化工设计毕业设计

1 / 36 化工设计毕业设计 目录 1. 绪论 . 1 概论 . 1 研究目的及意义 . 1 我国商品天然气技术标准 . 2 设计依据 .2 / 36 . 2 设计指导思想 . 3 设计内容 . 3 脱硫部分 . 3 脱水部分 . 3 主要考虑因素 . 3 外部工艺因3 / 36 素 . 3 脱 硫 和 脱 水 方 法 的 内 部 因素 . 3 经 济 因素 . 4 2. 化学工艺 . 4 天 然 气 脱 硫 脱 水 工 艺 研 究 现 状 与 进展 . 4 脱硫现状 . 4 脱水现4 / 36 状 . 6 选用的工艺及其意义 . 7 脱硫工艺 . 7 脱水工艺 . 8 选定方案的主要研究内容 . 8 生产制度 .5 / 36 . 8 主 要 原 料 及 其 规格 . 8 产品规格 . 9 生产方法及工艺流程 . 9 脱 硫 工 艺 流 程 概述 . 9 脱 水 工 艺 流 程 概述 .12 3. 技术经济分6 / 36 析 . 13 技 术 经 济 分 析 说明 .13 技术经济依据 .13 - I - 生 产 规 模 及 产 品 方案 .14 实施进度 .14 总投资估算 .7 / 36 .14 投资 .14 流动资金估算 .14 职工人数及工资总额 .14 财务评价 .14 生产成本估算 .14 原料成8 / 36 本 .14 烧动力费 .14 固定资产原值 .14 销售费 .14 赢利分析 .15 4. 节能优化 .9 / 36 . 16 最优化方法 .16 优 化 问 题 求 解 方法 .16 5. 工艺计算 . 17 天 然 气 气 质 条 件 与 要求 .17 脱硫工艺计算 .17 进料量的计10 / 36 算 .17 吸 收 塔 物 料 衡 算 和 热 量 衡算 .19 1 计 算 依据 .19 物料衡算 .19 热量衡算 .24 闪蒸计算 .26 11 / 36 计算依据 .26 具体计算 .26 换 热 器 的 热 量 衡算 .27 计算依据 .27 热量衡算 .28 解 吸 塔 的 物 料 衡 算 和 热 量 衡算 .12 / 36 .28 II 物料衡算 .28 热量衡算 .29 胺冷却器的热量衡算 .30 计算依据 .30 热量衡算 .30 酸性气体冷却的热量衡13 / 36 算 .30 计算依据 .30 热量衡算 .30 脱水工艺计算 .31 参数的确定 .31 物料衡算 .32 14 / 36 脱水量 .32 甘醇循环流量 .32 热量衡算 .33 重沸器 .33 贫 / 富甘醇换热器 .33 气体 / 贫 甘 醇 换 热器 .15 / 36 .34 6. 设备选型 . 34 脱硫段 .34 塔 的 工 艺 条 件 及 有 关 物 性 的 计算 .34 吸 收 塔 的 塔 体 工 艺 尺 寸 计算 .37 塔 板 主 要 工 艺 尺 寸 计算 .38 流体力学验算 .16 / 36 .41 解吸塔 .44 计 算 依据 .44 塔板数的确定 .44 解 吸 塔 的 工 艺 条 件 及 有 关 物 性 的 计算 .44 解 吸 塔 的 塔 体 工 艺 尺 寸 计算 .46 贫富换热器 .17 / 36 .47 计算依据 .47 - III - 换 热 器 选型 .47 胺冷却器 .48 计算依据 .48 传热面积计算 .48 18 / 36 酸气冷却器 .48 计算依据 .48 传热面积计算 .48 闪蒸罐 .48 计算依据 .48 尺寸计算 .19 / 36 .49 脱水段 .49 吸收塔 .49 直径 .49 泡 罩 塔 板 主 要 结 构 参 数 及 选用 .50 板面布置 .52 吸收塔直20 / 36 径 .54 精馏柱 .54 贫 / 富甘醇换热器 .54 闪蒸分离器 .55 总结 .55 致谢 . 错误！未定义书签。 21 / 36 参考文献 . 58 IV 100 10m/d 天然气脱硫脱水工艺设计 43 1 绪论 概论 天然气是地表下孔隙性地层中天然生成的以低分子饱和烃为主的烃类气体和少量非烃类气体组成的可燃性气体混合物，它常常和原油伴生在一起。天然气组分大多数以甲烷为主，包含乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等烃类，以及少量的氮气、二氧化碳、硫化氢、氦、氧、氢等气体。 天然气作为一种宝贵的资源在人民生活和工业中有着广泛的应用。它作为一种高效、优质、清洁能源，不仅在工业与城市民用燃气中广泛应用，而且在发电业中也越来越发挥重要作用。天然气还是很好的化工原料，广泛应用于合成氨、甲醇、氮肥工业、合成纤维工业等；天然气合成油技术，也是天然气大规模利用的途径之一；从天然气中分离出来的硫磺还可作为硫酸工业原料。天然气不仅在燃料、化工原料等方面有诸多优点，对天然气进行处理回收其中的硫磺，提高天然气资源综合利用程度，获得天然气资源的更大价值，还能保证在储藏、运输过程中的安全性，减少大气污22 / 36 染，对提高天然气的整体经济效益，都具有重要的现实意义。 研究目的及意义 天然气作为一种新兴能源，在我们的生活中占据着越来越重要的地位。据众多国际权威机构和专家预言：天然气将逐渐取 代石油在能源消耗结构中的地位，到 21 世纪中期将进入“天然气世纪”。世界上天然气的储量十分丰富，现常规天然气的最终可采储量约为 103m3,而非常规天然气资源估计有 1397 1012 4430 1012m3,这为天然气成为一种优质清洁能源和重要的化工原料提供了资源保障。 1自地下储集层冲采出的天然气中都含有一定的水分和 H2S，有机硫等酸性组分，这些组分的存在往往会造成严重的后果： 1.水分与天然气在一定条件下形成气体水合物而阻塞管路，影响平稳供气；而 H2S和有机硫等酸性组分在水的存在下还会腐蚀管 路和设备，同时也造成了不必要的动力消耗。 2. 硫组分中大部分有剧毒，而且还有可能使催化剂催化剂中毒；含硫天然气燃烧后直接排入大气，会产生严重的 SO2环境污染，产生酸雨等灾害，损害大面积农作物。 因此，无论是从金属防腐、环境保护、人员安全角度考虑，都必须从天然气中脱除水分和酸气组分。 另外，从充分回收利用硫资源的角度考虑，天然气23 / 36 中脱除下来的酸性组分可通过克劳斯硫磺回收工艺生产优质硫磺。 - 1 - 1 引言 课题意义 醋酸乙烯是一 种无色透明、有强烈气味的液体，是世界上产量最大的 50 种化工原料之一 10。醋酸乙烯单体是醋酸及其衍生物中最主要的初级衍生物加工产品，也是有机合成中的主导型原料之一，有较高的生产制备及衍生加工的技术经济价值：作为醋酸的再加工物，醋酸乙烯的生产状况对醋酸行业的整体发展具有日益显著的影响作用 14。醋酸乙烯主要用来生产聚乙烯醇、 醋酸乙烯共聚物等；聚乙烯醇的主要用途是生产维纶、 纺织浆料、粘合剂、涂料、 纸张增强剂及涂层、 产业聚合助剂等 12。 在我国典型的 VAc 电石法生产工艺占绝对的统治地位 。我国在引进技术、 消化吸收的基础上 ,在工艺和催化剂研究方面也取得了显著的成果 16。但从全球的发展看，在催化剂的水平和时空收率的应用上，和最先进的流化床技术的差距还是显而易见的。因此，我们有必要引进国外的先进技术，发展我国的流化床技术。 DISTRIBL TED CONTR0L SYSTEM，就是我们常说的集散控制系统。这门技术常应用于模拟量回路控制较多的行业。把所设计到的危险分别管理控制，这样就缩小了发生危24 / 36 险的可能性，这种自动化的高技术产品将显示与管理集合于一体。真正实现了自动控制，加快 了工业产业化步伐。 分级分布式控制，是集散控制系统实现了在物理上真正的分散控制。通过一根总线，把总站和分站连接在一起，数据的一致性得到了保证，由此，也进一步提高系统的可靠性、实时性和准确性。 DCS完善了管理体系的科学性与实践性，是资源得到了优化配置 DCS还使得企业更具有竞争力，使开发的产品的品质和数量大幅增加，同时也提高了生产的效率，有利于技术的进步 DCS系统使得对于设备的维修与更换更加简单，快捷和经济采用 DCS 可以实现统一控制和管理，节省了大量的人力、物力资源化工产业通过对 DCS的应用，是管理更加规范，同时也在一定程度上降低了运营成本。 相关技术的国内外发展状况 在工业化的过程中，一共出现过三种合成醋酸乙烯的方法，分别是石油乙烯法、天然气乙炔法和电石乙炔法，三种方法各有利弊，下面我将三种方法介绍如下： 石油乙烯法 用石油裂解联产得到的乙烯，通过多管型固定床反应器，合成醋酸乙烯。这种方法在国内采用的比较多。 天然气乙炔法 四川川维公司使用的是天然气乙炔法，顾名思义，25 / 36 原料就是平常常见的天然气，这种技术多用固定床反应器，也是应 用比较广泛的技术。 电石乙炔法 在国内，还有一种比较常见的方法，就是电石乙炔法，它是用水与电石发生反应产生乙炔，一般采用沸腾床反应器合成醋酸乙烯，国内大概有 10 家公司采用此种方法进行生产。 Leap 技术作为一种新兴的乙烯气相法工艺 ,无论是工艺原理还是操作过程 ,都与传统的乙烯气相法的醋酸乙烯工业化生产技术非常相似 16。但是 ,BP 公司开发的 Leap 技术 ,采用流化床反应器 ,改善了反应过程的传热 ,从而提高了醋酸乙烯的产率 ,单台反应器生产能力与传统的乙烯气相 法相比提高了一倍，催化剂寿命也延长一倍以上16。对于流化床反应器的应用，从而使很多设备变得不再不可或缺，比如说气体预热交换器等，这样和固定床工艺所需要的设备相比较，流化床技术可以使工艺过程变得简单，经济，也可以使设备的投资减少大概 30%左右，综合上述的介绍与实践，用乙烯气相法制备醋酸乙烯的 Leap 技术目前走在了工业化生产技术的最前端，将是醋酸乙烯合成的趋势与进步的关键。 本课题要求 本课题拟从理论上，利用最新的流化床技术，设计26 / 36 出合成醋酸乙烯的工艺流程，缩小与国外的差距，加快工艺规模放大和工业化进程。选择合适的催化剂，提高空时收率，将发展策略转向流化床工艺技术。运用 DCS集散控制系统，通过对反应器中文的控制以及反应物料的调节，提高醋酸乙烯的合成技术。我国提升 VAM生产能力势在必行，但解决由流化床乙烯法替代高能耗，高污染的电石乙炔法尤为重要。从以上几点完成本次工 本 科 毕 业 设 计 第 3 页 共 33 页 程设计，以提高国内的醋酸乙烯产量以及对环境保护问题予以解决。本课题在保证醋酸乙烯生产过程稳定、高产、优质、低耗和安全的前提下，对生产过程的主要技术参数如温度，压 力，液位以及流量等加以严格控制。 因此要求我们认真收集资料，进行调查研究，技术经济分析和方案比较，选出先进可靠、合理的自控方案。采用合适的仪表控制回路，如单回路，串级控制回路，分程控制回路等。选择合适的检测仪表及 DCS卡件，即各个管道控制部位的温度、压力、流量等。贯彻执行国家、部颁的标准、规范和规定，认真进行设计文件的编制工作，绘制正确、可行的施工图纸，并写出设计报告。 2 工艺流程简介及控制要求 基本原理简介 合成工段的基本任务 本工段通过罗茨鼓风机将乙27 / 36 炔气鼓入气体混合槽，同时将来自于醋酸加料槽的醋酸经由醋酸加料泵送入倒醋酸蒸发器，在醋酸蒸发器中通过水蒸气加热将醋酸汽化，送入气体混合槽。在气体混合槽中乙炔气与醋酸蒸汽混合，经过混合气体第一预热器和第二预热器，进入合成反应器中，在一定的温度条件下，在以活性炭为载体的醋酸锌的催化作用下进行反应生成醋酸乙烯。 影响合成反应的因素及控制要求 在主反应聚合反应中影响反应的因素很多，主要包括以下五个因素： 活性炭的影响 活性炭本身即是触媒的载体，另一方面活性炭上的羰基起 着活性中心的作用，所以活性炭在这里起着双重作用。 反应温度的影响 合成醋酸乙烯的反应是醋酸与乙炔通过吸附在活性炭上的醋酸锌的而发生的。而首先就要使乙炔在活性炭表面上产生化学吸附，这个吸附温度最低也要 160 左右，所以要使反应能够进行起码也要将温度控制在 160 以上。 随着反应温度的提高，反应速度常数也增大，触媒的活性也就提高，空间收率也就高，但同时付产品增加，反应液质量下降。所以选用反应温度要综合各项指标，考虑到产品质量、产量、触媒的消耗等方面因素，并根据当时的主28 / 36 要矛 盾来确定。一般情况下每个列之间相差 10 左右能最大发挥触媒的作用。 压力的影响 由于乙炔与醋酸合成醋酸乙烯的反应是一个体积减少的反应所以理论上讲增加压力对合成是有利的。当反应系统压力上升时对反应来讲是有利的，但这就要求鼓风机打出更高的压头，对设备的要求也更高，尤其对鼓风机的加工、安装要求更严格也比较困难。另外乙炔在压力高时不太稳定，再者由于大部分气体循环使用，乙炔的转化率只有 10 %左右，对整个系统来讲，体积的减少是有限的。增加一些压力对反应的效果影响不是很大，而同时却带来一系列问 题， 般在 kg/cm 左右。 其它因素的影响 所以本反应是在常压下操作，系统内保持正压。在反应器底部为克服触媒的压力，压力 对合成反应的影响因素，除上述主要方面外，还有一些次要因素，如沸腾床流化状态的好坏，分布板的设计是否恰当，床内是否有构件。 另外操作水平也对合成反应有影响。反应温度的控制是否平稳，中温忽高低都影响到触媒的活性和寿命。 合成工艺流程叙述 本工序的任务是将原料乙炔与原料醋酸蒸气混合，在适当的条件下进行反应得到醋酸乙烯并把未 反应的乙炔29 / 36 分离、回收进行循环使用。采用吸附在活性炭上的醋酸锌为触媒的沸腾床操作法生产。工艺流程主要包括： 乙炔与醋酸蒸气的混合 ;混合体的预热 ;反应器的控制 . 摘要 二氧化碳的吸收再生过程主要是由吸收、闪蒸和气提三部分组成。本次设计选用的脱碳剂是聚乙二醇二甲醚，属于物理吸收法。主要的设备是吸收塔和气提塔。在计算的过程中，首先根据所给的物料组成和工艺条件进行物料恒算和热量恒算，再进行塔设备的计算、校核及辅助设备的计算或选型。 吸收段的计算结果如下： 二氧化碳的脱除 量 21 /h， NHD 的用量 1 515m3/h；塔底流出的富液带出的热量 114 745 /h，溶液温度升高了6；塔径为，填料层高度为，塔压降为 2 。