【正文】 的產(chǎn)物經(jīng)過(guò)T0101和T0102蒸餾塔粗精餾濃縮后經(jīng)加料泵送入T201精餾塔精餾后送入產(chǎn)品精餾塔精餾得環(huán)氧丙烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%以上的環(huán)氧丙烷產(chǎn)品。以R01001為例說(shuō)明環(huán)氧丙烷環(huán)氧化第一工段反應(yīng)器物料衡算如表11所示。雙氧水分解器R03001器Aspend模擬示意圖：圖15 雙氧水分解器R03001器Aspend模擬圖表17 甲醇回收精餾塔物料衡算 C3BOTR4OUTWTemperature C Pressure bar Vapor Frac Liquid Frac Solid Frac Substream: MIXED Mole Flow kmol/hr C3H6 C3H8 C3H6O CH4O H2O H2O2 C4H10O2 C3H8O2 O2 Mole Frac C3H6 C3H8 C3H6O CH4O H2O H2O2 C4H10O2 C3H8O2 O2 Mass Flow kg/hr C3H6 C3H8 C3H6O CH4O H2O H2O2 C4H10O2 C3H8O2 O2 Mass Frac C3H6 C3H8 C3H6O CH4O H2O H2O2 C4H10O2 C3H8O2 O2 Total Flow kmol/hr Total Flow kg/hr Total Flow cum/hr 能量衡算根據(jù)能量守恒定律：輸入系統(tǒng)總的能量=輸出系統(tǒng)的能量+系統(tǒng)積累的能量本廠主要設(shè)備有雙氧水分解器、預(yù)制精餾塔、精制精餾塔、反應(yīng)器、換熱器、壓縮機(jī)、泵、閃蒸器等。對(duì)于連續(xù)系統(tǒng)： Q+W=∑Hout∑Hin 其中Q——設(shè)備的熱負(fù)荷。基于這些數(shù)據(jù)，在滿足工藝要求的條件下，充分考慮到設(shè)備的固定投資費(fèi)用及操作費(fèi)用，我們進(jìn)行了塔設(shè)備的選型、設(shè)計(jì)和校核等工作。進(jìn)料、出料、廢渣排放用氣流輸送，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)；物料返混大，粒子磨損嚴(yán)重；要有回收和集塵裝置；內(nèi)構(gòu)件復(fù)雜；操作要求高等應(yīng)用主要用于氣固相催化反應(yīng)應(yīng)用廣泛，催化或非催化的氣—固、液—固和氣—液—固反應(yīng)固定床： 凡是流體通過(guò)不動(dòng)的固體物料形成的床層面進(jìn)行反應(yīng)的設(shè)備都稱為固定床反應(yīng)器，而其中尤以利用氣態(tài)的反應(yīng)物料，通過(guò)由固體催化劑所構(gòu)成的床層進(jìn)行反應(yīng)的氣固相催化反應(yīng)器在化工生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛。如設(shè)計(jì)或操作不當(dāng)，則在強(qiáng)放熱反應(yīng)時(shí)，床內(nèi)熱點(diǎn)溫度會(huì)超過(guò)工藝允許的最高溫度，甚至失去控制而出現(xiàn)“飛溫”。絕熱式固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，催化劑均勻堆置于床內(nèi)，一般有下列特點(diǎn)：床層直徑遠(yuǎn)大于催化劑顆粒直徑；床層高度與催化劑顆粒直徑之比一般超過(guò)100；與外界沒(méi)有熱量交換，床層溫度沿物料的流向而變化。流化床反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)流化床內(nèi)的固體粒子像流體一樣運(yùn)動(dòng)，由于流態(tài)化的特殊運(yùn)動(dòng)形式，使這種反應(yīng)器具有如下優(yōu)點(diǎn)： 由于可采用細(xì)粉顆粒，并在懸浮狀態(tài)下與流體接觸，流固相界面積大（可高達(dá)3280~16400m2/m3），有利于非均相反應(yīng)的進(jìn)行，提高了催化劑的利用率。所以流態(tài)化技術(shù)的操作彈性范圍寬，單位設(shè)備生產(chǎn)能力大，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，符合現(xiàn)代化大生產(chǎn)的需要。綜上所述，流化床反應(yīng)器比較適用于下述過(guò)程：熱效應(yīng)很大的放熱或吸熱過(guò)程；要求有均一的催化劑溫度和需要精確控制溫度的反應(yīng)；催化劑壽命比較短，操作較短時(shí)間就需更換（或活化）的反應(yīng)；有爆炸危險(xiǎn)的反應(yīng)，某些能夠比較安全地在高濃度下操作的氧化反應(yīng)，可以提高生產(chǎn)能力，減少分離和精制的負(fù)擔(dān)。主要用于聚醚多元醇、非離子表面活性劑、碳酸丙烯酯和丙二醇的生產(chǎn)。1）原料品種多；工藝流程長(zhǎng)：3）丙烯純度要求高；4）工藝操作壓力高；5）設(shè)備造價(jià)高(設(shè)備材質(zhì)多采用合金鋼）；6）聯(lián)產(chǎn)2.~，受市場(chǎng)因素制約；7）廢水含COD高。設(shè)計(jì)要求： 工藝條件：1條 工藝路線由第一工段兩個(gè)并聯(lián)反應(yīng)器，第二工段一反應(yīng)器完成年產(chǎn)15萬(wàn)噸環(huán)氧丙烷的生產(chǎn)任務(wù)，兩條工藝路線完成年產(chǎn)30萬(wàn)噸的生產(chǎn)任務(wù)。化學(xué)反應(yīng)主反應(yīng)： 平行反應(yīng)：表28 反應(yīng)中涉及到的物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量CH3OHH2O2C3H6C3H8 H2OC3H6O3234424418583 物料衡算過(guò)程催化合成甲醛過(guò)程是一個(gè)連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)，在定態(tài)下，其物料衡算基本公式：。 催化劑容積的計(jì)算 催化劑用量的計(jì)算合成環(huán)氧丙烷的反應(yīng)是一個(gè)氣固相催化反應(yīng)，催化劑的用量需要根據(jù)反應(yīng)工程上通過(guò)單位催化劑列物料衡算的動(dòng)力學(xué)方程才能得出。對(duì)該反應(yīng)器：，因此，所設(shè)計(jì)的反應(yīng)器符合實(shí)際情況。使用溫度為50℃，故筒體和封頭都選擇Q345R，Q345R鋼是屈服強(qiáng)度為340MPa級(jí)的壓力容器專用板，它具有良好的綜合力學(xué)性能和工藝性能。焊縫系數(shù)＝（雙面對(duì)接焊，100%無(wú)損探傷）。選釜體的封頭選標(biāo)準(zhǔn)橢球型，代號(hào)EHA、標(biāo)準(zhǔn)JB/T4746—2002。（2) 進(jìn)料管：體積流量：，取進(jìn)料速度取進(jìn)料管徑：選的流體輸送用無(wú)縫鋼管(《GB/T81632008流體輸送用無(wú)縫鋼管》）標(biāo)記：查《GB/T173952008無(wú)縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》，具體參數(shù)見(jiàn)表31。其中：換熱器內(nèi)的物料質(zhì)量約為（以水裝滿釜體計(jì)算）。列管式固定床反應(yīng)器的殼程走冷凝水，移走反應(yīng)放出的熱量，使冷凝水從20 ℃升溫到40℃?！?一般取 ，mm ， 管子采用正三角形排列 ，故帶入公式得： ，標(biāo)準(zhǔn)化后核算過(guò)程：管長(zhǎng)和殼徑應(yīng)相適應(yīng)，一般取L/D為4—6。T0203 設(shè)計(jì)要求T0203 是為了對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行精制精餾，得到純度大于99%的精品環(huán)氧丙烷，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，塔設(shè)備還要考慮下列要求：（1）生產(chǎn)能力大。（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、材料耗用量小、制造和安裝容易。（5）對(duì)于宜發(fā)泡物系的分離，因填料層具有破碎泡沫作用，宜選擇填料塔。泡罩塔結(jié)構(gòu)復(fù)雜在較寬的負(fù)荷范圍內(nèi)可穩(wěn)定操作；彈性好。由下圖，所以降液管高度由圖22有效傳質(zhì)區(qū)面積取篩孔直徑，取篩孔中心距開(kāi)孔率篩孔總截面積篩孔氣速篩孔個(gè)數(shù)選取塔板厚度為δ=去堰高由，查弓形降液管的高度和寬度故由堰上方液頭高度公式可得，近似取E=1，故堰上方液頭高度考慮到物料比較清潔，且液相流量不大，取底 塔板校核（1）液膜夾帶量22夜沫夾帶關(guān)聯(lián)圖則：所以符合要求。5 降液管液泛線令；聯(lián)立上式得：忽略，將、式中： 將有關(guān)的數(shù)據(jù)代入，得：列表計(jì)算如下表235：表235 液泛計(jì)算結(jié)果15010015020010881101378932778229866589由上表數(shù)據(jù)即可做出液泛線。設(shè)計(jì)表合理。鋼管材料的選擇根據(jù)JB/T4731，鋼管的材料選用20號(hào)鋼，根據(jù)GB8163，其許用應(yīng)力筒體封頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最大操作壓力為，本設(shè)計(jì)取設(shè)計(jì)壓力；設(shè)計(jì)溫度T，；根據(jù)筒體設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度選擇材料：Q345R，許用應(yīng)力為。2400640查JB/T 47462002《鋼制壓力容器用封頭》，由表B、2 EHA橢圓形封頭質(zhì)量得：m=。它的主要功能是保證工藝過(guò)程對(duì)介質(zhì)所要求的特定溫度，同時(shí)也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固、制造簡(jiǎn)便、使用材料范圍廣、可靠程度高等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種換熱器。（2） 滿足經(jīng)濟(jì)上的要求既能滿足工藝操作的要求，又使施工簡(jiǎn)便，材料來(lái)源容易，價(jià)格低。結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、傳熱系數(shù)高。（4）釜式沸器其結(jié)構(gòu)形態(tài)如圖34 所示圖34 釜式再沸器。塔釜提供了汽液分離空間和緩沖區(qū)。（3）保證生產(chǎn)安全在工藝流程和操作中若有爆炸，中毒等危險(xiǎn)性，要考慮安全措施。表31管殼式換熱器的性能 分類特性相對(duì)費(fèi)用耗用金屬kg/m2固定管板式適用廣泛，已系列化，殼程不易清洗，管程溫差不宜過(guò)大30浮頭式殼程易清洗，內(nèi)墊片易滲透，溫差允許較大浮動(dòng)46填料函式優(yōu)缺點(diǎn)同浮頭式，進(jìn)價(jià)高不宜制造大直徑46U型管式制造安裝方便，造價(jià)低，管程耐高壓，管子不易更換不變清洗，結(jié)構(gòu)緊湊46表32換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)管式管殼式固定管板式剛性結(jié)構(gòu)：用于管殼溫差較小的情況(一般≤50176。2換熱器的分類換熱器的種類劃分方法很多，方法也各不相同。 人孔選擇查HG/T 215182005《水平蓋帶勁對(duì)焊法蘭人孔》，人孔數(shù)量為4個(gè)，每6m一個(gè)表33，選擇公稱壓力為1MPa的MFM型人孔，其尺寸如下：圖26 人孔示意圖表240 人孔數(shù)據(jù)表密封面型式凹凸面MFMD6403424公稱壓力PN158536螺柱數(shù)量20公稱直徑DN450320A375螺母數(shù)量2048010121B175螺柱尺寸D456b34L250總質(zhì)量kg245鞍座選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)該臥式容器采用雙鞍式支座，材料選用Q235B。表237 焊接接頭系數(shù)φ無(wú)損檢測(cè)的長(zhǎng)度比例焊接接頭形式全部局部雙面焊對(duì)接接頭或相當(dāng)于雙面焊的對(duì)接接頭單面焊對(duì)接接頭（沿焊縫根部全長(zhǎng)有緊貼基本金屬的墊板）理論厚度由于精餾塔較高，故將理論厚度改為鋼板負(fù)偏差C1：，腐蝕裕量C2：C2=2mm（雙面腐蝕）。 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定表236設(shè)計(jì)參數(shù)表名稱環(huán)氧丙烷儲(chǔ)罐用途液化石油氣儲(chǔ)配站設(shè)計(jì)壓力1MPa工作壓力≤1MPa設(shè)計(jì)溫度140176。操作點(diǎn)A 圖24篩板的負(fù)荷性能圖上圖為本設(shè)計(jì)的負(fù)荷性能圖。則：（液柱）（3）降液管液泛校核為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高Hd應(yīng)服從關(guān)系：因?yàn)榄h(huán)氧丙烷屬于一般物系，所以泡沫層相對(duì)密度取，則：而板上不設(shè)進(jìn)口堰，液體通過(guò)將夜管阻力，即：故不會(huì)發(fā)生液泛現(xiàn)象。適用廣泛，板數(shù)少的場(chǎng)合更有利；要求彈性，好的特殊塔。3．塔板選擇塔板選用目前工業(yè)上廣泛使用篩板塔。（5）耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。（2）操作穩(wěn)定、彈性大。反應(yīng)催化劑實(shí)際用量：表229 第二工藝工段反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果序號(hào)項(xiàng)目數(shù)據(jù)123456789101112 1314 1516列管式反應(yīng)器入口溫度列管式反應(yīng)器出口溫度反應(yīng)壓力原料甲醇的量原料丙烯的量原料水的量催化劑床層高度塔徑催化劑用量列管根數(shù) 列管規(guī)格 管子排列方式冷凝水冷凝水進(jìn)口管徑折流板間距折流板數(shù)50℃ 50℃9m9830kg1983根 Φ35三角形排列408236kg/h380mm880mm10由工藝流程物料和熱量衡算，計(jì)算設(shè)計(jì)反應(yīng)器選型如表230：表230反應(yīng)器選型一覽表設(shè)備位號(hào)設(shè)備名稱直徑（m）高度（m）設(shè)計(jì)溫度(℃）設(shè)計(jì)壓力(MPa）設(shè)備個(gè)數(shù)材料厚度(mm）保溫層材料R01001R01002一段環(huán)氧化反應(yīng)器1004Q345R20玻璃棉卷氈R01003二段環(huán)氧化反應(yīng)器10012Q345R20玻璃棉卷氈R03001雙氧水分解器10012Q345R20玻璃棉卷氈R04001雙氧水反應(yīng)器1002Q345R20 精制產(chǎn)品精餾塔T02002設(shè)計(jì) 精餾塔T02002 設(shè)計(jì)概述 設(shè)計(jì)依據(jù)塔設(shè)備是化工、煉油生產(chǎn)中最重要的設(shè)備之一。合成甲醛的動(dòng)力學(xué)方程為：其中：PO—環(huán)氧丙烷式中：，各物質(zhì)摩爾分?jǐn)?shù)的計(jì)算：合成環(huán)氧丙烷的反應(yīng)在雙氧水轉(zhuǎn)化率為96%時(shí)到達(dá)平衡，達(dá)平衡時(shí)雙氧水的摩爾濃度為：求解動(dòng)力學(xué)方程：由定義有：查得 令，即，則:兩邊同時(shí)積分得：其中：用辛普森數(shù)值積分法求解定積分 數(shù)值積分法為： ，實(shí)用于奇數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，n為偶數(shù)。選擇C型帶墊板，耳式支座，墊板材料為，墊板厚度為6mm，其規(guī)定標(biāo)記為JB/ 耳A2。表221普通鋼管尺寸及單位長(zhǎng)度理論重量外徑，mm壁厚，mm單位長(zhǎng)度