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乙二醇工段工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-展示頁

2025-06-28 00:25本頁面
  

【正文】 4 設(shè)備選型及設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如下表41表41 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)名稱標(biāo)準(zhǔn)號 換熱器 概述各類換熱器作為化工流程過程中必不可少的設(shè)備。通過液態(tài)流股DMO進(jìn)料,使液態(tài)DMO汽化所帶走反應(yīng)過程所產(chǎn)生的熱量,出反應(yīng)器DMO蒸汽通過冷卻水冷凝回收利用。其反應(yīng)方程式如下總反應(yīng)方程式如下EG過度加氫反應(yīng)方程式如下將反應(yīng)熱力學(xué)數(shù)據(jù)及操作物流流量在Aspen plus 軟件進(jìn)行流程模擬,可得到反應(yīng)器進(jìn)、出物料流股的熱焓值,其結(jié)果如下表33。最終可以確定反應(yīng)器消耗的能量及消耗能量的費(fèi)用,以達(dá)到生產(chǎn)工藝在經(jīng)濟(jì)上的可行性,同時(shí)為反應(yīng)器設(shè)備選型提供依據(jù)。 能量衡算可以解決的問題在本設(shè)計(jì)中確定了DMO原料泵及氫氣壓縮機(jī)所需功率。表32 反應(yīng)器物料衡算表進(jìn)料出料溫度℃210壓力/MPa氣相分率摩爾流量 kmol/hr質(zhì)量流量kg/hr體積流量 cum/hr焓 Gcal/hr質(zhì)量流量 kg/hrDMOCH3OH0EG0H2摩爾分率DMO3ppmCH3OH0EG0H29ppm 能量衡算 能量衡算的目的本設(shè)計(jì)的DMO催化加氫車間,能量衡算的主要目的是確定車間設(shè)備的熱負(fù)荷。DMO加氫反應(yīng)器由Aspen plus軟件進(jìn)行模擬計(jì)算結(jié)果如下表32。Aspen plus模擬軟件中包含了許多的操作單元模塊,包括閃蒸罐、氫氣壓縮機(jī)、換熱器、原料混合器、分離器、精餾塔、反應(yīng)器、泵等操作單元。表31 反應(yīng)器進(jìn)出口流股表進(jìn)料溫度℃210壓力 MPa氣相分率摩爾流量 kmol/hr質(zhì)量流量kg/hr體積流量 cum/hr焓 Gcal/hr質(zhì)量流量DMOCH3OH0EG0H2(R1001)物料衡算本車間設(shè)計(jì)中所用Aspen plus化工模擬軟件Aspen plus模擬軟件能廣泛的應(yīng)用到化工領(lǐng)域,能實(shí)現(xiàn)新工藝的設(shè)計(jì)、工藝流程設(shè)備的模擬計(jì)算、熱集成核算、環(huán)境評估、經(jīng)濟(jì)分析等。圖1 EG合成工藝流程圖DMO催化加氫反應(yīng)器(R1001)生產(chǎn)任務(wù) 年產(chǎn)萬噸乙二醇,連續(xù)運(yùn)行反應(yīng)方程乙二醇合成反應(yīng)方程式如下乙二醇生產(chǎn)量 草酸二甲酯消耗量 新鮮氫氣消耗量 由計(jì)算可知各物料流量,以Aspen plus reators模塊對反應(yīng)器進(jìn)行模擬,反應(yīng)器選用Ryield模型,%,反應(yīng)溫度為210℃。在DMO催化加氫反應(yīng)器物料衡算時(shí),所以要先確定的衡算體系。 物料衡算遵循的原則物料衡算的基礎(chǔ)理論是質(zhì)量守恒原則。 物料衡算的任務(wù)本車間設(shè)計(jì)物料衡算有兩種,一是對已有乙二醇合成的生產(chǎn)設(shè)備、工藝流程對應(yīng)實(shí)際數(shù)據(jù),核算出一些不可能直接測定的數(shù)據(jù),對舊的乙二醇工藝流程分析,提出合理的改善措施。3 物料衡算及能量衡算 物料衡算 物料衡算的意義物料衡算是確定DMO催化加氫物料轉(zhuǎn)變和物料比例定量關(guān)系的過程。在最適工藝條件下該催化劑能達(dá)到最佳活化能。同時(shí)該催化劑由國內(nèi)自主研發(fā)。由乙醇副反應(yīng)產(chǎn)生。 催化劑選擇 Cu/SiO2加氫催化劑研究表明Cu/SiO2加氫催化劑,在反應(yīng)溫度為205℃,壓力2MPa,氫酯比60,條件下,草酸二甲醋轉(zhuǎn)化率為80%,%。利用二異丁基酮做夾帶劑,乙二醇夾帶劑從塔頂采出,1,2丁二醇從塔釜采出。(4) EG初步精制:EG混合液由常壓精餾塔精制,塔底采出EG和1,2丁二醇混合液,塔上部采出DMO及甲醇混合液。(3) 氫氣回收將反應(yīng)后的混合液由汽液分離器分離,上部采出氫氣及混合氣體,有后續(xù)氫氣精制循環(huán)利用,減少氫氣原料用量。DMO溶液由泵打入從上部進(jìn)入反應(yīng)器。催化劑由氫氣在一定工藝條件下還原活化。圖1 EG合成工藝流程圖 生產(chǎn)流程敘述(1) 料預(yù)處理 原料泵將DMO打入DMO預(yù)熱器換熱到210℃,由列管式反應(yīng)器上部進(jìn)入,換熱到210℃,由列管式反應(yīng)器下部進(jìn)入。 工藝路線介紹 工藝原理(1)原料氣制備低壓煤氣化制取一氧化碳間歇法制的半水煤氣,再經(jīng)過高變低變制得氫氣(2)草酸二甲酯的合成一氧化碳?xì)庀嗯悸?lián)催化合成草酸二甲酯(DMO)。DMO催化加氫是目前國內(nèi)煤化工路線中最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。用合成氣法制取乙二醇原子利用率高,環(huán)境污染小,因此無論是經(jīng)濟(jì)角度還是環(huán)境角度都是一種經(jīng)濟(jì)有效合成路線。所以非石油路線制備乙二醇具有巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值。此工藝流程的反應(yīng)如下目前,我國石油資源日益短缺,國際原油市場價(jià)格不穩(wěn)定。②酯交換法(EG與DMC聯(lián)產(chǎn)法)反應(yīng)器中碳酸乙烯酯與甲醇會發(fā)生酯交換反應(yīng)。①EC水解法在20世紀(jì)70年代時(shí),英國 ICI、美國HalconSD、日本觸媒公司以及英國 ICI等公司研究出了EC水解工藝路線合成乙二醇。在原料中水的用量會使乙二醇的選擇性增加,但此時(shí)會增大能耗,并增大了乙二醇精制難度。煤化工是以合成氣為原料,該合成乙二醇生產(chǎn)技術(shù)路線在我國已達(dá)到產(chǎn)業(yè)化。以乙烯為原料的環(huán)氧乙烷水合法路線合成乙二醇,經(jīng)過乙烯催化直接合成乙二醇。工藝路線是為:首先以CO為原料通過CO偶聯(lián)反應(yīng)制得草酸二甲酯,隨后草酸二甲酯通過加氫反應(yīng)得到乙二醇產(chǎn)品。但是我國是一個(gè)“貧油、富煤、少氣”的發(fā)展中國家,在2015年時(shí),%。2 生產(chǎn)工藝 項(xiàng)目背景石油和煤炭是全球性范圍內(nèi)的最重要石化資源。因此,煤產(chǎn)業(yè)制備乙二醇路線的開發(fā)與充分利用就顯得尤為重要。石油路線制備乙二醇路線要面臨國外天然氣制備乙二醇和國內(nèi)煤產(chǎn)業(yè)制備乙二醇路線的挑戰(zhàn)。 產(chǎn)品規(guī)格表1 產(chǎn)品規(guī)格一覽表項(xiàng)目指標(biāo)乙二醇外觀無機(jī)械雜質(zhì)、透明、無色乙二醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)% 色度(鉑鈷)/(加熱前) 5密度(20),g/cm3—沸程(0,)初餾點(diǎn)() 196干點(diǎn)() 199水分(%) 酸度(%) 鐵含量(%) 灰分(%) 二乙二醇和三乙二醇(%) 醛含量(%) 紫外透光率(%)220nm 70275nm 90300nm 98 項(xiàng)目建設(shè)意義縱觀全球,工業(yè)上合成乙二醇基本上全部采用石油合成路線。將分離提純的草酸二甲酯的反應(yīng)尾氣再通入再生塔,回收利用亞硝酸甲酯。為了降低原料成本、可以全國性推廣工藝流程創(chuàng)造了有利條件,使合成氣制乙二醇工藝技術(shù)更具有實(shí)用性和先進(jìn)性。本工藝路線原子利用率高,大氣環(huán)境污染小,可大大提高生產(chǎn)過程的綜合經(jīng)濟(jì)效益。第一步一氧化碳與亞硝酸酯催化合成草酸二甲酯,第二步由提純后的草酸二甲酯催化加氫制得乙二醇。在年,乙二醇國內(nèi)的進(jìn)口量將達(dá)到萬噸,同比年上升了,中國乙二醇產(chǎn)量明顯產(chǎn)不足需。國內(nèi)聚酯消的費(fèi)量占乙二醇總生產(chǎn)量的90%以上,使我國乙二醇的生產(chǎn)和消費(fèi)得到了持續(xù)不斷的快速發(fā)展。乙二醇主要用于防凍液、塑料以及聚酯纖維等領(lǐng)域。乙二醇工段工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄設(shè)計(jì)任務(wù) I摘 要 IIAbstract III1 緒論 1 項(xiàng)目概述 1 工藝特點(diǎn) 1 產(chǎn)品規(guī)格 2 項(xiàng)目建設(shè)意義 22 生產(chǎn)工藝 3 項(xiàng)目背景 3 工藝選擇 3 工藝方案比較 3 工藝方案選擇 4 工藝路線介紹 5 工藝原理 5 工藝流程圖 5 生產(chǎn)流程敘述 6 催化劑選擇 7 Cu/SiO2加氫催化劑 7 HEG1加氫催化劑 73 物料衡算及能量衡算 8 物料衡算 8 物料衡算的意義 8 物料衡算的任務(wù) 8 物料衡算遵循的原則 8 系統(tǒng)物料衡算 8 能量衡算 11 能量衡算的目的 11 能量衡算可以解決的問題 11 能量衡算遵循的原則 11 系統(tǒng)能量衡算 124 設(shè)備選型及設(shè)計(jì) 14 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù) 14 換熱器 14 概述 14 分類與特性 15 氫氣進(jìn)料預(yù)熱器 16 26 泵 27 概述 27 選用要求 27 DMO進(jìn)料泵 28 選型結(jié)果 32 壓縮機(jī) 33 概述 33 設(shè)計(jì)依據(jù) 33 33 反應(yīng)器 34 概述 34 34 DMO加氫反應(yīng)器設(shè)計(jì) 34 37 39 39 45 儲罐 47 概述 47 分類 47 加氫粗產(chǎn)品儲罐 47 選型結(jié)果 485 自動控制及儀表 49 設(shè)計(jì)依據(jù) 49 設(shè)計(jì)范圍及分工 49 動力供應(yīng) 49 儀表用壓縮空氣 49 儀表用電源 49 設(shè)備控制方案 49 泵的控制方案 49 壓縮機(jī)的控制方案 51 換熱器的控制方案 52 反應(yīng)器的控制方案 53 閃蒸罐的控制方案 55 儲罐的控制方案 556 車間布置 57 設(shè)計(jì)依據(jù) 57 EG合成車間 57 車間整體布置 57 各類設(shè)備布置 57 車間布置圖 58 車間的單元設(shè)備布置 60 固定床反應(yīng)器布置 60 泵組布置 60 氫氣壓縮機(jī)布置 61 儲罐布置 617 環(huán)境保護(hù)措施 62 設(shè)計(jì)原則 62 62 63 63 648 投資估算 65 編制說明 65 投資估算 65 編制依據(jù) 65 估算方法說明 65 車間投資的一般構(gòu)成 66 車間建設(shè)投資估算 66 69 69 69 70 70 產(chǎn)品成本估算 70 70 成本估算表 71 71 72結(jié)束語 73 設(shè)計(jì)總結(jié) 73 74[參考文獻(xiàn)] 75致 謝 77V西安文理學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)1 緒論 項(xiàng)目概述乙二醇(EG),又名甘醇,分子式為(CH2OH)2。乙二醇具有低凝固點(diǎn)、高沸點(diǎn)和弱還原性等特點(diǎn)。在國內(nèi),生產(chǎn)乙二醇廣泛用于黏合劑、聚酯(PET)以及防凍液等。近些年來,國內(nèi)外乙二醇總的消費(fèi)量將達(dá)到了每年萬噸以上,乙二醇主要消費(fèi)在北美洲、西歐以及亞洲等地區(qū),其中亞洲地區(qū)的總消費(fèi)量將超過每年近萬噸以上,約占了乙二醇總消費(fèi)量的以上。本設(shè)計(jì)采用草酸二甲脂加氫制乙二醇工藝技術(shù),分為兩步進(jìn)行。本工藝技術(shù)既能在有煤、天然氣的地方投資生產(chǎn),又能充分利用原料資源,實(shí)現(xiàn)了綜合有效的利用資源;制備草酸二甲酯在常壓和低于160℃的條件下進(jìn)行;℃條件下反應(yīng),此催化反應(yīng)有大量的反應(yīng)余熱可回收再利用。 工藝特點(diǎn)本車間設(shè)計(jì)由草酸二甲酯制乙二醇工藝全部采用合成氣為原料進(jìn)行,使乙二醇合成所需要的原料,都有低廉的價(jià)格和豐富的資源。工藝首先將合成氣原料導(dǎo)入裝有HDMO型催化劑的列管式反應(yīng)器中進(jìn)行催化反應(yīng)。精制后的草酸二甲酯與新鮮氫氣催化加氫生產(chǎn)乙二醇,DMO催化加氫反應(yīng)采用HEG1型加氫催化劑,使得原料草酸二甲酯轉(zhuǎn)化率≥98%,產(chǎn)物乙二醇選擇性≥95%。但是受到油價(jià)不管升高和國際原油市場的影響,因此乙二醇合成成本也不斷升高。目前,中國石油合成路線生產(chǎn)乙二醇受到乙烯生產(chǎn)量的影響,生產(chǎn)量不能滿足國內(nèi)外市場的需求。近些年來,煤化工合成乙二醇工藝路線取得了巨大突破,以合成氣合成草酸二甲酯催化加氫為代表的工藝技術(shù)路線取得了工業(yè)化的成功。按原料性質(zhì)的不同,化工產(chǎn)品的生產(chǎn)路線可分為“石油化工”和“煤化工”,而且“石油化工”路線在目我國化工產(chǎn)品合成中占有主導(dǎo)性地位。正是在這樣的時(shí)代背景下,本論文設(shè)計(jì)工藝確定為由合成氣制乙二醇。 工藝選擇 工藝方案比較目前,我國乙二醇合成工藝技術(shù)主要是環(huán)氧乙烷水合法,但是非環(huán)氧乙烷水合法路線尤其是煤化工路線已經(jīng)取得了巨大突破。我國引進(jìn)的合成乙二醇技術(shù)包括英荷殼牌公司(Shell)、美國科學(xué)設(shè)計(jì)公司(SD)和美國DOW 化學(xué)公司的生產(chǎn)技術(shù)路線。1) EO法 該合成乙二醇路線中用到大量的水,能耗很大;會有副產(chǎn)物二乙二醇(DEG)和三乙二醇(TEG)生產(chǎn)。2) EC法 碳酸乙烯酯(EC)法合成乙二醇工藝路線主要有兩種:碳酸乙烯酯水解工藝路線與酯交換工藝路線(EG與DMC聯(lián)產(chǎn)法)。此工藝流程如下此工藝路線要在同一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行著不同的反應(yīng),工藝操作繁瑣,難以控制在同一個(gè)反應(yīng)器中使得兩步反應(yīng)都達(dá)到最佳條件。此反應(yīng)同時(shí)會有碳酸二甲酯(DMC)和乙二醇(EG)產(chǎn)物生成,所以酯交換法是一條經(jīng)濟(jì)有效的合成路線。石油化工路線合成乙二醇,此路線經(jīng)濟(jì)效益會受到原油市場的影響。非石油路線采用的合成氣來源廣泛,價(jià)格低廉是理想的合成原材料。 工藝方案選擇煤制乙二醇的技術(shù)核心是選用低成本和長壽命的催化劑。合成氣制乙二醇工藝路線技術(shù)特點(diǎn)①以煤產(chǎn)業(yè)為原料,是非石油路線制備乙二醇技術(shù)路線的核心優(yōu)勢,該工藝技術(shù)路線擴(kuò)大了乙二醇生產(chǎn)的原料來源;②草酸二甲酯催化加氫工藝路線的操作條件,溫度為210℃,該合成條件對反應(yīng)器設(shè)備材質(zhì)要求低,容易制造,可以降低投資費(fèi)用,可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn);③本工藝路線生產(chǎn)乙二醇過程中相關(guān)配套技術(shù)成熟,如煤氣化、分離提純均以及氣體轉(zhuǎn)化都為國內(nèi)煤化工產(chǎn)業(yè)中成熟技術(shù)。CO在HDMO1型催化劑的作用下,與亞硝酸甲酯催化反應(yīng)生成草酸二甲酯和NO,反應(yīng)方程式如下(3)草酸二甲酯催化加氫制取乙二醇DMO催化加氫反應(yīng)是一個(gè)聯(lián)串反應(yīng),首先是DMO催化加氫生成中間產(chǎn)物乙醇酸甲酯(MG),其
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