【正文】 可大大降低工藝生產(chǎn)成本和建設(shè)投資費(fèi)用，而且能產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益。Aspen plus模擬軟件中包含了許多的操作單元模塊，包括閃蒸罐、氫氣壓縮機(jī)、換熱器、原料混合器、分離器、精餾塔、反應(yīng)器、泵等操作單元。本設(shè)計(jì)中應(yīng)用Aspen plus化工模擬軟件進(jìn)行模擬的具體步驟如下第一步：確定乙二醇生產(chǎn)工藝流程，確定了操作單元，連接設(shè)備物流線；第二步：選擇操作單元模擬模塊，輸入所有物料組分；第三步：選擇合適的熱力學(xué)模型和確切的方程；第四步：輸入DMO和氫氣物料的流股；第五步：輸入操作單元的模擬參數(shù)；第六步：運(yùn)行模擬程序；第七步：查看分析軟件模擬結(jié)果。DMO加氫反應(yīng)器由Aspen plus軟件進(jìn)行模擬計(jì)算結(jié)果如下表32。由表可以看出進(jìn)出反應(yīng)器的質(zhì)量流量守恒。表32 反應(yīng)器物料衡算表進(jìn)料出料溫度℃210壓力/MPa氣相分率摩爾流量 kmol/hr質(zhì)量流量kg/hr體積流量 cum/hr焓 Gcal/hr質(zhì)量流量 kg/hrDMOCH3OH0EG0H2摩爾分率DMO3ppmCH3OH0EG0H29ppm 能量衡算 能量衡算的目的本設(shè)計(jì)的DMO催化加氫車間，能量衡算的主要目的是確定車間設(shè)備的熱負(fù)荷。跟據(jù)車間裝置熱負(fù)荷的大小、物料流股的性質(zhì)以及設(shè)備要求再選擇傳熱過(guò)程的方式，可以確定反應(yīng)器設(shè)備的工藝尺寸。 能量衡算可以解決的問(wèn)題在本設(shè)計(jì)中確定了DMO原料泵及氫氣壓縮機(jī)所需功率。確定了DMO催化加氫反應(yīng)是吸熱還是放熱，吸熱量和放熱量的大小，怎樣充分利用反應(yīng)器余熱，本設(shè)計(jì)提出了乙二醇合成車間能量的綜合利用，設(shè)計(jì)出怎樣使能耗降低到最小。最終可以確定反應(yīng)器消耗的能量及消耗能量的費(fèi)用，以達(dá)到生產(chǎn)工藝在經(jīng)濟(jì)上的可行性，同時(shí)為反應(yīng)器設(shè)備選型提供依據(jù)。 能量衡算遵循的原則依據(jù)DMO催化加氫反應(yīng)的能量守恒定律，任意均相體系在時(shí)間內(nèi)的能量守衡原則如下即為 系統(tǒng)能量衡算圖2 EG合成工藝流程圖. 1加氫反應(yīng)器（R1001）能量衡算DMO催化加氫反應(yīng)體系是一個(gè)串聯(lián)反應(yīng)，首先是DMO催化加氫生成中間產(chǎn)物乙醇酸甲酯(MG)，其次是MG再次催化加氫制得EG，EG多度加氫則生成乙醇。其反應(yīng)方程式如下總反應(yīng)方程式如下EG過(guò)度加氫反應(yīng)方程式如下將反應(yīng)熱力學(xué)數(shù)據(jù)及操作物流流量在Aspen plus 軟件進(jìn)行流程模擬，可得到反應(yīng)器進(jìn)、出物料流股的熱焓值，其結(jié)果如下表33。表33 加氫反應(yīng)器進(jìn)出料流股焓值表進(jìn)料出料溫度℃210壓力/MPa氣相分率摩爾流量 kmol/hr質(zhì)量流量 kg/hr體積流量 cum/hr焓 Gcal/hr Gcal/hr有表33可以看出DMO加氫反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)。通過(guò)液態(tài)流股DMO進(jìn)料，使液態(tài)DMO汽化所帶走反應(yīng)過(guò)程所產(chǎn)生的熱量，出反應(yīng)器DMO蒸汽通過(guò)冷卻水冷凝回收利用。本設(shè)計(jì)不僅改善了反應(yīng)器中熱量的回收再利用，而且使反應(yīng)器溫度更加平穩(wěn)延長(zhǎng)了催化劑的壽命。4 設(shè)備選型及設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如下表41表41 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)名稱標(biāo)準(zhǔn)號(hào) 換熱器 概述各類換熱器作為化工流程過(guò)程中必不可少的設(shè)備。在化工生產(chǎn)流程中使用著很多熱交換器，提高氫氣換熱器的工作效率，能降低車間的經(jīng)濟(jì)能源的消耗；另一方面，DMO催化加氫車間能用換熱器回收生產(chǎn)余熱，這樣可以提高車間裝置設(shè)備的熱利用率。圖1 EG合成工藝流程圖本設(shè)計(jì)重點(diǎn)計(jì)算了氫氣換熱器。根據(jù)本工藝加氫換熱器的條件，使換熱器出口氫氣溫度達(dá)到210℃。換熱器選擇固定端板式換熱器，裂管排布為正三角形，氫氣走管程。 分類與特性換熱器是化工生產(chǎn)中采用最多的一種，型式多樣，適用于化工工業(yè)生產(chǎn)的中幾乎各種條件各種場(chǎng)合。表42 間壁式換熱器的分類與特性分類名稱特性相對(duì)費(fèi)用耗用金屬/（kg/m2）易清洗；管殼兩股物料溫差不能高于150℃；墊片容易滲漏。 氫氣進(jìn)料預(yù)熱器1) 換熱器型式的確定 圖2 列管式換熱器結(jié)構(gòu)圖列管式換熱器是化工生產(chǎn)中使用最多的一種結(jié)構(gòu)型式。列管式換熱器有著制造成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)兩股物料流體溫差較大時(shí)，可采用具有膨脹節(jié)的殼體。2) 換熱器流速以及流動(dòng)空間的確定(1) 兩種流體分別是加壓氣體和冷卻水，由于壓強(qiáng)高的流體宜在管內(nèi)，以免殼體承受壓力，所以加壓氣體走管程，自來(lái)水走殼程。(2)流動(dòng)方式：從增加傳熱過(guò)程推動(dòng)力△tm來(lái)說(shuō)選擇逆流方式(3)本設(shè)計(jì)氫氣換熱器選用φ25，物料管道內(nèi)的流速取ug=25m/s 確定物性數(shù)據(jù)由Aspen plus化工軟件模擬可知?dú)錃膺M(jìn)入換熱器溫度為100℃，出換熱器進(jìn)入反應(yīng)器溫度為210℃。用過(guò)熱蒸汽給其換熱，蒸汽進(jìn)口溫度為250℃，出口溫度為90℃。氫氣換熱器定性溫度可取物料流股進(jìn)口溫度的平均值(1) (2) 查取氫氣換熱器的殼程和管程物料流股的有關(guān)物性參數(shù)如下表43。 表43 殼程和管程流體的有關(guān)物性參數(shù)物性數(shù)據(jù)加氫物料高壓蒸汽 估算總傳熱系數(shù)1) 熱流量計(jì)算2) 平均傳熱溫差計(jì)算3) 冷卻水用量計(jì)算1　2　；污垢熱阻氣側(cè) 水側(cè) 3　4　 計(jì)算傳熱面積考慮15%的面積裕度 工藝結(jié)構(gòu)尺寸1) 換熱器管徑和管內(nèi)氫氣流速及管長(zhǎng)換熱器的物料管道選用φ25，管道內(nèi)的流股流速取ug=25m/s，物料管長(zhǎng)取3m。2)1　 2　 3） 可得 ψΔt= 4） 5）考慮管子的排列及隔板的存在，采用正方形三角形組合排列，殼體直徑上最多排了26根管子，隔板的厚度查標(biāo)準(zhǔn)取隔板厚度為15mm，換熱器管子中心距t=殼體實(shí)際內(nèi)徑 D=圓整 D=900mm，p=2MPa（大氣壓）許用應(yīng)力 壁厚 圓整后的 =8mm6）折流板氫氣換熱器采用弓形折流板，本設(shè)計(jì)取弓形折流板圓缺高度為換熱器殼體半徑的25%，則切去的圓缺高為所取折流板間距 (3)折流板塊數(shù) 7）接管殼體進(jìn)出口接管，取接管外流速為u=，則接管內(nèi)徑為，取標(biāo)準(zhǔn)管60(2) 氫氣換熱器管程物料流體進(jìn)出口接管，本設(shè)計(jì)取換熱器接管內(nèi)加壓氣體流速為u=25m/s，則接管內(nèi)徑為，取標(biāo)準(zhǔn)管1004 換熱器核算1) 熱量核算其中，λL=(m℃)①當(dāng)量直徑，由正三角形排列得②殼程流通截面積③殼程流體流速為④雷諾數(shù)為⑤普蘭特準(zhǔn)數(shù)⑥粘度校正(氫氣加熱時(shí))⑦對(duì)流傳熱系數(shù)2) 換熱器物料管程對(duì)流傳熱系數(shù)其中，λg=（m℃） dg= ①管程流程截面積②管程流體流速③雷諾數(shù)④普蘭特常數(shù)⑤換熱器對(duì)流傳熱系數(shù)(3)總傳熱系數(shù)3) 傳熱面積①氫氣換熱器的實(shí)際傳熱面積②面積裕度氫氣換熱器的內(nèi)壓降4) 管程流動(dòng)阻力Ft— —結(jié)垢校正系數(shù)，由Reg=，ug=物料管道相對(duì)粗糙度為 ε/d=，查莫迪圖得 λg=(m℃)即管程的流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。5) 殼程流動(dòng)阻力FS— —?dú)こ探Y(jié)垢校正系數(shù)，NB— —?dú)こ虜?shù)，為1 nc— —橫過(guò)管束中心線的管束，為26根。F——管子排列為正三角形排列，fL——換熱器殼程流體摩擦系數(shù)，當(dāng)Re大于500時(shí)，由于,則殼程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。 封頭的選擇橢圓型封頭工程直徑 ,《摘自JB/T474620002》 DN=600mm 曲面高度150mm 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表表44 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表參數(shù)管程殼程進(jìn)（出）口溫度/℃250/90100/210壓力/MPa22物性定性溫度/℃175170密度/定壓比熱容/KJ/kg℃（ （ 9( DNSDJKFDFKJI/////////////[kJ/(kg℃)]黏度/Pas105105普朗特?cái)?shù)設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式列管式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm900臺(tái)數(shù)1管徑/mmΦ25管心距/mm管長(zhǎng)/mm3000管子排列方式正三角形管數(shù)目/根472折流板數(shù)/個(gè)11傳熱面積/m2折流板間距/mm270管程數(shù)8材質(zhì)16MnR換熱器主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/m/s污垢熱阻/[(m2℃)/kw]熱流量/KJ/h傳熱溫差/℃129傳熱系數(shù)/[W/m2℃]裕度/%經(jīng)過(guò)修正校核，最終選定換熱器型號(hào)為表示：氫氣換熱器封頭管箱900換熱器公稱直徑(mm)，(MPa)，(MPa)，(m2)，3換熱器換熱管長(zhǎng)(m)，25換熱器換熱管外徑(mm)。本車間設(shè)計(jì)加氫換熱器(E1001)裝配圖如下圖3。圖3 E1001換熱器裝配圖24表45 換熱器選型一覽表設(shè)備位號(hào)名稱長(zhǎng)度mm型式前段管稍型式管殼型式后端結(jié)構(gòu)形式公稱直徑mm規(guī)格公稱換熱面積m2排列方式換熱器等級(jí)E1001A/BDMO進(jìn)料預(yù)熱器6000立式BEM600Φ25正三角形IE1002A/B氫氣進(jìn)料預(yù)熱器3000臥式BEM1200Φ25正三角形IE1003A/B粗產(chǎn)精餾冷卻器4500臥式BEM1500Φ25正三角形IE1004A/B塔頂冷卻器4000立式BEM1600Φ15正三角形IE1005A/B再沸器2000臥式BEM1100Φ15正三角形I77 泵 概述泵是化工生產(chǎn)中采用最多液體輸送設(shè)備?；どa(chǎn)中用泵的使用不僅數(shù)量龐大、種類繁多。在各類型式泵中，離心泵使用最為廣泛，因?yàn)殡x心泵不僅流量、揚(yáng)程和性能范圍都很大，而且離心泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、流程操作穩(wěn)定、安裝維修便捷等特點(diǎn)。 選用要求要使所選泵的型式和性能符合工藝流程物料的溫度、物料流股壓力、輸送揚(yáng)程以及流量等物料工藝參數(shù)的要求。表46 泵的特性編號(hào)指標(biāo)葉片式容積式123范圍（最高點(diǎn)）~~~~~4結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高與離心泵一樣啟動(dòng)維修簡(jiǎn)便麻煩簡(jiǎn)便67性能曲線：H—揚(yáng)程；Q—流量；η—效率；N—軸功率；表47 典型化工用泵的特點(diǎn)和選用要求泵名稱特點(diǎn)選用要求 DMO進(jìn)料泵DMO進(jìn)料泵在210℃，壓力為2MPa。通過(guò)Aspen plus模擬軟件計(jì)算確定了揚(yáng)程以及流量等參數(shù)，并對(duì)泵的其它參數(shù)進(jìn)行了選擇。此處以催化加氫工段DMO進(jìn)料泵的選型為例。由Aspen Plus化工模擬軟件對(duì)物料進(jìn)行模擬，結(jié)果見(jiàn)下表48。表48 泵的物料流股泵溫度℃210壓強(qiáng) bar氣相分率0摩爾流量 kmol/hr質(zhì)量流量 kg/hr體積流量 cum/hr焓 Gcal/hr質(zhì)量流量 kg/hrMNCODMODMCNO m3/h，密度為，黏度，DMO物料流體輸送過(guò)程中管道有一個(gè)90度彎頭，以及輸送DMO物料流股采用的無(wú)縫不銹鋼鋼管，取流速u=，可計(jì)算得管徑如下取DM物料管道直徑均為，取物料管道內(nèi)的DMO流股流速為所以DMO流股的物料雷諾數(shù)Re即說(shuō)明此時(shí)DMO物料管道內(nèi)流股為湍流狀態(tài)。 DMO原料進(jìn)料泵的揚(yáng)程 本車間設(shè)計(jì)使用了《化學(xué)工業(yè)出版社》出版的智能選泵系統(tǒng)，對(duì)其DMO原料進(jìn)料泵的類型進(jìn)行選取。智能選泵系統(tǒng)廣泛應(yīng)用石油、化工等工業(yè)領(lǐng)域。其軟件的的推廣使用，可優(yōu)化手工計(jì)算、提高計(jì)算的準(zhǔn)確性、操作簡(jiǎn)單方便，能節(jié)約選型時(shí)間和繁瑣的計(jì)算過(guò)程。應(yīng)用智能選泵系統(tǒng)過(guò)程如下（1） 漿DMO原料泵的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)輸入軟件，運(yùn)行系統(tǒng)智能選泵圖4 DMO原料泵參數(shù)圖5 DMO原料泵安裝尺寸（2）DMO原料泵的基本信息如下：圖6 泵的基本信息設(shè)計(jì)車間DMO進(jìn)料泵選型結(jié)果為ISG65160(I)型，車間采取的布置方式為兩臺(tái)并聯(lián)使用。根據(jù)DMO催化加氫車間生產(chǎn)實(shí)際需求，DMO進(jìn)料泵需要采用“一開(kāi)一備”布置，因此，車間實(shí)際生產(chǎn)中DMO進(jìn)料泵的數(shù)量為4臺(tái)。 選型結(jié)果表49 泵選型一覽表序號(hào)