年產(chǎn)二萬(wàn)PO項(xiàng)目初步設(shè)計(jì) 化工設(shè)計(jì)

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1、目錄 1 總論 5 1.1項(xiàng)目概況 5 1.2設(shè)計(jì)依據(jù) 5 1.3工藝特點(diǎn) 5 1.4產(chǎn)品方案 5 1.5主要物料規(guī)格及消耗 6 1.6廠址概況 6 1.7主要危險(xiǎn)品防護(hù) 7 1.8全廠綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 7 2 原料采購(gòu)及產(chǎn)品營(yíng)銷 9 2.1原料采購(gòu) 9 2.1.1丙烯 9 2.1.2雙氧水 9 2.1.3甲醇 9 2.2主要產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) 9 2.2.1環(huán)氧丙烷 9 2.2.2本廠產(chǎn)品 10 2.3營(yíng)銷 10 3 化工工藝及系統(tǒng) 11 3.1工藝方案的選擇 11 3.1.1環(huán)氧丙烷的性質(zhì) 11 3.1.2環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)工藝 11 3.1.3工藝優(yōu)

2、缺點(diǎn)比較 15 3.1.4工藝方案的選擇 19 3.2本廠工藝原理 19 3.2.1反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 20 3.2.2反應(yīng)條件 21 3.3工藝流程說(shuō)明 21 3.3.1工藝流程方框圖 21 3.3.2工藝流程簡(jiǎn)述 22 3.3.3合成工段 22 3.3.4分離工段 24 3.3.5精餾塔塔頂?shù)目刂?27 3.3.6精餾塔塔釜的控制 28 4 物料及熱量衡算 30 4.1 總論 30 4.2 物料衡算 32 4.2.1 衡算方法 32 4.2.2 進(jìn)料工段物料衡算 32 4.2.3 反應(yīng)工段物料衡算 32 4.2.4 丙烯回收段物料衡算 33 4.2.6 甲醇

3、回收工段物料衡算 33 4.2.7 環(huán)氧丙烷精餾工段物料衡算 34 4.3 能量衡算 35 4.3.1 基本原理 35 4.3.2 能量衡算任務(wù) 35 4.3.3 系統(tǒng)物料及能量衡算 36 4.3.3.1 反應(yīng)器 36 4.3.3.2 丙烯回收塔 36 4.3.3.3 甲醇回收塔 37 4.3.3.4環(huán)氧丙烷精餾塔 37 5設(shè)備設(shè)計(jì)及選型 38 5.1丙烯儲(chǔ)罐V101 38 5.2雙氧水儲(chǔ)罐V102 38 5.3甲醇儲(chǔ)罐V103 38 5.4PO儲(chǔ)罐V105 39 5.5進(jìn)料泵設(shè)計(jì) 40 5.5.1石油、化工裝置對(duì)泵的要求 40 5.5.2 進(jìn)口直徑D 40

4、 5.5.3 出口直徑D 41 5.5.4 泵進(jìn)口速度V 41 5.5.5泵出口速度V 41 5.5.6 比轉(zhuǎn)速n 42 5.5.7水力效率 42 5.5.8容積效率 42 5.5.9機(jī)械效率 43 5.5.10總效率 43 5.5.11軸功率P 43 5.5.12計(jì)算扭矩M 44 5.5.13 計(jì)算軸徑d 44 5.5.14泵的揚(yáng)程 44 5.6反應(yīng)釜R101的設(shè)計(jì) 46 5.6.1罐體和夾套的設(shè)計(jì) 46 5.6.2罐體幾何尺寸計(jì)算 46 5.6.3夾套的幾何尺寸計(jì)算 47 5.6.4.反應(yīng)釜的攪拌裝置 47 5.6.5攪拌器的安裝方式及其與軸連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5、 48 5.6.6夾套反應(yīng)釜的強(qiáng)度計(jì)算 48 5.6.7夾套厚度計(jì)算 49 5.6.8 水壓試驗(yàn)校核計(jì)算 49 5.6.9常用電機(jī)及其連接 50 5.6.10釜用減速機(jī)類型，標(biāo)準(zhǔn)及其選用 50 5.6.11反應(yīng)釜的其他附件 51 5.7丙烯精餾塔的設(shè)計(jì) 53 5.8反應(yīng)器R102的設(shè)計(jì) 70 5.8.1反應(yīng)參數(shù) 70 5.8.2 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的計(jì)算 70 5.9甲醇回收塔的設(shè)計(jì) 74 5.9.1塔的設(shè)計(jì)要求 74 5.9.2塔設(shè)備選型 74 5.9.3塔板性能比較 75 5.9.4基本數(shù)據(jù) 76 5.9.5塔徑的設(shè)計(jì)及計(jì)算 76 5.9.6溢流裝置 78 5.

6、9.7塔板流體力學(xué)的計(jì)算 79 5.9.8塔板負(fù)荷性能圖 81 5.9.9進(jìn)出口管設(shè)計(jì)及計(jì)算 86 5.9.10筒體厚度計(jì)算 86 5.9.11封頭的設(shè)計(jì) 87 5.9.12支座的設(shè)計(jì)及計(jì)算 87 5.9.13塔高的計(jì)算 88 5.10換熱器E107的設(shè)計(jì) 91 5.10.1 設(shè)計(jì)任務(wù)和初始條件 91 5.10.2 定性溫度 91 5.10.3計(jì)算總傳熱系數(shù) 91 1.熱流量及平均溫差 91 5.10.4工藝結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算 92 1. 管程數(shù)和傳熱管數(shù) 92 5.10.5換熱器的核算 93 5.10.6壁溫計(jì)算 94 5.10.7換熱器結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度計(jì)算 95 5

7、.11環(huán)氧丙烷精餾塔設(shè)計(jì) 97 5.11.1塔的設(shè)計(jì)要求 97 5.11.2塔設(shè)備選型 97 5.11.3塔板性能比較 98 5.11.4基本數(shù)據(jù) 99 5.11.5塔徑的計(jì)算 99 5.11.6溢流裝置 102 5.11.7塔板流體力學(xué)計(jì)算 103 5.11.8淹塔 104 5.11.9塔板負(fù)荷性能計(jì)算及圖示 105 5.11.10進(jìn)出口管設(shè)計(jì) 110 5.11.11筒體厚度的設(shè)計(jì) 110 5.11.12封頭的設(shè)計(jì) 111 5.11.13支座的設(shè)計(jì) 111 5.11.14塔高的計(jì)算 112 5.12冷凝器的設(shè)計(jì) 113 5.12.1aspen模擬數(shù)據(jù) 113

8、 5.12.2定性溫度 113 5.12.3管程設(shè)計(jì) 113 5.12.4公稱直徑 114 5.12.5折流板設(shè)計(jì) 114 5.12.6殼程計(jì)算 114 5.13再沸器 116 5.13.1aspen模擬數(shù)據(jù) 116 5.13.2管程設(shè)計(jì) 116 5.13.3公稱直徑 117 5.13.4折流板設(shè)計(jì) 117 5.13.5殼程計(jì)算 117 6車間布置圖說(shuō)明 119 7設(shè)備一覽表 124 8任務(wù)分配 127 1 總論 1.1項(xiàng)目概況 本項(xiàng)目建址于XX市XX化工園區(qū)。項(xiàng)目總投資為

9、3014.83萬(wàn)元。其中固定資產(chǎn)投資為2317.497萬(wàn)元，流動(dòng)資金為600萬(wàn)元每年。從中國(guó)建設(shè)銀行貸款60%，借款利率為7%，其余由自有資金注入。建設(shè)期為1年，生產(chǎn)期10年，靜態(tài)投資回收期為2.83年，動(dòng)態(tài)投資回收期為3.78年。 1.2設(shè)計(jì)依據(jù) 1、化工工程設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定； 2、國(guó)家經(jīng)濟(jì)、建筑等相關(guān)政策； 3、2010“三井化學(xué)杯”大學(xué)生化工設(shè)計(jì)大賽指導(dǎo)書； 4、XX大學(xué)化工學(xué)院設(shè)計(jì)組可行性報(bào)告。 1.3工藝特點(diǎn) 本分廠以用H2O2催化氧化丙烯得到PO和水，甲醇為溶劑。丙烯、H2O2、甲醇直接購(gòu)買得到。該工藝由環(huán)氧化、分離、PO精制工序組成。該放熱反應(yīng)在甲醇溶劑中進(jìn)行，用一種

10、具有高的產(chǎn)品選擇性固體硅酸鈦催化劑。工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是環(huán)氧化用的管式反應(yīng)器，它在足以使反應(yīng)物維持在液態(tài)高壓和低于100℃的溫度下運(yùn)作，其創(chuàng)新性設(shè)計(jì)可將高效傳熱和理想的柱塞流特性完美地結(jié)合在一起。PO一經(jīng)生成，即從水相轉(zhuǎn)入液體丙烯相，從而減少了副產(chǎn)物的生成，進(jìn)而提高PO的選擇性。通過(guò)卸壓和蒸餾使未反應(yīng)的丙烯從產(chǎn)品中分離，可得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞99.97％ 的PO，PO收率＞95％。 1.4產(chǎn)品方案 本廠產(chǎn)品主要有環(huán)氧丙烷，副產(chǎn)物較少。 表1.1 產(chǎn)品方案 產(chǎn)品名稱 本廠規(guī)格 國(guó)家規(guī)定 產(chǎn)量（萬(wàn)噸/年） 單價(jià)（元/噸） 環(huán)氧丙烷 99.97% 優(yōu)等品 2 11899 產(chǎn)品

11、銷售市場(chǎng)簡(jiǎn)介：國(guó)內(nèi)PO的下游產(chǎn)品主要用于制造聚醚多元醇( PPG) 、丙二醇( PG) 、非離子型表面活性劑等。而按2007年初步統(tǒng)計(jì)則PPG占PO總消費(fèi)量的83%, 丙二醇占6% , 非離子型表面活性劑及丙二醇醚等其他產(chǎn)品約占11%。丙二醇( PG) 是PO 的主要下游產(chǎn)品, 它的消費(fèi)領(lǐng)域現(xiàn)集中在不飽和樹脂領(lǐng)域。而它在該領(lǐng)域消費(fèi)比例將接近70%, 其它領(lǐng)域約占30%。自2000年迄今國(guó)內(nèi)不飽和樹脂行業(yè)的快速發(fā)展, 使丙二醇的消費(fèi)量將有大幅增加。 1.5主要物料規(guī)格及消耗 表1.2 主要物料規(guī)格及消耗 項(xiàng)目 規(guī)格 數(shù)量(萬(wàn)噸/年) 原料 丙烯 工業(yè)級(jí) 5 雙氧水 工

12、業(yè)級(jí) 0.76 甲醇 工業(yè)級(jí) 30 公用工程 冷卻水 20℃ 7000 蒸汽 100℃-200℃ 383 1.6廠址概況 廠區(qū)地處XXXX化工園區(qū)。XX區(qū)幅員面積1423平方公里，人口88萬(wàn)，是XX陸路的交通樞紐和長(zhǎng)江上游的重要港口，是XX經(jīng)濟(jì)社會(huì)資源向三峽庫(kù)區(qū)輻射的重要中繼站。XX化工園區(qū)是2001年12月XX市人民政府批準(zhǔn)成立的省級(jí)工業(yè)園區(qū)。園區(qū)首期規(guī)劃面積31.3平方公里，分為天然氣化工片區(qū)、石油化工片區(qū)、精細(xì)化工片區(qū)及化工材料片區(qū)，是XX市集天然氣化工、石油化工、生物質(zhì)化工、精細(xì)化工和新材料產(chǎn)業(yè)于一體的綜合性化工園區(qū)，是XX市資源加工業(yè)的重要平臺(tái)。園區(qū)具有

13、優(yōu)越的地理位置、便捷的交通網(wǎng)絡(luò)、豐富的自然資源、雄厚的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、完善的配套設(shè)施，規(guī)劃合理，布局科學(xué)。經(jīng)過(guò)五年的開(kāi)發(fā)建設(shè)，園區(qū)已基本形成了石油化工、天然氣化工、氯堿化工、生物質(zhì)化工、精細(xì)化工和新材料產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。成功引進(jìn)英國(guó)BP公司、中國(guó)石化集團(tuán)公司、中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司、德國(guó)巴斯夫、德國(guó)林德氣體公司、美國(guó)普萊克斯公司、中化國(guó)際、云天化股份有限公司等81家企業(yè)，其中有世界五百?gòu)?qiáng)12家，國(guó)內(nèi)外上市公司19家，協(xié)議投資總額超過(guò)800億元人民幣，將在2011年底前全部建成投產(chǎn)。 原料優(yōu)勢(shì)：XX地區(qū)有豐富的天然氣資源，有天然氣合成甲醇以及氫氣，廠區(qū)有甲醇和一氧化碳生產(chǎn)廠家，來(lái)源穩(wěn)定運(yùn)費(fèi)低廉。原料運(yùn)輸由管

14、道運(yùn)輸完成運(yùn)費(fèi)低廉。 交通優(yōu)勢(shì)：長(zhǎng)江黃金水道、國(guó)家干線鐵路、骨干高速公路、毗鄰國(guó)際機(jī)場(chǎng)構(gòu)成了快速便捷的立體交通網(wǎng)絡(luò)。 1、港口：園區(qū)南、北兩岸擁有37個(gè)泊位的深水港碼頭，年吞吐能力達(dá)2090萬(wàn)噸； 2、鐵路：渝懷鐵路、渝利鐵路和規(guī)劃中的城際鐵路都將通過(guò)園區(qū)，設(shè)有客、貨運(yùn)站，建有園區(qū)化學(xué)品專用站； 3、公路：XX-上海、XX-福州的高速公路在園區(qū)交匯； 4、航空：距XX江北國(guó)際機(jī)場(chǎng)50公里。 1.7主要危險(xiǎn)品防護(hù) 表1.3 危險(xiǎn)物一覽表 序號(hào) 品名 分子量 熔點(diǎn)℃ 沸點(diǎn)℃ 閃點(diǎn)℃ 自燃溫度℃ 爆炸極限 火災(zāi)危險(xiǎn)類別 毒性危害 下限V％

15、 上限V％ 1 甲醇 32.04 -97.8 64.8 11 385 5.5 44 甲類 III 2 丙烯 42.08 -191.2 -47.72 -108 455 2.0 11.7 甲類 Ⅳ 3 雙氧水 43.01 -2 158 無(wú)意義 — 無(wú)意義 無(wú)意義 甲類 — 本廠主要危險(xiǎn)品性質(zhì)及防護(hù)見(jiàn)附錄MSDS章節(jié)。 1.8全廠綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 表1.4 綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 序號(hào) 指標(biāo)名稱 單位 數(shù)量 1 設(shè)計(jì)規(guī)模 萬(wàn)噸/年 2 2 年操作日 小時(shí)/年 7200 3 原料及輔助材料消耗 萬(wàn)元/

16、年 22024.4805 4 工廠用地面積 畝 45 5 建筑面積 畝 37 6 總定員 人 139 7 總投資 萬(wàn)元 2320.482 8 全廠總產(chǎn)值 萬(wàn)元/年 23798 9 產(chǎn)品年總成本 萬(wàn)元/年 23180.599 10 靜態(tài)投資回收期 年 1.82 11 動(dòng)態(tài)投資回收期 年 3.15 12 投資利潤(rùn)率 % 55.0 13 投資利稅率 % 73.3 14 內(nèi)部收益率 % 25.97 15 外部收益率 % 18.88 16 盈虧平衡點(diǎn) % 37.9 具體計(jì)算見(jiàn)可行性報(bào)告。

17、 2 原料采購(gòu)及產(chǎn)品營(yíng)銷 2.1原料采購(gòu) 本節(jié)主要介紹丙烯、H2O2、甲醇的采購(gòu)方案。 2.1.1丙烯 分廠每年共需5kt丙烯，購(gòu)買所得。在經(jīng)濟(jì)核算時(shí)，以市價(jià)計(jì)算所需丙烯價(jià)格。 2.1.2雙氧水 分廠每年共需0.76kt雙氧水，購(gòu)買所得。在經(jīng)濟(jì)核算時(shí)，以市價(jià)計(jì)算所需雙氧水價(jià)格。 2.1.3甲醇 分廠每年共需30kt甲醇，由購(gòu)買所得。在經(jīng)濟(jì)核算時(shí)，以市價(jià)計(jì)算所需甲醇價(jià)格。 2.2主要產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) 2.2.1環(huán)氧丙烷 表2.1 環(huán)氧丙烷產(chǎn)品規(guī)格 項(xiàng)目 指標(biāo) 合格品 一級(jí)品 優(yōu)級(jí)品 外觀 ≤

18、無(wú)色透明易燃液體 氣味 ≤ 具有醚類氣味 水份（wt%） ≤ 0.10 0.04 0.02 環(huán)氧乙烷含量（wt%） ≤ 0.30 0.10 0.01 色度（鉑-鈷色號(hào)），Hazen ≤ 20 10 5 酸度(以乙酸計(jì))，% ≤ 0.01 0.006 0.003 醛含量（以丙醛計(jì)），% ≤ 0.10 0.030 0.010 2.2.2本廠產(chǎn)品 表2.3 本廠產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 產(chǎn)品名稱 本廠規(guī)格 國(guó)家規(guī)定 產(chǎn)量（萬(wàn)噸/年） 單價(jià)（元/噸） 環(huán)氧丙烷 摩爾分率>0.997

19、 優(yōu)等品 2 11600 表2.4 目標(biāo)市場(chǎng) 產(chǎn)品 環(huán)氧丙烷 銷售對(duì)象 環(huán)氧丙烷產(chǎn)業(yè)鏈下游產(chǎn)品生產(chǎn)商 主要優(yōu)勢(shì) 高質(zhì)量，低價(jià)格 2.3營(yíng)銷 營(yíng)銷策略： 先以產(chǎn)品質(zhì)量和較低的價(jià)格，良好的售后服務(wù)樹立信譽(yù)，打入本地市場(chǎng)；逐步確定主要銷售目標(biāo)市場(chǎng)和客戶群 ，逐步擴(kuò)大市場(chǎng)，穩(wěn)定市場(chǎng)占有率，直至建立起完善的銷售網(wǎng)絡(luò)。 之后可以通過(guò)多種手段樹立品牌，打響名號(hào)。如專業(yè)銷售人員進(jìn)行銷售、產(chǎn)品推廣；召開(kāi)產(chǎn)品新聞發(fā)布會(huì)；參加業(yè)內(nèi)頗有影響力的行業(yè)展會(huì)；在客戶群中形成良好的口碑；利用電視、雜志和報(bào)紙等平面媒體對(duì)企業(yè)品牌進(jìn)行宣傳；建立公司網(wǎng)站，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行宣傳，甚至可以建立

20、在線貿(mào)易系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行交易。 售后服務(wù)的完善也很重要?？蛻粼谑褂没ぎa(chǎn)品過(guò)程中因生產(chǎn)工藝、設(shè)備裝置、技術(shù)水平的不同會(huì)出現(xiàn)不同的問(wèn)題，本廠會(huì)派出工程技術(shù)人員幫助客戶查找和解決問(wèn)題，這也是本廠樹立負(fù)責(zé)任良好形象、拓展客戶關(guān)系的好機(jī)會(huì)。 3 化工工藝及系統(tǒng) 3.1工藝方案的選擇 3.1.1環(huán)氧丙烷的性質(zhì) 環(huán)氧丙烷在常溫常壓下為無(wú)色透明低沸易燃液體，具有類似醚類氣味；環(huán)氧丙烷工業(yè)產(chǎn)品為兩種旋光異構(gòu)體的外消旋混合物。凝固點(diǎn)-112.13℃，沸點(diǎn)34.24℃，相對(duì)密度(20/20℃)0.859，折射率(nD )1.3664，粘度(25℃)0.28 mPaS。環(huán)氧丙烷

21、化學(xué)性質(zhì)活潑，易開(kāi)環(huán)聚合，可與水、氨、醇、二氧化碳等反應(yīng)，生成相應(yīng)的化合物或聚合物。在含有兩個(gè)以上活潑氫的化合物上聚合，生成的聚合物通稱聚醚多元醇。 3.1.2環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)工藝 環(huán)氧丙烷（PO）生產(chǎn)工藝主要有氯醇法、共氧化法和HPPO法三種方法。 氯醇法是傳統(tǒng)生產(chǎn)方法,主要原料是丙烯和氯氣，適宜在沿海大型氯堿廠建設(shè)，該法甲醇量大，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重；共氧化法是后起之秀，適宜在石油化工廠建設(shè)，主要原料是乙苯(或異丁烷)和丙烯，從60年代到90年代初發(fā)展速度較快，此生產(chǎn)方法無(wú)腐蝕、甲醇量少，因工藝流程長(zhǎng)，單位投資大，適宜大規(guī)模生產(chǎn)采用。乙苯法路線生產(chǎn)1 噸環(huán)氧丙烷要聯(lián)產(chǎn)2.3 噸苯乙烯(理論上

22、1.8 噸/噸)，異丁烷法路線生產(chǎn)1 噸環(huán)氧丙烷要聯(lián)產(chǎn)3 噸叔丁醇(理論上2.51噸/噸)。HPPO法的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)過(guò)程中只生成環(huán)氧丙烷和水，工藝流程簡(jiǎn)單，占地面積??；產(chǎn)品收率高，沒(méi)有其他聯(lián)產(chǎn)品；三廢少，基本無(wú)污染，屬于環(huán)境友好的清潔生產(chǎn)系統(tǒng)。HPPO生產(chǎn)工藝的選擇性很高，相對(duì)于傳統(tǒng)工藝，原材料消耗更低。 1、氯醇法 氯醇法生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的主要原料為氯氣、丙稀、石灰乳，生產(chǎn)工藝分為三個(gè)部分：即氯醇化、皂化及精制。氯醇法生產(chǎn)機(jī)理如下： （1）氯醇化反應(yīng) 氯醇化是將烯烴與溶解于水中氯氣反應(yīng)生成氯醇的過(guò)程，同樣的裝置可適用于乙烯和丙烯兩種不同原料。 2、 氯醇化反應(yīng) 3、 氯醇化副反

23、應(yīng) （2）皂化反應(yīng) 4、 皂化反應(yīng) 皂化是氯醇與堿反應(yīng)制取環(huán)氧化物的過(guò)程。 5、 皂化副反應(yīng) （3）精制是提純環(huán)氧化物的過(guò)程 （4）氯醇法生產(chǎn)PO工藝流程介紹 氯醇法生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的工藝流程如圖3-1所示。 圖1 傳統(tǒng)氯醇法環(huán)氧丙烷生產(chǎn)工藝流程 首先將丙烯氣體、氯氣和水按一定配比送入氯醇化反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，未反應(yīng)的丙烯與反應(yīng)中產(chǎn)生的HCI及部分的二氯丙烷等自反應(yīng)器頂部排出，經(jīng)冷凝除去氯化氫和有機(jī)氯化物，丙烯循環(huán)回用。反應(yīng)器底部得到氯丙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%-5%的鹽酸溶液。將該溶液與過(guò)量約10%的石灰乳混合后送入皂化塔中皂化，再經(jīng)精餾即可得到環(huán)氧丙烷。

24、 氯醇法優(yōu)點(diǎn)是流程比較短、工藝成熟、操作負(fù)荷彈性大、產(chǎn)品選擇性好、收率高、生產(chǎn)比較安全、對(duì)原料丙烯純度的要求不高、投資少。缺點(diǎn)是對(duì)設(shè)備有腐蝕、消耗大量的氯氣、生產(chǎn)中產(chǎn)生含有氯化鈣的甲醇（這種含氯化鈣的甲醇嚴(yán)重污染環(huán)境，專家指出，污染現(xiàn)己成為制約環(huán)氧丙烷工業(yè)發(fā)展的首要因素）。 2、共氧化法 共氧化法又稱哈康法，包括異丁烷共氧化法和乙苯共氧化法2種，分別由異丁烷或乙苯與丙烯進(jìn)行共氧化反應(yīng)，生成叔丁醇或苯乙烯，同時(shí)聯(lián)產(chǎn)環(huán)氧丙烷。共氧化法由美國(guó)奧克蘭公司開(kāi)發(fā)，現(xiàn)為美國(guó)萊昂德?tīng)枺↙yondell，也譯為利安德）公司所有。共氧化法克服了氯醇法的腐蝕大、污水多等缺點(diǎn)，具有產(chǎn)品成本低（聯(lián)產(chǎn)品分?jǐn)偝杀荆┖铜h(huán)

25、境污染較小等優(yōu)點(diǎn)。自1969年工業(yè)化以來(lái)，在世界范圍發(fā)展迅速，如今，共氧化法環(huán)氧丙烷產(chǎn)能已占世界總產(chǎn)能的55%左右。 共氧化法的缺點(diǎn)是工藝流程長(zhǎng)，原料品種多，丙烯純度要求高，工藝操作在較高的壓力下進(jìn)行，設(shè)備材質(zhì)多采用合金鋼，設(shè)備造價(jià)高，建設(shè)投資大。同時(shí)，環(huán)氧丙烷在共氧化法生產(chǎn)中，只是1個(gè)產(chǎn)量較少的聯(lián)產(chǎn)品，每噸環(huán)氧丙烷要聯(lián)產(chǎn)2.2-2.5t苯乙烯或2.3t叔丁醇，原料來(lái)源和產(chǎn)品銷售相互制約因素較大，必須加以妥善解決，只有環(huán)氧丙烷和聯(lián)產(chǎn)品市場(chǎng)需求匹配時(shí)才能顯現(xiàn)出該工藝的優(yōu)勢(shì)。此外，共氧化法產(chǎn)生的污水含COD也比較高，處理費(fèi)用約占總投資的10%。 國(guó)內(nèi)環(huán)氧丙烷生產(chǎn)一直采用氯醇法工藝。2006年3

26、月，隨著中海殼牌年產(chǎn)25萬(wàn)t環(huán)氧丙烷裝置投產(chǎn)，環(huán)氧丙烷生產(chǎn)格局發(fā)生一定變化。中海殼牌項(xiàng)目是如今國(guó)內(nèi)最大的1套環(huán)氧丙烷裝置，也是唯一采用環(huán)氧丙烷/苯乙烯共氧化聯(lián)產(chǎn)法工藝的環(huán)氧丙烷裝置。預(yù)計(jì)2009年底，Lyondell與中石化合資在鎮(zhèn)海建設(shè)的28萬(wàn)t/a共氧化法環(huán)氧丙烷生產(chǎn)裝置將建成投產(chǎn)。 3 R. V; A/ {/ C; l! ^! ]3、HPPO法 過(guò)氧化氫真接氧化法（HPPO法）是由過(guò)氧化氫（雙氧水）催化環(huán)氧化丙烯制環(huán)氧丙烷的新工藝，生產(chǎn)過(guò)程中只生成環(huán)氧丙烷和水，工藝流程簡(jiǎn)單，產(chǎn)品收率高，沒(méi)有其他聯(lián)產(chǎn)品，基本無(wú)污染，屬于環(huán)境友好的清潔生產(chǎn)系統(tǒng)。 　　 目前過(guò)氧化氫真接氧化法工

27、藝分別由贏創(chuàng)工業(yè)集團(tuán)（原德固薩，Degussa）與伍德（Uhde）公司、陶氏化學(xué)和巴斯夫（BASF）公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)和工業(yè)化推廣。 　　 2001年，贏創(chuàng)工業(yè)集團(tuán)和伍德公司在德國(guó)法蘭克福建設(shè)了1套過(guò)氧化氫法試驗(yàn)性裝置，測(cè)試最佳催化劑和測(cè)定臨界參數(shù)，并開(kāi)始對(duì)技術(shù)進(jìn)行工業(yè)化設(shè)計(jì)。2003年，贏創(chuàng)推出該技術(shù)的商業(yè)化工藝包。 　　 2006年5月，韓國(guó)環(huán)氧丙烷和聚酯薄膜生產(chǎn)商SKC公司從贏創(chuàng)和伍德購(gòu)買專利，開(kāi)始在韓國(guó)蔚山建設(shè)世界第1套過(guò)氧化氫法環(huán)氧丙烷裝置，該裝置生產(chǎn)規(guī)模為10萬(wàn)t/a，2008年7月已建成投產(chǎn)，生產(chǎn)運(yùn)行良好。贏創(chuàng)工業(yè)集團(tuán)正在與俄羅斯天然氣寡頭Gazprom的子公司Sibur談

28、判，計(jì)劃在俄羅斯建設(shè)過(guò)氧化氫和環(huán)氧丙烷聯(lián)合生產(chǎn)裝置。 　　 2001年，陶氏化學(xué)從EniChem公司購(gòu)買了利用過(guò)氧化氫作為氧化劑來(lái)生產(chǎn)環(huán)氧丙烷的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)，還包括在意大利的1套試驗(yàn)裝置。2003年，陶氏化學(xué)和巴斯夫開(kāi)始合作開(kāi)發(fā)過(guò)氧化氫法技術(shù)并將其商業(yè)化。2006年，陶氏化學(xué)與巴斯夫公司共同宣布在比利時(shí)安特衛(wèi)普合資建設(shè)30萬(wàn)t/a過(guò)氧化氫法環(huán)氧丙烷裝置，計(jì)劃于2009年初建成投產(chǎn)。2008年6月，陶氏化學(xué)與泰國(guó)SiamCement集團(tuán)（SCG）合資建立的SCG-DOW集團(tuán)在泰國(guó)的環(huán)氧丙烷裝置動(dòng)工，使用陶氏與巴斯夫聯(lián)合開(kāi)發(fā)的過(guò)氧化氫法工藝，產(chǎn)能為39萬(wàn)t/a，該項(xiàng)目預(yù)計(jì)將于2011年投入

29、運(yùn)營(yíng)。陶氏化學(xué)還計(jì)劃2010年在瑞士開(kāi)工建設(shè)38萬(wàn)t/a過(guò)氧化氫法環(huán)氧丙烷項(xiàng)目。 　　 中國(guó)大連化學(xué)物理研究所也從事過(guò)氧化氫法技術(shù)的研究。2002年，大連化物所與中石化簽訂了中試合作合同，2005年上半年大連化物所“反應(yīng)控制相轉(zhuǎn)移催化丙烯氧化制環(huán)氧丙烷小試研究”通過(guò)了由中石化組織的技術(shù)鑒定。2008年8月，大連化物所研發(fā)的雙氧水直接氧化丙烯制環(huán)氧丙烷技術(shù)通過(guò)了由遼寧省科技廳組織的鑒定。反應(yīng)機(jī)理和反映歷程如下： 3.1.3工藝優(yōu)缺點(diǎn)比較 1、工藝條件的比較 表3-1 氯醇法、共氧化法和HPPO法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比 生產(chǎn)路線 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 氯 醇 法 1、工藝成熟；

30、流程簡(jiǎn)單； 2、單產(chǎn)品，操作彈性大； 3、對(duì)設(shè)備要求低，基建投資低； 4、生產(chǎn)比較安全。 1、設(shè)備易腐蝕； 2、氯氣消耗多； 3、副產(chǎn)二氯丙烷； 4、甲醇、廢渣量大。 共氧 化法 1、單位裝置產(chǎn)能大； 2、對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕； 3、無(wú)需氯氣資源； 4、三廢污染小。 1、工藝流程長(zhǎng), 復(fù)雜，防爆要求高，操作條件嚴(yán)格； 2、原料品種多，對(duì)丙烯純度要求高； 3、生產(chǎn)大量聯(lián)產(chǎn)品，市場(chǎng)穩(wěn)定性差； 4、裝置規(guī)模要求較高，投資大，建設(shè)周期較長(zhǎng)； 5、國(guó)內(nèi)尚未自主掌握共氧化法技術(shù)，只能采取和跨國(guó)化工公司合作建設(shè)的方法。 HP PO 1、工藝流程簡(jiǎn)單，流程短、副產(chǎn)品少。 2

31、、無(wú)聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)品，市場(chǎng)靈活性強(qiáng) 3、物料消耗、能耗低，占地少、投資相對(duì)少。 1、工業(yè)化時(shí)間短，工藝待完善； 2、H2O2水溶液儲(chǔ)運(yùn)困難,需要跟H2O2裝置聯(lián)合布置或外購(gòu)H2O2。 3、H2O2和催化劑價(jià)格相對(duì)較高。 表3-2：基本情況 工藝類別 原料成本億/萬(wàn)tPO 甲醇噸/tPO 副產(chǎn)物/tPO 缺點(diǎn) 氯醇法 2.10 43噸 CaCl2 二氯丙烷 1、甲醇量大 2、副產(chǎn)物廉價(jià) 3、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重 共氧化法 2.77/4.69 約1噸 叔丁醇或苯乙烯 1、工藝路線長(zhǎng)。2、投資大。（50-60億） HPPO 1.1 約1噸 無(wú) 1、H2

32、O2需配套 從上表容易看出，直接氧化法較氯醇法，技術(shù)先進(jìn)，無(wú)副產(chǎn)物，環(huán)境友好，而且裝置投資少。 2、投資成本的比較 幾種合成技術(shù)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較見(jiàn)表3-3： 表3-3 幾種合成技術(shù)的投資比較 從表可以發(fā)現(xiàn)HPPO法的工藝經(jīng)濟(jì)性最佳。 3、生產(chǎn)現(xiàn)狀比較 表3-4 國(guó)外主要環(huán)氧丙烷生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)能統(tǒng)計(jì) 表3-5 2010年我國(guó)環(huán)氧丙烷生產(chǎn)企業(yè)情況 從表可以發(fā)現(xiàn)，我們國(guó)內(nèi)主要采用氯醇法，污染嚴(yán)重，產(chǎn)能較低，對(duì)于新型環(huán)境有好清潔生產(chǎn)系統(tǒng)—HPPO法有待進(jìn)一步的嘗試。 3.1.4工藝方案的選擇 1、選擇標(biāo)準(zhǔn) 我們?cè)诰唧w選擇工藝時(shí)主要考慮的因素及其重要程度

33、依次排列如下： （1）有較為成熟的工藝技術(shù)，接近或已工業(yè)化； （2）環(huán)境友好。環(huán)境問(wèn)題已逐漸成為影響人們生活質(zhì)量的重要因素，近來(lái)對(duì)環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注也越來(lái)越廣泛。長(zhǎng)期以來(lái)化工廠往往被人看成是污染的代名詞，因此環(huán)保理念對(duì)于現(xiàn)代工廠的設(shè)計(jì)是非常重要的； （3）操作費(fèi)用低，能耗低。因?yàn)楣S是連續(xù)運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)的，因此對(duì)于蒸汽、水電等每天都在消耗的成本要求盡量低； （4）設(shè)備費(fèi)用低，投資成本低。設(shè)備為一次性投資，因此在保證操作費(fèi)用低的基礎(chǔ)上盡量減少設(shè)備等一次性投資成本。 2、工藝選取 結(jié)合工藝比較，我們最終決定選擇HPPO法。其中理由如下： （1）生產(chǎn)過(guò)程中只生成環(huán)氧丙烷和水，工藝流程簡(jiǎn)單； （

34、2）三廢少，基本無(wú)污染，符合建設(shè)和諧社會(huì)的要求； （3）物料消耗、能耗低，占地少、投資相對(duì)少； （4）原料廉價(jià)易得，較低了成本，選擇性很高，相對(duì)于傳統(tǒng)工藝，原材料消耗更低； （5）作為未來(lái)極有發(fā)展前途的技術(shù)，HPPO法的工業(yè)化應(yīng)用將會(huì)對(duì)其未來(lái)的發(fā)展以及其它方面產(chǎn)生影響。 3.2本廠工藝原理 本廠所采用的工藝是HPPO法。其反應(yīng)方程如下： 主反應(yīng)： 主要副反應(yīng)： 開(kāi)環(huán)機(jī)理：環(huán)氧化合物三元環(huán)處于受張力的狀態(tài),性

35、質(zhì)活潑,容易與含活潑氫原子的物質(zhì)，如醇、水等發(fā)生開(kāi)環(huán)反應(yīng),生成互為同分異構(gòu)體的伯醇或仲醇的衍生物。 3.2.1反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 天津大學(xué)化工學(xué)院對(duì)以甲醇為溶劑的丙烯環(huán)氧化過(guò)程進(jìn)行研究，建立了主副反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，確立了各自的模型參數(shù)，為雙氧水 與丙烯環(huán)氧化過(guò)程的工業(yè)化提供了依據(jù)。 在反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型中，冪指數(shù)方程的應(yīng)用較廣，可以較好地描述各類反應(yīng)，工程應(yīng)用方便，因此采用“冪指數(shù)模型” 假設(shè)該反應(yīng)的非機(jī)理速率方程為： 在醚化反應(yīng)中，甲醇的濃度遠(yuǎn)大于雙氧水的濃度，故式（2）可變?yōu)? 式中：k1 、k2、 k3為指前因子；E1、E2、E3 為活化能；r1、r2、r3 為反應(yīng)速度；Ci為各組

36、分的濃度,其中丙烯濃度及液體密度值用UNIQUAC- RK 模型計(jì)算的活度系數(shù)和活度求得。 根據(jù)多組實(shí)驗(yàn)中的濃度隨時(shí)間的變化，利用非線性差分方法得到各點(diǎn)的反應(yīng)速度，再用最小二乘法擬合出副反應(yīng)模型中的各個(gè)參數(shù)，得到30-60℃,0.2-0.4MP時(shí)的反應(yīng)速率模型為： 將分解反應(yīng)r3的結(jié)論與主反應(yīng)結(jié)果相結(jié)合，得到主反應(yīng)速率模型為: 3.2.2反應(yīng)條件 表3.2.3 主要設(shè)備的反應(yīng)條件 設(shè)備名稱 反應(yīng)溫度/℃ 反應(yīng)壓強(qiáng)/MPa 反應(yīng)器 55 2.8 冷凝器 20-40 0.1-1.7 再沸器 50-140 0.1-1.7 丙烯精餾塔

37、50-140 0.1-1.0 環(huán)氧丙烷精餾塔 50-140 0.05-1.0 甲醇精餾塔 50-140 0.1-0.8 3.3工藝流程說(shuō)明 3.3.1工藝流程方框圖 我們以HPPO法合成環(huán)氧丙烷為依據(jù)，設(shè)計(jì)了合成工藝。其工藝流程方框圖見(jiàn)圖3-1： 3.3.2工藝流程簡(jiǎn)述 將存于儲(chǔ)罐V101、V102、V103中的丙烯、雙氧水、甲醇經(jīng)泵分別泵P101、P102、P103泵入夾套反應(yīng)釜R101，經(jīng)過(guò)均勻混合和預(yù)熱后進(jìn)入固定床反應(yīng)器R102。反應(yīng)產(chǎn)物流含PO、未反應(yīng)的H2O2、甲醇及少量丙二醇，從管減壓后進(jìn)入環(huán)氧丙烷精餾塔T101。塔頂餾分主要為未反應(yīng)丙烯，從管進(jìn)入冷

38、凝器E101，丙烯物流從管循環(huán)回反應(yīng)釜；塔底再沸器E102不斷回流，使釜液中丙烯含量降低。釜液進(jìn)入甲醇精餾塔T102回收甲醇，為充分回收甲醇，在進(jìn)入一個(gè)甲醇回收塔T103。最后進(jìn)入PO精餾塔T104制的較純的環(huán)氧丙烷，H2O2轉(zhuǎn)化率達(dá)99.9%，PO收率為78.0%。 3.3.3合成工段 將儲(chǔ)罐V101摩爾分?jǐn)?shù)為0.11%的新鮮丙烯以流量為165kmol/h，儲(chǔ)罐V102摩爾分?jǐn)?shù)為0.04%的雙氧水以流量為55kmol/h和儲(chǔ)罐V103摩爾分?jǐn)?shù)為0.85%的甲醇以流量為1265kmol/h分別經(jīng)泵P101、P102、P103進(jìn)入夾套反應(yīng)釜R101進(jìn)行混合與預(yù)熱?；旌衔锪辖?jīng)過(guò)反應(yīng)

39、釜預(yù)熱到50℃，加壓到8bar,進(jìn)入到反應(yīng)器R102.丙烯在TS-1分子篩的催化下，反應(yīng)生成環(huán)氧丙烷等產(chǎn)物。在反應(yīng)合成過(guò)程中反應(yīng)器溫度控制在55℃，壓力為2800kPa下。反應(yīng)結(jié)束后雙氧水的轉(zhuǎn)化率為99.9%，產(chǎn)品環(huán)氧丙烷的選擇性95%，產(chǎn)品環(huán)氧丙烷的收率率為78% 。 1、進(jìn)料量的控制 本次設(shè)計(jì)方案為常壓液體進(jìn)料，其中雙氧水、丙烯、甲醇進(jìn)料量分別為：，進(jìn)料流量相對(duì)較大，要求壓力降小，流量測(cè)量準(zhǔn)確度高，調(diào)節(jié)閥靈敏度高，泄漏量小，以此保證進(jìn)料量的穩(wěn)定。 我們?cè)诒?、雙氧水、甲醇儲(chǔ)罐V101 、V102 、V103分別安裝液位計(jì) LG 和液位變送器 LT 來(lái)控制反應(yīng)物料液位高度出料

40、量。 2、泵的控制 離心泵將機(jī)械能通過(guò)在泵體內(nèi)作高速旋轉(zhuǎn)的葉片給液體以動(dòng)能，將此動(dòng)能（速度頭）轉(zhuǎn)化為靜壓頭，再排出泵外，表明離心泵流量和供給壓頭及轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系即為泵的特性曲線。而實(shí)際上泵的工作必須在一定的管路中進(jìn)行，因此，還需研究不同流量下為克服管路阻力所需有效壓頭的大小。實(shí)際操作中，二者統(tǒng)一于兩條曲線的交點(diǎn)，即工作點(diǎn)。調(diào)節(jié)離心泵的流量，必須改變工作點(diǎn)使其符合新的要求。首先可以改變泵的特性曲線，通過(guò)改變泵的轉(zhuǎn)速或葉輪直徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。其次可以改變管路特性曲線，比如改變閥門開(kāi)啟度或在泵的出口加裝旁路。 本工藝中主要采用通過(guò)儀表檢測(cè)流量來(lái)改變閥門開(kāi)啟度從而直接節(jié)流的方法。這種方法是在泵

41、的出口管路上安裝流量控制顯示儀表（FC），當(dāng)管道內(nèi)流量不等于設(shè)定值時(shí)，儀表向控制器發(fā)出信號(hào)，控制器調(diào)節(jié)管道上閥門開(kāi)度，從而改變管道中的流量，使其趨于設(shè)定值。 合成工段PID圖如下： 3.3.4分離工段 反應(yīng)完成后，反應(yīng)液中含有： （1）主反應(yīng)生成物：環(huán)氧丙烷 ； （2）未完全反應(yīng)的反應(yīng)物及溶劑：丙烯、雙氧水和甲醇； （3）副產(chǎn)物：水、氧氣、丙二醇。 為了能夠充分利用原料，提高原料利用率，需要將未反應(yīng)的丙烯、雙氧水和甲醇循環(huán)回PO反應(yīng)器中繼續(xù)參加反應(yīng)，而氣液可以通過(guò)閃蒸進(jìn)行分離。由于甲醇、丙烯、水和PO可形成共沸物，因此甲醇、丙烯、雙氧水的回收和PO的分離提出需要通過(guò)精

42、餾完成。 1、回收丙烯 反應(yīng)器產(chǎn)生的氣相混合物、液相混合物直接進(jìn)入一個(gè)丙烯精餾塔T101。丙烯精餾塔T101主要是為了回收丙烯到反應(yīng)釜中從而對(duì)丙烯重復(fù)利用。從塔頂冷凝器E101冷凝得到的的丙烯進(jìn)入反應(yīng)釜。冷凝器控制溫度為-96℃，壓強(qiáng)為0.06bar。塔釜再沸器E102溫度控制在7.7℃，壓強(qiáng)為0.14bar.丙烯回收塔的操作壓力為8bar, 溫度控制在50℃左右。塔底PO和甲醇等混合物從釜底再沸器E102中餾出到甲醇回收塔T102。 2、回收甲醇 由丙烯精餾塔底部E102采出料液進(jìn)入甲醇精餾塔T1

43、02。采用精餾的方式分離PO和甲醇。含PO和甲醇的混合液從塔進(jìn)入后，塔頂設(shè)冷凝器E103，溫度為-39.6℃，壓強(qiáng)為0.06bar。塔底設(shè)再沸器E104，溫度為27.6℃，壓強(qiáng)為0.18bar。由于甲醇含量較多，只由一個(gè)精餾塔回收，PO中含甲醇太多，故需要第二個(gè)精餾塔來(lái)進(jìn)行二次回收甲醇。塔釜再沸器E104的含部分有機(jī)物的甲醇回到反應(yīng)釜中作為溶劑再次利用，塔頂冷凝器中采出物進(jìn)入第二個(gè)甲醇精餾塔T103。與T102原理相同，塔釜再沸器E106的甲醇餾出液回到反應(yīng)釜中作為溶劑再次利用，溫度控制在20.1℃，壓強(qiáng)為0.15bar。塔頂冷凝器E105中采出物進(jìn)入PO精餾塔T104。溫度控制在-49.7℃

44、，壓強(qiáng)為0.04bar。 3、分離環(huán)氧丙烷 由甲醇精餾塔T103塔頂冷凝器E105進(jìn)入換熱器E107,再進(jìn)入PO精餾塔T104，此塔操作壓力為8bar, 溫度控制在50℃。從塔頂冷凝器E108出少量環(huán)氧丙烷和為回收干凈的丙烯，溫度控制在-41℃，壓強(qiáng)為1bar。塔底再沸器E109得到較純的PO，送入PO儲(chǔ)罐。E109溫度控制在107.5℃，壓強(qiáng)為8bar。 4、精餾塔塔頂?shù)目刂? 由塔頂采出的氣相物質(zhì)進(jìn)入塔頂冷凝器換熱成液相，部分冷凝后的液相回流回塔內(nèi)，另一部分液相物質(zhì)作為塔頂產(chǎn)品采出。 塔頂冷凝器的冷介質(zhì)用量

45、是根據(jù)冷凝器的出口溫度而定的，當(dāng)冷凝器的冷介質(zhì)用量過(guò)多時(shí)會(huì)造成回流的液相物質(zhì)溫度降低，致使塔內(nèi)溫度降低，造成精餾塔體系不穩(wěn)定，反之亦然?；亓鞴薜幕亓髁扛鶕?jù)回流管路中的物料流量確定，采出物料的量則根據(jù)回流罐的液位來(lái)控制，他們流量的變化也會(huì)引起精餾塔體系不穩(wěn)定。因而有必要對(duì)他們進(jìn)行控制。 5、精餾塔塔釜的控制 由塔釜流出的液相物質(zhì)一部分進(jìn)入塔釜再沸器換熱成氣相，另一部分冷凝后的液相直接采出。塔釜再沸器的熱介質(zhì)用量是根據(jù)再沸器的出口溫度而定的，當(dāng)再沸器的熱介質(zhì)用量過(guò)多時(shí)會(huì)造成回流的氣相物質(zhì)增多，致使塔內(nèi)溫度升高，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生液泛。因此必須對(duì)其進(jìn)行控制。 本工藝中塔釜再沸器熱介質(zhì)

46、的用量是采用通過(guò)檢測(cè)其出口溫度的變化調(diào)節(jié)熱介質(zhì)進(jìn)料管道的閥門開(kāi)度來(lái)控制熱介質(zhì)流量，從而達(dá)到控制再沸器出口物料溫度的目的。這種方法是在再沸器出口管道上安裝一個(gè)溫度控制儀表（TC），當(dāng)再沸器出口物料溫度不等于設(shè)定值時(shí)，儀表向控制器發(fā)出信號(hào)，控制器調(diào)節(jié)管道上閥門開(kāi)度，從而改變管道中的流量，使其趨于設(shè)定值。 4 物料及熱量衡算 4.1 總論 物料衡算與熱量衡算是化工過(guò)程中最基本的運(yùn)算之一。在已確定化學(xué)生產(chǎn)工藝和流程后，由定性階段轉(zhuǎn)向定量階段，通過(guò)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)、生產(chǎn)車間，以及部分重要的生產(chǎn)單元進(jìn)行物料衡

47、算計(jì)算出主、副產(chǎn)品的產(chǎn)量，原材料的消耗定額、“三廢”排放量及組成，以及產(chǎn)品收率等各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，從而定量地評(píng)述初步設(shè)計(jì)所選擇的工藝路線、生產(chǎn)方法及工藝流程在經(jīng)濟(jì)上是否合理，技術(shù)上是否先進(jìn)，為后階段的設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)。 本項(xiàng)目是以丙烯、雙氧水為原料，反應(yīng)生成環(huán)氧丙烷、丙二醇等產(chǎn)物。反應(yīng)產(chǎn)物加壓精餾過(guò)程，從而分離所需產(chǎn)物。 工藝流程的物料衡算以Aspen Plus的流程模擬結(jié)果為基礎(chǔ)所得到的。以工段為單位進(jìn)行物料衡算，全流程分為四個(gè)工段：進(jìn)料工段、反應(yīng)工段、丙烯精餾、甲醇精餾工段、環(huán)氧丙烷精餾工段。Aspen Plus的流程模擬工藝過(guò)程圖如下：

48、 4.2 物料衡算 4.2.1 衡算方法 物料衡算的基本準(zhǔn)則是質(zhì)量守恒定律，利用某進(jìn)出化工過(guò)程中某些已知物流的流量和組成，通過(guò)建立有關(guān)物料的平衡式和約束式，求出其他未知物流的流量和組成的過(guò)程。系統(tǒng)中物料衡算一般表達(dá)式為： 系統(tǒng)中的積累=輸入-輸出+生成-消耗 式中，生成或消耗項(xiàng)是由于化學(xué)反應(yīng)而生成或消耗的量；積累量可以是正值，也可以是負(fù)值，當(dāng)系統(tǒng)中積累量不為零時(shí)稱為非穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)程；積累量為零時(shí)，稱為穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)程。穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)程時(shí)，可以簡(jiǎn)化為： 輸入=輸出-生成+消耗 對(duì)

49、無(wú)化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定過(guò)程，又可表示為： 輸入=輸出 物料衡算包括總質(zhì)量衡算、組分衡算和元素衡算。 4.2.2 進(jìn)料工段物料衡算 丙烯、環(huán)氧丙烷、甲醇以一定比例和溫度混合通入混合器。 表4.1 反應(yīng)工段的物料平衡表 管路 S1 S2 S3 壓力 (bar) 1.01 1.01 1.01 溫度（℃） 25.00 25.00 25.00 氣體分率 0.00 1.00 0.00 流量 摩爾 流量 (kmol/h) 摩爾分?jǐn)?shù) % 摩爾 流量 (kmol/h) 摩爾分?jǐn)?shù) % 摩爾 流

50、量 (kmol/h) 摩爾分?jǐn)?shù) % 丙烯 0.00 0.00 0.00 0.00 165 0.11 雙氧水 55.00 0.04 0.00 0.00 0.00 0.00 甲醇 0.00 0.00 1265.00 0.85 0.00 0.00 4.2.3 反應(yīng)工段物料衡算 混合物料經(jīng)過(guò)加熱器預(yù)熱到50℃，加壓到8bar,進(jìn)入到反應(yīng)器，丙烯在TS-1分子篩的催化下，反應(yīng)生成環(huán)氧丙烷等產(chǎn)物。該反應(yīng)段主要包括流化床反應(yīng)器。 表4.2 反應(yīng)工段的物料平衡表 管路 S4 S5 S6 壓力(bar) 8.00

51、8.00 8.00 溫度（℃） 30.4 50.00 50.00 氣體分率 0.00 0.00 0.00 流量 摩爾流量 (kmol/h) 摩爾分?jǐn)?shù) % 摩爾流量 (kmol/h) 摩爾分?jǐn)?shù) % 摩爾流量 (kmol/h) 摩爾分?jǐn)?shù) % 環(huán)氧丙烷 0.00 0.00 0.00 0.00 47.85 0.03 水 0.00 0.00 0.00 0.00 47.85 0.03 丙烯 165.00 0.11 165.00 0.11 116.19 0.08 雙氧水 55

52、.00 0.04 55.00 0.04 6.19 0.004 甲醇 1265.00 0.85 1265.00 0.85 1265.00 0.85 丙二醇 0.00 0.00 0.00 0.00 0.96 0.0006 總流量 1485.00 1.00 1485.00 1.00 1484.04 1.00 4.2.4 丙烯回收段物料衡算 反應(yīng)后的物料S6進(jìn)丙烯回收塔，分離后（S8）氣體部分主要為丙烯，液體(S7)部分為環(huán)氧丙烷。 表4.3 丙烯回收工段物料平衡表 管路 S6 S7

53、S8 壓力(bar) 8.00 0.14 0.06 溫度（℃） 50.00 7.70 -96.0 氣體分率 0.00 0.00 0.00 流量 摩爾流量 (kmol/h) 摩爾分?jǐn)?shù) % 摩爾流量 (kmol/h) 摩爾分?jǐn)?shù) % 摩爾流量 (kmol/h) 摩爾分?jǐn)?shù) % 環(huán)氧丙烷 47.85 0.03 47.37 0.035 0.48 0.004 水 47.85 0.03 47.84 0.035 0.007 0.00 丙烯 116.19 0.08 1.16 0.00

54、115.03 0.995 雙氧水 6.19 0.004 6.187 0.005 <0.001 0.000 甲醇 1265.00 0.85 1264.94 0.924 0.065 0.001 丙二醇 0.96 0.0006 0.963 0.00 0. 00 0.00 總流量 1484.04 1.00 1368.46 1.00 115.58 1.00 4.2.6 甲醇回收工段物料衡算 此工段主要是通過(guò)精餾將溶劑甲醇回收利用。 表4.4 甲醇回收物料平衡表

55、管路 S7 S9 S10 S11 S12 壓力(bar) 0.14 0.18 0.06 0.04 0.15 溫度（℃） 7.7 27.6 -39.6 -49.7 20.1 氣體分率 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 流量 摩爾流量 (kmol/h) 摩爾分?jǐn)?shù) % 摩爾流量 (kmol/h) 摩爾分?jǐn)?shù) % 摩爾流量 (kmol/h) 摩爾分?jǐn)?shù) % 摩爾流量 (kmol/h) 摩爾分?jǐn)?shù) % 摩爾流量 (kmol/h) 摩爾分?jǐn)?shù) % 環(huán)氧丙烷 47.37 0.035 0.47 0

56、.004 46.90 0.64 46.43 0.971 0.47 0.018 水 47.84 0.035 47.81 0.037 0.034 0.00 <0.001 0.00 0.034 0.001 丙烯 1.16 0.00 trace 0.00 1.16 0.016 1.162 0.024 trace 0.00 雙氧水 6.187 0.005 6.187 0.005 <0.001 0.000 trace 0.00 <0.001 0.00 甲醇 1264.9 0.924 1236.

57、6 0.955 25.30 0.345 0.253 0.005 25.05 0.98 丙二醇 0.963 0.00 0.963 0.0007 0.00 0.00 0.00 0.00 trace 0.00 總流量 1368.46 1.00 1295.1 1.00 73.39 1.00 47.84 1.00 25.55 1.00 4.2.7 環(huán)氧丙烷精餾工段物料衡算 此工段主要是精餾環(huán)氧丙烷。首先甲醇回收后的物料S11經(jīng)過(guò)換熱器將物料加熱到50℃，壓強(qiáng)加到8.00bar，然后經(jīng)過(guò)最后一個(gè)精餾塔精餾得到產(chǎn)物環(huán)氧丙烷，質(zhì)

58、量分?jǐn)?shù)為99.4%。 表4.5 環(huán)氧丙烷精餾塔物料平衡表 管路 26 27 28 壓力(bar) 8.00 8.00 1.00 溫度（℃） 50 107.5 -41.0 氣體分率 0.00 0.00 0.00 流量 摩爾流量 (kmol/h) 摩爾分?jǐn)?shù) % 摩爾流量 (kmol/h) 摩爾分?jǐn)?shù) % 摩爾流量 (kmol/h) 摩爾分?jǐn)?shù) % 環(huán)氧丙烷 46.43 0.971 45.97 0.994 0.464 0.286 水 <0.001 0.00 <0.001 0.00 trace 0.00

59、 丙烯 1.162 0.012 0.012 0.00 1.15 0.71 雙氧水 trace 0.00 trace 0.00 trace 0.000 甲醇 0.253 0.005 0.252 0.005 0. 001 0.001 丙二醇 0.00 0.00 0.00 0.00 0. 00 0.00 總流量 47.84 1.00 46.23 1.00 1.62 1.00 4.3 能量衡算 4.3.1 基本原理 工程依據(jù)化工設(shè)計(jì)中關(guān)于熱量衡算的基本思想和要求，遵循基本規(guī)范與實(shí)際工藝相結(jié)合的原則，進(jìn)行

60、熱量衡算書的編制。其中一個(gè)主要依據(jù)是能量平衡方程： 其中，表示輸入設(shè)備熱量的總和； 表示輸出設(shè)備熱量的總和； 表示損失熱量的總和。 對(duì)于連續(xù)系統(tǒng)： 其中: Q表示設(shè)備的熱負(fù)荷。 W表示輸入系統(tǒng)的機(jī)械能。 表示離開(kāi)設(shè)備的各物料焓之和。 表示進(jìn)入設(shè)備的各物料焓之和。 本廠所需主要設(shè)備有反應(yīng)器、換熱器、泵、壓縮機(jī)、和精餾塔等。輸入整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的能量主要有電能、加熱介質(zhì)帶入的能量和進(jìn)入物料的焓，輸出的能量有冷卻劑帶走的能量和輸出物料的焓。對(duì)全工藝段進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的熱量平衡計(jì)算，進(jìn)而用于指導(dǎo)節(jié)能降耗設(shè)計(jì)工作 4.3.2

61、能量衡算任務(wù) (1) 確定流程中機(jī)械所需的功率，為為設(shè)備設(shè)計(jì)和選型提供依據(jù)。 (2) 確定精餾各單元操作中所需的熱量或冷量及傳遞速率，確定加熱劑和冷劑的用量，為后續(xù)換熱和公用工程的設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。 (3) 確定反應(yīng)過(guò)程中的熱交換量，指導(dǎo)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和選型。 (4) 最終計(jì)算出所需的能量和費(fèi)用，判定工藝過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性。 4.3.3 系統(tǒng)物料及能量衡算 4.3.3.1 反應(yīng)器 表4.8 反應(yīng)器物料焓變計(jì)算表 　 流入 流出 溫度(℃) 50 50 壓力(bar) 8 8 氣相分率 0 0 摩爾流量(kmol/hr) 1485.000 1484.03

62、7 質(zhì)量流量(kg/hr) 49347.445 49347.445 氣體流率(cum/hr) 67.385 66.782 焓(Gcal/hr) -293.037 -303.789 4.3.3.2 丙烯回收塔 表4.9 丙烯回收物料焓變計(jì)算表 　 流入 流出 物流名稱 S6 S8 S7 溫度(℃) 50 -96 7.7 壓力(bar) 8 0.06 0.14 氣相分率 0 0 0 摩爾流量(kmol/hr) 1484.04 115.58 1368.46 質(zhì)量流量(kg/hr) 4433.89917 1261

63、3.3649 17189.807 氣體流率(cum/hr) 66.782 7.289 54.211 焓(Gcal/hr) -303.789 -0.777 -311.416 4.3.3.3 甲醇回收塔 表4.10 甲醇回收塔物料焓變計(jì)算表 甲醇回收塔B5 甲醇回收塔B10 　 流入 流出 流入 流出 物流名稱 S7 S9 S10 S10 S11 S12 溫度(℃) 7.7 27.6 -39.6 -39.6 -49.7 20.1 壓力(bar) 0.14 0.18 0.06 0.06 0.04 0.15

64、 氣相分率 0 0 0 0 0 0 摩爾流量(kmol/hr) 1368.462 1295.069 73.393 73.393 47.844 25.549 質(zhì)量流量(kg/hr) 44477.103 40893.137 3583.966 3583.966 2753.59 830.376 氣體流率(cum/hr) 54.211 51.459 3.996 3.996 3.033 1.037 焓(Gcal/hr) -311.42 -297.731 -11.602 -11.602 -5.773 -5.802 4.3.3.4環(huán)氧

65、丙烷精餾塔 表4.11 環(huán)氧丙烷精餾塔料焓變計(jì)算表 　 流入 流出 物流名稱 26 27 28 溫度(℃) 50 107.5 -41 壓力(bar) 8 8 1 氣相分率 0 0 0 摩爾流量(kmol/hr) 47.844 46.229 1.615 質(zhì)量流量(kg/hr) 2753.59 2678.198 75.392 氣體流率(cum/hr) 3.533 3.841 0.110 焓(Gcal/hr) -5.277 -4.894 -0.059 5設(shè)備設(shè)計(jì)及選型 5.1丙烯儲(chǔ)罐V101

66、 工藝要求： 一般工業(yè)上所用的丙烯儲(chǔ)存的方式為常溫壓力儲(chǔ)存。99.6%的雙氧水密度為0.5139*103kg/m3，在本廠的設(shè)定下，摩爾流量為165kmol/h，C3H6的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為42kg/kmol，常壓下通過(guò)對(duì)本廠環(huán)氧丙烷的產(chǎn)量分析，確定儲(chǔ)存時(shí)間為3天，3天儲(chǔ)存的總體積為V=165*42*72/0.5139*103*0.996=974.83m3 選型： 由于3天內(nèi)雙氧水的儲(chǔ)存量不大，所以選擇固定圓筒形儲(chǔ)罐，選擇充裝系數(shù)為0.9，則儲(chǔ)罐所需的體積流量為974.83/0.9=1083.14m3，選擇型號(hào)為HG21502.２～92-119，其公稱容積為1500m3，儲(chǔ)罐內(nèi)徑為13000mm，儲(chǔ)罐高度為13500mm，儲(chǔ)罐材料選擇Q235-A。 5.2雙氧水儲(chǔ)罐V102 工藝要求： 一般工業(yè)上所用的雙氧水儲(chǔ)存的方式為30℃以下常壓避光儲(chǔ)存。30%的雙氧水密度為1.11*103kg/m3，在本廠的設(shè)定下，摩爾流量為55kmol/h，H2O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34kg/kmol，常壓下通過(guò)對(duì)本廠環(huán)氧丙烷的產(chǎn)量分析，確定儲(chǔ)存時(shí)間為3天，3天儲(chǔ)存的總體積為V=5