年产5万吨乙酸乙酯初步设计说明书.doc

二八年八月 浙江杭州免责声明：文档在线网中所有的文档资料均由文档在线网会员提供,该文档资料的版权属于提供者所有。文档在线网会对会员提供的文档资料进行筛选和编辑，但是并不声明或保证其内容的合法性和正确性。前 言乙酸乙酯是应用最广泛的脂肪酸酯之一，具有优良的溶解性能，是一种较好的工业溶剂，已被广泛应用于醋酸纤维、乙基纤维、氯化橡胶、乙烯树脂、乙酸纤维树脂、合成橡胶等生产，也可用于生产复印机用液体硝基纤维墨水，在纺织工业中用作清洗剂；在食品工业中用作特殊改性酒精的香味萃取剂，在香料工业中是最重要的香料添加剂，可作为调香剂的组分，乙酸乙酯也可用作粘合剂的溶剂，油漆的稀释剂以及作为制造药物、染料等的原料。目前，国内外市场需求量不断增长。在人类日益注重环保的今天，在涂料、油墨生产中采用高档溶剂是大势所趋。作为高档溶剂，乙酸乙酯在国内外的应用在持续稳定增长，建筑、汽车等行业的迅速发展，也会带动对乙酸乙酯类溶剂的需求。本项目拟采用乙醇脱氢法生产乙酸乙酯。只需要乙醇一种原料，经过单一催化剂脱氢后直接得到乙酸乙酯，简称一步法。本设计小组根据化工设计的原则，在查阅各种相关文献的基础上，对原料、厂址等进行了选择，同时对工艺路线、自动控制、管路等进行了设计，还对生产成本、环境效益等进行了分析估算。并将设计结果分列于以下各章节。这个设计工作的特点在于：（1）本项目的原料是广西贵糖集团乙醇厂用生物发酵废糖浆制得的95%乙醇，凭借该地区丰富的甘蔗资源和发达的制糖工业，乙醇来源能够得到可靠保证，运输方便，价格低廉，同时符合国家对发酵法制乙醇的相关规定，绿色环保；（2）本项目采用乙醇脱氢法工艺生产乙酸乙酯，有反应温和，各种反应条件变化弹性大，工艺简单，容易操作等特点，相对于传统工艺，基本无腐蚀和三废排放。该工艺具有良好的“环境效益”, “社会效益”,“经济效益”；（3）针对乙醇脱氢法产品中副产物成分复杂，难以分离的不足，我们采用了增加加氢反应的方案，使原料乙醇的综合利用率得到提高，减少了主要的副产物乙醛，有利于后续分离的进行，同时使其中微量的羰基化合物（主要是丙酮和丁酮）得到了还原，提高了产品的质量和应用范围；（4）采用膜分离的方法分离氢气，既做到了提纯氢气，又使其中的乙酸乙酯得到回收，减少了常规气体分离中的多级深冷操作，采用以丙三醇为萃取剂的萃取精馏分离乙酸乙酯-乙醇-水中的乙酸乙酯，自行设计了精馏流程，在分离出高纯度乙酸乙酯（99%mol）的同时，回收了绝大部分的丙三醇和大部分的乙醇。分离后剩余的乙酸乙酯和乙醇混合溶液以无苯天那（香蕉水）的形式外售，满足当地油漆产业的需要又增加了利润。（5）采用热集成技术，大大降低了能量消耗，每吨乙酸乙酯的蒸汽消耗量从文献报道的56吨节省至3吨左右（中压蒸汽按价格折成了低压蒸汽），冷却水用量也得到了大幅度的缩减。（6）生产过程中产生的废渣为锅炉煤渣和失活的金属催化剂，在环境保护方案中均得到了妥善的处理，废水主要为精馏产生的含有微量乙酸乙酯、乙醇和丙三醇的水，在自建的污水处理池处理达到国家相关标准后直接排放，基本无废气。整个设计的具体结果分列于以下各章节。由于水平有限，如设计存在的不妥或遗漏之处，希望诸位前辈予以批评指正。 浙江工业大学尤里卡设计小组 2008年8月 目 录1总 论- 3 -1.1项目总述- 3 -1.2项目可行性分析- 3 -1.3项目审核- 3 -1.4厂区及生产概况- 3 -1.5原料来源- 3 -1.6设计工艺- 3 -2总图运输- 3 -2.1厂址概况- 3 -2.1.1厂址的地理位置、地形、地貌概况及交通运输条件- 3 -2.1.2基础设施建设- 3 -2.1.2.1供水工程- 3 -2.1.2.2排污工程- 3 -2.1.2.3供电工程- 3 -2.1.2.4通信工程- 3 -2.2工厂布置- 3 -2.2.1厂区概况- 3 -2.2.2厂区布置与规划- 3 -3工艺设计方案- 3 -3.1概述- 3 -3.1.1生产规模- 3 -3.1.2原料- 3 -3.1.3产品规格- 3 -3.2工艺设计方案- 3 -3.2.1原料路线确定的原则和依据- 3 -3.2.1.1乙醇乙酸酯化法- 3 -3.2.1.2乙醇乙酸酯化法- 3 -3.2.1.3乙烯加成法- 3 -3.2.1.4乙醇脱氢法- 3 -3.2.2工艺方案设计及说明- 3 -3.2.2.1流程简介- 3 -3.3物料衡算- 3 -3.3.1衡算原理- 3 -3.4热量衡算- 3 -3.4.1衡算原理- 3 -3.4.2衡算结果- 3 -4设备设计方案- 3 -4.1设计原则- 3 -4.1.1反应器设计原则- 3 -4.1.2塔设备设计原则- 3 -4.2设计标准- 3 -4.3非标准设备设计- 3 -4.3.1合成塔结构设计- 3 -4.3.2精馏塔结构设计- 3 -4.4标准设备设计- 3 -4.4.1换热器设计- 3 -5自动控制- 3 -5.1仪表设计说明- 3 -5.1.1生产过程控制- 3 -5.1.2检测和控制方案- 3 -5.1.3仪表的防护- 3 -5.1.3.1施工安装与检修中仪表安全防护注意事项- 3 -5.1.3.2操作运行过程中仪表安全防护注意事项- 3 -5.2仪表设计规定- 3 -5.2.1仪表和控制系统的选用规定及集散控制系统- 3 -5.2.1.1温度仪表- 3 -5.2.1.2压力仪表- 3 -5.2.1.3流量仪表- 3 -6电 信- 3 -6.1电信设计说明- 3 -6.1.1概述- 3 -6.1.2行政电话、调度电话和直通电话- 3 -6.1.3无线电话- 3 -6.1.4火灾报警系统- 3 -6.1.5扩音对讲系统- 3 -6.1.6电信线路- 3 -6.2设计原则和设备材料选用原则- 3 -6.3电信用户表- 3 -6.4主要设备规格书- 3 -6.5主要设备材料表- 3 -6.6电信设备配置图- 3 -6.7扩音对讲系统图- 3 -6.8监视电视系统图- 3 -6.9数据通信网络系统图- 3 -6.10火灾报警系统图- 3 -7建筑结构- 3 -7.1建筑与结构设计说明- 3 -7.1.1建筑与结构设计依据- 3 -7.1.2地方材料的采用- 3 -7.1.3设计范围和分工- 3 -7.1.4生产特点对建、构筑物的要求- 3 -7.2建筑设计- 3 -7.2.1建筑设计原则- 3 -7.2.2对有特殊要求的建、构筑物所采取的建筑措施- 3 -7.3结构设计- 3 -7.3.1结构设计原则- 3 -7.3.2建、构筑物概况- 3 -7.3.3结构型式的选择- 3 -7.3.4基础方案选择- 3 -7.3.5特殊的结构措施- 3 -7.3.6计算方案- 3 -7.3.7标准规范- 3 -7.3.8标准图和通用图- 3 -7.4建筑物一览表- 3 -7.5构筑物一览表- 3 -7.6主要建、构筑物平面图、立面图及剖面图- 3 -7.6.1平面图- 3 -7.6.2立面图- 3 -7.6.3剖面图- 3 -7.7梁、柱布置图- 3 -8通风与空调- 3 -8.1通风空调设计说明- 3 -8.1.1概述- 3 -8.1.2通风及空调系统- 3 -8.2暖通空调设计规定- 3 -8.2.1暖通空调设计用气象参数- 3 -8.2.2室内空气计算参数- 3 -8.2.3建筑物围护结构的热工性能- 3 -8.2.4标准、规范- 3 -8.3公用物料和能量消耗- 3 -8.4暖通空调设备表- 3 -8.5综合材料表- 3 -8.6设计图纸- 3 -8.6.1通风、空调系统流程图- 3 -8.6.2通风/空调设备、风道平面布置图- 3 -9分析化验- 3 -9.1分析化验设计说明- 3 -9.2分析化验设计规定- 3 -9.3分析项目一览表- 3 -9.4分析家俱一览表- 3 -9.5分析设备一览表- 3 -9.6引进分析设备一览表- 3 -9.7综合材料一览表- 3 -9.8化验室家俱布置图- 3 -9.9引用标准- 3 -9.10检验方法- 3 -10给排水- 3 -10.1给排水设计说明- 3 -10.1.1设计范围- 3 -10.1.2给排水水量- 3 -10.1.3可依托的现状情况- 3 -10.1.4给水系统- 3 -10.1.5排水系统- 3 -10.1.6污水处理系统- 3 -10.2给排水设计规定- 3 -10.2.1设计采用的专业标准规范- 3 -10.2.2专业设计规定- 3 -10.3给排水设计图纸及表格- 3 -10.3.1输配水、给排水管线平面图- 3 -10.3.2平面布置图- 3 -10.3.3工艺流程图- 3 -10.3.4高程图- 3 -10.3.5设备布置图- 3 -10.3.6设备表- 3 -10.3.7材料表- 3 -10.3.8机泵数据表- 3 -11供电配电工程- 3 -11.1说明- 3 -11.1.1概述- 3 -11.1.2原则- 3 -11.2国家标准- 3 -11.3供电方案- 3 -11.3.1全厂用电负荷及负荷等级- 3 -11.3.2全厂供电方案- 3 -11.4供、配电系统- 3 -11.4.1接线方案- 3 -11.4.2电气设备材料选型原则- 3 -11.4.3继电保护和自动装置设置原则- 3 -11.5配电设计- 3 -11.5.1装置环境特征- 3 -11.5.2选型和敷设方式要求- 3 -11.5.3电动机- 3 -11.5.4大型电动机的启动方式- 3 -11.6照明系统- 3 -12节能- 3 -12.1本项目能耗- 3 -12.2主要节能措施- 3 -12.2.1选用先进工艺- 3 -12.2.1.1反应工艺- 3 -12.2.1.1分离工艺- 3 -12.2.2热量集成- 3 -12.2.3其他节能措施- 3 -13消防设计专篇- 3 -13.1设计依据- 3 -13.2项目概述- 3 -13.2.1项目概况- 3 -13.2.2项目工艺流程- 3 -13.2.3工程的消防环境状况- 3 -13.3火灾危险性分析- 3 -13.4防火安全措施- 3 -13.4.1总平面布置- 3 -13.4.2危险物料的安全控制- 3 -13.4.3火灾报警系统- 3 -13.4.4防雷、防静电及保护接地设计- 3 -13.4.5供电安全- 3 -13.4.6建构筑物防火- 3 -13.5消防系统设计- 3 -13.5.1消防专业设计规定- 3 -13.5.2室外水消防系统- 3 -13.5.3室内水消防系统- 3 -13.5.4水喷雾（淋）消防系统- 3 -13.5.5泡沫灭火系统- 3 -13.5.6自动气体灭火系统- 3 -13.5.7蒸汽灭火系统- 3 -13.5.8干粉灭火系统- 3 -13.5.9灭火器- 3 -13.6消防设施专项投资- 3 -13.7图纸及表格- 3 -13.7.1消防设施平面图- 3 -13.7.2消防水管道系统流程图- 3 -13.7.3泡沫灭火系统流程图- 3 -13.7.4气体灭火系统流程图- 3 -13.7.5设备一览表- 3 -13.7.6综合材料表- 3 -14环境保护专篇- 3 -14.1 设计依据- 3 -14.2项目概述- 3 -14.2.1项目概况- 3 -14.2.1清洁生产评述- 3 -14.3 “三废”防治措施方案- 3 -14.3.1综合利用方案- 3 -14.4设置环境检测站- 3 -14.5环境影响预测分析- 3 -14.6其他- 3 -14.7环境保护费用- 3 -14.8 绿化- 3 -14.9环境影响报告书及其批复意见的执行情况- 3 -15劳动安全卫生专篇- 3 -15.1设计依据- 3 -15.2项目概述- 3 -15.3安全卫生防范措施- 3 -15.3.1电气设备和控制仪表- 3 -15.3.2安全设施- 3 -15.3.3防雷、防静电设施- 3 -15.3.4安全疏散- 3 -16概算- 3 -16.1编制说明- 3 -16.1.1工程概况- 3 -16.1.2编制依据- 3 -16.1.3特殊说明- 3 -16.2总概算表- 3 -16.3单项工程综合概算表- 3 -16.4单位工程概算表- 3 -16.5其他费用计算表- 3 -16.6初步设计概算与批复的可行性研究报告投资估算对比表- 3 -浙江省第二届大学生化工设计大赛1 总 论1.1 项目总述乙酸乙酯(ethyl acetate)又称醋酸乙酯。纯净的乙酸乙酯是无色透明有芳香气味的液体，是一种用途广泛的精细化工产品，具有优异的溶解性、快干性，用途广泛，是一种非常重要的有机化工原料和极好的工业溶剂，被广泛用于醋酸纤维、乙基纤维、氯化橡胶、乙烯树脂、乙酸纤维树酯、合成橡胶、涂料及油漆等的生产过程中。其主要用途有：作为工业溶剂，用于涂料、粘合剂、乙基纤维素、人造革、油毡着色剂、人造纤维等产品中；作为粘合剂，用于印刷油墨、人造珍珠的生产；作为提取剂，用于医药、有机酸等产品的生产；作为香料原料，用于菠萝、香蕉、草莓等水果香精和威士忌、奶油等香料的主要原料。在一些发达国家，它作为一种无毒、无公害型溶剂正逐渐取代含苯溶剂、甲基乙基酮等对人体和环境带来极大危害的溶剂。现今乙酸乙酯的生产路线分为酯化法、乙醛缩合法、乙烯加成法和乙醇脱氢法等。乙醇脱氢法是二十世纪九十年代后期发展起来的新技术，可以将乙醇经一步脱氢转化为乙酸乙酯，同时生成副产品氢气。采用这种方法生产的乙酸乙酯纯度高、含水和各种重金属等杂质低，质量超过国家质量标准。目前中国的主要生产方法是酯化法，是一种比较传统的方法。乙醇脱氢法是新技术，目前在中国有两套装置正在建设，一个是吉林燃料乙醇公司的，一套是山东海化集团的。本项目是贵糖集团投资建设的年产5万吨乙酸乙酯工厂，采用乙醇一步法，将乙醇以气相形式通过高性能催化剂的固定床反应器，脱氢缩合制得含乙酸乙酯、乙醛、氢气及未反应乙醇的混合气体通入加氢反应器，将副产的乙醛等羰基化合物还原成醇类，冷凝成汽液两相,进入分离工段，用膜分离法分离随氢气带出的乙酸乙酯和乙醇等，与前一工段得到的液相相混合,采用丙三醇作为萃取剂的萃取精馏制得高纯度乙酸乙酯，未反应的乙醇以95%乙醇的形式进行回收，萃取剂丙三醇也进行回收。环保无污染，无废气，设备腐蚀小，单位产量能耗低。根据国家经贸委有关化工建设的相关规定提出的要求，秉承优恤、合理投资办厂的原则，结合产品市场需求和产品性质以及企业自身实际情况考虑，经过可行性调查和研究后，确定本产品生产规模为5万吨/年.本项目总投资8481.2178万人民币，项目建设进度考虑建设各个环节时间安排以及干扰因素的影响，建设周期为1年。1.2 项目可行性分析通过可行性研究论证后，从经济利益角度上，本项目内部收益率为20.618%。但是，其前提是能够保证国家相关优惠政策及时到位、充足的原料供应、产品的销售价格和足够的市场（包括出口）以及相关工业项目能够得到共同开发。其中，原料供应是否充足、国家各项优惠政策是否及时到位是能否盈利的主要控制因素。1.3 项目审核经过可行性分析本项目从产业规划、产业布局、发展重点、原料来源、水资源平衡、运输安全、环境保护、项目管理和风险防范等方面，基本符合国家有关对化工行业的规范和要求。1.4 厂区及生产概况本项目选址于广西贵港市贵糖生态工业园，占地面积约1.35万平米。厂区分为厂前区、生产区、生产辅助区和储罐区，由工业园区配套完善的水、电、汽等动力来源，建立有变电站、机修车间、检验中心、消防系统、罐装成品仓库等完善的公用和辅助工程设施。1.5 原料来源本工厂的主要原料系浓度95%的工业酒精。广西贵港生态工业示范园是我国目前规模大、进展快的生态工业园之一。贵糖集团利用甘蔗榨糖，在此基础上成功地建设了一个生态工业园的雏形。贵港生态工业园现由两条主链组成：甘蔗制糖废糖蜜制酒精酒精废液制复合肥复合肥回施甘蔗田，以及甘蔗制糖蔗渣造纸碱回收。贵糖集团目前正在建设一个年产10万吨的造纸厂，并规划生产工业用酒精和其它产品，示范园区建成后。将形成30万吨糖、20万吨工业酒精的生产规模。原料供应充足，价格低廉，可大幅缩减运输成本。由于世界粮食产量下降，粮食供给出现紧张，为了保证粮食安全，避免与人争粮的情况出现，国务院通过可再生能源中长期发展规划，限制发展以粮食为原料的制取乙醇工艺。而贵糖制取乙醇是通过甘蔗渣、废糖浆制得，属于变废为宝，绿色，环保，符合国家可持续发展要求。1.6 设计工艺脱氢法该工艺采用乙醇一种原料，直接合成乙酸乙酯，不仅减少了酯合成的中间环节，能从根本上克服设备腐蚀，环境污染等传统工艺上的缺点。虽然该工艺的乙醇转化率在60%65%之间 ,乙酸乙酯的选择性在85%90%之间。但采用物料循环回流的方式，并使用了高效率的非晶态铜基催化剂，使总转化率达到较高水平。该工艺路线因为对设备无腐蚀，故可以采用价格较为低廉的碳钢，从而大大减少了设备投资，延长设备使用年限。同时，建立先进的热集成系统，科学合理地充分利用各股能量，达到节能减排的效果。在广西贵港地区，是重要的甘蔗制糖基地，有大量的废糖浆发酵制得的副产乙醇，价格低廉。所选厂址所在地区工业发达，配套设施齐全，适合采用脱氢法。2 总图运输2.1 厂址概况拟建工厂最终确定建在广西壮族自治区贵港市贵糖生态工业园。2.1.1 厂址的地理位置、地形、地貌概况及交通运输条件厂区地形平坦，全为第四系全新统松散沉积物。经勘察认为：厂区地形平坦、一般高差0.5米左右，地形条件良好。地下水位埋深一般0.7-1.2米，基坑开挖如不穿过粘土或亚粘土层，无需排水。仅在亚砂土层开挖时需要注意。雨后施工会有少量水。有的厂房座落在水田或水塘上，基坑内的稀泥必须清除干净。以免房基可能产生不均匀沉陷，而使建筑物破坏。砂卵石层中的地下水丰富，水量在1500-2000吨/昼夜以上。水质良好，仅铁离子含量超标，经处理后可作为饮用水，作锅炉用水属不起泡和半腐蚀性的水。化工区内地表水流量受季节影响较大。该厂区地势较高，河流洪水不会对厂区造成不良影响，厂区地下水属于空隙潜水，地下水位埋深大于20米。水质良好，对混凝土无侵蚀性。该地区不属于地震断层带地区和基本烈度为9度以上的地震区。贵港市是一座具有两千多年历史的古郡，也是一座充满生机的新兴内河港口城市，位于广西东南部、西江流域的中游。1995年10月经国务院批准将原属玉林地区的贵港市（县级）、桂平市（县级）和平南县合并，成立地级贵港市，辖港北区、港南区、覃塘区、平南县和桂平市，总面积10606平方公里，总人口478.89万。 山川秀丽，资源丰富。北回归线横贯贵港中部，属南亚热带季风气候区，年均气温21.5，年均降雨日166天，年均降雨量1600毫米，无霜期353天。贵港拥有广西最大的冲积平原浔郁平原，农业资源、水力资源、矿产资源、旅游资源十分丰富，是广西重要的商品粮、糖、果、肉桂和禽畜生产基地，素有广西“鱼米之乡”、“荔枝之乡”、“龙眼之乡”等美喻。境内水能总蕴藏量达160万千瓦以上，年发电量超过11亿千瓦时。主要矿产资源有全国储量第一的三水铝和铁、锰、金、铜、锑、石灰石、白云石等60多种。区位独特，交通便捷。贵港地处华南地区与西南地区的结合部，面向粤港澳，背靠大西南，联通东南亚，区位优势十分明显。贵港交通十分便利，黎湛铁路、324和209国道、南(宁)梧(州)高等级公路、南(宁)广(州)高速公路以及西江航道交汇贯通全境，是连接我国东南沿海地区与中西部地区的桥梁和纽带，是大西南出海最便捷的通道之一。贵港是国家一类对外开放口岸，海关等口岸联检机构齐全。西江航道一年四季可通行千吨级船舶，30个小时即可直达粤、港、澳，全市港口年货物吞吐量超过3000万吨，贵港港是华南地区和西部地区最大的内河港口。随着南宁至广州高速铁路、三江至北海高速公路、苍梧至龙邦高速公路、荔浦至铁山港高速公路的建设，贵港参与区域经济合作、承接产业转移的区位交通优势将更加突出。 环境优越，服务优良。城市道路、供排水、供电、路灯、绿化、垃圾处理等基础设施日趋完善，城市框架不断扩大，承载能力进一步增强，重点城镇发展加快，城乡面貌日新月异，正在向具有浓郁南国特色的园林港口城市发展。投资环境宽松优越，服务工作高效优质，制定了一系列鼓励外来投资的政策措施，在土地、税收、规费、审批、权益保护等方面给外来投资者提供更优惠的政策、更高效的服务、更有力的保障，使贵港成为国内外客商投资的热土、创业的乐园和成功的理想之地。目前，香港华润、台湾水泥、印尼爱凯尔、中国华电、中国华强、五菱福达等一大批国内外知名企业相继落户贵港投资兴业，并获得了丰厚的回报。 2.1.2 基础设施建设2.1.2.1 供水工程由贵港市自来水公司和广西水利网保证供应，日供水能力10万吨。2.1.2.2 排污工程污水经自行处理，直接排出。2.1.2.3 供电工程由华南电网供应，质量稳定，电力充足。2.1.2.4 通信工程邮电通讯设施完备，移动通讯、电话、数字宽带通讯、CATV等网络通讯，技术先进，保证信息交流之需要。2.2 工厂布置2.2.1 厂区概况厂区位于广西贵糖生态工业园之内，地形为矩形，总面积约13500m。厂区分为生产区与生产辅助区、行政生活区、和储罐区。2.2.2 厂区布置与规划本公司位于广西壮族自治区贵港市贵糖生态工业园内，基地的东侧为贵糖集团总厂，南侧为一河流，西侧和北侧均为闲置工业用地。目前，项目所在地现状为闲置工业用地，地势平坦，无任何建构筑物。本项目拟定厂区地形为矩形，其中南北方向长为135m，东西方向宽为100m，总面积约13500m。厂区南面邻河，筑有防洪堤，北面为总厂公路，东面为铁路支线。厂区分为厂前区、生产辅助区、生产区和储罐区。厂前区位于厂区西北侧，为常年主导风向西北风的上风向。主要建筑包括行政楼、食堂、停车场、宿舍等，职工宿舍和食堂组成生活区，位于行政楼的南侧，停车场位于行政楼与生活区之前。厂前区北面是生产辅助区。生产辅助区主要包括中心控制楼、化验中心、维修车间、材料仓库和水处理车间等。生产区和储罐区主要位于整个厂区的东面。主要有四大部分：乙醇储罐区，反应车间，分离车间和产品罐区。贵糖集团乙醇厂的95%乙醇直接通过管道输送至厂区，在乙醇储罐区存放。反应车间由两层组成，其中安放了脱氢反应器和加氢反应器及其辅助设备。反应车间的南侧集中布置分离车间，其中包括闪蒸罐一个，精馏塔五个及其配套的辅助设备。燃料煤堆场和蒸汽锅炉房位于反应车间东面，分离车间的北面，靠近大量耗用蒸汽的精馏工段。产品灌区位于厂区的最南面，其中包括了氢气球罐，乙酸乙酯储罐和副产物无苯天那水溶液粗料储罐。各车间最大可能的采用露天布置，闪蒸塔、精馏塔、储罐等均布置在露天场所，减少了建设投资，便于改扩建。其余厂房多采用单层结构，设计要求满足甲类产品生产的耐火、防火、防爆等级。厂区设有四个出口，两扇主门一南一北，东侧开两扇侧门，厂内10米宽的中央主道横贯南北，东面出口即为总厂铁路。此外，本项目根据当地自然条件，工厂生产特点并结合全厂总平面布置进行绿化设计，厂区绿化面积超过20。厂前区和生产辅助区为重点绿化、美化区，设置花坛，种植花卉，辅以草坪。沿工厂围墙四周、道路两侧及厂内适当的地点种植乔木、灌木、绿篱，为职工生产和生活创造良好的环境条件，以达到净化空气，保护环境，有益于人体健康的目的。绿化既要保护环境，防止污染，美化厂容，又不应妨碍生产操作，物料运输及防火要求。我们采用的植物主要以绿色木本植物为主，能够达到一个良好的降低空气污染的效果。浙江工业大学尤里卡设计小组 - 80 -3 工艺设计方案3.1 概述工艺设计主要说明本设计生产乙酸乙酯的具体情况，主要包括生产流程概述、工艺流程说明、工艺特色介绍以及物料衡算书、热量衡算书。3.1.1 生产规模本设计拟建产量为5万吨/年的乙酸乙酯厂以满足行业日益增长的对绿色溶剂及原料的需求5万吨年乙酸乙酯工厂属于中小型化工厂，为了达到预期的经济效益和社会效益。3.1.2 原料本设计中的原料为95%工业乙醇。3.1.3 产品规格本设计中的产品为乙酸乙酯。其规格组成如表3-1。表3.1 乙酸乙酯产品规格表指标名称指标优等品一等品合格品色度(铂-钴色号)，号 101020密度，g/cm3 0.8970.9020.8970.9020.8960.902乙酸乙酯，% 99.098.597.0水份，% 0.100.200.40酸度(以CH3COOH计)，% 0.0040.0050.010蒸发残渣，% 0.0010.0050.0103.2 工艺设计方案3.2.1 原料路线确定的原则和依据乙酸乙酯的合成路线主要有四种，即乙醇乙酸酯化法（其中包括了乙酸乙醇直接酯化法和反应精馏法），乙醛缩合法，乙醇脱氢法，乙烯和乙酸直接加成法。应当说，乙醇乙酸酯化法在乙酸乙酯的合成中依然占有相当大的比例，尤其是在美国等国家，在国内多数企业也依然采用乙酸酯化法；德国、日本等国有多套乙醛直接缩合生成乙酸乙酯的装置；乙醇脱氢法与乙烯和乙酸直接加成法在其中所占的比例较小，技术有待成熟。下面简单介绍四种方法的优势与缺陷。3.2.1.1 乙醇乙酸酯化法反应式：乙醇乙酸酯化法由乙酸和乙醇在硫酸等催化剂作用下直接酯化成乙酸乙酯，常用的工艺是用浓硫酸作催化剂的均相催化反应精馏，该工艺是目前国内广泛采用的生产工艺，浓硫酸有酸性强、吸水性强、性能稳定、价廉等优点，而且溶于反应物料中，是均相催化反应，反应均匀，因而在全塔内都能进行催化反应。催化作用不受塔内温度限制，反应机理清楚，容易实现最优控制，这些优点可以使反应精馏生产装置大型化。用浓硫酸作催化剂，也有其不可克服的缺点，即硫酸严重腐蚀设备，其强氧化性引起磺化、碳化或聚合等副反应，产品纯度低，后处理进程复杂，三废量大。另一种酯化的工艺是催化精馏法，它采用固体酸作催化剂，属非均相反应精馏。在酯化合成方面，已经开发出的固体催化剂有沸石分子筛、离子交换树脂、金属硫酸盐、固体超强酸等，具有产物纯度高，反应选择性强，酯收率高，反应条件温和，副产物较少等优点。但若简单地将固体酸催化剂于反应中取代硫酸，催化剂在反应液中很快失去活性。催化精馏法不容易实现工业化和大型化的困难，在于催化精馏属非均相催化反应精馏过程，机理较复杂，目前理论还不能很好地解释这一过程，在国际上还没有一个国家提出催化精馏塔的设计方法。3.2.1.2 乙醇乙酸酯化法反应式：乙醛缩合法是由两分子乙醛经Tishchenko反应缩合成一分子乙酸乙酯，催化剂为乙醇铝、氯化铝及氯化锌等，反应温度为010oC。其生产工艺是将乙醛、乙醇铝催化剂及助催化剂连续送入反应器，反应液经蒸发浓缩后，再经三塔精馏，获得纯度99.8%以上的乙酸乙酯产品。乙醛缩合法优点在于反应是在常压低温下进行，转化率和收率高，对设备要求不高，生产成本较酯化法低；缺点是受原料来源限制，仅适宜于乙醛资源丰富的地区，催化剂乙醇铝无法回收，最后通过加水生成氢氧化铝排放，对环境有一定污染。乙醛缩合法在欧洲和日本是生产乙酸乙酯的主流生产方法，在我国工业性生产厂很少。乙醛贮存运输不方便，一般都是自产自用，因此乙醛缩合法乙酸乙酯生产装置都是建在有乙醛生产的厂内。在冰醋酸价格高的地方，该法有很强的竞争优势。该法在国外已经大型化，在国内尚有催化剂和工程上的问题没解决，有待突破。该法的产品只能用于化工原料，不能用于食用香料，这是因为乙醛及副产物无法除尽。3.2.1.3 乙烯加成法反应式：随着化学化工产业的迅速发展，炼油技术的不断提高，乙烯已经成为一种丰富的原料。由于乙烯与乙酸直接加成反应生产乙酸乙酯利用丰富的乙烯原料，原料利用合理，来源广泛，价格低廉，生产成本较低，且对合成乙酸乙酯具有较高的产率与选择性，既是一种原子经济型反应，又是一种环境友好型反应。缺点是此催化体系对设备腐蚀严重，投资成本高。该工艺采用的催化剂主要有液体无机酸和有机磺酸类、分子筛类和杂多酸类催化剂。同时该工艺依赖于石化工业，需要有大量的乙烯资源，只能在乙烯和乙酸资源相对比较丰富而廉价的地区才可以考虑。石油价格的不断上涨，造成该工艺的劣势更加凸现，在中国这样自身石油储量及产量不高需要大量进口石油的国家，如果盲目发展这一工艺生产乙酸乙酯缺乏战略考虑。3.2.1.4 乙醇脱氢法反应式：以乙醇为原料生产乙酸乙酯，传统工艺必须经过乙醇氧化脱氢为乙醛、乙醛氧化成乙酸、乙酸与乙醇酯化3个工段才能完成。乙醇脱氢法则只用乙醇一种原料，经过单一催化剂脱氢后直接得到乙酸乙酯，因此，这种方法也简称一步法，以区别于传统的三工段工艺。乙醇脱氢法总反应实际上也是经过3个步骤完成的。具体的反应机理有两种，一种是“脱氢歧化酯化”机理，另一种是“半缩醛”机理，即三个步骤分别为乙醇脱氢为乙醛、乙醇与乙醛反应生成半缩醛、半缩醛脱氢为乙酸乙酯。20世纪90年代初清华大学化学系首先对此工艺进行研究，开发出催化剂Cu/ZnO/Al2O3/ZrO2，并获得了国家专利。1996年西南化工研究院也开始进行乙醇脱氢法生产乙酸乙酯的研究，目前还在进行工业试验，取得了不小的进展。英国Kvaerner工程公司于20世纪90年代研究乙醇脱氢法生产乙酸乙酯，同时已经在南非建成第一家工业化生产工厂。该工艺的关键问题在于催化剂，根据反应历程，产物中有中间产物乙醛与乙酸，另外还有副产物乙烯、丙酮、丁酮、2-丁醇等。由于氢气对平衡的抑制及降低副反应要求，单程转化率只能控制在60%70%。该工艺反应工段，但分离设备较多，流程较复杂，主要的副产物必须分离。脱氢法反应特点是：反应温和，各种反应条件变化弹性很大，工艺简单，容易操作。脱氢法优点：（1）生产成本低，在没有甲醇法乙酸生产的地区，价格优势很大；（2）每吨乙酯副产氢气509m3，适用于氢气有用场合；（3）基本无腐蚀和三废排放，副产物可用于生产无苯提案那水溶剂（香蕉水）。脱氢法缺点：（1）产品质量不如酯化法，虽然可以达到国标，但若丁酮等杂质难以得到完全分离，就不宜用于食品和酒增香等行业；（2）催化剂在使用前需要还原，停车后须用氮气保护避免氧化，因此只适用于大规模连续生产，经济规模在5000t/a以上；（3）技术较复杂，尚未成熟。3.2.2 工艺方案设计及说明3.2.2.1 流程简介工艺流程图详见所附文件图3.1为Aspen plus中流程模拟的截图。（1）气化选用贵糖集团乙醇厂生产的95%乙醇，用泵进行加压至反应压力（0.8MPa）之后，加热气化成蒸汽，并继续加热至反应温度（240）。（2）脱氢缩合过热乙醇蒸汽进入列管式固定床反应器，乙醇在Cu-Zn-Zr-Al-O多功能催化剂表面完成脱氢生成乙醛，再与乙醇缩合生成乙酸乙酯两步反应，并有乙醛、丙酮、丁酮等副产物产生。为了便于分离产品，查阅相关文献后，我们选择了240作为反应温度，单程转化率为50%。图3.1 Aspen plus流程模拟截图（3）加氢脱氢缩合之后的混合气成分较复杂，在选择了合适的反应条件之后，可以保证除乙醛外的副产物控制在极少的量。为了减少分离的难度，并提高乙醇的总转化率，我们增加了加氢工段。利用前一工段产生的氢气，将乙醛以及其他极少量的羰基化合物（丙酮、丁酮等）加氢还原成醇类，降低了丙酮、丁酮等产物对产品质量的影响，并且由于减少了乙醛这个含量极大的副产物，有利于分离的进行。（4）闪蒸将反应工段出来的混合气换热冷凝，并换热至过冷液状态后，利用剩余的压力进行闪蒸，将氢气分离出去，但由于氢气量较大和乙酸乙酯的挥发性较强等原因，一部分乙酸乙酯以及乙醇和水也会进入气相。液相直接转入精馏工段。（5）膜分离由于闪蒸得到的氢气含有大量的乙酸乙酯及水和乙醇，需要对氢气进行净化，同时回收随氢气蒸出的产品。由于氢气分子的尺寸与乙酸乙酯、乙醇、水三者的分子尺寸相差较大，我们选择采用中空纤维膜对该混合体系进行分离。氢气进入压缩车间压缩装罐出售。其余物质冷却后进入精馏工段，与前一闪蒸工段得到的液相混合。（6）萃取精馏通过闪蒸和膜分离，得到了含有乙酸乙酯、乙醇、水的混合体系（其他极少量的醇类与酯类基本不影响产品的质量，故这里不再讨论），该三元混合体系有四种可能的共沸物（乙酸乙酯-乙醇，乙酸乙酯-水，乙醇-水，乙酸乙酯-乙醇-水），这是所有乙酸乙酯合成方法中都会碰到的一个分离难题。我们根据相关的专利和文献，决定采用丙三醇作为萃取剂的萃取精馏进行产品的精制。精馏序列如下：进入主萃取精馏塔，目的是得到符合标准的产品乙酸乙酯，在近塔顶位置加入萃取剂丙三醇，在精馏塔塔顶可以得到99%（mol）的高纯度乙酸乙酯，塔釜中得到的是乙酸乙酯、乙醇、水以及丙三醇的混合物。进入辅助精馏塔，在塔顶得到乙酸乙酯、乙醇、水的混合物，基本做到了乙酸乙酯与乙醇的回收，塔底是水和丙三醇的混合物，其中含有少量的乙醇。进入副萃取精馏塔，目的是除去辅助精馏塔塔顶产物中的水，同样在近塔顶位置加入萃取剂丙三醇，在塔顶得到提浓后的乙酸乙酯、乙醇、水混合物，塔底是丙三醇与水的混合物。副萃取精馏塔塔顶产物进入乙醇回收塔，在塔釜得到乙醇与水的共沸物，返回反应工段，塔顶得到含有较高浓度乙酸乙酯和乙醇的水溶液，由于总量已较小，该混合物不再进行分离，而是作为无苯天那水溶液（香蕉水）的粗原料出售。主副萃取精馏塔得到的含丙三醇与水的混合液，在丙三醇回收塔中进行减压蒸馏，由于丙三醇与水的相对挥发度甚大，极易在塔顶把其中的水分及其他易挥发杂质蒸出，塔釜得到高浓度的丙三醇，可以返回前一工段用于萃取精馏。详见附录一3.3 物料衡算3.3.1 衡算原理物料衡算的理论基础是质量守恒定律。物料衡算它是指进入一个装置（或设备）的主物料的量（包括损失量）和系统内部积累起来的物料的量。进行物料衡算时，首先必须确定衡算的体系，对一般体系，均可表示为：输入量输出量积累量对于有化学反应的系统，可表示为：物料输入量=物料输出量生产量+物料消耗量积累量当系统处于稳定状态时为：物料输入量=物料输出量结果见附录二3.4 热量衡算3.4.1 衡算原理热量衡算的理论依据是热力学第一定律，以能量守衡形式表达如下：Q入=Q出+Q损 即，输入=输出+损失式中， Q入：输入设备热量总和 Q出：输出设备热量总和 Q损：损失热量总和对于单元设备的热量衡算，热平衡方程可以写成下面形式Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6式中， Q1：各股物料带入设备的热量（单位：KJ）Q2：由加热剂或冷凝剂传递给设备和物料的热量Q3：过程的各种热效应（如反应热，溶解热）Q4：各股物料带出设备的热量Q5：消耗在加热设备上的热量Q6：设备向外界环境散失的热量两式联系：Q入= Q1+Q2+Q3Q出=Q4+Q5Q损=Q63.4.2 衡算结果衡算结果见附录三4 设备设计方案4.1 设计原则4.1.1 反应器设计原则（1）具有适宜的流体力学条件，能保证气液两相充分接触，使反应以尽可能快的速度进行，达到最大生产能力。（2）在保证最大生产能力要求的气液流量的前提下，不能发生液泛。（3）操作稳定，调节方便，能适应各种操作条件的变化。4.1.2 塔设备设计原则（1）具有适宜的流体力学条件，达到气液两相的良好接触；（2）结构简单，处理能力大，压降低；（3）强化质量传递和能量传递。4.2 设计标准表4.1 设计采用的专业标准规范名称标准号钢制压力容器GB150压力容器用钢板GB6654奥氏体不锈钢焊接钢管选用规定HG20537.1化工装置用不锈钢大口径焊接钢管技术要求HG20537.4安全阀的设置和选用HG/T20570.2爆破片的设置和选用HG/T20570.3设备进、出管口压力损失计算HG/T20570.9钢制化工容器设计基础规定HG20580钢制化工容器材料选用规定HG20581钢制化工容器强度计算规定HG20582钢制化工容器结构设计规定HG20583-钢制化工容器制造技术规定HG20584化工设备设计基础规定HG/T20643压力容器无损检测JB4730钢制压力容器焊接工艺评定JB4708钢制压力容器焊接规程JB/T4709钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验JB4744压力容器用钢锻件JB4726-4724.3 非标准设备设计4.3.1 合成塔结构设计本厂主反应设备即列管式固定床反应器可分为三块，从上往下可为气体段、催化剂段、气体段。反应器内径为1.8米，反应器壁厚0.006米属低压反应器。反应器的催化剂段由606根不锈钢管组成。取不锈钢管长度为3米，列管尺寸为外径45毫米，壁厚2.5毫米，反应中上层气体段与下层气体段均为0.95米。反应器总高为4.9米。反应器进、出料管外管径273毫米，壁厚10毫米。详见附录四4.3.2 精馏塔结构设计本设计采用连续精馏流程，设计中采用冷流体进料送入精馏塔内，塔顶和塔釜出料。塔顶上升蒸汽采用分凝器冷凝，冷凝液在泡点全回流至塔内，出料不再冷凝，直接用于其他物料的预热。塔釜采用间接蒸汽加热，塔釜液直接回流至汽化塔循环。详见附录五4.4 标准设备设计4.4.1 换热器设计根据乙酸乙酯生产过程中，流量大，换热介质清洁等特点，设计选用管壳式换热器。管壳式换热器主要有固定管板式换热器、U型管壳式换热器、浮头式换热器、填料函式式换热器、滑动管板式换热器等。此换热器的目的是利用从回收塔塔釜出来的甘油的热量将乙醇回收塔中蒸出95%的乙醇进行汽化，因此考虑到甘油具有较大黏度，宜走壳程。详见附录六5 自动控制5.1 仪表设计说明5.1.1 生产过程控制本项目内容包括：乙醇的气化、脱氢缩合、加氢还原、萃取精馏、物料回收及全厂的公用工程等装置的过程控制部分，厂区办公楼的楼宇自动化，包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等多方面的内容。在实际生产操作过程中，当某些工艺关键性参数受到外界干扰影响而偏离正常状态时，自动操纵控制系统能自动通过调节控制变量，调节参数回到设定数值范围内，保障生产连续安全地进行。为对生产过程中各种工艺参数进行测量、指示和记录，本厂设有大量检测仪表，代替了操作人员对工艺参数的不断人工观察与记录，节省了大量的人力与时间。同时，在自动检测过程中，一旦发现工艺参数超过了设定允许范围，计算机自控系统自动地发出声光报警信号，告诫操作人员注意；与此同时联锁系统立即采取应急措施，打开安全阀或切断某些管道，必要时紧急停车，以防事故的发生和扩大，最大限度的保护操作人员的安全。5.1.2 检测和控制方案根据工艺生产过程的需要，在控制上采用了集中和就地相结合的方案，即重要的工艺参数集中在控制室进行指示、报警、控制和操作，非重要的工艺参数于就地指示。所有工艺参数的显示，打印、趋势记录以及信号越限报警均由DCS来完成，DCS留有与上位机的通讯接口，以便将来与总厂调度通讯，使厂方的管理人员时时刻刻掌握整个工厂的生产运行状况。5.1.3 仪表的防护5.1.3.1 施工安装与检修中仪表安全防护注意事项（1） 在搭拆脚手架和起重作业时,严禁将架杆、架板、起重器材搭设于仪表管线、箱体、阀门等设备上,人员上下工作时禁止攀扶、踩踏仪表管线等箱体、阀门设备。拉、抬、扛物体时要瞻前顾后,严禁撞击仪表管线、箱体、阀门等设备。基建工程施工现场和老企业大修现场,因搭脚手架和人员上下而损坏仪表保温(护) 箱、仪表管线等设备的都时常发生。（2）高空作业时,禁止乱丢弃工具、工件等,以免砸坏仪表部件。（3） 施焊作业时,严禁将焊机地线搭设于仪表接地系统上,严禁在仪表系统上点焊试调整焊接电流。（4）施焊作业时,在装