《年產(chǎn)15萬噸對(duì)二甲苯生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)11000字（論文）》

年產(chǎn)15萬噸對(duì)二甲苯生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u20741年產(chǎn)15萬噸對(duì)二甲苯生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì) 126158第一章緒論 238801.1項(xiàng)目及背景意義 229571.2對(duì)二甲苯的性質(zhì)、用途及規(guī)格 224149第二章工藝流程設(shè)計(jì) 3174772.1對(duì)二甲苯生產(chǎn)方法的確定 36752.2對(duì)二甲苯流程的敘述 589682.3工藝流程圖 6111542.4對(duì)二甲苯生產(chǎn)工藝指標(biāo)選擇 79527表2-4-1工藝條件 719756第三章物料衡算 7272803.1原料規(guī)格、用量來源 758343.2Aspenplus的流程模擬 8308113.3物料衡算 81693表3-3-7總物料的衡算表 1320964第四章能量衡算 1484764.1反應(yīng)工段部分 1499134.2提純工段部分 15268224.3總能量衡算 1625567表4-3-1提純工段能量衡算表 1616649第五章主要設(shè)備計(jì)算 17183355.1反應(yīng)器 17320775.2塔設(shè)備 1821730表5-2-4塔頂采出狀態(tài)及組成表 1895905.3換熱器 2110799圖2heatX模塊參數(shù)輸入圖 23859第六章非工藝部分 2586416.1三廢及處理說明三廢 25268796.2節(jié)能及節(jié)能措施 2629136.3安全及安全保護(hù)措施 2623957第七章經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià) 3155977.1方法和依據(jù) 3139837.2設(shè)定基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 31279807.3成本估計(jì) 3172467.4產(chǎn)品銷售收入、稅金及利潤 3231885表7-4-1收入及稅金表 32第一章緒論1.1項(xiàng)目及背景意義隨著我國各方面的快速發(fā)展，我國的這些年的聚酯行業(yè)也迅速的發(fā)展起來。對(duì)二甲苯（PX）作為基礎(chǔ)的化工產(chǎn)品之一，它的常見用途是用來生產(chǎn)聚酯，并且PX在二甲苯當(dāng)中它的用量是最大的。我國對(duì)于PX的生產(chǎn)與消費(fèi)可以稱為世界之最，生產(chǎn)占了全世界總量的20%，而消費(fèi)方面占了全世界的30%。時(shí)間上來看在2010年開始，我國就已經(jīng)變成了全世界消費(fèi)PX最大的國家。以及2013年REF_Ref4901\r\h[1]，我國PX需求就突破1615萬噸，但國內(nèi)的產(chǎn)量僅為728萬噸，供不應(yīng)求需要大量進(jìn)口。在我國市場出現(xiàn)對(duì)于PX的需求嚴(yán)重的供不應(yīng)求的現(xiàn)象，是由于這些年我國的國內(nèi)聚酯行業(yè)發(fā)展的太迅速。這就造成了生產(chǎn)聚酯的原料精對(duì)苯二甲酸（PTA）需求快速增長，而PTA的增長就會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致它的上游原料PX的需求快速增長。由于PX市場需求國內(nèi)自己無法滿足嚴(yán)重的，所以就需要大量進(jìn)口對(duì)二甲苯。據(jù)國內(nèi)的海關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，2011年我國對(duì)二甲苯進(jìn)口量為4982.0kt；2012年進(jìn)口量為6285.8kt；同比增長了16.80%；2017年的進(jìn)口量達(dá)到14438.2kt，2018年的1-10月進(jìn)口量為13018.8kt，同比增長約11.14%REF_Ref5132\r\h[2]。通過從國內(nèi)對(duì)二甲苯自身的產(chǎn)能、消耗量，以及近年的市場方面分析，從而可以了解到國內(nèi)自身產(chǎn)能無法滿足需求量，由此發(fā)展PX生產(chǎn)裝置建設(shè)是有蠻好的盈利的空間，并且發(fā)展前景可觀。1.2對(duì)二甲苯的性質(zhì)、用途及規(guī)格1.2.1主要性質(zhì)對(duì)二甲苯（PX），分子式為C8H10，相對(duì)分子質(zhì)量106.17，熔點(diǎn)13.2℃，液體的沸騰溫度是138.5℃，在常溫常壓下是散發(fā)出的味道是芳香的氣味，液體呈無色透明的狀態(tài)；密度0.861g/cm3。與水不相容，對(duì)于大多數(shù)有機(jī)溶劑課混容，例如乙醇、丙酮、氯仿等?？扇嘉镔|(zhì)，有一定毒性，性能相比于乙醇高些，其蒸汽形態(tài)與空氣混合可以形成具有爆炸性的混合物，爆炸極限的體積分?jǐn)?shù)是1.1%~7.0%。1.2.1用途在人民的日常生活當(dāng)中都有對(duì)二甲苯的身影，對(duì)于現(xiàn)代的人類來說它以成為不可缺少的存在。例如在我們身邊的交通工具所用到的汽油就有二甲苯的身影存在，其中的所占比就約有6%到10%左右REF_Ref29870\r\h[3]。優(yōu)秀品質(zhì)的汽油是具有良好的抵抗暴震的能力，而二甲苯在其中的作用就是提升優(yōu)秀品質(zhì)汽油的抗暴性。此外PX是精對(duì)苯二甲酸（PTA）以及對(duì)苯二甲酸二甲酯（DMT）的上游原料，其中PX的消耗約八成被用于PTA，還有約一成的消耗用于DMT。生產(chǎn)聚酯纖維和聚酯塑料所用到的原料正是以上的兩種單體，此外世界九成以上是用來生產(chǎn)聚酯。絕大多數(shù)的聚酯目的是用來生產(chǎn)滌綸，而滌綸是屬于在化學(xué)纖維產(chǎn)品當(dāng)中生產(chǎn)和纖維最多的。我國正是一個(gè)化纖品大國，因此PX很大的一個(gè)量是用于合成纖維的。聚酯除了用于合成化纖品外，一部分的聚酯還會(huì)用于制造飲料瓶，例如我們年輕人愛喝的碳酸飲料、運(yùn)動(dòng)飲料、果汁等，都可以用聚酯來包裝。此外對(duì)二甲苯還可以作為溶劑，還在制藥工業(yè)、涂料、染料等其他領(lǐng)域有著廣泛的用途。1.2.3產(chǎn)品規(guī)格本項(xiàng)目主要產(chǎn)品為99.7%對(duì)二甲苯 第二章工藝流程設(shè)計(jì)2.1對(duì)二甲苯生產(chǎn)方法的確定目前為止，對(duì)二甲苯主要生產(chǎn)方法有芳烴聯(lián)產(chǎn)工藝技術(shù)、歧化及烷基轉(zhuǎn)移工藝技術(shù)、二甲苯異構(gòu)化工業(yè)技術(shù)和甲苯甲醇烷基化法。2.1.1芳烴聯(lián)產(chǎn)法最開始生產(chǎn)對(duì)二甲苯的工藝方法是對(duì)汽油進(jìn)行重整油裂解加氫，再者進(jìn)行抽提。初工藝的主要的流程工藝為，用石腦油進(jìn)行催化重整而得到石油芳烴，也就是混二甲苯。之后用深冷結(jié)晶分離，或者分子篩模擬移動(dòng)吸附分離方法，將對(duì)二甲苯從混二甲苯分離出來。但此工藝無法滿足日漸增長的PX的市場需求REF_Ref5517\r\h[4]。所以科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了，用甲苯和C9作為原料來增產(chǎn)對(duì)二甲苯是為更高效直接的方法，也就是芳烴轉(zhuǎn)化。石油腦是芳烴聯(lián)產(chǎn)的原料，然后經(jīng)過一系列的提純分離得到產(chǎn)品。芳烴聯(lián)產(chǎn)裝置一般有二甲苯分餾、歧化、吸附分離、二甲苯異構(gòu)化和提純蒸餾五個(gè)裝置，以及相配套公用工程組成REF_Ref8263\r\h[5]。2.1.2甲苯歧化及烷基轉(zhuǎn)移工藝技術(shù)甲苯歧化及烷基轉(zhuǎn)移工藝是用甲苯和C9/C10芳烴，在分子篩催化劑的作用下選擇性轉(zhuǎn)化成苯和二甲苯，此技術(shù)發(fā)展方向是研究更好的催化劑，從而進(jìn)一步來提高原料的轉(zhuǎn)化率以及產(chǎn)物的選擇性REF_Ref13697\r\h[6]。該工藝實(shí)質(zhì)上就是芳烴之間的能夠相互轉(zhuǎn)化技術(shù)。其反應(yīng)主要是：甲苯歧化和烷基轉(zhuǎn)移。甲苯歧化反應(yīng)是指2個(gè)甲苯分子歧化反應(yīng)后生成1個(gè)苯分子和1個(gè)二甲苯分子。而烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)是指1個(gè)甲苯分子與一個(gè)三甲苯分子在催化劑作用下，生成兩個(gè)二甲苯分子。當(dāng)前，對(duì)甲苯歧化及烷基轉(zhuǎn)移工藝已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的主要公司有：Arco/IFP公司的Xylene-Plus工藝，美國UOP公司與日本TORAY公

司聯(lián)合研發(fā)了Tatoray工藝，還有Mobil公司開發(fā)的MSTDP工藝REF_Ref14638\r\h[7-9]。2.1.3.二甲苯異構(gòu)化工業(yè)技術(shù)二甲苯異構(gòu)化工藝技術(shù)的原料來自于，通過對(duì)汽油的催化重整或者裂解的方法產(chǎn)生的混合C8芳烴（不含或含少量PX）。然后在催化劑的作用下使混合的C8芳烴（OX、MX、PX和乙苯）發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng)，使其中的對(duì)二甲苯的濃度達(dá)到一個(gè)平衡濃度值，這樣就可以提升對(duì)二甲苯的產(chǎn)量，這是C8芳烴的4種異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)化技術(shù)REF_Ref23899\r\h[10]。當(dāng)前大概有十幾種可以實(shí)現(xiàn)該技術(shù)工業(yè)化，在市場競爭力方面有較強(qiáng)的技術(shù)有：Mobil公司的MHAL技術(shù)、UOP公司的lsomer技術(shù)和Axens公司的Octafining技術(shù)REF_Ref23945\r\h[11]。2.1.4.甲苯甲醇烷基化法甲苯甲醇烷基化法是用甲苯和甲醇作為原料，在一定反應(yīng)條件下和催化劑作用下進(jìn)行烷基化制備出對(duì)二甲苯。該工藝原料甲醇價(jià)格便宜而且市場產(chǎn)量多，而且相比之前的工藝方法，它提高了原料的利用率，產(chǎn)物的選擇性高，成本相對(duì)低，污染小對(duì)環(huán)境更友好等一些優(yōu)點(diǎn)。所以至今還是競相研究的熱點(diǎn)。目前，研究人員普遍認(rèn)為甲苯甲醇烷基化是正碳離子機(jī)理進(jìn)行對(duì)于苯環(huán)親電取代反應(yīng)，甲醇在催化劑活性中心作用下表面質(zhì)子化生成碳正離子，然后碳正離子和甲苯作用，把甲基部分轉(zhuǎn)移到苯環(huán)上，主要生成了鄰二甲苯（OX），PX,還有少量間二甲苯(MX)REF_Ref21241\r\h[12]。在分子篩催化劑ZSM-5的孔道內(nèi)部，反應(yīng)生成的三種二甲苯異構(gòu)體，PX的動(dòng)力學(xué)直徑比OX和MX要小，通過分子篩具有擴(kuò)散優(yōu)勢(shì)。而另兩種異構(gòu)體由于分子篩帶來的擴(kuò)散阻力，降低了反應(yīng)的異構(gòu)化的幾率，從而使產(chǎn)物PX選擇性提高REF_Ref21434\r\h[13-15]。主反應(yīng)：副反應(yīng)：此外，該工藝最大的吸引力是產(chǎn)物PX的收率高，相比較于甲苯歧化這個(gè)傳統(tǒng)工藝產(chǎn)物的收率要高一倍：以及每產(chǎn)生1t的PX產(chǎn)品所用到的甲苯，可以從甲苯歧化工藝的2.8t降到1.0t?？偨Y(jié)上述的方法，與其他工藝相比，本工藝方法在原料利用率更高、能源消耗更低以及對(duì)環(huán)境更友好，經(jīng)濟(jì)效益可觀。本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)方法選用甲苯甲醇烷基化法。2.2對(duì)二甲苯流程的敘述在年產(chǎn)15萬噸對(duì)二甲苯生產(chǎn)裝置的工藝設(shè)計(jì)過程中，可將生產(chǎn)工藝大體分為兩個(gè)工段，第一階段工段為反應(yīng)工段，第二工段為提純工段。2.2.1對(duì)二甲苯的反應(yīng)工段原料甲苯和甲醇與水(循環(huán)水)進(jìn)行一個(gè)混合，同時(shí)與回流的甲苯混合，混合后的原料先進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱部分是利用烷基化反應(yīng)器出來的高溫度氣體，讓高溫的氣體與混合的原料進(jìn)行兩級(jí)換熱，使溫度升至280℃。之后原料在經(jīng)過加熱爐的汽化，讓溫度上升至490℃，然后與經(jīng)過預(yù)熱的氫氣混合，一同進(jìn)入反應(yīng)器在反應(yīng)，反應(yīng)器是固定床反應(yīng)器。經(jīng)過反應(yīng)后的物料先后進(jìn)行換熱、和冷卻的步驟，之后進(jìn)入層析器對(duì)油水進(jìn)行一個(gè)分離。對(duì)于分離出來的水相其中一部分會(huì)進(jìn)入烷基化反應(yīng)器，從中起到阻礙溫度過高的而造成的結(jié)焦以及對(duì)于催化劑的一個(gè)保護(hù)作用，而另一部分是以廢水的形式前往污水處理系統(tǒng)。以及氣相部分會(huì)進(jìn)行壓縮冷卻，之后進(jìn)行變壓吸附脫氫，回收提純的氫氣可以繼續(xù)循環(huán)使用，還得到烴類氣體進(jìn)行提存解析可以成為燃料氣。2.2.2對(duì)二甲苯的提純工段油水分離后的的油相進(jìn)入甲苯分離塔（T101），對(duì)于沒反應(yīng)完全的甲苯進(jìn)行一個(gè)分離，甲苯是于塔頂出來，之后得到的甲苯再次進(jìn)行循環(huán)。其中產(chǎn)生的尾氣進(jìn)行火炬，甲苯分離塔的塔釜流出物將前往二甲苯分離塔（T102）進(jìn)一步分離提純，重組分從塔釜流出，塔頂?shù)漠a(chǎn)物再進(jìn)行膜分離REF_Ref21829\r\h[16]得到產(chǎn)物PX純度可達(dá)99.7%和混二甲苯。2.3工藝流程圖圖2-3-1反應(yīng)工段的工藝流程圖圖2-3-2提純工段工藝流程圖2.4對(duì)二甲苯生產(chǎn)工藝指標(biāo)選擇通過AspenplusV11軟件的計(jì)算優(yōu)化軟件優(yōu)化，結(jié)合本項(xiàng)目制定的年產(chǎn)15萬噸對(duì)二甲苯的背景，選取工藝條件如下：表2-4-1工藝條件工段名稱反應(yīng)溫度（℃）壓力（Mpa）反應(yīng)490-5300.45提純40-1800.1-0.9第三章物料衡算3.1原料規(guī)格、用量來源本項(xiàng)目生產(chǎn)所需的原料是甲苯以及甲醇。輔助原料催化劑ZSM-5,以及載氣氫氣。本項(xiàng)目每年消耗甲苯16713.497噸、甲醇6088.286噸，技術(shù)要求均符合優(yōu)等品，具體數(shù)據(jù)見下表3-1-1。表3-1-1原料供應(yīng)表名稱單位時(shí)耗量年耗量規(guī)格甲醇t7687.236088.286優(yōu)等品甲苯t21102.916713.497優(yōu)等品3.2Aspenplus的流程模擬該項(xiàng)目采用AspenplusV11軟件進(jìn)行流程模擬，模擬圖如下。圖1aspen的流程模擬圖3.3物料衡算3.3.1該項(xiàng)目的反應(yīng)工段物料衡算通過用aspenplusV11軟件對(duì)于反應(yīng)工段進(jìn)行的物料衡算，數(shù)據(jù)結(jié)果詳情見下表3-3-1。表3-3-1反應(yīng)工段的物料衡算表進(jìn)出的物料流股的名稱相態(tài)流股的壓力MPa質(zhì)量的流量kg/h摩爾的流量kmol/h項(xiàng)目的進(jìn)料CH4O液相0.17702.64120.78C7H8液相0.121124229.3混合罐出料3液相0.51236031666.54換熱器進(jìn)料4氣液混合0.51236031666.54換熱器出料5氣相0.51236031666.54加熱爐出料6氣相0.51236031666.54反應(yīng)器進(jìn)料7氣相0.51240591889.92反應(yīng)器出料8氣相0.451240591892.17換熱器進(jìn)料9氣相0.451240591892.17換熱器出料10氣液混合0.451240591892.17冷卻器出料11氣液混合0.451240591892.16壓縮機(jī)進(jìn)料12氣相0.45984.357228.758冷卻器出料13氣相0.5984.357228.758分離器進(jìn)料14氣液混合0.5984.357228.758液體出料15液相0.523.19990.242295氣體進(jìn)料16氣相0.5961.157288.515氣體出料17氣液混合0.5552.05719.6747脫氫出料18氣相0.5409.101200.456氫氣進(jìn)料H2-1氣相0.546.545822.93加熱器進(jìn)料20氣相0.5455.646223.386加熱器出料21氣相0.5455.646223.386層析器出料22液相0.451145391189.64各流股的詳細(xì)物料組成詳情見表3-3-2、表3-3-3。表3-3-2反應(yīng)工段的流股組成表流股的名稱質(zhì)量的組成%C6H6C7H8CH3HOHOXMXPX1:2:4BENCH4O000.9980000C7H80.0010.9990000030.0140.6750.0640.00190.023390.1847040.0140.6750.0640.00190.023390.1847050.0140.6750.0640.00190.023390.1847060.0140.6750.0640.00190.023390.1847070.0140.6730.06380.00190.023310.1840080.0140.5040.00210.01740.04650.33890.000290.0140.5040.00210.01740.04650.33890.0002100.0140.5040.00210.01740.04650.33890.0002110.0140.5040.00210.01740.04650.33890.0002120.020.2350.00560.00240.00680.05208.3e-06130.020.2350.00560.00240.00680.05208.3e-06140.020.2350.00560.00240.00680.05208.3e-06150.0160.5700.00200.17310.04690.34390.0001160.020.2270.00570.002040.00580.04504.9e-06170.0350.3920.00990.003530.01010.07768.5e-06180.00040.0050.00130.000040.000130.00111.2e-07H2-10000000200.00040.0050.00010.000040.000120.00091.0e-07210.00040.0050.00120.000040.000120.00091.0e-07220.01510.5450.00180.018830.050380.36670.00022表3-3-3反應(yīng)工段的流股組成表流股的名稱質(zhì)量組成%H2OH2CH4C2H4C2H6C3H6C3H8CH4O0.002000000C7H8000000030.03531.28e-053.47e-066.0e-050.00010.000430.0004540.03531.28e-053.47e-066.0e-050.00010.000430.0004550.03531.28e-053.47e-066.0e-050.00010.000430.0004560.03531.28e-053.47e-066.0e-050.00010.000430.0004570.03530.003647.86e-066.22e-050.00010.000430.0004580.06990.003580.000150.000320.000370.000810.0008690.06990.003580.000150.000320.000370.000810.00086100.06990.003580.000150.000320.000370.000810.00086110.06990.003580.000150.000320.000370.000810.00086120.06080.443540.01820.030270.032320.0450.04690130.06080.443540.01820.030270.032320.0450.04690140.06080.443540.01820.030270.032320.0450.04690150.00090.000080.000010.000090.000140.000550.00058160.06220.45420.018640.031010.033090.04610.0480170.10730.059310.032130.0322350.057040.07940.0827180.00140.098710.000440.0007280.000780.00110.0011H2-100.992090.007900000200.00130.98760.00120.000650.000690.000970.00101210.00130.98760.00120.000650.000690.000970.00101220.00080.000079.3e-068.2e-050.000120.000490.000523.3.2提純工段的物料衡算通過aspenplusV11軟件對(duì)于提純工段物部分的料衡算，數(shù)據(jù)結(jié)果詳見表3-3-4。表3-3-4提純工段的物料衡算表進(jìn)出的物料流股的名稱相態(tài)流股的壓力MPa質(zhì)量的流量kg/h摩爾的流量kmol/h項(xiàng)目出料PX液相0.918757.6176.68副產(chǎn)物出料34液相0.95140.6348.4199回收塔出料27氣相0.1247.61674.1979回收塔出料28液相0.13723994.3225.976分離塔進(jìn)料29液相0.323994.3225.976分離塔出料30液相0.123898.3225.1分離塔出料31液相0.11795.9770.876224加熱器進(jìn)料32液相0.923898.3225.1分離器進(jìn)料33液相0.923898.3225.1流股詳細(xì)的物料組成詳見表3-3-5、表3-3-6。表3-3-5提純工段的流股組成表流股名稱質(zhì)量組成%C6H6C7H8CH3HOHOXMXPX1:2:4BENPX3.78e-151.151e-0800.00010.000150.99973.0e-08341.38e-0115.519e-0500.36690.558390.07440.00011270.034750.39770.00960.000460.005820.04852.980e-11282.954e-121.184e-057.43e-200.080080.120.79880.00108292.954e-121.184e-057.43e-200.080080.120.79880.00108302.97e-121.188e-0500.079020.120230.80072.356e-05316.3e-234.483e-1100.344630.063040.32890.2634322.97e-121.188e-0500.079020.120230.800712.357e-05332.97e-121.188e-0500.079020.120230.800712.357e-05表3-3-6提純工段的流股組成表流股名稱質(zhì)量組成%H2OH2CH4C2H4C2H6C3H6C3H8PX0000000340000000270.10780.13930.013570.042050.047930.071860.08056281.73e-052.19e-328.92e-2703.79e-2402.85e-28291.73e-052.19e-328.92e-2703.79e-2402.85e-283000000003100000003200000003300000003.3.3總物料的衡算通過aspenV11軟件模擬可得總物料衡算，衡算的數(shù)據(jù)結(jié)果詳見表3-3-7。表3-3-7總物料的衡算表進(jìn)料出料流股名稱質(zhì)量流量單位摩爾流量單位流股名稱質(zhì)量流量單位摩爾流量單位CH4O7702.64kg/h240.77kmol/h17552.06kg/h28.06kmol/h2747.624.20C7H821124229.3254279.25237.013195.980.88H2-146.5522.93345140.6348.42PX18757.6176.68循環(huán)C7H8-CYC90497.5kg/h959.47kmol/hC7H8-CYC90497.5kg/h959.47kmol/h248558.51474.01248558.51474.01H2O4279.25237.01H204279.25237.01第四章能量衡算同上可通過aspenplusV11軟件對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行能量衡算，通過aspenplusV11軟件模擬可得到每股物流的質(zhì)量焓（massenthalpy）、摩爾焓（Molarenthalpy）與質(zhì)量熵(Massentropy)、摩爾熵(Molarentropy)，以及焓流量（Enthalpyflow）。4.1反應(yīng)工段部分反應(yīng)工段能量衡算詳見表4-1-1。表4-1-1反應(yīng)工段能量衡算表進(jìn)出物料流股名稱摩爾焓kcal/mol質(zhì)量焓kcal/kg摩爾熵cal/mol·K質(zhì)量熵cal/g·K焓流Gcal/h項(xiàng)目進(jìn)料CH4O-57.7382-1804.75-59.6452-1.86436-13.9013C7H83.6436239.5513-79.2838-0.860620.83548混合罐出料3-17.0907-230.432-73.0726-0.985232-28.4822換熱器進(jìn)料4-13.8901-187.28-63.265-0.852998-23.1484換熱器出料5-0.843954-11.379-33.4599-0.451137-1.40648加熱爐出料67.5414101.68-20.6973-0.2790612.568反應(yīng)器進(jìn)料77.03356107.15-17.1382-0.26108413.2929反應(yīng)器出料86.56983100.204-15.0591-0.22968412.4312換熱器進(jìn)料9-4.92068-75.051-33.0962-0.504788-9.31074換熱器出料10-7.73956-118.045-39.431-0.601407-14.6445冷卻器出料11-11.9967-182.976-51.7033-0.788586-95.0394壓縮機(jī)進(jìn)料12-0.81654-189.758-3.83447-0.891103-0.186789冷卻器出料13-0.72368-168.1781-3.75307-0.8721856-0.165547分離器進(jìn)料14-0.82624-192.012-4.07464-0.946918-0.189009液體出料15-0.150237-1.56905-85.6382-0.89439-3.6401e-05氣體進(jìn)料16-0.826957-196.609-3.98816-0.948186-0.188972氣體出料17-8.2862-421.16-16.6275-0.84512-0.232504脫氫出料180.092466445.3078-2.84371-1.393390.0185355氫氣進(jìn)料H2-1-0.01813-8.92964-3.17777-1.56548-0.0004157加熱器進(jìn)料200.081114439.7673-2.87686-1.410410.0181198加熱器出料213.244451590.633.391081.662520.724764層析器出料22-0.331993-3.44818-86.4258-0.89764-0.3949534.2提純工段部分提純工段能量衡算詳見表4-2-1。表4-2-1提純工段能量衡算表進(jìn)出物料流股名稱摩爾焓kcal/mol質(zhì)量焓kcal/kg摩爾熵cal/mol·K質(zhì)量熵cal/g·K焓流Gcal/h項(xiàng)目出料PX1.9517618.3838-87.2086-0.8214250.344837副產(chǎn)物出料341.9156918.044-84.3806-0.7947850.092758回收塔出料27-3.98889-351.661-5.51284-0.486013-0.0167449回收塔出料280.2872812.70559-89.4308-0.8422520.0649185分離塔進(jìn)料290.2970052.79717-89.4212-0.8421620.067116分離塔出料30-0.3681-3.46716-91.0128-0.857256-0.0828591分離塔出料31-1.47513-13.4672-92.9618-0.848697-0.00129254加熱器進(jìn)料32-0.320852-3.02213-90.9645-0.856802-0.0722236分離器進(jìn)料331.9480218.3485-85.7206-0.8074090.4384994.3總能量衡算提純工段能量衡算詳見表4-3-1。表4-3-1提純工段能量衡算表流股名稱摩爾焓kcal/mol質(zhì)量焓kcal/kg摩爾熵cal/mol·K質(zhì)量熵cal/g·K焓流Gcal/h進(jìn)料CH4O-57.7382-1804.75-59.6452-1.86436-13.9013C7H83.6436239.5513-79.2838-0.860620.83548H2-1-0.01813-8.92964-3.17777-1.56548-0.0004157出料17-8.2862-421.16-16.6275-0.84512-0.23250427-3.98889-351.661-5.51284-0.486013-0.016744925-68.3568-3785.91-39.1041-2.16576-16.200931-1.47513-13.4672-92.9618-0.848697-0.00129254341.9156918.044-84.3806-0.7947850.092758PX1.9517618.3838-87.2086-0.8214250.344837循環(huán)C7H8-CYC0.8087698.57468-83.1413-0.8814750.775987H2O-68.3568-3785.91-39.1041-2.16576-16.2009第五章主要設(shè)備計(jì)算5.1反應(yīng)器根據(jù)aspenplusV11軟件模擬計(jì)算此車間工藝項(xiàng)目，可知成烷基化反應(yīng)器入口物料的體積流量為23740.46m3/h。由文獻(xiàn)查閱可知在反應(yīng)溫度為490℃和壓力為0.45Mpa條件下，選取ZSM-5為催化劑，甲苯甲醇選取空速為1h-1。催化劑堆積密度ρp=0.68g/cm2比表面積Sg催化劑藏量GC=2433.5kg

V為了保證反應(yīng)過程的氣流變得穩(wěn)定，依據(jù)《工業(yè)催化》，固定床反應(yīng)器長徑通常在3-6之間，這里選取反應(yīng)器長徑比為4，反應(yīng)器的裝填系數(shù)是0.6，得：反應(yīng)器體積V反應(yīng)器直徑：D反應(yīng)器筒體高度：H封頭選取標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù)JB/T4746?2002查得封頭公稱直徑：DN=3000mm，封頭直邊高度：h1所以反應(yīng)器總高H將反應(yīng)器直徑進(jìn)行圓整4m，反應(yīng)器的高度整圓為13m5.2塔設(shè)備選用二甲苯分離塔作為本次工藝設(shè)計(jì)項(xiàng)目塔設(shè)備的計(jì)算案例分析，運(yùn)用AspenplusV11對(duì)二甲苯分離塔做設(shè)備計(jì)算。先確定二甲苯分離塔的一個(gè)進(jìn)料狀態(tài)及組成，其具體數(shù)值如下表5-2-1所示表5-2-1二甲苯分離塔進(jìn)料狀態(tài)與組成表狀態(tài)溫度150.8℃壓力0.3Mpa氣相摩爾分率0液相摩爾分率1質(zhì)量流量23994.25kg/h體積流量32.92m3/h摩爾組成/%OXMXPX1:2:4BEN8.012.079.910.09然后確定塔的出料狀態(tài)及組成。（1）塔頂采出塔頂采出主要為項(xiàng)目二甲苯，狀態(tài)及組成詳見下表5-2-2。表5-2-2塔頂采出狀態(tài)及組成表狀態(tài)溫度138.457℃壓力0.1Mpa氣相摩爾分率0液相摩爾分率1質(zhì)量流量23898.3kg/h體積流量32.25m3/h摩爾組成/%OXMXPX1:2:4BEN7.91280.1微量（2）塔底采出塔底采出的主要為重組分狀態(tài)及組成詳見下表5-2-3。表5-2-4塔頂采出狀態(tài)及組成表狀態(tài)溫度152℃壓力0.11Mpa氣相摩爾分率0液相摩爾分率1質(zhì)量流量95.97kg/h體積流量0.1294m3/h摩爾組成/%OXMXPX1:2:4BEN35.56.533.924.1運(yùn)用AspenplusV11對(duì)二甲苯塔單獨(dú)建立流程模擬，輸入各項(xiàng)條件如下圖。圖2-1建立二甲苯分離塔流程模擬圖圖2-2建立二甲苯分離塔流程模擬圖運(yùn)用Aspenplusv11軟件模擬可得進(jìn)料塔板（自上而下）為第15塊塔板，因?yàn)檫M(jìn)料處體積流量較小，所以即可選取板徑較小的填料塔來進(jìn)行產(chǎn)品的分離。運(yùn)用aspenplusV11軟件塔設(shè)計(jì)模塊模擬塔設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)計(jì)算，具體過程如下圖所示。圖3-1塔模塊數(shù)據(jù)輸入圖圖3-2塔模塊數(shù)據(jù)輸入圖設(shè)計(jì)塔板間距為0.6米，精餾段塔徑為2.6米，提餾段塔徑為2.5米，對(duì)塔進(jìn)行水力學(xué)校核，具體數(shù)值詳見下圖所示。圖3-3塔水力學(xué)校核圖圖4-1塔水力學(xué)校核圖對(duì)于二甲苯分離塔進(jìn)行塔徑圓整，整體塔徑為2.6米，且校核結(jié)果無誤，由此可得塔塔高為17米（不含底座）。5.3換熱器5.3.1冷卻器選擇以E104為典型換熱器進(jìn)行選型計(jì)算。由aspenplusV11軟件模擬可以確定冷卻器入口流股狀態(tài)，詳細(xì)情況見表5-3-1。表5-3-1冷卻器入口流股狀態(tài)表溫度156.7℃壓力0.45Mpa質(zhì)量流量32187.39kg/h體積流量44.572m3/h組成C7H8CH3OHOXMXPXH2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)%43.80.452.56.546.380.37比熱容kJ/（kg·℃）2.5179由上表可計(jì)算出該流股的平均比熱容為2.5179kJ/（kg·℃），質(zhì)量流量為32187.39kg/h。換熱器類型選用的是固定管板式換熱器，選擇冷卻水作為換熱介質(zhì)，設(shè)置冷卻水由25℃升溫至40℃。代入如下公式：①計(jì)算熱負(fù)荷與冷卻水流量：熱負(fù)荷QD=②計(jì)算兩流體的平均溫差（暫時(shí)按逆流單殼程、多管程計(jì)算，下同）。逆流時(shí)平均溫度差為：QUOTE△tm'=△t2?△t1查圖得：?△t△③初選換熱器規(guī)格。根據(jù)兩流體的狀況，假設(shè)K=1400S=利用aspenEDR組件進(jìn)行換熱器核算，在aspen中將heater模塊替換為heatX模塊，輸入換熱器參數(shù)如下。圖2heatX模塊參數(shù)輸入圖然后將heatX模塊導(dǎo)入到EDR組件中進(jìn)行核算，可以得到如下數(shù)據(jù)。圖2EDR模塊核算輸入圖核算結(jié)果如下圖。圖2heatX模塊核算結(jié)果圖圖2EDR模塊核算結(jié)果圖冷卻器經(jīng)核算后符合工藝要求，從EDR中導(dǎo)出冷卻器基本結(jié)果圖如下。圖2EDR模塊導(dǎo)出冷卻器結(jié)構(gòu)圖參考化工工藝手冊(cè)，換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)選定冷卻器型號(hào)為BEU400I-0.6-39.6型換熱器（固定管板式換熱器）。第六章非工藝部分6.1三廢及處理說明三廢6.1.1.廢氣該項(xiàng)目主要的廢氣為甲苯分離塔的塔頂排放的尾氣，尾氣成分包括未反應(yīng)完的甲苯、甲醇、氫氣以及反應(yīng)產(chǎn)生烷烴氣，可以對(duì)這部分廢氣可進(jìn)行火炬，并且所產(chǎn)生的熱量供反應(yīng)使用。相關(guān)的裝置區(qū)域的可能會(huì)出現(xiàn)跑、冒、滴、漏，從而造成無組織的排放，對(duì)于出現(xiàn)這樣的狀況就需要選定合適的閥門以及定期檢查進(jìn)行維護(hù)修理。對(duì)于廢氣進(jìn)行火炬處理所產(chǎn)生的的二氧化碳，因人們注意到全球變暖，國家對(duì)于二氧化碳的排放進(jìn)行了管控，所以就需要對(duì)二氧化碳集中進(jìn)行收集，一些有條件的可以送往尾氣處理廠進(jìn)行集中的一個(gè)處理，規(guī)避排放到大氣層中而加重全球的溫室效應(yīng)，保護(hù)了環(huán)境。6.1.2.廢液該項(xiàng)目主要的廢液為水相分離出來的廢水，廢水當(dāng)中99.7%是水，剩余當(dāng)中含量主要是少量的甲醇、二甲苯、甲苯。對(duì)于有危害的這部分雜質(zhì)，選用吸附脫除的方法（泥炭、活性炭）就能使絕大部分雜質(zhì)去除去，有條件可以送往園內(nèi)的廢水處理廠，處理后的廢水需達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)才可以進(jìn)行排放。6.1.3.廢渣該項(xiàng)目的廢渣主要為催化劑殘?jiān)?。裝置定期更換失效的催化劑殘?jiān)?，處理的方式是用填埋等方式處理。本?xiàng)目產(chǎn)生的催化劑殘?jiān)ㄟ^送當(dāng)?shù)靥盥駡鎏盥裉幚?。另外還有生活上的垃圾以及工業(yè)垃圾，聯(lián)系當(dāng)?shù)丨h(huán)境衛(wèi)生相關(guān)部門定期的運(yùn)輸和清理，對(duì)它們進(jìn)行無害化的處理。6.2節(jié)能及節(jié)能措施6.2.1.耗能分析本車間工藝項(xiàng)目耗能較大的設(shè)備主要有烷基化反應(yīng)器、換熱系統(tǒng)、以及塔的相關(guān)設(shè)備換熱系統(tǒng)。6.2.2.節(jié)能措施（1）對(duì)于設(shè)備盡量都選用能量消耗低但是效益回報(bào)方面高的設(shè)備；（2）在公用設(shè)施方面，要盡可能的減少非必要的能源消耗，例如在集中供水方面還有集中供熱方面；（3）為了降低溫度流失而造成能量消耗，在采用材料方面盡可能選取隔熱效果好的材料，通常閥門、儲(chǔ)罐以管道等容易能量流失，因此閥門盡量采用保溫效果好的，儲(chǔ)罐的內(nèi)壁的材料也要采取保溫效果好的材料，同樣在選取管道材料方面也是；（4）本項(xiàng)目有循環(huán)水的部分，增加循環(huán)用水的比例，從而減少在用水方面的損耗；（5）對(duì)于廠內(nèi)車間相關(guān)設(shè)備的布置安排，盡可能采用設(shè)備間的位差從而來運(yùn)輸相關(guān)的物質(zhì)，目的這樣的方式可以降低能源的消耗，另外對(duì)于各個(gè)車間部分設(shè)置用電、用水的用量表，可以對(duì)其實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制。（6）定期加強(qiáng)對(duì)于人員的培訓(xùn)，對(duì)管理制度更好的規(guī)范，定期進(jìn)行操作方面考核，從而提高和加強(qiáng)了車間內(nèi)員工的節(jié)約能源減少排放的意識(shí)。6.3安全及安全保護(hù)措施6.3.1.主要危害因素（1）具有火災(zāi)及爆炸危險(xiǎn)性工藝生產(chǎn)中的甲醇是重要的原材料，甲醇的揮發(fā)性能較強(qiáng)，其揮發(fā)的蒸汽與空氣混合，到達(dá)一定濃度遇到明火可引發(fā)爆炸。甲醇的流動(dòng)性及擴(kuò)散性較強(qiáng)，蒸汽密度比空氣略大，有風(fēng)情況容易隨風(fēng)飄散，無風(fēng)時(shí)也能夠沿地面去往地勢(shì)低的地方擴(kuò)散。如果甲醇儲(chǔ)罐泄漏破裂，遇到明火，就會(huì)引發(fā)火災(zāi)。工藝生產(chǎn)中氫氣是作為載氣，屬于易燃易爆氣體，如果運(yùn)輸過程儲(chǔ)存方式不當(dāng)就可能發(fā)生火災(zāi)爆炸等災(zāi)害。由于氫氣密度小，如果泄放于空氣，會(huì)快速的升空并且擴(kuò)散，而且不會(huì)在空中一定區(qū)域進(jìn)行停留。工藝生產(chǎn)的產(chǎn)物二甲苯，易燃液體，能與空氣混合成為具有爆炸性的混合物。如遇火災(zāi)容器泄漏出來的物體會(huì)進(jìn)一步嚴(yán)重火勢(shì)增（或增加蒸汽濃度）。（2）高空作業(yè)危害此項(xiàng)目的車間的廠房建筑是采用框架的結(jié)構(gòu)，因此這會(huì)讓操作人員，在工作過程的高度很高，例如項(xiàng)目的甲苯分離塔、二甲苯分離塔，這些設(shè)備就是安裝在框架結(jié)構(gòu)的廠房內(nèi)，這會(huì)使對(duì)于塔類設(shè)備作業(yè)是時(shí)因?yàn)楦叨却嬖谖ｋU(xiǎn)。（3）雷電該項(xiàng)目的主廠房是時(shí)運(yùn)用框架結(jié)構(gòu)，而甲苯分離塔和二甲苯分離塔是高度較高且危險(xiǎn)性大的塔類設(shè)備。如遇到雷雨天氣，這些設(shè)備的避雷設(shè)施不夠完善，就容易招致雷電攻擊，且因此導(dǎo)致火災(zāi)或其他一系列災(zāi)害，引發(fā)悲劇。本項(xiàng)目的甲醇、氫氣、二甲苯等有屬于易燃易爆的化學(xué)品，這樣就會(huì)引發(fā)爆炸以及其他嚴(yán)重的后果。電氣設(shè)備選用對(duì)于選用電器設(shè)備上，如果選取的電器設(shè)備不正確，就會(huì)成為隱藏風(fēng)險(xiǎn)，最終很可能會(huì)對(duì)造成極大的影響。6.3.2.危險(xiǎn)、有害物質(zhì)應(yīng)急與防護(hù)措施（1）甲醇CH3OH表6-3-1甲醇性質(zhì)表英文名Methanol化學(xué)分子式CH3OH分子量32.04外觀和性狀透明無色的液體理化特性熔點(diǎn)/凝固點(diǎn)（°C）-98自燃溫度（°C）385相對(duì)密度（水=1）0.791蒸汽密度（空氣=1）1.11臨界溫度（°C）240臨界壓力（MPa）7.87燃料熱（液態(tài)）（KJ/mol）726.89具體的急救措施可以參考表6-3-2。表6-3-2甲醇急救措施表急救措施不當(dāng)操作處理方法皮膚接觸立即脫下身上受污染的衣服，先用洗滌劑除去表面，再用大量清水一直沖洗，如還感到不適，應(yīng)及時(shí)就醫(yī)眼睛接觸用手撐開眼瞼，使受污染的眼球部分充分暴露，立馬用大量的流動(dòng)清水又或者生理鹽水，不停沖洗20分鐘左右，并且送往醫(yī)院吸入快速逃離污染現(xiàn)場到有流通的空氣地方，目的使自身能夠通常呼吸。如發(fā)生呼吸困難，給予輸氧，出現(xiàn)呼吸停止，馬上給予人工呼吸，送醫(yī)院救治。食入誤食的人即刻進(jìn)行涑口，立馬喝大量的水，先自行進(jìn)行催吐，人員有條件吞生雞蛋或者牛奶，盡快送醫(yī)院救治（2）甲苯C7H8表6-3-3甲苯性質(zhì)表英文名Toluene分子式C7H8分子量92.14性狀無色透明的液體，氣味是有類似苯的芳香理化常數(shù)熔點(diǎn)-94.9℃沸點(diǎn)110.6℃密度0.87（水=1）爆炸極限1.2-7.0%引燃溫度535℃最小點(diǎn)火能2.5mj最大爆炸壓力0.666Mpa具體的急救措施可以參考表6-3-4。表6-3-4甲苯急救措施表類別不當(dāng)操作處理方法急救措施吸入快速逃離污染現(xiàn)場到有流通的空氣地方，目的使自身能夠通常呼吸。如發(fā)生呼吸困難，給予輸氧，出現(xiàn)呼吸停止，馬上給予人工呼吸，送醫(yī)院救治。食入飲足量溫水催吐，就醫(yī)皮膚接觸立即脫下身上受污染的衣服，先用洗滌劑除去表面，再用大量清水一直沖洗，如還感到不適，應(yīng)及時(shí)就醫(yī)眼睛接觸用手撐開眼瞼，使受污染的眼球部分充分暴露，立馬用大量的流動(dòng)清水又或者生理鹽水，不停沖洗20分鐘左右，并且送往醫(yī)院（3）氫氣表6-3-5氫氣性質(zhì)表英文名Hudrogen分子式H2分子量2.01性狀無色無臭氣體理化常數(shù)熔點(diǎn)-259.2℃沸點(diǎn)-252.8℃密度0.07（空氣=1）爆炸極限4.1-74.1%引燃溫度400℃最小點(diǎn)火能量0.019mj最大爆炸壓力0.720Mpa具體的急救措施以及應(yīng)急處理方式可以參考表6-3-6。表6-3-6氫氣急救措施及應(yīng)急處理方式表類別不當(dāng)操作處理方法急救措施吸