2019年第十三届全国大学生化工设计竞赛作品 新乡学院 大型化工企业醋酸乙烯酯生产分厂设计项目 初步设计说明书

2019年“东华科技」晅逸石化杯”

第十三届全国大学生化工设计竞赛

扬子石化有限公司分公司

年产10万吨醋酸乙烯酯项目

初步计划说明书

拓梦队

韩艾江藤进强白秀萍李琴

指导老师：李伟伟陈可可

目录

第一章总论.....................................................................11

1.1项目概况................................................................11

1.2设计依据................................................................11

1.3编制原则................................................................12

1.4产品方案...............................................................12

1.5辅助设计软件的应用......................................................13

第二章总图运输设计.............................................................14

2.1设计依据................................................................14

2.1.1相关标准、规范及法规..............................................14

2.1.2设计基础资料......................................................14

2.2设计范围................................................................14

2.3厂址概况................................................................15

2.4总平面布置.............................................................15

2.4.1总平面布置的原则..................................................15

2.4.2总平面布置的确定..................................................15

2.4.3布置理念..........................................................16

2.5竖向设计................................................................19

2.5.1设计原则..........................................................19

2.5.2布置方式..........................................................19

2.6厂区运输................................................................19

2.6.1交通运输条件......................................................19

2.6.2运输量及运输方式..................................................20

2.6.3道路运输设计......................................................20

2.7总图主要技术经济指标....................................................20

2.8其他设置................................................................21

第三章原料采购及产品营销.......................................................22

3.1原料采购................................................................22

3.1.1醋酸..............................................................22

3.1.2乙烯..............................................................22

3.1.3催化剂............................................................22

3.2产品营销...............................................................23

3.2.1产品定位..........................................................23

3.2.2营销策略..........................................................24

第四章生产工艺与方法...........................................................26

4.1概述....................................................................26

4.1.1生产规模..........................................................26

4.2生产工艺选择...........................................................26

4.3工艺路线................................................................27

4.4设备选型................................................................27

4.4.1主要幡一览表...................................................27

4.4.2仪表选型..........................................................28

4.5Aspen流程模拟...........................................................29

4.5.1总流程模拟图......................................................29

4.5.2精储塔的设计......................................................30

第五章设备选型方案............................................................34

5.1设计标准................................................................34

5.2泵设计..................................................................34

5.2.1概述..............................................................34

5.2.2泵选择原则........................................................35

5.2.3工业常用泵情况介绍................................................36

5.2.4具体泵的选型......................................................39

525泵的选型计算.......................................................39

5.3换热器.................................................................40

5.3.1概述..............................................................40

5.3.2分类与特性........................................................41

5.3.3换热器选型........................................................41

5.3.4换热器的选型计算..................................................42

5.4固定床反应器...........................................................43

5.5精储塔.................................................................46

5.6主要设备一览表.........................................................49

第六章仪表及自动控制...........................................................50

6.1自动控制概述............................................................50

6.2自动控制系统............................................................50

6.2.1自动控制总方案....................................................50

6.2.2自动控制系统(DCS)...............................................................................................50

6.2.3安全联锁系统(ESD)............................................................................................51

6.3各类设备控制方案........................................................51

6.3.1离心泵的控制......................................................51

6.3.2换热设备的控制....................................................52

6.3.3反应器的控制......................................................53

6.3.4精储塔的控制......................................................54

6.3.5压缩机的控制.....................................................55

6.4仪表选择................................................................55

6.4.1选型原则..........................................................55

6.4.2温度仪表..........................................................56

6.4.3压力仪表..........................................................56

6.4.4流量仪表..........................................................56

6.4.5物位仪表..........................................................56

第七章物料衡算和能量衡算.......................................................57

7.1物料衡算................................................................57

7.1.1概述..............................................................57

7.1.2物料衡算原理及准则................................................57

7.1.3.主要的反应方程式................................................58

7.1.4基础数据..........................................................59

7.1.5反应工序..........................................................59

7.1.6分离工序..........................................................60

7.2.7精储工序..........................................................60

7.2热量衡算.................................................................61

7.2.1基础数据..........................................................61

7.2.2反应系统的热量衡算................................................62

7.2.3分离系统的热量衡算................................................66

7.2.4精储系统的热量衡算................................................67

第八章车间配置................................................................73

8.1设计依据................................................................73

8.2设计范围................................................................73

8.3车间布置................................................................73

8.3.1车间布置原则......................................................73

8.3.2车间布置方案确定..................................................73

8.3.3反应车间布置......................................................75

8.3.4精微车间布置......................................................75

8.4设备配管...............................................................76

8.4.1塔设备............................................................76

8.4.2容器..............................................................77

8.4.3泵................................................................77

8.4.4换热器............................................................78

8.4.5压缩机............................................................78

第九章配管设计................................................................80

9.1设计依据................................................................80

9.2管道布置要求...........................................................80

9.3管道设计...............................................................81

9.3.1管道与建筑物及架空管道间距........................................81

9.3.2管径确定..........................................................82

9.3.3管路压降计算......................................................83

9.3.4管路阀门和管件的选择..............................................83

9.3.5管路绝热设计......................................................84

9.4管道布置...............................................................85

9.4.1管道布置原则......................................................85

9.4.2管道连接..........................................................86

9.4.3坡度要求..........................................................87

表9-3常用物料管道坡度表....................................................87

9.4.4管道间净距及组成件安装要求........................................87

9.4.5一般阀门的布置原则................................................88

9.5常见的设备配管..........................................................89

9.5.1塔设备配管........................................................89

9.5.2容器..............................................................90

9.5.3泵................................................................90

9.5.4换热器............................................................91

9.5.5压缩机............................................................91

9.6配管示例...............................................................92

P一一管道公称压力......................................................93

9.7安全措施................................................................93

第十章供电与通信...............................................................94

10.1设计依据..............................................................94

10.2供电电源..............................................................94

10.3变电所和配电间........................................................95

10.3.1高压供电系统设计.................................................95

10.3.2总降压变电所设计.................................................95

10.3.3继电保护的选择与整定.............................................96

10.3.4车间变电所设计...................................................96

10.3.5厂区高压配电系统设计.............................................96

10.4动力和照明............................................................97

10.5防爆和防火............................................................97

10.6防雷和接地............................................................98

10.6.1厂区建筑物防雷措施...............................................98

10.6.2露天储罐、气罐及户外架空管道防雷措施.............................99

10.6.3防静电与接地保护.................................................99

第十一章土建..................................................................101

11.1设计依据..............................................................101

11.2厂区自然条件..........................................................101

11.2.1气象条件........................................................102

11.2.2地形条件........................................................102

11.3建筑、结构设计........................................................102

11.3.1建筑设计范围....................................................102

11.3.2厂区布置小结....................................................102

第十二章给水排水...............................................................103

12.1概述..................................................................103

12.2编制依据..............................................................103

12.3给排水系统设计.......................................................103

12.3.1给水系统设计....................................................103

12.3.2排水系统........................................................105

第十三章采暖通风和空气调节.....................................................108

13.1概述..................................................................108

13.1.1设计目标........................................................108

13.1.2设计标准........................................................108

13.2采暖方案.............................................................108

13.3通风方案..............................................................109

第十四章维修..................................................................110

14.1概述..................................................................110

14.2设备维修方式的分类...................................................110

14.3设计原则及维修途径....................................................111

14.3.1设计原则........................................................111

14.3.2维修途径........................................................111

14.4维修手段.............................................................112

14.5工种和定员............................................................113

14.6对维修人员的基本要求.................................................113

第十五章消防..................................................................115

15.1设计依据..............................................................115

15.2设计范围..............................................................115

15.3消防安全措施..........................................................116

15.3.1基础消防措施....................................................116

15.3.2厂区消防布置....................................................116

15.3.3生产过程的防火防爆..............................................116

15.4消防系统.............................................................117

15.4.1稳高压消防给水系统..............................................117

15.4.2泡沫灭火系统....................................................117

15.4.3其它灭火系统....................................................117

第十六章环境保护..............................................................118

16.1编制依据和标准.......................................................118

16.1.1编制依据........................................................118

16.1.2设计采用的环保标准..............................................118

16.2建设地点环境现状......................................................118

16.3环境保护..............................................................118

16.3.1废气来源及治理..................................................118

16.3.2废水及治理措施..................................................119

16.3.3噪声及治理措施..................................................119

16.4绿化..................................................................119

16.5预期达到的效果.......................................................120

16.6环保保护费用.........................................................120

第十七章劳动安全与职业卫生....................................................121

17.1劳动保护与安全卫生....................................................121

17.1.1设计中采用的标准................................................121

17.1.2职业安全卫生防护措施............................................121

17.2消防..................................................................122

第十八章工厂组织与定员........................................................123

18.1工厂体制与组织结构....................................................123

18.2各部门职权............................................................123

18.3管理机制..............................................................125

18.3.1公司管理策略....................................................125

18.3.2公司激励策略....................................................125

18.4企业文化.............................................................126

18.5生产班制与定员.......................................................126

18.6员工来源及培训.......................................................126

18.6.1员工来源........................................................126

18.6.2员工培训............................................................126

第十九章概算......................................................................128

19.1工程概况.................................................................128

19.2设计依据.................................................................128

19.3项目总概算...............................................................128

第一章总论

1.1项目概况

本项目采用传统乙烯气相法路线，以扬子石化乙烯装置产品为原料生产醋酸

乙烯酯。一方面醋酸乙烯酯在市场上有较好的经济效益，现如今大产能的醋酸乙

烯酯生产装置已经成为一种发展趋势；另一方面此举合理利用了国家资源，更大

程度的提高了原材料利用率，降低能源的浪费，增加产值。总体而言，这是一个

响应了国家可持续发展经济方针的化工项目。

本项目，节约了石油资源，为社会、经济可持续发展做出重要贡献，具有突

出的社会效益；同时生产了高附加值化工产品，经济效益明显。经济发展和社会

可持续发展两者紧密结合，实现了双赢局面。

1.2设计依据

1）2019年“恒逸石化化学杯”大学生化工设计竞赛指导书；

2）《化工工厂初步设计文件内容深度规定》（2001年6月1日国家石油和化

学工业局发布）；

3）化工设计相关国家标准；

4）国家经济、建筑、环保等相关政策；

5）本项目可行性报告。

1.3编制原则

1）设计要做到切合实际，技术先进，经济合理，安全适用；

2）所选择的设备和材料必须可靠，且尽可能国产化，并注意解决好超限设备的

制造和运输问题；

3）充分依托现有社会公共设施，以降低投资，加快项目建设进度，采取切实可

行的措施节约用水；

4）贯彻主体工程与环境保护、劳动安全和工业卫生、消防同时设计、同时建设、

同时投产；

5)消防、卫生及安全设施的设置必须贯彻国家关于环境保护、劳动安全的法规

和要求，符合石油化工行业的相关标准；

6)所选择的产品方案和技术方案应是优化的方案，以最大程度减少投资，提高

项目经济效益和抗风险能力。科学论证项目的技术可靠性、项目的经济性，实事

求是地做出研究结论。

1.4产品方案

本项目的产品方案以国家的行业政策和行业的发展规划为依据进行确定，并

充分考虑国内国际的市场前景和市场容量。因此，本项目产品方案为联产高纯度

醋酸乙烯酯。在生产过程中副产的其他产品可以继续利用，生产成本较低，根据

目前市场情况考虑部分回收利用，以提高企业的经济效益，促进企业产品结构的

提升。

产品的品种、数量、规格及质量指标如下：

1)醋酸乙烯酯的品种、数量、规格及质量指标

本项目的产品为醋酸乙烯酯，年产量10万吨，含量99.9%,优于优等品的醋酸

乙烯酯含量，而其他指标也均比优等品的指标高,产品质量标准(企标)见表Mo

表1-1异丁烯质量标准

指标名称指标

外观透明

醋酸乙烯酯含量/%(m/m)299.8%

活度W11'30〃

醋酸/%(m/m)W0.005%

水分/%(m/m)<0.04%

乙醛/%(m/m)W0.02%

醋酸甲酯/%(m/m)W0.0200%

醋酸乙酯/%(m/m)^0.14%

参考标准：中华人民共和国石油化工行业标准SH/T1726-2004工业用醋酸乙

烯酯，其中工业用醋酸乙烯酯的技术要求见表1-2。

表1-2工业用醋酸乙烯酯的技术要求

指标

项目

优等品一等品合格品

外观无色透明，无机械杂质

密度(20℃)/(g/cm3)0.930-0.9340.930-0.9340.929-0.935

色度（销-钻）/号51015

蒸发残渣/（mg/kg）50100200

酸度（以乙酸计）/（mg/kg）40100200

醛含量（以乙醛计）/（mg/kg）200300500

水分/(mg/kg)4006001000

纯度w/%99.899.699.4

乙酸甲酯/（mg/kg）由供需双方商定

乙酸乙酯/（mg/kg）由供需双方商定

苯/(mg/kg)20--

活性度/min由供需双方商定

1.5辅助设计软件的应用

在本设计中，应用了以下辅助设计工具软件：

1）用AspenPlus进行流程模拟和工艺优化；

2）用Fortran6.5进行渗透汽化单元的模拟编译；

3）用AspenEnergyAnalyzer进行热能集成优化；

4）用ASPENExchangeDesignandRatingUserInterface进行换热器结构设计;

5）用CUP-TOWER进行了塔设备的设计；

6）用AutoCAD进行制图；

7）用PDS进行三维配管设计和三维厂区效果图；

8）用会声会影进行厂区漫游视屏的渲染。

第二章总图运输设计

2.1设计依据

2.1.1相关标准、规范及法规

1）《石油化工企业设计防火规定》GB50160-1999

2）《化工企业安全卫生设计标准》HG20571-1995

3）《工厂企业厂房噪音标准》GB2348-1990

4）《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规定》GB50058-92

5）《化工企业总图运输设计规范》HG/T206411-1998

6）《化工工厂总图运输工图设计文件编制深度规定》HG/T20561-1994

7）《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008

8）《石油化工行业标准：企业厂区总平面布置设计规范》SH/T3053-2002

2.1.2设计基础资料

本项目可行性分析。

2.2设计范围

厂内总平面布置、竖向布置、交通运输设计、厂区绿化。

2.3厂址概况

本项目厂址选在南京化学工业园扬子石化预留地内，利用装置内预留地、现

有道路及公用工程设施，不需新征地。南京化学工业园成立于2001年10月，

是南京唯一的一家经国家批准，以发展石油化工为主的国家级化学工业园区。位

于南京市北部，长江北岸，距南京市中心30公里。南京化工园规划总面积45平

方公里，重点发展石油化工、基本有机化工原料、精细化工、高分子材料、新型

化工材料、生命医药项目。目前，包括中国石化集团、中国化工集团、BASF、

BP、塞拉尼斯、美国空气化工产品公司等一批国内外知名化工企业在园区投资

落户，累计投资超过50亿美元。南京化学工业园是新世纪南京经济建设的重点

工程，也是中国石化集团重点发展的化学工业基地之一。

2.4总平面布置

2.4.1总平面布置的原则

从工程角度上讲，工厂总平面布置应该满足以下要求：

1）工厂总平面布置应该满足生产和运输要求；

2）工厂总平面布置应该满足安全和卫生要求；

3）工厂总平面布置应该考虑工厂发展的可能性和妥善处理工厂分期建设问题；

4）工厂总平面布置必须贯彻节约用地的原则；

5）工厂总平面布置应该考虑各种自然条件和周围环境的影响；

6）工厂总平面布置应该为施工安装创造有利条件；

7）工艺流程顺直，物料管线短捷，尽量缩短各装置和设施之间的物料输送距离;

8）装置管理及控制采取相对集中的布置原则。

2.4.2总平面布置的确定

1）厂区用地呈矩形，建厂用地不是严格的南北方向。厂区长度为241.0m,宽度

为113.25m,占地面积约为27293.25m2。

2）本项目按生产功能将厂区分为以下不同区域：

①行政生活区：包括行政大楼、临时宿舍、医务室、食堂、停车场、门卫等；

②生产区：反应车间、精微车间、压缩机和膜组件房；

③生产辅助和公用工程区：中控室、化验室、仓库、装卸站、消防站、蓄水池、

研发大楼、公用工程站、变电站、污水中转站、维修站；

④罐区：乙烯原料罐、醋酸原料罐、醋酸乙烯酯产品罐

2.4.3布置理念

1）厂区布置

鉴于厂址的实际要求，结合合理利用土地，并且保证安全距离的条件下，整

个厂区设计成矩形，生产区、生产辅助和公用工程区、行政生活区分开布置。整

个厂区有4个大门，包括2个人流出入大门和2个物流出入大门；厂区内主

干道与次干道交错布置，其中主干道贯穿整个厂区，厂区内车辆不允许掉头或逆

向行驶。厂区布置总图如图2-1

图2-1总厂布置图

①车间布置图中反应车间和精储（精制）车间相邻布置，方便管线的布置，布

置见图2-2o

图2-2车间布置图

②行政生活区布置如图2-3o

图2-3行政生活区布置图

2）分区说明

①行政生活区布置

行政生活区布置在厂区的前部，紧靠着厂外道路，全年主导风向的上风侧,

环境条件好，交通及对外联络便利。行政大楼设计成矩形，其后有临时宿舍、医

务室和职工食堂，前面为广场喷泉和休闲场地；行政生活区四周被树木、草地包

围，让人在疲劳的生产中享受一份闲适的环境。行政生活区布置均衡、有条理,

各个建筑物相同，既不拥挤，又略显紧凑，不仅合理利用了厂区空间，而且达到

了厂区设计的要求。

②生产辅助和公用工程区布置

i）中控室位于行政生活区的后部，既和生产区有足够的距离，符合防火防爆要

求，又方便员工从行政生活区进入中控室；

ii）变电站布置在厂区边缘，有利于电缆的接入；

iii）消防站布置在主干道中部，便于应对事故的产生，消防站中主要配有：消防

车、消防车库等，消防站附近有蓄水池，方便消防车辆就近取水，迅速到达事故

现场；

iv）公用工程站、消防水池、污水处理站布置较近，且靠近厂区边缘，有利于供

水管线进厂和污水处理后排出；

V）化验室、研发大楼、维修站均合理布置，有利于发挥各自的作用。

③罐区布置

罐区布置在厂区边缘，靠近厂外道路，便于原料和产品的输入、输出。罐区

包括：乙烯原料罐、醋酸原料罐、醋酸乙烯酯产品罐。

罐区附近为仓库和装卸站，供产品存储和供应装卸使用，距罐区16m。装

卸站旁设有称重台，罐车经过时在上面称重，准确计量运输量。

④绿化布置

绿化布置遵循能绿化的地方尽量绿化的理念，对于各个建筑物旁边的空地进

行绿化，总绿化面积为5745m2,绿化系数为0.2105。

2.5竖向设计

2.5.1设计原则

1）竖向设计应充分考虑厂外道路，合理确定厂区内场地、道路和建构筑物

的设计标高，满足装置间相互联系、地上地下管线铺设和货物运输要求，并为其

创造良好条件；

2）在满足各项工程技术要求的前提下，因地制宜，使场地设计标高尽量与

自然地形相适应，以减少土石方工程量；

3）尽量为场地雨水排放创造有利条件。

2.5.2布置方式

厂区标高的确定：拟建装置区场地地势平坦。本项目竖向设计采用平面布置

方式，厂区内场地设计标高及各装置的设计标高将根据现有地形、并结合周边道

路标高合理确定，充分满足装置布置、管线联系、厂内外道路衔接和场地排雨水

要求。

2.6厂区运输

2.6.1交通运输条件

江苏省江阴市城区西的夏港镇，在市政府驻地向西8千米处。东接澄江镇，

南邻南闸镇，西至申港镇，北靠长江。辖普惠、夏东、长江、三元、新沟、李沟

头、三联、景贤、夏南、葫桥10个村和夏港1个社区，交通十分便利。

2.6.2运输量及运输方式

工厂年运输量为209万吨，其中运入199.2万吨，运出9.8万吨，每种物

质的运输量及方式见原料及产品路线。

2.6.3道路运输设计

1）厂区道路

厂内道路呈''田”布置，可同时满足运输、检修、消防等要求，4处大门均

设置了门卫室。道路均采用城市型道路，主干道宽度为6m,次干道宽度为3m,

转弯半径为6m。道路等级为汽-20级，结构层从上至下为：C30混凝土25cm、

级配碎石30cm。

2）运输设备

为了实现运输社会化，加之当地运输力量较强，故本次设计不考虑设置运输

设备，生活运输车辆、运渣、产品与化学品的运输均由社会运力解决。厂内只备

少量车辆用于办公、通勤、救护、库房整理等。

2.7总图主要技术经济指标

厂区平面布置总图的主要技术经济指标见表2-1o

表2-1技术经济指标表

序号名称占地面积m2建筑面积m2

一、生产区5280.838020.83

1反应车间325975

2精帽车间10453135

3预留地893893

4罐区3017.833017.83

二、行政生活区4301056

5行政大楼216