【正文】 次是乙醇酸甲酯催化加氫生成乙二醇，反應(yīng)方程式如下總反應(yīng)方程式如下 工藝流程圖本車間設(shè)計(jì)的DMO催化加氫工藝流程如下圖1所示。(2) 草酸二甲酯催化加氫生產(chǎn)乙二醇流程在DMO催化加氫反應(yīng)器中裝填HEG1型催化劑。催化加氫反應(yīng)溫度為210℃，壓力為2MPa。氫氣控制流量保證氫酯比為80～100，從下部進(jìn)入反應(yīng)器。下部采出EG及1,2丁二醇混合物經(jīng)換熱器進(jìn)入產(chǎn)品初精餾塔。EG和1,2丁二醇混合液送入后續(xù)共沸精餾塔精制。塔頂餾出的共沸物經(jīng)冷凝分相后，下層富乙二醇通過精制達(dá)到工業(yè)要求。當(dāng)溫度為250℃，氫酯比為80條件下，原料草酸二甲酯的轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%，%。 HEG1加氫催化劑該催化劑的低溫活性好，在2MPa下，工業(yè)粒度210℃與205℃時(shí)，%＞98%，EG選擇性分別為98%＞93%，此時(shí)催化劑達(dá)到最佳活化性能，EG的收率最高，副反應(yīng)產(chǎn)率低。通過對(duì)比和工藝條件，本設(shè)計(jì)選用HEG1型催化劑。HEG1型催化劑的工業(yè)粒度數(shù)據(jù)水平超過了CuCr系以及CuSi系的草酸二甲酯加氫催化劑的報(bào)道。%，確定車間生產(chǎn)過程的損耗量以及確定設(shè)備容量、數(shù)量和主要尺寸，對(duì)加氫車間設(shè)備進(jìn)行了最佳的優(yōu)化，也確定了DMO催化加氫的最佳操作條件。二是設(shè)計(jì)出新的乙二醇合成生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝路線，由物料衡算結(jié)果計(jì)算出各個(gè)裝置設(shè)備流股的組成、含量以及物料量，可確定出DMO催化加氫車間設(shè)備的工藝尺寸和整個(gè)工藝流程。物料衡算研究DMO催化加氫反應(yīng)器體系內(nèi)物料的組成和流股量的變化。在穩(wěn)定狀態(tài)下有表示 系統(tǒng)物料衡算 EG合成流程圖本設(shè)計(jì)乙二醇合成車間工藝流程見下圖1，本設(shè)計(jì)重點(diǎn)對(duì)合成反應(yīng)器做系統(tǒng)物料衡算。輸入進(jìn)入反應(yīng)器參數(shù)得如下表31流股數(shù)。Aspen plus模擬軟件的應(yīng)用，使計(jì)算能加方便簡潔，可優(yōu)化工藝生產(chǎn)設(shè)備、可大大降低工藝生產(chǎn)成本和建設(shè)投資費(fèi)用，而且能產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益。本設(shè)計(jì)中應(yīng)用Aspen plus化工模擬軟件進(jìn)行模擬的具體步驟如下第一步：確定乙二醇生產(chǎn)工藝流程，確定了操作單元，連接設(shè)備物流線；第二步：選擇操作單元模擬模塊，輸入所有物料組分；第三步：選擇合適的熱力學(xué)模型和確切的方程；第四步：輸入DMO和氫氣物料的流股；第五步：輸入操作單元的模擬參數(shù)；第六步：運(yùn)行模擬程序；第七步：查看分析軟件模擬結(jié)果。由表可以看出進(jìn)出反應(yīng)器的質(zhì)量流量守恒。跟據(jù)車間裝置熱負(fù)荷的大小、物料流股的性質(zhì)以及設(shè)備要求再選擇傳熱過程的方式，可以確定反應(yīng)器設(shè)備的工藝尺寸。確定了DMO催化加氫反應(yīng)是吸熱還是放熱，吸熱量和放熱量的大小，怎樣充分利用反應(yīng)器余熱，本設(shè)計(jì)提出了乙二醇合成車間能量的綜合利用，設(shè)計(jì)出怎樣使能耗降低到最小。 能量衡算遵循的原則依據(jù)DMO催化加氫反應(yīng)的能量守恒定律，任意均相體系在時(shí)間內(nèi)的能量守衡原則如下即為 系統(tǒng)能量衡算圖2 EG合成工藝流程圖. 1加氫反應(yīng)器（R1001）能量衡算DMO催化加氫反應(yīng)體系是一個(gè)串聯(lián)反應(yīng)，首先是DMO催化加氫生成中間產(chǎn)物乙醇酸甲酯(MG)，其次是MG再次催化加氫制得EG，EG多度加氫則生成乙醇。表33 加氫反應(yīng)器進(jìn)出料流股焓值表進(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 Gcal/hr有表33可以看出DMO加氫反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)。本設(shè)計(jì)不僅改善了反應(yīng)器中熱量的回收再利用，而且使反應(yīng)器溫度更加平穩(wěn)延長了催化劑的壽命。在化工生產(chǎn)流程中使用著很多熱交換器，提高氫氣換熱器的工作效率，能降低車間的經(jīng)濟(jì)能源的消耗；另一方面，DMO催化加氫車間能用換熱器回收生產(chǎn)余熱，這樣可以提高車間裝置設(shè)備的熱利用率。根據(jù)本工藝加氫換熱器的條件，使換熱器出口氫氣溫度達(dá)到210℃。 分類與特性換熱器是化工生產(chǎn)中采用最多的一種，型式多樣，適用于化工工業(yè)生產(chǎn)的中幾乎各種條件各種場合。 氫氣進(jìn)料預(yù)熱器1) 換熱器型式的確定 圖2 列管式換熱器結(jié)構(gòu)圖列管式換熱器是化工生產(chǎn)中使用最多的一種結(jié)構(gòu)型式。2) 換熱器流速以及流動(dòng)空間的確定(1) 兩種流體分別是加壓氣體和冷卻水，由于壓強(qiáng)高的流體宜在管內(nèi)，以免殼體承受壓力，所以加壓氣體走管程，自來水走殼程。用過熱蒸汽給其換熱，蒸汽進(jìn)口溫度為250℃，出口溫度為90℃。 表43 殼程和管程流體的有關(guān)物性參數(shù)物性數(shù)據(jù)加氫物料高壓蒸汽 估算總傳熱系數(shù)1) 熱流量計(jì)算2) 平均傳熱溫差計(jì)算3) 冷卻水用量計(jì)算1　2?。晃酃笩嶙铓鈧?cè) 水側(cè) 3　4　 計(jì)算傳熱面積考慮15%的面積裕度 工藝結(jié)構(gòu)尺寸1) 換熱器管徑和管內(nèi)氫氣流速及管長換熱器的物料管道選用φ25，管道內(nèi)的流股流速取ug=25m/s，物料管長取3m?！?①當(dāng)量直徑，由正三角形排列得②殼程流通截面積③殼程流體流速為④雷諾數(shù)為⑤普蘭特準(zhǔn)數(shù)⑥粘度校正(氫氣加熱時(shí))⑦對(duì)流傳熱系數(shù)2) 換熱器物料管程對(duì)流傳熱系數(shù)其中，λg=（m℃)即管程的流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)。F——管子排列為正三角形排列，fL——換熱器殼程流體摩擦系數(shù)，當(dāng)Re大于500時(shí)，由于,則殼程流動(dòng)阻力在允許范圍之內(nèi)?！妫?（ 9( DNSDJKFDFKJI/////////////[kJ/(kgs105105普朗特?cái)?shù)設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式列管式殼程數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm900臺(tái)數(shù)1管徑/mmΦ25管心距/mm管長/mm3000管子排列方式正三角形管數(shù)目/根472折流板數(shù)/個(gè)11傳熱面積/m2折流板間距/mm270管程數(shù)8材質(zhì)16MnR換熱器主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/m/s污垢熱阻/[(m2℃]裕度/%經(jīng)過修正校核，最終選定換熱器型號(hào)為表示：氫氣換熱器封頭管箱900換熱器公稱直徑(mm)，(MPa)，(MPa)，(m2)，3換熱器換熱管長(m)，25換熱器換熱管外徑(mm)。圖3 E1001換熱器裝配圖24表45 換熱器選型一覽表設(shè)備位號(hào)名稱長度mm型式前段管稍型式管殼型式后端結(jié)構(gòu)形式公稱直徑mm規(guī)格公稱換熱面積m2排列方式換熱器等級(jí)E1001A/BDMO進(jìn)料預(yù)熱器6000立式BEM600Φ25正三角形IE1002A/B氫氣進(jìn)料預(yù)熱器3000臥式BEM1200Φ25正三角形IE1003A/B粗產(chǎn)精餾冷卻器4500臥式BEM1500Φ25正三角形IE1004A/B塔頂冷卻器4000立式BEM1600Φ15正三角形IE1005A/B再沸器2000臥式BEM1100Φ15正三角形I77 泵 概述泵是化工生產(chǎn)中采用最多液體輸送設(shè)備。在各類型式泵中，離心泵使用最為廣泛，因?yàn)殡x心泵不僅流量、揚(yáng)程和性能范圍都很大，而且離心泵結(jié)構(gòu)簡單、體積小、流程操作穩(wěn)定、安裝維修便捷等特點(diǎn)。表46 泵的特性編號(hào)指標(biāo)葉片式容積式123范圍（最高點(diǎn)）~~~~~4結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高與離心泵一樣啟動(dòng)維修簡便麻煩簡便67性能曲線：H—揚(yáng)程；Q—流量；η—效率；N—軸功率；表47 典型化工用泵的特點(diǎn)和選用要求泵名稱特點(diǎn)選用要求 DMO進(jìn)料泵DMO進(jìn)料泵在210℃，壓力為2MPa。此處以催化加氫工段DMO進(jìn)料泵的選型為例。表48 泵的物料流股泵溫度℃210壓強(qiáng) bar氣相分率0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/hrMNCODMODMCNO m3/h，密度為，黏度，DMO物料流體輸送過程中管道有一個(gè)90度彎頭，以及輸送DMO物料流股采用的無縫不銹鋼鋼管，取流速u=，可計(jì)算得管徑如下取DM物料管道直徑均為，取物料管道內(nèi)的DMO流股流速為所以DMO流股的物料雷諾數(shù)Re即說明此時(shí)DMO物料管道內(nèi)流股為湍流狀態(tài)。智能選泵系統(tǒng)廣泛應(yīng)用石油、化工等工業(yè)領(lǐng)域。應(yīng)用智能選泵系統(tǒng)過程如下（1） 漿DMO原料泵的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)輸入軟件，運(yùn)行系統(tǒng)智能選泵圖4 DMO原料泵參數(shù)圖5 DMO原料泵安裝尺寸（2）DMO原料泵的基本信息如下：圖6 泵的基本信息設(shè)計(jì)車間DMO進(jìn)料泵選型結(jié)果為ISG65160(I)型，車間采取的布置方式為兩臺(tái)并聯(lián)使用。 選型結(jié)果表49 泵選型一覽表序號(hào)設(shè)備位號(hào)名稱數(shù)量型號(hào)規(guī)格流量（m3/h）揚(yáng)程（m）軸功率(kW)效率(kW)轉(zhuǎn)速(r/min)1P1001A/BDMO進(jìn)料泵2ISG65160(I)3276029002P1002A/B粗產(chǎn)精餾進(jìn)料泵2IS150125315B256014503P1003A/B精餾回流泵224SA10J19730 壓縮機(jī) 概述 設(shè)計(jì)依據(jù)本車間設(shè)計(jì)依據(jù)如下《》《》《》由本設(shè)計(jì)工藝要求選擇，確定了氫氣進(jìn)出口流量、溫度、壓力。氫氣壓縮機(jī)進(jìn)出口物料性質(zhì)由Aspen Plus 化工模擬軟件對(duì)物料進(jìn)行模擬，結(jié)果見下表410。型號(hào)為BCL603。 反應(yīng)器 概述反應(yīng)器是化工工業(yè)生產(chǎn)過程中的核心設(shè)備，在反應(yīng)器中不僅有著化學(xué)催化反應(yīng)過程，與此同時(shí)還伴隨著許多物理變化過程。 DMO加氫反應(yīng)器設(shè)計(jì)DMO催化加氫反應(yīng)反應(yīng)器為固定床列管式反應(yīng)器，反應(yīng)為氣液相反應(yīng)。 反應(yīng)機(jī)理DMO催化加氫制乙二醇(EG)是一個(gè)聯(lián)串反應(yīng)，第一步是DMO與新鮮氫氣催化反應(yīng)生成中間產(chǎn)物乙醇酸甲酯(MG)，第二步是乙醇酸甲酯再次催化加氫生成乙二醇，乙二醇過度催化加氫會(huì)生成副產(chǎn)物乙醇。同時(shí)HEG1型催化劑由國內(nèi)自主研發(fā)，超過了時(shí)國內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道的CuSi系、CuCr系的草酸二甲酯加氫催化劑活性數(shù)據(jù)水平。由圖7中能看出，氫酯比為80，原料DMO的液空速一定時(shí)，在催化反應(yīng)溫度190～210℃內(nèi)，原料中DMO的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物乙二醇的選擇性隨著反應(yīng)溫度的增加有明顯升高，當(dāng)DMO轉(zhuǎn)化率在210℃%；由圖可知，升高催化反應(yīng)溫度對(duì)DMO催化加氫反應(yīng)有利，但是當(dāng)催化溫度達(dá)到210℃以上時(shí)，生成物中開始出現(xiàn)少量的乙醇，說明催化副反應(yīng)開始發(fā)生。圖7 溫度對(duì)DMO催化加氫反應(yīng)的影響（2） 反應(yīng)壓力 本設(shè)計(jì)乙二醇合成車間實(shí)際生產(chǎn)操作中，DMO催化加氫溫度與壓力是同時(shí)考慮的，但為了保持設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的恒定，在升高加氫反應(yīng)溫度時(shí)，必須同時(shí)增加加氫反應(yīng)壓。催化反應(yīng)壓力對(duì)DMO催化加氫反應(yīng)的影響如下圖8所示。圖8 壓力對(duì)DMO催化加氫反應(yīng)的影響（3）氫酯比影響氫酯比是指原料中新鮮氫氣與原料中DMO的摩爾比，氫酯比對(duì)DMO催化加氫反應(yīng)的影響如下圖9所示。所以本工藝設(shè)計(jì)氫酯比選擇為80。采用列管式固定床反應(yīng)器，DMO催化加氫反應(yīng)的操作條件是：催化反應(yīng)溫度210℃，氫烴比80~100。在DMO催化加氫反應(yīng)器溫度為210℃，氫酯比為80時(shí)，依據(jù)文獻(xiàn)[16]查的，當(dāng)DMO加氫反應(yīng)時(shí)間為1s的時(shí)候，原料草酸二甲酯的轉(zhuǎn)化率將達(dá)到100%，%。該體積為HEG1型催化劑體積，由此來求得反應(yīng)器體積為 V床=()= (1)、HEG1型催化劑床層直徑u為空床操作氣速，；床層直徑 圓整后，(2)、HEG1型催化劑床層高度催化劑平均粒徑取4mm，；床層高度 V床——反應(yīng)器催化劑床層體積 m3L——催化劑床層高度，管長取 (3)、反應(yīng)器裝填HEG1型催化劑的量反應(yīng)器床層裝有Φ3~6mm 中空類球形HEG1型催化劑，堆密度ρ為500 kg/m3，催化劑導(dǎo)熱系數(shù)λ為，催化劑的適宜使用溫度為 193~250 ℃。因此故DMO加氫反應(yīng)器管數(shù)為5017根，呈正三角形排列。焊接法連接，則反應(yīng)器管心距為圖10 反應(yīng)管排列方式橫過管束中心線的管數(shù)為反應(yīng)器殼體的內(nèi)徑為 本反應(yīng)器設(shè)計(jì)取則反應(yīng)器殼體內(nèi)徑為所以DMO加氫反應(yīng)器殼體內(nèi)徑為D=。 DMO催化加氫反應(yīng)器內(nèi)裝填HEG1型催化劑，加氫反應(yīng)器底部設(shè)計(jì)有支撐板，可以支撐HEG1型催化劑的重量。由于DMO催化加氫反應(yīng)器為列管式反應(yīng)器，HEG1型催化劑失效后不能完全還原，所以設(shè)計(jì)加氫車間時(shí)設(shè)計(jì)有一臺(tái)備用加氫反應(yīng)器。HEG1催化劑失活主要是長期使用后中毒，所以催化劑的再生需要脫硫脫