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宁夏宝塔石化年产20万吨醋酸乙烯项目 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，副反应根据转化率进行模拟。2.1.1 速率模型来源合理 根据浙江大学贾莉发表的硕士学位论文乙炔气相法合成醋酸乙烯新型催化剂的研究所述，乙炔和醋酸合成醋酸乙烯的反应属于固体催化剂作用下的气相反应，论文对醋酸锌-氧化铝催化剂上乙炔和醋酸加成反应动力学进行了研究，并给出了相关实验数据。作者对以乙炔吸附为控制步骤的动力学模型（即a=1，b=0，c=0）进行模拟，得到出以上计算求得新型的醋酸锌-氧化铝催化剂的动力学方程为：冰醋酸和乙炔加成反应生成醋酸乙烯的动力学如下：在Aspen中，我们选用POWERLAW类型输入了动力学方程。图1-3 醋酸乙烯主反应动力学输入3. 分离过程设计 3.1 用精确计算模型 NRTL-RK模拟过程中，精馏、吸收中均使用平衡级模型计算。将其中的气体，如二氧化碳、乙炔等设置为亨利组分，增加模拟的准确度。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、D：F、侧线出料的位置以及出料量进行了优化、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（即雷诺数合理）传热系数包括垢层热阻选取经验值，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（雷诺数大于6000）；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 V10里面对应塔模块下的Column Internals里的Interactive sizing模式对塔设备进行初步设计，在得到合理的初步设计参数后，进入其中的详细校核Rating模块，在校核通过并得到合理的结果后，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，以高压醋酸丙酸分离塔T0102B为例说明填料塔结构参数优化过程。对于该填料塔，每段填料高度为5.5m,在46米之间，段间设置液体再分布器。具体设计校核细节详见“2-设计源文件|1-Aspen Plus V10.0流程模拟源文件|塔结构及负荷性能优化|1-详细设计。”2.3 对负荷性能进行优化 在本工艺流程中，对高压醋酸丙酸分离塔T0102B进行详细设计，用于说明填料塔负荷性能优化过程。本团队通过Aspen Plus V10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“2-设计源文件|1-Aspen Plus V10.0流程模拟源文件|塔结构及负荷性能优化|1-详细设计。”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 2017 PDMS12.0sp6.25进行车间的平立面布置。 1.2 完成至少一个工序 本团队完成醋酸乙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。 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PDMS12.0sp6.25完成了对醋酸乙烯精制单元的设备的三维设计，做到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PDMS12.0sp6.25进行设备配管设计。2.2 完成至少一个工序本团队对醋酸乙烯精制车间主物流管道进行设备配管设计。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3.1 专业软件详细设计本团队使用CAD软件绘制总平面布置图，运用S