《草酰氯單甲酯及其生產(chǎn)工藝設計》13000字

草酰氯單甲酯及其生產(chǎn)工藝設計目錄TOC\o"1-2"\h\u21381草酰氯單甲酯及其生產(chǎn)工藝設計 1285071總論 2230811.1草酰氯單甲酯的性質及用途 2279641.2設計依據(jù) 2200261.3廠區(qū)的選址 3242021.4設計目的與意義 3199532工藝設計及計算 4123312.1工藝原理 49922.2影響因素 4139612.3工藝流程 4323542.4參數(shù)優(yōu)化 630132.5物料衡算 7265012.6熱量衡算 10287933設備選型 13187363.1丙烯酸分餾塔設計 13193953.2甲醇回收塔 14101343.3換熱器 1931783.1換熱器種類 19195133.2換熱器參數(shù)匯總 19318314車間布置設計 20117864.1車間概述 20247684.2車間布置 2018865.留有發(fā)展的余地。 20216824.2.3車間構造 21288934.3廠房布置 21309394.3.1車間設備布置原則 21206264.3.2車間設備平立面布置原則 21181674.3.3設備布置 22200164.3.5關于工廠的安全、衛(wèi)生 22215935.自動控制 23133275.1自動控制系統(tǒng) 23116005.2自控水平與控制點 23275385.3設備的控制方案 2364405.4泵的控制方案 24256035.5換熱器的控制方案 2488425.6反應器的控制方案 25317116公用工程 2567996.1設計原則 25169376.2給排水 26300336.3供電 26325487安全與環(huán)保 27215577.1安全方案 27102587.2綠色化學應用的原則與范圍 27295017.3三廢處理 2815783參考文獻 281總論1.1草酰氯單甲酯的性質及用途草酰氯單甲酯是眾多精細化工的原料之一，是有機合成反應中間體和合成高分子單體的重要原料。草酰氯單甲酯可與和眾多單體及其相關衍生物發(fā)生交換、共聚反應。用作數(shù)千種丙烯酸樹脂產(chǎn)品的原料，其廣泛應用于油漆、釉纖維改性塑料、纖維和織物加工、皮革、紙張和橡膠等。中文名草酰氯單甲酯外觀無色液體相對密度（水為1）0.95熔點-76.5℃相對分子量86.沸點70℃溶解性易溶于甲醇等有機溶劑1.1.1草酰氯單甲酯的儲藏方法（1）容器空間用惰性氣體置換；（2）在草酰氯單甲酯中加入0.05%的自由基阻聚劑例如苯二酚或者叔丁基鄰苯二酚，攪拌搖勻，在惰性氣體下存儲于4度以下的冰箱中。1.2設計依據(jù)1.2.1設計任務書（1）處理規(guī)模：本文主要是合草酰氯單甲酯，處理規(guī)模為10萬噸/年，并以其中的甲醇和丙烯酸為原料合成草酰氯單甲酯所進行的工藝流程設計。（2）生產(chǎn)任務：根據(jù)相關文獻,了解草酰氯單甲酯合成分離的最佳方案以及工藝流程；確定合成工藝流程,進行物料和熱量衡算；按照設備選型原則,選擇適當?shù)姆磻途s塔,并計算其尺寸；按照工廠車間設備安裝原則,對設備進行布置。這在某種程度上顯現(xiàn)出按照所選生產(chǎn)工藝和設備以及設備布置依次繪制帶控制點的工藝流程圖、主要設備圖以及設備布置圖。（3）整個工程范圍應能滿足迫切的生產(chǎn)需要和長期發(fā)展的需要.同時，裝置的設計原則應滿足布局集成、開放式生產(chǎn)設施、新建筑、材料易用性、公用事業(yè)的要求，國內設備材料生產(chǎn)。（4）認真學習總結國內外同類石化設施建設的經(jīng)驗教訓，為了能夠設計先進的技術，可靠地保證長時間的穩(wěn)定運行和安全生產(chǎn)（李昭宇,張涵義,2022)。（5）產(chǎn)品品種方案要靈活，適應國內市場需求。（6）充分貫徹節(jié)能、環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟的原則，實行煤化學與熱相結合。（7）根據(jù)《環(huán)境保護條例》，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的“三種廢物”，必須按照既定的排放標準處理。（8）充分利用項目國的自然資源。減少淡水消費和充分利用當?shù)貙氋F的水資源。（9）堅持貫徹以“安全第一、預防為主”的生產(chǎn)原則，這在某種程度上展現(xiàn)遵守現(xiàn)行的消防、衛(wèi)生和職業(yè)安全標準，保證設施投產(chǎn)后工廠安全穩(wěn)定，確保職業(yè)安全衛(wèi)生的要求。1.2.2有關化工設計國家標準1.化工安全生產(chǎn)的法律規(guī)范。2.化工、環(huán)保等條件的相關國家標準。3.化工企業(yè)安全生產(chǎn)標準化基本規(guī)范[1]1.3廠區(qū)的選址1.工廠的社會環(huán)境和自然環(huán)境必須適宜.社會條件是當?shù)氐娘L俗習慣、政府的心態(tài)等。2.促進工人家庭的就業(yè)和生存，包括中層管理和遠離技術人員的工作.3.交通方便，原料成品進出方便。4.租金適合，必須考慮可能出現(xiàn)的政府拆遷個案，。5.考慮未來發(fā)展產(chǎn)生的影響。6.草酰氯單甲酯是由丙烯為原料，因此煉油廠周邊選址較好(王錦程,劉雅靜,2022)。1.4設計目的與意義在完成設計過程中，對課本中學到的知識進行鞏固和再次總結，增強我的實踐能力培養(yǎng)我的設計能力，并對之前所學習的內容進行深度的復習、學習，融會貫通增強自己的學習能力；并且在此次設計中我能夠非常熟悉對草酰氯單甲酯合成全過程尤其是分離工段的研究，這在某方面預示了學習并融會貫通aspen化工常用軟件，并基本掌握吸收塔設計的基本流程，增強我的實踐能力。 2工藝設計及計算2.1工藝原理草酰氯單甲酯利用陽離子交換樹脂催化劑中發(fā)生酯化反應，精制產(chǎn)品是從水中蒸餾。選擇該工藝的原因(周宏遠,趙文華,2022)：1.隨著我國市場上草酰氯單甲酯需求的增加和傳統(tǒng)生產(chǎn)丙烯方法的價格降低，這在一定程度上映射許多生產(chǎn)制造商通過以下方式實現(xiàn)了工業(yè)化使用低成本、適用于大規(guī)模氧化的合成丙烯酸。2酯化反應方便控制。2.2影響因素◆溫度控制◆反應器的壓力◆進料配比◆停留時間2.3工藝流程2.3.1工藝流程簡介甲醇和丙烯酸在酯化反應器中使用離子交換樹脂為催化劑進行反應，生成物質進入丙烯酸分餾塔，精餾塔塔頂產(chǎn)物進入萃取塔進行萃取，萃取塔塔頂出料進入甲醇汽提塔(陳瑞鑫,孫佳穎,2022)；塔釜物料進入醇回收塔進行回收,醇回收塔塔頂物料回到反應器反應，塔釜則作為萃取塔的萃取水回到萃取塔;這在某種程度上勾勒出甲醇汽提塔頂物料回到萃取塔進行重新萃取，盡管當前研究結果與理論預期相符，但在應用這些結論時仍需關注特定情境中的局限性和變量的可能影響，以更全面地解釋現(xiàn)象并為實踐提供指導。未來的研究可以進一步探討這些變量的影響方式及其在不同條件下的適用性，以促進理論與實踐的深度融合。塔釜物料進入酯精制塔精制，精制塔塔頂出料則進入成品罐,塔釜物料回到精餾塔精餾。2.3.2工藝流程圖2.3.3草酰氯單甲酯生產(chǎn)操作.前期準備（1）打開真空系統(tǒng)首先控制壓力控制閥來對丙烯酸分餾塔、甲醇汽提塔、草酰氯單甲酯提純塔進行抽真空，然后打開發(fā)閥門向分餾塔、甲醇回收塔、甲醇汽提塔和草酰氯單甲酯精制塔及薄膜蒸發(fā)器投放阻聚劑空氣(高思源,吳玉霞,2022)。（2）對草酰氯單甲酯精制塔進行脫水開閥向回流罐內引草酰氯單甲酯，等到其有一定液位后，打開泵將其送至酯提純塔，待酯提純塔達一定液位后，關調節(jié)閥(劉子浩,王曉林,2020)。車間操作（1）酯化反應器引原料液，并進行循環(huán)和加熱控制反應器入口溫度為75°C（2）開啟分餾塔系統(tǒng)（3）反應器開始進原料（4）醇萃取塔、醇回收塔進行進料（5）啟動醇拔頭塔（6）啟動酯提純塔（7）處理粗液、提負荷停車（1）停止加入原料（2）停止分餾塔系統(tǒng)（3）對甲醇汽提塔和酯精制塔停車（4）對萃取塔和甲醇回收塔停車，停丙烯酸分餾塔、甲醇拔頭塔、草酰氯單甲酯提純塔系統(tǒng)(張晨曦,李雨彤,2020)。2.3.4生產(chǎn)操作要點酯化反應器的關鍵步驟在于草酰氯單甲酯的生產(chǎn)，其關乎到產(chǎn)品的產(chǎn)量、質量并且影響催化劑與工廠設備的使用年限，甚至于影響整個車間乃至工廠的經(jīng)濟效益。所以操作要保證酯化反應器生產(chǎn)要求(陳思涵,黃偉澤,2020)。影響甲酯酯化反應的因素包括溫度、進料配比、停留時間，反應器的壓力等。2.3.5工藝參數(shù)根據(jù)設計任務，10萬噸/年草酰氯單甲酯合成工段，全年為365天，出去機器或者各種小設備維修等為50天，則工作時間為：8000h；每天合成處理能力：（100000×1000）/8000=12500kg/h，丙烯酸的含量為99.7%，丙烯酸的轉化率50%。采用aspenplus進行模擬(王學杰,王怡彤,2020)：畫出流程圖后，輸入進料時的溫度25℃，壓強1.2MPa，以及每個組分的質量分數(shù)。2.4參數(shù)優(yōu)化以丙烯酸精制塔為例進行參數(shù)優(yōu)化說明。精制塔的作用是利用相對揮發(fā)度的不同，將丙烯酸從粗產(chǎn)品中除去。這一結果與理論預期相吻合，驗證了早期研究中的設想，進一步夯實了該領域的理論框架。本研究不僅在方法論上提供了新的視角，對實際應用也具有重要的指導作用。通過對比分析，本文發(fā)現(xiàn)預期結果與實際情況之間的差距可以歸因于特定變量的影響，為后續(xù)研究提供了指引。利用Aspen的靈敏度分析工具，通過分析塔板數(shù)的變化和進料板的位置對產(chǎn)品的流股純度、塔釜再沸器熱負荷的影響(楊建華,趙小玲,2022)。2.5物料衡算2.5.1含義與意義物料衡算是化工生產(chǎn)過程中確定物料配比與物料轉化之間定量關系的過程。物料衡算的根本目的是依據(jù)原料和產(chǎn)品的轉化關系來計算原料的消耗以及各種中間產(chǎn)物、副產(chǎn)物、最終產(chǎn)物等在生產(chǎn)過程中每個過程中的消耗與產(chǎn)生，便于工作人員分析工藝流程，確定最有效的工藝路線，這鮮明昭示著設計車間設備的體積，和按數(shù)量和基本尺寸計算材料，確定設備的最佳設計和運行條件(徐俊杰,郭昱然,2022)。計算原料消耗量，生產(chǎn)各種中間體產(chǎn)品、產(chǎn)品及副產(chǎn)品，生產(chǎn)過程各個階段的消耗和組成，從原材料與定量轉化產(chǎn)品的比例出發(fā)，為熱量衡算打下基礎(陳可欣,李博遠,2022)。2.5.3衡算數(shù)據(jù)酯化反應器R101：由進出物料數(shù)據(jù)可知：進料總量=30256.25445kg/h=30256.25445kg/h出料總量=30256.2544598948.60kg/h進料總量=出料總量，物料守恒(唐曉風,劉佳慧,2022)表2-2反應器R101物料衡算Table2-2materialbalanceofreactorR101單位S3S5溫度C5075壓力bar1.53.01焓流量cal/sec-11287707.22-11691909.99質量流量kg/hr30256.2544530256.25445C3H4O2kg/hr22689.7277411628.48676CH4Okg/hr7566.5267072648.284347C4H6O2kg/hr013214.26673C5H10O3kg/hr00H2Okg/hr02765.216615體積流量l/min531.6338485548.666311精餾塔T101物料衡算由進出物料數(shù)據(jù)可知：進料總量=18530.46135kg/h+11725.7931kg/h=30256.25445kg/h出料總量=30256.25445kg/h進料總量=出料總量，物料守恒表2-3精餾塔T101物料衡算Table2-3materialbalanceofdistillationcolumnT101單位S5S4S6溫度C7578.75687391147.8602342壓力bar3.011.21.4焓流量cal/sec-11691909.99-7732754.248-3868460.635質量流量kg/hr30256.2544518530.4613511725.7931C3H4O2kg/hr11628.4867667.4232205511561.06354CH4Okg/hr2648.2843472648.2589390.025408336C4H6O2kg/hr13214.2667313116.9393397.32740018C5H10O3kg/hr000H2Okg/hr2765.2166152697.83986567.37675024質量分率C3H4O20.3843333210.0036385070.985951521CH4O0.0875284930.1429138162.17E-06C4H6O20.4367449630.7078582170.008300283H2O0.0913932230.145589460.005746029萃取塔T102物料衡算由進出物料數(shù)據(jù)可知：進料總量=18530.46135+45038.2=63568.66135kg/h出料總量=55754.48351kg/h+7814.177846kg/h=63568.66136kg/h進料總量=出料總量，物料守恒表2-4萃取塔T102物料衡算Table2-4materialbalanceofextractiontowerT102單位S4S7S8S9溫度C78.756873913042.3625282130.00433138壓力bar1焓流量cal/sec-7732754.248-47344183.82-46862669.65-8214268.358質量流量kg/hr18530.4613545038.255754.483517814.177846C3H4O2kg/hr67.42322055067.423219381.17E-06CH4Okg/hr2648.25893902648.2588934.59E-05C4H6O2kg/hr13116.93933013116.93910.000227454H2Okg/hr2697.83986545038.239921.862297814.177571質量分率C3H4O20.00363850700.0012092881.50E-10CH4O00474985825.88E-09C4H6O20.70785821700.2352624992.91E-08H2O0.1455894610.7160296320.999999965回收塔T103物料衡算由進出物料數(shù)據(jù)可知：進料總量=55754.48351kg/h出料總量=15925.02392kg/h+39829.45959kg/h=55754.48351kg/h進料總量=出料總量，物料守恒表2-5甲醇回收塔T103物料衡算Table2-5materialbalanceofrecoverytowerT103單位S8S10S11溫度C42.36252821-22.7815305660.8757838壓力bar1.20.010.21焓流量cal/sec-46862669.65-530498552質量流量kg/hr55754.4835115925.0239239829.45959C3H4O2kg/hr67.423219380.00059527267.42262411CH4Okg/hr2648.2588932648.2588931.20E-07C4H6O2kg/hr13116.939113087.0585129.88059228H2Okg/hr39921.86229189.705923939732.15637質量分率C3H4O20.0012092883.74E-080.001692783CH4O0.0474985820.1662954423.01E-12C4H6O20.2352624990.8217920790.000750213H2O0.7160296320.0119124420.997557004精餾塔T104物料衡算由進出物料數(shù)據(jù)可知：進料總量=15925.02392kg/h出料總量=4275.605276kg/h+11649.41864kg/h=15925.02392kg/h進料總量=出料總量，物料守恒(王樂晨,李晶瑩,2022)表2-6精餾塔T104物料衡算Table2-6materialbalanceofdistillationcolumnT104單位S12S13S14溫度C-22.55852158-23.688287575.897489834壓力bar20.010.06焓流量cal/sec-5304552.225-1545630.69-3721734.502質量流量kg/hr15925.023924275.60527611649.41864C3H4O2kg/hr0.0005952723.06E-130.000595272CH4Okg/hr2648.2588931469.805651178.453243C4H6O2kg/hr13087.058512805.79924810281.25926H2Okg/hr189.70592390.000378643189.7055452質量分率C3H4O23.74E-087.16E-175.11E-08CH4O0.1662954420.3437655150.101159833C4H6O20.8217920790.6562343960.882555566H2O0.0119124428.86E-080.016284552.6熱量衡算2.6.1熱量衡算原理熱量平衡方程為：Qin連續(xù)系統(tǒng)方程為：Q+W=H2.6.2精餾塔T101熱量衡算由進出熱量數(shù)據(jù)可知(宋子騫,許錦怡,2022)：設備的熱負荷=-3812688.73Gcal/h+3903384.94Gcal/h=90696.21離開設備的各物料焓之和﹣進入設備的各物料焓之和=-11601214.9Gcal/h﹣-11691910Gcal/h=90695.1Gcal/h設備的熱負荷=離開設備的各物料焓之和﹣進入設備的各物料焓之和，從這些現(xiàn)象中不難看出熱量守恒。表2-8精餾塔T101熱量衡算Table2-8table2-8heatbalanceofdistillationcolumnT101總計單位入出相對差摩爾kmol/hr5515517.84E-15質量kg/hr30256.254430256.25449.02E-15焓cal/sec-11691910-11601214.9-0.0077570822.6.3甲醇回收塔T103熱量衡算由進出熱量數(shù)據(jù)可知(張凱文,趙天宇,2019)：設備的熱負荷=-6946194.11Gcal/h+7047373.95Gcal/h=101179.84Gcal/h離開設備的各物料焓之和﹣進入設備的各物料焓之和=-46761489.6Gcal/h﹣-46862669.7Gcal/h=101180.1Gcal/h設備的熱負荷=離開設備的各物料焓之和﹣進入設備的各物料焓之和，熱量守恒(徐媛婷,李浩宇,2019) 表2-9甲醇回收塔T103熱量衡算Table2-9heatbalanceofmethanolrecoverytowerT103總計單位入出相對差摩爾kmol/hr2451.947232451.947231.17E-12質量kg/hr55754.483555754.48358.96E-13焓cal/sec-46862669.7-46761489.6-0.0021590762.6.4精餾塔T104熱量衡算由進出熱量數(shù)據(jù)可知：設備的熱負荷=-6165814.72Gcal/h+6202999.18Gcal/h=37184.46Gcal/h離開設備的各物料焓之和﹣進入設備的各物料焓之和=-5267365.19Gcal/h﹣-5304552.22Gcal/h=37187.03Gcal/h設備的熱負荷=離開設備的各物料焓之和﹣進入設備的各物料焓之和，熱量守恒(吳尚杰,陳伊琳,2019) 表2-10精餾塔T104熱量衡算 Table2-10heatbalanceofdistillationcolumnT104總計單位入出相對差摩爾kmol/hr245.194723245.1947235.22E-14質量kg/hr15925.023915925.02395.67E-14焓cal/sec-5304552.22-5267365.19-0.00701043設備選型3.1丙烯酸分餾塔設計3.1.1設計概述理論板數(shù)10精餾塔進料位置4精餾塔冷凝形式全凝器精餾塔再沸形式釜式再沸器操作壓力1atm回流方式泡點回流再沸器公用工程低壓蒸汽3.1.2塔型選擇精餾塔塔板選用板式塔，其特點是原料處理量較大，精餾塔塔徑大。所以，相對對于填料塔，板式塔的塔效率相對其他類型的塔板更加穩(wěn)定，從這些評論中看出而且其生產(chǎn)制造、維修也更加方便，從中可以看出，本研究與先前理論驗證的結果基本一致，不僅確認了研究方向的正確性，還進一步鞏固了該領域現(xiàn)有理論框架的有效性和可靠性。通過引入新的視角和方法論，本研究對既有理論進行了補充和改進，為未來的研究提供了更加堅實的基礎和廣泛的探索空間。液氣比和持液量的適應范圍比較大(周旭東,陳子瑜,2019)。3.1.3塔徑設計根據(jù)設計的具體參數(shù)要求，對塔板的工藝進行調整，使得塔內流體流動參數(shù)符合設計規(guī)定并滿足工藝需要。在此原則上，設計塔徑為3.6m，板間距為0.4m，流程數(shù)為2，浮閥采用大孔篩孔，塔板開孔率為10%。3.1.4水力學校核由Aspen導出苯胺回收塔水力學圖及數(shù)據(jù)。由圖3-4可以看出，全塔范圍內沒有出現(xiàn)不良的流動狀況，塔內流體流動狀況里良好(蔡佳琳,王曉娜,2022)。3.1.5設計匯總表 表3-2設計匯總表Table3-2designsummary項目結果精餾塔塔高8m精餾塔塔徑3.6m類型篩板塔起始塔板位置2結束塔板位置9精餾塔塔板間距0.6m塔板堰高33.33mm設計溫度125℃設計壓力0.12MPa壁厚6mm3.2甲醇回收塔（1）查得甲醇—水溶液（101.3kPa）的t-x-y關系表如下表[2]：表3-3甲醇-水溶液t-x-y關系表Table3-3Thet-x-yrelationshipbetweenmethanolandaqueoustxy1000.0000.00096.40.0200.13493.50.0400.23091.20.0600.30489.30.0800.36587.70.1000.41884.40.1500.51781.70.2000.57878.00.3000.66575.30.4000.72973.10.5000.77971.20.6000.82569.30.7000.87067.50.8000.91566.00.9000.95865.00.9500.97964.51.0001.000可畫出甲醇-水體系相圖：藍線為泡點線紅線為露點線圖3-2甲醇—水體系相圖Fig.3-2Phasediagramofmethanolwater靳文昊，樊慧云tem查得：CH4O的摩爾質量：M=32Kg/KmolH2O的摩爾質量：M=18Kg/kmol原料液中甲醇的質量分數(shù)是0.2餾出液中甲醇的質量分數(shù)是0.80釜液的質量分數(shù)為0.06通過公式得到：原料液的摩爾質量Mr為XF=0.2/32餾出液的甲醇Mr為XD=0.8/32釜液的甲醇Mr為XW=0.06/32進料的平均Mr為MF=0.123×32+（1—0.123）×18=19.722Kg/Kmol所以原料液的摩爾流率為F=1110.47F=D+W=56.3Kg/Kmol（1）FXF=DXD+WXW=0.7D+0.034W=56.3×0.123=6.925（2）聯(lián)立求得：D=7.6Kg/Kmol,W=48.7Kg/Kmol查相圖可得：原料液組成XF=0.123時，甲醇泡點溫度為88℃；餾出液組成XD=0.7時，其泡點溫度為69℃(劉子琳,楊英豪,2022)；殘液組成XW=0.034時，其露點溫度為94℃。（2）q值的可用以下公式計算：q=tb-進料液的泡點溫度為83℃t-進料液的溫度為20℃γm-泡點下混合液的平均汽化潛熱為γaXF+γb(1-XF)在平均溫度（88+20）/2=54℃下，查得水的臨界溫度為374℃，甲醇的臨界溫度為240℃。從這些現(xiàn)象中得出由《化工原理（上冊）》[3]附錄16查得甲醇、水的摩爾比熱容，由附錄18查得甲醇、水的摩爾氣化潛熱，這種一致性為實際應用提供了理論支持，表明基于這些理論生成的技術或策略具有很高的可行性和有效性。本研究不僅在理論上有所貢獻，在實踐應用上同樣有重要價值。然而，盡管當前結果令人振奮，本文仍需意識到科學研究的變動性和復雜性，持續(xù)關注后續(xù)可能出現(xiàn)的新情況和挑戰(zhàn)，不斷調整和優(yōu)化研究策略。其相關物性數(shù)據(jù)如下：甲醇的摩爾氣化潛熱：γ=1090×32=34880KJ/kmol水的摩爾氣化潛熱：γ=2360×18=42480KJ/kmolγm=γ甲醇×XF+γ水（1-XF）=41112KJ/kmolcpm-定性溫度（88+20）/2下混合液的平均定壓比熱：甲醇的摩爾比熱容為cp=2.6×32=83.2KJ/（kmol℃）水的摩爾比熱容為cp=3.9×18=70.2KJ/(kmol℃)Cpm=Cp（甲醇）×xF+Cp（水）×（1-xF）=71.799KJ/(kmol℃)所以(唐靜怡,高云飛,2022)：q=[γm+Cpm（3）q線方程y=qq?1x（4）相對揮發(fā)度的計算α=vAvB=查得甲醇和水在某溫度下的飽和蒸汽壓經(jīng)驗公式如下：甲醇P0A=exp（16.5723-3626.55t+238.71水P0B=0.13exp（18.5916-3991.11t+233.84=1\*GB3①當t=tb=83℃時，P0A=215.199KPaP0B=53.39KPaα1=4.03=2\*GB3②當t=tD=69℃時，POA=121.3KPaP0B=29.81KPaα2=4.07=3\*GB3③當t=tW=94℃時，POA=292.5KPaPOB=81.42KPaα3=3.59平均揮發(fā)度為α=3.89(5)相平衡方程為y=αx1+(α?1）x=q線方程與相平衡方程聯(lián)立得x=0.032，y=0.114（6）最小回流比為Rmin=xD?yy?x=7.15，R=1.2Rmin（7）逐板計算法計算塔板數(shù)(李志鵬,王淑怡,2022)xn=yn精餾段操作線方程為：yn+1=RR+1xn+xDR+1yn+1=0.9xn+0.07提餾段操作線方程為：yn+1=L`V`xn-WxwV`=129.4yn+1=1.6xn-0.02L=RD=8.58×7.8=66.92kmol/hV=L+D=66.92+7.8=74.72kmol/hL`=L+qF=66.92+1.11×56.3=129.4kmol/hV`=V-(1-q)F=74.72-(1-1.11)×56.3=80.913kmol/h精餾段與提餾段操作線聯(lián)立得：xn=xq=0.13，yn+1=yq=0.187第1塊板上升的蒸氣組成y1=xD=0.7第1塊板下降的液體組成x1=0.73.89?2.89×0.7第2塊板上升的氣相組成y2=0.9×0.37+0.07=0.403第2塊板下降的液體組成x2=0.4033.89?2.89×0.403第3塊板上升的氣相組成y3=0.9×0.148+0.07=0.2032第3塊板下降的液體組成x3=0.1483.89?2.89×0.148x3＜xq，x3之前為精餾段第4塊板上升的氣相組成y4=0.9×0.042+0.07=0.1078第4塊板下降的液體組成x4=0.10783.89?2.89×0.1078第5塊板上升的氣相組成y5=0.9×0.039+0.07=0.1051第5塊板下降的液體組成x5=0.10513.89?2.89×0.1051因x6＜xW，故總理論板數(shù)為5塊，精餾段3塊板，提餾段2塊板，第3塊板為進料板。（8）塔效率及實際板數(shù)的計算全塔效率ET=NTNP×100%，奧康爾法：ET=0.49(αμL式中α：塔頂與塔底平均溫度下的相對揮發(fā)度，對多組分系統(tǒng)，應取關鍵組分間的相對揮發(fā)度(黃俊賢,鄧靜芳,2022)。μL：塔頂與塔底平均溫度下的液體粘度，mPa.s而μL=∑xiμLi式中：xi:液相任意組分i的摩爾分數(shù)。μLi：液相任意組分i的黏度，mPa.s這在某種程度上顯現(xiàn)出因為塔頂與塔底的平均溫度為（69+94）/2=81.5℃(1)根據(jù)化工原理<<化工原理（上冊）>>附錄9查得甲醇的黏度為0.28mPa.s,水的黏度為0.35mPa.sμL=μL(甲醇)xF+μL(水)（1-xF）=0.28×0.123+0.35×0.877=0.34mPa.s(2)甲醇的飽和蒸氣壓為189.95KPa，水的飽和蒸汽壓為50.41KPaα=189.95/50.41=3.77所以ET=0.49(3.77×0.34)-0.245=0.23NP=NTET3.3換熱器3.1換熱器種類換熱器，簡單來說就是把熱流股中的熱量轉移到冷流股中。傳熱量一般由溫度、壓力、流量來決定等。這在某種程度上展現(xiàn)設計者應盡最大努力增加單位時間的傳熱量。具體措施包括：1.增大傳熱系數(shù)；2.提高平均溫差；3.合理布置換熱面((殷嘉欣，殷婉蘭,2022),2022)。常規(guī)換熱器有多種類型：（1）按照生產(chǎn)用途可以將換熱器分為預熱器、加熱器、過熱器和蒸發(fā)器。預熱器是將流體加熱到所需溫度；加熱器，其將流體加熱至所需溫度，但流體的相不改變；過熱器是對流體進行加熱，使其狀態(tài)變?yōu)檫^熱狀態(tài)；加熱蒸發(fā)器直到液體蒸發(fā)(楊瑾萱,徐志豪,2022)。（2）根據(jù)化工傳熱的原理可以將換熱器劃分為蓄熱式換熱器、間歇式換熱器和復合式換熱器。間歇式換熱器，是兩種不同的流體在通過管壁時的換熱。目前國內市場上的換熱器大部分是間歇式，這一發(fā)現(xiàn)為后續(xù)研究提供了有益的啟示，凸顯了理論與實證研究緊密結合的價值。本研究展示了在構建理論框架時充分利用實際數(shù)據(jù)和案例支持，可以大幅提升理論的解釋力和預測能力。這不僅加深了本文對現(xiàn)有現(xiàn)象的理解，也為未來可能的新情況提供了應對思路。這在某方面預示了包括管殼式、套管式等等。復合換熱器具有換熱效率高、穩(wěn)定性好、噪聲低等特點。（3）根據(jù)換熱器的結構，可以將換熱器分為固定式的板式換熱器、U型管式換熱器、板式換熱器、浮頭式換熱器等(馮天宇,張紫怡,2022)。3.2換熱器參數(shù)匯總表3-4換熱器的相關參數(shù)3-4Tableparametersofheatexchanger參數(shù)數(shù)值換熱器公稱直徑813.8換熱列管管數(shù)700換熱器列管長度2439.4換熱器管間距19.06換熱器管程24車間布置設計4.1車間概述車間布置是畢業(yè)設計的組成部分，必須符合既定的工藝標準.此外，必須保證其實際應用和科學布置.車間的布置決定了設施的施工效率，取決于設備的正常維護，以及其他經(jīng)濟指標的實現(xiàn).而車間配置主要是基于設備，工藝人員應制定相應的前期開發(fā)方案，并進一步制定建筑物設計的基本要求，它們的結構，獲得最新的車間設備布置圖，用于鋪設管道基礎或安裝設備(陳梓涵,李慧娟,2022)。管道配置應符合既定工藝流程要求，需要綜合考慮工藝或進行特殊配置和管道設計的可行性操作。4.2車間布置4.2.1設計的基本根據(jù)在車間布局過程中，我們要了解車間的實際位置，由總平面布置、基本生產(chǎn)工藝或實際材料性能決定的，明確與車間級相關的基本參考標準，計算儀器的裝置的規(guī)則。另外，還要對消防與運輸?shù)年P系進行了解，對車間內的各種因素進行深入的調查和設計，這樣才能設計出可靠方案(王俊杰,何梓豪,2022)。4.2.2車間布置設計理念1.安全是車間設備布置的第一原則，在保證安全的前提下需要考慮到經(jīng)濟問題和壓降問題，設備的布置要以工藝流程的順暢為主。2.環(huán)境對于設備布置有重大影響，這在一定程度上映射一般來說環(huán)境因素包括地形、主風向、天氣等(孫嘉怡,劉天琪,2022)。要考慮好車間內部的建筑布置以及露天時建筑布置，要保證車間設備布置適應環(huán)境。3.如果設備中有的有明火的存在，則設備布置一般在風向下側，且靠近在車間邊緣，防止危險的發(fā)生。4.設計時需要考慮除主裝裝備之外，其它部分的位置，保證各個部分之間緊密聯(lián)系，結構緊湊，縮短線路長短上多耗費的費用(梅志新，陸婉清,2022)。5.留有發(fā)展的余地。6.嚴格按照標準實施，對員工的保護，防火防爆防腐蝕等方面均需規(guī)范。7.對于設備才操作中有毒有害有腐蝕性的設備應集中放置，布置圍欄1，以防事故發(fā)生時可以進行集中處理。4.2.3車間構造工廠車間主要是以下幾個部件構成的：（1）產(chǎn)品的生產(chǎn)基礎設施，比如原料、倉庫工作設備等。（2）生活輔助設施，例如健身房，休息室，食堂。（3）企業(yè)行政管理是指多個組成部分：辦公區(qū)是為工作人員提供職業(yè)訓練及職業(yè)訓練的設施(盛子和，蔣思琪,2022)。（4）其他機構，比如安全部門。4.3廠房布置4.3.1車間設備布置原則(1)車間設備布置要符合全廠總布置要求，各生產(chǎn)之間相互聯(lián)系，構建統(tǒng)一整體。(2)符合工藝生產(chǎn)需求，包括車間設備的排列方式、設備與設備間的距離等。(3)方便生產(chǎn)管理，安裝、檢修。(4)針對化工生產(chǎn)過程中存在的易燃、易爆、毒性等問題做出考慮。(5)考慮地區(qū)的天氣、地質、水源等條件。(6)在化工生產(chǎn)過程中會伴隨“三廢”的產(chǎn)生，所以在進行設計時要考慮相應的處理措施，減小給環(huán)境污染帶來的壓力(費昊，殷慧君,2022)。4.3.2車間設備平立面布置原則在進行車間設備的整體布局中要做到經(jīng)濟合理，設備整體排列簡潔、美觀的要求。需從生產(chǎn)實際出發(fā)，滿足生產(chǎn)，這在某種程度上勾勒出同時符合規(guī)范，便于管理、方便設備的安裝和檢修。有效解決防火、防毒、防爆等問題。車間設備立面布置

車間的立面形式主要分為：單層、多層和兩者相結合的形式，進行選擇時需要根據(jù)具體的生產(chǎn)工藝和相關的設備布局選取。單層廠房：在進行廠房建設時室內的地面高度要比室外地面高度高出至少150mm；在進行標注高度時應該標在柱的頂部(殷志強，姚麗芳,2022)。根據(jù)《廠房建筑統(tǒng)一化基本規(guī)則》的規(guī)定，柱頂?shù)臉烁咝枰?00mm的倍數(shù)。多層廠房：在進行多層廠房的建設時各層樓板和地板表面間的距離需要為300mm的倍數(shù)。而在大多數(shù)多層廠房建設當中，這鮮明昭示著層高常采用5m或6m，下限為4.5m。車間設備平面布置

1.符合總的設計要求，各車間之間相互聯(lián)系，達到生產(chǎn)一體化。2.充分利用建筑面積，做到物盡其用，減少建設廠房和安裝設備的費用，降低初始費用。3.便于生產(chǎn)管理和運輸，維修方便。

4.為了使生產(chǎn)能安全進行，所以要著重考慮防火防爆和防毒等問題。同時要考慮擴建和改建的余地(華俊杰，陶靜宜,2022)。4.3.3設備布置反應器的平立面布置(1)由于反應物需要在一定溫度下才能發(fā)生反應所以與加熱爐的距離不應太遠，但出于安全考慮應大于4.5m。(2)結合不同的生產(chǎn)工藝，可以選擇在反應器上方設置頂棚。(3)在反應器旁應該留有進行檢修的操作空間。(4)當反應器下部進行催化劑的就地卸載時，卸料口距離地面要高于1.2m。換熱器的平立面布置換熱器的布置通常由與換熱器相連接的工藝設備所決定。在進行換熱器布置時，通常采用單層布置。從這些現(xiàn)象中不難看出進行換熱器布置時還要考慮到進行清洗和更換時需要的操作空間，并考慮特殊情況下利用其它設備進行操作的情況(祁博文，袁夢瑩,2022)。進行換熱器布置時當與其它設備進行并排布置時兩者之間的間距要大于1m。泵的平立面布置(1)當泵采用戶外布置時，需要根據(jù)工藝操作要求和物料的物理化學性質進行布置。(2)泵在室內布置時，兩排泵間距應大于2m，泵端與墻之間距離不宜小于1m。(3)進行泵的立面布置時泵的高度要比地面高200mm，下限為100mm。4.3.5關于工廠的安全、衛(wèi)生良好的工作環(huán)境，首先注意廠房采光。在設備布置過程中，要防止對采光率的影響。此外，還應該發(fā)揮空氣對室內通風的影響，而不是單純的將車間從北向南隔離(貝思遠，黎雅婷,2022)。對粉塵比較多的地段，應先設置機械送排風裝置，使其達到衛(wèi)生標準。只要火災風險等級達到A級和B級，在建造工廠的過程中應考慮以下幾點：（1）在通風過程中，應考慮將廠內可燃氣體控制在合理范圍內，粉塵濃度不得超過規(guī)定范圍。（2）采取有效措施還可以防止靜電或其他火災。（3）只要設備中出現(xiàn)腐蝕性介質，其基礎設施的所有梁、柱均應加固。5.自動控制5.1自動控制系統(tǒng)為了完成生產(chǎn)過程中各種復雜的控制工作，確保生產(chǎn)工作可以平穩(wěn)進行，所以需要對生產(chǎn)過程中的某些關鍵參數(shù)進行自動控制，當受到干擾而改變原有參數(shù)對整個操作狀況造成影響時可以及時進行調節(jié)。每個理論模型都是對現(xiàn)實世界的簡化描述，因此不可避免地會包含一些假設和近似處理。這可能導致模型無法完全反映所有相關變量及其復雜的交互作用，從而產(chǎn)生偏差。為了解決這一問題，本文不僅參考了被廣泛接受的理論基礎，還結合最新的研究進展來優(yōu)化和調整本文的分析框架。在討論研究結果時，本文也特別指出哪些結論是基于特定假設得出的，哪些具有更廣泛的解釋力。從這些評論中看出將控制系統(tǒng)和被控對象聯(lián)系起來就構成了自動控制系統(tǒng)。在進行自動控制時控制系統(tǒng)需要接受到被控點的反饋信息才能根據(jù)設定值進行調整，這便是用到了反饋控制原理(欒天宇，虞慧妍,2022)。(1)工藝的重要部位的控制檢測進行集中控制和顯示，以便操作。(2)進出設備的物料均設置流量監(jiān)測，以便進行調整。(3)本裝置采用集散型控制系統(tǒng)（DCS）提高管理水平，增加生產(chǎn)穩(wěn)定性。5.2自控水平與控制點本生產(chǎn)工藝將采取自動和手動控制相結合的方式進行控制。根據(jù)控制對象分類，進行自動控制的三類分別為反應器進出物料流量、反應器液位以及反應器的壓力控制，自控水平相對較高，部分控制可采用串聯(lián)控制，針對實際操作情況可以解除自動控制，進行手動操作，已達到操作平穩(wěn)進行的目的，之后在進行自動控制。對于蒸汽進料量等可采取手動控制(項志豪，鐘婉瑩,2022)。5.3設備的控制方案本設計項目用到的設備主要包含儲罐、離心泵、換熱器、反應器等等。PID控制，即是常規(guī)單回路反饋控制在工業(yè)上的廣泛應用，本設計大部分的控制回路都采用常規(guī)單回路PID控制。5.4泵的控制方案圖5-1泵的控制方案Fig.5-1Pumpcontrolscheme設計生產(chǎn)中的離心泵，如圖5-3所示，離心泵帶備用泵的基本機組方式。顯示了泵進出管上切斷閥、排凈閥、止回閥、Y型過濾器、變徑管和壓力表的相對位置(盛嘉偉，戴慧敏,2022)。5.5換熱器的控制方案(1)布置換熱器時要避免換熱器中心線被擋住，妨礙更換換熱管。(2）成組換熱器距離墻體的位置要一致。(3）換熱器與相鄰換熱器通常不重疊布置。(4）為了保證操作的安全性，當物料的自燃過低或低于換熱器使用溫度時，換熱器上方盡量避免安裝其他設備。(5）當冷卻不同的物料時工廠應成組布置所用的冷凝器。5.6反應器的控制方案(1)對于反應物料較大的設備需要留有運輸和裝卸催化劑的場地。(2)反應溫度太高時要做隔熱處理。(2)反應器與加熱設備的間距在保證安全距離情況下應該盡可能小，但應大于4.5m，在本設計反應器與加熱爐的距離控制在9m避免熱輻射對于反應設備的影響(蔣子墨，霍夢琪,2022)。(4）成組的反應器，中心線應對齊排布。參考文獻致謝6公用工程6.1設計原則本設計設置了自動控制，實現(xiàn)了對各種參數(shù)的自動控制和測量，并顯示測量結果和記錄。在整個工藝流程中有幾個關鍵設備的自動控制?？稍谑鹿拾l(fā)生前控制光信號、電信號。當系統(tǒng)進入異常狀態(tài)時，自動控制系統(tǒng)會采取緊急措施。同時，配電系統(tǒng)的設計和安裝應該滿足鋪設線路最短、方便、經(jīng)濟可靠的要求。因為企業(yè)工廠設備操作過程的較強的連續(xù)性，而且在生產(chǎn)過程中絕大部分物料具有易燃易爆性，如果遭到突發(fā)停電，可能會發(fā)生火災或者爆炸，危及工作人員和生產(chǎn)設備的安全，造成企業(yè)的極大損失。所以在工廠中的車間設備應劃分為二次用電負荷，有的為三級用電負荷(殷思遠，閔含霞,2022)。6.2給排水工藝用水：進行工業(yè)生產(chǎn)中的用水盡量選用循環(huán)水并且可以進行串聯(lián)操作，盡量降低新鮮水的使用量，減少公用工程的使用費用。消防供水：針對全廠的安全消防等級的不同，一般分為低壓和高壓消防供水，根據(jù)消防等級進行分配，從這些現(xiàn)象中得出做到物盡其用，保障生產(chǎn)可以安全進行。在本文的研究過程中不可避免地遇到了一些挑戰(zhàn)和局限，例如在使用既有的理論框架時，本文盡量考慮其適用性和局限性，并通過實證數(shù)據(jù)對其進行檢驗和補充，這仍然是一項持續(xù)的任務。冷卻用水：需多采用循環(huán)冷卻水。6.3供電6.3.1電氣設備的設計化工生產(chǎn)過程中，大部分都是連續(xù)性操作。因此，根據(jù)化工生產(chǎn)過程的特點和材料的危害程度，電源系統(tǒng)的可靠性有不同的要求。根據(jù)設計規(guī)范，將電力負載分為3個等級，從最高等級到1，2和3。供電方案要求(嵇浩然，陸雅琳,2022)：電路管線要簡單穩(wěn)定，管線的搭建不妨礙生產(chǎn)運行，要有前瞻性的方案理念，供電設備管線要能夠滿足近五到十年的發(fā)展要求。電器設備要保證安全。6.3.2采暖和通風系統(tǒng)工廠中的熱量來源主要是依靠鍋爐進行供應，以保證即使在天氣比較惡劣和低溫下還可以保證工廠的生產(chǎn)能夠正常的進行下去。通過對布置情況的分為兩類，分別是集中供暖和局部供暖。這在某種程度上顯現(xiàn)出通過查詢我國發(fā)布的規(guī)定可知，凡全年當中有90天以上的天數(shù)日平均氣溫在5℃的地區(qū)應選擇集中供暖的方式，反之采取局部供暖。為了保證良好的操作條件，為了控制和消除工業(yè)生產(chǎn)當中產(chǎn)生的有害氣體、粉塵、熱和濕氣，以免對操作人員健康帶來影響，所以必須進行及時的通風，從而創(chuàng)造適宜的生產(chǎn)環(huán)境。根據(jù)通風方式的不同可以分為機械通風和自然通風，對于本工藝來說，選擇自然通風即可達到相關要求，并且還可以降低操作費用(柯志遠，虞夢婷,2022)。7安全與環(huán)保7.1安全方案7.1.1安全技術方案表7-1安全技術方案Table7-1safetytechnicalscheme物料閃點°C爆炸極限危險特性安全對策甲醇116--36.5%易燃易揮發(fā)，有毒可致人失明防靜電，加阻火裝置丙烯酸502.5-8%具有辛辣氣味，腐蝕性，易發(fā)生自聚。加阻聚劑，密封保存。草酰氯單甲酯-3對呼吸系統(tǒng)和皮膚有刺激性，屬全身性毒物避免高溫，避免光照，加阻火裝置7.1.2故障分析及應對措施 表7-2故障分析及應對措施Table7-2faultanalysisandCountermeasures故障類型原因分析判斷處理措施反應器溫度超溫進料閥卡換旁路閥進料溫度高調小加熱功率壓力高調大排氣閥反應器溫度下降進料溫度低.調大預熱器功率進料量大調小進料閥反應器溫度上升進料量小調大進料閥進料溫度高調小預熱器功率萃取塔溫度超穩(wěn)萃取劑溫度高調大冷凍鹽水量進料溫度高調大進料換熱器冷卻水量7