化工原理工廠設(shè)計(jì)

化工原理工廠設(shè)計(jì)題目名稱化工原理工廠設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)學(xué)院專業(yè)年級(jí)指導(dǎo)教師職稱填寫時(shí)間2011年6月19日吉首大學(xué)教務(wù)

第一章項(xiàng)目總論1）項(xiàng)目背景1．項(xiàng)目名稱：柴油生產(chǎn)2．項(xiàng)目承辦單位：萬源化工有限公司3．承擔(dān)可行性研究工作的單位和法人代表：4．研究工作編制的依據(jù)和原則：2）編制的依據(jù)：（1）《化工建設(shè)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告內(nèi)容及深度的規(guī)定》。(2)《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》及《中華人民共和國(guó)勞動(dòng)保護(hù)法》（3）湖南長(zhǎng)沙萬源化工廠有限公司與湖南廣森有機(jī)化工廠有限公司簽訂的工程咨詢合同，合同號(hào)：２００６７７７。3）編制原則：（1）遵循國(guó)家十年規(guī)劃和第十個(gè)五年計(jì)劃的綱要關(guān)于經(jīng)濟(jì)工作的設(shè)想，十五期間和今后十年，特別是在二十一世紀(jì)初的十年，重點(diǎn)發(fā)展擁有企業(yè)自主產(chǎn)權(quán)的高新技術(shù)和產(chǎn)品，通過采用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，提高產(chǎn)品質(zhì)量，加大出口產(chǎn)品生產(chǎn)能力，減少和消除污染源，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，并加強(qiáng)資源的綜合利用的精神來編制本報(bào)告。（2）貫徹國(guó)家發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)關(guān)于編制可行性研究報(bào)告要公正、客觀和準(zhǔn)確的原則。4）研究工作概況位于湖南長(zhǎng)沙岳麓山北端，公司地理位置優(yōu)越，交通便利。在當(dāng)今石油資源緊缺的前提下，在公司領(lǐng)導(dǎo)的英明決策下，本公司引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備及配方、生產(chǎn)以大豆酸油、菜籽油、地溝油、甘水油等生物廢油為原料提取的具有被稱為"綠色能源"稱號(hào)的生物柴油,其產(chǎn)品是清潔的可再生能源,是優(yōu)質(zhì)的石油柴油替代品,產(chǎn)品自投放市場(chǎng)以來深受廣大客戶的一致好評(píng)，能減輕環(huán)境壓力，控制城市大氣污染具有重要的戰(zhàn)略意義。嘉祥縣聚發(fā)生物柴油有限公司是從事新型能源研究的專業(yè)分公司。擁有眾多的能源科研人員。5）計(jì)劃銷售量，銷售方向：每年生產(chǎn)1000噸，。預(yù)計(jì)總投資400

萬元。

年產(chǎn)值100萬元。主要銷售方向是國(guó)內(nèi)6）廠址：湖南長(zhǎng)沙岳麓山北端。占地面積：96000平方米。第二章市場(chǎng)分析（1）市場(chǎng)需求量簡(jiǎn)要分析。隨著研究工作的進(jìn)一步發(fā)展，甲醇汽油和乙醇汽油技術(shù)的成功出現(xiàn)，改寫了甲醇和乙醇用途的單一性。并有機(jī)地與汽油結(jié)合運(yùn)用到汽車上，一種新型的環(huán)保型綠色燃料——生物柴油成功問世！隨著中華人民共和國(guó)《可再生能源法》法律的誕生，將一系列液體燃料技術(shù)尤其是生物柴油的生產(chǎn)技術(shù)推上歷史的舞臺(tái)，讓無盡的可再生資源得到合理的利用，展現(xiàn)出更加廣闊的前景！近兩年來，國(guó)際市場(chǎng)石油價(jià)格連創(chuàng)新高，我國(guó)汽車消費(fèi)的持續(xù)火暴，導(dǎo)致柴油價(jià)格持續(xù)上漲，個(gè)別地方甚至出現(xiàn)有價(jià)無貨的局面。在一些大中城市燃油鍋爐逐漸取代燃煤鍋爐，更加加劇了這一緊張局面。因此發(fā)展生物柴油部分替代石油柴油，可以緩解柴油供應(yīng)緊張狀況。可以解決我國(guó)石油消費(fèi)持續(xù)上漲，并長(zhǎng)期依賴大量進(jìn)口的問題，也是加強(qiáng)國(guó)家石油安全的需要。根據(jù)在鄭州市餐飲業(yè)及賓館的調(diào)查，一般賓館月需要柴油數(shù)噸至十幾噸，平均每年大約需要100噸左右，這種規(guī)模的餐館或賓館按1000家計(jì)算，每年大約需要10000噸，實(shí)際上鄭州市餐館或賓館有數(shù)千家，12000噸/年生物柴油僅供應(yīng)餐館或賓館仍然不夠，汽車對(duì)柴油的消耗更是一個(gè)巨大的市場(chǎng)。第三章產(chǎn)品方案和建設(shè)規(guī)模每年生產(chǎn)1000噸。錢足夠就擴(kuò)增。第四章化工廠項(xiàng)目地區(qū)建設(shè)條件（1）以自己廠為范圍200公里以內(nèi)必須有供給自己產(chǎn)量一半的原料.

（2）偏僻的地方.最好500米之內(nèi)沒有人煙.的地方.

第五章技術(shù)方案設(shè)計(jì)1）生產(chǎn)生物柴油的原料：動(dòng)植物油脂，脂肪酸。2）生物柴油生產(chǎn)工藝：（1）化學(xué)法生產(chǎn)生物柴油的過程主要包括：①酯交換，即油脂的醇解或脂肪酸的酯化；②甲醇的精餾回收；③粗品脂肪酸甲酯的精餾提純；④副產(chǎn)品甘油的提純等。其核心工序是酯交換。（2）高酸值油脂生產(chǎn)生物柴油的工藝：甲醇甲醇，堿性催化劑↓↓油脂→萃取脫酸→油相→脫水，→醇解→水洗→干燥→相脂肪酸甲脂↓溶劑相甲醇，酸性催化劑甲醇，堿性催化劑↓↓↓甲醇→蒸發(fā)脫溶→酸催化預(yù)脂化→干燥脫水→堿催化醇解→粗脂肪甲脂（3）粗脂肪酸生產(chǎn)柴油工藝：甲醇，酸性催化劑↓粗脂肪酸→干燥→脫色過濾→酯化→粗脂肪酸酯→精餾→↓脂肪酸（重復(fù)利用）（4）低酸值油脂生產(chǎn)生物柴油的工藝：甲醇，堿性催化劑脂肪酸甲酯↓→油脂→預(yù)處理→醇解→粗脂肪酸甲酯→精餾→底液（重復(fù)醇解）↓混合液→蒸發(fā)→冷凝→粗甲醇→甲醇（重用）↓粗甘油→精制→精制甘油3）工藝方法：真空精餾：操作殘壓：≦3kPa精餾溫度：分別在248，262℃4）：設(shè)備：換熱器、泵、貯槽、高位槽、管線。精餾塔一：板式精餾塔1）：設(shè)計(jì)任務(wù)：年處理量：250003000035000400004500050000噸料液初溫：35料液濃度：40%45%50%55%60%（苯質(zhì)量分率）塔頂產(chǎn)品濃度：98%98.5%（苯質(zhì)量分率）塔底釜液含甲苯量不低于98%(以質(zhì)量計(jì))每年實(shí)際生產(chǎn)天數(shù)：330天（一年中有一個(gè)月檢修）精餾塔塔頂壓強(qiáng)：4kpa（表壓）冷卻水溫度：30飽和水蒸汽壓力：0.1Mpa(表壓)設(shè)備型式：篩板(浮閥)塔2）工藝計(jì)算：（1）全塔物料衡算：1、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù)2、原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量常壓下苯-甲苯混合汽液相平衡關(guān)系3）塔板數(shù)的確定最小回流比及操作回流比理論板數(shù)及加料位置：②求精餾段、提餾段的操作線方程精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算塔頂操作壓力=大氣壓+表壓層塔板壓力=0.4～0.7KPa（取最大值）每氣相平均密度液相平均密度例：塔頂液相平均密度：tD=查手冊(cè)得ρA、ρB液相平均表面張力液相平均黏度氣液相體積流量最大空塔氣速和空塔氣速塔徑塔截面積：實(shí)際空塔氣速：塔板效率ET：精餾段實(shí)際板數(shù)：提餾段實(shí)際板數(shù)：有效傳質(zhì)面積Aa二：換熱器：1）設(shè)計(jì)任務(wù)：某煉油廠用柴油將原油預(yù)熱。柴油和原油的有關(guān)參數(shù)如下表,兩側(cè)的污垢熱阻均可取1.72×10-4m2·K/W，換熱器熱損失忽略不計(jì)，管程的絕對(duì)粗糙度ε=0.1mm，要求兩側(cè)的阻力損失均不超過0.3×105物料溫度℃質(zhì)量流量kg/h比熱kJ/(kg·℃)密度kg/m3導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·℃)粘度Pa·s工作壓力入口出口柴油175T234000+100*y2.487150.1330.64×10-3常壓原油7011044000+150*y2.208150.1283.0×10-3常壓設(shè)計(jì)內(nèi)容：(1)設(shè)計(jì)方案的確定及流程說明(2)換熱面積的估算(3)管子尺寸及數(shù)目計(jì)算(4)管子在管板上的排列(5)殼體內(nèi)徑的確定(6)附件設(shè)計(jì)(選型)(7)換熱器校核（包括換熱面積、壓力降等）1.換熱面積的估算①計(jì)算熱負(fù)荷(不考慮熱損失)由于設(shè)計(jì)條件所給為無相變過程。由設(shè)計(jì)任務(wù)書可知熱負(fù)荷為Q=w原油Cp原油(t2-t1)=(50000/3600)×2.20×1000×(110-70)=1222222W.由熱量守恒可計(jì)算柴油出口溫度T2Q=w柴油Cp柴油(T1-T2)=(38000/3600)×2.48×1000×(175-T2)=1222222WT2=128.31②計(jì)算平均溫度差：Δt1=175-110=65Δt2=128.31-70=58.31逆流溫度差℃③換熱面積估算由《化工原理課程設(shè)計(jì)》的表4-6，取K估=200W/(m2·℃).先假設(shè)換熱器為單管程、單殼程的，且冷熱流體逆流接觸。則A估=Q/(K估×Δtm逆)=1222222/(200×61.6)=99.2m2預(yù)先估算傳熱面積為99.2m2④、選柴油的流速為u1=1m/s取換熱管的規(guī)格為Φ25×2.5mm碳素鋼管(8.3kg/6m)。估算單管程的管子根數(shù)==47.02≈47根。根據(jù)傳熱面積A估計(jì)算管子的長(zhǎng)度L’,有式中：d1換熱管的內(nèi)徑，為0.02md0換熱管的外徑，為0.025m⑤管程數(shù)Nt的確定由于L’數(shù)值太大，換熱器不可使用單管程的形式，必須用多管程。我們選擇管程的長(zhǎng)度為6m，則Nt=L’/6=27/6=4.5≈4.(管程數(shù)通常選擇偶數(shù))⑥校正溫度差R=(T1-T2)/(t2-t1)=(175-128.31)/(110-70)=1.167P=(t2-t1)/(T1-t1)=(110-70)/(175-70)=0.381根據(jù)R，P的值，查化工原理教材中圖4-25(a)，得溫度校正系數(shù)φ=0.91>0.9,說明換熱器采用單殼程，四管程的結(jié)構(gòu)是合適的。Δtm=φ×Δtm逆=0.91*61.6=56.06℃⑦、求實(shí)際換熱面積A實(shí)際換熱管數(shù)為n’×Nt=47×4=188根。A實(shí)際=L×(π×d0)×n’=6×(3.14×0.025)×188=88.55m2實(shí)際換熱面積為88.55m2⑧選擇換熱器殼體尺寸選擇換熱管為三角形排列，換熱管的中心距為t=32mm。橫過管束中心線的管數(shù)：最外層換熱管中心線距殼體內(nèi)壁距離：b'=(1——1.5)d0，此處b’取一倍d0，即b'=0.025m殼體內(nèi)徑：圓整后，換熱器殼體圓筒內(nèi)徑為D=550mm，殼體厚度選擇8mm。長(zhǎng)度定為5996mm。殼體的標(biāo)記：筒體DN550δ=8L=5910。筒體材料選擇為Q235-A，單位長(zhǎng)度的筒體重110kg/m,殼體總重為110*(5.910-0.156)=632.94kg。(波形膨脹節(jié)的軸向長(zhǎng)度為0.156m，見本設(shè)計(jì)設(shè)備圖)⑨、確定折流擋板形狀和尺寸選擇折流擋板為有弓形缺口的圓形板，直徑為540mm,厚度為6mm。缺口弓形高度為圓形板直徑的約1/4，本設(shè)計(jì)圓整為120mm。折流擋板上換熱管孔直徑為25.6mm，共有188-22-13/2=159.5個(gè)；拉桿管孔直徑為16.6mm，每個(gè)折流擋板上有4個(gè)。折流擋板上的總開孔面積=159.5*514.7185+4*216.4243=82963.2972mm2。折流擋板的實(shí)際面積=191126.3264-82963.2972=108163.0292mm2，重量為5.1kg。選擇折流擋板間距h=400mm。折流擋板數(shù)NB=L⑩傳熱系數(shù)K的計(jì)算1．管程對(duì)流傳熱系數(shù)αi換熱管內(nèi)柴油流速：雷諾數(shù)，普蘭德數(shù)，柴油的黏度小于常溫水黏度的兩倍，是低黏度液體，且是被冷卻，所以w/(m2·℃)2．殼程對(duì)流傳熱系數(shù)αo殼程流通截面積：m2殼程流速：換熱管為三角形排列，殼程的當(dāng)量直徑為雷諾數(shù)，普蘭德數(shù)，原油被加熱，所以w/(m2·℃)3.污垢熱阻根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，兩側(cè)的污垢熱阻Rso=Rsi=1.72×10-4m24．總傳熱系數(shù)Ko;取管壁λw=45w/(m·℃)=287.2w/(m2·℃)A需要=Q/(Ko×Δtm)=1222222/(287.2×56.06)=75.91m2面積裕量：〉15%⑾壓強(qiáng)降的計(jì)算1．管程壓強(qiáng)降已知管程直管的絕對(duì)粗糙度ε=0.1mm，則ε/d1=0.1/20=0.005，雷諾準(zhǔn)數(shù)，查摩擦系數(shù)圖1-28，得到λ=0.035，所以，每程直管的壓降：.75Pa；柴油在每管程中局部阻力導(dǎo)致的壓強(qiáng)降按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算如下：Pa；一般地，流體流經(jīng)換熱器進(jìn)出口導(dǎo)致的壓強(qiáng)降可以忽略。對(duì)于Φ25×2.5的換熱管，結(jié)垢校正系數(shù)Ft=1.4；因?yàn)槭菃螝こ獭⑺墓艹痰膿Q熱器，所以Ns=1，Np=4；Pa<30000Pa,符合任務(wù)書的要求。2．殼程壓強(qiáng)降流體橫過管束的壓強(qiáng)降：管子排列方法對(duì)壓強(qiáng)降的校正因數(shù)F=0.5(正三角形排列)；殼程流體的摩擦系數(shù)fo，當(dāng)Re2〉500時(shí)，fo=5.0×Re2-0.228=5.0×1943-0.228=0.89；橫過管束中心線的管子數(shù)nc=15；折流板數(shù)NB=14；殼程流速u2=0.354m/s；ρ原油=815kg/m3=5113Pa；流體通過折流板缺口的壓強(qiáng)降:折流板間距h=400mm=0.400m；殼體內(nèi)徑D=550mm=0.550m=1462Pa一般地，流體流經(jīng)換熱器進(jìn)出口導(dǎo)致的壓強(qiáng)降可以忽略。殼程總壓降：對(duì)于液體殼程壓強(qiáng)降的結(jié)垢校正系數(shù)Fs=1.15；殼程數(shù)Ns=1=7561Pa<30000Pa.符合任務(wù)書的要求。2）主要控制參數(shù)管殼式換熱器的主要控制參數(shù)為加熱面積、熱水流量、換熱量、熱媒參數(shù)等。2）選用要點(diǎn)：（1）、根據(jù)已知冷、熱流體的流量，初、終溫度及流體的比熱容決定所需的換熱面積。初步估計(jì)換熱面積，一般先假定傳熱系數(shù)，確定換熱器構(gòu)造，再校核傳熱系數(shù)K值。（2）、選用換熱器時(shí)應(yīng)注意壓力等級(jí)，使用溫度，接口的連接條件。在壓力降，安裝條件允許的前提下，管殼式換熱器以選用直徑小的加長(zhǎng)型，有利于提高換熱量。（3）、換熱器的壓力降不宜過大，一般控制在0.01～0.05MPa之間；（4）、流速大小應(yīng)考慮流體黏度，黏度大的流速應(yīng)小于0.5～1.0m/s；一般流體管內(nèi)的流速宜取0.4～1.0m/s；易結(jié)垢的流體宜取0.8～1.2m/s。（5）、高溫水進(jìn)入換熱器前宜設(shè)過濾器。（6）、熱交換站中熱交換器的單臺(tái)處理和配置臺(tái)數(shù)組合結(jié)果應(yīng)滿足熱交換站的總供熱負(fù)荷及調(diào)節(jié)的要求。在滿足用戶熱負(fù)荷調(diào)節(jié)要求的前提下，同一個(gè)供熱系數(shù)中的換熱器臺(tái)數(shù)不宜少于2臺(tái)，不宜多于5臺(tái)。3）施工、安裝要點(diǎn)（1）、熱交換器應(yīng)以最大工作壓力的1.5倍做水壓試驗(yàn)，蒸汽部分應(yīng)不低于蒸汽供汽壓力加0.3MPa；熱水部分應(yīng)不低于0.4MPa。在試驗(yàn)壓力下，保持10min壓力不降。（2）、管殼式換熱器前端應(yīng)留有抽卸管束的空間，即其封頭于墻壁或屋頂?shù)木嚯x不得小于換熱器的長(zhǎng)度，設(shè)備運(yùn)行操作通道凈寬不宜小于0.8m。（3）、各類閥門和儀表的安裝高度應(yīng)便于操作和觀察。（4）、加熱器上部附件（一般指安全閥）的最高點(diǎn)至建筑結(jié)構(gòu)最低點(diǎn)的垂直凈距應(yīng)滿足安裝檢測(cè)的要求，并不得小于0.2m。三．離心泵的安裝高度選擇：允許吸上真空高度Hs是指泵入口處壓力p1可允許達(dá)到的最大真空度。1輸送清水，但操作條件與實(shí)驗(yàn)條件不同，可依下式換算

Hs1＝Hs＋Ha－10.33－Hυ－0.24計(jì)算安裝高度時(shí)用汽蝕余量Δh來計(jì)算，即泵允許吸液體的真空度，亦即泵允許的安裝高度，單位用米。用汽蝕余量Δh由油泵樣本中查取，其值也用20℃清水測(cè)定。若輸送其它液體，亦需進(jìn)行校正，詳查有關(guān)書籍。

吸程=標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（10.33米）-汽蝕余量-安全量（0.5米）

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓能壓管路真空高度10.33米。某離心泵從樣本上查得允許吸上真空高度Hs=5.7m。已知吸入管路的全部阻力為1.5mH2O，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?.81×104Pa，液體在吸入管路中的動(dòng)壓頭可忽略。試計(jì)算：

1輸送20℃清水時(shí)離心泵的安裝；

2改為輸送80℃水時(shí)離心泵的安裝高度。

解：1輸送20℃清水時(shí)泵的安裝高度

已知：Hs=5.7m

Hf0-1=1.5m

第六章環(huán)境保護(hù)與節(jié)約能源生物柴油燃燒時(shí)不排放二氧化硫，排出的有害氣體比石油柴油減少70％左右。生物柴油中不含對(duì)環(huán)境造成污染的芳香化合物，因而廢氣對(duì)人體損害也低于柴油。與普通柴油相比，使用生物柴油可降低90％的空氣毒性，降低94％的患癌率。由于生物柴油含氧高，燃燒時(shí)排煙少，排放的一氧化碳比普通柴油減少約10％。第七章職業(yè)安全與衛(wèi)生及消防設(shè)施方案第八章企業(yè)組織機(jī)構(gòu)和勞動(dòng)定員企業(yè)資產(chǎn)規(guī)模達(dá)80萬元，企業(yè)總?cè)藬?shù)35人

第九章化工廠項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度與招投標(biāo)第十章投資估算與資金籌措0#柴油按6200元/噸計(jì)算，（甲醇+調(diào)和劑）的綜合成本3800元/噸（油價(jià)及所用原料價(jià)格根據(jù)地區(qū)不同而變動(dòng)）。按柴油60%+（甲醇+調(diào)和劑）40%計(jì)算，每噸成本：6200*60%=3720（元）3800*40%=1520（元）合計(jì)每噸甲醇柴油成本5240（元）,每噸毛利潤(rùn)：6200-5240=960元（在各地柴油市場(chǎng)價(jià)格不同情況下以當(dāng)?shù)夭裼蛢r(jià)格為準(zhǔn)計(jì)算）?？偫麧?rùn)為100*960=960000元。稅收占3%=960000×3%=28800元純利潤(rùn)=960000-28800=931200元。項(xiàng)目總投資400萬元，建成2000平方米的廠房。1013年投入經(jīng)費(fèi)150萬元，建廠房600平方米，2014年投入經(jīng)費(fèi)250萬元第十一章財(cái)務(wù)效益、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益評(píng)價(jià)隨著石油價(jià)格持續(xù)高漲，目前市場(chǎng)柴油價(jià)格已高達(dá)5000元/t以上。而甘油水及劣質(zhì)牛羊油市場(chǎng)價(jià)格都在200