基于硫化氢法1.5万吨年产量的二甲基亚砜生产工艺设计【论文】

基于硫化氢法1.5万吨年产量的二甲基亚砜生万吨的工艺设计。其中硫化氢、甲醇、二氧化氮及氧气作为本项目所需原料。硫化本项目根据绿色环保要求，确定了以使用硫化氢作为原材料的工艺路线，即弥补了国内因二硫化碳法制备亚砜，成本高、污染性较强的不足，也进一步的对废气污染本项目以硫化氢法作为工艺设计路线，首先根据相关文献初步确定该工艺涉及拟，确定适合的工艺参数。并通过对主要生产设备设计和精确计算，确定设备的型号和所需参数。在确保高效率、高收益情况下，进行物料衡算、能量衡算，确保能量最大限度的合理利用。最后从经济、安全、环境三方面对本项目设计理念进行评 I 1 1.2生产工艺对比 1.2.1二甲基硫醚工段 1 1.3工艺流程介绍 51.3.1DMS合成工段 1.3.2DMS精制工段 61.3.3DMSO合成工段 61.3.4DMSO精制工段 71.4本章小结 7第2章Aspen流程模拟 72.1Aspen软件介绍 72.2工艺流程模拟 8 82.2.2DMS工段 82.2.3DMSO工段 2.3本章小结 3.1.1塔板灵敏度优化分析 1 13.1.3回流比灵敏度分析 3.2优化结果分析 3.3本章小结 4.1反应器选型 4.1.1硫醚合成反应器 4.1.2亚砜氧化反应器 4.2塔设备选型 4.2.1塔设备计算 4.2.2流体力学验算 4.2.3塔板负荷性能图 24.2.3塔的高度计算 264.2.4T204精馏塔设计结果 274.3换热器 294.4本章小结 29 295.1物料衡算 29 29 5.2能量衡算 5.2.2能量分析 5.3本章小结 6.1产物介绍 6.2市场分析 3 7.1建设成本 7.2原料成本分析 7.3职工薪酬及福利 7.4其他费用 7.5产品成本汇总 8.1环境分析 408.2安全分析 408.2.1毒性分析 40 40 419.1厂区布置分析 9.2厂址选取分析 42结论 42 43本设计项目研究了二甲基亚砜的生产工艺，并对已有的多条工艺路线进行了对比分析，最终选择了硫化氢法及二氧化氮液相氧化法作为设计基础，并且对该工艺有颜色没有气味的透明的液体，它具有吸湿性、还具有可燃性。即具有高极性，也具有高沸点的特点。是一种非质子液体，与水能够很好地溶合。虽具有毒性，但毒性极低，较为稳定，与烷烃的混合度低，但在水、乙醇、丙醇、乙醚、苯和氯仿等大多数有机物中都有较高的溶解度。所以大多情况下做为某些反应的介质、有机溶剂或者有机合成反应的中间体存在。也可以用作合成纤维的染色溶剂、去染剂、染其在医药工业方面，还可直接作为载体以及原料在某些药物的生产中。近年来，随着科学技术的不断提高与发展，二甲基亚砜的用途也在更多方面得到了更为广泛的目前我国及美国、法国、日本都已实现了二甲基亚砜的满负荷生产，并且对二甲基亚砜都开展了国外市场，且竞争激烈。国内主要生产方法为二硫化碳法以二硫化碳作为原料，由于近些年来原料二硫化碳售价增高，致使该工艺生产成本增加，利益缩小，在市场上占据的有利优势降低。而硫化氢法反应简单，收率较二硫化碳高，且单位成本较二硫化碳法可多盈利2000元，更能够在国外市场上占到优势。其相关产业产生的废弃物硫化氢进一步循环利用。符合我国绿色化工的要求，满足了环境要求的同时也带来了更好的经济收益，对二甲基亚砜的生产及市场有着重要1.2.1二甲基硫醚工段二甲基亚砜生成工艺分为二甲基硫醚生成工段以及二甲基亚砜的氧化工段。二甲基硫醚工段生产方法众多，下面对常用方法进行对比分析。该方法以CS2和CH40为原料，常压下在反应温度380℃含有活性γ-AL2O3催化剂的反应器中反应合成二甲基硫醚。反应机理：4CH₃OH+CS₂-2CH₃SCH₃+CS₂+2H₂O其中原料二硫化碳和甲醇经预热器气化后，按0.25的比例混合，混合物料在反应器上段加热至330摄氏度，然后进入反应段，在催化剂以及380℃左右的条件下反应，反应生成产物二甲基硫醚及副产物二甲基醚、甲硫醚、水和二氧化碳。该反应为放热反应，硫醚转化率在50%-60%间。该方法的优点是原料易得，转化率高，副产品较少且占地面积小，但因为二硫化碳的价格升高导致成本增高，可能造成亏损。目前我国大多工厂采用该工艺，急需进行整改或改进。甲醇和硫化氢预热气化后[4,5,6,7,按照2.0的比例混合，在活性γ-AL2O3催化剂择性在80%以上，且该条件下甲醇转化率也达80%以上，分子经济性较高。生产的混合产物经进一步冷凝精馏分离可获得纯度较高的二甲基硫醚。反应机理：此法反应过程简单，且收率、纯度较高。其中硫化氢是其他生产过程的副产物，价格低廉且较为易得，且主反应转化率、催化剂选择性均可达到80%以上，提高了该工艺的实用性及分子利用率，单位成本低，更有利于我国在国外市场获得更高的造纸黑液法¹2生产二甲基硫醚技术已经成熟近50年，目前在加拿大、美国造纸制浆行业普遍存在。其中美国的Gaylord公司就在利用造纸黑液回收DMS。但我国因为当时经济体制原因，很难在当时实现跨行业的工程，导致国内大多工厂采用二硫化碳法。该法利用回收造纸黑液里的硫醚在进行氧化精馏获得亚砜。该方法成本低工艺也较为简单，但原料来源较为单一，多为硫酸盐盐法纸浆黑液。工艺原理如下：主反应：2木质素-OCH₃+NAS₂木质素-ONA一(CH₃)₂S在纸浆蒸煮过程中，大约有60%的非纤维物质溶解到液体里。经过洗浆机滤除的废液叫黑液，其中黑液中含大量的木质素，呈碱木质素或木质素硫磺酸盐的形式存在。在高温、高压下都能与硫化钠或硫磺反应，使木质素上的甲氧基与硫生成二甲基硫醚。参考相关文献，对几种常用的合成DMS的工艺方案进行对比分析，表格汇总如下表1-1二甲基硫醚合成工艺方案对比表所示。比较项目甲醇-硫化氢法甲醇-二硫化碳法技术成熟可靠程度先进先进流程简繁简单简单简单反应温度/℃240左右高高低较低低较低高市场竞争力强弱1.2.2二甲基亚砜工段用相对密度为1.34-1.35的硝酸氧化DMS可以生成DMSO。反应机理如下：在该产物中含有大量的硝酸，所以具有较强的腐蚀性，虽然可以使用碳酸钙和碳酸钠中和但安全性较低。同时由于硝酸具有强腐蚀性对反应器、储罐、运输管道等设备要求较高，需要防腐蚀材质特殊制作，且中和时碱用量较大，且会产生新的污染及浪费，需要处理，因此成本较高。且因不符合有关环境的法规等相关法律，因此国家并不鼓励该工艺的运行使用。在反应温度为30-40摄氏度的常压环境下，以硫醚和过氧化氢进料为1.2的比例下[13,141进行氧化。氧化过程发生在一个多级的串连搅拌槽式反应器中。氧化后得到的产物再利用萃取的方法即可以得到精制后纯度高的DMSO。该法反应条件较为简单，且转化率高，需要的反应场地较小，操作简单，但过氧化氢成本较高，且不适合用于大型的连续生产工艺中。臭氧氧化能力强，大多数用来做石油工业、化工制药工业等多方面的氧化剂。同时也可作为二甲基硫醚的氧化剂。利用臭氧做氧化剂氧化二甲基硫醚[15反应条件为30-40摄氏度，操作条件简单且容易达成，原料臭氧购价格低廉，且臭氧氧化更有利于反应后的提纯，缺点是臭氧氧化反应的转化率太低，分子利用率低，致使工艺生产相应产物的周期延长，不适合用作商业的转化，达不到快速大量生产的目的。用二氧化氮作为氧化剂在鼓泡塔内进行连续的液相氧化[16,17],反应机理如下：NO+O₂→NO₂(2)其中反应生成的NO可在氧化塔内与O2反应生产二氧化氮，进行循环利用。该法较未改进的气相氧化法相比，具有更为安全，收率及设备利用率更大的优点。且目前我国在该项上技术成熟，是目前国内生产厂家利用方法最多的工艺方案。对上述相关工艺进行对比分析汇总如下表1-2。比较项目法二氧化氮氧度可靠可靠可靠可靠落后先进先进先进流程简繁简单简单简单较复杂危险安全安全安全低高很低少多少少生产成本高高高低1.3工艺流程介绍通过对各种工艺生产方案的对比分析后，本次项目选择了以硫化氢法作为合成图如下：硫醚合成甲醇水精馏循环甲醇硫醚甲醇预分离亚砜合成循环亚砜(反应溶剂)二甲基亚砜、水减压蒸馏↓废水甲硫醇，硫醚减压蒸发↓二甲基亚砜混合气压缩醇醚分离萃取精馏H2S汽提多级冷却甲硫醇图1-1工艺流程图该催化剂转使得反应选择性及转化速率都被提高。但在新更改工艺路线中，参考的某研究组催化剂内容可知，使用BEA分子筛催化剂效果更为明显，且可使反应选择性及转化率都达致百分之九十以上。同时在该项目中除了设有硫化氢汽提塔进行硫本工段利用从其他产业排除并提纯后的H₂S和甲醇作为原料。其中液相甲醇从储罐里流出后经过换热器加热至气态后与硫化氢气体按照一定比例通过混合器M101混合为流股1,混合气体流股1在经过两次压缩加热后达到反应条件，进入硫醚合成反应器，在300摄氏度左右，0.3MPa下进行反应，反应生成的二甲基硫醚为所需中间产品，水、甲硫醚为待分离物质。由所有生成产物以及混合未完全反应的少量反应物甲醇和硫化氢形成流股2,等待逐步分离。1.3.2DMS精制工段流股2经过多次冷却后，温度降至混合物泡点温度或以下，此后进入硫化氢汽提塔，通过硫化氢沸点不同的原料进行硫化氢的分离。硫化氢通过汽提塔顶部溜出经过管道运输至混合器1,实现循环再利用。此后混合物流股3再经硫醚预分离精馏塔，因熔沸点差异较大，从塔顶馏出甲流股4经换热器冷却至混合物泡点温度及以下，进入萃取精馏塔，采用水作为萃取剂逆流萃取获得甲醇-水混合液流股6,甲硫醚-甲硫醇混合液流股7。流股5流股6混合后进行精馏，馏出物甲醇进行循环利用。流股7再进行精馏，可得到纯度高达99.9%的二甲基硫醚，其中二甲基硫醚流入下一工段，作为制取二甲基亚砜的原材料，塔底馏出物为含少量硫醚的甲硫醇混合二甲基硫醚与二氧化氮反应生成亚砜粗产品，其中二氧化氮与氧气再加温区加热后进入反应区与直接通入的二甲基硫醚溶在二甲基亚砜溶液中并进行氧化反应，产品二甲基亚砜混杂少量二甲基硫醚，少量二氧化氮进入下一工段，生成的一氧化氮和氧气及未反应的二氧化氮夹杂少量二甲基亚砜，二甲基硫醚进入亚冷区，进行一氧化氮的氧化反应、混合气的降温，以及二甲基亚砜的冷凝。后该新混合物进入制冷区使得该混合气冷凝回至亚冷区，并有少量一氧化氮在罐顶释放。废气经溶液对粗产品使用10%的氢氧化钠溶液进行碱洗，使杂质二氧化氮转化为硝酸钠。对混合液进行低压精馏后，可得到纯度为99.93%的二甲基亚砜产品。1.4本章小结通过对各工段的综合对比分析，本项目设计15000吨二甲基亚砜的生成项目确定使用硫化氢法进行硫醚工段的合成，而二氧化氮液相氧化法作为亚砜的合成的工造纸黑液法工艺同样可值得应用，但由于目前我国还未完全掌握该工艺仍在试验期，直接应用在工厂中风险较大，且原料不集中，不适用于目前的生产运营。但该法与硫化氢法生产二甲基硫醚效果佳，都具有很高的利用价值，发展空间也会增第2章Aspen流程模拟2.1Aspen软件介绍 业流程模拟系统。当时该项目称为“过程工程的先进系统”(AdvancedSystemforProcessEngineering,简称ASPEN),并于1981年底完成软件的开发。1982年为了科学与技术的发展与进步，各种产业拔根而起，对传统的化工行业产生了巨大的冲击，面临着产业升级换代的重大历史机遇和挑战。计算机的开发使人们从繁杂的计算中解脱出来，AspenPlus软件[18,19就是将计算机功能与化工工艺流程结合的产物，具有世界上已有的所有数据。可以根据设定参数结合数据库已有信息实现工艺流程的模拟，具有很高的参考价值。为了计算且验证所选工艺能否进行投产，故对本次流程进行了Aspen模拟，利用Aspen里较为全面的数据库对总流程及分部流程进行模拟分析。利用Aspen软件进行模拟生产1.5万吨二甲基亚砜的全工艺流程。可以反应过程中个设备的类型得到明晰的认识。如图2-2全流程模拟示意图。其中，全年工作时间以8000小时计算。2.2.2DMS工段甲醇与硫化氢分别以70kmol/hr,35kmol/hr的摩尔流量混合，经过两次压缩机压缩和换热器加热后，达到300℃,0.3MPa的反应条件，后进入R101反应器，以90%的转化率进行反应，反应放出的热量由公用工程带走，可用于其他公用工程节省成本，反应器内被维持温度在300℃左右。反应后可得到混合产物为摩尔分率5.76%的硫化氢、12.10%的CH3OH、27.00%的(CH3)2S、54.57%的H2O以及0.57%的CH4S。该混合气经冷却后达到混合物的泡点温度并进入T101进行硫化氢的分离及循环使醚含量占28.67%。釜液进一步流入T201精馏塔，泡点温度58.72摄氏度下进料，可获得塔底成分为10.33%甲醇-89.67%水的釜液，同时塔顶可获17.43%甲醇-81.00%甲其中该混合气经T202萃取精馏塔，在液相水的逆流萃取[20下获得97.76%甲硫并在T203精馏塔中进行精馏21,获得98.5%含量的甲醇溶液并进行循环利用。T202馏塔后经精馏作用最终获得纯度高达99.9的甲硫醚细产品。含少量甲硫醚及甲硫醇上一工段得到的产物甲硫醚降温冷却至40℃后进入拟氧化塔的反应区22,在与经加温区加热过的二氧化氮及氧气气体混合，在反应区内，待原料气溶于亚砜溶液中便进行氧化反应生成二甲基亚砜，反应转化率可达90%以上，后可得产物含摩尔流量25.35kmol/hr的二甲基亚砜。经V401储罐(含10%的NAOH溶液)碱洗后粗产品中氧化氮合成盐类。碱洗后的流股流入RF401低压蒸馏塔，从塔底馏出废弃盐溶液进入废液池进行处理并合理排放。塔顶馏出亚砜-水混合气在经T401低压精馏通过Aspen软件模拟过程简化了实际设计工艺项目的计算，为本次1.5万吨亚砜可以作为塔设备选型时的参考依据。本次模拟结果无警告，无出错，证明模拟流程第3章灵敏度与优化通过对塔设备某变量进行灵敏度分析，可以得到变量数值与产物纯度的关系，如下表3-1为未优化前塔的相关参数。甲硫醚甲硫醇进料温度/℃5回流比R6甲硫醚纯度通过AspenPlus软件对精馏塔T0301进行灵敏度分析，主要对塔的塔板数、进料板位置和回流比进行模拟优化。3.1.1塔板灵敏度优化分析使用AspenPlus软件进行灵敏度分析得出甲硫醚的纯度与理论塔板数的关系图：由灵敏度分析图可知在理论塔板数为19块后塔底二甲基硫醚的纯度趋于平衡，可知19块塔板即可达到精馏效果，综合考量理论塔板数确定为19块。3.1.2进料板灵敏度分析使用AspenPlus软件进行灵敏度分析得出甲硫醚的纯度与理论塔板数的关系如下图所示：由灵敏度分析图可知在进料板上方塔板为7块时，是二甲基硫醚的纯度达到峰值的位置，可知在19块理论塔板中第7块板的进料位置达到最优，综合考量进料板位置确定为7块。3.1.3回流比灵敏度分析使用AspenPlus软件进行灵敏度分析得出甲硫醚的纯度与理论塔板数的关系如下图所示：由灵敏度分析可得在回流达到16时甲硫醚的纯度变化趋势不明显，可知回流比为16时即可达到要求，综上考量最终确定回流比为16。在上面叙述中可以知道，精馏塔T204在经过灵敏度的分析后纯度由99.38%增至99.87%,二甲基硫醚纯度的增高为下一步氧化反应减少了因纯度底而带来的安全问题。下表为更改后的参数表。甲硫醚甲硫醇进料温度/℃7回流比R甲硫醚纯度1%本章的内容是以甲硫醚精馏塔T2041为例，通过灵敏度分析，对设计条件进行了优化。(1)使用AspenPlus模拟软件对精馏过程进行模拟分析，目的是能够初步确定理论塔板数、进料板的位置和回流比等参数使达到精馏目的。(2)通过对塔板数、进料板位置、回流比等参数进行灵敏度分析，进而确定精馏塔的最优条件。第4章设计选型与设计本章主要进行典型设备的选型，主要包含反应器、塔和泵，下面我们将对这些内容进行简单介绍。4.1反应器选型在本项目中，参考反应器选择原理结合反应特性及反应条件，对本项目各个反应器选型如下。4.1.1硫醚合成反应器本项目最终选择BEA分子筛催化剂，该催化剂反应条件较温和，转化率和选择性较高。此催化剂在绝热反应器中，反应温度在300℃左右。反应压力0.3MPa。在硫化氢和甲醇的反应过程中，产生的热量变化会由外界的公用工程维持，从而使反应器内部保持适合反应进行的温度。结合具体的工艺特点本研究最终确定了选择固定床列管式反应器作为本项目的反应器，反应的温度定为300℃,反应的压力定为0.3MPa。4.1.2亚砜氧化反应器二甲基亚砜与二氧化氮的氧化反应条件较为苛杂，在鼓泡塔中进行反应不能很好的掌握，可能造成反应区上移致使温度变化，导致转化率下降等问题。因此，在本次项目中借鉴已有的优化后的设计，对整个反应划分进行。将整个氧化过程划分为反应区、加热区、亚冷区、冷却区四个区域。该部分选择两出口的闪蒸罐来为为反应物二氧化氮与氧化气体进行加热。该闪蒸罐温度保持在50-60摄氏度之间，使通入的原料混合气温度达到适宜的反应温度。同时也能减少二氧化氮的吸收。结合具体的工艺特点本研究最终确定了选择全混流反应器作为本项目的反应器，其中反应的温度定为40℃。在该过程中实现了硫醚的氧化。亚冷区主要实现一氧化氮的氧化及减少二氧化氮在二甲基亚砜中的溶解度，同时防止其温度过高造成反应区上移。最终确定选择全混流反应器，反应温度控制在冷却区温度需控制在20-30℃间，本区间无化学反应，主要作用是使二氧化氮更好的溶解在循环进反应器的二甲基亚砜中，对未反应的二甲基硫醚进一步冷凝，减少随废气排出的量。同时防止硫醚氧化发生爆炸，造成安全问题。综合过程特点，选择闪蒸罐做冷凝作用，温度控制为20-30摄氏度。塔式设备的分类可以从不同的角度进行分类。例如：按工作压力分为增压塔，常压塔和减压塔；按机组运行情况分为精馏塔，吸收塔，解吸塔，萃取塔，反应塔和干燥塔。根据相间接触界面的形成，该方法分为具有固定相界面的塔和在流动过程中形成相界面的塔。根据塔釜的形式也有分类，但长期以来最常用的分类是根据第7块进料板位置；摩尔回流比为16;精馏塔对甲硫醚的最高回收率为99.87%。筛塔塔板具有低阻力，比较高的效率，方便操作，耐酸碱腐蚀和相对较低的成本。结合该项目的实际情况，本文选择T204为筛板塔。4.2.1塔设备计算密度密度液相粘度汽相粘度表面张力23456789(1)对于塔径的计算如下所示：初步选择塔板的板间距为Hr=600mm板上液层的高度数值hz=50mm可以得到H--h=0.6-0.05=0.55m那么根据气液两相之间的流动参数计算公式可得：根据查史密斯的关联图中可查得：C₂0=0.067m/s由此可以推算出泛点气速为了避减少液泛和雾沫夹带现象的产生，μ一般取数值为，本设计安全系数设定为0.7,由此可以得到泛点气速数值：塔的直径D可以根据以下公式计算：按照标准的塔尺寸圆整之后：塔的截面积的计算及结果如下：(2)溢流装置计算本设计根据实际情况选用的是单溢流弓形降液管，和凹形受液盘。已知塔的直径径由《化工原理》资料中可知塔板上的液体流动方式的计算公式，:④那么弓形降液管的宽度Wa和截面积Af计算公式如下：其中已知故A=0.072×1.54=0.11088m²⑤那么液体在降液管中的停留时间计算公式及结果如下：已知液体在降液管当中的停留时间不能小于3~5s,本设计当中的停留时间θ=24.92s。所以本设计中降液管的设计合理。⑥那么降液管的底隙高度ho计算公式如下：其中当u。=2m/s的时候，高度计算公式为：综上所述降液管的底隙高度设计合理。采用的是凹形受液盘，根据可以知道，液盘深度(3)塔板的布置如下①塔板的分块塔径D>0.8m,故塔板采用分块式②边缘区和安定区边缘区宽度W。=0.06m,安定区宽度W,=0.075m③孔区面积计算对于无腐蚀性的溶液可以选择厚度δ=4mm的碳钢板材质塔盘，筛孔的直径可以定为do=5mm,筛孔选择按照正三角形形状排列在塔板上。取筛孔的中心距计算公式及结果如下：筛孔的数目n计算公式及结果如下：开孔率：开孔率在5~15%范围内，符合要求。4.2.2流体力学验算(1)塔板压降干板阻力hc由查筛孔的流量系数图的Co=0.78Fo=uaVPy=0.763×√2.396=1.181kg'/(液柱)可忽略hp=0.200+0.029=0.229m(液柱)(2)液面的落差值(3)液漏5无明显液漏(4)液泛φ取0.5,板上不设进口堰Ha=0.2886m<0.3178m(液柱),故不发生液泛(5)液沫夹带的计算公式如下：ua=0.763m/s,h=2.5h=2.5×0.05=0.4.2.3塔板负荷性能图(1)漏液线(2)液沫夹带线可以得出根据以上数据可以得到液沫夹带线。(3)关于液相负荷下的限线计算对于平直堰而言，可以取堰上液层的高度how=0.006m作为最小液体的负荷标准，可得计算公式如下：:E=1的时候，解得计算公式如下：:根据以上数据可以得到垂直的液相负荷下限线。(4)液相负荷上限线把θ=4s作为液体在降液管中的停留时间的下限，计算公式如下：所以根据以上数据可以得到垂直液相负荷上限线。(5)液泛线当Ha=φ(Hr+hw)的时候，利用b=0.5×0.6+(0.5-0.58-1)×0.0356=0.20.007V²=0.262-85.771L根据以上的公式和数据可以作出精馏塔T204的负荷性能图，如图4-1所示。在上面的负荷性能图我们可以看出，作出操作点A,链接OA之间，就可以作出操作线。由图中查出Vs,max=3.855m³/s,Vs,min=0.40m³/s,计算公式如下：由Aspen模拟可得该精馏塔理论塔板数为19块塔板，进料板的位置在第七块。则可知实际塔板数如下：(单板效率按0.52计算)精馏段实际塔板数N精=7/0.52=13.46≈14提馏段实际塔板数N精=12/0.52=23.08≈4.2.3.1塔顶空间塔顶空间指塔内最上层塔板与塔顶的间距，为利于出塔气体夹带的液滴沉降，其高度应大于板间距。设计中通常取塔顶间距为1.5-2.0HT。若需要安装除沫器时，要根据除沫器的安装要求确定塔顶间距。本设计中塔底空间指塔内最下层板与塔底的间距。1)塔底储存溶液的空间需考虑存储液量停留时间，即易结焦物料可缩短停留时间，一般为3-5分钟。2)塔底液面至最下层塔板之间要留有1-2m的空间高度。3)考虑再沸器的安装方法即所需高度。考虑到本设计产量流量较低的缘故，所需塔底储存空间较小，故选择塔底高度对于D>1000mm的板式塔，为实现安装、检修等功能，一般需要隔6-7层塔板人孔中心距操作平台800-1200mm。人孔处的间距应大于或等于600mm。所以本设计共需设计人孔7个，其中取值人孔间距700mm,人孔直径500mm,伸出筒体长度200mm,人孔中心距操作平台1000mm。一般进料板间距会适当增加，本设计选择进料板间距高度HF=1.0m。筒体高度为：Z精+Z提=7.8+13.8=21.6m本设计选取标准椭圆形封头，依照JB/T4746-2002,可以设定h=60mm,已知筒体高度大于10.0m,且塔径1.4m大于1m,故本精馏塔选择圆柱形裙座。裙座高度计算如下4.2.4T204精馏塔设计结果根据以上计算，可得T204精馏塔各设计参数如下表4-2所示：序号12降液管类型弓形3溢流类型45降液管底隙高度/m6789筛孔数目/个空塔气速/m/s筛孔气速/m/s汽相负荷上线汽相负荷下线负荷上限液沫夹带控制负荷下限漏液控制换热器是化工厂中重要的化工设备之一，换热器的类型很多，特点不一，可根据生产工艺要求进行选择。依据传热原理和实现热交换的方法不同，换热器可分为间壁式，混合式，蓄热式三类，其中以间壁式换热器应用最为普遍。间壁式换热器传热原理为冷、热两流体被固体壁面隔开，不相混合，通过间壁进行热量的交换。此类换热器以管壳式换热器最为常见。此类换热器具有单位面积传热面积小，传热效果好的特点，且结构简单制造材料广泛，操作弹性大。本项目设计所需换热器可利用Aspen模拟过程中已知的流股的热量变化，以及各流股的流动状况，和AspenEDR软件计算出传热面积并确定换热器的基本尺寸。具体计算方法可参照贾清老师和夏绍义老师主编的《化工原理》。本次设计不予详细计算过程，且因精馏步骤较多原因，多数流股所需改变温差较小，可依据Aspen模拟过程中流股的摩尔焓的变化直接选取市面上已有的标准换热器，减少因为定制换热器所需要的成本。本章主要针对设计内所涉及的部分设备进行了选型，以及对T204精馏塔的具体计算，其中在反应器的选型中，依据反应的特点合理的将氧化塔部分拆分成了四部分，来代替氧化塔的氧化功能，使设备的操作条件更为可控。第5章物料衡算与能量衡算在整个项目设计过程中，物料衡算起到了至关重要的作用。本章针对不同的工段，进行了详细的物料衡算，计算过程与结果统计如下。本章物料衡算依据为质量守恒与元素守恒定理，并通过对Aspen软件的辅助作用对全工艺进行物料衡算。W=Win-Wou+W-Wf其中5.1.2物料衡算由于本项目涉及设备过多，下面出示DMS工段的部分主要设备的物料衡算结(1)硫醚反应器出料000(1)硫化氢汽提塔单位x1030单位x10300单位x103000000单位x103得到DMSO产品纯度为99.93%,符合优质产品的质量，属于一级产品。而其年产量为：1911.55318x8000=15292.25444千克，达到设计目标年产1.5万吨二甲基亚砜的工业设计。但由于本工艺非完全闭合反应路线，实际上在废气液排放及泄压，疏水等部分操作时也会造成物料的损失，因此在实际的物料衡算中需要将该因素加入衡算范围内。在准备产料时要留出富裕部分，以免产品达不到订单要求数量。5.2.1目的在整个生产过程中，物料从一个反应体系进入另一个反应体系，这个过程中质量不断的在传递，同时能量也不断地转移、消耗和释放。热负荷可以通过能量的变化来确定。物料衡算结束后，也需要对整个体系进行能量衡算，从而作为降低能耗5.2.2能量分析已知，进入体系的热量=离开体系的热量+热损失其中进入体系的热量包含进料的热量以及各换热器带来的热量，离开体系的热因为本工艺流程中还设有泵及压缩机设备，所以体系中进入的能量除热量外还所有进入体系的物料的焓+所有设备作用在体系内的功=所有离开体系的物料的焓+所有热损失+所有损失功本章节进行了物料衡算及对能量衡算的分析。可以为接下来的经济成本分析提第6章市场分析二甲基亚砜(简称DMSO)是一种含硫的有机化合物，英文为Dimethyls分子式为(CH3)2SO,在常温下是一种没有颜色没有气味的透明的液体，它具有吸湿性、还具有可燃性。即具有高极性，也具有高沸点的特点。非质子液体，与水能但在水、乙醇、丙醇、乙醚、苯和氯仿等大多数有机物中都有较高的溶解度。故通成方面以及工业上在某些聚合物反应时，制药产业以及农业方面。在有机合成中，二甲基亚砜同样也可以在氧化反应中应用。同时二甲基亚砜在微电子工业的生产制造的应用也越来越多；在医药方面，二甲基亚砜主要用于局部的止痛，或局部药物二甲基亚砜一般使用200L塑料包装桶储存，或含量大小为1000LIBC,ISO-TANK集装罐。储存放置在阴凉通风及干燥的地方，按易燃有毒物品的相关规定运输及储根据中国报告大厅《2021年4月17日全国二甲基亚砜价格最新行情预测》报告内容可知二甲基亚砜现均价在33000.00元/吨范围，但价格不稳定在37999.99元/吨荷兰、俄罗斯、巴西、南韩、泰国、欧、非、亚等二十多个国家和地区。国内每年需求量占四成，出口占六成。近年来由于含氟药物、碳纤维、电子产品的发展，国内市场需求不断扩大，特别是碳纤维及电子微工业的急剧发展，使DMSO的用量成倍数增加。除国内市场繁盛外，我国在国外市场也因为产量高，质量好且价格适宜由于二甲基亚砜应用范围级广，且伴随更多新兴产业的开发，在很多产品中都能看到二甲基亚砜的影子。其市场前景也只会越来越好。很多人也开始将目光转向本市场。现在国内已有的停产亚砜的企业现在也断断续续的重新整合运营，生产亚而硫化氢作为原料，价格低廉，且二硫化碳工艺与硫化氢工艺重合度较高，所以厂第7章经济成本分析建设成本包括设备及安装费用和建设工程费用。其中主要的设备的购买费用如下表7-1所示：序号费用/万元1234闪蒸罐56泵789总计含主要设备、催化剂、管道等部分的具体设备费用如下表7-2.序号名称费用/万元2催化剂费用75.658设备折旧费9设备日常维护费用590.3710其他相关费用2建筑工程所需费用如表7-3序号名称费用/万元12总计建设期固定成本费用如下表7-4表7-4固定成本费用序号名称费用/万元1设备及安装费用2建筑工程费用总计表7-5产品原料费单价/万元总费用/万元甲醇二氧化氮氧气催化剂总计一燃料及所需电力水的成本分析如下表：表7-6原料和动力费物质总费用/万元一热蒸汽9.295万吨0.54元/吨185.3万吨电1.2元/度一一职工福利费用序号部门定员工资(含年终奖金)/(万/1总经理12副总经理33办公室主任1职员64财务部主任1职员45人事部主任职员11146市场部职员47后勤部主任18职员8生产部4主管8职员9技术开发部主任1职员510安检、监理部主任1职员411安保部主管2保安合计序号占工资总额比例总计(万/年)1医疗保险金2345失业保险金67.4其他费用由于项目过程中会产生废气、废液、以及失活的催化剂固体等废固，因此还需要计算三废问题带来的费用。表7-9其他费用表序号费用/万元1三废处理费2运输费3技术费总计7.5产品成本汇总除去，售卖产品后需要缴纳的税费，本产品的成本汇总如下：11序号费用/万元2原料及动力费7172.734由产品近期价格及产量计算可得年产值为15000*3.3=49500.0万元，刨除成本年毛利润可达28078.306万元。由本章的经济核算可证明该工艺具有盈利价值，且具有一定的可实施性，具有良好的生产前景。第8章环境与安全分析已知，在反应工程内会有废弃物的排出，为了不影响周边环境，对环境造成污染，需要对排放的废弃物进行处理，达到国家指定的污染物排放标准才可以进行排在本工艺流程中可以知道在硫醚精馏塔塔顶排出，为含甲硫醇的气体[27,将气体通入碱液生成甲硫醇钠来进行尾气处理。处理后的气体择直接可排放至高空。氧化阶段28的闪蒸塔顶部排出，该排出气体含循环使用的二氧化氮、一氧化氮、氧气及微量的二甲基亚砜和为冷凝完全的二甲基硫醚的混合气体。其中需要对组分里的氧化氮进行处理。处理方法是采用溶剂来吸收氧化氮及其余成分，将吸收后的废气经过简单处理后进行循坏使用，其余未被吸收的尾气通入碱液中进行盐处理，剩余尾气浓度以可达到《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996中相关排放标准可直接高空排放。而在亚砜精馏塔塔顶排出的废气择需要废液的主要排放位置在减压蒸发段的含盐废弃液和亚砜精馏塔塔顶排放的含二甲基亚砜的废液。废水排进总污水处理池进行处理。亚砜精馏工段32,36]排放污水可经过对亚砜的回收利用达到降低排放浓度的效本项目主要固体为失活的催化剂固体，可直接运输到废固处理厂进行处理。在本项目所涉及的所有物料中，已知硫化氢和二甲基亚砜是具有毒性[37的，因此在甲醇原料的储存中需特别注意密封，并注意该原料塔在厂内的布置位置。此外还应对车间进行通风，保持空气的流动性。在反应车间还应配有匹配的防毒面具，保护人员的安全。氧化工段反应期间需要特别注意各个区域的反应温度，防止因温度不达标造成反应区上移，致使热气与冷凝液在原冷却区相遇，造成爆炸伤亡和经济损失。在工厂布置时应该考虑好本部分的消防设施，以备不时之需。全生产相关联的参数实施实时监控，一旦有异样，将会进行自动调整和报警。DCS系统集中运行控制有效地提高了生产的安全性。是保证安全的有效措施之一。措施二，对危险性更大的反应容器和精馏塔设置过程报警，自动停机，氮气保护等联锁装置，使整个装置可以在紧急或意外生产情况下紧急停机，并紧急注入氮气。这些措施可以有效的保护生产环境的安全性。措施三，上班前开展安全班会，保证每个员工都能熟悉遇到不同状况是的正确处理方法，防止因操作不当造成危害扩大，同时树立起员工的安全意识，减少人员伤亡。措施四，对于生产中使用的具有火灾，爆炸危险介质的压力容器，如各种塔，热交换器，储罐等，设置压力，温度，液位高度等检测仪器，并设有超限报警设施和安全措施阀门的设计。按照《石油化工企业消防设计规范》的要求安装安全泄压装置和安全阀，避免发生二次事故。第9章厂区布置厂区布置设计即要考虑车间生产，辅助生产，管理和生活的协调，又要考虑车间与厂区的供水、供电、供热和管理部分的呼应，使各部分布置分配合理且适宜。最重要的是要符合国家制定法规，在远离住宅区的郊区进行建厂。(1)由于原料中的二氧化氮具有一定的毒性，因此需要特别注意，远离人群建厂。并建于城市下风口处。(2)厂区布置要符合安全要求，易燃易爆设备保持一定距离，减少事故发生。(3)要按照生产流程依次布置，避免不必要的交叉混乱，方便物料输送。(4)保持良好的工作环境，确保具有良好的交通路线，防止事故发生时能快速救援。(5)各设备间留有足够空间，便于安装、检修和拆卸，以及各装备之间留有安全距离。(6)按照工业建筑法规进行建筑。产区布置与可见附录五厂区布置图。厂区占地总面积为7200立方米，大体设为四部分，第一部分为从西北□1号门进入的办公区域，该区域包含车库、办公楼、休息室、餐厅、活动中心等建筑。一号门进入后可直达车库，从车库后便是办公楼建筑，很大的程度上方便了员工进出厂区。办公楼西侧设有餐厅、休息室、活动中心，方便了员工的饮食，以及活动，有利于增加员工的亲切度，调节办公环境。办公区域东侧为排水池及产品储罐区，和应急仓库，本区域对应二号门，运料车从二号门进入工厂后可在装卸区停车等候产品的装卸，随后从二号门原路返回。厂区东南角为反应区，设有消防设施，为了方便原料的运输，在反应区内的原料室所处位置的南段增设三号门。同时该区域还包括对产品进行质量检测的质检室以及污水处理池。其余建筑，如供电站、供水站、安全监测中心、公用工程系统等建筑分布在反应区西侧。此外厂内还设有绿植，符合国家对绿色覆盖率的标准。1)考虑到本项目涉及原料之一硫化氢不适宜储备及运输，且本设计选取的工艺方案的优点之一，就是原料选取了利用石油产业及相关产业排出的含硫废气进行提纯处理得到的硫化氢，即解决了硫化氢的污染问题，也将该部分资源再利用，达到资源的活化。所以厂区一般选在石油企业附近。便于硫化氢原料的获取。2)本项目涉及有害物质物料，在生产过程中，为避免排出废气对附近城市产生不良影响，应选择厂区位置在相近城市的下风口。3)因厂区涉及原料采购及成品售出等情况，所以在厂址的选取中要注意附近路况是否完好，是否影响企业的出行及货物的运输。4)本厂涉及生产的物料较多，且需要的大型设备也较多，故需要特别注意厂址区的地质情况。要求土壤硬度较高的地区，防止因为地质问题造成厂区部分设备塌陷的情况。5)厂区建设前需要在厂区所在地进行情况摸底，了解当地的天气状况，若当地天气多为阴雨天气或暴晒等极端天气，会对设备造成损害，减少设备的寿命，更换设备更加频繁，为企业增加不必要的成本。6)同时产区选择时也需注意是否处于地震带。是否临近国家环境保护区，是否会对国家珍稀保护动物的生存地造成影响、是否为矿产资源带等等。总结，建厂时要注意将厂址建立在地广人稀，且无太多自然资源的地方，同时，厂区选定后还需要获得国家相关部门的认可才可进行建厂。本章通过对二甲基亚砜的生产工艺的讨论，从工艺叙述、Aspen模拟工程、优化分析、物料衡算、主要设备选型、市场分析、经济成本分析、环境与安全分析、产区布置等多方面进行了分析，完成了1.5万吨二甲基亚砜的生产设计，并证明了该工艺方案的可行性。其中二甲基亚砜作为功能性的新产品，其应用范围广泛且不断扩大。随着各种新兴企业的发展，它作为溶剂或载体的身影更是随处可见，目前市面上还没有出现可代替亚砜的物质，进一步佐证了在未来的一段时间内，二甲基亚砜在工业生产上依旧具有十分稳定的地位。在本项目的设计中，选择更改了已有硫化氢工艺反应中的催化剂，将反应温度降至300摄氏度的同时也提高了反应的转化率和选择性，提高了分子的利用效率。且二甲基亚砜的生产符合当前的市场情况，在国家十三五规划范围内，容易得到国家的鼓励支持。加快厂区的建设运营。[1]李仲来.二甲基亚砜简介[C].//全国化工合成氨设计技术中心站2002