【導(dǎo)讀】對(duì)叔丁基苯酚是一種重要的精細(xì)化工產(chǎn)品中間體，目前在國(guó)內(nèi)供不應(yīng)求。設(shè)計(jì)是4500噸/年對(duì)叔丁基苯酚生產(chǎn)過(guò)程設(shè)計(jì)中精餾工段精餾塔I的設(shè)計(jì)。塔I為填料塔，采用CY700金屬絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料。本設(shè)計(jì)中，對(duì)精餾塔I進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)。中，涉及了塔徑、塔高、填料層高度及壓降的計(jì)算。內(nèi)件、支座、接管及附件等進(jìn)行選型和設(shè)計(jì)。體及封頭的壁厚，計(jì)算各項(xiàng)載荷并校驗(yàn)設(shè)備的穩(wěn)定性。HAZOP分析和環(huán)境影響評(píng)價(jià)，形成了一份較為完整的設(shè)計(jì)。Keywords：p-tert-butylphenol；packedcolumndesign；HAZOPstudy；

　　

【正文】 EZA R????? ??? ???取 其 中 較 小 者 ） 上列式中 sbZ —— 人 孔截面 處裙座殼的抗彎截面系數(shù)， mm3 222422 22essm im e s m im mim mm e s mZ D b D ZDbZl??????? ? ?????? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? sbA —— 人孔截面 處裙座截面積， mm2 ? ?22s m im e s m m e s mm m mA D b AAl? ? ? ??? ? ? ?????? ? (3) 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)環(huán)板內(nèi)、外徑 按下式選?。? (1 6 0 ~ 4 0 0 )(1 6 0 ~ 4 0 0 )ib isob isDD???? 混凝土基礎(chǔ)上的最大拉應(yīng)力計(jì)算： 0 0 0 0m a x 0m a x 00m a vbbbwebbM m g FZAM M m gZA????? ????? ??? ???取 其 中 較 大 值 式中 bZ —— 基礎(chǔ)環(huán)的抗彎截面系數(shù)， mm3 ? ?44=32ob ibb obDDZ D? ? bA —— 基礎(chǔ)環(huán)面積， mm2 ? ?224ob ibbDDA ? ?? 基礎(chǔ)環(huán)上有筋板 時(shí)應(yīng)按下式計(jì)算基礎(chǔ)環(huán)厚度： ? ?6 sb bM? ?? 式中 sM —— 矩形板的計(jì)算力矩，取矩形板 X、 Y 軸的彎矩 xM 、 yM 中絕對(duì)值較大者， N mm 天津大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 ??b?—— 基礎(chǔ)環(huán)材料的許用應(yīng)力， MPa 矩形板的計(jì)算力矩按下式計(jì)算： ? ?2m a x2m a xm a x ,s x yx x by y bM M MM C bM C l????? 式中 b —— 基礎(chǔ)環(huán)外直徑 與裙座殼體外直徑之差的 1/2， mm l —— 兩相鄰筋板最大外側(cè)間距， mm xC 、 yC —— 矩形板力矩計(jì)算系數(shù)，根據(jù) /bl的值查表得到。 (4) 地腳螺栓 選用 地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力應(yīng)按下式計(jì)算： 00m in0 0 0 0 0 0webbBE w e vbbM M m gZAM M M m g FZA??? ? ?? ? ???? ?? ? ?? ???取 其 中 較 大 值 當(dāng) 0B?? 時(shí)，設(shè)備自身穩(wěn)定，但為固定設(shè)備位置，應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的地腳螺栓。 當(dāng) 0B?? 時(shí)，設(shè)備應(yīng)設(shè)置地腳螺栓。地腳螺栓的螺紋小徑應(yīng)按下式計(jì)算： ? ?124 BbbtAdCn????? (5) 裙 座 殼 與塔體 焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)力校核 裙座殼與塔體對(duì)接焊縫 截面拉應(yīng)力校核： ? ?m a x 024 0 . 6J J J J J J tvwit e s it e sM m g F KDD ?? ? ? ?? ? ???? 其中 JJvF? 僅在最大彎矩為地震彎矩參與組合時(shí)計(jì)入此項(xiàng)。 ??tw? 為設(shè)計(jì)溫度下焊接接頭的許用應(yīng)力，取兩側(cè)母材許用應(yīng)力的小值。 天津大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 第四章 設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 工藝設(shè)計(jì)結(jié)果 塔徑： 900mm 塔高： 26100mm 精餾段填料層高度： 分段數(shù)： 1 提餾段填料層高度： 分段數(shù)： 3 填料層總壓降： 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果 格柵板填料支承裝置 材料： Q235A 格柵板數(shù)： 3 塊 柵板條間距： 140mm 格板條間距： 210mm 分塊格柵板寬度： 298mm 格柵板的厚度： 10mm 格柵板的高度： 13mm 支持圈尺寸 D1=894mm， D2=794mm 支持圈厚度： 8mm 支持板數(shù)： 6 塊 可拆型槽盤(pán)氣液分布器 通用結(jié)構(gòu)尺寸： 總高度 H=；升氣管高度 L1=254mm；分布板底距下端高度 L2=96mm；分布板寬度 L=222mm；檔液帽寬度 W=120mm；升氣管寬度 b=110mm； d1孔數(shù) n=55 個(gè) 精餾段： d1=、 d2=、 h1=、 h2= 提餾段第一段： d1=、 d2=、 h1=、 h2= 提餾段第二段： d1=、 d2=、 h1=、 h2= 提餾段第三段： d1=、 d2=、 h1=、 h2= 絲網(wǎng)除沫器 選用 DN900 上裝式絲網(wǎng)除沫器 。 外形尺寸為： H=100mm， H1=218mm， D=820mm 干網(wǎng)壓降為 ，操作壓降為 。 接管尺寸 進(jìn)料管 ： 18 1mm 塔頂采出 管 ： 34 2mm 天津大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 塔頂蒸汽出口管 ： 140 4mm 釜液采出管 ： 70 塔釜 防渦流擋板結(jié)構(gòu)尺寸 ： A=150mm， B=100mm，材質(zhì)為碳鋼， t=6mm 再沸器入塔接管 ： 168 5mm 人孔 選用垂直吊蓋板式平焊法蘭人孔 。 標(biāo)記：人孔 I (XB450) HG/T 21519— 2021 法蘭 容器法蘭選用甲型平焊法蘭 ，材質(zhì)為 Q235A。 容器法蘭 標(biāo)記為：法蘭 — RF 900— JB/T 4701— 2021 進(jìn)料管管法蘭標(biāo)記：法蘭 PL 15(B) RF Q235A 塔頂采出 管管法蘭標(biāo)記：法蘭 PL 25(B) RF Q235A 塔頂蒸汽出口管管法蘭標(biāo)記：法蘭 PL RF Q235A 釜液采出管管法蘭標(biāo)記：法蘭 PL 65(B) RF Q235A 再沸器入塔接管管法蘭標(biāo)記：法蘭 PL RF Q235A 強(qiáng)度 設(shè)計(jì)結(jié)果 塔體壁厚： 11mm 材質(zhì)： Q235A 封頭壁厚： 11mm 封頭標(biāo)記： EHA 900 11— Q235 裙座殼壁厚： 11mm 基礎(chǔ)環(huán)板內(nèi)徑 600mm，外徑 1200mm，厚度 28mm，材質(zhì)為 Q235。 地腳螺栓規(guī)格選擇 M36 4。 天津大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 第五章 過(guò)程控制 控制方案概述 [5] 精餾操作的控制涉及變量多，內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜，變量間相互關(guān)聯(lián)，加之控制要求較高，因此必須深入分析工藝特性，總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合具體情況才能設(shè)計(jì)出合理的控制方案。精餾過(guò)程中的主要要求包括：保證質(zhì)量指標(biāo)、保證平穩(wěn)操作、滿(mǎn)足約束條件、符合節(jié)能要求和經(jīng)濟(jì)性。在精餾操作中，質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品回收率和能量消耗均是要控制的目標(biāo)，其中質(zhì)量指標(biāo)是必要條件，在質(zhì)量指標(biāo) 一定的前提下，應(yīng)在控制過(guò)程中是產(chǎn)品產(chǎn)量盡量高一些，同時(shí)能量消耗盡可能低一些。 本設(shè)備用于將反應(yīng)工序所得烷化液進(jìn)行初步精制， 塔 釜 餾分為對(duì)叔丁基苯酚和重餾分，該餾分經(jīng)進(jìn)料泵送至精餾塔 II 的中部繼續(xù)精制以獲得對(duì)叔丁基苯酚產(chǎn)品 ，故塔釜產(chǎn)物為 本設(shè)備 的主要產(chǎn)品 。因此 過(guò)程控制方案的基本要求是保證重關(guān)鍵組分盡量高的純度，同時(shí)對(duì)重關(guān)鍵組分的塔頂損失有特殊要求，對(duì)塔頂餾出液的組成沒(méi)有特殊要求。 根據(jù)本設(shè)備工藝要求，選擇提餾段溫控方案作為本設(shè)備的過(guò)程控制方案。 以塔釜產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo) 作為被控變量 ，原則上應(yīng)選擇直接表征產(chǎn)品質(zhì)量的指標(biāo) ，即 餾出物中對(duì)叔丁基苯酚含量，但由于目前缺乏檢測(cè)混合叔丁基苯酚的儀表，且成分儀表從采樣到分析滯后大、反應(yīng)慢、可靠性差，不宜采用 產(chǎn)品 成分作被控變量，而應(yīng)采用提餾段溫度 作為 衡量質(zhì)量指標(biāo)的間接指標(biāo) 。 提餾段溫控方案的主要控制系統(tǒng)是以提餾段靈敏點(diǎn)溫度作為被控變量，加熱蒸汽量為操縱變量。 塔頂餾出液中對(duì)叔丁基苯酚的損失指標(biāo)通過(guò)流量調(diào)節(jié)器改變其餾出量 。 用物料平衡 (含熱量平衡 )進(jìn)行控制。其塔底產(chǎn)品對(duì)叔丁基苯酚純度指標(biāo)則通過(guò)提餾段溫差調(diào)節(jié)器與塔底再沸器的加熱蒸汽流量調(diào)節(jié)器組成串級(jí)控制，進(jìn)行能量平衡的控制。 除了這個(gè)主要控制系統(tǒng)外 ，還設(shè)有 四 個(gè)輔助控制系統(tǒng)，以滿(mǎn)足某些參數(shù)的約束條件及減小干擾因素的影響。 為保證物料平穩(wěn)，需建立塔釜液位控制系統(tǒng)、 塔頂采出量 控制系統(tǒng)和進(jìn)料流量控制系統(tǒng) ， 對(duì)塔頂餾出量 D 作均勻控制，對(duì) 塔底采出量 B 和 進(jìn)料量 F 作定值控制； 為維持塔壓恒定，在塔頂設(shè)置壓力控制系統(tǒng)，對(duì)塔頂壓力作定值控制， 因本塔為減壓塔，塔 頂使用全凝器，控制手段不能使用通常的冷劑量，而應(yīng)直接調(diào)節(jié)連接真空系統(tǒng)的管路閥門(mén)開(kāi)度 。由于上述系統(tǒng)對(duì)塔頂、塔釜成分均無(wú)直接影響，因此均可采用簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 天津大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 表 41 控制系統(tǒng)一覽表 控制系統(tǒng) 控制類(lèi)型 被控變量 控制變量 進(jìn)料流量控制 定值控制 進(jìn)料流量 進(jìn)料流量 塔釜液位控制 均勻 控制 塔釜液位 塔底采出量 塔底采出量 塔頂采出量 控制 定值 控制 塔頂 采 出量 塔頂 采 出量 塔頂壓力控制 定值控制 塔頂壓力 真空系統(tǒng) 閥門(mén)開(kāi)度 提餾段溫度控制 定值控制 提餾段靈敏點(diǎn)溫度 加熱蒸汽流量 管道儀表流程圖 圖 41 精餾塔 I 的帶控制點(diǎn)管道儀表流程圖 (1) 塔頂壓力為負(fù)壓，控制連接真空系統(tǒng)的管路閥門(mén)的開(kāi)度大小。 (2) 塔頂采出量由 塔頂采出閥門(mén) 控制。 (3) 進(jìn) 料流率需要維持在穩(wěn)定的狀態(tài)，通過(guò)改變進(jìn)料流量閥的開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)控制要求 。 天津大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 (4) 塔釜采出量由塔釜液位控制。 (5) 提餾段敏感點(diǎn)的 溫度控制進(jìn)入再沸器加熱蒸汽流量。 開(kāi)停 車(chē) 方案 精餾塔開(kāi)車(chē)方案 (1) 開(kāi)啟真空系統(tǒng)，對(duì) 精餾塔 I 進(jìn)行減壓至頂壓接近 即達(dá)到正常操作壓力。 (2) 啟動(dòng)進(jìn)料泵開(kāi)始加入原料，塔釜液位開(kāi)始升高后，啟動(dòng)冷凝器，打開(kāi)冷凝水供應(yīng)。 (3) 塔釜液位達(dá)到 1/2— 2/3 時(shí)，開(kāi)啟塔底再沸器，塔釜物料升溫。 (4) 當(dāng)液位達(dá)到 70%時(shí)，停止進(jìn)料，啟動(dòng)回流泵，進(jìn)行全回流操作。 (5) 當(dāng)蒸發(fā)開(kāi)始時(shí)，塔內(nèi)蒸汽上升，液位下降，當(dāng)液位降至 30%時(shí)，再次啟動(dòng)進(jìn)料泵進(jìn)料，調(diào)整回流量，開(kāi)始采出塔頂及塔底物料。操作穩(wěn)定后塔底液位維 持在 30%70%之間，塔頂和塔底物料打入不合格產(chǎn)品管線(xiàn)。 (6) 監(jiān)視塔釜與塔頂?shù)臏囟龋ＷC溫度在操作或設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，通過(guò)變更塔頂回流比和塔釜再沸器負(fù)荷保證溫度穩(wěn)定。 (7) 取樣分析回流樣及塔底產(chǎn)品樣是否達(dá)到產(chǎn)品要求。 (8) 各項(xiàng)指標(biāo)都在操作范圍或設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，回流樣及塔底產(chǎn)品樣達(dá)到產(chǎn)品要 求后，將塔頂產(chǎn)品打入前餾分罐，塔底產(chǎn)品打入中間儲(chǔ)罐，開(kāi)車(chē)成功。 精餾塔停車(chē)方案 (1) 切斷原料進(jìn)料管路，切斷工藝物流進(jìn)入再沸器的管路。 (2) 關(guān)閉再沸器。 (3) 切斷塔頂采出管路，改為全回流狀態(tài)。 (4) 待塔頂無(wú)氣相流股時(shí)，切斷冷卻水進(jìn)入冷凝器的管路，關(guān)閉冷凝器。 (5) 接通回流罐去廢料中間儲(chǔ)罐的管路，接通塔釜去廢料中間儲(chǔ)罐的管路。 (6) 待積液排凈后，切斷回流罐去廢料中間儲(chǔ)罐的管路，切斷塔釜去廢料中間儲(chǔ)罐的管路。 (7) 關(guān)閉真空系統(tǒng)，提高塔內(nèi)壓力至大氣壓。 (8) 用氮?dú)獯祾撸?排除殘留物料， 使 精餾塔 I 內(nèi)溫度 接近常溫，為檢修作好準(zhǔn)備。 天津大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 第六章 敏感性技術(shù)分析 本 設(shè)備 主要工藝約束條件為釜液對(duì)叔丁基苯酚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，主要干擾變量為進(jìn)料 狀況 及回流比 等操作參數(shù) ，利用 Aspen Plus 對(duì)以上敏感性參數(shù)進(jìn)行分析。 回流比 對(duì) 產(chǎn)品濃度 影響的 靈敏度分析 圖 51 回流比對(duì)產(chǎn)品濃度影響的靈敏度分析 由圖 51 可看出， 回流比 較低時(shí)增加回流比對(duì)塔釜對(duì)叔丁基苯酚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高影響明顯， 回流比大于 4 后，隨著回流比的增加，產(chǎn)品濃度變化不大，因此回流比應(yīng)設(shè)置在 4 以下。且回流比在 3~ 之間時(shí)，產(chǎn)品濃度隨回流比變化率最大。因此，若回流比設(shè)置在此范圍內(nèi)時(shí)，效果最顯著。 天津大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 進(jìn)料溫度對(duì)產(chǎn)品濃度 影響 的 靈敏度分析 圖 52 進(jìn)料溫度對(duì)產(chǎn)品濃度影響的靈敏度分析 由圖 52 可看出，隨進(jìn)料溫度升高，產(chǎn)品濃度降低， 但同時(shí)為加熱進(jìn)料，冷凝器與再沸器熱負(fù)荷升高，使操作費(fèi)用增加 。 本設(shè)備所處理物系凝固點(diǎn)較低 ，進(jìn)料溫度不宜過(guò)低 ， 泡點(diǎn)進(jìn)料可以不 受春夏秋冬因?yàn)檫M(jìn)料溫度的變化而造成塔的不穩(wěn)定 ，并且 可以使精餾段與提餾段的氣液負(fù)荷 一致，從而在塔的設(shè)計(jì)時(shí)可以采用等徑 ，便于加工制作與設(shè)計(jì)，故選擇進(jìn)料方式為泡點(diǎn)進(jìn)料。 天津大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 進(jìn)料位置 對(duì)產(chǎn)品濃度影響的靈敏度分析 圖 53 進(jìn)料位置對(duì)產(chǎn)品濃度影響的靈敏度分析 由 圖 53 可以看出， 在第 7 塊板 上 進(jìn)料時(shí)，產(chǎn)品中對(duì)叔丁