【正文】 廠區(qū)內(nèi)道路轉(zhuǎn)彎半徑為16米。主干道設(shè)兩條機(jī)動(dòng)車道，且設(shè)有人行道。防泄漏：罐區(qū)和塔設(shè)備等都要安裝泄漏檢測裝置并進(jìn)行24小時(shí)監(jiān)控。除了在各車間和其它建筑物內(nèi)都采取一定的消防措施外，另在主干道交叉處設(shè)消防站，保證全廠各處若有火災(zāi)發(fā)生時(shí)可方便、迅速到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行搶救。 其它布局說明⑴保證生產(chǎn)、生活安全生產(chǎn)區(qū)和生活區(qū)距離符合安全要求，不會(huì)互相威脅。廠區(qū)道路兩側(cè)可植行道樹，并在不影響其通行的地段植耐酸抗塵的常青灌木組成綠籬，廠區(qū)空地以植草坪為主。現(xiàn)階段暫時(shí)用于綠化，提高增大工廠綠化面積，增大空氣清新指數(shù)。消防站：消防站對生產(chǎn)安全及職工的人生安全給與保障，對生產(chǎn)中的事故可以及時(shí)有效的得到遏制。維修間和原料庫：維修間和原料庫布置在生產(chǎn)區(qū)的后方，靠近主反應(yīng)車間，方便維修裝置以及為反應(yīng)車間提供催化劑等原料。分析化驗(yàn)室位于二樓，用于產(chǎn)品的分析化驗(yàn)。工人休息室設(shè)在一樓，方便工人倒班休息?？偪刂剖遥罕竟に嚲哂幸韵聝蓚€(gè)特點(diǎn)：①需要控制的裝置不多； ②產(chǎn)物不多，分析化驗(yàn)要求不太復(fù)雜?？梢苑奖愎竟芾砗瓦\(yùn)行，同時(shí)為職工的健康，休閑，生活提供保障。成品罐區(qū)前還設(shè)置有足夠?qū)挼膱龅?，可方便的進(jìn)行裝、卸貨。生產(chǎn)區(qū)又分為兩部分：生產(chǎn)車間，分離車間。生產(chǎn)區(qū)布置圖如下：生產(chǎn)區(qū)位于工廠南部，生產(chǎn)區(qū)布置以滿足工藝流程要求為前提，兼具考慮了縮短原材料和制品運(yùn)輸路程為原則進(jìn)行布置，而且重視環(huán)境，通風(fēng)要求，結(jié)構(gòu)緊湊。廠區(qū)共分五大塊：生活區(qū)，生產(chǎn)區(qū)，儲(chǔ)運(yùn)區(qū)，行政區(qū)，輔助生產(chǎn)區(qū)。．2參照要求及標(biāo)準(zhǔn)1.《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》2.《廠礦道路設(shè)計(jì)規(guī)范》3.《石油化工企業(yè)防火規(guī)范》4.《化工管道設(shè)計(jì)規(guī)范》5.《化工工廠總圖運(yùn)輸施工圖設(shè)計(jì)文件編制深度規(guī)定》 布局情況介紹（1）綜述本廠設(shè)計(jì)總體形狀為長方形，占地面積為9600平方米。3. 生產(chǎn)管理、生活方便 4. 安全、衛(wèi)生 ，線路短捷。根據(jù)HG51580臥式橢圓形封頭儲(chǔ)罐系列選擇回流罐為公稱容積，在操作溫度、壓力下選擇筒體材料，由SW698算出筒體厚度為δ，大小規(guī)格與設(shè)計(jì)的一樣。取回流罐的停留時(shí)間為15min，則可計(jì)算出其容積V，對回流罐需要的容積V進(jìn)行圓整，選擇不同形式的回流罐。和臥式罐相比，球形罐具有鋼材耗量少、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，但加工制造、安裝比較復(fù)雜，焊接工作量大，安裝費(fèi)用高。貯罐形式的選擇主要取決于單罐的容積大小和加工條件。本回流罐采用常溫壓力儲(chǔ)存。2） 回流罐設(shè)計(jì)（1）回流罐的操作條件：根據(jù)模擬結(jié)果得知回流罐的相關(guān)數(shù)據(jù)：溫度、壓力、液體或氣體密度、體積流量、質(zhì)量流量。儲(chǔ)罐形式主要有立式儲(chǔ)罐、臥式儲(chǔ)罐以及球型儲(chǔ)罐，對于此儲(chǔ)罐的應(yīng)該選用哪種形式，需要考慮實(shí)際要求，雖然球型儲(chǔ)罐具有用材省受力均勻以及風(fēng)載安全系數(shù)高等優(yōu)勢，但根據(jù)目前國內(nèi)生產(chǎn)制造技術(shù)的發(fā)展情況而言，球型儲(chǔ)罐的生產(chǎn)制造以及裝配技術(shù)還不是十分完善，由于球罐本身對于設(shè)計(jì)以及建造要求較高，如若建造不當(dāng)或不合規(guī)范極易發(fā)生安全事故，因此暫不考慮使用球罐設(shè)計(jì)。l 折流板的最小厚度查得在現(xiàn)在的直徑條件下，折流板的最小厚度，模擬的換熱器最少有幾個(gè)半弓形折流板。經(jīng)模擬后其壓力是否可以達(dá)到設(shè)計(jì)壓力的要求，符合要求時(shí)此法蘭的選擇符合工藝要求。l 法蘭的選擇本換熱器的法蘭選擇不同的密封形式。定性溫度：可取流體進(jìn)口溫度的平均值。粘度大的液體或流量較小的流體，宜走管間，因流體在有折流擋板的殼程流動(dòng)時(shí)，由于流速和流向的不斷改變，在低Re(Re100)下即可達(dá)到湍流，以提高對流傳熱系數(shù)。需要提高流速以增大其對流傳熱系數(shù)的流體宜走管內(nèi)，因管程流通面積常小于殼程，且可采用多管程以增大流速。被冷卻的流體宜走管間，可利用外殼向外的散熱作用，以增強(qiáng)冷卻效果。飽和蒸氣宜走管間，以便于及時(shí)排除冷凝液，且蒸氣較潔凈，冷凝傳熱系數(shù)與流速關(guān)系不大。壓強(qiáng)高的流體宜走管內(nèi)，以免殼體受壓。腐蝕性的流體宜走管內(nèi)，以免殼體和管子同時(shí)受腐蝕，而且管子也便于清洗和檢修。不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管內(nèi)，以便于清洗管子?？煽啃砸蟾?。流量小，揚(yáng)程大。所以最終的泵揚(yáng)程需要 以上。當(dāng)符合要求的泵有兩種以上的規(guī)格的時(shí)候，應(yīng)綜合考慮指標(biāo)高的為最終選定的泵型號(hào)。按輸送工質(zhì)的特殊要求選泵，如工質(zhì)易燃、易爆、有毒、腐蝕性強(qiáng)、含有氣體、低溫液化氣、高溫?zé)嵊偷?，他們有的對防泄漏的密封有特殊要求，因此選用泵的時(shí)候各有特殊要求。盡量選用效率高的泵。流量、揚(yáng)程必須滿足工作中所需的最大負(fù)荷。在泵的選擇過程中，我們需要對每個(gè)工段的特點(diǎn)進(jìn)行具體分析和選擇。 參數(shù): 取板上液層高度hL= m,板間距HT=HThL==查Smith關(guān)聯(lián)圖得到氣體負(fù)荷因子，由于液泛氣速：，可求出設(shè)計(jì)氣速為：u=*umax所以塔徑：，按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整。綜合考慮，我們優(yōu)先選擇板式塔。兩種類型的塔器各有特點(diǎn)：不同任務(wù)，操作條件，介質(zhì)性質(zhì)情況下，選擇合適的精餾塔能夠充分發(fā)揮塔的作用，既能保證安全穩(wěn)定生產(chǎn)，又能降低生產(chǎn)成本，下表列出了填料塔和板式塔的使用特點(diǎn)。精餾塔的設(shè)計(jì)牽涉到眾多的參數(shù)：產(chǎn)品組成、產(chǎn)品的流量、操作壓力、塔板數(shù)、進(jìn)料位置、回流比、再沸器熱負(fù)荷、冷凝器冷卻負(fù)荷、塔徑、塔高。明。設(shè)計(jì)主要包括工藝參數(shù)設(shè)計(jì)、基本參數(shù)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)。氣液分離器筒徑計(jì)算公式： 精餾塔的選擇 在完成了全流程模擬的基礎(chǔ)之上，我們得到了塔設(shè)備設(shè)計(jì)所需要的最基本的數(shù)據(jù)。 閃蒸罐設(shè)計(jì)塔徑計(jì)算計(jì)算公式: 由aspen plus計(jì)算可知V= 根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)選擇合適的壓縮機(jī)，根據(jù)排氣壓力、排氣流量以及介質(zhì)的性質(zhì)，本項(xiàng)目選擇了三星系列空氣、天然氣、氮?dú)錃饴?lián)合壓縮機(jī)，型號(hào)為SM2000，其規(guī)格如下：容量4109m3/h，排氣壓力15—80bar，功率131297kw，冷卻介質(zhì)選擇水冷。（4）由工藝要求選擇，確定進(jìn)出口壓力，計(jì)算總壓力比，得到壓縮機(jī)的級數(shù)。（2）對于腐蝕性氣體，選擇抗腐蝕材料。 列管式反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及空速的計(jì)算a. 催化劑的用量為： b. 反應(yīng)器的空速:c. 管數(shù)N的計(jì)算：d. 床層壓降的計(jì)算: 反應(yīng)器內(nèi)徑、壁厚、外徑的計(jì)算反應(yīng)器的內(nèi)徑： 反應(yīng)器的壁厚： 反應(yīng)器的外徑： 反應(yīng)器塔高的計(jì)算 其塔高為： 壓縮機(jī)的選擇在這里我們選用離心式壓縮機(jī)，離心式壓縮機(jī)相比往復(fù)式壓縮機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)：l 離心式壓縮機(jī)體積小；l 離心式壓縮機(jī)流量大，供氣均勻，調(diào)節(jié)方便；l 離心式壓縮機(jī)內(nèi)易損部件少，可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)且安全可靠；l 離心式壓縮機(jī)因無潤滑油污染氣體，有利于保護(hù)催化劑，并可以取消往復(fù)式催化劑所需要的油過濾器，簡化了工藝流程。當(dāng)反應(yīng)熱效應(yīng)不大，管徑較細(xì)，管外用傳熱良好的恒溫流體進(jìn)行控溫時(shí)，反應(yīng)管內(nèi)各處可近似地視作等溫。此次設(shè)計(jì)用到的主要設(shè)備有：甲醇合成反應(yīng)器、精餾塔、合成氣壓縮機(jī)、泵、換熱器、儲(chǔ)罐等。其目的是決定工藝設(shè)備的類型、規(guī)格、主要尺寸和臺(tái)數(shù)，為車間布置、施工圖設(shè)計(jì)及公共工程提供足夠的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。最終對全廠工藝進(jìn)行系統(tǒng)級的熱量平衡計(jì)算，進(jìn)而用于指導(dǎo)節(jié)能降耗設(shè)計(jì)工作。其中，Q——設(shè)備的熱負(fù)荷； W——輸入系統(tǒng)的機(jī)械能； ——離開設(shè)備的各物料焓之和； ——進(jìn)入設(shè)備的各物料焓之和。工程依據(jù)化工設(shè)計(jì)中關(guān)于熱量衡算的基本思想和要求，遵循基本規(guī)范與實(shí)際工藝相結(jié)合的原則，進(jìn)行熱量衡算。在工藝流程設(shè)計(jì)中，根據(jù)反應(yīng)進(jìn)程將兩個(gè)工段分別進(jìn)行ASPEN PLUS 流程模擬，并在此基礎(chǔ)上完成了流程中各操作單元的物料衡算與熱量衡算。物料衡算是質(zhì)量守恒定律的一種表現(xiàn)形式，凡引入某一設(shè)備的物料成分、質(zhì)量等于操作后所得產(chǎn)物的成分、質(zhì)量加上損失的物料。在化學(xué)工程中，設(shè)計(jì)或改造工藝流程和設(shè)備、了解和控制生產(chǎn)操作過程、核算生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)效益，確定原材料消耗定額，確定生產(chǎn)過程的損耗量，對現(xiàn)有的工藝過程進(jìn)行分析，選擇最有效的工藝路線，對設(shè)備進(jìn)行最佳設(shè)計(jì)以及確定最佳操作條件等都要進(jìn)行物料衡算。 通過計(jì)算，從中找出主副產(chǎn)品的生成量，確定原材料的消耗定額，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。物料衡算的依據(jù)是質(zhì)量守恒定律，熱量衡算的依據(jù)是熱力學(xué)第一定律。本流程將上述廢水大部分作萃取水循環(huán)用于預(yù)塔，余量則送往轉(zhuǎn)化工段中的汽提塔經(jīng)汽提處理后，作除鹽水回收，從而實(shí)現(xiàn)了甲醇蒸餾過程中廢水的零排放。廢液經(jīng)塔底流出，此時(shí)，%，從而實(shí)現(xiàn)甲醇的精餾。不凝氣、低沸物及少量甲醇進(jìn)入預(yù)分餾塔二級冷凝器，將絕大部分甲醇冷凝下來進(jìn)入甲醇萃取槽，進(jìn)一步分離出甲醇。 分離工段在預(yù)分餾塔中，除去粗甲醇中殘留的溶解氣體以及二甲醚為代表的低沸物。Lurgi反應(yīng)器屬等溫型列管反應(yīng)器，反應(yīng)熱靠管外沸騰的水很快移走，產(chǎn)生飽和蒸汽。不凝的氣體經(jīng)馳放少量惰性氣體后，大部分循環(huán)回合成氣壓縮機(jī)循環(huán)段，與新鮮氣混合再進(jìn)合成塔。反應(yīng)后的氣體出塔溫度為260℃，甲醇出口濃度為55%左右。此過程可簡述為：合成氣經(jīng)合成氣壓縮機(jī)壓縮，首先經(jīng)過合成塔進(jìn)出氣換熱器加熱。影響催化劑使用壽命的因素很多,包括熱失活、積炭、中毒失活、污染失活、強(qiáng)度下降等。銅基催化劑的失活：催化劑的活性是決定甲醇合成新工藝開發(fā)成功與否的關(guān)鍵因素之一。c)耐高溫性差,對硫敏感。其特點(diǎn)是:a)活性好,單程轉(zhuǎn)化率為7%8%。下面我們主要研究和探討銅基催化劑:銅基催化劑是一種低溫低壓甲醇合成催化劑, 其主要組CuO/ZnO/Al2O3(CuZn Al) ,由英國 ICI公司和德國Lurgi公司先后研制成功。國內(nèi)外研究人員都在積極開發(fā)、應(yīng)用新型甲醇合成催化劑,以提高甲醇的產(chǎn)量和質(zhì)量,節(jié)約能源,降低成本。在甲醇生產(chǎn) 中,很多工業(yè)指標(biāo)和操作條件都是由催化劑的性質(zhì)決定的。XCN98的空速要求為6000～15000h1，本設(shè)計(jì)空速定為12000 h1?？账龠^低，結(jié)炭等副反應(yīng)加劇，空速過高，系統(tǒng)阻力加大或合成系統(tǒng)投資加大，能耗增加，催化劑的更換周期縮短。（4）空速空速不僅是一個(gè)和合成回路氣體循環(huán)量相關(guān)聯(lián)的工藝控制參數(shù)，也是一個(gè)影響綜合經(jīng)濟(jì)效益的變量。但是過高的二氧化碳含量會(huì)降低合成系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，粗甲醇含水增加，增加精餾系統(tǒng)的負(fù)荷和能耗。甲醇合成過程中，需要一定的二氧化碳存在以保持催化劑的高活性。由于新鮮氣中（H2CO2）/(CO+CO2)略大于2，而反應(yīng)過程中氫與一氧化碳、二氧化碳的化學(xué)計(jì)量比分別為2:1和3:1，因此循環(huán)氣中（H2CO2）/(CO+CO2)遠(yuǎn)大于2。設(shè)采用的是低壓法（）合成甲醇。至較高的壓力和溫度下，一氧化碳和氫生成甲烷、異丁醇等副產(chǎn)物，這些副反應(yīng)的反應(yīng)熱高于甲醇合成反應(yīng)，使床層溫度提高，副反應(yīng)加速，如果不及時(shí)控制，會(huì)造成溫度猛升而損壞催化劑。操作壓力的選用與催化劑的活性有關(guān)。（2）操作壓力壓力是甲醇合成反應(yīng)過程的重要工藝條件之一。設(shè)計(jì)采用的甲醇合成塔為列管式等溫反應(yīng)器，管間走的是沸騰水，可以副產(chǎn)蒸汽，床層內(nèi)溫差很小，接近最佳溫度操作曲線。一般而言，在催化劑的使用初期，反應(yīng)溫度維持較底的數(shù)值，隨著使用時(shí)間的增加，逐步提高反應(yīng)溫度。e) Lurgi低壓甲醇合成工藝反應(yīng)床層的溫度比ICI低壓甲醇合成工藝的床層溫度更易于控制和調(diào)節(jié)，并且反應(yīng)床層溫度的分布也更臺(tái)理，因而催化劑活性高，時(shí)空產(chǎn)率比ICI法高一倍左右. 合成工序工藝操作條件的確定（1）操作溫度甲醇合成催化床層的操作溫度主要是由催化劑的活性溫度區(qū)決定的。c) Lurgi低壓甲醇合成工藝還能利用反應(yīng)熱副產(chǎn)中壓蒸汽，能量的利用比ICI低壓甲醇合成工藝更為有效。兩種工藝動(dòng)力消耗的比較ICI低壓甲醇臺(tái)成工藝中，由于原料氣的單程轉(zhuǎn)化率低，為了有效地利用原料氣及減少馳放氣排放量，這就要求生產(chǎn)中必須有很大的循環(huán)氣量；而Lurgi低壓甲醇合成工藝中，單程轉(zhuǎn)化率較高，要求的循環(huán)氣量就比ICI低壓甲醇臺(tái)成工藝少得多，具體比較如下：l ICI低壓甲醇合成工藝中循環(huán)氣：新鮮氣=10 ：1l Lurgi低壓甲醇臺(tái)成工藝中 循環(huán)氣：新鮮氣=5 ：l由于ICI低壓甲醇合成工藝要求的循環(huán)量比Lurgi低壓甲醇合成工藝多，這就決定了其生產(chǎn)過程中的動(dòng)力消耗比Lurgi低壓甲醇合成工藝要大；且有關(guān)設(shè)備管道的尺寸也要比Lurgi低壓甲醇合成工藝的大，其一次性投資也要比Lurg~低壓甲醇合成工藝多。出塔氣中甲醇含量和粗甲醇質(zhì)量的比較在ICI低壓甲醇合成工藝中，由于催化劑的催化作用受床層溫度波動(dòng)的影響和玲激氣分層加入所產(chǎn)生的稀釋效應(yīng)，原料氣的單程轉(zhuǎn)化率低，出塔氣中的甲醇含量只有3 ～4 ，而且溫度的波動(dòng)使得副反應(yīng)增加，粗甲醇質(zhì)量下降。ICI低壓甲醇臺(tái)成工藝中合成塔床層溫度隨床層高度的變化而不同，催化劑床層溫度波動(dòng)較大，這特點(diǎn)也就決定了：(1)不同床層高度的催化劑活性不同，催化劑的整體活性不能有效發(fā)揮．催化劑的時(shí)空產(chǎn)率低，經(jīng)濟(jì)效益低；(2)不同床層高度的催化劑老化失活的程度與速度不同，不利于保護(hù)和延長催化劑的使用壽命，催化劑的有效利用率低。 Lurgi低壓甲醇臺(tái)成工藝中，合成塔為管殼式，管程為反應(yīng)催化床層，反應(yīng)熱被殼程中的水汽化產(chǎn)生中壓蒸汽帶走，生產(chǎn)過程中可通過控制所產(chǎn)中壓蒸汽壓力來調(diào)節(jié)催化床層溫度，反應(yīng)溫度易控制、徑向溫差5 C左右，軸向(除反應(yīng)器入口外)幾乎沒有溫差。具體如圖1所示 而且由于用四股冷激氣來控制床層溫度，實(shí)際難于操作，易出現(xiàn)超溫或垮塔現(xiàn)象。 工藝流程的確定ICI法和Lurgi法的工藝比較：170。70年代,我國輕工部四川維尼綸廠從法國Speichim公司引進(jìn)了一套以乙炔尾氣為原料日產(chǎn)300噸低壓甲醇裝置(英國ICI專利技術(shù))。從而打破了甲醇合成的高壓法的壟斷,這是甲醇生產(chǎn)工藝上的一次重大變革,它采用511型銅基催化劑,合成壓力5MPa。由于這種催化劑在較高壓力下也能維持較長的壽命,從而使ICI公司有可能將原有的5MPa的合成壓力提高到l0MPa,所用合成塔與低壓法相同也是四段冷激式,其流程和設(shè)備與低壓法類似。它能更有效地降低建廠費(fèi)用和甲醇生產(chǎn)成本。 （2）中壓法中壓法是在低壓法研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展起來的,由于低壓法操作壓力低,導(dǎo)致設(shè)備體積相當(dāng)龐大,不利于甲醇生產(chǎn)的大型化。自從1923年第一次用這種方法合成