華中區(qū)-許昌學院西紅柿番茄隊作品設計0項目摘要

1、項目摘要目錄一項目簡介1原料及產(chǎn)品方案2工藝流程3設備設計及選型4二三四五、控制方案5六、節(jié)能降耗6其他節(jié)能降耗6七、廠區(qū)選址與布置7總廠布置7車間及管道布置7八、安全與環(huán)境9九、經(jīng)濟分析10十、項目總結111隊項目摘要 項目簡介本項目是設計一座年產(chǎn) 10 萬噸醋酸乙烯的裝置。該項目有效利用乙烯、氧氣，充分利用當?shù)卮姿豳Y源，達到環(huán)境友好，實現(xiàn)清潔節(jié)能生產(chǎn)醋酸乙烯的目的。本項目用 4395.25kg/h乙烯，8809.02kg/h 醋酸和 3265.04kg/h 氧氣，生產(chǎn)出 12626.26kg/h 的醋酸乙烯，經(jīng)濟效益明顯，廠區(qū)建于呼圖壁縣天山工業(yè)園區(qū)內(nèi)。本團隊在工藝設計中，兼顧經(jīng)濟效益和清

2、潔生產(chǎn)，思如下幾個方面：確，亮點突出，其主要體現(xiàn)在本項目乙烯是由總廠所產(chǎn)，醋酸為園區(qū)自產(chǎn)，公用工程由園區(qū)提供，充分利用園區(qū)資源，經(jīng)濟生產(chǎn)醋酸乙烯。工藝流程符合當前情況，采用乙烯氣相法既安全環(huán)保，并且流程較簡單，能實現(xiàn)醋酸乙烯的工業(yè)生產(chǎn)。采用物流間換熱，熱量副產(chǎn)大量低壓蒸汽。采用汽提塔來提高產(chǎn)品純度，可以從 98%提高到 99.96%以上，產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高。1項目摘要二 原料及產(chǎn)品方案本項目主要原料是乙烯、醋酸和氧氣，還有一些輔助原料，這些原料規(guī)格如表 2-1 所示：表 2-1 原料規(guī)格產(chǎn)品方案如表 2-2 所示：表 2-2 產(chǎn)品方案因此選擇乙烯氣相法生產(chǎn)醋酸乙烯。2反應條件乙炔氣相法乙烯法液相

3、法氣相法溫度180200110130150200壓力常壓34MPa0.51MPa空速100250150018002000反應熱90.4 KJ/mol210 KJ/mol252 KJ/mol反應形式固定床、流化床鼓泡塔、攪拌釜固定床、流化床催化劑醋酸鋅-活性炭氯化鈀-氯化銅鈀-金-二氧化硅副產(chǎn)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、巴豆醛優(yōu)點建設費用低副產(chǎn)物少反應熱容易移去原料醋酸可以自給副產(chǎn)物少生產(chǎn)能力高缺點） 乙炔不易獲取能耗較高設備腐蝕性大副產(chǎn)物多建設費用高催化劑費用高反應熱難移走原料規(guī)格乙烯99.9%（體積分數(shù)）醋酸99.8%（質(zhì)量分數(shù)）O2

4、99.6%（摩爾分數(shù)）碳酸鉀99.8%（質(zhì)量分數(shù)）對苯二酚99.00%（質(zhì)量分數(shù)）對苯醌99.00%（質(zhì)量分數(shù)）項目摘要三 工藝流程圖 3-1 生產(chǎn)工藝流程簡圖本項目采用乙烯氣相法生產(chǎn)醋酸乙烯，分為三個車間，分別是反應車間、分離車間和精制車間。具體步驟如下：來自界區(qū)外的乙烯加入到主循環(huán)氣回路并進入到醋酸蒸發(fā)器，在此與汽化的醋酸蒸汽混合。其中醋酸蒸發(fā)器的熱源由蒸汽提供。此外，為防止高沸點的雜質(zhì)在醋酸蒸發(fā)器中過度積累，需要有一股泄放液排放到焦油脫除塔。離開醋酸蒸發(fā)器的循環(huán)氣在進入 VAM 反應器之前，通過氧氣混合器與來自界區(qū)外的氧氣安全的混合，混合氣中氧氣的含量控制低于下限。原料混合后，經(jīng)過預熱、

5、壓縮進入到列管式固定床反應器，在此部分乙烯和醋酸轉(zhuǎn)化生成醋酸乙烯和水，同時伴有副反應的發(fā)生，主要副產(chǎn)物為 CO2，此外還有少量的醛類生成。該反應是放熱反應，反應熱由反應器殼程中的沸水移走。反應后的混合氣離開反應器后，經(jīng)過換熱進入換熱器醋酸乙烯、水和未反應的醋酸都從氣體中冷凝出來。冷凝液去精制系統(tǒng)，不凝氣去原料氣醋酸，大量脫除系統(tǒng)不凝氣中含有和未反應的原料氣，先經(jīng)過水洗塔，洗去去吸收塔，以熱碳酸鉀溶液為吸收劑，對進行吸收解吸。冷凝液去共沸塔，醋酸乙烯和水形成共沸物，共沸物從塔頂出來，再經(jīng)過一個共沸塔，進一步精制，兩個共沸塔塔底出來醋酸富液，一起去醋酸蒸發(fā)器。從塔頂出來的粗產(chǎn)品，經(jīng)過汽提塔進一步精

6、制，到純度較高的醋酸乙烯。另外，醋酸蒸發(fā)器需要定時進行清焦。生產(chǎn)中排放的廢水主要包含蒸汽凝液泄放液、工藝廢水、工藝排凈收集液和生活廢水等，這些都集中收集在裝置內(nèi)廢水池中，在中和后用廢水泵送至界區(qū)外處理。3項目摘要四 設備設計及選型根據(jù)Aspen Plus 的模擬結果對工藝流程中的 VAC 反應器 R201、二次共沸塔 T403、換熱器 E202、E406 進行了詳細設計，包括基本的設備設計參數(shù)和特殊內(nèi)構件的設計。利用COMSOL Multiphysics 對 VAC 化反應器進行反應體積的模擬以及反應器的長徑比的優(yōu)化和確定。利用 SW6-2011 及KG-Tower對流程中的部分塔設備進行了工

7、藝設計、基本參數(shù)設計和機械強度校核。利用 Aspen Plus 對換熱器進行了工藝設計、選型、基本參數(shù)設計和機械強度校核。此外還對泵、壓縮機、儲罐、氣液分離器、回流罐等設備進行了合理選型。以二次共沸塔為例，講述設計思路如下：共沸塔結構示意圖如圖 4-1：4塔底醋酸富液進料塔板精餾塔塔板塔頂高濃度 VAC圖 4-1 反應器結構示意圖項目摘要五、控制方案本項目設計中，首先考慮了正常生產(chǎn)時的穩(wěn)態(tài)控制策略。在控制系統(tǒng)方面主要由集散型控制系統(tǒng)組成，同時結合 SIS 控制，主要用信息反饋來控制泄壓閥的開啟、閥門流量以及顯示各壓力容器和管路的壓力、溫度、液位等，實現(xiàn)分散控制集中管理，加強安全性。本廠廠區(qū)內(nèi)的

8、生產(chǎn)裝置、公用工程及輔助設施利用集散控制系統(tǒng)進行集中操作、控制和管理；此外，為了應對生產(chǎn)過程中可能發(fā)生的，本項目對混合器、反應器設計了 SIS安全儀表系統(tǒng)，充分保障了混合器和反應器的使用安全；同時全廠采用了 ESD 緊急停車系統(tǒng)，事故一旦發(fā)生能夠得到有效控制。選擇的控制系統(tǒng)除滿足以上要求之外，還從 SNG 生產(chǎn)規(guī)模、系統(tǒng)投入、系統(tǒng)性能及實用性等多方位考慮。設計中對各工段詳細繪制了藝管道及儀表流程圖，具體詳見 AutoCAD 圖紙源文件及項目圖紙集。工5項目摘要六、節(jié)能降耗本項目為了充分利用能量，通過使用 Aspen Energyyzer，根據(jù)夾點設計法，結合實際情況，進行流股匹配，設計出了一種

9、最優(yōu)的冷熱流股匹配方案。同時將優(yōu)化后的換熱網(wǎng)絡返回流程模擬和圖紙，對比分析得出最優(yōu)。詳見 Aspen 流程模擬源文件和圖紙。以下是換熱前后冷熱流股匹配方案。圖 6-1匹配前換熱網(wǎng)絡圖 6-2匹配后換熱網(wǎng)絡全場節(jié)能效果對比：其他節(jié)能降耗VAC 反應器產(chǎn)生大量低壓蒸汽，用于自用及銷售給用戶供暖等。6項目熱公用工程/ kJ/h冷公用工程/ kJ/h換熱單元數(shù)/個匹配前9.1931072.34310814匹配后7.8731071.99710816物流匹配節(jié)能百分率14.36%14.77%項目摘要七、廠區(qū)選址與布置呼圖壁縣天山工業(yè)園區(qū)內(nèi)，園區(qū)公共設施完善，企業(yè)集群使廠址選在優(yōu)勢明顯。原料乙烯由總公司運來

10、，醋酸、氧氣直接來自園區(qū)內(nèi)，方便快捷。三廢處理、公用工程均有配套產(chǎn)業(yè)供應。園區(qū)還得到了的健康可持續(xù)發(fā)展。的政策扶助和技術支持，注重產(chǎn)業(yè)1 總廠布置總圖布置十分珍惜和合理利用每寸土地，切實保護耕地”的基本國策，因地制宜，節(jié)約用地，提高土地利用率。堅持做到：符合國情，布置合理，生產(chǎn)安全，技術先進，保護環(huán)境，節(jié)省投資，運營費低。根據(jù)人車分離理念，分設車流通道和通道，減少交通阻力。采用了平行布置，將生產(chǎn)區(qū)與生活區(qū)布置在廠區(qū)徑向干道兩側，使二者互不影響。并且根據(jù)緊湊集中理念，合理布置廠區(qū)內(nèi)建筑及車間位置，達到高效穩(wěn)定安全的生產(chǎn)布置。廠區(qū)長378m，寬 228m，總占地面積 86184m2，主要包括辦公樓

11、及生活服務區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、生產(chǎn)區(qū)和儲運區(qū)等區(qū)域。示），并用 SketchUp使用 AutoCAD 進行廠區(qū)的平面設計（廠區(qū)平面布置圖如圖 7-1 所繪制了廠區(qū)的效果圖，有助于直觀地了解廠區(qū)的全貌。圖 7-1 廠區(qū)總平面布置圖2 車間及管道布置本項目使用 Plant 3D 對 SNG 工段進行了設備布置和詳細的管道布置，確定了管道的走向，并得到了每根管道的軸測圖。另外，還利用 AutoCAD 對進行了設備布置圖的繪制。車間三維布置圖如圖 7-2 所示。7項目摘要圖 7-2車間三維布置圖8項目摘要八、安全與環(huán)境1、本項目采用 RiskSystem對工廠的罐區(qū)及生產(chǎn)區(qū)進行了辨識，并根據(jù)物質(zhì)的物性進行

12、了罐區(qū)物質(zhì)的源相分析，繼而根據(jù)源相分析的結果進行了池火事故模型、沸騰液體擴展蒸汽指數(shù)評價對、蒸汽云模型分析了事故的范圍。采用道化學火災、進行風險預評估。2、本項目采用 HAZOP 分析方法，分別以醋酸儲罐、醋酸蒸發(fā)器、混合器、反應器、吸收塔、共沸塔、汽提塔和共沸塔塔頂冷凝器為節(jié)點進行分析。根據(jù)該設備可能產(chǎn)生的偏差如：進料流量增大、塔頂采出增大等進行系統(tǒng)分析，根據(jù)分析結果對可能產(chǎn)生的和隱患進行有效的，研究出偏離如：生產(chǎn)能力下降，分離效果降，采取一系列安全措施如：液位指示、進料流量控制等，以此實現(xiàn)對該設備和系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。3、在廠區(qū)布置中使用 RiskSystem對有害物質(zhì)進行了事故范圍的模擬，總

13、圖布置嚴格按照石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范等設計規(guī)范。4、反應產(chǎn)生的廢催化劑由廠家回收再利用。三廢安全排放無污染。并且，選用低噪音設備，做好隔聲、消聲、吸聲措施。另外，在廠區(qū)進行綠化，改善生態(tài)平衡。9項目摘要九、經(jīng)濟分析通過對該項目進行投資估算和財務評價，全廠的綜合經(jīng)濟技術指標如表 9-1 所示。表 9-1綜合經(jīng)濟技術指標10序號指標名稱數(shù)值1設計規(guī)模噸/a1000002占地面積平方米861843建筑面積平方米33611.2384年操作時間小時/年39205工程項目總投資萬元38376.84376固定資產(chǎn)投資萬元18351.7797直接材料費萬元/年51024.768總定員人629年成本費用萬元/

14、年173212.1910全廠總產(chǎn)值萬元/年7000011年凈利潤總額萬元/年20026.73812投資利潤率%57.2513投資利稅率%64.1414靜態(tài)投資回收期年5.9415動態(tài)投資回收期年6.1616收益率%1817財務凈現(xiàn)值萬元12985.42項目摘要年產(chǎn) 10 萬噸醋酸乙烯十、項目總結本項目依據(jù)相關規(guī)定，以“安全生產(chǎn)、節(jié)能環(huán)保、資源化利用、可持續(xù)發(fā)展”為本，對相關過程進行設計，有效利用資源，深度契合。前期根據(jù)大量文獻，以及資料收集，確定了以乙烯氣相法生產(chǎn)醋酸乙烯的工藝流程，并對此用 Aspen plus 進行流程模擬。對全流程優(yōu)化后，采用夾點分析技術結合Aspen Energyyzer對過程進行了熱集成分析，確定了本項目的節(jié)能方案，并對全流程進行了物料以及熱量。對于過程中的設備，主要對工藝流程中的 VAC 化反應