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扬子石化年产10万吨甲基丙烯酸甲酯项目设备设计说明书.docx

扬子石化年产10万吨甲基丙烯酸甲酯项目【设计说明书+可行性报告+设备设计选型计算书+CAD图】

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关键词：: 设计说明书+可行性报告+设备设计选型计算书+CAD图扬子石化年产10万吨甲基丙烯酸甲酯项目【设计说明书+可行性报告+设备设计选型计算

资源描述：

1.1 说明书

1.1.1 概述

本项目为扬子石化年产10万吨甲基丙烯酸甲酯项目，位于南京市六合区化工园区。本项目采用直接酯化路线，生产10万吨/年优等品甲基丙烯酸甲酯，此项目经济合理、清洁环保，十分有市场前景。

甲基丙烯酸甲酯（MMA）是一种重要的有机化工原料，又可作为一种化工产品直接应用。作为有机化工原料,可在光热或催化剂存在下自聚或与其他单体共聚生成甲基丙烯酸甲酯树脂和塑料,主要用于有机玻璃行业、PVC抗冲击改性剂和表面涂料、模塑料、挤压料等行业。同时这些聚合产品在 IT 行业相关领域如液晶显示屏光导板、DVD光盘等的需求也快速增长。另外，MMA作为一种化工产品,可直接应用于皮革、离子交换树脂、纸张上光剂、纺织印染助剂、皮革处理剂、润滑油添加剂、原油降凝剂、木材和软木材的浸润剂、电机线圈的浸透剂、绝缘灌注材料和塑料型乳液的增塑剂、地板抛光、不饱和树脂改性、甲基丙烯酸高级酯类等许多领域。近年来，我国MMA的需求量稳步增长，已成为仅次于美国和日本的全球第三大消费市场。

本项目采用异丁烯直接氧化酯化合成MMA路线，该工艺技术先进，既符合我国资源结构，合理利用煤资源，又不危害环境，具有良好的发展前景。

本项目符合当今国家节能减排的要求和“十三五”规划，显著地提高碳四资源的深加工利用率，为社会、经济可持续发展做出重要贡献，具有突出的社会效益。

1.1.2 设计依据和原则

设计依据

(1)《化工工厂初步设计文件内容深度规定》（HG/T 20688-2000）及有关专业国家标准

(2)《石化和化学工业发展规划（2016-2020年）》（工信部规[2016]318号）

(3)《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国劳动安全法》等相关的国家法律、法规

(4)《产业结构调整指导目录（2011年本）》

(5)《中华人民共和国行业标准》

(6) 南京化学工业园区有关供水、供电、项目征用土地意见和建设项目环境保护意见的批文及资料

设计原则

（1）认真贯彻落实可持续发展战略和国家基本建设的有关政策、法规，合理安排建设周期，严格控制工程建设项目的生产规模和建设投资。

（2）严格遵循现行消防、安全、卫生、劳动保护等有关规定、规范，保障生产安全顺利进行和操作人员的安全。

（3）选用成熟可靠的先进技术，以提高生产效率，降低消耗和生产承办，减少污染，保证装置运行和产品质量的稳定性，增强产品的竞争力。

（4）坚持安全生产与环境保护并重，设计中选用清洁生产工艺，在生产过程中减少“三废”排放，执行国家和地区的有关环保政策，对生产中的“三废”进行处理，并达到国家和地区规定的排放标准。

（5）贯彻工厂规模大型化、布置一体化、生产装置露天化、公用工程社会化、引进技术与创新相结合的项目建设方针。

（6）坚持体现“社会经济效益、环保效益和企业经济效益并重”的原则，按照国民经济和社会发展的长远规划，行业、地区的发展规划，在项目调查、选择中对项目进行详细全面的论证。

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内容简介：: 化学工程与工艺专业毕业设计扬子石化年产10万吨甲基丙烯酸甲酯项目初步设计说明书目录第1章总论11.1说明书11.1.1概述11.1.2设计依据和原则11.1.3设计指导思想21.1.4设计范围31.1.5建设规模及产品方案31.1.6生产方法及全厂总流程41.1.7厂址概况71.1.8环境保护及综合利用71.1.9劳动安全卫生81.1.10消防81.1.11工程、自然条件81.1.12管理体制及定员91.1.13全厂综合技术经济指标9第2章技术经济102.1财务评价依据102.2资金筹措情况102.3资金使用计划102.4主要经济数据112.5经济分析表13第3章总图运输153.1设计概述153.2厂址环境概况153.2.1园区简介153.2.2园区优势153.2.3自然地理概况153.3总平面布置163.3.1设计依据163.3.2总体布置概述173.3.3厂区布局理念183.3.4厂区分区介绍203.4竖向设计203.4.1竖向设计原则203.4.2竖向布置方式213.5工厂运输213.5.1厂内运输设计要求213.5.2全厂运输总量223.5.3道路运输设计223.6建筑防火规范223.6.1火灾危险性及耐火等级划分223.6.2界区内装置间设计距离253.6.3项目与周边环境设计距离26第4章化工工艺与系统284.1设计基础284.2工艺技术方案的选择284.2.1异丁烯直接氧化三步法284.2.2异丁烯直接氧化两步法294.2.3直接酯化法304.2.4技术比较324.3工艺流程叙述334.3.1工艺流程概述334.3.2异丁烯氧化工段334.3.3MAL分离工段344.3.4氧化酯化工段354.3.5MMA纯化工段364.3.6结论374.4工艺参数分析与优化384.4.1MAL精馏塔的优化384.4.2甲醇回收塔的优化424.4.3塔板数的优化444.5换热网络与热集成464.5.1概述464.5.2热集成技术前后组合曲线对比464.5.3冷热流股确定474.5.4设计最优换热网络48第5章分析化验525.1设计依据525.2设计原则525.3原料及产物的检测535.3.1甲基丙烯酸甲酯的分析化验535.3.2甲醇的分析化验545.3.3其他原料及中间产物的检测55第6章设备566.1总述566.2设备设计与选型56第7章自动控制及仪表577.1设计依据577.2常用工业自动控制系统类型简介及选择587.3仪表基本类型及选型597.3.1化工生产过程设计的基本仪表类型597.3.2仪表选型原则597.4设备控制方案607.4.1泵的控制607.4.2换热器的控制617.4.3压缩机的控制627.4.4气液分离器的控制637.4.5塔设备的控制647.4.6反应器控制657.4.7储罐的控制66第8章供配电698.1设计依据和原则698.1.1设计依据698.1.2设计原则698.2供电电源698.3用电负荷708.4用电方案选择708.5防护系统70第9章电信729.1设计原则729.2全厂电信网络72第10章土建7310.1设计依据7310.1.1标准及规范7310.1.2项目特点7310.1.3设计方案7310.2建筑设计7310.2.1建筑材料7310.2.2结构设计及相应措施7410.2.3对有特殊要求的建、构筑物所采取的建筑措施7410.3结构设计7510.3.1结构型式7510.3.2基础方案7510.3.3特殊的结构措施7510.4抗震设计7610.5安全疏散77第11章给排水7811.1设计概述7811.2给水系统7811.3排水系统7911.3.1生产排水系统7911.3.2生活排水系统7911.3.3冷却水排水系统7911.3.4污染雨水排放系统8011.3.5清洁雨水排放系统8011.3.6非正常排水系统8011.4节水措施8111.4.1废水用作循环水8111.4.2其他节水措施81第12章供热系统8212.1供热简介8212.2供热热源8212.3蒸汽系统8212.3.1蒸汽需求8212.3.2设计原则8312.3.3设计方案84第13章环境保护专篇8513.1设计概述8513.2三废总量一览表及处理方法8513.2.1废气处理8713.2.2废水处理8813.2.3固体废弃物处理8813.3噪声处理措施89第14章概算9014.1编制依据9014.2工程概况9014.3资金来源及投资方式9014.4投资分析9014.5经济评价9114.5.1盈亏平衡分析9114.5.2敏感性分析9214.6主要技术经济指标93附录一物料平衡计算书94异丁烯氧化工段94异丁烯氧化反应器94MAL分离工段95急冷塔96MAL精馏塔97氧化酯化工段98氧化酯化反应器99甲醇回收塔100MMA纯化工段101油水分离器102MMA提馏塔103水回收塔104附录二能量平衡计算书106异丁烯氧化工段106MAL分离工段107氧化酯化工段108MMA纯化工段109第1章总论1.1 说明书1.1.1 概述本项目为扬子石化年产10万吨甲基丙烯酸甲酯项目，位于南京市六合区化工园区。本项目采用直接酯化路线，生产10万吨/年优等品甲基丙烯酸甲酯，此项目经济合理、清洁环保，十分有市场前景。甲基丙烯酸甲酯（MMA）是一种重要的有机化工原料，又可作为一种化工产品直接应用。作为有机化工原料,可在光热或催化剂存在下自聚或与其他单体共聚生成甲基丙烯酸甲酯树脂和塑料,主要用于有机玻璃行业、PVC抗冲击改性剂和表面涂料、模塑料、挤压料等行业。同时这些聚合产品在 IT 行业相关领域如液晶显示屏光导板、DVD光盘等的需求也快速增长。另外，MMA作为一种化工产品,可直接应用于皮革、离子交换树脂、纸张上光剂、纺织印染助剂、皮革处理剂、润滑油添加剂、原油降凝剂、木材和软木材的浸润剂、电机线圈的浸透剂、绝缘灌注材料和塑料型乳液的增塑剂、地板抛光、不饱和树脂改性、甲基丙烯酸高级酯类等许多领域。近年来，我国MMA的需求量稳步增长，已成为仅次于美国和日本的全球第三大消费市场。本项目采用异丁烯直接氧化酯化合成MMA路线，该工艺技术先进，既符合我国资源结构，合理利用煤资源，又不危害环境，具有良好的发展前景。本项目符合当今国家节能减排的要求和“十三五”规划，显著地提高碳四资源的深加工利用率，为社会、经济可持续发展做出重要贡献，具有突出的社会效益。1.1.2 设计依据和原则1.1.2.1 设计依据(1)化工工厂初步设计文件内容深度规定（HG/T 20688-2000）及有关专业国家标准(2)石化和化学工业发展规划（2016-2020年）（工信部规2016318号）(3)中华人民共和国环境保护法、中华人民共和国劳动安全法等相关的国家法律、法规(4)产业结构调整指导目录（2011年本）(5)中华人民共和国行业标准(6) 南京化学工业园区有关供水、供电、项目征用土地意见和建设项目环境保护意见的批文及资料1.1.2.2 设计原则（1）认真贯彻落实可持续发展战略和国家基本建设的有关政策、法规，合理安排建设周期，严格控制工程建设项目的生产规模和建设投资。（2）严格遵循现行消防、安全、卫生、劳动保护等有关规定、规范，保障生产安全顺利进行和操作人员的安全。（3）选用成熟可靠的先进技术，以提高生产效率，降低消耗和生产承办，减少污染，保证装置运行和产品质量的稳定性，增强产品的竞争力。（4）坚持安全生产与环境保护并重，设计中选用清洁生产工艺，在生产过程中减少“三废”排放，执行国家和地区的有关环保政策，对生产中的“三废”进行处理，并达到国家和地区规定的排放标准。（5）贯彻工厂规模大型化、布置一体化、生产装置露天化、公用工程社会化、引进技术与创新相结合的项目建设方针。（6）坚持体现“社会经济效益、环保效益和企业经济效益并重”的原则，按照国民经济和社会发展的长远规划，行业、地区的发展规划，在项目调查、选择中对项目进行详细全面的论证。1.1.3 设计指导思想（1）认真贯彻落实国家基本建设的有关政策、法规，合理安排建设周期，严格控制工程建设项目的生产规模和投资。（2）严格遵循现行消防、安全、卫生、劳动保护等有关规定、规范，保障生产安全顺利进行和操作人员的安全。（3）产品生产和质量指标符合国家及地方颁发的各项相关标准。（4）注重环境保护，设计中选用清洁生产工艺，在生产过程中减少“三废”排放，同时采用行之有效的“三废”治理措施，严格执行“三废”治理、“三同时”的方针。（5）坚持体现“社会经济效益、环保效益和企业经济效益并重”的原则，按照国民经济和社会发展的长远规划，行业、地区的发展规划，在项目调查、选择中对项目进行详细全面的论证。1.1.4 设计范围1.1.4.1 工艺生产装置：10万吨/年异丁烯法制MMA装置，其中包括：异丁烯氧化单元、甲基丙烯醛分离单元、氧化酯化单元、甲基丙烯酸甲酯分离单元以及工艺装置界区内公用设施等部分。1.1.4.2 公用工程：（1）中心控制室（2）变配电室（3）全厂供电、照明及通讯（4）罐区及泵房（5）汽车装卸设施（6）循环水站（7）产品化验室（8）全厂工艺及热力管网（9）给排水消防设施及泡沫站（10）污水处理站（11）综合楼（12）总图工程1.1.5 建设规模及产品方案在考察原料的来源及供给量、下游产品市场对MMA的需求量、国际MMA生产状况、生产工艺技术、国家的产业政策和当地的招商需求后，确定本项目的建设规模为10万吨/年，项目占地总面积89.5亩（5.97万），项目预期总投资为3.5亿元，所得税后投资回收期为8年。项目以异丁烯为原料，以直接氧化酯化路线方法生产10万吨/年优等品MMA，项目产品及规格见表1-1所示。表1-1 本项目产品及规格产品名称规格（%）产量（万吨/年）价格（元/吨）甲基丙烯酸甲酯99.91027000表1-2 主要原料消耗项目名称规格数量/年来源运输方式主要原料异丁烯99.7%v28672000Nm3总厂提供管道氧气99.2%v17920000Nm3总厂提供管道甲醇99%wt256304t总厂提供汽运1.1.6 生产方法及全厂总流程本项目以来自园区异丁烷脱氢项目生产的异丁烯为原料，以直接酯化路线方法生产10万吨/年优等品MMA产品。1.1.6.1 工艺流程介绍本项目生产制备甲基丙烯酸甲酯(MMA)的操作分为四个工段，分别是：异丁烯氧化工段、MAL分离工段、氧化酯化工段和MMA纯化工段。其中各工段中包括相应的反应流程及精制过程。异丁烯氧化工段的任务是以异丁烯和空气为原料，合成中间产物甲基丙烯醛MAL。MAL分离工段的主要任务是将上一工段得到的MAL分离出来，利用MAL与甲醇形成共沸体系进行共沸精馏，从而使MAL与水及部分副产物分离，得到MAL-甲醇混合物。氧化酯化工段的主要任务是将上一工段得到的MAL-甲醇共沸物与新鲜甲醇及回收的甲醇混合，在氧气条件下发生氧化酯化反应合成目标产物MMA。MMA纯化工段的任务是对上一工段已经分离出大部分甲醇的MMA粗产物进行进一步纯化，得到99.9wt%的MMA产品。1.1.6.2 分工段工艺流程（1）异丁烯氧化工段异丁烯氧化单元的主反应方程式如下：副反应较为复杂，包括串联副反应、平行副反应等等，副产物有少量的丙酮、乙醛、乙酸及CO、CO2。异丁烯和空气混合后通过压缩机加压再经过换热器升温后进入反应器。经反应器优化设计，确定反应器进口最佳压力为2.7MPa，最佳温度为250。由于该反应为强放热反应，故选择列管式固定床反应器，并采用熔盐换热，有效降低了反应的热点温度，使反应温度控制在380左右，出口温度控制在290 。催化剂采用的是厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室和醇醚酯化工清洁生产国家工程实验室开发的Mo12Bi1Fe3Co8Mn0.3Cs0.2K0.2Ox 催化剂，异丁烯的单程转化率可以达到97.3%，选择性达到96.3 %。（2）MAL分离工段从异丁烯氧化反应器出来的含MAL的混合气体首先通过压缩机加压至0.5MPa，再换热降温至30进入急冷塔，用0的水作为急冷剂，使得MAL和丙酮、乙醛、乙酸等副产物被吸收。急冷塔塔顶气组成为93.3 v% N2、4 v%O2、2.1 v% CO2、0.5 v%CO、807ppmH2O、4ppm乙酸以及痕量MAL、甲醇。由于CO不能直接排放大气，且N2含量很高，废气不能直接燃烧，因此，根据该股废气组成的特点并结合目前一氧化碳吸附剂的研究现状，本项目采取如下工艺：使用一种多元高活性组分Cu-Zn-Mn-Ni-Fe/ Al2O3吸附剂，利用废气中本身含有的氧气与一氧化碳反应生成二氧化碳，脱CO深度0.01ppm （大气中CO含量为0.1ppm左右），达到了脱除的目的。脱除CO后的废气中MAL 含量为1.787 mg/m3，甲醇含量为0.255 mg/m3。根据石油化学工业污染物排放标准（GB31571-2015），MAL排放限值为 3 mg/m3，甲醇排放限值为 50 mg/m3，因此该股废气达到排放要求，可以直接排放大气。急冷塔塔底液相产物通过一个减压阀减压后和甲醇混合，甲醇作为共沸剂，进行共沸精馏，将MAL和甲醇形成的共沸物从塔顶蒸出，使MAL得到分离提纯。共沸剂甲醇是第二步的反应原料，不影响后续的氧化酯化反应，因此无需分离，大大简化了工艺，降低了设备投资和操作费用且减小了环境污染。少量溶解的气体从塔顶释放出来，塔釜的组成为97.4wt%的水和2.6%的副产物乙酸，故将其循环利用作为急冷剂，节省物料消耗。（3）氧化酯化单元氧化酯化反应器采用的是三相浆态床反应器，液相进料包括来自上一工段的 MAL-甲醇共沸物、新鲜甲醇及回收的甲醇，气相进料为纯氧。其中新鲜甲醇加了氢氧化钠，用以提供氧化酯化反应所需要的碱性条件。发生的主反应为MAL直接氧化酯化成MMA，反应方程式如下：副反应有：催化剂采用的是中国科学院过程工程研究所研发的Pd5Bi2Pb1Fe1/CaCO3催化剂，转化率96.88%，选择性达到96.5%。反应釜内气液固三相共存，反应压力为0.3MPa，反应温度控制在90，防止MAL发生聚合，醇醛比设置为25。反应为液相出料，气相含有部分产品，故利用一个闪蒸罐，将未反应的氧气、气体副产物CO2及少量有机气体排出，含有产品的液相回收和采出的液相产品混合，避免气体直接排空损失产品。由于甲醇大大过量，故得到的液体产品组成中未反应的甲醇占了81.6wt%， MMA占9.7wt%，水占2.5wt%，未反应的MAL占0.1%，其余为少量副产物。为提高原料的利用率，故紧接着进行进一步的精馏将甲醇回收利用。为了防止MMA发生聚合，加入阻聚剂4-甲氧基对苯二酚。从塔顶采出的液体含有92.9wt%的甲醇，含有少量甲酸甲酯等副产物，水的含量仅有3ppm，达到该氧化酯化反应对水含量的要求（5wt%），故可循环回到反应器作为补充的甲醇原料。（4）MMA分离单元回收完甲醇后的MMA粗产物含有66.3wt%MMA、16.5wt%水、15.6wt%甲醇、1.5wt%MAL以及微量的副产物丙酮、阻聚剂等，由于MMA与甲醇和水都会形成共沸，使得MMA的分离较为困难。本工艺采用的分离方法为：先利用两个循环流股改变所需分离流股的物料组成从而降低分离难度，冷凝后进入油水分离器，在50下形成液液平衡体系，发生相分离。水相进入精馏塔进一步分离，塔顶产品主要是甲醇和MMA形成的共沸物，塔顶纯水作为循环流股；油相进入提馏塔进一步纯化，塔底即可得到99.9wt%的MMA优等品产品，塔顶混合物含有80.3wt% 的MMA，作为循环流股重新进行后续分离。研究表明该方法可以减小蒸汽费用，同时减少MMA被水带走的损失。相比于采用正己烷进行共沸精馏或者采用氯仿或者水进行萃取的办法，本工艺具有绿色节能的一大特点。而与工业上先进行共沸精馏再利用油水分离器分离出油相，然后再精制得到MMA的方法不同，本工艺去掉了一开始的精馏塔，直接利用三股物流形成的液液平衡体系在油水分离器分成油相和水相，然后再让油相进行提馏得到纯MMA，大大降低了精馏塔的热负荷，且减少了MMA的损失。1.1.7 厂址概况南京化学工业园区成立于2001年10月，是南京唯一的一家经国家批准，以发展石油化工为主的化学工业园区。工业园地理位置优越，交通通讯便捷，配套设施完善，投资政策优惠。园区规划面积45平方公里，包括长芦片区和玉带片区两大片区。其中长芦片区26平方公里，重点发展石油和天然气化工、有机化工原料、精细化工产品等化工项目；玉带片区19平方公里，重点发展石化上游产品与化工物流。目前，包括中国石化集团、中国化工集团、BASF、BP、塞拉尼斯、美国空气化工产品公司等一批国内外知名化工企业在园区投资落户，累计投资超过50亿美元。南京化学工业园区是江苏沿江开发战略的重要组成部分，也是南京市石化产业重点扶持发展区域。园区按照“产业发展一体化、公用设施一体化、物流输送一体化、环保安全一体化、管理服务一体化”五个一体化的开发方针，通过优化产业结构，提升产业层次，积极发展循环经济，最终将形成以深度加工和高附加值产品为特征，具有国际竞争力的石化生产基地、物流中心和化工研发基地。1.1.9 公用工程公用工程与总厂紧密集成，完全由总厂提供包括工业水系统，冷却水系统，蒸汽和蒸汽冷凝系统，工业和仪表用压缩空气系统，惰性气体系统，火炬排放系统，安全阀，化学品注入系统，物料排净系统，冷冻系统，污水处理系统等。1.1.8 环境保护及综合利用环境保护措施包括设计中的环保措施和生态保护措施，具体环境保护方案见相关章节及环境评价附录。工厂的机械化自动化水平本装置采用集散控制系统（DCS）在控制室对整个生产过程进行监视和自动控制。所选用的DCS系统应是整个工厂管理和控制系统的一部分，现场仪表检测所得各种工艺参数通过现场监视和控制站连到总线上，实时数据可通过网络接口连接到工厂数据管理重要的参数集中到中央控制室由DCS系统显示和控制。主要调整的参数，可采用就地显示和控制。必须在现场操作和监视的机组或设备，则应在机组或设备附近的现场安装仪表或操作盘，例如压缩机、大型机泵、加热炉等。装置的联锁系统将由独立于集散控制系统（DCS）的安全仪表系统来完成。系统能区分第一事故，并发出声、光报警。系统具有事故追忆功能，发生联锁后，自动高速记忆事故前后的现场，并可按事件顺序打印出来，以便分析事故原因。1.1.9 劳动安全卫生公司安全生产工作的方针为“安全第一，预防为主”，生产经营坚持安全需要的原则，确保以人为本，安全生产。各部门生产前安全教育工作和安全生产均由该部门安全生产负责人负责，贯彻落实公司安全生产制度，并根据本部门实际情况制定相应的安全工作实施细则，同时定期检查，保证安全工作的顺利进行。本项目的主要危险品为异丁烯（甲类气体）、CO（乙类气体）、甲醇（甲B类液体）、甲基丙烯酸甲酯（甲B类）等，详细的危险品分析可参见安全预评价报告的MSDS表，主要的危险区域在生产区与储罐区，两者均处于工厂的西边。针对不同的物质特性设计有不同的安全防范措施。1.1.10 消防厂为10万吨/年甲基丙烯酸甲酯生产项目，从原料处理、产品合成与精制、产品储运涉及到异丁烯、CO等易燃易爆气体，与空气混合后形成爆炸性混合物，对厂区的财产人身安全构成重大危害。根据实际的工艺流程、人员操作、维修、安全等因素对车间进行合理布置，生产车间采用敞开式、露天布置。厂中设置消防站，位于厂区主干道旁，消防车可迅速到达事故点。根据本项目规模及其他因素，确定同一时间火灾次数按二处设计。同时，强化消防安全责任体系，强化各级监管责任，严格落实责任制，建立消防部门与厂内各部门的情况通报，联合协作机制。1.1.11 工程、自然条件结合我厂的具体产销情况，厂址选择工作需要考虑符合长远发展的规划，最终确定厂址为江苏南京化学工业园，作为南京扬子石化有限责任公司下属子工厂。本项地表附近有稳定径流，水文地质条件相对简单。南京水域面积达11%以上，有秦淮河、金川河、玄武湖、莫愁湖、百家湖、石臼湖、固城湖、金牛湖等大小河流湖泊，长江穿城，沿江岸线总长近200公里。境内共有大小河道120条，分属两江（长江、青弋江水阳江）、两湖（固城湖、石臼湖）、两河（滁河、秦淮河），以跨省、市的流域划分水系，可划分为长江南京段、滁河、秦淮河、青弋江水阳江四大水系。南京属北亚热带湿润气候，四季分明，雨水充沛。常年平均降雨117天，平均降雨量1106.5毫米，相对湿度76%，无霜期237天。每年6月下旬到7月上旬为梅雨季节。年平均温度15.4C，年极端气温最高39.7C，最低-13.1C，年平均降水量1106毫米。1.1.12 管理体制及定员1.1.12.1 经营管理该项目是扬子石化公司投资新建项目，按公司体制设置。根据国家、部门及地方劳动政策法规合理的确定生产运行班次及人力资源配置，本项目生产岗位的操作人员实行四班三运转制度，部分辅助岗位辅助工人按常日班配置，管理、技术人员为常日班。全年工作天数333天。人力资源由公司人事部和劳资部统一管理，倒班工人项目所需人员在现有职工中统一调配，不再从外部招聘。1.1.12.2 全厂总定员本装置隶属于扬子石化有限公司，按照现代企业管理制度设置管理体制，实行全员聘用制和劳动合同制，设置精简、高效、合理的管理机构，管理成本低、效益高。本项目根据国家、部门及地方劳动政策法规合理确定生产运行班次及进行人力资源配置。装置生产岗位的操作人员实现四班两倒制，管理、技术人员为常日班。1.1.13 全厂综合技术经济指标项目总投资为49611.16万元，其中：建设投资42314.05万元，建设期利息950万元，流动资金6347.11万元。本项目全部投资内部收益率为38%（税后），投资利润率66.68%，投资利税率82.05%，资本净利润率56.68%，静态投资回收期4.43年（税后），财务净现值（FNPV）为85018.83万元，动态投资回收期为5.14年。第2章技术经济该项目技术经济是在可行性研究完成市场需求预测、生产规模、工艺技术方案、原材料、燃料及动力的供应、建厂条件和厂址方案、公用工程和辅助设施、环境保护、工厂组织和劳动定员及项目实施规划诸方面进行研究论证和多方案比较后、确定了最佳方案的基础上进行的。内容主要包括投资估算、资金规划、成本估算、销售收入、税利估算、获利能力评价和偿债能力评价等内容，通过会计核算及经济指标分析本项目的技术经济。2.1 财务评价依据化工投资项目经济评价参数，国石化规发（2000）412号文件建设项目经济评价方法与参数，国家发展改革委建设部发布化工工艺设计手册(第四版)化工技术经济企业所得税法实施条例企业会计准则（2014）及其相关的解释、说明、补充文件2.2 资金筹措情况化工项目的资金来源主要有权益资本、债务资金、准股本资金和融资租赁。本项目的资金来源为权益基本和债务资金，总投资金额为49611.16万元。根据国务院关于调整和完善固定资产投资项目资本金制度的通知（国发201551号）规定，化工项目的最低资本金比例为20%，故贷款1.5亿元，贷款利率为4.75%，其余资金由自有资金注入。其中，贷款部分通过抵押本厂部分的固定资产，获得贷款；其余部分由股东大会筹集或总厂划拨筹集，10个月内资金全部到位。2.3 资金使用计划项目建设期为两年，项目计算期以15年计算，建设投资分年使用计划按第一年投入 50%，第二年投入剩余50%的方式两年内全部投入。开工计划为：（1）第一年，建设工厂，注入50%固定投资；（2）第二年，注入剩余资金，建设工厂并成功开车；（3）第三年，开工8000小时，基本保证正常运行，开工率达到70%以上；（4）第四年，开工8000小时，基本保证正常运行，开工率达到90%以上；（5）第五年，达到正常设计生产水平。2.4 主要经济数据表2-1 主要经济数据表序号项目名称单位数值一生产规模104t/a10.14二产品方案1甲基丙烯酸甲酯104t/a10.14三年操作时间h8000四主要原材料、辅助材料用量1异丁烯t/a718182水t/a403503氧气t/a255994对甲基苯酚（阻聚剂）t/a203.85甲醇t/a2400006氢氧化钠t/a30.2007异丁烯氧化催化剂t/a2.578氧化酯化催化剂t/a0.219一氧化碳吸附剂t/a0.18五公用动力消耗量1低压蒸汽（0.2MPa）104t/a208.962循环冷却水104t/a4614.763冷冻盐水104t/a87.164熔盐104t/a2.4675电104kWh/a3427.2966氮气104Nm3/a58.607仪表空气104Nm3/a141.10六三废排放量1废气t/a25.252废水t/a14.23废固t/a227.11七全厂定员人90八总占地面积104m26.52九单位产值能耗千克标油/万元590.48十单位产品综合能耗千克标油/吨产品1417.15十一工程项目总投资万元49611.161建设投资万元42314.052建设期利息万元9503流动资金万元6347.11十三年销售收入万元243277.44十四成本和费用1年均总成本费用万元172163.2752年均经营成本万元170710.259十五年均净利润总额万元28119.942十六年均销售税额万元7622.200十七财务评价指标1投资利润率%66.682投资利税率%82.053资本金净利润率%56.684投资回收期（静态）年4.435投资回收期（动态i=0.11）年5.14十八清偿能力指标1人民币借款偿还期（含建设期）年52.5 经济分析表表2-2 财务现金流量表（一）项目建设期投产期达产期12345现金流入销售收入00149007.4191581212867.76回收固定资产残值00000政策奖励等收入00000小计00149007.4191581212867.76现金流出建设期投资21157.0221157.02000流动资本3173.5543173.554000经营成本00120514.3154946.9172163.28销售税金及附加005335.546859.987622.2001偿还本息00350335033503所得税003473.644466.1084962.3427小计24330.5824330.58132826.5169776188250.82净现金流量-24330.6-24330.616180.9621804.9524616.942累计现金流量-24330.6-48661.2-32480.2-10675.213941.69表2-3 财务现金流量表（二）项目达产期678910现金流入销售收入212867.8212867.8212867.8212867.8212867.76回收固定资产残值00000政策奖励等收入00000小计212867.8212867.8212867.8212867.8212867.76现金流出建设期投资00000流动资本00000经营成本172163.3172163.3172163.3172163.3172163.28销售税金及附加7622.27622.27622.27622.27622.2001偿还本息350335030所得税4962.3434962.3434962.3434962.3434962.3427小计188250.8188250.8184747.8184747.8184747.82净现金流量24616.9424616.9428119.9428119.9428119.942累计现金流量38558.6463175.5891295.52119415.5147535.4表2-4 财务现金流量表（三）项目达产期1112131415现金流入销售收入212867.8212867.8212867.8212867.8212867.76回收固定资产残值00000政策奖励等收入00000小计212867.8212867.8212867.8212867.8212867.76现金流出建设期投资00000流动资本00000经营成本172163.3172163.3172163.3172163.3172163.28销售税金及附加7622.27622.27622.27622.27622.2001偿还本息00000所得税4962.3434962.3434962.3434962.3434962.3427小计184747.8184747.8184747.8184747.8184747.82净现金流量28119.9428119.9428119.9428119.9428119.942累计现金流量175655.3203775.3231895.2260015.2288135.11第3章总图运输3.1 设计概述本章主要介绍厂址概况、总平面布置、竖向设计、工厂运输。3.2 厂址环境概况本项目将厂址选择在南京六合区化工园区，作为扬子石化投资的一个生产甲基丙烯酸甲酯的分厂，厂址选择在总厂附件。3.2.1 园区简介南京化学工业园位于南京市六合区，是国家级化学工业园区，是继上海之后的中国第二家重点石油化工基地，近期规划面积45平方公里，远期规划面积100平方公里。化工园区将按照“世界一流，中国第一”的标准，以乙烯、醋酸、氯化工为三大支柱产业，与世界石化巨头开展深度合作。南京化工园重点发展石油化工、基本有机化工原料、精细化工、高分子材料、新型化工材料、生命医药项目。南京化学工业园是新世纪南京经济建设的重点工程，也是中国石化集团重点发展的化学工业基地之一。南京化学工业园区位于南京市域北部，长江北岸，依托长江深水岸线而建，自然地理条件优越，区位交通优势突出，化工产业基础雄厚，中国石化集团公司在南京地区的多家大型骨干企业均分布在园区内及周边紧邻。3.2.2 园区优势园区周边地区拥有各类化工研究所40余家，有50多家不同资质的化工专业设计院、勘察院、化工制造单位，有多家实力雄厚的工程公司、化工建设公司、检维修公司，在大型石化装置的设计、安装、建设、检维修等方面可为园区提供完善的服务。3.2.3 自然地理概况3.2.3.1 地理位置南京位于北纬31133236，东经1181911924，滨临长江，东距出海口360公里，位于长江下游中部地区，江苏省西南部，是国家区域中心城市（华东），长三角辐射带动中西部地区发展的国家重要门户城市，也是“一带一路”战略与长江经济带战略交汇的节点城市，南京都市圈核心城市。总面积6587.02km，2016年建成区面积1125.78km。3.2.3.2 地貌地势南京地貌特征属宁镇扬丘陵地区，以低山缓岗为主，低山占土地总面积的3.5%，丘陵占4.3%，岗地占53%，平原、洼地及河流湖泊占39.2%。宁镇山脉和江北的老山横亘市域中部，南部有秦淮流域丘陵岗地南界的横山、东庐山。南京平面位置南北长、东西窄，成正南北向；南北直线距离150公里，中部东西宽5070公里，南北两端东西宽约30公里。南面是低山岗地、河谷平原、滨湖平原和沿江河地等地形单元构成的地貌综合体。3.2.3.3 水文南京境内湖泊、水库棋布，河流众多，水域面积达14.3%（未含不参与区域调洪的长江南京段干流水域面积）。南京市境内水系分别属于长江、淮河、太湖三大水系，其中：市域内淮河、太湖水系面积很小，长江水系覆盖了南京市的大部分地区。按河道特征，长江水系又可细分为4条子水系，自北向南依次是滁河水系、长江南京段干流水系、秦淮河水系、水阳江水系。3.2.3.4 气候南京属北亚热带湿润气候，四季分明，雨水充沛。常年平均降雨117天，平均降雨量1106.5毫米，相对湿度76%，无霜期237天。每年6月下旬到7月上旬为梅雨季节。年平均温度15.4C，年极端气温最高39.7C，最低-13.1C，年平均降水量1106毫米。3.3 总平面布置3.3.1 设计依据化工企业总图运输设计规范GB 50489-2009化工企业建设节约用地若干规定GB 50187-2012建筑设计防火规范GB 50016-2014石油化工企业设计防火规范GB 50160-2008工业企业总平面设计规范GB 50187-2012石油化工企业厂区总平面布置设计规范SH/T 3053-2002石油化工储运系统罐区设计规范SH/T 3007-2014化工装置设备布置设计工程规定HG 20546-2009石油化工企业厂区总图运输设计是化工生产的基础，设计时应遵守国家最新的相关规范条例进行设计。上述规范条例分别从建筑、用地、投资、设备布置、厂区设计等方面进行了规范性要求。下面详述总平面布置的具体规定。3.3.2 总体布置概述本项目厂址选择在南京化学工业园区，遵照所列设计规范的要求进行设计，整个厂区呈矩形布置，东西方向跨度228m，南北方向跨度286m，厂区总占地面积65208m2。整个厂区分为四个部分：工艺区、储运区、辅助生产区、行政生活区。分析全厂生产流程顺序，各部分的生产特点和火灾危险性，同时兼顾厂区地形和风向，可以选择出合理的朝向，使人员集中的建筑物有良好的采光及自然通风条件。该地为亚热带季风气候，夏季主导风向为南风，冬季主导风向为东北风。依据风向将四个部分进行合理布置，将最危险的罐区布置在常年主导风向的下风侧，即整个厂区的西南角，避免气体扩散以及泄漏后受风影响的影响而使受害面积变大，为消防安全考虑，在储罐区设有相应的防火设施和防火堤；生产区布置在罐区的北边，紧靠罐区设计，便于管道的铺设以及管材的节省，同时保证一定的安全距离，避免储罐区发生事故后引起连锁反应，带来更大的损失；辅助生产区靠近生产区、罐区布置，包括维修站、化验室、中控室、消防站、循环水站及配电站；行政生活区布置在常年主导风向的上风侧，即整个厂区的东侧；装卸区根据交通便利的原则布置在厂区边缘，紧邻罐区，位于整个厂区的西南侧。纵观全厂布局，人员主要集中区被绿化带环绕，最大限度地保证人员主要集中场所的环境卫生。整体看来，本厂布局紧凑合理，安排科学有序，布局合理详细。各个区域的占地面积如表3-1所示。表3-1 各区域占地面积序号项目数值1行政楼644/m22喷泉水池201.13食堂322/m24生活综合楼667/m25发展空地4922/m26循环水站1380/m27消防站749/m28维修站600/m29化验室700/m210中控室700/m211停车场2093/m212配电站1470/m213发展空地2690.1/m214MMA储罐207.7/m215回收甲醇储罐132.5/m216货车停车场320/m217仓库179.2/m218装卸台80/m219甲醇储罐330.3/m220异丁烯储罐187.5/m221异丁烯氧化车间860/m222事故水池800/m223MMA纯化车间1000/m224氧化酯化车间1000/m225MAL分离车间1000/m226建筑总面积15643/m227道路面积18468/m228绿化面积9530/m229建筑系数23.71%30道路占地系数28.32%31绿化系数14.62%32利用系数66.65%3.3.3 厂区布局理念3.3.3.1 人流物流合理布局厂区总共设五个门：西侧设置两个，东侧设置一个，北侧设置一个，南侧设置一个。西边两个门分别是原料进口和产品出口，北门为设备、配件出入口，东门为行政入口，南门为紧急出口。两条宽为12m的主干道以直线形式贯穿南北方向，加上西侧两条路构成主要的物流通道，有利于大型货车的进出。通道两侧分列着生产区、储运区等，方便原料和产品的装卸和运输。东门为行政入口，进门后周边分列着行政楼、生活综合楼等人员较为集中且环境较为安静的区域。设计最大限度地减少了车辆在厂内的行驶距离以及与生活区交叉的可能性，保证了厂内的人员安全和人车分离。3.3.3.2 功能区合理分配总图设计时考虑到区域集中的思想，各功能区距离相近，有利于生产的安全平稳运行。工艺总区的东侧为生活办公区，设置有绿地缓冲，可最大限度地减少噪音、粉尘、震动和污染等不利影响因素，最大限度地保证了工厂职工的人身安全。在总图上设置有消防站，可以应急处理突发事故，考虑到本厂以后的发展，在生产区留有发展用地。消防站前设置宽15m的消防地带，有利于消防车辆快速到达储罐区和生产区进行应急事故的处理。事故水池与储罐区地下管道联系，如果储罐区发生泄漏，可及时将泄漏的有毒物料导入应急池，最大限度地减少二次危害。3.3.3.3 生产车间集中布置将总的生产工艺分为四个车间，依据实际情况，为了尽可能节省土地，方便公用工程管线、物流管线和产品管线的总管集成运输布置，本设计将车间集中布置。本厂将产品储罐置于原料罐区的西南侧、生产车间的南侧，方便管路铺设，同时储罐紧邻主干道，方便产品的运输。从工艺生产到产品按照工艺流程布置，部分原料由总厂直接提供。本设计不仅有利于集中铺设公用工程管线以及集中控制管理，而且工艺生产流程顺畅、衔接短捷，紧凑合理，与相邻设施协调良好。除了有利于生产管理和安全防护等优点外，集中布置工艺装置还便于施工、安装和检修。工艺装置与工艺装置之间的距离严格按照规范设计，尽可能地减少发生火灾后带来的连续性爆炸，方便操作。3.3.3.4 防火安全布置安全生产一直受到极大的关注，本设计时严格按照建筑设计防火规范（GB50016-2014）以及石油化工企业防火设计规范（GB50160-2008）设计。在储罐区设置立式储罐时对于甲类物质的储罐给定0.4D的安全防火间距；为防止储罐泄漏引起的物流污染需要将储罐设置成组，对于甲类物质的储罐组每组的总容量不宜超过20000m3，每个储罐组不宜超过两排，储罐组外围要设置防火堤，对于液态烃类物料，防火堤的高度不宜低于0.5m等。3.3.3.5 区域分配合理布置根据化工企业总图运输设计规范GB50489-2009的要求，严格布局总图面积，如GB50489-2009标准的7.1.5规定“新建厂区的管线带内，应预留中远期管线的用地，余量宜为10%20%”、8.1.5规定“一般化工企业内的厂区绿地率不应小于12%，且不应大于20%”等。3.3.4 厂区分区介绍厂区按照功能分为四部分：行政生活区，工艺区，辅助生产区，储运区。行政生活区：包括行政楼（含喷泉水池）、生活综合楼、食堂。工艺区：包括事故水池、异丁烯氧化车间、MAL分离车间、氧化酯化车间、MMA纯化车间等。辅助生产区：包括中控室、化验室、维修站、消防站、循环水站、配电站等。储运区：包括原料罐区、产品罐区以及产品装卸站等。储运区与车间相连，保证原料的顺利接受，与停车场相接一侧为主干道，方面车辆进入以及产品的运输，另外两侧分别设置安全通道大门，方便人员疏散和逃生。南京化学工业园区为亚热带季风气候，受季风影响，夏季主导风向为南风，冬季为东北风。将生产区设施在厂区西北侧，方便各方检测与调整。罐区设置在厂区西南侧，辅助生产区围绕生产区布置，配电站设施布置在厂区的东南侧，生活办公区布置在厂区东侧、东南侧，保证全年均位于上风侧或避开主导风。厂内各个区域通过绿化带隔开。本项目内各工序、道路的间距均满足规范要求。整个厂区道路及建筑物经过严格规划、布置，将人流与货流分离。本项目在厂区内预留发展用地，靠近生产工艺区和罐区、辅助生产区，为相应厂区内或周边的扩建预留土地面积。3.4 竖向设计竖向布置的任务是合理利用和改造厂区的自然地形，协调厂内外的高程关系，在满足生产工艺、运输、卫生安全等方面要求的前提下使工厂场地土方工程量为最小，使工厂区的雨水能顺利排除，并不受洪水淹没的威胁。3.4.1 竖向设计原则应满足生产工艺布置和运输、装卸对高程的要求，并为其创造良好条件。因地制宜，充分考虑地形及地质因素，合理利用和改造地形，使场地设计标高尽量与自然地形相适应，力求使场地的土石方工程总量为最小，并使整个工厂区和各分区填挖方基本平衡，在土石方调配中应使其运距为最短。要充分考虑工程地质和水文地质条件，满足工程地质、水文地质的要求，提出合理的对应措施（如防洪、防水等等）。要适应建、构筑物的基础和管线埋设深度的要求。场地标高和坡度的确定，应保证场地不受洪水威胁，使雨水能迅速顺利排除，并不受雨水的冲刷。应保证厂内外的出入口、交通线路有合理的衔接，并使厂区场地高程与周围也有合理的衔接关系。应考虑方便施工问题，在分期建设的工厂还应符合分期分区建设的要求，尽量使近期施工工程的土石方量为最小，远期土石方施工不影响近期生产安全。要充分考虑并遵循有关规范的要求（如土方和爆破工程施工验收规范，湿陷性黄土地区建筑设计规范等）。3.4.2 竖向布置方式根据工厂场地设计的整平面之间连接或过渡方法的不同，竖向布置的方式可分为平坡式、阶梯式和混合式三种。（1）平坡式整个厂区没有明显的标高差或台阶，即设计整平面之间的连接处的标高没有急剧变化或者标高变化不大的竖向处理方式称为平坡式竖向布置。这种布置对生产运输和管网敷设的条件较阶梯式好，适应于一般建筑密度较大，铁路、道路和管线较多，自然地形坡度小于4%的平坦地区或缓坡地带。采用平坡式布置时，平整后的坡度不宜小于0.5%，以利于场地的排水。（2）阶梯式整个工程场地划分为若干个台阶、台阶间连接处标高变化大或急剧变化，以陡坡或挡土墙相连接的布置方式称阶梯式布置。这种布置方式排水条件较好，运输和管网敷设条件较差，需设护坡或挡土墙，适用于在山区、丘陵地带的布置。（3）混合式在厂区竖向设计中，平坡式和阶梯式均兼有的设计方法称之为混合式。这种方式多用于厂区面积比较大或厂区局部地形变化较大的工程场地设计中，在实际工作中往往多采用这种方法。3.5 工厂运输3.5.1 厂内运输设计要求（1）满足生产、运输、安装、检修、消防及环境卫生的要求，线路短捷，人流、货流组织合理；（2）划分功能分区，并与区内主要建筑物轴线平行或垂直，宜呈环形布置，使厂区内、外部运输、装卸、贮存形成一个完整的、连续的运输系统；（3）与竖向设计相协调，有利于场地及道路的雨水排除；（4）与厂外道路连接方便、短捷；（5）建设工程施工道路应与永久性道路相结合。3.5.2 全厂运输总量表3-2 全厂运输量总表类型序号货物类型运输方式运输量形态包装方式备注运入1-1异丁烯管道运输71818t/a液体罐装来自总厂供应1-2氧气管道运输2240Nm3/h气体来自园区空分装置供应1-3甲醇车辆运输256304t/a液体罐装来自总厂供应1-44-甲氧基苯酚车辆运输203.8t/a液体罐装来自外界运输1-5工业用氢氧化钠车辆运输30.2t/a颗粒袋装来自外界运输1-6异丁烯氧化催化剂车辆运输2.57t/a颗粒袋装来自外界运输1-7氧化酯化催化剂车辆运输0.21t/a颗粒袋装来自外界运输1-8一氧化碳吸附剂车辆运输0.18t/a颗粒袋装来自外界运输运出2-1甲基丙烯酸甲酯车辆运输101492t/a液体罐装送往下游厂家2-2废催化剂及吸附剂车辆运输2.97t/a颗粒袋装送往厂家回收2-3其他固废车辆运输375t/a固体袋装送往垃圾处理站3.5.3 道路运输设计厂内道路呈网格布置，可同时满足运输、检修、消防等要求，4处大门均设置了门卫室。厂区主干道宽度为12m（货流通道），次干道宽度为9m。为了实现运输社会化，加之当地运输力量较强，故本次设计只考虑设置少量运输设备，如生活运输车辆、产品与化学品的运输车辆，另外还有用于办公、通勤、救护、库房整理等车辆。3.6 建筑防火规范3.6.1 火灾危险性及耐火等级划分3.6.1.1 火灾危险性划分依据根据建筑设计防火规范（GB50016-2014）3.1.1的规定，将装置的火灾危险性进行分类，下表为生产的火灾危险性分类依据：表 3-3 生产的火灾危险性分类依据生产类别使用或产生下列物质生产的火灾危险性特征甲1.闪点小于28的液体；2.爆炸下限小于10%的气体；3.常温下能自行分解或在空气中氧化能导致迅速自燃或爆炸的物质；4.常温下受到水或空气中水蒸气的作用，能产生可燃气体并引起燃烧或爆炸的物质；5.遇酸、受让、撞击、摩擦、催化以及遇有机物或硫磺等易燃的无机物，极易引起燃烧或爆炸的强氧化剂；6.受撞击、摩擦或与氧化剂、有机物接触时能引起燃烧或爆炸的物质；7.在密闭设备内操作温度不小于物质本身自燃点的生产乙1.闪点不小于28，但小于60的液体；2.爆炸下限不小于10%的气体；3.不属于甲类的氧化剂；4.不属于甲类的化学易燃危险固体；5.助燃气体；6.能与空气形成爆炸性混合物的浮游状态的粉尘、纤维、闪点不小于60的液体雾滴丙1.闪点不小于60的液体；2.可燃固体丁1.对不燃烧物质进行加工，并在高温或融化状态下经常产生强辐射热、火花或火焰的生产；2.利用气体、液体、固体作为燃料或将气体、液体进行燃烧作其他用的各种生产；3.常温下使用或加工难燃烧物质的生产戊常温下使用或加工不燃烧物质的生产3.6.1.2 耐火等级划分依据根据建筑设计防火规范（GB50016-2014），厂房的耐火等级分为一、二、三、四级，相应建筑构件的燃烧性能和耐火极限价表3-3。表3-4 建筑构件的燃烧性能和耐火极限燃烧性能和耐火极限(h)耐火等级构件名称一级二级三级四级墙防火墙不燃性3.00不燃性3.00不燃性3.00不燃性3.00承重墙不燃性3.00不燃性2.50不燃性2.00不燃性0.50楼梯间和前室的墙电梯井的墙不燃性2.00不燃性2.00不燃性1.50不燃性0.50非承重外墙、房间隔墙不燃性0.75不燃性0.50不燃性0.50不燃性0.25疏散走道两侧的隔墙不燃性0.75不燃性0.50不燃性0.50不燃性0.25柱不燃性3.00不燃性2.50不燃性2.00不燃性0.50梁不燃性2.00不燃性1.50不燃性1.00不燃性0.50楼板不燃性1.50不燃性1.00不燃性0.75不燃性0.50屋顶承重构件不燃性1.50不燃性1.00不燃性0.05可燃性疏散楼梯不燃性1.50不燃性1.00不燃性0.75可燃性吊顶不燃性0.25难燃性0.25不燃性0.15可燃性3.6.1.3 本厂火灾危险等级根据以上划分依据可以得到本厂主要装置的火灾危险性等级，结果如表3-3所示。表3-5 生产的火灾危险分类及耐火等级表序号场所生产类别耐火等级火灾危险等级1异丁烯氧化车间甲类一级严重危险级2MAL分离车间甲类一级严重危险级3氧化酯化车间甲类一级严重危险级4MMA纯化车间甲类一级严重危险级5储罐区甲类一级严重危险级6中控室戊类二级轻度危险级7化验室戊类二级轻度危险级8消防站戊类二级轻度危险级9公用工程丁类二级轻度危险级10维修站戊类二级轻度危险级11行政楼戊类二级轻度危险级12事故水池戊类二级轻度危险性3.6.2 界区内装置间设计距离参考建筑设计防火按规范（GB50016-2014）以及石油化工企业防火设计规范（GB50160-2008）的条文规定进行布置，下表为厂区的主要设施间距表。表3-6 主要设施间距表本项目设施相邻设施设计距离/m规范要求/m规范条文号符合性异丁烯氧化车间（甲类一级）东：氧化酯化车间（甲类一级）1212GB50016-2014-3.4.1符合南：事故水池（戊类二级）1212GB50016-2014-3.4.1符合西：空地符合北：空地GB50016-2014-3.4.1符合MMA纯化车间（甲类一级）东：发展空地符合南：氧化酯化车间（甲类一级）1212GB50016-2014-3.4.1符合西：异丁烯氧化车间（甲类一级）1212GB50016-2014-3.4.1符合北：空地符合氧化酯化车间（甲类一级）东：发展空地符合南：MAL分离车间（甲类一级）1212GB50016-2014-3.4.1符合西：异丁烯氧化车间（甲类一级）1212GB50016-2014-3.4.1符合北：MMA纯化车间（甲类一级）1212GB50016-2014-3.4.1符合MAL分离车间（甲类一级）东：发展空地符合南：发展空地符合西：事故水池（戊类二级）1212GB50016-2014-3.4.1符合北：氧化酯化车间（甲类一级）1212GB50016-2014-3.4.1符合MMA储罐（甲类一级）东：回收甲醇储罐（甲类一级）1212GB50016-2014-3.4.1符合南：甲醇储罐（甲类一级）31.68.6GB50160-2008-4.2.12符合西：空地符合北：发展空地符合回收甲醇储罐（甲类一级）东：循环水站（戊类二级）26.412GB50016-2014-3.4.1符合南：甲醇储罐（甲类一级）32.55.8GB50160-2008-4.2.12符合西：MMA储罐（甲类一级）128.6GB50160-2008-4.2.12符合北：发展空地符合甲醇储罐（甲类一级）东：消防站（戊类二级）3725GB50016-2014-3.4.1符合南：异丁烯储罐（戊类二级）3535GB50160-2008-4.2.12符合西：货车停车场（戊类二级）24.612GB50016-2014-3.4.1符合北：回收甲醇储罐（甲类一级）32.55.8GB50160-2008-4.2.12符合异丁烯储罐（甲类一级）东：维修站（戊类二级）26.912GB50016-2014-3.4.1符合南：空地符合西：装卸台（戊类二级）22.512GB50016-2014-3.4.1符合北：甲醇储罐（甲类一级）3535GB50160-2008-4.2.12符合3.6.3 项目与周边环境设计距离参考建筑设计防火按规范（GB50016-2014）进行设计，下表为本建设项目与周边环境的设计距离。表3-7 建设项目与周边环境间距一览表序号周边单位名称本项目装置设施名称设计距离（m）规范间距（m）规范条文号符合性方位名称1东空地行政生活区(戊类，二级)2南后建村罐区(甲类，二级)65060GB50016-2014-4.2.1符合3西高速公路仓库(丙类，二级)3020GB50016-2014-3.5.1符合4北空地MMA纯化车间(甲类，二级)符合第4章化工工艺与系统4.1 设计基础本工艺所用原料异丁烯由总厂提供，甲醇外购，在设计的整个过程中，始终遵循能量最低，产品最优化条件，在满足产品达到质量要求的情况下，通过对反应工艺流程的模拟，反应器的设计，换热网络集成，设备设计和选择以及经济分析对本次设计做了详细的介绍，设计甲基丙烯酸甲酯生产能力10万吨/年。工艺生产可分为异丁烯氧化单元、MAL分离单元、氧化酯化单元和MMA纯化单元。4.2 工艺技术方案的选择本项目目标是以异丁烯为原料生产MMA，因此可供选择的工艺路线有以上所述的C4路线中的异丁烯直接氧化三步法、异丁烯直接氧化两步法以及直接酯化法。4.2.1 异丁烯直接氧化三步法1982年日本触媒化学公司建成了以异丁烯为原料的MMA生产装置，随后，三菱人造丝、旭化成、MMA单体公司和三井东亚化学等公司也建成以异丁烯为原料的MMA装置。异丁烯直接氧化三步法的开发，解决了ACH法存在的一些弊端，比如硫酸腐蚀设备，原料来源急缺等问题。该法原料来源广泛，生产过程简单，催化剂活性高、选择性好、寿命长，MAA的收率高，无污染、生产成本低于丙酮氰醇法，在较小装置规模上也具有很强的竞争力，是目前应用最为广泛的C4工艺路线。但该路线比较复杂，对催化剂要求高，收率较低，装置折旧费用高，另外，甲基丙烯酸还会腐蚀设备。日本触媒化学公司用异丁烯气相氧化法生产MMA的1.5万t/a装置于1982年投产。翌年，日本三菱人造丝公司以叔丁醇为原料投产MMA，装置规模为4万t/a。异丁烯直接氧化三步法的反应方程式如图4-2所示。工艺过程如下：第一步，异丁烯/叔丁醇在Mo-Bi 催化剂作用下与空气发生气相氧化反应生成MAL，异丁烯转化率超过 95%，MAL选择性（摩尔分数）在 80%以上；第二步MAL 氧化制MAA反应采用磷钼催化剂，并添加碱金属以增加催化剂热稳定性、调节活性及增加表面积，经过多段氧化反应，MAL转化率可达98%；第三步MAA酯化生成 MMA，MAA的酯化反应可为液相反应，也可以是气相反应。液相反应主要有三种：一种是 MAA与过量甲醇在硫酸存在下反应，MMA收率在8090%；第二种是采用多套强酸离子交换树脂和精馏塔，可实现MAA的高转化率和低甲醇 /MAA 进料比；第三种，酯化反应发生在有机溶剂中，MAA无需从萃取溶剂中分离，但该过程需要大型反应器。气相反应则采用杂多酸（如 Mo-P）为催化剂，MAA转化率和 MMA收率均超过98%，而因其甲醇/MAA 进料摩尔比高达41，大量甲醇需要循环。图4-1 异丁烯直接氧化三步法4.2.2 异丁烯直接氧化两步法异丁烯直接氧化两步法是在催化剂作用下, 异丁烯一步氧化制备MAA，MAA再酯化为MMA，反应方程式如图4-3所示。异丁烯直接氧化两步法投资低、成本低，且避免了回收过程的爆炸极限问题，是具有经济价值的一项技术，这一工艺由旭化成开发并于1998 年最早实现工业化，已有多家公司开发出了相似的工艺。在催化剂作用下, 反应首先氧化成对应醛, 再氧化成酸, 两者氧化动力学不同, 采用相同工艺条件和催化剂难以得到最佳的MAA选择性，因此开发高性能的催化剂是此工艺的研究重点。用于一步氧化法的催化剂主要有2类：一类是具有Keggin结构的磷钼杂多酸, 一般在其中添加其他金属以调变其催化性能；另一类是负载型金属催化剂。在国内，蔡铁军等用组合法合成了CsCuHPVAsMoO系列杂多化合物催化剂, 在自制固定床反应器中对异丁烯进行选择性氧化, 在最佳反应条件下, 甲基丙烯酸、甲基丙烯醛和乙酸的收率分别可达52.84%、12.05%和18.21%。彭少洪等以多孔钛片为支撑体, 将组成为HxCu1.2 PAs0.6Mo12Oy的杂多化合物与具有氧溢流效应的氧化物Sb2O4及Ce0.5Zr0.5O2分别制成催化膜, 在特制的膜催化反应器中进行异丁烯选择氧化反应。结果表明, 甲基丙烯酸收率最高可达26.3%、甲基丙烯醛收率可达22.4%。目前该工艺在国内还未有工业化装置。日本在此方面的研究比较领先, 目前已取得重大进展。KAWATO SEIICHI等使用活性炭负载钯催化剂, 并在催化剂中添加对甲氧基苯酚等化合物, 可以在提高不饱和酸收率的前提下抑制副产物的生成。异丁烯的转化率为77.3%, MAA收率为20.2%。YASUKAWA等提到将二氧化硅负载的钯/银催化剂用于异丁烯的氧化反应, 金属以硝酸盐形式负载于载体上, 经氧化和被甲醛还原后制得钯/银催化剂。反应以叔丁醇为溶剂在液相中进行, 异丁烯转化率为71.5%, MAA和二氧化碳选择性分别为41.8%和5.6%。图4-2 异丁烯直接氧化两步法4.2.3 直接酯化法经过大量研究，直接酯化法制取 MMA被开发出来，即将异丁烯首先氧化生成MAL，然后以Pd金属化合物为催化剂，在40-100 与甲醇直接进行氧化酯化制得 MMA。如图4-4所示。MAL直接酯化工艺不经过MAA步骤, 有效地避免了MAA聚合等副反应,简化了工艺过程, 降低了能耗, 从而大幅度降低了投资成本和操作费用, 使之成为最有优势的MMA生产工艺技术。图4-3 直接酯化法但该工艺的工业化却经历了漫长的过程, 广大科技工作者为此付出了无数的心血。由于氧化异丁烯生成的甲基丙烯醛中含有相当量的水, 当反应体系中水分含量高于3. 5%时, 会使甲基丙烯醛和甲醇氧化酯化的催化剂失活, 降低 MMA 的收率, 此时酯化用的甲醇也不能循环使用。因此, 欲提高MMA 的产率, 不仅要提高甲基丙烯醛的含量, 而且还要降低水的含量。常用的硅铝、沸石或氯化钙干燥剂，对甲基丙烯醛的干燥能力有限, 而且甲基丙烯醛易在其表面发生聚合反应。美国专利 NO:2514966用水吸收甲基丙烯醛的混合物,然后进行萃取蒸馏,从而分离回收甲基丙烯醛。但是水易和甲基丙烯醛形成共沸物(共沸点:63. 6;重量比:MAL /H2O =100 /7.9)，可见这种方法不能得到含水量低的甲基丙烯醛。后来，陆续对此作了进一步的改进，但仍未达到理想的效果，该工艺的工业化也一直未有实现,直到日本旭化成公司开发了一种新的方法, 该工艺才实现工业化生产。此后，甲醇循环利用工艺也在不断的改进和完善。该方法的一个关键就在于同时进行氧化和酯化的催化剂的研究开发。MAL直接氧化酯化法由日本旭化成公司首先开发成功并进行了中试, 而我国对“直接甲基化法”的实质性研究一直是空白。直到2001年后, 中科院过程工程研究所张锁江领导的课题组才对该工艺进行了系统研究, 并申请了多项相关专利, 填补了我国MAL一步氧化酯化步骤的研究空白。异丁烯“直接酯化”工艺代替传统的ACH工艺生产MMA是国内外研究的热点和重点。MAL氧化酯化制备MMA的反应是由气液两相反应物和固体催化剂参与的多相催化反应。负载催化剂中的各种金属之间, 以及金属与载体之间会有一定的相互作用, 但详细的催化反应机理仍有待进一步研究。MAL一段氧化酯化制MMA的催化剂多采用Pd金属催化剂, 并通过添加Pb、Bi、Fe、Zn等金属元素提高稳定性, 载体为CaCO3、ZnO、SiO2、MgO和Al2O3 中的1种或2种及以上的组合。日本三菱人造丝公司采用了载于细碎的SiO2 -MgO上的Pd5Bi2催化剂, MAL的转化率为88%, MMA的选择性为96.8%。张锁江等发明了一种主成分为钯、铅、铋和稀土等元素的新型复合催化剂(PdPbaBibXcYdZe/载体), 除了具有转化率高、选择性好的优点外, 还具有制备工艺简单, 反应条件温和, 空时收率高的特点。陈标华等发明了一种具有Keggin结构特征的杂多酸催化剂, MAL的转化率高达95%以上, MMA的选择性达到90%以上。该催化剂稳定性好, 适用于固定床反应器, 不采用贵金属Pd, 制备成本大大降低。但总的来说, 非Pd系催化剂研究开发的较少，Pd 系催化剂占据主导地位。4.2.4 技术比较异丁烯直接氧化两步法和直接酯化法都是较新的工艺，也都还不够成熟，但是两步法相对于三步法的优势又没有直接酯化法的明显。三步法虽然工艺复杂，但是技术成熟，直接酯化法的工艺流程最为简单，而两步法的流程则介于两者之间，优势不大。因此，国内企业采用的工艺有两种：一种是三步法，一种是直接酯化法。表4-3是国内异丁烯法生产MMA项目的技术方案比较。表4-1 国内异丁烯法生产MMA项目的技术方案比较异丁烯直接氧化三步法直接酯化法现有技术成熟，应用广，主要为国外引进正在完善，国内自有技术可靠性开工率高开工率有待提高工艺流程工艺复杂，流程长流程短装置能耗高低装置投资大较小催化剂Mo-Bi系、P-Mo-V杂多酸、酸性阳离子交换树脂Mo-Bi系、Pd-Bi-Pb-Fe系催化剂寿命长较短收率低，8090%高，95%副反应多少设备腐蚀生产甲基丙烯酸会腐蚀设备不腐蚀与异丁烯直接氧化三步法相比，直接酯化法中MAL直接氧化酯化为 MMA工艺不经过 MAA步骤，有效地避免了 MAA聚合等副反应，缩短了流程，降低了能耗，避免了中间酸对设备的腐蚀。三步法需要用到三种催化剂，尽管活性较高，但总的MMA收率很低；直接酯化法催化剂虽然要用到贵金属，寿命较短，但是产物收率高。总的来看，直接酯化法的固定投资和操作费用都大幅度降低。从长远发展看，直接酯化法是目前最有优势的MMA生产工艺技术。综合考虑各种因素并查阅大量国内外文献专利后，本项目决定采用直接酯化法。4.3 工艺流程叙述4.3.1 工艺流程概述通过对工艺技术方案的论证，本项目选择直接酯化法。首先，异丁烯和空气在催化剂的作用下反应得到甲基丙烯醛MAL。反应产物进行急冷，然后与甲醇混合，利用MAL与甲醇形成共沸体系将MAL分离出来，水循环作为急冷剂。MAL、甲醇和氧气在三相反应器中发生氧化酯化反应合成MMA，过量的甲醇回收利用。利用油水分离器进行初步分离，再提馏得到精制的MMA产品，水回收利用。在该路线中，存在多种难题：MAL分离提纯时，MAL与水形成共沸，分离能耗大；氧化酯化步骤中，甲醇过量且与MMA形成共沸，回收难度大；回收水时，塔顶塔底温差小，普通精馏能量利用率不高；MMA纯化时，存在多组共沸体系，分离困难。本项目在方案的设计时，通过各种巧妙的方案，积极解决了上述问题，很好地解决了整个生产流程能耗大，产品质量不达标的问题。4.3.2 异丁烯氧化工段异丁烯氧化单元存在的反应体系如下：主反应：C4H8O2C4H6OH2O （1）副反应：C4H8O22C2H4O （2）C4H82O22C2H4O2 （3）3C4H82O24C3H6O （4）C4H86O24CO24H2O （5）C4H84O24CO4H2O （6）副反应较为复杂，包括串联副反应、平行副反应等等，副产物有少量的丙酮、乙醛、乙酸及CO、CO2。该工段主要设备为异丁烯氧化反应器，异丁烯和空气混合后通过压缩机加压，并与产物换热升温，再进入反应器反应。进料温度利用MATLAB建模进行了优化，将在反应器设计部分讲述。由于该反应为强放热反应，反应温度在300以上，易出现“超温”，故选择列管式固定床反应器并采用熔盐换热，有效降低了反应的热点温度，使反应温度控制在380左右，出口温度控制在290。催化剂采用的是厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室和醇醚酯化工清洁生产国家工程实验室开发的Mo12Bi1Fe3Co8Mn0.3Cs0.2K0.2Ox 催化剂，异丁烯的单程转化率为97.3%，选择性96.3 %。图4-4 异丁烯氧化工段4.3.3 MAL分离工段MAL分离单元工艺流程如图4-8所示。图4-5 MAL分离工艺流程从异丁烯氧化反应器R0101出来的含MAL的混合气体通过压缩机加压至0.5MPa，再换热降温至30进入急冷塔C0201，用0的水作为急冷剂，使得MAL和丙酮、乙醛、乙酸等副产物被吸收。急冷塔塔顶气组成为93.3 v% N2、4 v%O2、2.1 v% CO2、0.5 v%CO、807ppmH2O、4ppm乙酸以及痕量MAL、甲醇。由于CO不能直接排放大气，且N2含量很高，废气不能直接燃烧，因此，根据该股废气组成的特点并结合目前一氧化碳吸附剂的研究现状，本项目采取如下工艺：使用一种多元高活性组分Cu-Zn-Mn-Ni-Fe/ Al2O3吸附剂，利用废气中本身含有的氧气与一氧化碳反应生成二氧化碳，脱CO深度0.01ppm （大气中CO含量为0.1ppm左右），达到了脱除的目的。脱除CO后的废气中MAL 含量为1.787 mg/m3，甲醇含量为0.255 mg/m3。根据石油化学工业污染物排放标准（GB31571-2015），MAL排放限值为 3 mg/m3，甲醇排放限值为 50 mg/m3，因此该股废气达到石油化学工业污染物排放标准。大气污染物综合排放标准GB 16297-1996中MAL和甲醇的最高允许排放浓度更高，分别为20 mg/m3和220 mg/m3。因此，该废气完全满足排放要求，可以直接排放大气。急冷塔塔底液相产物通过一个减压阀减压后和甲醇混合，甲醇作为共沸剂，进行共沸精馏，将MAL和甲醇形成的共沸物从塔顶蒸出，使MAL得到分离提纯。共沸剂甲醇是第二步的反应原料，不影响后续的氧化酯化反应，因此无需分离，大大简化了工艺，降低了设备投资和操作费用且减小了环境污染。少量溶解的气体从塔顶释放出来，塔釜的组成为97.4wt%的水和2.6%的副产物乙酸，故将其循环利用作为急冷剂，节省物料消耗。 4.3.4 氧化酯化工段氧化酯化单元工艺流程如图4-6所示。图4-6 氧化酯化工艺流程氧化酯化反应器R0301的进料包括：（1）来自C0202的MAL-甲醇共沸物（2）新鲜甲醇（3）C0301回收的甲醇（4）纯氧。反应在三相浆态床反应器中进行。其中新鲜甲醇加了氢氧化钠，用以提供氧化酯化反应所需要的碱性条件。发生的主反应为MAL直接氧化酯化成MMA，反应方程式如下：副反应有：催化剂采用的是中国科学院过程工程研究所研发的Pd5Bi2Pb1Fe1/CaCO3催化剂，转化率96.88%，选择性达到96.5%。反应釜内气液固三相共存，反应压力为0.3MPa，反应温度控制在90，防止温度过高导致MAL发生聚合，根据文献将醇醛比设置为27。反应为液相出料，气相含有部分产品，故利用一个闪蒸罐，将未反应的氧气、气体副产物CO2及少量有机气体排出，含有产品的液相回收和采出的液相产品混合，避免气体直接排空损失产品。由于甲醇过量，得到的液体产品组成中未反应的甲醇占了81.6wt%， MMA占9.7wt%，水占2.5wt%，未反应的MAL占0.1%，其余为少量副产物。为提高原料的利用率，紧接着进行进一步的精馏将甲醇回收利用。将液相打入C0301精馏塔，同时为了防止MMA发生聚合，加入阻聚剂对甲氧基苯酚。从塔顶采出的液体含有92.9wt%的甲醇，含有少量甲酸甲酯等副产物，水的含量仅有3ppm，达到该氧化酯化反应对水含量的要求（反应体系中水分含量高于3.5wt%时，会使催化剂失活），故可循环回到反应器R0301，作为补充的甲醇原料。4.3.5 MMA纯化工段MMA分离单元工艺流程如图4-7所示图4-7 MMA分离工艺流程从C0301塔釜采出的产物含有66.3wt%MMA、16.5wt%水、15.6wt%甲醇、1.5wt%MAL以及微量的副产物丙酮、阻聚剂等，由于MMA与甲醇和水都会形成共沸，使得MMA的分离较为困难。本工艺采用的分离方法为：分别来自MMA提馏塔（C0402）塔顶和水回收塔（C0401）塔底的两个循环流股，与所需分离流股混合，冷凝后进入油水分离器D0401，在50下形成液液平衡体系，发生相分离。水相进入精馏塔C0401进一步分离，塔顶产品主要是甲醇和MMA形成的共沸物，塔底纯水作为循环流股；有机相跨越三元体系相图中的精馏边界线，可以进入提馏塔C0402进一步纯化在塔底得到99.9wt%的MMA优等品产品，塔顶混合物含有80.3wt% 的MMA，作为循环流股重新进行后续分离。研究表明该方法可以减小蒸汽费用，同时减少MMA被水带走的损失。此工段关键：相比于采用正己烷进行共沸精馏或者采用氯仿或者水进行萃取的办法，本工艺具有绿色节能的一大特点。而与工业上先进行共沸精馏再利用油水分离器分离出有机相，然后再精制得到MMA的方法不同，本工艺去掉了一开始的精馏塔，直接利用三股物流形成的液液平衡体系在油水分离器分成有机相和水相，然后再让有机相进行提馏得到纯MMA，大大降低了精馏塔的热负荷，且减少了MMA的损失。4.3.6 结论经过可行性研究报告和本章节内容的具体分析，最终可以得出如下结论：该系统通过使用用共沸精馏等节能方式，减少公用工程的消耗，尽可能减少废物的排放，在节能和环保上有着重要的创新意义；通过该项目获得的优等品MMA，部分缓解了中国在MMA方面的缺口，推动了MMA下游企业的发展。无论在技术经济方面还是社会政治方面都具备很高的可行性。4.4 工艺参数分析与优化4.4.1 MAL精馏塔的优化4.4.1.1 回流比的优化精馏塔的回流比直接影响到塔的冷热负荷，产品纯度，其地位十分重要，故需要对其进行优化系统采用Aspen Plus中的灵敏度分析，以回流比为自变量，以塔的再沸器热负荷、冷凝器热负荷、塔顶MAL采出量、塔顶水出量为因变量，进行运行，其结果如下表所示。表4-2 MAL精馏塔回流比的优化回流比再沸器热负荷CAL/SEC塔顶MAL采出量KMOL/HR塔顶水出量KG/HR冷凝器热负荷CAL/SEC2.73849064.05160.0734270.0035-2671803.92.83922376.15160.098293269.3647-2745092.982.93995712.58160.114139268.952-2818414.9334069066.54160.124737268.6723-2891759.033.14142431.28160.132154268.4741-2965116.783.24215803.1160.137531268.3289-3038483.463.34289179.84160.141537268.2197-3111856.243.44362560.91160.144499268.1381-3185234.53.54435943.3160.146892268.0719-3258614.543.64509327.59160.148782268.0192-3331996.953.74582713.37160.150292267.9769-3405381.22图4-8为灵敏度分析变化曲线。从表和图可知，随着回流比R的增大，冷凝器和再沸器的热负荷急剧增加，这会增加操作费用，所以回流比不宜过大，为了后续精馏需要，塔顶MAL量至少达到160.135kmol/h，且塔顶水的质量含量要小于3.5wt%，综合考虑，选择回流比为3.2。图4-8 MAL精馏塔回流比灵敏度分析变化曲线4.4.1.2 进料位置的优化工业上，精馏塔的进料位置也是一个需要优化的对象。系统采用Aspen Plus中的灵敏度分析，以进料位置为自变量，以塔的再沸器热负荷，冷凝器热负荷，塔顶MAL采出量，塔顶水出量为因变量，进行运行，其结果如下表所示。表4-3 进料位置的优化进料位置再沸器热负荷CAL/SEC塔顶MAL采出量KMOL/HR塔顶水出量KG/HR冷凝器热负荷CAL/SEC64225914.04157.409931324.4981-3050473.4774215821.76160.13175268.4276-3038505.3584215803.13160.13754268.3287-3038483.494215879.02160.122115268.7956-3038575.87104216092.82160.077053270.1157-3038837.1114216640.54159.960881273.4803-3039504.3图4-9为以进料位置为自变量的灵敏度分析变化曲线，当进料位置为第8块塔板时（包括冷凝器）精馏效果最佳，耗能最少，选择进料位置为第8块塔板图4-9 进料位置灵敏度分析变化曲线4.4.1.3 塔板数的优化表4-4 塔板数的优化C1002.NSTAGE.NSTAGEFMAL.STR_MAIN.MALC1002.COND_DUTY.COND_DUTYC1002.REB_DUTY.REB_DUTYStatuskg/hrcal/seccal/sec1210977.01-30579614230603Results Available1311107-30476704222326Results Available1411172.57-30425244218299Results Available1511203.15-30401384216545Results Available1611216.5-30390894215887Results Available1711222-30386574215739Results Available1811224.21-30384824215802Results Available1911225.1-30384124215950Results Available2011225.45-30383844216134Results Available2111225.58-30383734216330Results Available图4-10 塔板数与再沸器热负荷的关系曲线图4-11 塔板数与MAL产量的关系曲线由以上图表可得，当塔板数为17、18时，再沸器热负荷较小，而当塔板数大于等于18块时，MAL的量就几乎不变了，所以选择塔板数为18块。4.4.1.4 设计规定优化通过 Aspen Plus 设计规定（Design Specifications）功能，以回流比 R为变量，使MAL精馏塔塔顶液相出料中甲醇和MAL的质量回收率达到 0.98。经过优化后，回流比为 2.0198。结果如图4-12所示图4-12 MAL精馏塔设计规定优化结果4.4.2 甲醇回收塔的优化由于甲醇回收塔精馏出来的甲醇要循环利用，经过反应再到精馏塔中，所以对甲醇回收塔的灵敏度分析必须放在循环工段中进行。4.4.2.1 回流比的优化系统采用Aspen Plus中的灵敏度分析，以回流比为自变量，以塔的再沸器热负荷，冷凝器热负荷，塔底MMA采出量，以及循环中甲醇含量为因变量，进行运行，其结果如下表所示。表4-5 回流比优化回流比再沸器热负荷CAL/SEC冷凝器热负荷CAL/SEC塔底MMA采出量KMOL/HR循环中甲醇量KMOL/HR2139.93906-26507387.9273958913556.530552.1139.916666-27390840.928279262.23556.556072.2139.897474-28274535.4291628943556.608432.3139.881194-29158070.230046372.93556.635082.4139.86733-30041642.730929897.53556.662312.5139.855073-30925245.431813457.53556.68762.6139.844219-31808848.732697025.53556.710172.7139.834787-32692463.533580607.43556.73022.8139.826457-33576071.534464188.13556.747742.9139.819133-34459684.335347775.63556.763233139.812642-35343291.436231361.43556.776813.1139.806882-36226899.137114949.83556.788823.2139.801746-37110505.337998538.73556.799453.3139.797153-37994110.238882128.23556.808883.4139.793032-38877713.9397657183556.817293.5139.789324-39761316.540649308.13556.82481表4-7 甲醇回收塔回流比优化图4-13 甲醇回收塔灵敏度回收变化曲线由图可知，随着回流比的增加，塔底MMA采出量几乎不变，但是冷热负荷急剧增加，故回流比不宜过大，而由于要保证进反应器前的甲醇与MAL的比例高于一定值，回流比又不宜过小，综合考虑选择回流比为3.0。4.4.2.2 进料位置的优化系统采用Aspen Plus中的灵敏度分析，以进料位置为自变量，以塔的再沸器热负荷，冷凝器热负荷，塔底MMA采出量为因变量，进行运行，其结果如下表所示。表4-6 甲醇回收塔进料位置的优化进料位置再沸器热负荷CAL/SEC冷凝器热负荷CAL/SEC塔底MMA采出量KMOL/HR1139508935-4E+07138.01561239509025-4E+07137.99991339508945-4E+07137.98811439508960-4E+07137.97951539508973-4E+07137.97381639508981-4E+07137.9708由图4-17可知，当进料位置为13时，冷凝器和再沸器热负荷最小和次小，且MMA量能够完成生产任务，所以选择进料位置为第13块塔板。图4-14 甲醇回收塔进料位置的变化曲线4.4.3 塔板数的优化使用aspen中的灵敏度分析进行塔板数优化，具体数据表格见下。表4-7 塔板数的优化数据表进料位置再沸器热负荷CAL/SEC冷凝器热负荷CAL/SEC塔底MMA采出量KMOL/HR20140.109781-35474031.836363655.921140.211615-35395970.236285077.722140.017627-35350647.636239327.523139.910285-3534517836233563.824139.867411-35344887.736233157.125139.84324-35344288.536232474.326139.828415-35343833.93623196327139.818792-35343558.136231651.928139.812643-35343367.236231438.7由图4-15可知，当塔板数为28块时，冷凝器、再沸器热负荷最小，且MMA的量达标，能够完成生产任务，所以选择塔板数为28块。图4-15 塔板数的优化曲线4.4.3.1 设计规定优化通过 Aspen Plus 设计规定（Design Specifications）功能，以回流比 R和D:F为变量，使甲醇回收塔塔顶液相出料中甲醇、异丁烯和MAL的总质量回收率达到 0.9，总质量浓度达到0.933。经过优化后，D:F为0.9424，回流比为5.98。结果如图4-16所示。图4-16 甲醇回收塔设计规定优化结果4.5 换热网络与热集成4.5.1 概述本项目采用直接酯化法制备MMA工艺，该工艺由异丁烯氧化工段、MAL分离工段、氧化酯化工段及MMA纯化工段四个工段组成。通过对换热网络的设计和优化，可以尽可能地实现流程内部热量的集成和最大化利用，以减少公用工程的消耗、降低能耗。为此，我们运用Aspen Energy Analyzer V8.4软件来进行换热网络的设计，并且寻找可能节能的措施，以最大限度的降低成本。本项目需要的冷公用工程，包括冷却水和冷冻盐水，而热公用工程主要用于流股的预热及塔釜的再沸器加热等过程。本项目中用到的冷公用工程是20C的冷却水和-25C的冷冻盐水，热公用工程是0.2MPa、125C的低压蒸汽。为了充分集成过程中的热量，本项目采用了热泵精馏技术。热泵精馏充分利用了温差小、跨夹点传热的精馏塔，通过改变蒸汽温位使原本不能换热的流股有换热的可能，从而提高了可回收能量的比率，实现了较大程度的节能。通过热泵精馏及夹点技术，节约了热公用工程18.14MW，冷公用工程16.75MW，共需要冷公用工程135.78MW，热公用工程159.92MW。实现了能量的回收利用。4.5.2 热集成技术前后组合曲线对比由Aspen Plus模拟出来的流程结果，提取其中的换热流股信息，单独列到Apsen一个源文件中，之后导出到Aspen自带的换热网络设计软件Aspen Energy Analyzer中，进行换热网络设计。将得到的结果转换成HI文件，得到组合曲线和平衡组合曲线。在使用换热技术进行优化之前，其组合曲线见下图。图4-17 热集成技术前的组合曲线使用热集成技术（热泵精馏）之后，同上步骤，导入到换热网络设计软件中，转换为HI文件，得到新的组合曲线和新的总组合曲线，如下。图4-18 热集成技术后的组合曲线采用热集成技术前后，组合曲线发生了一定变化。4.5.3 冷热流股确定对优化后的需要进行换热的冷热流股及数据详见表表4-8 换热冷热流股一览表流股名称入口温度/C出口温度/C热负荷/MW流股说明MMA_To_MMA-P105.8300.980267MMA产品降温FS43-H44_To_REB-HL1011048.85193热泵精馏塔底回流气体CP12-H21_To_H21-C21422.3308.566705反应器进急冷塔前预冷F-CP11_To_T-R11123.52501.728728进反应器前物料预热F-M41_To_T-D4167.6501.001092MMA纯化工段进油水分离器前预冷V41-H46_To_H46-F4477.4770.725239热泵精馏塔顶进一步冷却F-P21_To_T-C21T89.903.817775进急冷塔前循环流股预冷T-C22_To_P22102.610416.38492MAL精馏塔再沸器F-P31_To_T-P3381.8307.669928进甲醇回收塔前物料预冷C941-H44_To_S2021108.85193热泵精馏塔顶气体换热C31-1_To_T-FS3368.356.698.16162甲醇回收塔冷凝C31-W_To_T-M418385145.0851甲醇回收塔再沸C42-W_To_T-FS41104.8106.81.192117MMA纯化塔再沸F-FS41_To_TO-M4192.3507.124822MMA纯化工段进混合器前预冷To CondenserC2002723012.20953MAL精馏塔冷凝4.5.4 设计最优换热网络首先判断换热网络的夹点温度与综合经济效益之间的关系。由Aspen Energy Analyzer软件的功能，得到夹点温度Tmin与经济效益的关系曲线，见下图。可知，当Tmin=10C时，经济耗费最低，所以选择Tmin=10C。此时，第一对的热夹点温度为93C，冷夹点温度为83.0C，第二对冷热夹点温度分别为30C和20C。图4-19 Tmin与总经济消耗关系曲线之后导出各推荐方案并选择最优方案进行改进。使用 “Recommend Designs”，生成十个推荐方案，选择其中最优方案并按照换热网络设计原则进行优化。（具体各对比方案见换热网络设计源文件中的“各对比方案”）图4-20 换热网络方案对比图示由图可得，换热网络设计方案3的总费用耗费最少，选择方案3进行优化。原方案3换热网络与成本耗费如下图所示。图4-21 原方案3换热网络图4-22 改进前的成本耗费与能量耗费图中设计的换热器数量较多，还可以撤去若干台换热器。该换热网络中有部分换热器换热面积很小，热负荷也很小，可以删去。当用多种公用工程换热时，可适当减少操作费，但会增加换热器数目和设备费。比如在使用冷却水和制冷剂冷却时，如果冷却水冷却的负荷较小，则可直接使用制冷剂，而不使用两种公用工程，以节省一台换热器的设备费。换热网络中存在两个loop回路，在实际操作中，一般不能有loop回路的存在，故应该删去负荷或者换热面积较小的换热器，将其合并到换热器，打破回路，减少换热器数目。再通过path通路来调节换热量，使换热器的热负荷得到松弛，甚至减少换热器的数目。另外，相距较远的物流间换热会使管路成本增大，增加设备投资成本，且操作不稳定，此类换热器需要删除。经过以上调节之后，最后获得换热网络如下图所示。图4-23 优化后的换热网络图4-24 改进后的成本耗费与能量耗费化后的换热网络所需换热器数目为17台，包含3个流股热量回收利用的换热器，数目减少且结构更为精简，节约了热公用工程9.40MW，冷公用工程11.84MW。换热网络耗费公用工程信息见下表。表4-9 公用工程耗费UtilityTypeCost Index(Cost/s)Load(kJ/h)CWCOLD2.793E-033.669E+06WATERCOLD3.144E-025.339E+08LPHOT3.041E-015.724E+08其中CW为常压下进口温度-25C，出口温度-15C的冷冻盐水，WATER为常压下进口温度为20C，出口温度为40C的冷却水，LP为压力为0.2MPa，进口温度为125C，出口为124C的低压蒸汽。第5章分析化验5.1 设计依据危险货物包装标志 GB 190-2009数值修约规则与极限数值的表示和判定 GB/T 8170-2008化工产品采样总则 GB/T 6678-2003液体化工产品采样通则 GB/T 6680-2003化工产品密度、相对密度测定通则 GB 4472-1984化学试剂气相色谱法通则 GB/T 9722-2006化工产品中水分含量的测定卡尔费休法 GB/T 6283-2008常用危险化学品的分类及标志 GB 13690-1992气相色谱仪鉴定规程 JJG 700-1999数值修约规则 GB 9170-1987分析实验用水规格和试验方法（eqv ISO 3696：1987） GB/T 6682-1992工业用乙二醇 GB/T 4649-2008工业用甲醇 GB 338-20115.2 设计原则完善的分析化验系统可以确保企业生产安全有序高效地进行，同时可以加强对出厂产品的质量监控、保证工厂符合环境要求。在分析化验室的设计中，应遵循以下原则：根据分析化验的项目和分析检测要求，选择合理的化验方法和化验设备，确保检验结果的准确度、精密度；同时，避免设备闲置造成资源浪费。在厂区中心化验室的基础上，设置各车间化验室和取样室。各车间化验室仅为本车间服务，分析生产过程中各种物料的控制指标，保证和产正常运转，该类化验室应设置于车间内部或附近。做到实验室内布局合理、操作安全和方便，并避免污染。实验室的环境、使用的装修材料应符合环保和实验室的环境要求，确保不影响人体健康和实验结果。检验项目本项目化工企业质量控制化验室具备如下测试方面：（1）原料检验：控制原料质量。测试结果可用于决定是否接受或退货，长期积累的数据还可用于供应商质量评估等。（2）在线样品检验：从生产线抽样，根据实验结果调整工艺。这对于无在线控制的生产线尤其重要；而某些在线控制系统，如在线粘度计、pH计，它们就需要用实验结果来进行定期校验。（3）成品检验：控制成品质量，其结果用于过程能力分析、工艺控制、产品释放等。（4）环境监测：如水质分析（BOD，COD，硫、氮等的含量），空气质量分析；（5）产品开发和问题诊断：生产设备的模拟装置，小试实验线，红外分光光度计等测试仪器；产品应用研究：提供客户服务或产品的应用开发。5.3 原料及产物的检测5.3.1 甲基丙烯酸甲酯的分析化验根据现行HGT 2305-2017 工业用甲基丙烯酸甲酯的规定，工业用甲基丙烯酸甲酯的技术指标如下表。表5-1 工业甲基丙烯酸甲酯技术指标项目指标优等品一等品合格品色度（铂-钴色号）/Hazen单位51020密度（20）/（g/cm3）0.9420.9440.9420.9460.9380.948酸度（以甲基丙烯酸计）/（mg/kg）50100300水分/（mg/kg）400600800甲基丙烯酸甲酯含量，w/%99.999.899.55.3.1.1 外观的测定取适量试样于具塞比色管中，在自然光或日光灯目视观察。5.3.1.2 色度的测定按GB/T3143的规定测定。5.3.1.3 密度的测定（1）密度计法（仲裁法）按GB/T4472中4.3.3的规定测定，试样量约为250mL,密度计量程选择范围为0.930g/cm3，分度值为0.0005g/cm3，应在恒温20.00.1下测定。（2）密度仪法密度分度值为0.0001g/cm3、温度分度值为0.01的密度仪。取两次平行测定结果的算数平均值为报告值。两次平行测定结果的绝对差值应不大于0.0005g/cm3。5.3.1.4 酸度的测定在250Ml具塞三角瓶内加入50Ml无水乙醇及2滴溴百里酚蓝指示剂（或酚红指示剂），用氢氧化钠标准滴定溶液滴定至蓝色（或红色），再用移液管加入50Ml试样，用氢氧化钠滴定溶液滴定至溶液呈蓝色（或红色），15s不褪色视为终点。5.3.1.5 水分的测定按GB/T 6324.8的规定测定。5.3.1.6 甲基丙烯酸甲酯的测定将1ml试料注入色谱仪中，得到各组分的色谱峰，采用面积归一化法定量，计算出甲基丙烯酸甲酯的质量分数。 5.3.2 甲醇的分析化验根据工业用甲醇（GB 338-2011），甲醇的技术要求如下表所示。表5-2 工业用甲醇的技术要求项目指标优等品一等品合格品色度Hazen单位（铂-钴色号）510密度20/(g/cm3)0.7910.7920.7910.793沸程（0,101.3kPa）/ 0.81.01.5高锰酸钾试验/min 503020水溶性试验通过试验（1+3）通过试验（1+9）-水，w/% 0.100.150.20酸（以HCOOH计）w/% 或碱（以NH3），w/% 0.00150.00020.00300.00080.00500.0015羰基化合物（以HCHO计），w/% 0.0020.0050.01蒸发残渣，w/% 0.0010.0030.005硫酸洗涤试验，Hazen单位（铂-钴色号） 50-5.3.3 其他原料及中间产物的检测其他原料及中间产物可按照国标及本厂制定的相关标准作为依据进行检测。第6章设备6.1 总述全项目主要设备包括反应器2台，塔设备7台，气液分离器1台，热交换器25台，泵设备44台，压缩机5台，风机2台，储罐设备27台，共计113个设备。本厂重型机器多，如反应器，精馏塔，设备安装时多采用现场组焊的方式。本章对工艺过程中的主要设备做了详细设计，确定单元操作所用设备的类型；确定设备的材质；确定设备的设计参数；确定定型设备（即标准设备）的型号或牌号以及数量；对非标设备，向化工设备专业设计人员提出设计条件和设备草图，明确设备的型式、材质、基本设计参数、管口、维修安装要求、支承要求及其他要求；并编制工艺设备一览表。6.2 设备设计与选型详见设备设计计算说明书。第7章自动控制及仪表自动控制系统（automatic control systems）是指在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。自动控制系统是实现自动化的主要手段，简称自控系统。主要由控制器、被控对象、执行机构和变送器四个环节组成。按控制原理的不同，自动控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统；按给定信号分类，自动控制系统可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。初步设计时根据合成气制乙二醇的流程特点、生产规模、产品质量要求、工艺操作条件对工艺流程内的主要装置和辅助装置进行不同程度的自动控制，在达到可靠、安全、环保目标的基础上，尽量减少成本，使经济更加合理，操作更加方便。本工艺在选择控制方案时主要根据工艺自身的特点及控制要求，对工艺不同工段中的各种被控对象进行分析以找到合理经济的控制方案，并就测量及调节仪表进行简单的选型。化工生产过程中，可以跟据控制要求选择合理的控制方案。化工流程自动化控制具有诸多优点：（1）提高关键工艺参数的操作精度，从而提高产品的质量或收率；（2）保证化工流程安全、稳定的运行；（3）对间歇过程，还可减少批间差异，保证产品质量的稳定性和重复性；（4）降低工人的劳动强度，减少人为因素对化工生产过程的影响。由此可见，强化化工流程的自动控制，是化工生产过程发展的必然趋势和方向。7.1 设计依据（1）过程测量与控制仪表的功能标志及图形符号 HG/T20505-2014 （2）化工工艺设计施工图内容和深度统一规定 HG20519-2009（3）过程检测和控制流程图用图形符号和文字代号 GB2625-1981 （4）管道仪表流程图上的物料代号和缩写词 HG20559.10-93 （5）管道等级号及管道材料等级表 HG20519.38-1992 （6）管道仪表流程图隔热、保温、防火和隔声代号 HG20559.6-1993 （7）仪表符号和标志 SHBZ02-1995 （8）管道仪表流程图设备位号 HG20559.7-937.2 常用工业自动控制系统类型简介及选择目前的工业自动控制系统主要由DCS（分布式控制系统）、PLC（可编程逻辑控制器）、FCS（现场总线控制系统）。 DCS 是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。DCS 是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物，通常采用若干个控制器（过程站）对一个生产过程中的众多控制点进行控制，各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站，通过网络与控制器连接，收集生产数据，传达操作指令。因此，DCS的主要特点归结为一句话就是：分散控制集中管理。 PLC 是可编程逻辑控制器的英文缩写（Programmable Logic Controller），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。FCS 是现场总线技术与智能仪表管控一体化的现场总线控制系统，在主要控制器上采用带芯片处理器的智能仪表。通过使用现场总线，可以大量减少现场接线，用单个现场仪表可实现多变量通信，不同生产装置间可以完全交互操作，增加现场一级的控制功能，系统集成大大简化，并且维护十分简便。本工厂选用的是DCS控制系统，系统的设计采用合适的冗余配置和诊断至模件级的自诊断功能，具有高度的可靠性。系统内任一组件发生故障，均不会影响整个系统的工作。系统的参数、报警、自诊断及其他管理功能高度集中在CRT上显示和在打印机上打印，控制系统在功能和物理上真正分散，整个系统的可利用率至少为99.9；系统平均无故障时间为10万小时，实现了核电、火电、热电、石化、化工、冶金、建材诸多领域的完整监控。7.3 仪表基本类型及选型7.3.1 化工生产过程设计的基本仪表类型化工测量仪表主要有有温度、压力、流量和物位测量仪表。（1）温度测量仪表温度测量仪表有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、热电偶等接触式仪表，也有光学、光电和辐射高温计之类的非接触式仪表。（2）压力测量仪表压力测量仪表有液柱式压力表、普通弹簧管式压力表、专用弹簧管式压力表（氨、氧气、氦气、乙炔等气体用）、膜片式压力表、特种压力表（耐酸、耐高温等）。（3）流量测量仪表流量测量仪表有转子式（经常使用的有玻璃转子流量计）和容积式等。（4）物位测量仪表物位测量仪表按所使用的物理原理可分为直读式物位仪表、差压式物位仪表（包括压力式）、浮力式物位仪表、电测式（电阻式，电容式与电感式）物位仪表、超声式物位仪表、核辐射式物位仪表等。 7.3.2 仪表选型原则仪表是自动控制系统的重要组成部分，关系到自动控制系统的控制精度和稳定性，本项目对仪表进行选型时参照的标准如下：（1）现场仪表是采集工艺参数的主要工具，是确保自动控制系统正常运行和科学管理的重要基础保证，因此应选用符合工艺控制精度、灵敏度要求的高性能智能型仪表。（2）为节约人力成本，减少维护强度，应选用高稳定性、免维护或低者维护的智能仪表。（3）现场变送器须选择带现场显示的，以方便现场检修。（4）仪表的选择应考虑环境的适应性。特别是传感器如直接与物料、反应液接触，很容易腐蚀和结垢。因此应尽量选择非接触式的、无阻塞隔膜式、电磁式和可清洗式的传感器（如超声波、电磁式等）。（5）尽量选用不断流拆卸式和维护周期较长的仪表，方便维护管理。（6）在有易燃易爆物质存在的特殊场合，应严格按照有关标准，选择具有防爆性能的产品。（7）为降低成本，在满足生产方面的要求的前提下，优先选用节能型产品。7.4 设备控制方案7.4.1 泵的控制离心泵决定了相关管路的流量，进而影响其它设备（如反应器，精馏塔等）的液位，温度等因素。离心泵的控制主要为流量控制。离心泵的流量控制常见方法有：控制泵的出口阀门开度、控制泵的转速。其中，控制泵的出口阀门开启度的方案虽然使总的机械效率有一定损失，但是简单可行，是应用最为广泛的方案。控制阀位于离心泵出口管线上，控制信号来自相应单元设备的温度、液位、压力等传感器。另外，对于离心泵本身，设有以下安全控制：（1）输送高温液体时，为了防止热量扩散和工作人员不慎烫伤，在泵上和相应管路上覆盖40mm 保温层（如精馏塔的回流泵）；同样，输送低温液体时，为了防止空气中水汽凝结在泵与管道上，加速腐蚀，泵与管道上覆盖有冷保温层。（2）泵进出口设有排气和排净阀，并装有切断阀。（3）泵出口设有止回阀，防止液体回流，打碎叶片。（4）每台泵的出口均就地安装压力仪表（5）对于原料进料泵、回流泵、循环泵、产品泵，参照化工工艺手册的建议，均配有备用泵。（6）泵的进口前设置Y型过滤器，防止杂质进入泵的叶轮，减小泵的磨损，增长泵的寿命。图7-1 离心泵的控制7.4.2 换热器的控制温度对于工艺的影响相当大，因此控制温度在需要的范围内具有重要的意义。换热器控制的目的即是控制温度。常用的控制方案有以下几种情况：调节载热体流量、调节载热体汽化温度、工艺介质分流、改变传热面积。换热器有工艺物流与公用工程换热器、工艺物流间换热器、冷凝器和再沸器四种。冷凝器和再沸器将在精馏塔控制中叙述。（1）工艺物流与公用工程换热器该类换热器的作用是将工艺物流加热或冷却到目标值。工艺流体的温度容易发生扰动，而流量由于其他阀门的存在，基本认为是稳定的，由于工艺要求，不能控制工艺流体的流量，故在设计中控制了公用工程的流量。由于换热器对控制的精度要求不高，因此需要根据流股的热量来控制公用工程的流量。图7-2 工艺物流与公用工程换热器的控制（2）工艺物流间换热器该类换热器的作用是用工艺物流将另一股工艺物流加热或冷却到工艺所需的目标值，通过合理设计系统换热网路，实现系统内部的热量集成。由于物料间的换热不能直接通过调整进口流量来实现，欲控制冷（热）物料流股的出口温度在某一范围内，而与其换热的热（冷）物料流股的量是一定的，所以该工艺为热（冷）物流设置了旁路。当冷（热）物流出口温度超过设定值时，通过调整进口阀门的开度来调整换热量以此稳定热物流的温度。如图10-3所示。图7-3 工艺物流间换热器的控制7.4.3 压缩机的控制由于压缩机在压缩气体过程是一个升温的过程，所以一般压缩机需要冷却水冷却，防止压缩机温度过高。由压缩机进出口气体的压差来调节压缩机的功率。为了防止压缩机的温度过高，在压缩机上安装有温度指示和报警的仪表，并且该仪表可以在温度过高的情况下，锁定压缩机电机，防止压缩机温度过高，损坏压缩机构件。压缩机产生周期性气体振荡现象为“喘振”。当压缩机入口流量小于控制器设定值时, 则调节阀打开, 经旁路循环线返回足够的气体, 以使控制器测量值逐渐大于设定值，从而避免喘振的产生。图7-4 压缩机的控制7.4.4 气液分离器的控制气液分离器的控制包括液位控制和压力控制。液位控制为简单控制系统。通过液位的高度来控制闪蒸罐底的调节阀，以此来控制闪蒸罐液相流量来达到控制的目的，防止液相溢出。对于压力的控制，正常工作时，通过控制罐顶的气体流量来控制罐内压力。当出现紧急状况时，可通过安全阀泄压迅速泄压，最大限度保证装置安全稳定。图7-5 气液分离器的控制7.4.5 塔设备的控制只有一股连续进料(双组分或多组分)、塔顶和塔釜各有一股连续出料的蒸馏塔称为简单蒸馏塔。蒸馏塔系统是由简单蒸馏塔、再沸器、冷凝器和回流罐组成，塔釜为液体，塔顶馏出为气体，经冷凝器冷却之后为液体或气液两相状态。本装置中多为简单精馏塔，也有个别塔类设备为不完全精馏塔或复杂精馏塔，其控制方案相差不大，此处，以完整精馏塔T0301为例进行说明。（1）冷凝器和再沸器的控制 1）冷凝器冷凝器一般分为调节水量冷凝器、不调节水量冷凝器和空冷器。本项目主要采用调节水量冷凝器，对于该类型冷却器。冷凝液管道有坡度要求。冷却上水管道设止回阀。冷却水出口管的切断阀游设安全阀。寒冷地区冷却水进出口阀前设防冻管道，并根据需要采用伴热管保温。冷却下水管道最高处设排气阀放空。冷凝器物料侧需设置排气管道，以排除不凝性气体。升气管设温度检测点。冷凝液管设温度检测点。冷却水管上设置流量控制阀，用物料出口温度控制冷却水控制阀的开度。冷却下水管道设置温度和压力检测。对于加压蒸馏系统，冷凝器物料侧放空管道上设置压力调节系统。 2）再沸器再沸器有釜式再沸器、热虹吸再沸器和强制循环再沸器。本项目主要使用热虹吸式再沸器控制液位，通过调节再沸器加热介质流量来实现对塔釜温度的控制。（2）普通精馏塔的控制精馏塔控制的目的是保证塔顶或塔釜产品的纯度，并稳定操作。普通塔主要从以下方面进行控制： 1）物料流量的控制：精馏塔液体的进料通过控制泵来进行控制，回流量通过调节回流阀的开度进行控制，采出量在监测回流罐的液位下，通过调节采出管道的气动阀门来进行控制。 2）温度的控制：控制稳定塔内的温度，才能保证塔底产品的纯度，通过测量仪表获得灵敏板的温度，形成信号，作为加热蒸汽流量的副控制系统进行控制。 3）塔釜液位的控制：通过塔釜出料流量的控制来实现。 4）塔压的控制：通过调节冷凝剂的用量，从而控制冷凝速率来控制塔顶的压力，为了保证安全，帮帮你设计设置了泄压装置。 5）其他仪表：为了理解塔内的操作情况，在精馏塔提馏段、精馏段加装温度计，在塔顶、塔釜加入压力测量指示控制系统，并引入计算机系统。 7.4.6 反应器控制本套装置中共有2类：一类为列管式固定床反应器，进行异丁烯氧化反应或一氧化碳氧化反应；另一类为三相环流反应器，进行甲基丙烯醛氧化酯化反应。由于反应器中催化剂对温度敏感度较高，反应器需要控制在恒温，及时移走反应生成的热，需要对反应器进行比较精确的控制，来达到稳定的转化率。以R0101的控制来具体说明反应器控制的具体方案。（1）温度控制本反应器通过控制壳程取热介质流量，来控制反应器床层温度。该控制采用以取热熔盐流量为操纵变量，以反应器列管温度为主变量的控制方案，控制反应器床层温度。（2）压力控制该反应器根据其工作压力和泄放量选定合适的安全阀，当压力波动不大时可以由调节出料流量改变压力。当压力超过一定的值时，安全阀打开，迅速泄压，达到保护设备的目的。图7-6 反应器的控制7.4.7 储罐的控制本装置设涉及的储罐有缓冲罐、回流罐、油水分离罐、原料及产品储罐等。此处以缓冲罐和油水分离罐的控制方案进行介绍。（1）缓冲罐对于其液位，通过测量罐内液位的变化，进而控制进口管路的流量，当管内液位较低时，控制系统自动开大罐的入口阀门，实现调节罐内液位的效果。本套装置缓冲罐均为常压储罐，且罐内介质为液体，故未设置安全阀。罐顶设置一放空管及就地压力计，罐出口管线最低处设置排净阀。图7-7 缓冲罐的控制（2）油水分离罐对于其液位，通过测量罐内液位的变化，进而控制进口管路的流量，当管内液位较低时，控制系统自动开大罐的入口阀门，实现调节罐内液位的效果。罐出口管线最低处设置排净阀。图7-8 油水分离罐的控制第8章供配电8.1 设计依据和原则8.1.1 设计依据本设计根据下列规范标准进行：标准电压GB 156-2007供配电系统设计规范GB 50052-200935、110kV及以下设计规范GB 50059-20113110kV及以下设计规范GB 50060-1992电力装置的继电保护和自动装置设计规范GB 50062-2008通用用电设备配电设计规范GB 50055-2011低压配电设计规范GB 50054-2011化工企业静电接地设计技术规定HG/T 20675-1990化工企业腐蚀场所电力设计技术规定HG/T 20666-1999石油化工企业工厂电力系统设计规范SH/T 3060-2013石油化工企业生产装置电力设计技术规定SH 3038-2000石油化工企业电气设备抗震鉴定标准SH 3071-19958.1.2 设计原则从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件，合理确定设计方案；根据工程特点、规模和发展规划，远近期结合，以近期为主；采用效率高、能耗低、性能先进的电气产品。设计电气设备和选择材料时，应充分考虑工厂当地的气候和环境条件。除非特殊说明，配电电压等级应该按基础工程设计数据中所列执行，务必满足全厂用电需求。配电系统的设计、安装应满足最大短路要求，且方便运行和经济可靠。8.2 供电电源扬子石化股份有限公司距芳烃厂约2km处有110/35/6kv自备热电站一座，其装机为360MW，现公司用电负荷公司为290MVA，并与华东电网相联能够向电网供电，因此有足够的供电能。由电站35kv两段母线上的出线间隔采用电缆向芳烃厂P1和P2变电所四台变压器供四回路35kv电源。8.3 用电负荷根据电力设计规范爆炸和火灾场所电力设备装置篇，按用电设备对供电可靠性的要求，将电力负荷分成三级。1、一级负荷：设备要求连续运转，突然停电将造成着火、爆炸或重大设各损毁、人身伤亡或巨大的经济损失时，称一级负荷。一级负荷应有两个独立电源供电，按工艺允许的断电时间间隔，考虑自动或手动投入备用电源。2、二级负荷：突然停电将产生大量废品、大量原料报废、大减产或将发生重大设备损坏事故，但采用适当措施避免者考虑到6千伏以上的架空输电可靠性高，而且发生故障时修复快，对二级负荷供电允许使用一条架空线供电用电缆供电时，也允许用一条线路供电。但至少分成两根电缆并接上单独的隔离开关。3、三级负荷：一、二级负荷以外的为三级负荷。三级负荷允许供电部门为检修更换供电系统的故障元件而停电。生产装置为连续性生产的石油化工装置，大部分为气体爆炸危险场所，生产过程对安全性、连续性要求较高。根据供配电系统设计规范（GB50052-95）和石油化工企业生产装置电力设计技术规定（SH3038-2000）中的有关规定划分，生产装置部分属于一、二级负荷。8.4 用电方案选择电源由南京化学工业园区长芦片区内变电站提供。8.5 防护系统厂区的建筑物包括：泵房、仓库、压缩机房、控制室、化验室和综合楼等。首先不同的建筑物应该按照不同的防雷要求进行防雷分类，再根据国家建筑物防雷设计规范对不同类别的建筑物进行不同雷害防护措施。具体的防雷措施见建筑物防雷设计规范（GB 50057-2010）。同时，无论对于哪类建筑，如果建筑物中有计算机、电子信息设备，特别是对于控制室、变电所，对于这些建筑物就要对雷击电磁脉冲进行设防。可以对该类建筑物进行电磁屏蔽。具体的措施是将建筑物墙和屋内的钢筋、金属的门窗等进行等电位连接，并与建筑物的防直击雷装置相连接，使建筑物形成一个“笼式”避雷网，对于防直雷击装置的雷电流及雷电云所形成的电磁干扰，可起到良好的屏蔽效果。引入、引出工厂该类建筑物的电缆需敷设在钢制电缆槽盒内，不同段的槽盒之间要有金属连接，这样雷击形成的电磁脉冲仅在钢制槽盒上的雷电过电压，而对槽盒内的电缆不会形成危害。此外，为了不使电缆槽盒上产生雷电过电压传到室内设备，在电缆槽盒引进时，须与所设置的等电位连接带相连接。若个别仪表电缆未能敷设在槽盒内，则该类电缆须选用屏蔽电缆。第9章电信9.1 设计原则工程规模、工艺生产要求火灾自动报警系统设计规范GB 50116-2013石油化工可燃气体和有毒气体监测报警设计规范GB 50493-2009石油化工企业电信设计规范SH/T 3153-2007石油化工企业生产装置电信设计规范SH/T 3028-2007工业企业调度电话和会议电话工程设计规范CECS36：91工业企业程控用户交换机工程设计规范CECS09：89工业企业通信工程设计图形及文字符号标准CECS37：91工业企业扩音通信系统工程设计规范CECS62：949.2 全厂电信网络通信系统包括行政管理电话、生产调度电话、无线通讯、火灾自动报警系统、可燃气毒气报警系统、电信外部线路等内容。第10章土建10.1 设计依据10.1.1 标准及规范建筑工程抗震设防分类标准GB 50223-2008混凝土结构设计规范GB 50010-2010建筑设计防火规范GB 50016-2014钢结构设计规范GB 50017-2012建筑结构可靠度设计统一标准GB 50068-2001建筑结构荷载规范GB 50009-2012公用建筑节能标准GB 50189-2005石油化工企业设计防火规范GB 50160-200810.1.2 项目特点化工厂生产的特点是：易燃、易爆、腐蚀性介质较多，这就对化工建筑提出了某些特殊的要求，在建筑设计时一定要采取相应的措施，避免或减少事故的发生。本项目拟选厂址位于南京化学工业园区,位于南京市北部，长江北岸，距南京市中心30公里。自然资源丰富，铁路公路等交通运输条件优越。南京市总面积6587km，城区面积76.34平方千米，全市水域总面积751平方千米，郊区面积790.87平方千米，约占全市面积的11.4%，沿江岸线总长近200公里。10.1.3 设计方案主要设计内容包括厂区内建筑物和建筑物的内部设计。本厂土建设计范围主要划分为以下几个区域：生产区、储罐区、配电室、控制室、仓库、消防室、科研区、行政楼、职工休息室，食堂等生活区。10.2 建筑设计10.2.1 建筑材料本项目建设生产中存在有易燃易爆的物质，工艺装置中，连续生产是在高温高压或低温等条件下进行，存在着火灾爆炸危险因素，因此，建筑物的建设要利用防爆墙，将容易发生爆炸的部位进行隔离，一旦发生火灾爆炸可以减少破坏面积，并利用门窗、轻质墙体泄压减少破坏程度。10.2.2 结构设计及相应措施本工程设计中，厂房采用现浇钢筋框架结构，生活辅助用房采用砖混结构。钢柱采用防火保护层。墙体的要求如下：外墙采用承重墙，用普通砖做厂房维护墙，并在檐口设置一道圈梁。屋顶板采用空心板，楼墙板采用空心板或槽型板。为了便于生产以及安全疏散，本设计采用室外楼梯，楼梯采用防火材料，侧窗采用开平窗，大门采用开平门。屋顶采用坡度为5的平面顶刚性防水屋顶，有组织排水；对有爆炸危险的厂房，其墙体的耐火性能根据实际选择。10.2.3 对有特殊要求的建、构筑物所采取的建筑措施10.2.3.1 1、设置防爆墙将有爆炸危险的生产部位用防爆墙分隔，减少由于爆炸产生的二次破坏，有利于尽快回复生产。为了进入有爆炸危险的区域可采用防爆门斗。本项目中，泵房、压缩车房、锅炉房、控制室、质量检测室等均采用一级防火材料。在建筑里安置避雷针，防止雷电引起的爆炸事故。10.2.3.2 2、设置泄压爆炸危险的厂房，应设置轻质屋盖泄压、门窗泄压及轻质外墙泄压。钢板复合的墙板和屋面板重量轻，但在一定长度内应断开搭接，才能达到泄压目的。布置泄压面，应尽可能靠近爆炸部位；侧面泄压应尽量避开室外设备、人员集中场所、主要道路。其泄压比值应达到建筑设计防火规范的要求。本项目中，采用轻质屋盖作为泄压设施，保持顶棚平整，避免产生死角，保持厂房上部空间通风良好。10.2.3.3 3、不发火地面由于散发比空气重的可燃性气体，会沉积在地面，当达到爆炸浓度时，由于碰撞、摩擦、静电产生的火花会引起火灾爆炸的危险，应采用不发火地面。不发火无机材料地面，是采用不发火水泥砂浆、细石混凝土、水磨石等无机材料制造。骨料可用不含金属的石灰石、白云石等不发火材料，施工前配置成试块，进行试验，确认不发火后才能正式使用。在使用不发火混凝土制作地面时，应采用摩擦碰撞不发火材料做分格条。采用不产生火花的有机面层、彩色耐磨不发火涂料，施工周期短，易清洁，美观大方，是目前经常采用的做法。本项目中，泵房、压缩车房、锅炉房地面采用绝缘材料作为整体材料紧密填实，并采取防静电措施，所有动设备均使用防爆静电机作为驱动机，保证安全。另外，本设计范围内多采用钢筋框架结构，对钢筋混凝土屋面板、梁、柱基础内的钢筋，宜采用接闪器，引下线和接地装置。10.2.3.4 4、设置防爆门斗设置防爆门斗是解决交通和防爆的有力措施，第一道门宜采用防爆门，才能达到防爆的效果。但防爆门均采用特殊钢材制作，其连接转动部件和防止门与门框碰撞产生火花，门铰链应采用青铜轴和垫圈或其他摩擦碰撞不发火材料制作，门扇周边贴橡胶板，防止碰撞产生火花。防爆门斗内要有一定的容积，保证当门打开时瞬时进入的可燃气体浓度降低。防爆门斗也是爆炸危险部位的安全出口，其位置应满足安全疏散距离的要求。10.3 结构设计10.3.1 结构型式（1）厂房的结构型式有砖混结构、现浇钢筋混凝土结构、装配式钢筋混凝土结构和钢框架结构等。在选型时，应根据它们的特点，以满足生产与安全的一致性及使用性和节约投资等方面综合考虑。（2）钢结构厂房施工速度快是其一大特点，钢结构厂房的耐爆强度很高，但受热后由于钢材的强度大大下降（如温度升到500时，其强度只有原来的一半），耐火极限低，在高温时将失去载荷能力。钢结构的厂房应根据不同的耐火等级选用防火涂料，也可以在钢构件外报上非燃烧材的覆盖层，被覆的厚度应满足耐火极限的要求，以保证钢构件不致因高温而降低强度。10.3.2 基础方案基础的设计根据各建（构）筑物的结构型式、基础类型以及上部结构载荷大小，针对工程地质情况，可分别采用浅基础，甚至桩基。浅基础用于层数不多，负载不大的单层房屋或混合结构，深基础或桩基用于层数较多，负载较大建（构）筑物和大型动力基础等。10.3.3 特殊的结构措施设计中合理选择建筑各部位的构造是满足建筑功能要求的保证。应从设计和使用的角度考虑泄爆与抗爆建筑构造。对于有防爆要求的各类厂房、仓库等，要着重处理好泄压屋盖、泄压外墙、泄压窗、不发火地面和楼面以及防爆墙。防爆窗等的建筑构造。对有爆炸危险厂房所规定的泄压面积与厂房体积的比值应采用0.050.22。当厂房体积超过1000，采用上述比值有困难时，可适当降低，但不宜小于0.03。（1）泄压屋盖：这是防止建筑物内部爆炸的首选措施，因为它可以加大泄压面积，有利于尽快释放爆炸时产生的大量气体和热量，以降低室内爆炸压力。按规范要求，用作泄压的屋盖和墙体自重不宜大于121kg/m2。普遍采用小波石棉瓦做泄压屋面。为了施工和检修的安全，下面实质镀锌钢丝网或钢筋网。为了防水和保温，在轻质瓦面上加设保温和卷材防水层。（2）泄压轻质外墙：它基本与泄压轻质屋盖相同。单位面积自重也应严格控制，采用大、中波石棉瓦，为适应其建筑物许可的变形，安装固定均用柔性节点避免石棉瓦减压破碎。（3）泄压窗：为避免开关时相互撞击而产生火花，故泄压窗采用木窗，并用铜质零件。为了泄压，窗的型式采用外开窗，并用转轴偏上的中悬窗。（4）不发火花的地面和楼面：这主要指面层材料的选择。采用耐酸瓷砖、天然磨光大理石板（禁用花岗岩等火成岩制品）、木板（钉头不得外露）、塑料和橡胶板（注意采取导静电措施）等。（5）防爆门：应具有很高的抗爆强度，需采用角钢或槽钢、工字钢拼装焊接制作门框骨架，门板则以抗爆强度高的装甲钢板或锅炉钢板制作。门的铰链装配时，应衬有青铜套轴和垫圈；门扇的周边衬贴橡皮带软垫，以排除因开关时由于摩擦碰撞可能产生的火花。（6）防爆墙：防爆墙应具有耐爆炸压力的强度和耐火性能。是抵抗外部环境爆炸的重要措施，用钢筋砖填充防爆墙，防爆墙上不应开通气孔道，不宜开普通门、窗、洞口，必要时应采用防爆门窗。（7）防爆窗：防爆窗的窗框及玻璃均应采用抗爆强度高的材料。窗框可用角钢、钢板制作。而玻璃则应采用夹层的防爆玻璃。10.4 抗震设计根据中国地震动参数区划图（GB18306-2015）和建设抗震设计规范（GB50011-2010），地震动峰值加速度为0.10g，本项目选址地抗震设防烈度为八度。建筑设计应符合抗震概念设计的要求，尽量采用规则对称的设计方案，保证结构体系具有合理的地震传递路径，在确定建、构筑物结构方案时，应考虑其体系有多道抗震防线，在两个主轴方向的动力特性接近，具备良好的变形能力和消耗地震能量的能力。遵照建筑抗震设计规范，采用二阶段设计方法实现设防要求。第阶段设计是（小震不坏）按小震作用效应和其他荷载效应的基本组合验算结构构件的承载能力，以及在小震作用下验算结构的弹性变形。具体地说是在方案布置符合抗震设计原则的前提下，以众值烈度（小震）下的地震作用值作为设防指标，假定结构和构件处于弹性工作状态，计算结构的地震作用效应（内力和变形），验算结构构件抗震承载力，并采取必要的抗震措施。这样既满足了在第一水准下具有必要的承载力（小震不坏），同时又满足了第二水准的设防要求（损坏可修）。另外，对于框架结构和框架-剪力墙结构等较柔的结构，还要验算众值烈度下的弹性间层位移，以控制其侧向变形在小震作用下不致过大。对大多数的结构，可只进行第一阶段设计，而通过概念设计和抗震构造措施来满足第三水准的设计要求。第二阶段设计是（中震可修）弹塑性变形验算，对特殊要求的建筑和地震时易倒塌的结构，除进行第一阶段设计外，还要按大震作用时进行薄弱部位的弹塑性层间变形验算和采取相应的构造措施，实现第三水准（大震不倒）的设防要求。首先是要根据实际设计截面寻找结构的薄弱层或薄弱部位（层间位移较大的楼层或首先屈服的部位），然后计算和控制其在大震作用下的弹塑性层间位移，并采取提高结构变形能力的构造措施，达到大震不倒的目的。10.5 安全疏散布置安全出口要遵照“双向疏散”的原则，即建筑物内常有人员停留在任意地点，均宜保持有两个方向的疏散路线，使疏散的安全性得到充分的保证。安全出口处不得设置门槛、台阶、疏散门应向外开启，不得采用卷帘门、转门、吊门和侧拉门，门不得设置门帘、屏风等影响疏散的遮挡物。公共娱乐场所在营业时必须确保安全出口和疏散通道畅通无阻等等。为了防止在发生事故时，出现照明中断而影响疏散工作的进行，在人员密集的场所、地下建筑等疏散过道和楼梯上均应设置事故照明和安全疏散标志，照明应属。第11章给排水11.1 设计概述（1）符合国家法律法规的给排水工程，达到防治水污染，改善和保护环境，提高人民生活水平和保障安全的要求。（2）给水方案选择以节约用水为原则，尽可能合理利用水资源，生产用水尽可能循环使用，其他用水采用分质供水。（3）排水采用清污分流制。分质排放，减少污染，保护环境。生产污水和生活污水均经处理后达到二次用水标准。11.2 给水系统本分厂给水系统可分为 5 个主要供水子系统，即工艺用水系统、循环冷却水系统、生活用水系统、消防供水系统和杂用水系统。室内给水管道与室外生活给水管道交接点为距建筑外墙 1.0 米处；室内生活污水管道与室外污水检查井的井中心交接点为距建筑外墙 2.03.0 米处；废水管道与室外污水检查井的井中心交接点为距建筑外墙 2.03.0 米处。结合厂区的实际地理位置和气候水文情况，给水系统设计如下：（1）厂区内供水管由生活用水管网和生产用水管网 2 套独立管网组成。给水管网沿地块内部规划主次支路成环状管网布置，保证供水安全的可靠性，便于地块多方位开口接管。给水管在道路下的管位沿路西、路北布置。（2）本工程消防为二路供水，给水引入管至红线内经三座工厂用水水表后与本工程室外生活消防合用环状给水管相连接，且表后设“倒流防止器”。（3）管径 DN80mm 者，采用内外壁涂塑钢管，丝扣连接。管径 DN80mm 者，采用管内壁涂塑球墨给水铸铁管，橡胶圈接口。并设支墩。管内壁涂塑材质应符合工业用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准GB/T172191998 的要求。（4）水表井和阀门井均采用砖砌筑。井盖采用球墨铸铁井盖和盖座，位于行车道上者为重型；位于非行车道上者为轻型。11.3 排水系统本着清污分流的划分原则，结合厂外排水条件并满足环保要求，本工程排水系统划分为：生活污水排放，生产废水排放、循环冷却水排放、雨水排放。11.3.1 生产排水系统本工艺的生产废水包括一股从 MAL 分离工段 MAL 精馏塔塔底排出的废水，该废水中含大约 97.5%水、2.5%乙酸、17ppmMAL 及 5ppm 甲醇；一股从 MMA 纯化工段水回收塔塔底排出的废水，该废水中几乎 100%都是水，只含 185ppm 对甲氧基苯酚、372ppb 乙酸、221ppb甲醇及 13ppbMAL；另外还有机泵冷却用产生的含油污水。生产废水总计 13t/h，均送至本厂的循环水站，运用奥博公司的水处理药剂及其废水回用于循环水技术进行处理。工艺中冷却水通过换热器出口再汇总至冷却水排放管，其中空置冷却水出口一般不高于35，以免造成严重的结垢和对环境造成破坏。冷却水进入本厂的循环水站进行二次冷却利用和循环水多级利用。 11.3.2 生活排水系统生活污水是指园区内生活用水所产生的常规污水和废水，主要来源于卫生间等，经管道汇集后排至室外检查井。厨房排水经室内汇集通过格栅后排至室外隔油池。生活污水取最大用水量的 8595%估算，从而进行管道的铺设。本厂中均通过专用管道送至总厂水处理基地，集中经沉淀池处理，然后排入厂区排水主干沟进入城市污水管网。11.3.3 冷却水排水系统工艺中冷却水用量较大，循环使用，通过换热器出口再汇总至公用工程，冷却后再循环至换热器循环使用，其中空置冷却水出口一般不高于 35，最高不高于 50，以免造成严重和对环境造成破坏。本厂的冷却水系统为循环冷却水系统，冷却水循环时需要加入适量的阻垢剂，以防止因循环产生的结垢现象。循环冷却水系统基本无废水排放，仅仅是由于凉水塔产生的水损失，大约为总水量的 1%左右，这些水变为水蒸气，可以直接排放到大气中。不同换热器的冷却水出口温度不同，且有的温度相差较大，被冷却物料的能量级别不同，因此经换热器出来的温度不太高的冷却水可以直接用作温度较高的物料的初级冷却，以实现能量的逐级有效利用，但同时应综合考虑冷却系统的经济性。11.3.4 污染雨水排放系统收集和排放装置污染区初期污染雨水及地面冲洗水，最终汇入装置区内设置的污染雨水收集池。污染雨水收集池内污水经泵提升后排入生产废水排水系统，送本厂的循环水站进行处理。 11.3.5 清洁雨水排放系统雨水排放系统设计要求如下： (1)室外道路边适当位置设置平箅式雨水口、收集道路、人行道及屋面雨水。 (2)屋面雨水的排水系统采用外排水系统。 (3)天沟外排水的流水长度，不宜大于 50m，其坡度不宜小于 0.003。天沟的排水，应在山墙上或天沟末端设置溢流口。通、直角顺水三通或直角顺水四通等配件。 (4)雨水管道的布置，应将雨水以最短距离就近排至室外。 (5)屋面雨水由天沟进入雨水排水管道入口处设置雨水斗，雨水斗有整流格栅。雨水斗格栅的进水孔有效面积等于连接管横断面积的 22.5 倍。 (6)雨水的排水系统，采用单斗排水。布置雨水斗时，以伸缩缝或沉降缝作为天沟排水水线。防火墙处设置雨水斗时在防火墙的两则各设一个雨水斗。雨水斗的排水连接管管径不得小于 100mm，牢固地固定在建筑物承重结构上。 (7)雨水管采用承插式钢筋混凝土管，橡胶圈接口，并设混凝土基础。 (8)雨水口、雨水检查井均采用砖砌筑。11.3.6 非正常排水系统在一般情况下，工艺装置开车试运行时，污水处理站先进行调试，以便随时接纳并适应装置排放的污水。各装置废水经处理后回用于工艺系统，即使在装置运行出现波动时，仍可通过污水处理站内的事故纳污池及监护池进行调节。事故池内污水由定量泵送入总厂的污水处理站处理，不外排。正常情况下，有极少量污水排往灰渣场用于喷湿抑尘；但如果在装置开车调试期，出现异常波动，所排放的污水与设计值有较大出入时，污水不能进入污水处理站，此时生产污水先排至污水处理站内事故纳污池，稀释后分时段进行处理，处理达标后排放。11.4 节水措施11.4.1 废水用作循环水本项目单独在厂区中建设循环水站，在生产过程中产生的精馏废水、含油污水及污染雨水系统的废水都可以进入循环水系统，运用奥博公司的水处理药剂及其废水回用于循环水技术进行处理。将工业废水处理成为工业循环冷却水补充水，有效实现了水资源的重复利用，循环水补充水不需要使用新鲜洁净水，大大降低了用水成本，保护了有限的环境水资源，实现了废水零排放，做到了清洁生产。详细介绍见创新性说明书。11.4.2 其他节水措施对于能够进行一水多用的设备及工艺尽量做到一水多用，从而节省水耗量，降低能耗。对各装置主要工业水、冷却水尽可能采用循环水，实行水的重复利用，节约水资源。发电机组、压缩机等需冷却的设备采用空冷系统，以减少循环水用量，相应减少补充水用量，节约用水。加强用水管理，配置流量计、水表等计量工具，对各用水装置实行定额管理，消除跑冒漏滴。尽量采用气水反冲洗来清洗设备，以便减少水的用量。道路浇洒水、绿化用水等对水质要求不高，均采用回用水站排放废水。采用节水型用水器具，使用具有自闭功能的自动节水龙头，使用节水型淋浴设施,实现节水。本项目一旦实施，施工中应尽可能地减少地下管网管道泄露，以便有效地收集污、废水，达到节水目的。第12章供热系统本厂使用的热源为供热蒸汽，由园区统一提供，通过管路使厂区车间与蒸汽管道工程系统连接。本章编制供热工程简述，对厂区的热量供应和使用情况作出概览。本厂主要使用0.2MPa、125的低压蒸汽12.1 供热简介热系统主要提低压蒸汽。通常由锅炉或工业装置的废热锅炉提供蒸汽驱动压缩机和泵的透平，或作为换热器的热源。抽汽式透平可提供低一级的中压蒸汽或低压蒸汽，蒸汽除可供工艺加热外，还应用于吹扫、蒸汽伴热、采暖消防、稀释、事故等使用。中、低压蒸汽系统蒸汽量不够时，可用于高一级的蒸汽通过减温、减压后补入。应根据不同工况，如正常工况，开车工况，夏季工况，冬季工况，蒸汽大用户的备用工况（用汽、电备用），蒸汽用户的连续、间隙工况等进行设计，以确保工艺装置能在不同工况下运行。总图蒸汽系统12.2 供热热源扬子石化工业区从节能减排出发，实施集中供热，依托中化炼化项目规划建设 2 座自备热电站，分别为集中热电 1 和集中热电 2，热电站建设分期进行，并留有扩建余地。目前，扬子石化工业区 2660MW 超超临界热电联产项目在建，建成后将大大满足扬子石化工业区企业用热负荷增长需求，实施园区集中供热，促进节能减排。12.3 蒸汽系统12.3.1 蒸汽需求蒸汽系统的汽源满足工厂在正常和事故状态时供汽的可靠性和连续性。除了工艺原因外，动力系统的运行也会影响事故状态时的供汽需求，包括锅炉计划外维修，工厂供电系统故障，供汽系统的破坏。故蒸汽系统的供汽能力符合下列要求： 1、供汽量要大于工厂正常生产中高峰负荷时的需要，此时锅炉的供汽量为正常生产负荷的 20%130%。 2、在最大的一个锅炉停止使用时，余下锅炉的供汽能力仍能满足工厂正常生产的需要。 3、锅炉的安装容量至少等于工厂事故时的最大蒸汽需要量，此时允许锅炉在按 10%额定负荷下运行 2h。 12.3.2 设计原则1.设计蒸汽时，蒸汽支管必须从蒸汽总管上部引出，支管上的切断阀安装在靠近主管的水平管段上，以避免存液。 2.汽轮机等重要设备所用蒸汽管道应从蒸汽总管上直接引出，不得再引出灭火、消防、吹扫等其他用途的蒸汽支管，以免其他用户耗气量变化时，引起汽轮机供汽量的变化，影响汽轮机的正常操作。 3.对于超高压和高压蒸汽（4.5Mpa.G），放净阀应设置双切断阀，同时，排出的凝液不能进入蒸汽凝液系统，而应引入一段切断的管道，以降低噪声，气体从管道顶部排入大气，液体进入无污染排放。 4.一般从蒸汽主管上引出的蒸汽支管均应采用二阀组。而从蒸汽主管或支管引出接至工艺设备或工艺管道的蒸汽管上，必须设三阀组，即两切断阀之间设一常开的 DN20 检察阀，以便随时发现泄漏。 5.过热蒸汽总管只在刚开车时产生凝液，正常运行时并不产生，所以过热蒸汽的总管不需设置疏水阀，但在低点，立管底部及系统末端要设置排净接口。 6.饱和蒸汽管道每隔 90250m 要设置疏水器，在系统的低点及系统的末端要设置排净口，以排出管道内的凝液。在调节阀前要设导淋，排出凝液。 7.在蒸汽管道的 U 形补偿器上，不得引出支管。在靠近 U 形补偿器两侧的直管上引出支管时，支管不应妨碍主管的变形或位移。因主管膨胀而产生的支管引出点的位移，不应使支管承受过大的应力或过多的位移。 8.蒸汽系统要按工程规定进行保温。 9.减温、减压装置及背压式汽轮机的抽汽管线上要设置安全阀，以防止发生故障时，系统发生超压。 10.各级蒸汽可设减温、减压装置，既可作为汽轮机发生故障的备用措施，又可作为少量蒸汽调节的手段。 11.连续排放或经常排放的乏汽管道，应引至非主要操作区和操作人员不多的地方。 12.直接排至大气的蒸汽放空管，应在该管下端的弯头附近开一个直径 6mm 的排液孔，并借 DN15 的管子引至边沟、漏斗等合适的地方。如果放空管上装有消声器，则消声器底部应设 DN15 的排液管并与放空管相接。 13.为了保证重要用户用汽，设计中要考虑设置一个蒸汽自动切断系统，在发生器械事故时，按预定的程序切断非重要用户的负荷。为了确认次系统的可靠性，在正常生产时要进行试验。 12.3.3 设计方案本着节省投资、技术上安全可靠，有利于加快施工进度、方便操作及维修检查的原则，本集成工厂除循环水主管、部分用水量大的设备供、回水管道埋地敷设外，其余外管均以架空方式辅设为主。架空方式敷设的工艺及供热外管道，管架净空高度4.5m，跨越主要道路时管架净空高度5.5m。管架主要采用双柱双层单层梁式管架，双层管架层高度约 2m。管架断面宽 46m，纵向跨距主要采用 912m。跨道路采用椼架式管架，跨距为 1521m。第13章环境保护专篇13.1 设计概述为确保生产环境有序、清洁，并满足特殊工序对环境参数的要求，使工厂资源得到合理配置和合理使用，从而达到工厂质量方针和目标的要求，本项目设计高度重视工厂和周边环境的保护，专门编制本章，对生产过程中的环保措施和布置作出叙述。本项目每年大约产生废水11.44万吨，废气1.32万吨（可燃性），废渣为催化剂、生活垃圾等废物。其中生产废水采用回用技术作为循环水，生活污水经过化粪处理后送总厂污水处理站，可燃性废气通过火炬系统燃烧处理达标后排放，废渣通过部分回收后其余综合处理利用。13.2 三废总量一览表及处理方法表13-1 三废排放总表三废名称废水废气废渣总量14.2t/a25.25t/a227.11t/a表13-2 废水排放一览表序号排污液排放源排放量（t/h）废水组成（wt%）排放方式处理方法和去向1精馏废水WW21MAL精馏塔塔底7.8水：97.5 乙酸：2.5MAL：17ppm 甲醇：5ppm连续送循环水站处理2精馏废水WW41水回收塔塔底1.2水：100 对甲氧基苯酚：185ppm 乙酸：372ppb 甲醇：254 ppb MAL：13ppb连续送循环水站处理3含油污水机泵冷却4微含油间歇送循环水站处理4生活污水生活设施1.2成分复杂间歇经化粪处理后送总厂污水处理站表13-3 废气排放一览表序号排放气名称排放点排放量（t/h）废气组成（v%）排放方式排放去向1急冷废气WG21急冷塔塔顶23.6N2：92.8 O2：4.5CO2：2.6 H2O：806ppm乙酸：4ppm 痕量CO、MAL、甲醇（根据GB16297-1996及GB 31571-2015在排放限值之内）连续排大气2精馏废气WG22MAL精馏塔塔顶0.52N2：46.3 MAL：22.3CO2：12.4 甲醇：6.6 异丁烯：6.6 微量醛、酮等连续送燃气管网3氧化酯化废气WG31气液分离器顶部0.73O2：50.9 CO2：19.9 丙烯：10.1 甲醇：9.1 甲酸甲酯：4.3 异丁烯：3.7微量丙酮、乙醛等连续送燃气管网4MMA分离段循环放空WG41MMA提馏塔塔顶0.40MMA：78.8 甲醇：15.2H2O：4.8 MAL：1.2连续送燃气管网表13-4 固体废物排放一览表序号废弃固体名称排放点排放量（t/a）废弃固体组成排放方式处理方法及排放去向1异丁烯氧化催化剂偶联反应器2.57Mo12Bi1Fe3Co8Mn0.3Cs0.2K0.2Ox2年/次供应商回收2氧化酯化催化剂加氢反应器0.21Pd5Bi2PbFeCe0.5/CaCO31.5年/次供应商回收3一氧化碳吸附剂尾气处理器0.18Cu-Zn-Mn-Ni-Fe/ Al2O34年/次供应商回收4生产包装物生产使用200低毒或腐蚀性间歇送至资质处理单位5生活垃圾生活区26生活垃圾间歇由环卫部门清运处理13.2.1 废气处理废气处理后的排放浓度应符合大气污染物综合排放标准GB 16297-1996中的相关排放标准。不同废气由于其组成不同，应当采用不同的方法具体处理。急冷塔塔顶气组成为93.3 v% N2、4 v%O2、2.1 v% CO2、0.5 v%CO、807ppmH2O、4ppm乙酸以及痕量MAL、甲醇。由于CO不能直接排放大气，且N2含量很高，废气不能直接燃烧，因此，根据该股废气组成的特点并结合目前一氧化碳吸附剂的研究现状，本项目采取如下工艺：使用一种多元高活性组分Cu-Zn-Mn-Ni-Fe/ Al2O3吸附剂，利用废气中本身含有的氧气与一氧化碳反应生成二氧化碳，脱CO深度0.01ppm （大气中CO含量为0.1ppm左右），达到了脱除的目的。脱除CO后的废气中MAL 含量为1.787 mg/m3，甲醇含量为0.255 mg/m3。根据石油化学工业污染物排放标准（GB31571-2015），MAL排放限值为 3 mg/m3，甲醇排放限值为 -0.001-17.747Mass Flow kg/hrIB8977.203241.613MAL10162.86CH3COCH3257.617CH3COOH199.161CH3CHO152.046CO124.241CO2506.833O26719.7481153.07N222130.6522130.65H2O2899.507Mass FracIB10.006MAL0.269CH3COCH30.007CH3COOH0.005CH3CHO0.004CO0.003CO20.013O20.2330.03N20.7670.585H2O0.077异丁烯氧化反应器表1-2 异丁烯氧化反应器物料衡算表INOUTMaterial FlowH11-R11R11-CP12Temperature C250330Pressure bar2.72.7Vapor Frac11Mole Flow kmol/hr11601163.439Mass Flow kg/hr37827.637827.6Volume Flow l/min311455.8360148Enthalpy Gcal/hr1.892-11.573Mass Flow kg/hrIB8977.203241.61MAL10162.87CH3COCH3257.617CH3COOH199.161CH3CHO152.046CO124.242CO2506.833O26719.7481153.068N222130.6522130.65H2O2899.508Mass FracIB0.2370.006MAL0.269CH3COCH30.007CH3COOH0.005CH3CHO0.004CO0.003CO20.013O20.1780.03N20.5850.585H2O0.077 MAL分离工段表1-3 MAL分离工段物料衡算表INOUTMaterial FlowH21-C21H2O-1CH3OH-1MALWG21WG22WW21Temperature C30525308030102.9Pressure bar5531.151.15Vapor Frac0.748000110Mole Flow kmol/hr1163.43928099.868270.813829.48514.187426.63Mass Flow kg/hr37827.65044.278320014145.8523582.05518.6557825.321Volume Flow l/min73363.5582.98867.262287.84181184.615417.738142.801Enthalpy Gcal/hr-17.747-19.212-5.687-12.181-1.053-0.246-28.645Mass Flow kg/hrIB241.613207.634trace33.979traceMAL10162.8610047.250.007115.4730.131CH3COCH3257.617252.934trace4.682traceCH3COOH199.1610.0030.104trace199.054CH3CHO152.046142.295trace9.751traceCO124.2410.0391.441traceCO2506.83321.28614.08964.346traceO21153.070.6211064.40517.923traceN222130.656.11421884.45240.089traceH2O2899.5075044.278297.82918.9960.8577626.097CH3OH32003169.8470.00130.1130.039Mass FracIB0.0060.015trace0.066traceMAL0.2690.71303 PPB0.22317 PPMCH3COCH30.0070.018trace0.009traceCH3COOH0.005200 PPB4 PPM7 PPB0.025CH3CHO0.0040.01trace0.019traceCO0.0033 PPM0.003traceCO20.0130.0020.0260.124traceO20.0344 PPM0.0450.035traceN20.585432 PPM0.9280.463traceH2O0.07710.021806 PPM0.0020.975CH3OH10.22441 PPB0.0585 PPM急冷塔表1-4 急冷塔物料衡算表INOUTMaterial FlowH21-C21H22-C21C21-V21C21-R21Temperature C30015.20.1Pressure bar554.8114.8Vapor Frac0.742001Mole Flow kmol/hr1163.9192006.342343.056827.202Mass Flow kg/hr37827.636710.9651079.6223458.94Volume Flow l/min72842.24601.798889.1365265.52Enthalpy Gcal/hr-18.359-138.411-155.399-1.372Mass Flow kg/hrIB45.76Trace45.76traceMAL10340.190.58410340.770.008CH3COCH3258.141Trace258.141traceCH3COOH202.133808.1041010.1320.104CH3CHO189.614Trace189.614traceCO124.494Trace1.51122.985CO2594.954Trace102.677492.276O2960.347trace15.731944.616N222130.65trace250.61921880.03H2O2981.31935902.138864.518.921CH3OH0.1670.1660.001Mass FracIB0.001trace896 PPMtraceMAL0.27316 PPM0.202334 PPBCH3COCH30.007trace0.005traceCH3COOH0.0050.0220.024 PPMCH3CHO0.005trace0.004traceCO0.003trace30 PPM0.005CO20.016trace0.0020.021O20.025trace308 PPM0.04N20.585trace0.0050.933H2O0.0790.9780.761807 PPMCH3OH5 PPM3 PPM44 PPB MAL精馏塔表1-5 MAL精馏塔物料衡算表INOUTMaterial FlowP22-C22MALC22-P23WG22Temperature C15.930102.730Pressure bar5.11.11.111.1Vapor Frac0001Mole Flow kmol/hr2418.152270.8132133.15214.187Mass Flow kg/hr53791.1114145.8539126.6518.655Volume Flow l/min949.786287.841713.8735417.738Enthalpy Gcal/hr-159.254-12.181-143.231-0.246Mass Flow kg/hrIB241.613207.634trace33.979MAL10163.3810047.250.656115.473CH3COCH3257.617252.934trace4.682CH3COOH995.2750.003995.272traceCH3CHO152.046142.295trace9.751CO1.480.039trace1.441CO285.62721.28trace64.346O218.5440.621trace17.923N2246.2036.114trace240.089H2O38429.17297.82938130.480.857CH3OH3200.1543169.8470.19430.113Mass FracIB0.0040.015trace0.066MAL0.1890.7117 PPM0.223CH3COCH30.0050.018trace0.009CH3COOH0.019200 PPB0.0257 PPBCH3CHO0.0030.01trace0.019CO28 PPM3 PPMtrace0.003CO20.0020.002trace0.124O2345 PPM44 PPMtrace0.035N20.005432 PPMtrace0.463H2O0.7140.0210.9750.002CH3OH0.0590.2245 PPM0.058氧化酯化工段表1-6 氧化酯化工段物料衡算表INOUTMaterial FlowMALCH3OH-2INHIBITO2C31-M41RECOV-1WG31Temperature C3025252583.956.220Pressure bar1.11.11.11.11.31.21.1Vapor Frac0001001Mole Flow kmol/hr270.8139000.114100443.593740.42820.243Mass Flow kg/hr14145.8528837.9414.23199.8820993.6724469.58733.315Volume Flow l/min287.841606.1540.20637559.36409.751537.2077475.581Enthalpy Gcal/hr-12.181-51.247-0.009 -0.001-31.709-41.952-0.459Mass Flow kg/hrIB207.634trace180.76226.871MAL10047.25252.1821.5220.085CH3COCH3252.9340.32251.4311.183CH3COOH0.0030.003tracetraceCH3CHO142.295trace134.7417.553CO0.039trace0.0010.038CO221.28trace18.201145.712O20.6213199.88trace7.317373.074N26.114trace0.0966.017H2O297.8293414.4810.0660.314CH3OH3169.84728837.943648.38722747.2466.761MMA13664.1trace0.297MFtrace1065.72931.501C3H6trace62.47773.908P-MET14.214.2traceMass FracIB0.015trace0.0070.037MAL0.710.01262 PPM116 PPMCH3COCH30.01815 PPM0.010.002CH3COOH200 PPB135 PPBtracetraceCH3CHO0.01trace0.0060.01CO3 PPMtrace26 PPB52 PPMCO20.002trace744 PPM0.199O244 PPM1trace299 PPM0.509N2432 PPMtrace4 PPM0.008H2O0.0210.1633 PPM428 PPMCH3OH0.22410.1740.930.091MMA0.651trace405 PPMMFtrace0.0440.043C3H6trace0.0030.101氧化酯化反应器表1-7 氧化酯化反应器INOUTMaterial FlowM31-R31R31-F31R31-M32Temperature C42.59090Pressure bar1.133Vapor Frac0.03910Mole Flow kmol/hr4232.524114.4094051.493Mass Flow kg/hr1440623951.806140110.2Volume Flow l/min69330.3819191.193195.286Enthalpy Gcal/hr-231.234-5-232.646Mass Flow kg/hrIB930.68193.626837.055MAL10053.343.625256.242CH3COCH31258.65929.7891228.87CH3COOH0.003trace0.003CH3CHO681.26148.01633.251CO0.0420.0390.003CO294.083158.85977.861O23229.768375.92833.728N26.4986.0520.446H2O298.09539.7493375.395CH3OH122996.82728.581114724.2MMA 0.00164.92113599.49MF4262.916290.7725069.26C3H6249.907111.856274.436P-METtraceMass FracIB0.0060.0240.006MAL0.07917 PPM0.002CH3COCH30.0090.0080.009CH3COOH20 PPB2 PPB20 PPBCH3CHO0.0050.0120.005CO288 PPB10 PPM21 PPBCO2653 PPM0.04556 PPMO20.0220.095241 PPMN245 PPM0.0023 PPMH2O0.0020.010.024CH3OH0.8540.690.819MMAtrace0.0160.097MF0.030.0740.036C3H60.0020.0280.002P-METtrace甲醇回收塔表1-8 甲醇回收塔物料衡算表INOUTMaterial FlowP31-C31C31-FS31C31-M41Temperature C3056.283.9Pressure bar21.21.3Vapor Frac000Mole Flow kmol/hr4145.7313702.138443.593Mass Flow kg/hr143341.6122347.920993.67Volume Flow l/min2952.5292686.034409.751Enthalpy Gcal/hr-244.619-209.758-31.709Mass Flow kg/hrIB903.808903.808traceMAL259.797.609252.182CH3COCH31257.4761257.1560.32CH3COOH0.003trace0.003CH3CHO673.707673.707traceCO0.0030.003traceCO291.00391.003traceO236.58336.583traceN20.4810.481traceH2O3414.8120.3313414.481CH3OH117384.6113736.23648.387MMA13664.1 0.00113664.1MF5328.6445328.644traceC3H6312.383312.383traceP-MET14.2trace14.2Mass FracIB0.0060.007traceMAL0.00262 PPM0.012CH3COCH30.0090.0115 PPMCH3COOH20 PPBtrace135 PPBCH3CHO0.0050.006traceCO22 PPB26 PPBtraceCO2635 PPM744 PPMtraceO2255 PPM299 PPMtraceN23 PPM4 PPMtraceH2O0.0243 PP

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