(yīng)該選擇路況比較好的平原地區(qū)，盡量避免多條彎曲的道路，長(zhǎng)度也要避免過長(zhǎng)。3.生產(chǎn)的輔助資源也要齊全，比如說水資源，盡可能地選擇靠近水資源的地方，這樣可以節(jié)省水資源的浪費(fèi)以及不必要的投資。4.廠址應(yīng)該建設(shè)在居民區(qū)的下風(fēng)向和江流的下方，這樣可以最大程度的減少對(duì)人和環(huán)境的影響。5.廠址的地理位置要好，盡量做到不占用農(nóng)田，同時(shí)不受到一些自然災(zāi)害的影響。6.國(guó)家對(duì)于一些區(qū)域的政策也要關(guān)注到。乙二醇的產(chǎn)地主要分布在江蘇，上海，河南等內(nèi)陸地區(qū)。所以工廠建設(shè)地選在河南比較合適。6.2廠址選擇及介紹通過對(duì)河南石油化工園區(qū)的了解,決定將化工園區(qū)建在濟(jì)源化工區(qū)，洛陽(yáng)石油化工公司與濟(jì)源市人民政府達(dá)成了整體的合作框架，更加明確了該園區(qū)的未來發(fā)展方向,根據(jù)十二五文件要求,要充分發(fā)揮園區(qū)的優(yōu)勢(shì)，吸引更多的優(yōu)秀人才，更好的資源配置，能夠?qū)⒏鱾€(gè)產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)系起來，提高效率的同時(shí)使得生產(chǎn)更為緊湊。共同推進(jìn)化工園區(qū)能夠集中力量，向更好的方向發(fā)展。該園區(qū)的路線規(guī)劃非常適合材料的運(yùn)輸，擁有小浪底專用線，北達(dá)新鄭航空港，南至濟(jì)運(yùn)高速。工程用地的總面積為50平方公里，規(guī)劃面積總面積6.89平方千米。目前投資40億元來打造園區(qū)。據(jù)了解,濟(jì)源市化學(xué)工業(yè)園內(nèi)國(guó)土面積約為四十平方千米。其中,工業(yè)土地面積4.17平方公里,占規(guī)劃的工業(yè)土地面積百分之六十點(diǎn)五七;化學(xué)工業(yè)園內(nèi)將以循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念為引導(dǎo),以石油化工、煤化工生產(chǎn)為核心,以新材料加工、油田精密化肥、橡塑加工等為主要特色,充分運(yùn)用中原經(jīng)濟(jì)發(fā)展地帶地域和交通優(yōu)勢(shì)資源優(yōu)勢(shì),積極承接中國(guó)東南沿海地區(qū)的石油化工產(chǎn)品轉(zhuǎn)移,主動(dòng)拓展中西區(qū)化工產(chǎn)品交易市場(chǎng),建設(shè)立足濟(jì)源、業(yè)務(wù)于新疆、放射中西部地區(qū)的先進(jìn)石油化工生產(chǎn)培訓(xùn)基地。二零一一年,化學(xué)工業(yè)園內(nèi)共招商項(xiàng)目三個(gè),包括由豐原石化公司總投資的三十萬(wàn)噸/年幼烴綜合利用項(xiàng)目、20萬(wàn)噸/年產(chǎn)品加工項(xiàng)目等,10年共投入資金七點(diǎn)五億多元。搶抓長(zhǎng)江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)工業(yè)轉(zhuǎn)移戰(zhàn)略和中國(guó)河南省石油化工行業(yè)發(fā)展重點(diǎn)專項(xiàng)整治的歷史機(jī)遇,以市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)導(dǎo)向,選取合理的工業(yè)發(fā)展策略與方向。進(jìn)一步優(yōu)化工業(yè)園區(qū)招商引資環(huán)境,充分發(fā)揮園內(nèi)外部的二種資源利用,采取合理產(chǎn)業(yè)鏈設(shè)計(jì),利用園內(nèi)與項(xiàng)目周圍各種資源利用,實(shí)現(xiàn)資源綜合利用與生產(chǎn)線外延擴(kuò)張,逐步建立規(guī)模化化工產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)。項(xiàng)目位于河南濟(jì)源開發(fā)區(qū),附近人煙稀少，面積廣闊，道路通暢,非常適合化工廠的建設(shè)。再根據(jù)一些基本因素考慮(例如：水資源是否充分，環(huán)境是否合適等),加上國(guó)家目前政策的支持科學(xué)，在此處建立工廠是非常合適。第7章車間布置7.1車間布置的設(shè)計(jì)要求1.車間的布置要根據(jù)要求進(jìn)行，能夠保證工藝流程完整，并且要考慮到經(jīng)濟(jì)問題，最大程度上節(jié)約空間和資源。2.盡可能的布置在室外，使得廠房在以后修建上有更大的靈活性，在安全性方面也有很大的提升。3.對(duì)于年產(chǎn)12萬(wàn)噸來說，我們可以采取集中式的分布，可以建立在地勢(shì)平坦的地方，保證相應(yīng)得采光和運(yùn)輸比較充足。4.廠房的整體布局可以成一條直線，這樣設(shè)備的排列是比較簡(jiǎn)單的，以及更好的設(shè)置出入口和交通運(yùn)輸。7.2車間設(shè)備布置的原則1.生產(chǎn)中不需要經(jīng)常觀察的設(shè)備或者受氣候影響比較小的設(shè)備可以放在露天位置。2.在工藝流程方面的要求需要讓管線更短一些,生產(chǎn)流程更加順暢,員工的作業(yè)簡(jiǎn)單和安全,并且盡量不限制原材料和成品的運(yùn)送。3.在安全方面要保證布置的時(shí)候符合防火防爆的要求,盡可能地使危險(xiǎn)等級(jí)相同的設(shè)