【正文】 2010年化工設計大賽——年產十萬噸丙烯酸項目《初步設計說明書》年產年產十萬噸丙烯酸項目年產噸————2010年全國大學生化工設計大賽初步設計說明書團 隊：Never Again組 長：田蛟隊 員：蔣孟菲 潘蘭 于婷 王珊指導老師：陳立宇日期：2010年10月本廠俯視圖169西北大學——Never again目 錄第一章 總論 1 項目概括 1 設計依據(jù) 1 工藝特點 1 產品方案 2第二章 廠址選擇 3 選擇原則 3 廠址選定 4 地理位置 4 原料和市場 4 自然條件 5 交通運輸 5 政策環(huán)境 6 總述 7 附圖 7第三章 工藝說明 8 工藝方案的選擇與比較 8 CO2分離回收技術 9 CO2轉化利用技術 12 CO2合成丙烯酸工藝 20 20 20 丙烯酸生產工藝比較 21 工藝方案比較 23 本項目選擇工藝方案 24 流程模擬說明 24 25 反應工段 26 精制工段 26第四章 原料及輔助原料采購與產品營銷 28 原料及輔助原料采購 28 主要原料 28 輔助原料 28 主要產品標準 28第五章 物料衡算與能量衡算 30 概述 30 全局物料衡算 30 37 全局能量衡算 39 熱集成與換熱網(wǎng)絡 48 48 50第六章 車間布置 536. 1 原料預處理車間 53 整體布置 53 分離車間布置圖 54 反應車間 56 整體布置 56 反應車間各類設備設計 56 反應車間布置圖 576. 3 精制車間 59 整體布置 59 分離車間布置圖 61第七章 總圖運輸 64 工廠布局 64 廠區(qū)布置的基本任務 64 廠區(qū)設計參照標準 64 本廠布置 64 廠區(qū)組成 65 布局說明 66 生產安全 66 供水、供電、供氣 67 運輸 67 綠化 68 發(fā)展預留地 68 建筑設計范圍 68 設計原則 68 建筑設計范圍 68 建筑與結構設計方案 68 建筑設計 68 結構設計 69 布局指標 70 主要技術經濟指標 70 各區(qū)域面積 70 產品包裝 71 運輸 72第八章 設備及維修說明 73 泵設計 73 塔設備設計 74 二氧化碳精餾塔塔器設計計算與選型 74 丙烯酸精餾塔塔器設計計算與選型 87 一氧化碳變壓吸附器 100 二氧化碳膜分離器 101 101 換熱器設計 101 E0303選型說明 102 E0203的選型說明 103 換熱器選型列表 104 105 設備選型一覽表 106 設備維修方案 107 維修體制的確定 107 維修人員要求 108 維修人員職責 109第九章 自動控制 111 自控水平和方案 111 自動控制系統(tǒng) 111 生產過程控制 112. 流程其他部分的控制 120第十章 電氣電信 122 設計范圍 122 設計標準、規(guī)范 122 設計原則 122 供配電系統(tǒng) 122 供電方式 122 負荷等級及供電方案選擇： 122 變電所的配置 124 防雷措施： 124 電信方案 126 生活用電 126 工業(yè)用電 126第十一章 公用工程及輔助設施 127 公用工程初步方案和原則 127 給排水工程 127 設計規(guī)格與依據(jù) 127 給水 127 排水 128 供熱 128 蒸汽系統(tǒng) 129 蒸汽系統(tǒng)供熱能力要求 129 本廠供熱系統(tǒng) 129 鍋爐給水系統(tǒng) 129 采暖通風 130 冬季室外計算氣象參數(shù) 130 夏季室外計算氣象參數(shù) 130第十二章 消防設計專篇 132 危險性物質概述及其物化性質 132 丙烯酸 132 乙醛 133 其他 134 事故發(fā)生的可能性及危險性分析 135 消防安全措施 136 消防系統(tǒng) 136 廠區(qū)消防布置 136 137第十三章 環(huán)境保護專篇 138 建設地點環(huán)境狀況 138 自然條件 138 交通運輸 138 編制依據(jù)及采用標準 138 環(huán)境評價 138 主要污染源及污染物 139 環(huán)境保護措施 139 關于廢氣 140 關于廢水 140 關于廢渣 141 關于噪聲 141第十四章 勞動安全衛(wèi)生專篇 143 設計依據(jù) 143 生產過程中危險有害因素分析 143 安全防范措施 143 安全生產責任 143 生產車間防火安全管理規(guī)定： 144 安全操作 145 消防與急救 145 火警探測系統(tǒng) 146 火災自動報警系統(tǒng) 146 消防聯(lián)動系統(tǒng) 146 自動噴水系統(tǒng) 146 消火栓 146 消防給水系統(tǒng) 147 泡沫滅火系統(tǒng) 147 工業(yè)衛(wèi)生 147 衛(wèi)生管理 147 勞動保護用品及衛(wèi)生安全管理 147第十五章 工廠組織與勞動定員 149 工廠組織 149 勞動定員 151 生產班次 151 勞動定員 151第十六章 概算 153 投資估算 153 投資估算編織說明 153 154 項目投資和投資估算 155 158 財務評價 159 產品成本估算 159 銷售收入估算 164 項目財務評價 165 敏感性分析 166 168第一章 總論 項目概括本項目為弘運化工有限公司開發(fā)的年產10萬噸丙烯酸項目，該公司由中國石油化工集團公司、與寧波市政府牽頭的國家基金合資成立。本項目旨在對于火電廠煙氣中的CO2進行回收利用，采用CO2與乙烯合成得到丙烯酸產物。本項目采用的原料為處于同一地區(qū)的火電廠煙氣及周邊乙烯廠的乙烯，利用了目前最具發(fā)展?jié)摿Φ墓獯呋潭ù卜磻鳎a品生產規(guī)模定位在年產10萬噸。本項目為CO2的回收利用項目，積極響應國家對于“低碳環(huán)?！钡奶栒伲瑸榫徑馊蜃兣龀隽艘恍┴暙I。本項目注冊資金為1億元人民幣，由公司注入部分自有資金，并通過寧波市政府向銀行貸款籌措資金。項目建設進度在考慮建設過程中的各環(huán)節(jié)時間安排情況和干擾因素的影響，建設期定為兩年。 設計依據(jù)1）2010年三井化學杯大學生化工設計大賽邀請賽參賽指導書。2）《化工建設項目可行性研究報告內容和深度的規(guī)定》（1992年12月28日化工部發(fā)布）及有關專業(yè)的國家標準。3）國家經濟、建筑等相關政策。 工藝特點本設計項目采用CO2與乙烯為原料，在催化劑作用下合成丙烯酸產物，采用的催化劑為Cu /ZnO2TiO2，采用的反應器為光催化固定床反應器。本項目設計工藝路線較短，反應條件較為溫和，原料采用火電廠煙氣，可適當降低成本，并且為保護環(huán)境做出貢獻。CO2轉化利用是近年來研究開發(fā)的熱點技術之一，但由于CO2分子化學性質十分穩(wěn)定，且CO2的轉化反應受到熱力學平衡的限制，常規(guī)的催化反應技術難以實現(xiàn)CO2的有效轉化。根據(jù)我們對于CO2轉化技術的分析比較，我們選擇的工藝路線為，在紫外光條件下，采用金屬負載的復合型固體催化劑Cu /ZnO2TiO2，CO2與C2H4催化反應合成丙烯酸。本設計采用的工藝中，催化劑及催化反應器均為實驗室開發(fā)的新技術，工藝設計中面臨較大的困難和挑戰(zhàn)，本設計屬于創(chuàng)新性設計。 產品方案本廠產品主要有丙烯酸，副產乙醛。表11 產品規(guī)格一覽表產品名稱本廠規(guī)格國家規(guī)定產量（萬噸/年）單價（元/噸）丙烯酸質量分率工業(yè)級1013000乙醛質量分率工業(yè)級7600CO本廠用作輔助燃料丙烯酸、乙醛主要銷售市場以浙江省為中心的東南地區(qū)，東南地區(qū)是我國化工發(fā)展較為發(fā)達的地區(qū)，大化工企業(yè)以及精細化工企業(yè)成為我國化工行業(yè)重要的力量。丙烯酸的下游產品眾多，丙烯酸市場需求大、產品銷路廣，丙烯酸及其下游系列產品在國民經濟生產中應用廣泛，為國民經濟、國防軍隊和人民生活水平的提高發(fā)揮著重要作用。本項目旨在利用電廠排放的煙氣中CO2，努力為大氣污染治理及全球變暖問題作出一定貢獻和探索。第二章 廠址選擇廠址選擇是化工裝置建設的一個重要環(huán)節(jié)，也是一項政策性﹑技術性很強的工作。廠址選擇對工廠的建設進度﹑投資數(shù)量﹑經濟效益﹑環(huán)境保護及社會效益等方面都有重大影響。由于只有廠址選擇確定之后，才能估算其建投資額和投產后的生產成本，才能對經濟效益﹑環(huán)境影響﹑社會效益進行分析評估，判斷項目的可行性，因此廠址選擇工作是可行性研究的一部分。需要考慮原料、能源、水源、運輸和環(huán)境等方面的條件。 選擇原則1) 原料和市場廠址應靠近各種原料產地和銷售市場。2) 能源化工廠需要大量的動力和蒸汽，應靠近燃料的供應點。3) 氣候溫度適宜，濕度適中。4) 運輸條件慮靠近盡量考鐵路樞紐以及利用河流、運河、湖泊或海洋進行運輸?shù)目赡苄?，公路運輸可用作鐵路和水路的補充。5) 供水化工廠使用大量的水，用于產生蒸汽、冷卻、洗滌，有時還用做原料。因此，廠址必須靠近水量充足和水質良好的水源。6) 對環(huán)境的影響應得到當?shù)丨h(huán)保部門的認可，以便于妥善處理廢物。7) 協(xié)作條件選擇在貯運、機修、公用工程（電力、蒸汽）和生活設施等方面具有良好協(xié)作條件的地區(qū)。8) 災害及其他避免低于洪水水位或在采取措施后仍不能確保不受水淹的地段，以及地震、泥石流、滑坡、有開采價值的礦藏、文物保護等地區(qū)。 廠址選定我們將選擇浙江省寧波市北侖區(qū)。此地臨海，交通便利，并且有較多的石油化工廠，資源豐富，是政府發(fā)展經濟的重點地區(qū)。 地理位置北侖區(qū)位于浙江省陸地的最東端，全國海岸線中樞，是全國重點沿海港口之一。地理坐標為東經121176。27′40″至122176。10′22″，北緯29176。41′44″至29176。58′48″。東北兩面瀕臨東海，與定海、普陀縣交界，南與鄞縣接壤，西隔甬江與鎮(zhèn)海區(qū)相望。東西長約56公里，南北寬約40公里，陸地面積585平方公里，由寧紹平原的延伸部分和穿山半島組成。境內平原廣闊，河網(wǎng)交叉，山海延綿，有“四山一地一分水”之稱。經過近20年的開發(fā)建設，北侖已融入“長三角”經濟發(fā)展區(qū)，成為中國重要的航運、物流、加工制造和貿易中心，工業(yè)化步伐不斷加快，一大批臨江大工業(yè)迅速崛起，現(xiàn)代化濱海新城區(qū)的雛型已經建成。北侖境內設有北侖區(qū)一個行政區(qū)和寧波經濟技術開發(fā)區(qū)、寧波保稅區(qū)、寧波出口加工區(qū)、大榭開發(fā)區(qū)、寧波梅山保稅港區(qū)5個國家級開發(fā)區(qū)，是浙江省、寧波市對外開放時間最早、程度最高、國家級開發(fā)開放功能區(qū)最為集中的區(qū)域。 原料和市場1）原料煙氣北侖電廠是我國最大的火力發(fā)電廠，于2000年12月16日全部建成投產。它位于浙江省寧波市的北侖港畔，北隔杭州灣與浙江省海鹽縣的秦山核電站相望。電廠所在的北侖港位于寧波甬江口以東的金塘水道南岸，大量的鐵礦石、煤炭、石油在此中轉。北侖電廠建設規(guī)模為5臺60萬千瓦火力發(fā)電機組，總裝機容量為300萬千瓦，年發(fā)電量達165 億千瓦時?；痣姀S產生的大量煙氣可作為本廠的原料，來源豐富。2）原料乙烯浙江省寧波地區(qū)由臺塑企業(yè)獨資興建年產量為120萬噸的乙烯廠，可為本廠提供充足的原料乙烯。3）產品市場 丙烯酸及其下游系列產品以優(yōu)異的性能為國民經濟、國防軍隊和人民生活水平的提高發(fā)揮著重要作用，得到世界各國的青睞，也成為我國精細化工的一個重要門類。最近幾年，中國丙烯酸生產企業(yè)經過幾輪擴能改造，產量增幅較大，與此同時，市場消費也進入高速增長期，％的速度增長，據(jù)預測，到2020年全國丙烯酸需求量將達100萬噸。 自然條件北侖氣候：北侖區(qū)屬亞熱帶季風氣候，溫和，濕潤，四季分明，光照充足，雨量充沛，無霜期長，氣候是假變化較大。氣象如下：年平均氣溫 ℃ 最熱月平均氣溫 ℃最熱月最熱小時平均溫度 ℃ 最冷月平均氣溫 ℃極端最高氣溫 ℃ 極端最低氣溫 ℃年平均氣壓 多年平均速 夏季主導風向 ESE 冬季主導風向 NW水文地質：北侖地處中國大陸海岸線的中部，位于寧波市東部，瀕臨東海，三面環(huán)海，北臨杭州灣，南臨象山港。北侖港水深、流順、不凍不淤、腹地大，主航道水深50米以上。水文條件：年平均降雨量 月最大降雨量 一小時最大降雨量 年最大積雪深度量 年平均相對濕度 % 多年平均雷暴日數(shù) 交通運輸北侖是鑲嵌在東海之濱的一顆明珠，區(qū)位獨特、交通便捷。有優(yōu)越的港口條件，北侖港水深、流順、不凍、不淤、腹地大，是中國大陸第二大港口——寧波港的主干港。滬杭甬高速公路直達北侖，中心城區(qū)距寧波櫟社機場只有半小時車程。1）公路鎮(zhèn)?？h修建的寧（波）穿（山）公路，為今北侖區(qū)境內第一條公路。，、連通，形成以北侖城區(qū)為中心，輻射街道鄉(xiāng)鎮(zhèn)，全區(qū)259個行政村公路貫通的公路運輸網(wǎng)絡。2）鐵路北侖區(qū)境內的甬北鐵路是蕭甬鐵路的延長線，西起鐵路寧波站，東至北侖港礦石堆場。沿線設寧波東、寶幢、大碶、北侖等4站。，甬北鐵路另接北侖港港區(qū)專用鐵道和鄞州區(qū)鐵路營運處專用線。3）港口與航運20世紀初，穿山港建輪埠；1930年，梅山港建道頭，以泊帆船；年軛港適于?？针[蔽，是小艇優(yōu)良錨地與防臺之天然良港。20世紀70年代中，北侖港興建，海運進入興盛期。2003年統(tǒng)計，北侖區(qū)（除北侖港埠