【正文】 0mm，厚度δ=10mm，曲面高h(yuǎn)i=950mm，封頭直邊高h(yuǎn)=50mm，材質(zhì)選用16MnR。封頭質(zhì)量采用如下公式計(jì)算： 帶入數(shù)據(jù)得m2= kg 塔主體質(zhì)量m=m1+2m2= kg ， 總質(zhì)量m總= kg圖310 塔板負(fù)荷性圖311 塔板設(shè)計(jì)圖 換熱器的選型 換熱器設(shè)計(jì)選型示例（E201的選型）E201 是一個(gè)通過(guò)精餾塔冷凝器換熱后的循環(huán)低壓水蒸氣把合成MMA后的循環(huán)甲醇預(yù)熱至工藝要求的反應(yīng)進(jìn)料溫度。考慮到其溫差不大，殼程壓力不高且不易結(jié)垢，故選用應(yīng)用廣泛的固定管板式換熱器。與其他換熱器相比，固定管板式換熱器操作簡(jiǎn)單、便宜，并且耗用金屬相對(duì)較少。※換熱器流體通道及程數(shù)的選擇由于合成MMA后的循環(huán)甲醇是被加熱流體，為了能夠更好的加熱，同時(shí)考慮常壓飽和水蒸氣會(huì)發(fā)生相變，為了減少殼體厚度，所以讓循環(huán)甲醇走管程。由于管程數(shù)過(guò)多會(huì)導(dǎo)致管程流動(dòng)阻力加大，動(dòng)力能耗增大，同時(shí)多程會(huì)使平均溫差下降，殼程操作壓力為常壓，初步選定單管程?！に囉?jì)算提取 Aspen Plus 數(shù)據(jù)如表316所示。表316 工藝操作參數(shù)操作參數(shù)參數(shù)殼程管程介質(zhì)水蒸氣循環(huán)甲醇質(zhì)量流量（kg/s）進(jìn)口溫度（oC）64出口溫度（oC）8070進(jìn)口壓力（bar）出口壓力（bar）初步選定換熱器的形式后，根據(jù)任務(wù)要求利用 Aspen Exchanger Design＆Rating 進(jìn)行模擬計(jì)算，模擬出來(lái)的換熱器工藝參數(shù)如圖312所示?！Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)利用此軟件也可以對(duì)換熱器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模擬出來(lái)的結(jié)果如圖313所示。圖313 換熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖312 換熱器工藝參數(shù)對(duì)模擬的數(shù)據(jù)進(jìn)行圓整，并考慮到熱損失等，換熱面積有余量，選定換熱器的基本參數(shù)如下：公稱直徑為DN=500 mm，換熱管長(zhǎng)度L= m,管程數(shù)N=1,殼程數(shù)N=1，管程公稱壓力Pt= MPa，殼程公稱壓力Ps= MPa，換熱面積為A= m2，換熱管規(guī)格為φ19，管子根數(shù)176根，采用正三角形排列，中心排管數(shù)為10?！鶕Q熱器的機(jī)械設(shè)計(jì)(1)管板的選擇管板板用來(lái)固定換熱管并起著分隔管程和殼程的作用，這里選擇固定管板兼做法蘭的管板，根據(jù)選定的換熱器公稱直徑及操作壓力查表可得管板數(shù)據(jù)，這里選用其默認(rèn)的管板類(lèi)型為標(biāo)準(zhǔn)單管板。(2)傳熱管利用 Aspen Exchanger Design＆Rating 模擬出來(lái)的傳熱管排列如圖314所示。圖314 傳熱管排列方式由 Aspen Exchanger Design＆Rating 。得到殼程進(jìn)出口管子規(guī)格分別是外徑φ273 mm,DN=253 mm mm,DN=50 mm； mm,DN=80 mm mm，DN=50 mm。 換熱器選型結(jié)果匯總其他的換熱器采用同樣的方法進(jìn)行選型，換熱器匯總結(jié)果如設(shè)計(jì)結(jié)果中表51所示。 泵的選型 泵的設(shè)計(jì)選型示例（P201的選型)選擇 P201為例，對(duì)泵進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，此泵輸送介質(zhì)為液體甲醇。根據(jù)Aspen Plus 模擬得具體參數(shù)如表317所示。 表317 泵 P201 輸送介質(zhì)參數(shù)進(jìn)料溫度(oC)進(jìn)料壓力（atm）體積流量(m3/h)出料壓力(atm)704※進(jìn)出口直徑取進(jìn)口液體流速u(mài)1 = m /s ，則進(jìn)液管直徑為： 圓整后取d1 = 100 mm。此時(shí)實(shí)際流速：取出口液體流速 u2 = m/ s ，則出液管直徑： 圓整后取d2 = 80 m。此時(shí)實(shí)際流速：※泵所需的揚(yáng)程進(jìn)料管水頭損失分為局部阻力損失和沿程阻力損失，查得局部阻力系數(shù)，如表318所示。表318 進(jìn)料管局部阻力系數(shù)底閥進(jìn)口止回閥進(jìn)口閘閥進(jìn)口彎管進(jìn)口錐形過(guò)度6則進(jìn)料管水頭損失為出液管水頭損失也分為局部阻力損失和沿程阻力損失，查得局部損傷系數(shù)，如表319所示。表319 出液管局部阻力系數(shù)出口止回閥出口閘閥出口彎管出口錐形過(guò)度則出水管水頭損失為，則泵所需揚(yáng)程為，考慮到余量，則設(shè)計(jì)的泵揚(yáng)程為H = ′ = m。※泵的選型此泵所需要求：①密封性能好；②流量穩(wěn)定；③對(duì)介質(zhì)具有抗腐蝕性能。綜合考慮到以上幾點(diǎn)，利用智能選泵軟件對(duì)此要求的泵進(jìn)行選型，經(jīng)過(guò)對(duì)比之后，選擇 IX110080160B 泵，具體參數(shù)如表320所示。表320 泵的具體參數(shù)型號(hào)額定流量（L/s）總揚(yáng)程（m）汽蝕余量（m）效率（％）電機(jī)功率（kw）轉(zhuǎn)數(shù)（r/min)數(shù)量IX110080160B229001該泵的工作曲線，安裝信息及安裝尺寸等基本信息如下圖315和316。圖315 泵的工作曲線316 安裝信息圖 圖317 泵的安裝尺寸 泵的選型結(jié)果其他泵的選型與計(jì)算方法類(lèi)似，泵的匯總結(jié)果一覽表如設(shè)計(jì)結(jié)果中表52（附后）所示。 儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 主要儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)※原料 C4 儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)原料C4在儲(chǔ)罐中的儲(chǔ)存時(shí)間為T(mén)=2 d，流量Qv= m3h1,儲(chǔ)存的安全系數(shù)為ε==QvT/ε=224/= m3，選用球形儲(chǔ)罐，直徑Φ=12000 mm，公稱容積為500 m3,數(shù)量為2個(gè)，設(shè)計(jì)壓力P= MPa，設(shè)計(jì)溫度25 oC?！鵐AL 合成原料混合緩沖儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)MAL合成原料在儲(chǔ)罐中的停留時(shí)間為T(mén)=5 s，流量Qv= m3h1，儲(chǔ)存的安全系數(shù)為ε=，所需體積V=QvT/ε= m，選用立式橢圓形固定頂封頭儲(chǔ)罐，直徑Φ=6550 mm，公稱容積220 m3，數(shù)量為1個(gè)，設(shè)計(jì)壓力P= MPa，設(shè)計(jì)溫度50 oC?！喾蛛x儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)精餾塔塔底餾出物在儲(chǔ)罐中的儲(chǔ)存時(shí)間為T(mén)=30 min，流量Qv= m3h1，儲(chǔ)存的安全系數(shù)為ε=，所需體積V=QvT/ε=，選用立式橢圓形封頭儲(chǔ)罐，直徑Φ=1800 mm，公稱容積10 m3，數(shù)量為2個(gè)，設(shè)計(jì)壓力P= MPa，設(shè)計(jì)溫度55 oC。※MMA 合成甲醇原料儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)甲醇在儲(chǔ)罐中的儲(chǔ)存時(shí)間為T(mén)=2d，流量Qv= m3h1，儲(chǔ)存的安全系數(shù)為ε= 所需體積V=QvT/ε=224/= m3，選用立式內(nèi)浮頂封頭儲(chǔ)罐，直徑Φ=6500 mm，公稱容積為320 m3，數(shù)量為1個(gè)，設(shè)計(jì)壓力P= MPa，設(shè)計(jì)溫度25 oC?！h(huán)甲醇分離緩沖儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)精餾塔塔頂產(chǎn)物循環(huán)甲醇在儲(chǔ)罐中的儲(chǔ)存T=30 min，Qv=h1，儲(chǔ)存的安全系數(shù)為ε=，所需體積V=QvT/ε=，選用臥式橢圓形封頭儲(chǔ)罐，直徑Φ=2400 mm，L=14376 mm，公稱容積為63 m3，數(shù)量為1個(gè)，設(shè)計(jì)壓力P= MPa，設(shè)計(jì)溫度65 oC?！h(huán)甲醇混合緩沖儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)循環(huán)甲醇在儲(chǔ)罐中的儲(chǔ)存時(shí)間為T(mén)=15 min，流量Qv= m3h1，儲(chǔ)存的安全系數(shù)為ε=，所需體積V=QvT/ε= m3，選用立式橢圓形封頭儲(chǔ)罐，直徑Φ=2400 mm，公稱容積為32 m3，數(shù)量為1個(gè)，設(shè)計(jì)壓力P= MPa，設(shè)計(jì)溫度65 oC?！h(huán)水儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)循環(huán)水在儲(chǔ)罐中的儲(chǔ)存時(shí)間為T(mén)=30 min，流量Qv= m3h1，儲(chǔ)存的安全系數(shù)為ε=，所需體積V=QvT/ε=，選用立式橢圓形封頭儲(chǔ)罐，直徑Φ=1200mm公稱容積為4m3，數(shù)量為1個(gè) ，設(shè)計(jì)壓力P= MPa，設(shè)計(jì)溫度55 oC?！a(chǎn)品 MMA 儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)產(chǎn)品 MMA 在儲(chǔ)罐中的儲(chǔ)存時(shí)間為T(mén)=3 d，流量Qv= m3h1，儲(chǔ)存的安全系數(shù)為ε=，所需體積V=QvT/ε=324/= m3，選用球形儲(chǔ)罐，直徑Φ=12300 mm，公稱容積為1000 m3,數(shù)量為1個(gè)，設(shè)計(jì)壓力P= MPa，設(shè)計(jì)溫度25 oC。※精餾塔塔頂回流緩沖罐設(shè)計(jì)精餾塔塔頂餾出物在儲(chǔ)罐中的儲(chǔ)存時(shí)間T=3 min，流量Qv=h1 儲(chǔ)存的安全系數(shù)為ε=，所需體積V=QvT/ε= m3選用臥式橢圓形封頭儲(chǔ)罐，直徑Φ=3000 mm，公稱容積為65 m3，數(shù)量為1 個(gè)，設(shè)計(jì)壓力P= MPa，設(shè)計(jì)溫度75 oC?！账敾亓骶彌_罐設(shè)計(jì)吸收塔塔頂餾出物在儲(chǔ)罐中的儲(chǔ)存時(shí)間T= min，其中 Qvg= m3h1, QvL= m3h1,得總流量Qv= 5580. 072 m3h1，儲(chǔ)存的安全系數(shù)為ε=，所需體積V=QvT/ε=60= m3，選用臥式橢圓形封頭儲(chǔ)罐，直徑Φ=3000 mm，公稱容積為63 m3，數(shù)量為1個(gè)，設(shè)計(jì)壓力P= MPa，設(shè)計(jì)溫度10 oC。 儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)結(jié)果匯總?cè)缭O(shè)計(jì)結(jié)果表53（附后）。 膜分離的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì) 膜分離工藝流程膜分離甲基丙烯酸甲酯/水工藝，采用多級(jí)過(guò)程操作，由于分離純度要求高，處理量比較大，為了滿足連續(xù)生產(chǎn)的要求，采用多組間歇操作，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)小組擬設(shè)計(jì)四組分離，每?jī)膳_(tái)同時(shí)工作，每一組采用帶有前置級(jí)的兩級(jí)增溶級(jí)聯(lián)，水大部分滲透卷式膜，而甲基丙烯酸甲酯及阻聚劑為滲余物，從而實(shí)現(xiàn)兩者的分離，達(dá)到分離效果。圖318 膜分離流程 膜分離器選型與設(shè)計(jì)※膜分離材質(zhì)A 型沸石膜對(duì)包括酸性物質(zhì)和堿性物質(zhì)都具有極好的耐久性和耐化學(xué)腐蝕性等，該膜還具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以抵抗氣相、液相和固相的三相混合等優(yōu)點(diǎn)?！し蛛x工藝操作條件及詳細(xì)計(jì)算（1）膜分離工藝操作條件當(dāng)除去水分時(shí)，從水的滲透率的角度考慮，高溫是有利的，但從水的分離性能考慮，低溫是有利的，優(yōu)選溫度為50～120 ～20 kgcm2 范圍內(nèi)。當(dāng)操作壓力為5 kgcm2 時(shí)，即使膜反面為常壓，水也能分離，但是在這種情況下，流速很小，因此，優(yōu)選使用真空泵，以使水能夠有效地除去。（2）膜分離的計(jì)算本項(xiàng)目設(shè)計(jì)小組通過(guò) Aspen Plus 對(duì) MMA 合成工段的模擬，得出在甲基丙烯酸甲酯/ kg hr。% (wt),% (wt)。 m2 的分離膜時(shí)，%(wt)的水，%(wt)的甲基丙烯酸甲酯，%(wt)的對(duì)苯二酚組成的溶液在50 oC，絕對(duì)壓力3 bar下開(kāi)始用真空泵從滲透?jìng)?cè)抽真空，并進(jìn)行全蒸發(fā)分離，得到如下公式：aAB=(YA/YB) *(XA/XB)其中A代表水，B代表另外組分，XA和XB分別代表在液體進(jìn)料一側(cè)水 A的重量分?jǐn)?shù)和另外組分B的重量分?jǐn)?shù)，YA和YB分別代表在滲透?jìng)?cè)水 A 的重量分?jǐn)?shù)和另外組分B的重量分?jǐn)?shù)。同樣，滲透流量是指每單位膜面積每小時(shí)的滲透重量，并可用如下公式表示：Q=(在滲透?jìng)?cè)所有組分的重量)/*100（kgm2h1）所需膜面積為：A=進(jìn)料流量/Q最后計(jì)算出所需膜總面積A= m2。（3）膜組件的特性參數(shù)見(jiàn)表321所示。表321 膜組件的特性參數(shù)表型號(hào)Prism結(jié)構(gòu)內(nèi)壓式組件直徑140mm組件長(zhǎng)度1500mm膜有效長(zhǎng)度1400mm膜材料A 型沸石膜組件外殼材料不銹鋼材、ABS膜面積25m225m速率150—700 Lm2 h1操作壓力5kgcm2操作極限溫度300℃使用壽命5年以上考慮到膜分離面積需要一定的裕度，所以選用6組膜分離組件。 壓縮機(jī)的選型 選型示例以C106吸收塔氣體進(jìn)料前壓縮機(jī)為例進(jìn)行設(shè)計(jì)說(shuō)明。脫水塔塔頂出料的氣體經(jīng)壓縮機(jī)后主要物性參數(shù)見(jiàn)表322所示。表322 C106進(jìn)出料物性參數(shù)壓強(qiáng)/MPa氣體流量m3/h溫度/K進(jìn)口出口根據(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、其規(guī)格詳見(jiàn)壓縮機(jī)選型結(jié)果一覽表。 壓縮機(jī)選型結(jié)果其他壓縮機(jī)的選型方法類(lèi)似，其結(jié)果詳見(jiàn)選型結(jié)果一覽表323。表323 壓縮機(jī)選型結(jié)果一覽表位號(hào)型號(hào)代號(hào)氣體介質(zhì)氣量m3/min壓力(MPa)（MPa）轉(zhuǎn) 速(r/min)軸功率(kw)進(jìn)口出口C1052MCL7056060EAir76020174/246561412C106/6014BAir83010258/ 27203686C201/6086AAir71010258/127202930 設(shè)計(jì)圖 廠區(qū)總平面圖見(jiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果中設(shè)計(jì)圖(附后）。 車(chē)間布置圖※車(chē)間平面布置圖（MMA生產(chǎn)車(chē)間）見(jiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果中設(shè)計(jì)圖(附后）?！?chē)間3D設(shè)計(jì)圖見(jiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果中設(shè)計(jì)圖(附后）。4 環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)核算 環(huán)境保護(hù) 有害因素分析化工廠在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中都會(huì)有不同的有害因素，本項(xiàng)目使用的物料如異丁烯、對(duì)苯二芬等對(duì)環(huán)境中水體、土壤和大氣均有不同程度危害。通過(guò)對(duì)于本廠的實(shí)際分析，將廠內(nèi)有害因素分為四部分：易燃易爆、毒性、噪聲以及其他危害?！?易燃易爆工廠生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)等裝置的火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)性較大。此外，本廠使用的物料大多數(shù)易燃易爆品，在使用這些用品的時(shí)候應(yīng)注意密閉操作，全面通風(fēng)。※ 毒性本廠生產(chǎn)過(guò)程中的甲基丙烯