C 现代设计方法评阅索引

一计算机辅助过程设计 1. 过程仿真设计模型 1.1 全流程正确运行 全流程模拟，公用工程在除工艺流股间换热器之外的换热器中均做了设置处理，包括塔顶冷凝器和塔底再沸器。流程中包含了多股循环物流和多个工艺流股间换热器，全流程正确运行无错误和警告。全流程模拟（加换热网络、公用工程）如图 1-1 所示。图 1-1 全流程模拟（加换热网络、公用工程）1.2 分区流程正确运行 全流程划分成单元进行分段流程模拟，各段都包含了循环物流和工艺流股间换热器，分段流程正确运行无错误和警告。分段流程模拟如图1-2 所示。图1-2 分段流程模拟2. 反应器设计模型 2.1 速率模型反应器 主要的反应工序均采用速率模型反应器进行模拟，其中的主反应均使用反应速率模型。 2.1 速率模型来源合理 对于异丁烯与氧气合成甲基丙烯醛反应，本团队采用平推流反应器模型 RPlug 进行模拟，动力学数据来自文献 Selective Oxidation of Isobutylene over Cs-promoted Mo-Bi-Co-Fe-Ce-O CatalystJ.Chinese Journal of Chemical Engineering, 2005(05):135-138.。在反应器设计说明书中有原理说明，最终达到的单程转化率与文献相近。同时在设计过程中，我们使用 COMSOL Multiphysics 5.2a 对反应器进行体积计算和流场模拟，与计算结果吻合。对于甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸的合成反应，针对反应特点，本团队采用的反应器类型为鼓泡悬浮式浆态床反应器。在模拟过程中，我们使用 COMSOL Multiphysics 5.2a 对反应器进行体积计算。动力学数据分别引自文献MAL一步氧化酯化制备MMA催化剂及反应规律研究D.哈尔滨工程大学,2006.和Selective Oxidation of Methacrolein towards Methacrylic Acid on Mixed Oxide (Mo, V, W) Catalysts. Part 2. Variation of Catalyst Composition and Comparison with Acrolein OxidationJ. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2006, 45(26):8801-8806.，引用格式与单位应用正确。3. 分离过程设计 3.1 用精确计算模型 NRTL-RK PENG-ROB模拟过程中，精馏、吸收和萃取精馏中均使用平衡级模型计算。抽余碳四制异丁烯单元选用了NRTL-RK相平衡模型表达 C4H8-iC4-H2-NMP 体系的非理想性；MAL合成及精制单元选用了 NRTL-RK 相平衡模型表达 C4H8-MAL-H2O-O2 体系的非理想性； MMA和MAA合成单元选用了PENG-ROB 相平衡模型表达 MAL-MMA-MAA-CH3OH-H2O-O2 体系的非理想性；MMA精制单元选用了 NRTL-RK相平衡模型表达 MMA-CH3OH-C6H12-H2O 体系的非理想性。3.2 进行参数优化 本团队对精馏塔的总板数（填料高度）、加料板位置、回流比进行了优化，工艺流程中无侧线出料设计。 4. 过程热集成 4.1 用夹点技术分析过程 本团队将换热流股输入 Aspen Energy Analyzer 中进行分析，得到了全流程的实施热集成前后的过程组合曲线图，分析了夹点温度与能耗成本和装置成本的关系，并以此为依据确定了最小传热温差为17。本团队在文档中完整展示了换热网络的计算过程和比较方案。 4.2 用夹点分析结果对工艺流程进行优化设计根据夹点分析，我们发现了组合曲线上有几处平台区，经过分析讨论后运用热泵技术、双效精馏技术，打破了平台区，充分利用平台区的热量。我们对得到的换热网络进行优化设计，通过去除回路、合并较小换热器，以及去除距离太远的换热器后，得到了优化后的换热网络，并将换热网络在最终的模拟流程中应用。 换热网络设计源文件在“设计源文件Aspen Energy Analyzer 能量分析源文件”文件夹中，具体细节请详见“设计文档换热网络与节能设计”。二计算机辅助设备设计 1. 对换热器进行详细设计 1.1 专业软件详细设计 通过 Aspen Plus 对换热器进行初步计算，并将结果导入到 Aspen EDR 中对换热器进行详细设计。设计源文件与设计结果在“设计源文件Aspen Exchanger Design and Rating 换热器设计源文件”文件夹之下。 1.2 换热器流态合理，传热系数包括垢层热阻，换热面积满足需求 本装置所用换热器流态合理，内外流体均处于湍流形态；总传热系数是基于传热膜系数、固壁热阻和污垢热阻得到；换热面积余量介于 30%50%。 1.3 换热器压降合理 本装置所用换热器出口绝压大于 0.1MPa 时压降不大于进口压强的 20%，压降均符合要求。 设计细节请详见“设计文档设备设计说明书”“第四章换热器设计”。 2. 对塔设备进行详细设计 2.1 专业软件详细设计 本团队通过 Aspen Plus 对塔设备进行初步计算，而后将数据导入到 Sulpak、Cup Tower 中进行塔设备流体力学详细校核，并通过 SW6-2011 对塔设备进行强度校核。 2.2 对结构参数进行优化 在本工艺流程中，以MAL精馏塔高压塔段 T0201B 和异丁烯萃取精馏塔 T0102 为例分别说明填料塔和溢流型板式塔的结构参数优化过程。对于溢流型板式塔，通过 Aspen Plus 对塔设备进行初步设计，之后用 Cup Tower 进行水力学计算，降液管液位高度/板间距介于 0.20.5 之间，降液管液体停留时间大于 4 秒。对于工艺中的填料塔，每段填料高度在 46 米，段间设置液体再分布器。具体设计校核细节详见“设计源文件Cup Tower 及 Sulpak 塔设备设计与校核源文件”文件夹中的校核源文件。2.3 对负荷性能进行优化 在本工艺流程中，对MAL精馏塔高压塔段 T0201B 和异丁烯萃取精馏塔 T0102进行详细设计，用于说明填料塔和溢流型板式塔的负荷性能优化过程。本团队通过 Aspen Plus 对塔设备进行初步设计并进行塔结构及负荷性能优化。对于板式塔，对每块塔板的液泛因子进行核算，均介于0.60.85 之间。对于填料塔，整个填料层的能力因子介于 0.40.8 之间。具体设计校核细节详见“设计源文件Aspen Plus V8.4 设计源文件Aspen Plus 塔结构及负荷性能优化”文件夹中的校核源文件。三计算机辅助工厂设计 1. 车间设备布置三维设计 1.1 专业软件详细设计 本团队使用 AutoCAD 2015 进行车间的平立面布置。 1.2 完成至少一个工序 本团队完成原料丁烯精制车间的平立面布置，详见 “项目图纸集 CAD 源文件”-“设备平立面布置图”或直接参阅项目图纸集第 5 部分。 1.3与平面布置及立面布置图吻合本团队在正确的平立面布置图基础上，利用3ds Max2018完成了原料异丁烯精制单元的设备的三维设计，做到基本与平立面布置图吻合。2. 三维配管设计2.1 专业软件详细设计本团队使用Pdmax进行设备配管设计。2.2 完成至少一个工序本团队对原料异丁烯精制车间进行设备配管设计。2.3 与平面布置及立面布置图吻合本团队配管与车间的平立面布置基本吻合，相关源文件及截图请见设计源文件。3. 三维配管设计3.