年产25万吨丁醇生产工艺

1、前言丁醇是重要的有机化工原料，广泛用于医药、印染、塑料、有机等领域。丁醇是生产丁酸、丁胺、醋酸丁酯和丙烯酸丁酯等多种有机化合物的原料。丁醇分为两类：正丁醇和异丁醇。正丁醇主要用来生产邻苯二甲酸二丁酯、丙烯酸丁酯等。可直接作为合成塑料、涂料、助剂等的原料，也是良好的溶剂之一，大部分正丁醇是用来合成酯类，产品有丙烯酸丁酯、醋酸丁酯、乙醇醚、增塑剂DBP等。丁醇在许多化工领域得到了广泛应用，在2000年之前，全球丁醇生产主要集中在美国、欧洲、日本等地，这些地区丁醇市场趋于成熟，生产能力过剩，需求增长趋缓，而亚洲等其他地区，由于缺口较大，需求增长较快。在中国，特别是改革开放以来，随着石化工业的快速发展

2、，对丁醇的需求越来越大，因而引进了国外先进技术，相继建成了一批大型乙烯生产装置，其中有的配套了代表国际先进水平的羰基合成丁醇生产装置，如齐鲁石化公司、吉林化纤工业公司及大庆石油化工总厂、北京化工四厂、扬子巴斯夫公司，总产能为145kt/年，由于下游需求的快速增长，尽管这几套装置都在加大负荷生产，丁醇的产量有很大提高，但一直不能满足下游实际生产的需求,因而对这几套装置进行扩能改造、或新建生产装置势在必行。设计基础条件2.1原料简介丙烯(propylene,CH2二CHCH3)常温下为无色、稍带有甜味的气体。分子量42.08，密度0.5139g/cm3(20/4C),冰点-185.3C,沸点-47

3、.4C。易燃，爆炸极限为2%11%。不溶于水，溶于有机溶剂，是一种属低毒类物质。丙烯是三大合成材料的基本原料，主要用于生产丙烯腈、异丙烯、丙酮和环氧丙烷等。2.2产品简介本项目产品为正丁醇和异丁醇，均为重要的有机化工原料，在医药工业、塑料工业、有机工业、印染等方面具有广泛用途。2.2.1正丁醇正丁醇是优良的有机溶剂，也可转化为丁醇衍生物作特种溶剂；可用于生产多种增塑剂，如邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)、邻苯二甲酸丁辛酯、己二酸二丁酯等；也可用于生产乙酸丁酯、丙烯丁酯、甲基丙烯酸丁酯等化工产品，其主要衍生物系及用途见图1-1。温州大学化学工艺学课程设计 温州大学化学工艺学

4、课程设计 Il*1:I孔怪.徐丰耳纺也.坐卒辰臓接凹用=疋J酵汝料.制劭波-.礬取刺塔N甲基疋丁加N厶基正厂嫔农茹中阿曲機胶促进剧址陀釣中fRj林、乱化和、if-迓-fiJ竝I一砒化纤维点.nn幅纤维瘵常人笔革.徐料晋的蒂雜1|嗥I!畢二帀鞭二刁一髓图1-1正丁醇主要衍生物系及其用途2.2.2异丁醇异丁醇可用于合成异丁胺、醋酸异丁酯等，也可用作硝基纤维素、乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、多种天然树脂、橡胶的溶剂，以及用作石油添加剂、抗氧剂、增塑剂等合成原料以及钽锂盐的提纯用试剂等，其主要衍生物系及其用途见图1-2。图1-2异丁醇主要衍生物系及其用途2.3生产规模本项目年生产丁醇23.5万吨，其中正

5、丁醇21.8万吨，异丁醇1.7万吨。2.4环境要求2.4.1废气处理在建厂施工期间，工程及运输车辆排放的尾气及扬尘，主要污染物有CO、CO2氮氧化合物及烟尘。在正常生产期间产生的主要废气包括：来自锅炉房的燃烧产生的废气、烟气的排放以及工厂管道的泄露。治理措施在于预防为主，对设备定期的检修，工厂内种植净化效果好的树木植被等；治理为辅，应回收或综合利用，如不能回收或综合利用时，应采取措施使其符合排放标准。在选择废气治理方法时应避免产生二次污染。废气治理的方法有：除尘法、冷凝法、吸收法和直接燃烧法。车间空气中有害物质的最高允许浓度及大气污染物综合排放标准为GB16297-1996。2.4.2废液处理

6、本厂的废液主要来源如下：1、反应釜底部三苯基膦铑催化剂液相循环久了会使催化剂活性降低，一部分为废催化剂，故需排出处理后才能继续使用。2、丁醇重组分蒸馏塔塔底的废水，含有一定量的杂醇、缩醇醛、高碳醇和丁酸丁酯，且废液量大，需要处理才能回用，水洗塔塔底的废水中含有部分烃类和醇类，需处理才能回用或排放；3、生活污水，厂区内工人们生活污水。废水系统应根据水量、水温、污染物的性质和含量，以及废水和污染物被回收利用或处理的方法合理划分做到清污分流，采用循环利用或重复利用。另外，选择先进的生产工艺可以不产生或少产生废弃物及其它不良影响。改革工艺、提高产品得率、降低原料的消耗、减少排污量是废水处理的根本途径。

7、废水治理基本方法有：隔油法、气浮法、沉淀法、耗氧生物处理，厌氧生物处理。在施工场地建设临时导流沟，并在排放口前设置雨水缓冲池，将暴雨径流引至缓冲池充分沉淀后再排放至排水管道。采取上述施工后，加强施工期环境管理，可以有效地做好施工污水地防治，减轻对水环境的影响。在施工场地设置循环水池，将设备冷却水降温后循环使用，以节约用水。设置沉淀池，将设备、车辆洗涤水简单处理后循环使用。2.4.3废渣处理本集成工厂的废渣主要来自固定床列管式反应器的废催化剂，另外废渣还包括生活垃圾。废渣处理一般采取焚烧或者填埋，本厂的废渣送至本厂的三废处理处。生活垃圾排至城市废渣处理，多数采取焚烧或者填埋方案。2.5公用工程宁

8、波石化经济技术开发区内配备了整套齐全的基础设施，为园企业正常运行提供了重要保障。化工区配套设施见下表。项目内容园区电力由中国华东电网供应，建有35/110/220KV变电站，可实现不间供电断双回路供电，保证区内企业的安全运行。园区目前建成110KV变电站2座（澥浦、南洪），220KV变电站1座（殿跟）。规划新建110KV变电站4座，220KV变电站2座供水工业用水一期80,000t/d,二期300,000t/d。生活用水10000t/d园区内宁波爱普环保有限公司目前的工业污水处理能力为10,000吨/工业废水处理天，扩建后总处理能力50,000吨/天。北区污水处理有限公司一期城市污水处理能力为

9、100,000吨/天，2007年底已投入运行，未来处理能力可达到400,000吨/天；另有日处理工业污水能力为60,000吨/天（一期30000吨/天）的污水处理厂在建一期形成3X130t/h次高压循环流化床锅炉、1X25MW抽凝式汽轮发电供热机组、1X12MW背压式发电机组等三炉二机（已运行），可供1.3-4.1Mpa蒸汽。二期形成6X130t/h次高压循环流化床锅炉、2X25MW抽凝式汽轮发电机组、2X12MW背压式发电机组等六炉四机。工业气体可供氮气、氧气、氢气、二氧化碳、重整氢、一氧化碳等雨污分流目前处理能力：10000t/d,扩建后总处理能力50000t/d天然气园区内部建有天然气调

10、压站，可为企业提供天然气消防配备抢险救援车，重型水罐车，进口泡沫车，大型水罐车（21吨），泡应急指挥中心设施沫、干粉联用车，洗消车，高喷车，后勤指挥车等监控系统涵盖化工区仓储区、管廊和大企业的自备罐区等。承担公安、消防、环保、抢救、防汛防台和危险源监控等方面的协调管理工作液体灌区正在建设中，低温乙烯储罐：20,000立方米X2,低温丙烯储罐：30,000立方米XI,覆土式压力储槽：3,300立方米XII,低温液氨储罐：20,000立方米XI。镇海液体化学品码头内建有液化品罐区。油品罐容400,000立方米,液体化学品罐容208,000立方米工业管廊输送化工原料的管廊已经建成通讯采用地下光缆,拥

11、有程控电话,因特网络等设施危险废物日焚烧处理化工废渣10吨的高温焚烧炉;日处理10吨废有机溶剂处理工作内容及要求3.1项目可行性论证3.1.1建设意义1、符合国家相关产业政策本项目符合有关的国民经济和社会发展总体规划,符合产业结构调整目录中鼓励类第九项中的第二十条；采用先进工艺技术的大型基本有机化工原料生产；第二十七条：生产醇、醚燃料。2、进一步繁荣经济、带队地方经济的发展由于该项目生产的基础化工原料关联度高,对下游产业具有很大的带动作用。该项目的建设对园区及当地的经济发展起到强有用的带动作用,带动当地石化工业的复苏,拉长石化产业链,促进地方经济均衡发展。3.1.2建设规模本项目年生产丁醇23

12、.5万吨，其中正丁醇21.8万吨，异丁醇1.7万吨。3.1.3技术方案丙烯制丁醇流程首先是将丙烯和合成气在搅拌式反应釜中生成混合丁醛，然后送至固定床反应器气相加氢生产正（异）丁醇，最后在精馏塔中将正丁醇和异丁醇分离。丙烯制丁醇流程如图2-1所示。图2-1丙烯制丁醇流程示意图3.1.4厂址选择本厂选择建设在宁波石化经济技术开发区。宁波石化经济技术开发区位于杭州湾南岸，宁波镇海区西北侧辽阔的海涂上,规划面积56.22平方公里。区内地势平坦，依江临海，水源充沛，环境容量大，自然条件优越，同时园区提供“九通一平”配套设施齐全。宁波及周边地区经济的快速发展和宁波杭州湾大桥的建设给园区带来了无限商机和发展

13、机会，具有发展石油化学工业得天独厚的优势。园区水陆交通便捷、四通八达，区域优势明显。园区距宁波市区仅14公里，距东方深水良港北仑港仅24公里，紧邻中国最大的液体化工码头。园区总规划面积56.22平方公里，化工区将本着外向型、高起点、跨世纪和持续、快速、安全、健康的发展理念，按照建设现代化工园区的要求和化工行业的特点，努力营造一个高科技产业和支柱产业相对集聚、以大炼油和大乙烯项目为支撑、生产与生态均衡协调、可持续发展的世界一流的国家级石化产业基地。3.1.5社会及经济效益分析1）经济效益分析23.5万吨/年丁醇总投资约需21.03亿元，其中建设投资约需16.80亿元。资金筹措采取自筹和银行贷款相

14、结合的方法，其中自筹6.53亿元，银行贷款14.5亿元。丙烯价格按9500元/吨，正丁醇价格按12500元/吨，异丁醇价格按11500元/吨。投产后年均销售收入约29.20亿元，年均利税约8.92亿元。2）社会效益分析本项目用NMP法抽提丁二烯，NMP溶剂不仅无毒无刺激气味，其挥发量小，减少了经济损失，而且对设备无腐蚀性，降低了设备成本，NMP工艺的能源消耗较其他工艺都小，使得项目具有良好的环境效益和经济效益。生产过程中“三废”少，并且都采取了综合治理的相应的处理措施，因此装置对周边环境影响较小，有利于环境保护。本项目的建立可提供部分就业机会，从而缓解了企业和社会的负担。坚持走新型工业化道路，

15、大力推进石油化工产业化进程，为我国的C4的综合利用可持续发展做出新的贡献。3.2工艺流程设计3.2.1工艺方案选择及论证所谓工艺技术路线，就是把原料加工成为产品的方法，包括工艺流程、生产方法、工艺设备和技术方案等。工艺技术路线的选择就是要在各种可能的工艺技术路线中，经过比较确定一条效果最好的工艺技术路线为拟建项目采用。工艺技术路线影响到项目的投资、产品的成本、产品的质量、劳动条件、环境保护等各个方面，因而决定了项目投资后的经济效益和社会效益。项目投资后的效益如何，其实是工艺技术路线选择的必然结果，能否选到好的工艺技术路线，是项目能否成功的关键，所以，工艺技术路线的选择是项目可行性研究工作的核心

16、。工艺技术方案的比较1、UCC/Daw/JohnsonMattey低压羰基合成工艺美国UCC和英国Davy及JohnsonMattey3家公司共同开发的铑催化剂低压羰基合成技术，简称UCC/Davy法或U.D.J法，于1976年工业化装置投入生产，目前世界约60%左右的丁醇装置采用该技术。该工艺依据羰基合成催化剂循环方式的不同又分为气相循环工艺和液相循环工艺。液相循环工艺于1984年投入工业化应用。与气相循环工艺相比，液相循环工艺将两台并联反应器操作改为两台串联操作，不仅增大了反应器的容积利用率，而且加快了反应速率，可使同样大小反应器的能力提高50%80%。采用液相循环工艺已在世界建成若干套生

17、产装置。UCC/Davy低压羰基合成工艺原料消耗低、产物正异构比较高，反应压力低、操作容易，物料对设备腐蚀低，流程短，设备较少，投资低。液相循环工艺问世后，生产效率进一步提高。该工艺是羰基合成最先进的技术之一。2、三菱化成低压羰基合成工艺该工艺采用铑络合物催化剂，反应压力和反应温度低，产物正异构比较高，物料对设备腐蚀低。虽然省去了闪蒸和蒸发过程，但设置了醛塔专门分离催化剂，且催化剂回收系统复杂，并需连续向反应器补加新鲜催化剂，流程长、设备多，总投资较大。温州大学化学工艺学课程设计9 3、巴斯夫低压羰基合成工艺该工艺于1982年实现工业化，羰基合成采用铑的络合物为催化剂，以三苯基膦为配位体，用丁

18、醛和高沸物配制成催化剂溶液。催化剂采用液相循环工艺，每年抽出约10%15%催化剂送工厂再生，同时补充新鲜催化剂。4、美国伊士曼公司羰基合成工艺该技术过去未商业转让，目前仅在美国和新加坡各有1套装置运行。该技术的主要特点是产品方案灵活，其烯-丙烯共进料工艺技术可同时生产丁醛和丙醛及相关的醇类产品，以适应市场需求。工艺技术方案见表2-1。表2-1工艺技术方案对比表方案指标单位巴斯夫伊士曼戴维产品纯度99.59799.5原料t/t产丙烯0.610.610.602单耗品100合成Nm3/t719690715计气产品溶剂催化剂催化剂分离方式正异构丁醛三苯基膦羰基铑催化剂蒸发分离、液相循环铑基催化剂蒸发分

19、离、气相循环无铁丁醛三苯基膦羰基铑催化剂蒸发分离、液相循环温度C10012590110压力MPa2251.51.9主要技正/89/1310/1425/1术参数异比转化率96919193反应器形式塔式内装若干个降膜蒸发器的搅拌器带搅拌桨釜式反应器技术先进性、应用的广泛原料来源广泛；原料来源广泛；原料来源广泛；性和可靠性催化剂活性好；催化剂活性好；催化剂活性温州大学化学工艺学课程设计 温州大学化学工艺学课程设计 消耗定额低，操作消耗定额低，操作温度、压力较消耗定额较温度、压力较高；咼；咼；流程短；流程短；操作温度、压力低；设备较少；设备较少；正/异比较咼；操作维修量较小；操作维修量较不需要特殊少；

20、材质；本项目建议采用低压羰基合成工艺，现在国内引进的主要为Davy-UCC技术。该工艺特点：投资少；工艺简单，反应温度较低，单程操作；操作费用低；丙烯和合成气几乎全部转化，损失少，醛重组分产率低；铑用量少。3.2.2工艺流程设计丁醇工艺方块流程图丙烯制丁醇流程首先是将丙烯和合成气在搅拌式反应釜中生成混合丁醛，然后送至固定床反应器气相加氢生产正（异）丁醇，最后在精馏塔中将正丁醇和异丁醇分离。丙烯制丁醇流程如下图所示。工艺流程简述1、丁醛生产由总厂提供的原料合成气经多级净化脱除氧、硫、氯等杂质，以防止铑催化剂中毒。丙烯经多级净化系统将其中的硫化物、氯化物、氧等杂质脱除后与净化合成气一并送入羰基合成

21、反应器。该反应器是带搅拌的釜式反应器，内有冷却盘管和进料气体分配器。在铑催化剂，气体分配器以及搅拌器的作用下，原料气体以小气泡的形式扩散在催化剂溶液中，并于105C、1.6MPa条件下，通过低压羰基合成反应生产出混合丁醛。OXO反应是放热反应，反应热通过产品丁醛的蒸发脱除一部分，通过调温水换热脱除一部分。混有混合气体和丙烯、丙烷的混合丁醛液体在V-111缓冲罐中稳定，气体通过压缩机循环至反应器反应,混有丙烯丙烷的混合丁醛液体通过离心泵运送至T-106气提塔中脱除其中的丙烯、丙烷。2、丁醇生产脱除重组分后的混合丁醛进入蒸发器汽化后，进入加氢反应器中，在催化剂的作用下。在04MPa和130C条件下

22、。生产粗混合丁醇。粗品经预精馏塔和精馏塔脱除轻、重组分后，进入异构物塔分离，在塔顶得到纯度99.8%的异丁醇产品，塔底得到纯度99.5%的正丁醇产品。3.2.3物料衡算本项目涉及的化工单元操作较多，如合成、加热、冷却、换热、吸收和精馏。因此将整个流程分为羰基合成反应和丁醛加氢反应两个工段进行物料衡算。1）羰基合成反应工段物料衡算下图是由AspenPlus软件模拟得出的羰基合成反应工段物料衡算图，见图3-1。图3-1羰基合成反应工段物料衡算图羰基合成反应工段物料衡算如下表3-1所示。表3-1羰基合成反应工段物料衡算表H-CO2CH36OUTCH38CHO48温度/C40.0040.0020.00

23、-47106.60压力/bar26.0026.003.0022.60温州大学化学工艺学课程设计 #温州大学化学工艺学课程设计 摩尔流量/kmolhr-11100.00490.00203.8519.8442.75温州大学化学工艺学课程设计 OUT-43H2正异T醇分需塔QLANL1IXER-2Tinos反应器脱董组分塔温州大学化学工艺学课程设计 #温州大学化学工艺学课程设计 质量流量/kghr-116228.5120619.513897.001025.5531925.47体积流量/cumhr-11101.5343.031656.211.46443.478各物质的质量流量/kghr-1CH3800

24、239.53192.810CH36020619.51592.36388.170H21130.900190.100CO15097.6102298.091.7250CHO（正丁醛）4800517.28334.6529548.17YIDINGQ（异丁醛）0059.64108.182377.29进口质量流量36848.03出口质量流量36848.03羰基合成反映的化学反应方程式，如下式1-1、1-2和1-3。主：CHCH=CH+CO+HCHCHCHCHO(1-1)322322CHCH=CH+CO+H(CH)CHCHO32232(1-2)副：CHCH=CH+HCHCHCH(1-3)322323由表3-1

25、可知，进料的C3H6和CO-H2的混合气的总质量流量为36848.03Kg/Hr,在羰基合成反应器中反应生成了正异丁醛和副产物丙烷，然后通过稳定塔将丙烷以及未反应完全的丙烯去除，在出口处得到了正异丁醇，出口处的总质量流量为36848.03Kg/Hr,因此可以得出该过程物料是守恒的。2）丁醛加氢反应工段物料衡算丁醛加氢反应工段流程图，如下图3-2所示。图3-2丁醛加氢反应工段物料衡算图丁醛加氢反应工段物料情况如下表3-2所示。表3-2丁醛加氢反应工段物料衡算表H2QUANOUTQINGZHONGCHO48YDC温度/c40.00i06.7000i33.5099.0089.70压力/bar26.0

26、04.003.003.00i.000.500.50摩尔流里/kmolhr-i500.00450.2557.246.4990.092409.6333.25质量流量/kghr-ii007.9432466.57i67.33468.676i030363.502465.00MassFlow/kghr-iH2i007.940ii3.890.003000CHO480300i7.i648.06395.335000.i2CHO4i0000.i227.453.ii30362.400.40YIDINGC000.i2i4.430i.092464.46YIDINGQ02449.4i5.063i.i28000HO2000

27、.070.322000CHO8i400002.7500CHO8i620000i.3500DSDZ（丁酸丁酯）00002.220.0i0YDSDZ（异丁酸丁酯）00000.5500进口质量流量33474.51出口质量流量33474.51丁醛加氢反应的化学反应方程式，见式（1-4）至式（1-7）其主反应为：CHCHCHCHOHtCHCHCHCHOH32（CH）CHCHO322副反应为：2C4H8O3222H（CH）CHCHOH23222TCHO8162CHCHCHCHO+HtCHCHCHCHOH322232221-4）（1-5）（1-6）（1-7）由表3-2可知，该工段进料为混合醛和H2,质量流量

28、分别为1007.94kg/hr和32466.57kg/hr，总进料质量流量为33474.51kg/hr，在丁醛加氢反应器中，进行化学反应，生成正异丁醇，以及丁酸丁酯、异丁酸丁酯、辛醇等副产物。再经过脱轻组分塔时，部分轻组分杂志除去，排出。在脱重组分塔中，重的杂质被去除，排出。然后通过正异丁醇分离塔将正异丁醇分离，得到合格的产品。而排出的轻组分和重组分以及分离的正丁醇和异丁醇总的质量流量为33474.51kg/hr，因此，在丁醛加氢工段物料是守恒的。3）全流程物料衡算丙烯制正异丁醇的整个工艺流程如图3-3所示。图3-3全流程工段物料衡算图丙烯制正异丁醇的整个流程的物料状况如下表3-3所示。表3-

29、3全流程物料衡算表CHHCOHOUT1OUT2CHQINGZHONGCHOYDC362238410温度/c404040200-4701349990压力/bar2626263323111摩尔流量/kmolhr-1490101050010457226041033质量流/kghr-1206201490110082037167101746910303632465体积流量/cumhr-1431011501845433210413MassFlow/kghr-1CH3800016602670000CH36206200042305540000H20103810089711400000CO01386201061

30、020000CHO4800026148128395000CHO410000000273303620YIDINGC00000014012464YIDINGQ0003056631000HO20000000000CHO8180000000000CHO8140000000300CHO81620000000100DSDZ（丁酸丁酯）0000000200YDSDZ（异丁酸丁酯）0000000100进口质量流量CH+CO-H+H）362236528出口质量流量36528由表3-3可得进口物料的总质量流量为36528kg/hr，出口物料的总质量流量为36828kg/hr，因此可以看出，全流程的物料是守恒的。3

31、.2.4热量衡算根据能量守恒定律，进出系统的能量衡算式为Q过程的换热之和，包括与环境的换热和与加热剂或冷却剂的换热。W输入系统的总的机械能。刀Hout离开设备的各物料焓之和。EHin进入设备的各物料焓之和。根据上式，对各主要设备进行能量衡算。Q+W=M=H-Houtin1）羰基合成反应能量衡算丙烯羰基合成工段热量衡算见图3-4。图3-4羟基合成反应工段热量衡算图丙烯羰基合成反应工段流股焓变具体见表3-4。丙烯談基合成反应器，气提塔表3-4羰基合成工段流股焓变计算表H-COCHOUTCHOCH2364838Temperature/C404020i06.6-47Pressure/bar262632

32、.62VaporFraci0i00MoleFlow/kmolhr-iii00490203.85442.75i9.8MassFlow/kghr-ii6228.5i206i9.5i3897.003i925.47i025.55VolumeFlow/cumhr-iiiOi.53743.035i656.2i43.478i.46Enthalpy/Gcalhr-i-i4.ii50.93i-2.64i-24.05i-0.5iHin/Gcalhr-i-i3.i8Hout/Gcalhr-i-27.20工Hout-工Hin(Gcal/hr)-i4.02丙烯羰基合成反应工段具体输入功与热负荷见表3-5。表3-5羟基合

33、成反应工段输入功和热负荷计算表项目数据E-i热负荷/Gcalhr-i2.456539R-i热负荷/Gcalhr-i-i6.044E-2热负荷/Gcalhr-i-0.8i646V-i热负荷/Gcalhr-i-i.i6609P-i功耗/Gcalhr-i0T-1塔顶冷凝器热负荷/Gcalhr-iT-1塔底再沸器热负荷/Gcalhr-1工Q/Gcalhr-1-0.315211.861684-14.0235丙烯羰基合成反应工段热量衡算具体见表3-6。表3-6羰基合成反应工段热量衡算计算表项目数据工Hout-工Hin/Gcalhr-i-14.023工Q/Gcalhr-i-14.0235error0.000

34、52)丁醛加氢反应能量衡算丁醛加氢反应工段热量衡算见图3-5图3-5丁醛加氢反应工段工段热量衡算图or岀科OH5-T勘氢反应器正异丁尊分融丁醛加氢反应工段流股焓变计算见表3-7。表3-7丁醛加氢反应工段流股焓变计算表QUANOUTQINGZHONGYDCCHO410Temperature/Ci06.704000i33.589.799Pressure/bar42633i0.50.5VaporFrac0ii0000MoleFlow/kmolhr-i450.2550057.246.490.09233.25409.63MassFlow/kghr-i32466.5i007.94i67.33468.6i0

35、24630363.50VolumeFlow/cumhr-i44.22500.699433.320.540.0i33.344i.23Enthalpy/Gcalhr-i-24.450.052-0.04-0.39-0.008-2.53-30.43工Hin/Gcalhr-i-24.40工Hout/Gcalhr-1-33.42工Hout-工Hin/Gcal*hr-i-9.01丁醛加氢反应工段输入功和热负荷见表3-8。热量衡算见表3-9表3-8丁醛加氢反应工段输入功和热负荷计算表项目数据E-3热负荷/Gcalhr-i3.726638i3R-2热负荷/Gcalhr-i-6.22i7924E-4热负荷/Gca

36、lhr-i-i.5969692T-2热负荷/Gcalhr-i-7.2806ii9T-2热负荷/Gcalhr-i3.97945305E-5热负荷/Gcalhr-i-0.06i3i05T-3热负荷/Gcalhr-i-8.9763539T-3热负荷/Gcalhr-i7.96858324E-6热负荷/Gcalhr-i-0.i798272T-4热负荷/Gcalhr-i-i0.i48i35T-4热负荷/Gcalhr-i9.7725505工Q-9.0i7775i8表3-9丁醛加氢反应工段热量衡算计算表项目数据out-工Hin/Gcalhr-i-9.0i7工Q/Gcalhr-i-9.0i7775i8error

37、0.00073.2.5绘制物料流程图和带控制点工艺流程图温州大学化学工艺学课程设计 温州大学化学工艺学课程设计 #&图3-6羰基合成工段物料流程图温州大学化学工艺学课程设计 #温州大学化学工艺学课程设计 #图3-7丁醇合成工段物料流程图温州大学化学工艺学课程设计 图3-8羰基合成工段带控制点工艺流程图温州大学化学工艺学课程设计 #温州大学化学工艺学课程设计 F.JH温州大学化学工艺学课程设计 图3-9丁醇合成工段带控制点工艺流程图3.3设备选型及典型设备设计3.3.1主要设备的设计及选型正异丁醇分离精馏塔的设计塔板的选择:正异丁醇分离过程生产较为稳定，负荷变化不大，对操作弹性的要求不高。综合考

38、虑塔板的效率、分离效果和设备的成本、维修等，我们初步选择筛板。由aspen模拟得到的数据计算得1、气相平均流量和液相平均流量V=9.413m3/sSL=0.0309m3/sS2、气相平均密度和液相平均密度=0.0178N/m=787.184kg/mL3、液相平均表面张力和粘度=0.0178N/m4.2.2.3塔体的工艺尺寸计算最大空塔气速依据式（4-1）计算=0.548mpa.s（4-1）式中负荷因子C可由史密斯关联图（见图4-1）查出。其横坐标数值为无因次比值，称为气液动能参数。横坐标数值为umax=C取板间距H=0.6m,T是0.050.08m,对于常压塔h的取值L取h=0.06m,则L温

39、州大学化学工艺学课程设计 #H-h=0.6-0.06=0.54mTLL(LVSV0.03091/2=9.41737.184，)1/2=0.0810温州大学化学工艺学课程设计 aisflfr,6,；c/hf)T-T-T-T11IDO.EW105itlc)ao2aocrciCl20OSO0M00.60O.txi温州大学化学工艺学课程设计 #温州大学化学工艺学课程设计 #图4-1史密斯关联图查图可知C则u=C,=0.112，则C=C(l)2=0.112x(17.8)0.2=0.1090-P737.124-1.212220lv=0.109x=2.696(m/s)D=4V_s=兀u4x9.4133.14

40、x1.887=3.12(m)max,1.212取安全系数为07（安全系数范围为0.60.8）。温州大学化学工艺学课程设计 #u=0.7u=0.7x2.696=1.887(m/s)max按标准塔径圆整后取D=3.2m横截面积A=0.785xD2=0.785x3.22=8.04m2空塔气速：u=Vs=9.413=1.171m/sA8.041、塔径的初步核算T降液管主要有弓形、圆形和矩形三种。目前多采用弓形，因其结构简单，特别适合于塔径较大的场合，所以我们选择弓形降液管。液体在塔板上的流动路径是由降液管的布置方式决定的。常用的布置方式有以下几种形式：U型流、单溢流、双溢流、多溢流。溢流类型、塔径、液

41、体负荷之间的经验数据见表4-1。塔径液体流量（cum/h）表4-1液体负荷与溢流类型的关系温州大学化学工艺学课程设计3 (mm)单溢流双溢流四溢流20009090-160一3000110110-200200-3004000110110-230230-3505000110110-250250-4006000110110-250250-450因塔径为3.2m，正异丁醇分离精馏塔液相负荷为111.283m3/h,故选择双溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。2、溢流装置的计算1）堰长l（0.60.8）D小由于w，贝Vl0.7D=0.7x3.2=2.24（m）W2）溢流堰高度选用平直堰，堰上层高度h由下式（

42、4-2）计算，即:ow（4-2）近似取5841(111.28323贝Ih=xlx贝ow1000取故h=owI2.24丿=0.0384(m)2.8410000.50.4OJ0.080.060.050*040.030.020.01-I/7/I1W上层清液层高度h=60mmLh=h-h=0.06-0.0384=0.0216(m)WLOW3）弓形降液管面积查弓形降液管参数图（见左图）得,则h邙h0.60 x0.06=0.0036(m液柱)1Lw=0.7DA0.09x8.04=0.723(m2)fW=0.16x3.2=0.512(m)d验算液体在降液管中停留时间,温州大学化学工艺学课程设计3 #0.40

43、,50.60+70.H0,9L0温州大学化学工艺学课程设计 AH0.723“0.600二一f_T二二14.058s故降L0.309液管设计是合理的。$3、流体力学计算与校核1)塔板压降干板阻力计算:由d/=12/3二4，查得C=0.7，所以1,(u0-20二0.0510h=-气体通过液层的阻力V9.413u二-s=1.287(ms)aA8.04-0.723F=ut0a查图得故h=h=0.60“0.06=0.0036卩00，min5.7“106u3.25.7“1061.2873.2-“(-2石)=178/10_“(0甘5006.=0.00924藏kg气)1.5TOC o 1-5 h z卩8.52

44、7故在本设计中无明显漏液。 HYPERLINK l bookmark924)液泛=0.7，则(H+h)=0.7(0.6+0.0216)=0.435Tw降液管中清液层高度依式(4-4)温州大学化学工艺学课程设计 温州大学化学工艺学课程设计 4-4)H=hhh而h=0.153,F=0.153(0.20匕=0.00612(m液柱)d0Hd=0.1850.060.00612=0.2515(m液柱)HCh),故在本设计中不会发生液泛现象。d塔高的确定塔板数由aspen模拟得塔板数塔顶空间高度塔顶空间高度计算见式4-5。H=(1.52.0)H取H=1.5H=1.5x0.6=0.9(m)DT塔底空间高度假定

45、塔底空间依储存液量停留3分钟,那么塔底液高7VLx3x600.0309x3x60八”,)h=s=0.69m丿AA8.04取塔底液面距最下面一层板留1米，故塔底空间H=0.691=1.69(m丿B裙座高度H=2.0+1.5D/2=4.4m2封头高度根据精馏塔直径D=3.2m，查表得封头高度H1=0.8m开人孔处增加的高度对于D1000mm的板式塔，为安装、检修的需要，一般每隔68块板设一人孔。人孔直径一般为450mm600mm。本设计的精馏塔直径D=3200mm，每隔7块板设一人孔，则开13个人孔。人孔直径450mm。Tw4、1)2)3)4)5)6)N二90T4-5)7)塔高塔高按式(4-6)计

46、算。H=(n-nF-np-1)xHTn几+npHpHDHgH1H2(4-6)式中H塔高，m;n实际塔板数；n进料板数；FH进料板处板间距，m；Fnp人孔数；p温州大学化学工艺学课程设计 温州大学化学工艺学课程设计 HB塔底空间高度，m；BHp设人孔出的板间距，m；HD塔顶空间高度，m；H1封头高度，m；H2裙座高度，mH(90-1-13-1),0.6+1,0.6+13,0.45+0.9+1.69+0.8+4.4=59.24m5、正异丁醇分离精馏塔工艺设计计算结果汇总的正异丁醇分离精馏塔计算结果见表4-2。项目名称数值气相负荷V9.413m3/s液相负荷L0.0309m3/s气相密度v1.212

47、kg/cum液相密度i737.184kg/cum液相表面张力。17.8mN/m液体粘度口0.548mpas塔型筛板塔塔径D3.2m塔板间距ht0.6m溢流型式双溢流型空塔速度1.171m/s堰型平直堰堰长lw2.24m溢流堰咼度hw0.0216m板上清液层高度hL0.06m稳定系数K3.8塔板压降h0.181m液柱c液体在降液管中停留时间014.05s塔截面积AT8.04m2雾沫夹带eV0.00924kg/kg气V降液管截面积A0.723m2f降液管宽度Wd0.512md筛板厚度53mm表4-2正异丁醇分离精馏塔T-201C的设计结果已知条件设计结果3.3.2编制设备一览表温州大学化学工艺学课

48、程设计 表1塔设备选型结果一览表位号名称类型塔径板间距塔板数塔高材料封头型式T-101丙烯水解脱硫净化塔填料1.4/21.0Q-235-A标准椭圆T-102丙烯脱硫净化塔填料1.6/24.25Q-235-A标准椭圆T-103丙烯脱氯净化塔填料1.2/20.85Q-235-A标准椭圆T-104合成气脱铁镍净化塔填料1.4/19.05Q-235-A标准椭圆T-105合成气脱氧净化塔填料1.4/23.05Q-235-A标准椭圆T-106稳定塔筛板1.20.63826.025Q-235-A标准椭圆T-201脱轻组分预精馏塔筛板2.40.61022.44Q-235-A标准椭圆T-202脱重组分精馏塔筛板

49、4.20.65036.25Q-235-A标准椭圆T-203正异丁醇分离塔筛板3.20.69059.24Q-235-A标准椭圆温州大学化学工艺学课程设计 #温州大学化学工艺学课程设计 #位号表2换热器选型结果一览表名称类型型号规格mm材料数E-101原料混合气预热器固定管板式BEM725-誌-829-16-I725-6000碳钢温州大学化学工艺学课程设计 #温州大学化学工艺学课程设计 E-102丙烯羰基合成产物冷凝器固定管板式E-103二级闪蒸冷凝器固定管板式E-104稳定塔塔顶冷凝器固定管板式E-105稳定塔塔底再沸器固定管板式E-201气相加氢产物一级冷凝器固定管板式BEM8600.3453

50、8061I1.79319860-6000碳钢10.48325BEM6852301I0.89619450-2500碳钢10.3454BEM450-46-III0.48319450-2500碳钢14.4132BEM6304.31I0.48319710-2500碳钢1BEM1000-0.345-229.3-2.5-11119250-1500碳钢1E-202气相加氢产物二级冷凝器固定管板式E-203脱轻组分塔塔底再沸器固定管板式E-204脱轻组分塔塔顶冷凝器固定管板式E-205脱重组分塔塔底再沸器固定管板式BEM3000.3457.21.5-1I不锈1.79319300-15001钢BEM710-0.

51、345-117.4-151I碳钢19630-200012.5BEM10000.345229.3-19III1000-2500碳钢1BEM7100.345117.4151I碳钢19710-15001温州大学化学工艺学课程设计 #温州大学化学工艺学课程设计 #E-206脱重组分塔塔顶冷凝器固定管板式BEM5840.3450.896105-III19580-2500碳钢E-207正异丁醇分离精馏塔塔底再沸器固定管板式BEM584當4600骨112000-6500碳钢E-208正异丁醇分离精馏塔塔顶冷凝器固定管板式BEM6100.3450.896184辽-11119610-2500碳钢温州大学化学工艺

52、学课程设计 #温州大学化学工艺学课程设计 表3泵选型结果一览表位号名称型号流量扬程功率效率数连接方L/sm（KW）量式P-101号搅拌式反应釜塔底出IS80-65-15.572.650.7565.41单泵1A料泵251P-101号搅拌式反应釜塔底出IS80-65-15.572.650.7565.41单泵1B料备用泵251P-102号搅拌式反应釜塔底出IS80-65-15.572.650.7565.41单泵2A料泵251温州大学化学工艺学课程设计 温州大学化学工艺学课程设计 #P-102B2号搅拌式反应釜塔底出IS80-65-1料备用泵255.572.650.7565.41单泵温州大学化学工艺学

53、课程设计 #温州大学化学工艺学课程设计 3.4车间设备布置设计3.4.1车间布置设计车间布置符合生产工艺的要求车间布置符合生产操作的要求（1）考虑设备占位要求（2）同类设备尽可能集中布置（3）设备尽量对称、紧凑；车间布置符合设备安装、检修的要求（1）根据设备大小及结构，考虑设备安装、检修及拆卸所需的空间和面积；（2）满足设备顺利进出车间的要求。（3）通过楼层的设备，楼面上要设置吊装孔。（4）必须考虑设备的检修和拆卸以及运送物料所需要的起重设备；车间布置应符合厂房建筑的要求（1）凡是笨重设备或运转时会产生很大振动的设备，如压缩机、粉碎机、大型通风机、离心机等，应该尽量布置在厂房的底层，以减少厂房

54、楼面的荷载和振动。（2）有剧烈振动的设备，其操作台和基础不得与建筑物连在一起，以免影响建筑物的安全。（3）设备布置时，要避开建筑的柱子及主梁；（4）设备不应该布置在建筑物的沉降缝或伸缩缝处。车间布置应符合安全、卫生和防腐蚀的要求。车间布置应符合生产发展的要求3.4.2绘制车间平面布置图图5-1丙烯羰基合成1号车间图5-2丙烯羰基合成2号车间3.5工厂总体布置设计3.5.1工厂布置设计本项目厂区形状近似长方形，总面积为78750平方米。厂区可以划分为生产区、辅助生产区和生活区。布置的首要条件是满足生产的工艺流程，再按照防火规范要求布置一系列的设施。因此，在厂区中心位置布置了生产车间。为了生产方便

55、，在生产车间周围布置各生产辅助设施。由于生产的原料与产品均为危险品，因此储存在厂区的主导风向的下风向，并在罐区周围设置防火堤，在罐区旁边设立了消防水池和消防泵房。受地区主导风向影响，并考虑到员工的生产安全与舒适性，主要的人员集中活动区域布置在主导风向上风向。3.5.2绘制工厂平面布置总图3.6经济分析与评价基础数据根据调研获得的经济数据（可以参考以下价格数据）对设计方案进行经济分析与评价：北丁耳曲轴I三廈痢柚原舫也轴财好餡k温州大学化学工艺学课程设计 1）304不锈钢设备：36000元/吨温州大学化学工艺学课程设计 2）中低压（W4MPa）碳钢设备：11000元/吨t3)高压碳钢设备价格：15

56、000元/吨4)其它特殊不锈钢按实际定价5)低压蒸汽（0.8MPa）:200元/吨6)中压蒸汽（4MPa）：230元/吨7)电：0.7元/千瓦时8)工艺软水：10元/吨9)冷却水：0.5元/吨10)污水处理费：1.8元/吨（COD500）11)人工成本：5000兀/月人，（包括四险一金）3.6.1经济分析项目总投资及其构成总投资项目内容见表5-1表5-1总投资项目表序号项目名称项目主要内容1固定资产投资工程费用、预备费用、其他费用1.1工程费用主要设备、控制仪表、电气装置、附属装置及管道、建筑和构筑物、行政和生活设施、道路、车辆、办公设备1.2其他费用无形资产2固定资产投资方向调节税暂停征收3

57、建设期借款利息4流动资金3.6.2固定资产1、生产设备费用估算方法说明1）设备购置费设备费用的计算按以下公式计算：单台设备价格=单台设备钢铁重量X相应的钢铁价304不锈钢设备：36000元/t中低压（W4MPa）碳钢设备：11000兀/t高压碳钢设备价格：15000元/t2）控制仪表：按生产设备费用的10%估算。3）电气装置：按生产设备费用的15%估算。4）附属装置及管道：按生产设备费用的20%估算。5）安装工程费：采用系数法估算，取各类设备费用的40%为安装费6）建筑工程费：按比例取设备费用的50%进行估算。7）场地建设费：按生产设备费用的10%估算。8）车辆费：按500万元估算。9）公用工

58、程费用：按生产设备费用的40%估算。10）厂区道路和管线：按生产设备费用的10%估算。11）其他工程：按500万元估算。2、生产设备费用估算温州大学化学工艺学课程设计 #温州大学化学工艺学课程设计 各种生产设备费用估算如表5.2-5.9所示。表5.2塔设备估价（不含附件和安装费）号位号名称类型塔直径/m塔咼咼/m材料重量/t价格/万元1T-101丙烯水解脱硫填料塔1.255.44Q-235-A8.939.8232T-102净化塔丙烯脱硫净化填料塔1.420.85Q-235-A10.2811.3083T-103塔丙烯脱氯净化填料塔1.419.05Q-235-A12.0113.2114T-104塔

59、合成气脱铁镍填料塔1.421.0Q-235-A11.3512.4855T-105净化塔合成气脱氧净化塔填料塔1.624.25Q-235-A16.2217.8426T-201脱轻组分预精馏塔筛板塔2.422.44Q-235-A36.8140.4917T-201脱重组分精馏塔筛板塔4.236.25Q-235-A124.95137.4458T-202正异丁醇分离筛板塔3.259.24Q-235-A142.34156.574塔合计417.901温州大学化学工艺学课程设计 温州大学化学工艺学课程设计 位号名称类型型号规格/mm数量原料混合器固定管板2.8966E-101BEM72582.9111725-

60、60001预热器式0.89619羰基合成气固定管板0.3456E-102BEM860380111860-60001体冷凝器式1.79319二级闪蒸冷固定管板0.4832.5E-103BEM685230311450-25001凝器式0.89619稳定塔塔顶固定管板0.3454E-104BEM45046111450-40001冷凝器式0.48319稳定塔塔底固定管板4.4132E-105BEM6304.3211710-25001再沸器式0.48319加氢产物一固定管板2.5BEM10000.345229.3111E-20119250-15001级冷凝器式加氢产物二固定管板0.3451.5E-202