報(bào)告人：王維龍、傅小波指導(dǎo)老師：錢宇(教授)李秀喜(副教授)

1、WELCOME TO SOUTH CHINA UNIVERSITY OF TECHNOLOGY年產(chǎn)20萬(wàn)噸丙烯月青生產(chǎn)概念設(shè)計(jì)報(bào)告人+維龍、傅小波指導(dǎo)老師：錢宇（教授） 務(wù) 李秀喜（副教授）華南理工大學(xué)化工與能源學(xué)院2013-4-171項(xiàng)目介紹內(nèi)容1 產(chǎn)品概述2. 市場(chǎng)調(diào)研3. 目標(biāo)與任務(wù)4. 研究方案5. 模擬及結(jié)果6. 設(shè)備參數(shù)核算7. 展望1 產(chǎn)品概述丙烯月青是重要的基本有機(jī)化工原料，廣泛應(yīng)用于三大 合成工業(yè)。與丁二烯共聚制耐油丁月青橡膠;與丁二烯、 苯乙烯共聚制ABS樹(shù)脂，而ABS和SAN樹(shù)脂廣泛應(yīng) 用于汽車、家具和包裝材料等領(lǐng)域，消費(fèi)量約占全球 產(chǎn)量的30 %;自聚抽絲制丙烯月青纖維

2、用于地毯和衣 物，占全球需求50 %以上;丙烯月青通過(guò)水合反應(yīng)可制 丙烯酰胺和丙烯酸酯類等產(chǎn)品。丙烯月青生產(chǎn)發(fā)展很 快,目前世界總產(chǎn)量已達(dá)750萬(wàn)t/ a，其中約50%用于 月青綸生產(chǎn)。2013-4-173產(chǎn)品規(guī)格產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)（GB7717.1-94）物理性質(zhì)53.0677.3°C-83.5 °C184.2 kJ/mol(25°C)燃燒熱: 聚合熱: 閃點(diǎn)：自燃點(diǎn): 毒性：1761 5 kj/mol72.4 kj/mo0°C481°C劇毒> C=C：聚合反應(yīng)，加成反應(yīng)，氧乙基化反應(yīng)等2CH2=CHCN+H2C(CH2)4CNaCN基：水解反應(yīng)

3、，水合反應(yīng)，醇解反應(yīng)等ch2=chcn+h2och2=chcnh2序號(hào)指標(biāo)名稱指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品1外觀透明液體、無(wú)懸浮物2色度（Pt-C0）,號(hào)<55103酸度<0. 00200. 00354密度(20*0 / (g/cm3)0. 8000. 8075PH值（5%水溶液）6.0 9.06滴定值（5%的水溶液）/ml<2.02.03.07水分/% （質(zhì)）<0. 450. 450. 608總?cè)ㄒ砸胰┯?jì)）/%（質(zhì)）<0. 050. 050. 0109總氟（以氫氟酸計(jì)）/% （質(zhì)）<0. 00050. 00100. 002010過(guò)氧化物（以過(guò)氧化氫計(jì)）/% （

4、質(zhì)）<0. 000020. 000020.0000411鐵/% （質(zhì)）<0. 000010. 00000.0000212丙烯醛/% （質(zhì)）<0. 00100. 00200. 004013丙酮/% （質(zhì)）<0. 0100. 0200. 03014乙睛/% （質(zhì)）<0. 0150. 0200. 03015銅/% （質(zhì)）<0. 000010. 0000116沸點(diǎn)（在0.10133Mpa下）/°C74. 579. 0)1314-17DO如 1對(duì)一徑基苯甲醛/% （質(zhì)）0. 00350. 0045阻聚劑氨/% （質(zhì)）0. 0080.0122 市場(chǎng)調(diào)研國(guó)家生產(chǎn)

5、能力，萬(wàn)噸美國(guó)189. 7德國(guó)44. 0日本85. 6中國(guó)75.4韓國(guó)37. 0冃前，美國(guó)是丙稀月青最大的出口國(guó)，西歐的丙烯月青市場(chǎng)長(zhǎng)期處于不景氣的 狀態(tài)，亞洲的丙烯月青需求量持續(xù)攀升，其中，中國(guó)和韓國(guó)是丙烯月青的兩個(gè) 主要進(jìn)口國(guó)。在國(guó)際市場(chǎng)丙烯月青價(jià)格過(guò)去2年漲幅超過(guò)33 %o歐洲和亞洲價(jià)格漲幅分別 為50 %和45 %o 2004年8月成交價(jià)在12000元/噸比2001年6000元/噸翻 了一番，預(yù)計(jì)2005年11月將到達(dá)14000元/噸。2013-4-17#國(guó)內(nèi)需求 2005年我國(guó)丙烯月青 的總需求量為120 萬(wàn)噸，是1995年的 四倍，2002年的1.6 倍。產(chǎn)品用雖產(chǎn)品用雖M綸>

6、;0丙烯酰胺10ABS樹(shù)脂32其 他282005年我國(guó)丙烯膳用量（/千噸）生產(chǎn)廠家生產(chǎn)能力臉y備注上海石化股份有限公司130上悔髙橋石化10大慶石化總廠50大慶油田聚合物廠60齊魯石化公訶丙烯腑廠40蘭化公可石化廠32撫順石化公可脯綸廠80吉化公可化肥廠212安慶石化公可脯綸廠SO淄博石油化工廠30茂名石化30合il?54我國(guó)丙烯睛生產(chǎn)廠家與生產(chǎn)能力（2003）/千噸2013-4-1792004年底報(bào)道在國(guó)際市場(chǎng)丙烯月青價(jià)格過(guò)去2年漲幅超過(guò)33 %o歐洲和亞 洲價(jià)格漲幅分別為50 %和45 %o 2004年8月成交價(jià)在12000元/噸比2001年6000元/噸翻了 一番，預(yù)計(jì)2005年11月將

7、到達(dá)14000元/噸。國(guó)內(nèi)表觀需求量120萬(wàn)噸/年，生產(chǎn)能力只有76萬(wàn)噸/年。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研我們發(fā)現(xiàn)隨著石油價(jià)格的節(jié)節(jié)攀升，丙烯月青 的價(jià)格隨之上漲，而且丙烯月青的制備工藝在我國(guó)還有待發(fā) 展，做好這個(gè)項(xiàng)目模擬有很廣闊的市場(chǎng)前景。3. B標(biāo)與任務(wù)來(lái)源：該項(xiàng)目來(lái)源于卓越化學(xué)公司(Excellent Chemicals)標(biāo):設(shè)計(jì)規(guī)模：年產(chǎn)20萬(wàn)噸(4億磅)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)模擬 與優(yōu)化】產(chǎn)品要求：丙烯月青的最小質(zhì)量純度達(dá)到99.0%設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)生產(chǎn)要求和工藝條件設(shè)計(jì)出年產(chǎn)20萬(wàn)噸丙烯月青的生產(chǎn)流 程用Aspen plus對(duì)流程進(jìn)行模擬，確定設(shè)備的操作參數(shù)（溫度, 壓力，采出量，回流比等），輸出設(shè)計(jì)報(bào)告根據(jù)各單

8、元操作的工藝特點(diǎn)優(yōu)化操作參數(shù)，降低操作的難度, 從而節(jié)約成本對(duì)模擬流程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算4 研究方案丙烯購(gòu)的合成路線主要有丙烯氨氧法和丙烷 氨氧法兩種，其中，丙烯氨氧法相對(duì)比較成 熟，世界95%以上的丙烯月青都是由BP公司的 Sohio法制備而成。:經(jīng)大組討論，選定通過(guò)Sohio法的途徑制備丙 烯購(gòu)，并對(duì)此方法進(jìn)行模擬與優(yōu)化。2013-4-1713丙烯氨氧化法原理主反應(yīng)：> C3H6 + 1.5 02+ NH C3H3N （丙烯月青）+ 3 H20 丙烯轉(zhuǎn)化率=89 %副反應(yīng)：> C3H6+2O2+2NH3C2H3N（乙月青）+HCN+4 H20 丙烯轉(zhuǎn)化率=5 %> C3H3N

9、+ 2 02HCN + C0 + C02 + H20 丙烯騰轉(zhuǎn)化率= 19%a CO + 0.5 O CO?一氧化碳轉(zhuǎn)化率= 25%物料輸入輸出框圖nh3CH3CH 二 CH2+NH3+1.5O2=CH2=CHCN+3H2Och3ch=ch2空氣C3H6+2O2+2NH3 = C2H3N（乙月青）+HCN+4 H20C3H3N + 2 02 = HCN + CO + CO2 + H2OCO + 0.5 O2 = CO2副產(chǎn)物乙月青HCNh2o廢氣N2CO丙烷主產(chǎn)物 ch3=chcn丙烯睛與氣體的分離：采用急冷過(guò)程，對(duì)反應(yīng)氣冷凝，可將丙烯膳與 氣體分離。丙烯睛與乙睛的分離：采用萃取蒸懾，用水作萃

10、取劑，由于乙睛能與 水部分互溶，從而把乙月青分離。丙烯睛與氫氤酸的分離：丙烯月青和氫氟酸因沸點(diǎn)相差較人，丙烯月青沸 點(diǎn)77.3°C,氫氟酸沸點(diǎn)25.7°C,很容易用普通的蒸懾方法分離。丙烯睛與水分離：丙烯月青和水能形成共沸混合物，必須通過(guò)精館的方 法將它們分離。2013-4-17#生產(chǎn)工藝過(guò)程流程圖（第三大組繪）2013-4-1717生產(chǎn)工藝過(guò)程流程圖（簡(jiǎn)化）103鄉(xiāng)E201囉R201E101R101HCN分瞬T302水AT301T01P3頁(yè)熾拾成反噩氟中和斶 氣掖分離器水吸收塔乙騎黯（第三大組繪）2013-4-1719拱解決的關(guān)鍵問(wèn)題1 熱力學(xué)參數(shù)的缺少Aspen不自帶丙

11、烯月青和水等二元交互參數(shù)和硫酸 鞍的吉布斯生歳焙，必須自己輸入。2 分離難度大丙烯J!青和其他極性物質(zhì)不易分離，且它能與水形 成共沸物，要獲得純度99%的成品難度較高。3 數(shù)據(jù)不足丙烯月青生產(chǎn)工藝的數(shù)據(jù)不多，因此必須通過(guò)流量 桂制，設(shè)計(jì)規(guī)定和靈敏度分析等技巧確定設(shè)備操 作條件。2013-4-21熱力學(xué)方程的選定:基于丙烯月青反應(yīng)和分離的過(guò)程是極性系統(tǒng)，熱力 學(xué)方程的選定比較關(guān)鍵，由于Aspen不自帶丙烯 J!青系統(tǒng)的二元交互參數(shù)，所以極性體系熱力學(xué)方 程的參數(shù)必須自己輸入。：相互交互參數(shù)水一丙烯月青Aij=1125.1350Aji = 1601.3070Bij =5.9440Bji=70203

12、0Cij = 0.3000NRTL-RK 水一乙月青Aij=581.1809Aji = 1313.6823Bij=0Bji=0Cij=0.4347丙烯月青一乙月青Aij=-104.8214Aji=216.3372Bij = 0Bji-0Cij=0.3100（由卓越公司提供）17設(shè)備操作參數(shù)的確定 T301(閃蒸罐)：1個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)定，丙烯月青回收率：99-5%；變 量：閃蒸罐的熱負(fù)荷； T302冰吸收塔)：1個(gè)流量控制，丙烯月青回收率：0.999； 變量:進(jìn)料量(水的流量11653.793kmol/hr)；T401(乙月青塔):1個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)定，丙烯月青回收率：0.995；變S：塔頂采出量(7723.

13、348 kmol/hr)；1個(gè)靈敏度分析，最佳進(jìn)料位置：第2塊板； T501(HCN塔)：2個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)定：丙烯月青回收率(0.976)和 HCN的回收率(0.93)；變量：塔頂采岀量(108.683 kmol/hr)和回流比(4.39)；1個(gè)靈敏度分析，最佳進(jìn)料位置：第4塊板； T601(成品塔)：2個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)定：0烯月青純度(摩爾純度： 0.993；質(zhì)量純度：0.996)和回收率(0.92)；變量：塔 頂采出量(445.873 kmol/hr)和回流比(17.71)；1個(gè)靈敏度分析，最佳進(jìn)料位置：第10塊板。2013-4-23設(shè)備一覽表反應(yīng)器直徑塔高度材料設(shè)備成本合成反應(yīng)器濃相段9.0m22.0

14、mCS相段21.6m9.0mcs$ 640000氨中和反應(yīng)器CS .$ 640000水吸收塔”3.2m5.0mcs$ 73000乙氤分離塔4.8m6.0mcs$ 84000氫氤酸塔L 1.2m、6.0mcs$ 37000丙烯氤塔4.4m '15.0m和cs -$ 30000氣液緩沖罐cs$ 3000換熱器技術(shù)參數(shù)換熱器殼程直徑長(zhǎng)度換熱面積材料設(shè)備成本E1010.4m1.5m8.4m2CS$9100E1020.9m1.5m44.6m2cs$ 24660E1033.1m3.5m1334.0m2CS$ 180600E1043,1m3,5m1404.0m2cs$ 186300T401全凝器3,

15、0m4.0m1236.0m2cs$ 153020T401再沸器3.8m6,0m3602.0m2cs$315700T501全凝器0.4m1.0m2.0m2CS$6980T501再沸器0.6m3.0m26.4m2CS$ 12840T601全凝器1.0m6.0m1732.0m2CS$ 177561兩臺(tái)并聯(lián)$355122T601再沸器1.7m6.0m668.0m2CS$ 144240泵揚(yáng)程功率設(shè)備成本P30130m1kw$ 1000P40150m2kw$ 1000總設(shè)備投資為$ 2894562達(dá)到預(yù)期目標(biāo)年產(chǎn)量：23493.985X360X24=20.3萬(wàn)噸產(chǎn)品質(zhì)量純度：99.7%回收率：反應(yīng)器出口丙

16、烯月青流量：26454.980kg/hr 成品塔岀口丙烯睛流量：23493.985kg/hr 回收率：88.81%工程費(fèi)用每小時(shí)耗汽量每小時(shí)耗水量塔40148.6t塔5016.0t11.2t塔60128.8t206t總工程費(fèi)用$ 934$ 16.3經(jīng)濟(jì)估算:總操作費(fèi)用是有直接操作費(fèi)用、固定操作費(fèi) 用和管理費(fèi)用三部分組成的。Cost of Manufacture(COM)=Direct Manufacture(DMC)+Fixed Manufacture(FMC)+General Expenses(GE)由公式：COM二0.304FCI+2.73 COL + 1.23(CUT+ CWT+ CRM) 其中：Fixed Capital Investment(FCI): $2.89 X 106 /yCost of Operating Labor(COL):$2.90X 108 /yCost of Utilities(CUT):OCost of Waste Treatment(CWT): $8.00 X 106 /yCost of Raw