华中区-许昌学院西红柿番茄队作品设计0项目摘要

1、项目摘要目录一项目简介1原料及产品方案2工艺流程3设备设计及选型4二三四五、控制方案5六、节能降耗6其他节能降耗6七、厂区选址与布置7总厂布置7车间及管道布置7八、安全与环境9九、经济分析10十、项目总结111队项目摘要 项目简介本项目是设计一座年产 10 万吨醋酸乙烯的装置。该项目有效利用乙烯、氧气，充分利用当地醋酸资源，达到环境友好，实现清洁节能生产醋酸乙烯的目的。本项目用 4395.25kg/h乙烯，8809.02kg/h 醋酸和 3265.04kg/h 氧气，生产出 12626.26kg/h 的醋酸乙烯，经济效益明显，厂区建于呼图壁县天山工业园区内。本团队在工艺设计中，兼顾经济效益和清

2、洁生产，思如下几个方面：确，亮点突出，其主要体现在本项目乙烯是由总厂所产，醋酸为园区自产，公用工程由园区提供，充分利用园区资源，经济生产醋酸乙烯。工艺流程符合当前情况，采用乙烯气相法既安全环保，并且流程较简单，能实现醋酸乙烯的工业生产。采用物流间换热，热量副产大量低压蒸汽。采用汽提塔来提高产品纯度，可以从 98%提高到 99.96%以上，产品质量明显提高。1项目摘要二 原料及产品方案本项目主要原料是乙烯、醋酸和氧气，还有一些辅助原料，这些原料规格如表 2-1 所示：表 2-1 原料规格产品方案如表 2-2 所示：表 2-2 产品方案因此选择乙烯气相法生产醋酸乙烯。2反应条件乙炔气相法乙烯法液相

3、法气相法温度180200110130150200压力常压34MPa0.51MPa空速100250150018002000反应热90.4 KJ/mol210 KJ/mol252 KJ/mol反应形式固定床、流化床鼓泡塔、搅拌釜固定床、流化床催化剂醋酸锌-活性炭氯化钯-氯化铜钯-金-二氧化硅副产物乙醛、巴豆醛乙醛、25%、甲酸、草酸、乙酸乙酯、乙二醇二乙酸酯、乙酸甲酯氯乙烷乙醛、巴豆醛优点建设费用低副产物少反应热容易移去原料醋酸可以自给副产物少生产能力高缺点） 乙炔不易获取能耗较高设备腐蚀性大副产物多建设费用高催化剂费用高反应热难移走原料规格乙烯99.9%（体积分数）醋酸99.8%（质量分数）O2

4、99.6%（摩尔分数）碳酸钾99.8%（质量分数）对苯二酚99.00%（质量分数）对苯醌99.00%（质量分数）项目摘要三 工艺流程图 3-1 生产工艺流程简图本项目采用乙烯气相法生产醋酸乙烯，分为三个车间，分别是反应车间、分离车间和精制车间。具体步骤如下：来自界区外的乙烯加入到主循环气回路并进入到醋酸蒸发器，在此与汽化的醋酸蒸汽混合。其中醋酸蒸发器的热源由蒸汽提供。此外，为防止高沸点的杂质在醋酸蒸发器中过度积累，需要有一股泄放液排放到焦油脱除塔。离开醋酸蒸发器的循环气在进入 VAM 反应器之前，通过氧气混合器与来自界区外的氧气安全的混合，混合气中氧气的含量控制低于下限。原料混合后，经过预热、

5、压缩进入到列管式固定床反应器，在此部分乙烯和醋酸转化生成醋酸乙烯和水，同时伴有副反应的发生，主要副产物为 CO2，此外还有少量的醛类生成。该反应是放热反应，反应热由反应器壳程中的沸水移走。反应后的混合气离开反应器后，经过换热进入换热器醋酸乙烯、水和未反应的醋酸都从气体中冷凝出来。冷凝液去精制系统，不凝气去原料气醋酸，大量脱除系统不凝气中含有和未反应的原料气，先经过水洗塔，洗去去吸收塔，以热碳酸钾溶液为吸收剂，对进行吸收解吸。冷凝液去共沸塔，醋酸乙烯和水形成共沸物，共沸物从塔顶出来，再经过一个共沸塔，进一步精制，两个共沸塔塔底出来醋酸富液，一起去醋酸蒸发器。从塔顶出来的粗产品，经过汽提塔进一步精

6、制，到纯度较高的醋酸乙烯。另外，醋酸蒸发器需要定时进行清焦。生产中排放的废水主要包含蒸汽凝液泄放液、工艺废水、工艺排净收集液和生活废水等，这些都集中收集在装置内废水池中，在中和后用废水泵送至界区外处理。3项目摘要四 设备设计及选型根据Aspen Plus 的模拟结果对工艺流程中的 VAC 反应器 R201、二次共沸塔 T403、换热器 E202、E406 进行了详细设计，包括基本的设备设计参数和特殊内构件的设计。利用COMSOL Multiphysics 对 VAC 化反应器进行反应体积的模拟以及反应器的长径比的优化和确定。利用 SW6-2011 及KG-Tower对流程中的部分塔设备进行了工

7、艺设计、基本参数设计和机械强度校核。利用 Aspen Plus 对换热器进行了工艺设计、选型、基本参数设计和机械强度校核。此外还对泵、压缩机、储罐、气液分离器、回流罐等设备进行了合理选型。以二次共沸塔为例，讲述设计思路如下：共沸塔结构示意图如图 4-1：4塔底醋酸富液进料塔板精馏塔塔板塔顶高浓度 VAC图 4-1 反应器结构示意图项目摘要五、控制方案本项目设计中，首先考虑了正常生产时的稳态控制策略。在控制系统方面主要由集散型控制系统组成，同时结合 SIS 控制，主要用信息反馈来控制泄压阀的开启、阀门流量以及显示各压力容器和管路的压力、温度、液位等，实现分散控制集中管理，加强安全性。本厂厂区内的

8、生产装置、公用工程及辅助设施利用集散控制系统进行集中操作、控制和管理；此外，为了应对生产过程中可能发生的，本项目对混合器、反应器设计了 SIS安全仪表系统，充分保障了混合器和反应器的使用安全；同时全厂采用了 ESD 紧急停车系统，事故一旦发生能够得到有效控制。选择的控制系统除满足以上要求之外，还从 SNG 生产规模、系统投入、系统性能及实用性等多方位考虑。设计中对各工段详细绘制了艺管道及仪表流程图，具体详见 AutoCAD 图纸源文件及项目图纸集。工5项目摘要六、节能降耗本项目为了充分利用能量，通过使用 Aspen Energyyzer，根据夹点设计法，结合实际情况，进行流股匹配，设计出了一种

9、最优的冷热流股匹配方案。同时将优化后的换热网络返回流程模拟和图纸，对比分析得出最优。详见 Aspen 流程模拟源文件和图纸。以下是换热前后冷热流股匹配方案。图 6-1匹配前换热网络图 6-2匹配后换热网络全场节能效果对比：其他节能降耗VAC 反应器产生大量低压蒸汽，用于自用及销售给用户供暖等。6项目热公用工程/ kJ/h冷公用工程/ kJ/h换热单元数/个匹配前9.1931072.34310814匹配后7.8731071.99710816物流匹配节能百分率14.36%14.77%项目摘要七、厂区选址与布置呼图壁县天山工业园区内，园区公共设施完善，企业集群使厂址选在优势明显。原料乙烯由总公司运来

10、，醋酸、氧气直接来自园区内，方便快捷。三废处理、公用工程均有配套产业供应。园区还得到了的健康可持续发展。的政策扶助和技术支持，注重产业1 总厂布置总图布置十分珍惜和合理利用每寸土地，切实保护耕地”的基本国策，因地制宜，节约用地，提高土地利用率。坚持做到：符合国情，布置合理，生产安全，技术先进，保护环境，节省投资，运营费低。根据人车分离理念，分设车流通道和通道，减少交通阻力。采用了平行布置，将生产区与生活区布置在厂区径向干道两侧，使二者互不影响。并且根据紧凑集中理念，合理布置厂区内建筑及车间位置，达到高效稳定安全的生产布置。厂区长378m，宽 228m，总占地面积 86184m2，主要包括办公楼

11、及生活服务区、辅助生产区、生产区和储运区等区域。示），并用 SketchUp使用 AutoCAD 进行厂区的平面设计（厂区平面布置图如图 7-1 所绘制了厂区的效果图，有助于直观地了解厂区的全貌。图 7-1 厂区总平面布置图2 车间及管道布置本项目使用 Plant 3D 对 SNG 工段进行了设备布置和详细的管道布置，确定了管道的走向，并得到了每根管道的轴测图。另外，还利用 AutoCAD 对进行了设备布置图的绘制。车间三维布置图如图 7-2 所示。7项目摘要图 7-2车间三维布置图8项目摘要八、安全与环境1、本项目采用 RiskSystem对工厂的罐区及生产区进行了辨识，并根据物质的物性进行

12、了罐区物质的源相分析，继而根据源相分析的结果进行了池火事故模型、沸腾液体扩展蒸汽指数评价对、蒸汽云模型分析了事故的范围。采用道化学火灾、进行风险预评估。2、本项目采用 HAZOP 分析方法，分别以醋酸储罐、醋酸蒸发器、混合器、反应器、吸收塔、共沸塔、汽提塔和共沸塔塔顶冷凝器为节点进行分析。根据该设备可能产生的偏差如：进料流量增大、塔顶采出增大等进行系统分析，根据分析结果对可能产生的和隐患进行有效的，研究出偏离如：生产能力下降，分离效果降，采取一系列安全措施如：液位指示、进料流量控制等，以此实现对该设备和系统的稳定控制。3、在厂区布置中使用 RiskSystem对有害物质进行了事故范围的模拟，总

13、图布置严格按照石油化工企业设计防火规范等设计规范。4、反应产生的废催化剂由厂家回收再利用。三废安全排放无污染。并且，选用低噪音设备，做好隔声、消声、吸声措施。另外，在厂区进行绿化，改善生态平衡。9项目摘要九、经济分析通过对该项目进行投资估算和财务评价，全厂的综合经济技术指标如表 9-1 所示。表 9-1综合经济技术指标10序号指标名称数值1设计规模吨/a1000002占地面积平方米861843建筑面积平方米33611.2384年操作时间小时/年39205工程项目总投资万元38376.84376固定资产投资万元18351.7797直接材料费万元/年51024.768总定员人629年成本费用万元/

14、年173212.1910全厂总产值万元/年7000011年净利润总额万元/年20026.73812投资利润率%57.2513投资利税率%64.1414静态投资回收期年5.9415动态投资回收期年6.1616收益率%1817财务净现值万元12985.42项目摘要年产 10 万吨醋酸乙烯十、项目总结本项目依据相关规定，以“安全生产、节能环保、资源化利用、可持续发展”为本，对相关过程进行设计，有效利用资源，深度契合。前期根据大量文献，以及资料收集，确定了以乙烯气相法生产醋酸乙烯的工艺流程，并对此用 Aspen plus 进行流程模拟。对全流程优化后，采用夹点分析技术结合Aspen Energyyzer对过程进行了热集成分析，确定了本项目的节能方案，并对全流程进行了物料以及热量。对于过程中的设备，主要对工艺流程中的 VAC 化反应