1×104ta巯基乙酸项目H2S富集工段工艺设计

×1×104t/a巯基乙酸项目H2S富集工段工艺设计摘要：本文对1×104t/a巯基乙酸项目H2S富集工段进行了工艺设计。首先介绍了国内外巯基乙酸的生产工艺。然后合理利用AspenPlus软件对选定的Catofin工艺进行H2S浓度段物料平衡和能量平衡模拟，并对塔的设计进行优化，利用CPU软件对精馏塔板塔进行设计和校核，，并对塔架进行机械强度采用SW6-2011校核，强度满足条件在操作液量低于80%的情况下，合理操作。对整个H2S富集工段利用AspenPlus化学模拟软件进行了模拟，得到了物料平衡和能量平衡表。利用AutoCAD2007软件绘制了H2S富集工段的PFD、PID、设备组装图和车间布置图。关键词：巯基乙酸；AspenPlus；AutoCAD；SW6-2011ProcessdesignforH2Senrichmentsectionof10000t/athioglycolicacidprojectAbstract:Inthispaper,theprocessdesignofH2Senrichmentsectionof1×104t/athioglycolicacidprojectwascarriedout.Firstly,theproductiontechnologyofthioglycolicacidathomeandabroadwasintroduced.AndreasonableuseofAspenPlussoftwareCatofinprocessofselectedH2Sconcentrationperiodofmaterialbalanceandenergybalance,andoptimizethedesignofthetower,towerrectificationtowerboardtomakeuseoftheCPUsoftwaredesignandcheck,andmechanicalstrengthoftowertheSW6-2011,strengthmeettheconditionsintheoperatingfluidamountislowerthan80%ofcases,thereasonableoperation.ThewholeH2SenrichmentsectionwassimulatedbyAspenPluschemicalsimulationsoftware.ThePFD,PID,equipmentassemblyandshoplayoutofH2SenrichmentsectionweredrawnwithAutoCAD2007software.Keywords:Thioglycolicacid;AspenPlus.AutoCAD;SW6-2011.TOC\o"1-4"\h\u第一章文献综述 81.1设计任务 81.2巯基乙酸简介 81.3国内外生产现状 101.4巯基乙酸生产工艺的选取 101.4.1硫氢化钠法 111.4.2硫脲法 121.4.3硫代硫酸钠法 121.4.4多硫化钠法 131.4.5各方案优缺点及投资比较 141.4.6各方案技术指标比较 141.4.7结论 15第二章总工艺流程概述 162.1选用的工艺方案及理由 162.1.1硫化氢富集工段 17工艺简述 17流程简述 172.1.2巯基乙酸合成工段 18工艺简述 18流程简述 182.1.3巯基乙酸精制工段 19工艺简述 19流程简述 20第三章硫化氢富集工段的模拟及优化 213.1硫化氢富集工段的AspenPlus模拟 213.1.1工艺简述 213.1.2流程简述 213.2精馏塔设备参数优化 223.2.1概述 223.2.2巯基乙酸精馏塔优化 223.2.3巯基乙酸精馏塔的板数优化 223.2.4进料板位置优化 233.2.5回流比优化 24第四章硫化氢富集工段的物料及能量衡算 254.1物料衡算 254.1.1混合器(M-0201) 254.1.2换热器(E-0201) 264.1.3反应器(R-0201) 274.1.4塔设备(T-0201) 284.2能量衡算 294.2.1混合器(M-0201) 314.2.2换热器(E-0202) 314.2.3反应器(R-0201) 324.2.4塔设备(T-0201) 33第五章设备设计 355.1塔设备设计依据 355.2塔设备简介 355.2.1板式塔 355.2.2填料塔 35第六章车间布置 376.1车间厂房布置 376.1.1平面布置 376.1.2立面布置 386.1.3设备布置 396.2设备布置 406.2.1生产工艺对布置设备的要求 406.2.2设备安装专业对布置的要求 416.3单元设备布置方法 416.3.1泵和压缩机 416.3.3换热器 错误!未定义书签。6.3.4加热炉的布置 426.3.5固定床反应器的布置 426.3.6流化床反应器的布置 446.3.7塔设备的布置 446.4强度校核 446.4.1反应器强度校 446.4.2换热器强度校核 476.4.3气液分离罐 516.4.4塔强度校核 53第七章环境影响及措施 567.1方案简述 567.2工业“三废”治理措施 567.2.1工业废气 567.2.2工业废液 567.2.3工业废固 577.3环境管理及监测 58第八章安全与卫生 598.1职业危害因素 598.1.1有毒有害物质分析 598.1.2可燃可爆危险物质分析 598.2其它危害因素 598.3安全卫生主要措施 60第九章投资估算及经济分析 619.1编制依据和说明 619.2项目建设投资估算 619.2.1固定资产 619.2.2预备费用 649.2.3建设投资估算表 649.3总投资估算 649.4财务静态指标评价 65第十章结论与展望 66参考文献 67附录Ⅰ设备一览表 68膜 68泵 68流量(m3/h) 69罐 69气液分离器 70

第一章文献综述1.1设计任务本设计任务是年产1万吨叔丁胺项目。针对H2S富集工段，进行设计项目，要求工艺节能减排，能量利用率有效提高。降低能量消耗，拉高产品经济效益。1.2巯基乙酸简介基本物理化学性质巯基乙酸的化学式是C2H4O2S，它的分子量为92.12，，是含硫的有机化合物，常温下呈现液态，无色透明，气味上有强烈刺激性味。熔点是-16.5摄氏度，沸点是220摄氏度，密度是1.33g/mL。闪点大于110摄氏度，折射率为1.5030。乙醇和醚能混和进水里，在普通溶剂中溶解。对于生产环氧树脂来说，双酚A的催化剂也会是生产冷煅烧和脱脂剂的主要原料。工业生产工艺是将硫化氢和氢氧化钠结合发生反应，然后在氮和硫化氢的参与下与氯乙酸反应生获得。在低于25摄氏度的条件下，朝着氯乙酸加入碳酸钠溶液，让它将酸碱度变为7，再将硫脲与氢氧化钠反应得到乙酸脲。醋酸反应后,硫脲与氢氧化钠在达到温度78-80摄氏度的情况下反应2小时,紧接着将其冷却到40摄氏度,加入浓盐酸使其酸碱度变为3,然后用乙醚进行合理的提取从而获得醚层,然后添加活性炭,这一步添加锌粉的原因是为了充分搅拌和过滤后的锌粉,然后是得到了巯基乙酸。将锌粉加入后，进行减压精馏操作，最后获取了纯品的硫代乙醇酸。它是由硫、无机或有机化合物在与一氯乙酸钠和钾盐反应下制备而成的。例如:一氯乙酸与硫化钠和硫会发生反应从而得到了二硫代乙酸，在此反应之后再与锌和酸反应获得二硫代乙酸;或将硫甲酸与一氯乙酸混合发生相关的反应，经过水解生成一氯乙酸与硫脲反应获得取代异硫脲酸，再将其变为氢氧化钡，沉淀酸化获得硫脲酸的水溶液;最后60%~70%的溶液是蒸发获得，产量不小于70%。KKHS上;加热后，在氧化乙烷的溶液中加入与氯酸钠一样质量的，最后将25%的很强的氨水加入其中。搅拌完成后，用相同浓度的盐水对产品进行吸入过滤处理。主要用途：巯基乙酸应用广泛，在开发中有新的应用。巯基乙酸被用于功能性化妆品，比如用来制备卷曲剂。巯基乙酸钠盐和以及钙盐在碱性条件下可以快速脱毛。与传统的碱金属或碱土硫化物脱毛剂相比而言，它的刺激性相对温和、几乎没有味道、挥发更简单、脱毛时间短、效果好等优点。醋酸巯基还会被用来击碎角蛋白多肽链侧链上的二硫键，从而达到柔软头发的目的，获得所需的发型。紧接着二硫键能够与氧化剂继续结合，获得固定的发型。同时，对头发用巯基乙酸盐进行处理，将其与头发上的蛋白质获得巯基键，使头发接受一些活性染料的染色，使用后更好的光泽会显示，对于护发产品更加友好。平常所见的PVC稳定剂基本上大多是重金属盐，这样会使其毒性变大，被禁止用于食品、医药等和人类生活关联性较大塑料制品中。目前，发达国家已经采取限制或禁止使用传统的重金属盐稳定剂的措施，相对而言巯基乙酸稳定剂就像巯基乙酸-2-己基乙酸、二辛基锡、二甲基锡巯基乙酸-2-乙基己基酯-二丁基锡等被大量使用在PVC水管中，在食品和医药包装等行业，此类稳定剂不仅无毒，并且能够合理在产品透明度、热稳定性和加工适应性方面获得效果。在加工业中这种热稳定剂的使用更加多。在丙烯加工成型过程中所需要的聚合催化剂、阻油缓蚀剂、金属防锈剂、环境选矿助剂、结晶成核剂、涂料、纤维改性剂、润滑油添加剂等的原材料也可以是巯基乙酸，除此之外它还可以作为原材料合成许多精细化工产品，其中就像医药中间体非那洛；它可与乙醇发生相关反应从而制备铁测定、巯基乙酸乙酯等相关分析试剂。价格走势巯基乙酸近年来的价格走势如下图所示：图1-1巯基乙酸价格走势图1.3国内外生产现状据悉,2004年,在美国巯基乙酸的输出是12400T/A,在西欧14000T/A,这在日本是3300T/A,其中80%的巯基乙酸产品用作PVC稳定剂、和其他主要用于个人领域的功能性化妆品。2002年，我国硫代乙醇酸年产量不超过600吨。2004年，TGA在中国的生产能力约为2000T/A，需求量超过5000T/A，单单是生产PVC加工稳定剂所需要的的硫代乙醇酸就近2000t。化妆品生产所需的高纯度巯基乙酸大部分都是进口，价格为4-5万元/吨，供需矛盾很突出。因此，加强合成方法和精制技术的研究，改进落后的生产工艺，扩大生产规模，提高产品纯度，是本工业发展中需要解决的问题。14巯基乙酸生产工艺的选取硫代乙醇酸作为精细化工原料十分重要，它被深层次应用于医药、分析、美容、PVC生产等相关领域。国内外对TGA的消费日益增加。尽管TGA在中国早就开始消费，然而工艺相比而言落后，尤其是高纯TGA的生产工艺还相对欠缺，产品依然需要大批进口。鉴于此，挑选合理的方法来合成巯基乙酸表现得相当的重要。当下而言，国内外大多TGA的工业化生产方法主要有:硫化钠法、硫代硫酸钠法、硫脲法、多硫化钠法、CO生产合成法等，而下面的各种方法是用来对比的。1.4.1硫氢化钠法1862年以来，卡里乌斯采取了硫化氢钾与氯乙酸钠互相反应以合成了巯基乙酸的方法，该法不断得到改进和完善。近年来，巯基乙酸在国外的主要生产方法就是硫化钠法。工艺简单，成本低，原料廉价，容易获取，转化率达92%以上，分离纯化后的产品纯度到99%。硫化钠法的生产成本仅为硫脉冲法的一半左右，因此在世界上得到了大量的应用。该方法的主要缺点是副反应多，工艺操作不容易。反应过程中产生的硫化氢气体会对环境造成破坏。另外，目前使用的工业级硫化钠溶液，运输和储存都不容易。该工艺合成原理如下:合成巯基乙酸钠：酸化：该反应过程会有些副反应,导致收率不高(一般在25%～55%):其中还有少量巯基乙酸会被氧化为二硫代甘醇酸：调节反应温度、压力和酸碱度可以降低副反应的出现的可能性。在0.8~2.2MPa的压力和80℃~105℃的温度状况下，美国专利表明以硫化钠或二硫化铵为原料与氯乙酸反应，收率不低于92%。1976年,日本大冢化学有限公司慢慢添加零下35摄氏度的25%氯乙酸钠溶液和15%钠氢硫化物溶液,并且加入硫化氢气体(0.7升/分钟),紧接着在80℃反应约30分钟,收益率为93%,产品纯度为99.5%。日本四国化工有限公司采用压力合成法，利用自身产生的硫化氢气体，在1.0-2.0mpa的压力和25-35℃的温度下反应，收率可达95%以上。日本电气化工股份有限公司采取二釜连续生产硫化钠方法，最终收率差不多84%。株洲化工集团有限公司使用该方法，收率为90%。具体工艺条件为:原料:氯乙酸:硫化钠=1:12.2-1.5，氯乙酸浓度≤20%，反应温度≥55摄氏度，反应时间5-10分钟，反应压力≥0.9兆帕。工艺简单:工艺简单，虽然副反应不易操作，但只要温度、压力、酸碱度等被掌握好，这些副反应就能有效降低可能性。1.4.2硫脲法由于硫脲价格高，硫脲反应转化率低，一般在80%-85%左右，酸化后浓度损失，产率较低，硫脉冲法一般不用于大规模工业生产。硫脲法具有投资少、工艺简单、手工操作和家庭操作等优点。缺点是硫脲价格昂贵，导致生产成本高。它是生产冷烫精等处理巯基乙酸的主要方法，国内采用此法生产的厂家也较多。其合成原理如下：获得假硫脲基乙酸盐：水解：酸化：我们用氯乙酸钠和硫脲为1比1的量进行混合，接着升高温度搅拌30分钟，采取氢氧化钡和95摄氏度水解120分钟，得率为90%。研究了反应原理，保证了水解的总反应顺序差不多1.5。他认为在6.4左右的氯乙酸钠溶液的酸碱度和80摄氏度的温度是合成假硫脲乙酸的相关条件。硫脲法得到的巯基乙酸很纯，相对来说污染较少，转化程度高，基本可达80%。流程繁简：工艺相对容易1.4.3硫代硫酸钠法在国外很早前有对于以硫代硫酸钠为原料进行化工加工得到硫代乙醇酸，相关的报道。方法如下:与过度的硫代硫酸钠溶液在70-75摄氏度发生反应获得产物羧甲基硫代硫酸钠,冷却后加硫酸和硫酸的反应物混合20%~24.5%的溶液内容是加热到100-110摄氏度,接着水解巯基乙酸。在工业生产中，使用少量的锌粉将水解的副产物二硫代乙酸还原为巯基乙酸。如果硫酸水解过程中不需要氮气的加入，水解完成后，将会产生二硫代苯乙酸，它转化为巯基乙酸，必须要大量的锌粉进行还原。其主要反应如下：该法的缺点是，为使一氯乙酸钠可以得到完全反应而添入一定量的硫代硫酸钠，一氯乙酸钠与硫代硫酸钠的摩尔比为1：1.3～1.5，因此在反应获得羧甲基硫代硫酸钠后，水溶液中尚含有大量过剩的硫代硫酸钠，当加硫酸水解时，除了硫酸能将羧甲基硫代硫酸钠水解成产品巯基乙酸外，过剩的硫代硫酸钠反应生成杂质硫磺和二氧化硫。其反应式为：二氧化硫除造成环境污染外，还能与巯基乙酸反应，转化成二硫撑二乙酸。需用锌粉将二硫化二乙酸再次还原成巯基乙酸，这样绝对会增加了成本，同时会造成硫化氢的大气污染。必须加入氮气，赶走有害的二氧化硫防止二硫撑二乙酸的生成，这样不仅设备复杂不易控制，而且还会形成SO2造成大气污染。流程繁简：设备复杂，操作技术难度较大，生产过程不易控制。1.4.4多硫化钠法多硫化钠可用硫化钠与元素硫制备：因为多硫化钠在酸性条件下容易分解，析出单质硫并且放出硫化氢气体，故反应物中的氯乙酸必须中和，该法的合成原理如下：合成二硫代甘醇酸：酸化还原：多硫化钠与氯乙酸钠在70～80℃下反应30分钟，然后用ZN-50%H2SO4还原，可获得约90%的巯基乙酸收率。。从CS2/H2SO4装置回收含硫废物，转化为多硫化钠制备巯基乙酸。多硫化钠法合成巯基乙酸具有收率高、成本低、质量高等优点。它的劣势比如有酸化过程中消耗大量锌粉，还排放不少气体硫化氢，污染环境。流程繁简：生产技术难度大，设备要求苛刻，生产操作较困难。1.4.5各方案优缺点及投资比较表4-6各方案投资比较1.4.6各方案技术指标比较表4-7各方案技术指标比较1.4.7结论通过对投资、工艺复杂度、单耗、转化率四条技术路线的比较，最终选择硫化钠法将天然气转化为高附加值产品TGA，并根据工程需要对该方法进行了优化，使之成为优质产品。第二章总工艺流程概述2.1选用的工艺方案及理由在本节中,通过比较三种技术路线在投资方面,过程复杂,单位消费和转化率,我们最终选择了使用MDEA法去硫废气来富集硫化氢气体,进行技术创新,这种方法,使用MDEA配方溶液。选择该工艺的原因:该工艺采用了低温高压吸收、高压低温分析的原理。工艺简单，无复杂设备，操作简单，消耗能量低，成本低。冷甲醇法能耗高是因为需要在很低温度下进行。此外，甲醇消耗较高，工艺复杂，引进国外先进技术才能完成。在技术和设备方面的投资也相对较大，不适合本项目。MDEA法的循环量远远小于Sulfinol法,所以消费解决方案的水、电和蒸汽远高于MDEA法,而且sulfonylamine解决方案的价格较高,恢复修改后的产品的难度很大,因此产生了更高的生产成本。此外，该方法对硫化氢和二氧化碳的吸收没有选择性，单单采用常用的原油脱硫方法不适合深度脱硫。本项目主要分为以下三个工段：H2S富集工段、巯基乙酸合成工段、巯基乙酸精制工段，具体工艺流程如下：原料气与MDEA溶液一起进入吸收塔中逆流吸收硫化氢，甲醇与少量的CO2，羰基硫吸收后在塔中水解，吸收后的气体在塔顶排出，组分为绝大部分的CO2、氮气和水。塔釜溶液进入解析塔中，在135℃下闪蒸。解析后的MDEA溶液冷却进入吸收塔中循环使用，塔顶蒸汽冷凝得到水、硫化氢和极少CO2的混合气体。混合气经过膜分离除CO2，最后得到的硫化氢气体和氢氧化钠溶液进入三个连续的反应塔中。硫化氢由一个真空循环系统逆向吸入在三个塔内与氢氧化钠充分反应生成纯的硫氢化钠。上个工段的硫氢化钠与氯乙酸钠在组合反应器中生成的硫化氢气体循环流入原料气中，另外生成的巯基乙酸钠进入酸式反应釜中与盐酸反应生成初产品巯基乙酸和氯化钠一起进入萃取塔中，萃取剂选为异辛醇经过4次错流萃取，最后的萃取液经过减压精馏得到纯度高的产品巯基乙酸。

2.1.1硫化氢富集工段工艺简述酸性废气主要组成是硫化氢和二氧化碳，流量约为1900m3/h，废气的组成见表4-6表4-8酸性废气的组成组分N2H2SCO2COCOSCH3OH摩尔分数%3.3720.0175.990.010.240.37酸性废气中硫化氢含量大，如果直接让它排放必然会污染环境，而且硫化氢富集后对其经济价值提升空间比较大。因此，我们将对废气进行处理，去除COS、CH3OH等气体，避免对后续合成巯基乙酸段产生影响，并对废气中的硫化氢进行富集。流程简述硫化氢富集工段：配置完成后，50%的MDEA溶液和含硫废气一起进入吸收塔。在40℃和2.5bar条件下，废气中羰基硫的水解和硫化氢的吸收将同时进行。羰基硫水解生成硫化氢和水。吸收后，剩余的CO2、N2和H2O将从塔顶排出。在塔釜中富集硫化氢的MDEA溶液将流入分析塔。在135℃、1bar条件下，经分析得到气体H2S、CO2、少量水和甲醇，将塔釜内的MDEA溶液冷却后放入吸收塔循环使用。将H2S、H2O、CO2和甲醇引入气液分离器，大部分水和甲醇在20℃和1bar条件下冷凝。使用中空纤维膜分离剩余的H2S和CO2，二氧化碳被循环利用。下一工段将介绍H2S。2.1.2巯基乙酸合成工段工艺简述富集后的H2S与NaOH反应制得中间产物NaHS，生成NaSH的过程中有会生成Na2S,反应方程式如下所以反应必须得到的过量的H2S，让Na2S全部转化为我们想要的产物NaSH。再让NaSH与C2H3ClO2在质量分数分别在15%和20%的情况下通入反应器，进行如下反应得到产品巯基乙酸和大量水相杂质，紧接着进入下一工段，进行提纯。流程简述富集后20℃，1BarH2S分流通入三个吸收塔，同时将35℃，1.5Bar的30%NAOH通入吸收一塔（T0201），在80℃，1.5Bar的条件下，生成质量分数为22.7%的NaSH和7.9%的Na2S后进入吸收二塔(T0202)，在同样条件下再次与H2S反应，生成质量分数为27.5%的NaSH和4.2%的Na2S，再次通入吸收三塔(T0203)，此时所有的Na2S与H2S反应得到32.8%的NaSH和65.1%的H2O，剩下过量的2.1%H2S在接下来的气液分离器（Sep3）中分离出来，通入分流器循环使用。主物流的NaSH通过换热器（E0202）从80℃降温到30℃后，与水稀释到质量分数为15%的溶液，再通过输送泵（P0201）送入列管式反应器（R0201）与质量分数为20%的氯乙酸钠在55℃，8Bar的条件下反应，得到10.9%巯基乙酸和89.9%的水和NACL，得到了最终产品，接下来通入下一工段进行巯基乙酸的提纯。2.1.3巯基乙酸精制工段工艺简述以异辛醇为萃取剂，对巯基乙酸进行精馏。异辛醇的沸点为180℃，巯基乙酸的沸点为220℃。由于巯基乙酸在高温下易分解，可在减压操作条件下进行分离。流程简述采用异辛醇在30℃、1bar条件下提取巯基乙酸。抽余液与废水处理系统相连接，抽余液与精馏塔相连接。在140℃、0.2bar的减压操作条件下，将从塔顶获得的异辛醇冷凝后放入第一萃取塔回收，将从塔顶釜中获得的产品巯基乙酸放入产品储存罐。

第三章硫化氢富集工段的模拟及优化3.1硫化氢富集工段的AspenPlus模拟3.1.1工艺简述酸性废气主要组成是硫化氢和二氧化碳，流量约为1900m3/h，废气的组成见表4-6表4-8酸性废气的组成组分H2SCOCO2CH4COSCH3OHN2摩尔分数%20.010.0175.990.010.240.373.37酸性废气中硫化氢含量大，直接排放会污染环境，硫化氢富集后经济价值提升空间大。因此，我们将对废气进行处理，去除COS、CH3OH等气体，避免对后续合成巯基乙酸段产生影响，并对废气中的硫化氢进行富集。3.1.2流程简述硫化氢富集工段：配置完成后，一半的MDEA溶液和含硫废气一起进入吸收塔。在40℃和2.5bar状况下，羰基硫的水解步骤和硫化氢的吸收操作会在废气中同时进行。羰基硫水解生成硫化氢和水。吸收后，剩余的二氧化碳、氮气和水将从塔顶排出。在塔釜中富集硫化氢的MDEA溶液将流入分析塔。在135℃、1bar条件下，经分析得到气体H2S、CO2、少量H2O和甲醇，将塔釜内的MDEA溶液冷却后放入吸收塔循环使用。将硫化氢、水、二氧化碳和甲醇引入气液分离器，大部分水和甲醇在20℃和1bar条件下冷凝。剩余的硫化氢和二氧化碳被中空纤维膜分离，二氧化碳被循环利用。下一节将介绍硫化氢。3.2精馏塔设备参数优化3.2.1概述最终目的是优化过程，以达到在某些方面的最佳效益，如最佳经济效益、最佳节能效果等。在建立整个过程仿真的过程中，对可优化的局部参数进行学习。这些参数包括塔板数量、回流比、回收率、进料盘位置和各精馏塔的萃取剂用量。但根据文献，某些反应参数是最佳操作条件，不需要优化。下面内容里面，我们将通过一个实例来解释在建立工艺过程时对一些典型设备的运行参数进行优化的过程。3.2.2巯基乙酸精馏塔优化巯基乙酸精馏塔是一个典型的常规塔，它的优化过程就和其他一些过程类似。根据RadFrac模型，初步确定巯基乙酸精馏塔的塔板数为40，进料位置24，回流比0.962829。3.2.3巯基乙酸精馏塔的板数优化巯基乙酸板数的确定关系达到分离效果、设备投资费用以及后期建设难易程度，因此巯基乙酸精馏塔塔板数优化至关重要。采用AspenPlus中Sensitivity对巯基乙酸板数进行优化，优化结果如下图所示：图1巯基乙酸精馏塔塔板数优化由图可知，当塔板达到40塔板数后会接着提升，对塔顶异辛醇影响不大，塔底再沸器负荷的下降量改变很小。因此达到40块塔板数时效率最好。3.2.4进料板位置优化进料板的位置取决于进料的热状态以及塔内操作状况，进料板位置选取对分离效果影响很大，采用AspenPlus中Sensitivity对巯基乙酸精馏塔进料板位置进行优化，和上面一样选取塔顶的异辛醇度来和回流比关联，塔底巯基乙酸越多越好，结果如下图所（：图2巯基乙酸精馏塔进料板位置优化从图中可以看出，当加料板位置的提高时，产品的纯度曲线会先上升再下降。当有24个塔板时，塔顶的巯基乙酸纯度最高，所以我们选择第24个塔板作为给料板。3.2.5回流比优化回流比影响塔板的数量，从而影响投资成本。如果降低回流比，生产经营成本就会降低，但需要的塔板数量会增加，投资成本也会增加。如果提高回流比，可以减少塔板的数量，但会增加操作成本。最合适的回流比为投资成本与常规运行成本之和，在特定经济条件下为最小值。因此，选择最佳的回流比是非常重要的。采用AspenPlus中Sensitivity对巯基乙酸精馏塔塔板数进行优化，优化结果如图3所示（横轴代表回流比，纵轴代表塔釜产品中巯基乙酸质量分数，再沸器负荷-QB，冷凝器负荷-QC）：图3巯基乙酸精馏塔回流比优化由图可知，当回流比到0.961829继续增加，对塔顶巯基乙酸纯度的影响较小，但再沸器和冷凝器的热负荷还在增加，因而选择回流比为0.962829优化的结果是塔板数40，进料板取24。回流比取0.962829。

第四章硫化氢富集工段的物料及能量衡算4.1物料衡算系统累计的质量＝输入系统的质量－输出系统的质量＋反应生成的质量－反应消耗的质量假设系统无泄漏，有：当系统无化学反应发生时，有：在稳定状态下，有：注：FINFOUTGR—反应产生物料速率；C4.1.1混合器(M-0201)表4-1混合器(M-0201)物料衡算4.1.2换热器(E-0201)表4-2换热器(E-0201)物料衡算4.1.3反应器(R-0201)表4-3羰基硫水解反应器(R-0201)物料衡算4.1.4塔设备(T-0201)表4-4硫化氢吸收塔(T-0201)物料衡算4.2能量衡算系统的能量衡算能量守恒为理论基础，研究某一系统内各类型的能量的变化，即：输入系统的能量=输出系统的能量+系统积累的能量对于连续系统，有：注：Q—设备的热负荷；W—输入系统的机械能；HoutHin本项目的能量衡算以单元设备为对象，计算由机械能转换、化学反应释放能量和单纯的物理变化带来的热量变化。

4.2.1混合器(M-0201)表4-1混合器(M-0201)物流焓变计算表表4-2能量平衡计算表4.2.2换热器(E-0202)表4-3换热器(E-0202)物流焓变计算表表4-4能量平衡计算表4.2.3反应器(R-0201)表4-5羰基硫水解反应器(R-0201)物流焓变计算表表4-6能量平衡计算表4.2.4塔设备(T-0201)表4-7硫化氢吸收塔(T-0201)物流焓变计算表表4-8能量平衡计算表第五章设备设计5.1塔设备设计依据表1-1塔设备设计依据5.2塔设备简介塔设备是化工、石油化工和炼油等生产中最重要的设备之一。它可使气（或汽）液或液液两相进行紧密接触，达到相际传质及传热的目的。可在塔设备中完成的常见操作有：精馏、吸收、解吸和萃取等。此外，工业气体的冷却与回收、气体的湿法静制和干燥，以及兼有气液两相传质和传热的增湿、减湿等。5.2.1板式塔塔内装有一定数量的塔盘，是气液接触和传质的基本构件；属逐级（板）接触的气液传质设备；气体自塔底向上以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，使气液相密切接触而进行传质与传热；两相的组分浓度呈阶梯式变化。5.2.2填料塔塔内装有一定高度的填料，是气液接触和传质的基本构件；属微分接触型气液传质设备；液体在填料表面呈膜状自上而下流动；气体呈连续相自下而上与液体作逆流流动，并进行气液两相的传质和传热；两相的组分浓度或温度沿塔高连续变化。两种塔型的比较见下表：表1-2填料塔与板式塔的比较

第六章车间布置车间布局是根据生产部门、设备、通道、仓库等位置在平面与立体的整体布置。车间布局需要满足生产工艺、装配与保养、安全与建设、保护环境和整洁的要求。设备布置原则:重型设备布置在地面，其他设备的布置按照要求，并布置在合适的高平台上。流道和物流通道要分开布置，从而确保安全与高效。6.1车间厂房布置6.1.1平面布置平面布局根据生产工艺条件(包括工艺流程、生产特点、生产规模等)和建筑本身的可能性和合理性(包括建筑形式、结构方案、施工条件、经济条件等)进行考虑。车间的平面设计会很大程度上容易一些，这将给设备布局带来更多的可变性和灵活性，为建筑的最终定型创造良好的条件。平面形式车间建筑的平面布局基本上包括输入(矩形),L型T型和π类型。矩形车间是一种常见的形式，一般适合中小型车间。其优点是施工方便、设备布置灵活、未来发展、采光通风。至于Π类型,由于平面形式的复杂性,它很少使用,除特殊需要。厂房的结构形式是由工艺和建筑设计方面的专业人士互相紧密交流，全方位的考虑，经过多种方案的模拟比较最后确定的，由于各厂的地形大多不相同，因此厂房的形式也要与之相适应。列网格布局和跨度厂房柱网的布置，应当根据厂房结构确定。生产类别为A类和B类，框架结构合适。柱栅间距一般为6m。当需要大于或小于6m时，应采用300mm建筑模量的倍数进行增减。C级、D级、E级均可采用混合结构或框架结构生产，间隔为4.5m或6m。然而，无论是框架结构还是混合结构，都不适合在厂房中使用多柱间距。列间距应符合建筑模数尽可能多的要求,以充分利用标准预制组件在建筑结构上,保存设计和施工力量,加快基础设施建设的进展:一般单层和多层植物应采取6×6米列网格的布局。一般情况下，车间的短边(即宽度)通常为2-3跨，长边(即长度)则根据生产规模和工艺要求来确定。布置车间时，应考虑车间的安全人数，一般不少于2人。例如，如果车间面积小，生产数量少，可以设置一个，但要认真考虑消防安全等问题(具体数值见《建筑防火设计规范》)。方格式网柱内廊式网柱图5-1多层厂房网柱示意图6.1.2立面布置车间的高度主要由工艺设备的布置要求决定。工厂的垂直布局应充分利用空间。每层楼的高度取决于设备的高度、安装位置、维护要求、安全和卫生条件。一般框架或混合结构的多层厂房，层高基本是5米和6米，最低高度高于4.5米。每层楼的高度应尽可能相同，应该不会有太大的变化。在设计植物的高度时,除了设备本身的高度,顶部的突出部分的设备,如高度的仪器、阀门、管道、设备安装和维护,和相关对象的高度(如搅拌器,等等)也应考虑。6.1.3设备布置中小型化工厂的设备一般布置在室内，尤其是低温地区。但一般情况下，生产中不需要频繁操作或可由自动化仪表控制的设备，如塔、冷凝器、液体原料储罐、成品储罐、燃气罐等，可布置在室外。需要调节大气温度和湿度的设备，如水冷塔、空气冷却器等，也设置在露天或半露天。对于有火灾、爆炸危险的设备，可通过室外布置降低设备的耐火等级。对富集工段进行车间布置，标高0.000米平面布置见图7-1，标高6.000米平面布置见图7-2，标高12.000米平面布置图见7-3。6.2设备布置小型和中等规模化学设施通常在室内布置，特别是在低温度地区。一般来说，并不需要正常操作的设备或者由自动设备控制的设备，例如塔、冷凝器、液态胶内存、产品储存器、煤气罐等。要求空气温度和湿度控制的设备，如水塔、冷却器等，也可在公开或半公开的空气中预定。火灾和爆破危险的设备外面的工事可以降低建筑的稳定性。6.2.1生产工艺对布置设备的要求设备的安排必须与审判程序重叠以确保水平和垂直方向的持续性。为了调整设备，要利用大量的差速器，对飞机进行了改进。例如，装卸箱和超导罐通常处在最高水准，而反应堆等主动力装置的排列度为中等水准，底层有贮存气罐。这样，它不仅能省下材料进出口方面的潜在差异，还能降低泥土载重量和成本。在垂直安排中，生产过程中运营阶层应该避免土地之间接触太多;应按照生产发展的需要添加一个适当空间;下表显示设备和设备与墙之间的间隔。这些数据适用于中小企业，也可作为通用部件设计参考。6.2.2设备安装专业对布置的要求根根据设备的大小和结构，应考虑安装、维护、拆除和更换设备所需要的空间、空间和运输通道;维修车间里的机器可以随意安装和更换。门或开关开关比最大的机身宽度等于0.5米。在不常保养的设备中，则可以把信徒架在墙上;在每一层的高度，云梯形和屋顶的结构必须相同。在布洛克王国，布洛赫不应很大，一般应在2700米内得到控制。6.3单元设备布置方法6.3.1泵和压缩机泵的位置大部分小厂商生产的路面在酸性废水附近，而中间大户厂商的泵很多，因此应尽可能集中。中央系统的泵必须有一个直线排列，也可以有一个或两个区域撑住，但操作和维护需要舒适。大型水泵通常被安排在内部区域，以方便生产和维护。制重型泵和引擎必须配备超载部件以供维护和维修，维修设备必须预订在大楼的高度。压缩机的位置压缩机通常是电站最大的开关之一，因此压缩机应该离发电厂的主要制冷设施尽量近一些。需要有一个直升直升的压缩机为了便利营运人维持和修压缩机并规定飞行检查营运人，压缩机通常将建立特殊压缩机。这架设备配有起重机。在开办压缩机时必须考虑振动方案，和设备的建立分离。通常将单层的车间安装在小型和中等压缩机车间。压缩机可以在硬着陆。大型的压缩机之后接手了一个两层的工厂，这个工厂以高档和地下的形式存在。压缩机的结构是窗户底层还有主部件处理端设备和管道控制系统压缩机的热排气管很大，应该能生一个自然的通风系统。在今年夏天，我打算与风向方向的气压点形成对立面。要让空气吸气，压缩机必须在设备的主风向上方，排放有害气体或排放地点，扬起灰尘，并保持一定距离。处理易燃性或爆炸危险的气体成份的车库必须安装安全防火和防爆炸措施，如紧急通风、紧急照明、安全通行等。6.3.3换热器主日单位必定是整组。同一尺寸或不同尺寸的非强制性更换方式，可能互相重叠。节约开支的同时，节约这个上方的锅炉架势也能绘制出水管的上层和下层。因此，上一部热交换器不能太高总体来说，管子顶端不能超过3.6米。由于肘部和肘部运动，所需要的斜面空间可以降低。对于非燃烧的外壳和绝缘管至少释放50毫米。两架电动车可能之间有一条管道，但如果全部作业都不需要这些管道，那么两者之间的距离至少为750毫米。钟楼和垂直气囊附近的热水器定有控制塔和垂直飞船的升降管道输油管的两个加热喷管之间的最少间隔是60毫米。6.3.4加热炉的布置一般加热炉被视为明火设备之一，因此加热炉通常布置在装置区的边缘地区，最好在工艺装置常年最小频率风向的下风侧，以免泄漏的可燃物触及明火，发生事故。加热炉应布置在离含油工艺设备15米以外（只有反应器是例外）。从加热炉出来的物料温度较高，往往要用合金钢管道，为了尽量缩短昂贵的合金钢管道，以减少压降和温降，减少投资，常常把加热炉靠近反应器布置。6.3.5固定床反应器的布置催化剂可以由反应器的顶部加入或用真空抽入，装料口离操作台800毫米左右，超过800毫米时要设置工作平台。反应器上部要留出足够净空，供检修或吊装催化剂篮筐用；在反应器顶部可设单轨吊车或吊柱。催化剂如从反应器底部卸料时，应根据催化剂接受设备的高度，留有足够的净空。当底部离地面大于1.5米时，应设置操作平台，底部离地面最小距离不得小于500毫米。多台反应器应布置在一条中心线上，周围留有放置催化剂盛器与必要的检修场地。操作阀门与取样口应尽量集中在一侧，并与加料口不在同一侧，以免相互干扰。

6.3.6流化床反应器的布置这里的设计要求和工业规格此外也应考虑到适当的液体运输设施和辅助设备的位置。为了满足水管和安装要求，必须尽量缩短和缩短这些机器之间的距离。体积大、出炉压力高的反应堆由坚固的结构支撑。反应器支座（或裙座）应有足够的散热空间，使支座与建筑物或地面的接触面上的温度不致过高。反应器支座或支耳与钢筋混凝土构件和基础接触的温度不得超过100摄氏度，钢结构上不宜超过150摄氏度，否则应作隔热处理。6.3.7塔设备的布置大多数的领域是建立在空中，依靠摇滚乐直接建立在地基上。不同的工作可以同时排成行，并在中央线路中尽可能排好。火炉的框架和联络管排在一端，另一边是建造塔的空间。电路板被设置在塔台上，塔台适合行动和相辅相成的结构。您可以自由调校个人塔楼或尤其是上塔，您可以用它来制造一个操作平台一个可以进入水槽、运作、维修工具和阀门的平台。油井位置由管道和管道条件的位置决定，具体结构和大小可以从本作业标准中找到。塔楼或塔楼组通常存在于设备面板之外，在操作端对街和设备管侧，以便利组装、安装、维修和管道输送。在包装塔中，起重机经常被放在床架上方提起包装袋。6.4强度校核6.4.1反应器强度校核6.4.2换热器强度校核6.4.3气液分离罐6.4.4塔强度校核环境影响及措施7.1方案简述此方案在流程中制造的三废及其它污染因素，要求在设计厂区安置的时候一并设计，并立刻制定有关的保护和杜绝行动，保护自然，提倡青山绿水自然和谐。7.2工业“三废”治理措施影响自然环境的主要因素是三种废弃物和声音危害。三种废弃物是气体废物、工业水废物、工业固体废物。7.2.1工业废气本项目产生的废气包括二氧化碳、甲烷、一氧化碳，这些气体均已达标故可直接排放。7.2.2工业废液表12-2废液排放表序号废水名称有害物组成排放量m3/h排放点排放方式排放去向处理方法名称含量%1冷凝水H2S0.120.276冷凝罐V0202连续送厂内污水处理站氧化分解法CH3OH0.092萃余相C2H4O2S0.00213.13283吸收塔连续送厂内污水处理站氧化分解法C2H3CLO20.8723823NACL899.9333生活废水等——12全厂—园区污水处理厂分解处理该项目的产生的废水主要被分成生产废料、家庭废水、地下水和雨水。在生产过程中产生的废水主要是氧化钠、碳酸钠、墨向苯酚、盐酸和水。室内废水主要由设施的前部分产生，每天产生15吨的预计废水;地下水是指清洁的水其中蕴含着每天10吨的预计推导生活废水室内废水通过主管道输送到整个设备，并最终连接到公园的室内污水管道网络。2.地面洗水通过污水管道收集相关地下水和地下水污水，通过污水管道将整个发电厂的地下污水处理厂送往公园内。3.应急事故池等。事故游泳池设计符合任原水的排泄物，设计的机体容积为2500m3/h。采纳钢筋混凝土，并在地下水箱中在氧化处理过程中，氯化钠(氯化钠)受到氧化处理。如果双氧水是氧化剂和紫外线灯(波长:270nm)被用于催化，那么一定可以实现。为了安全起见潜水时紫外线选择辐射而将其浸入氧化池反应堆配备了慢搅拌剂(20-30r/min)，氢氧化氢入口在搅拌棒下面，以便更好地使过氧化氢接触到废水。为了避免双氧水的作用，必须在反应釜中添加双氧水，而反应堆必须配有一根管子和通风管道。三个小时反应后，提取样本进行分析。在我的药里加完之后，就可以结案了7.2.3工业废固

表12-4废固排放表这个计划得到的固体废物，大部分来自焚化炉后的灰烬…继而清除催化剂和干分子筛泡后的灰烬。7.3环境管理及监测为了确保环境安全,为了响应国家政策,配合环境监测站定期监测污染的植物来源,和解决日常或突然的环境保护问题,项目设立一个环境监测组织,负责三废排放的监测和环境保护设施的监控操作的状态。清洁生产技术的具体应用:1.废渣再利用本项目生产过程中的固体废弃物主要包括生活垃圾的失活催化剂和废催化剂、垃圾过滤器、粗矿渣、滤饼、污泥和员工办公垃圾等。其中，失活催化剂由催化剂厂回收;生活垃圾主要集中在宁波市镇海经济技术开发区石化工业园生活垃圾处理站;将粗矿渣滤饼填埋或回收用于生产建筑水泥;锅炉炉渣和粉煤灰炉渣可综合用于水泥和道路施工;可综合利用的活性污泥等危险废物由具有危险废物处置资格的单位集中处置。2.实施总额和集中控制实施从集中控制到全面控制，从点源控制到集中控制的实施转变，有效控制三废排放，达到环境友好的目标。

第八章安全与卫生8.1职业危害因素8.1.1有毒有害物质分析本项目有毒有害物质主要有硫化氢、羰基硫、一氧化碳、氯乙酸钠等。8.1.2可燃可爆危险物质分析参照《危险化学品重大危险源辨识》(GB18218-2009)，本项目生产过程中使用和产生的主要危险有害物质有：硫化氢、甲醇、巯基乙酸、硫氢化钠、氯乙酸钠、盐酸、氢氧化钠、N-甲基二乙醇胺等。本项目原辅材料及产品危险化学品数量、温度、压力、部规格状况分析详见下表：表13-1重大危险物质分析8.2其它危害因素本项目在生产过程中还存在噪声、高温、低温、高压、静电、高处坠落等危害。其中噪声主要来自压缩机、风机、泵等设备。根据建设场地的自然条件预测，建设场地存在暴雨、地震等自然危害。8.3安全卫生主要措施工业卫生包括防尘、防毒、防暑、防寒、防潮、隔音、防震、防辐射、辅助室等。除了工程设计，工业卫生在生产管理过程中更重要。

第九章投资估算及经济分析9.1编制依据和说明(1)建设投资估算应当依法做好准备措施的化学工业部的准备的化工建设项目可行性研究投资估算([90]493号HGZ)的内容和深度的规定化工建设项目的可行性研究报告(化学工业部发布的12月28日,1992年)和其他有关规定,以及固定资产,无形资产、递延资产和公积金;(2)无形资产投资应当按照编制办法的有关规定，结合当地及项目的具体情况进行估算;(3)建筑、安装工程参考同类工程项目进行估算；9.2项目建设投资估算建设投资可分为固定资产、无形资产、递延资产以及预备费四个部分。9.2.1固定资产1、设备购置费生产设备

表16-1设备一览表设备名称材料单重(kg)数量价格(万元)反应器R0301反应器12Cr2Mo1R40168164.3.65R0302反应器06Cr18Ni942102167.4.31小计：131.632万元塔设备T0201硫化氢吸收塔Q345R28559117.1354T0202硫化氢解析塔Q345R36079121.6474T0301/02/03吸收塔Q345R27647349.7646T0401/02/03/04萃取塔Q345R25504461.2096T0405巯基乙酸精馏塔Q345R30553118.3318小计168.08元换热器E0201固定管板式不锈钢11207.4120.17E0202固定管板式不锈钢5928110.67E0203立式热虹吸式不锈钢6053110.90E0204固定管板式不锈钢6638111.95E0205固定管板式不锈钢11401120.52E0205固定管板式不锈钢375.410.68E0301固定管板式不锈钢9377.8116.88E0302固定管板式不锈钢221.410.40E0303固定管板式不锈钢3084.715.55E0401固定管板式不锈钢4297.917.74E0402立式热虹吸式不锈钢7553.4113.60E0403固定管板式不锈钢879.811.58E0404固定管板式不锈钢189313.41E0405固定管板式不锈钢11207.4120.17小计：124.09万元罐V0303气液分离器0Cr18Ni910271.6135.9506MEM0202分离膜RK38分子筛13.18V0517NaOH储罐20R365204262.94V0505MDEA原料混合罐Q235A609502219.42V0513氯乙酸钠原料混合罐Q235A358354258.01V0201解析回流罐Q245R12800123.04V0401精馏回流罐Q245R123012.21V0301硫化氢缓冲罐Q235A12800123.04V0501巯基乙酸产品储罐Q235A526204378.86小计：1886.05万元泵和压缩机P0201A/B不锈钢2946210.61P0202A/B不锈钢295729.46P0304A/B不锈钢250028.00P0306A/B不锈钢3880212.42P0401A/B不锈钢4813215.40P0402A/B不锈钢5714218.28小计103.62万元总计：1183.58万元固定资产投资设备投资额=1183.58×1.2=1420.29万元表9-2工程费用要素成本/万元要素成本/万元设备安装费213.04建筑工程费1022.61安装工程费426.09工艺管路费497.10公用工程费568.12其他费用525.51设备投资额1420.30工程费用5373.69注：(1)设备安装费为该设备投资额的15%；(2)建筑工程费为该设备投资额的72%；(3)安装工程费为该设备投资额的30%；(4)工艺管路费为该设备投资额的35%；(5)公用工程费用为该设备投资额的40%；(6)其他费用为该设备投资额的37%。9.2.2预备费用1、基本预备费：以工程费用、无形资产、递延资产费用之和为基数，按9%-12%计，取12%。9.2.3建设投资估算表表16-3建设项目投资估算表9.3总投资估算建设项目总投资=固定资产投资+固定资产投资方向调节税+建设期利息+流动资金。项目总投资估算见下表：表16-7总投资估算表9.4财务静态指标评价静态投资回收期(从建设开始年算起)=(累计净现金流量开始出现正值的年份数)-1+(上年累计净现金流量绝对值/当年净现金流量)=5-1+2639/5433=4.48年＜14年(化工行业标准投资回收期)。结论与展望(1)首先介绍了世界上硫代乙醇酸的生产方法。在比较的基础上，选择MDEA法对富集的硫化氢气体进行脱硫，再用硫化钠法从富集的硫化氢气体中制备最终产物硫代乙醇酸。该工艺技术先进，运行稳定。(2)介绍了本项目选择的Catofin工艺，并使用AspenPlus工艺仿真软件对丙烯精制段进行了仿真。与以硫化氢为资源生产硫磺等传统无机产品相比，附加值高的巯基乙酸可以充分利用硫化氢资源，实现“清洁、环保、安全”的设计理念。(3)采用ASPENPLUS软件对浓缩塔进行灵敏度分析。优化结论:理论塔板25个，上料板8个，回流比29.5。(4)在AspenPlus仿真的基础上，利用托盘上浆功能对t0501托盘进行初步设计，将得到的水力数据导入塔台设备设计软件cuptower中，完成托盘的设计与验证。结果表明，在60%~130%的运行范围内，塔体直径为3.2米，塔板间距为0.7米，开浇率为9%，溢流率小于80%。(5)选择标准设备。换热器选用AspenEDR软件，泵选用智能泵选型软件，压缩机选用AspenPlus仿真数据。(6)为保证精馏塔的可靠运行，设计了自动控制方案。包括塔顶压力控制、回流罐液位控制、塔釜液位控制、再沸器温度控制等。(7)最后进行浓缩段车间布置，按照工艺流程放置设备，设置适当的安装和维护空间，并将流道与流道分开，保证生产的高效率和安全。

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