【導(dǎo)讀】指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注。和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，了明確的說明并表示了謝意。的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。主要為聚醚多元醇，非離子型表面活。廣泛應(yīng)用于汽車，建筑，食品，煙草，醫(yī)藥和化妝品等行業(yè)。隨著世界丙烯和聚醚多元醇市場價格的起伏變化，國內(nèi)外PO產(chǎn)。品的競爭將更加激烈。應(yīng)，反應(yīng)放熱很大，采用一般的絕熱床反應(yīng)器反應(yīng)溫度不易控制，因此，保持在最佳溫度附近，用Aspen模擬反應(yīng)器以及換熱器生產(chǎn)結(jié)果。用CAD繪制換熱器結(jié)構(gòu)圖。

　　

【正文】 Volume Flow cum/hr Enthalpy Gcal/hr Mole Flow kmol/hr BINGXI PROPANE 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第四章物料及熱量衡算 18 第四章 物料及熱量衡算 概述 化工過程的物料衡算和能量衡算，是利用物理與化學(xué)的基本定律，對化工過程單元及化工過程單元系統(tǒng)的物料平衡與能量平衡進(jìn)行定量計算。通過計算，從中找出主副產(chǎn)品的生成量，廢物的排出量，確定原材料的消耗與定額，確定各物流的流量，組成和狀態(tài)，確定每一設(shè)備內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)換與能量傳遞的速度。從而為確定操作方式，設(shè)備選型以及設(shè)備尺寸的確定，管路設(shè)施與公用工程的設(shè)計提供依據(jù)。 物料衡算 物料衡算的目的 對于新的設(shè)計，物料衡算是工藝設(shè)計的基礎(chǔ)。根據(jù)年產(chǎn)量，通過全程物料衡算可以確定原料消耗；確定各設(shè)備的進(jìn)出料情況，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)備選型計設(shè)計；同時又是熱量衡算的依據(jù)。 物料衡算的依據(jù) 本工藝流程的物料衡算以 Aspen plus 的流程模擬數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)資料進(jìn)行計算的。我們以工段為單位進(jìn)行物料衡算，全流程分為兩個工段：丙烯與過氧化氫反應(yīng)工段、環(huán)氧丙烷分離工段。 物料衡算方程式如下： ∑Gin ∑Gout = ∑Ga 式中： ∑Gin ：進(jìn)料量之和； ∑Gout ：出料量之和； ∑Ga ：系統(tǒng)內(nèi)累積量之和。 對于連續(xù)操作，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時， ∑Ga =0，所以 ∑G in = ∑Gout 。 丙烯與過氧化氫反應(yīng)工段物料衡算 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第四章物料及熱量衡算 19 丙烯與過氧化氫反應(yīng)工段是整個流程的基礎(chǔ)，該工段涉及的組分主要包括丙烯、過氧化氫等。分別根據(jù)以上物質(zhì)在全流程中的數(shù)據(jù)對反應(yīng)器進(jìn)行物料衡算。 表 反應(yīng)器進(jìn)行物料衡算 進(jìn)口物料 出口物料 C3H6 C3H8 H2O2 H2O CH3OH Temperature C 40 40 40 40 40 40 Pressure bar Vapor Fac 0 0 0 Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy Gal/hr Mass Fac C3H6 0 0 0 0 C3H8 0 0 0 0 817PPM H2O2 0 0 0 0 H2O 0 0 0 0 CH3OH 0 0 0 0 PO 0 0 0 0 0 反應(yīng)器進(jìn)出物料質(zhì)量流量信息表 /(kg/h) 表 反應(yīng)器進(jìn)出物料質(zhì)量流量信息表 IN OUT C3H6+C3H8 H2O2+H20+CH30H 丙烯和生成物分離工段主要是分離溶于甲醇未反應(yīng)的丙烯，有利于環(huán)氧丙烷的進(jìn)一步提純。 丙烯和生成物分離工段的模擬結(jié)果 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第四章物料及熱量衡算 20 表 丙烯和生成物分離工段的模擬結(jié)果 進(jìn)口物料 出口物料 (氣 ) 出口物料（液） Temperature C 40 95 95 Pressure bar 3 3 3 Vapor Fac 1 0 Mole Flow k mol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy Gal/hr Mass Fac C3H6 H2O2 H2O CH3OH PO 丙烯和生成物分離物料信息表 /(kg/h) 表 丙烯和生成物分離物料信息表 IN OUT(氣 ) OUT（液） C3H6+H2O2+H20+CH30H+PO 環(huán)氧丙烷分離工段模擬結(jié)果 表 環(huán)氧丙烷分離工段模擬結(jié)果 進(jìn)口物料 塔頂出口物料 塔底出口物料 Temperature C 30 11 Pressure bar 1 Vapor Fac 0 0 0 Mole Flow k mol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy Gal/hr Mass Fac H2O CH3OH 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第四章物料及熱量衡算 21 PO 環(huán)氧丙烷分離物料信息表 /(kg/h) 表 環(huán)氧丙烷分離物料信息表 IN OUT 塔頂 塔底 熱量衡算 通過能量衡算，以分析工程設(shè)計和操縱中能量的利用是否經(jīng)濟(jì)合理，以提高能量的利用水平。能量核算的主要思想是能量守恒，在我們的設(shè)計中，需要進(jìn)行能量衡算的主要設(shè)備有泵、換熱器、反應(yīng)器、精餾塔、萃取塔。 其依據(jù)能量守恒定律，對于連續(xù)工作的系統(tǒng)： Q + W = 其中 Q 表示系統(tǒng)的熱負(fù)荷， W 表示外界輸入系統(tǒng)的機(jī)械能， 表示各股物流離開系統(tǒng)時的焓之和， 表示各股物流進(jìn)入系統(tǒng)時的焓之和。下面以單元設(shè)備為對象進(jìn)行衡算。 反應(yīng)器衡算 表 固定床反應(yīng)器能量信息表 IN OUT Temperature 40 40 40 Pressure bar Vapor Fac 0 0 0 Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flowcum/hr Enthalpy Cal/hr 表 固定床反應(yīng)器能量平衡表 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第四章物料及熱量衡算 22 Q W ΣHin ΣHout 0 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第四章物料及熱量衡算 23 泵衡算 表 C3H6進(jìn)料泵能量信息表 IN OUT Temperature 40 40 Pressure bar Vapor Fac 0 0 Mole Flow k mol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy Cal/hr 表 C3H6能量平衡表 Q W ΣHin ΣHout 0 表 H2O2進(jìn)料泵能量信息表 IN OUT Temperature 40 40 Pressure bar Vapor Fac 0 0 Mole Flow k mol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy Cal/hr 表 H2O2進(jìn)料泵能量平衡表 Q W ΣHin ΣHout 0 0 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第五章典型設(shè)備的工藝及設(shè)備設(shè)計 24 第五章 典型設(shè)備的工藝及設(shè)備設(shè)計 儲罐設(shè)計 油品和各種液體化學(xué)品的儲存設(shè)備 —儲罐是石油化工裝置和儲運(yùn)系統(tǒng)設(shè)施的重要組成部分。由于大型儲罐的容積大、使用壽命長。熱設(shè)計規(guī)范制造的費(fèi)用低，還節(jié)約材料。 20 世紀(jì) 70 年代以來，內(nèi)浮頂儲油罐和大型浮頂油罐發(fā)展較快。第一個發(fā)展油罐內(nèi)部覆蓋層的施法國。 1955 年美國也開始建造此種類型的儲罐。 1962年美國德士古公司就開始使用帶蓋浮頂罐，并在紐瓦克建有世界上最大直徑為。至 1972 年美國已建造了 600 多個內(nèi)浮頂罐。 1978 年國內(nèi) 3000m3鋁浮盤投入使用，通過測試蒸發(fā)損耗標(biāo)定，收到顯著效果。近 20 年也相繼出現(xiàn)各種形式和結(jié)構(gòu)的內(nèi)浮盤或覆蓋物。 世界技術(shù)先進(jìn)的國家，都備有較齊全的儲罐計算機(jī)專用程序，對儲罐作靜態(tài)分析和動態(tài)分析，同時對儲罐的重要理論問題，如大型儲罐 T 形焊縫部位的疲勞分析，大型儲罐基礎(chǔ)的靜態(tài)和動態(tài)特性分析，抗震分析等，以試驗分析為基礎(chǔ)深入研究，通過試驗取得大量數(shù)據(jù)，驗證了理論的準(zhǔn)確性，從而使研究具有使用價值。 近幾十年來，發(fā)展了各種形式的儲罐，尤其是在石油化工生產(chǎn)中大量采用大型的薄壁壓力容器。它易于制造，又便于在內(nèi)部裝設(shè)工藝附件，并便于工作介質(zhì)在內(nèi)部相互作用等。 常溫儲罐有兩種形式：球形 貯罐和圓筒形貯罐。球形儲罐具有投資少 ,金屬耗量少 ,占地面積少等優(yōu)點 ,但是加工制造及安裝復(fù)雜 ,焊接工作量大 ,因此安裝費(fèi)用較高。一般用于儲存總量大于 500m3或單罐容積大于 200 m3時；圓筒形貯罐具有加工制造安裝簡單 , 承壓能力較好，安裝費(fèi)用少等優(yōu)點 ,但是金屬耗量大占地面積大 ,所以在總貯量小于 500 m3,單罐容積小于 100 m3時選用臥式貯罐比較經(jīng)濟(jì)。由于圓筒形貯罐按安裝方式可分為臥式和立式兩種。根據(jù)設(shè)計要求選擇合適的儲罐。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第五章典型設(shè)備的工藝及設(shè)備設(shè)計 25 儲罐裝法 一、正裝法 此種方法的特點是指把鋼板從罐底部一直到頂部逐塊安裝起來，它在浮頂罐的施工安裝中用得較多，即所謂充水正裝法，它的安裝順序是在罐低及二層圈板安裝后，開始在罐內(nèi)安裝浮頂，臨時的支撐腿，為了加強(qiáng)排水，罐頂中心要比周邊浮筒低，浮頂安裝完以后，裝上水除去支撐腿，浮頂即作為安裝操作平臺，每安裝一層后，將上升到上一層工作面，繼續(xù)進(jìn)行安裝。 二、倒裝法 先從罐頂開始從上往下安裝，將罐頂和上層罐圈在地面上安裝，焊好以后將第二圈板圍在第一罐圈的外圍，以第一罐圈為胎具，對中點焊成圓圈后，將第一罐圈及罐頂蓋部分整體吊至第一、二罐圈相 搭接的位置，停于點焊，然后在焊死環(huán)焊縫。用同樣的方法把下面的部分依次點焊環(huán)焊，直到罐底板的角接焊死即成。 三、卷裝法 將罐體先預(yù)制成整幅鋼板，然后用胎具將其卷筒，在運(yùn)至儲罐基礎(chǔ)上，將其卷筒豎起來，展成罐體裝上頂蓋封閉安裝而建成。 常見幾種裝法：護(hù)坡式基礎(chǔ)、環(huán)墻式基礎(chǔ)、外環(huán)墻式基礎(chǔ)、特殊構(gòu)造的基礎(chǔ)。 此設(shè)計選擇正裝法。 儲罐設(shè)計要求 表 丙烯儲罐設(shè)計參數(shù) 參數(shù) 參數(shù)數(shù)值 操作溫度 (℃ ) 40 操作壓力 (MPa) 密度 (Kg/ m3) 爆炸極限 %(V/V) 爆炸極限 為 2%～ 11% 沸點（ MPa， ℃ ） 臨界壓力（ MPa） 儲存體積 (m3) 1000 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第五章典型設(shè)備的工藝及設(shè)備設(shè)計 26 表 產(chǎn)品儲罐設(shè)計參數(shù) 參數(shù) PO 操作溫度 (℃ ) 25 操作壓力 (MPa) 密度 (Kg/ m3) 830 爆炸極限 %(V/V) 爆炸極限 為 ～ % 沸點（ MPa， ℃ ） 34 臨界壓力（ MPa） 儲存體積 (m3) 2020 折光率 儲罐選型 按照工藝設(shè)計要求，原料丙烯和產(chǎn)品的儲存周期按五天進(jìn)行儲存計算。 儲罐形式主要有立式儲罐，臥式儲罐以及球罐，丙烯每一周的儲存容積為3000 m3。分三個儲罐進(jìn)行儲存，每個 儲罐最大容量為 1200m3，根據(jù)文獻(xiàn)對比此儲罐容量稍微大些，屬于大型罐，故選用立式儲罐。立式儲罐不僅具有占地面積小，生產(chǎn)制造技術(shù)成熟等優(yōu)點，采用浮頂設(shè)計后立式儲罐可以有效地減少易揮發(fā)組分的消耗，克服了臥式儲罐以及球形儲罐的諸多缺點。所以選定鋼制立式圓筒形內(nèi)浮頂儲罐作為該工藝流程中的原料罐。 產(chǎn)品 PO 每 5 天儲存容積 2020 m3， 單罐最大儲存容積達(dá) 1200m3，分兩個罐儲存。 根據(jù)設(shè)計參數(shù)，結(jié)合產(chǎn)品的儲存容積，產(chǎn)品均采用立式儲罐儲存。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第五章典型設(shè)備的工藝及設(shè)備設(shè)計 27 設(shè)計結(jié)果 對氣體儲罐和液體儲罐進(jìn)行了工藝計算，初步確定了其主要的工藝參數(shù)，包括工藝 尺寸、類型、體積、主體材質(zhì)以及防腐保溫措施等。 表 各儲罐主要參數(shù) 名稱 丙烯儲罐 PO儲罐 中間儲罐 類型 立式拱頂 立式拱頂 立式拱頂 數(shù)量 4 2 10 尺寸 mm Φ9000 Φ9000 Φ8000 壁厚 mm 30 25 20 設(shè)計溫度 ℃ 40 25 40 設(shè)計壓力 Mpa 材料 Q345R Q345R Q345R 保溫 泡沫珍珠巖 泡沫珍珠巖 泡沫珍珠巖 防腐 防腐漆 防腐漆 防腐漆 容積 (m3) 1200 1200 6000 儲罐的封頭選型 封頭有多種形式，半球形封頭就單位容積的表面積來說為最小，需要的厚度是同樣直徑圓筒的二分之一，從受力來看，球形封頭是最理想的結(jié)構(gòu)形式，但缺點是深度大，直徑小時，整體沖壓困難，大直徑采用分瓣沖壓其拼焊工作量也較大。橢圓形封頭的應(yīng)力情況不如半球形封頭均勻，但對于標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭與厚度相等的筒體連接時，可以達(dá)到與筒體等強(qiáng)度。它吸取了蝶形封頭深度淺的優(yōu)點，用沖壓法易于成形，制造比球形封頭容易，所以選擇橢圓形封頭，結(jié)構(gòu)由半個橢球面和一圓柱直邊段組成。查橢圓形封頭標(biāo)準(zhǔn)（ JB/T473795）以內(nèi)直徑為公稱 直徑的封頭封