化工综合设计化工分离提纯.docx
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化工综合设计化工分离提纯
吉林化工学院
化工综合设计
题目甲醇-乙醇-丁醇三元物系精馏分离过程工艺设计
教学院石油化工学院
专业班级化工1106
学生姓名安广野
学生学号11110615
指导教师戴传波
2014年12月19日
目录
摘要1
绪论2
第一章设计方案3
1.1设计题目3
1.2设计参数3
1.3工艺流程图3
第二章ASPENPLUS软件4
2.1Aspen P1us介绍4
2.2Aspen P1us计算方法4
第三章物料衡算5
3.1物料衡算的意义5
3.2物料衡算通式5
3.3物料衡算6
第四章安全设计10
4.1安全设计的意义10
4.2防火防爆安全设计10
4.3毒物的防治10
第五章环境保护11
第六章经济评价12
6.1评价依据12
6.2经济评价12
6.3评价结论13
结束语14
参考文献14
摘要
设计目的是通过精馏塔分离甲醇—乙醇—丁醇三元混合物,对于三元混合物分离,采用连续精馏流程。
根据分离要求设计精馏塔及分离系统。
并用ASPEN模拟其可行性。
在确定的工艺要求下,确定设计方案,通过ASPEN模拟,设计内容包括精馏塔工艺设计计算,换热器设备计算,绘制设备布置图,工艺流程图,物料流程图。
关键词:
甲醇—乙醇—丁醇三元混合物,连续精馏
绪论
甲醇是结构最为简单的饱和一元醇,.基本有机原料之一。
主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺和硫酸二甲酯等多种有机产品。
也是农药(杀虫剂、杀螨剂)、医药(磺胺类、合霉素等)的原料,合成对苯二甲酸二甲酯、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸甲酯的原料之一。
还是重要的溶剂,亦可掺入汽油作替代燃料使用。
20世纪80年代以来,甲醇用于生产汽油辛烷值添加剂甲基叔丁基醚、甲醇汽油、甲醇燃料,以及甲醇蛋白等产品,促进了甲醇生产的发展和市场需要。
用作涂料、清漆、虫胶、油墨、胶黏剂、染料、生物碱、醋酸纤维素、硝酸纤维素、乙基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛等的溶剂。
其他用作汽车防冻液、金属表面清洗剂和酒精变性剂等。
甲醇用作清洗去油剂,MOS级主要用于分立器件,中、大规模集成电路,BV-Ⅲ级主要用于超大规模集成电路工艺技术。
用作分析试剂,如作溶剂、甲基化试剂、色谱分析试剂。
还用于有机合成。
乙醇是带有一个羟基的饱和一元醇,在常温、常压下是一种易燃、易挥发的无色透明液体,它的水溶液具有酒香的气味。
乙醇的用途很广,可用乙醇制造醋酸、乙醛、乙醚、乙酸乙酯、乙胺等化工原料,也是制取、染料、涂料、洗涤剂等产品的原料。
还可用作粘合剂;硝基喷漆;清漆、化妆品、油墨、脱漆剂等的溶剂以及农药、医药、橡胶、塑料、人造纤维、洗涤剂等的制造原料、还可以做防冻剂、燃料、消毒剂等。
第一章设计方案
1.1设计题目
甲醇—乙醇—丁醇混合物分离工艺设计
1.2设计参数
(1)料液种类:
甲醇—乙醇—丁醇混合液
(2)处理量:
90kg/h
(3)要求产品甲醇浓度99%
(4)要求产品乙醇浓度99.5%
(5)设备形式:
筛板精馏塔
1.3工艺流程图
原料液经过预热器预热后进入精馏塔内。
操作时原料液部分汽化,产生上升蒸汽,依次通过各层塔板。
塔顶蒸汽进入冷凝器中全部冷凝或部分冷凝,然后进入贮槽再经过冷却器冷却。
并将冷凝液借助重力作用送回塔顶作为回流液体,其余部分经过冷凝器后被送出作为塔顶产品。
塔釜产品进入第二座精馏塔继续分离。
T0101塔顶为甲醇,T0102塔顶为乙醇。
图1.1精馏过程流程图
第二章ASPENPLUS软件
2.1Aspen P1us介绍
Aspen P1us 是一款功能强大的化工设计、动态模拟及各类计算的软件,它几乎能满足大多数化工设计及计算的要求,其计算结果得到许多同行的认可,该软件也和其他软件一样在不断地升级。
在美国能源部的拨款资助下,麻省理上学院化工系有关教授组织了一个由高等学校和企业部门各方人员参加的开发小组,集中进行新一代化工流程模拟系统的开发,于1979 年初开发成功Aspen,并投入使用。
1981年专门成立了一家公司接管了这套系统的继续开发和完善工作,同时软件更名为Aspen P1us。
它被用于化学和石油工业、炼油加工、发电、金属加工、合成燃料和采矿、纸浆和造纸、食品、医药及生物技术等领域,在过程开发、过程设计及老厂的改造中发挥着重要的作用。
2.2Aspen P1us计算方法
(1)利用塔模块中简捷计算初步确定理论板数、理论回流比、理论进料板位置。
(2)采用塔模块中严格计算达到要求浓度甲醇所需的实际塔板数、实际回流比、实际进料板位置。
(3)确定出料组成是否达到要求,进行优化分析。
第三章物料衡算
3.1物料衡算的意义
在化学工程中,设计或改造工艺流程和设备,了解和控制生产操作过程,核算生产过程的经济效益,确定原材料消耗定额,确定生产过程的损耗量,对现有的工艺过程进行分析,选择最有效的工艺路线,对设备进行最佳设计以及确定最佳操作条件等都要进行物料衡算。
而且,化学工程的开发与放大都以物料衡算为基础的。
物料衡算是质量守恒定律的一种表现形式。
凡引入某一设备的物料成分、质量或体积比等于操作后所得产物的成分、质量或体积加上物料损失。
3.2物料衡算通式
∑G投入=∑G产品+∑G回收+∑G流失
式中:
∑G投入—投入系统的物料总量;
∑G产品—系统产出的产品和副产品总量;
∑G流失—系统中流失的物料总量;
∑G回收—系统中回收的物料总量。
其中产品量应包括产品和副产品:
流失量包括除产品、副产品及回收量以外各种形式的损失量,污染物排放量即包括在其中。
环境影响评价中的物料平衡计算法即是通过这个物料平衡的原理,在计算条件具备的情况下,估算出污染物的排放量。
物料平衡计算包括总物料平衡计算、有毒有害物料平衡计算及有毒有害元素物料平衡计算。
进行有毒有害物料平衡计算时,当投入的物料在生产过程中发生化学反应时,可按下列总量法或定额工时进行衡算:
∑G排放=∑G投入-∑G回放-∑G处理-∑G转化-∑G产品
式中:
∑G投入—投入物料中的某物质总量;
∑G产品—进入产品结构中的某物质总量;
∑G回收—进入回收产品中的某物质总量;
∑G处理—经净化处理的某物质总量;
∑G转化—生产过程中被分解、转化的某物质总量;
∑G排放—某物质以污染物形式排放的总量。
采用物料平衡法计算污染物排放量时,必须对生产工艺、物理变化、化学反应及副反应和环境管理等情况进行全面了解,掌握原来、辅助材料、燃料的成分和消耗定额、产品的产收率等基本技术数据
3.3物料衡算
3.3.1甲醇分离塔物料衡算
图3.1甲醇分离塔物料衡算图
3.3.2乙醇分离塔物料衡算
图3.2乙醇分离塔物物料衡算图
3.3.3换热器物料衡算
图3.3换热器物料衡算
3.3.4泵物料衡算
图3.4泵P0101衡算
第四章安全设计
4.1安全设计的意义
化工生产具有易燃、易爆、易中毒、高温、高压、有腐蚀性等特点,与其它工业部门相比具有更大的危险性。
近年来,生产越来越趋向于规模大型化、反应装置集中化,并使大量化学物方式日趋先进。
生产的连续性、操作的集中性以及全流程的自动控制,省掉了许多中间的储存环节,生产的弹性大大减弱,生产线上每一环节的故障都会对全局产生重大影响。
同时,在许多化工生产中,特别是染料、医药、表面活性剂、涂料、香料等精细化工产品,依然大量采用间歇操作。
在间歇操作时,由于人机过于接近、岗位环境差、劳动强度大,致使发生事故时很难躲避。
质都处于工艺过程状态,一旦外泄就会造成重大事故,对人的生命和财产安全造成严重威胁。
安全设计,就是指在设计设备的过程中,充分考虑设备的安全性,消除一切不安全因素的设计。
安全设计公的过程具体来说一般包括:
化工装置的安全设计,危险物质处理的安全设计,用工程的安全设计,防止误操作的安全设计,工艺本质的安全设计,车间平面布置的安全设计,建筑耐火结构的安全设计,消防灭火设施的安全设计,通信系统的安全设计等方面的内容。
4.2防火防爆安全设计
本设计原料为甲醇—乙醇—丁醇三元混合物,是易燃易爆液体。
厂房内,应尽量避免动火,必须动火维修时,应严格执行动火安全管理规定,办理动火证,对动火环境可燃物清理干净,并经检测合格后,方可动火。
此外,也要加强对其他的火源如火柴、焊接、切割、静电的管理,不防爆的电气设备也应避开装置,严格动火管理制度。
正确安装、使用和管理各种工艺设备及机电设备。
安装适用的消防通讯工具,保证有充足的消防用水和适当的消防器材;设置人员疏散通道等措施保证生产的安全性。
设置泄压设施,采用轻质屋盖作为泄压设施。
易于泄压的门、窗、轻质墙体等也可作为泄压设施。
泄压设施不面对人员集中的地方和主要交通道路。
应采用不发生火花的地面。
4.3毒物的防治
甲醇被大众所熟知,具有毒性。
甲醇的毒性对人体的神经系统和血液系统影响最大,它经消化道、呼吸道或皮肤摄入都会产生毒性反应,甲醇蒸气能损害人的呼吸道粘膜和视力。
甲醇的致命剂量大约是70毫升。
甲醇在体内不易排出,会发生蓄积,在体内氧化生成甲醛和甲酸也都有毒性。
在甲醇生产工厂,我国有关部门规定,空气中允许甲醇浓度为50mg/m3,在有甲醇气的现场工作须戴防毒面具、工厂废水要处理后才能排放,允许含量小于200mg/L的甲醇。
泄漏应急处理:
迅速撤离泄漏污染区人员至安全区,并进行隔离,严格限制出入,切断火源。
建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器,穿防静电工作服,不要直接接触泄漏物,尽可能切断泄漏源。
防止流入下水道、排洪沟等限制性空间。
小量泄漏:
用砂土或其它不燃材料吸附或吸收,也可以用大量水冲洗,洗水稀释后放入废水系统。
大量泄漏:
构筑围堤或挖坑收容,用泡沫覆盖,降低蒸气灾害。
用防爆泵转移至槽车或专用收集器内,回收或运至废物处理场所处置。
第五章环境保护
本工艺产生污染物主要为废水,可采用化学法或物理化学法。
化学法:
利用化学作用处理废水中的溶解物质或胶体物质,可用来去除废水中的金属离子、细小的胶体有机物、无机物、植物营养素、乳化油、色度、臭味、酸、碱等,常见的有中和、沉淀、氧化还原、催化氧化、光催化氧化、微电解、电解絮凝、焚烧等方法。
物理化学法:
单纯的物理、化学方法处理后,废水仍会残留某些细小的悬浮物以及溶解的有机物。
为了进一步去除残存在水中的污染物,可以进一步采用物理化学方法进行处理。
物理化学法是利用物理化学作用来去除废水中溶解物质或胶体物质。
常用的物理化学方法有吸附、浮选、萃取、电渗析、反渗透、离子交换、膜分离、超过滤等。
第六章经济评价
6.1评价依据
(1)本经济分析采用成本法进行;
(2)折旧采用直线法进行;
(3)中国石油天然气股份有限公司建设项目经济评价参数;
6.2经济评价
表1设备购置费估算表
序号
设备位号
设备名称
型号及规格
材质
数量
单价
(万元)
总价
(万元)
1
T0101
甲醇精馏塔
D=0.5m
H=10m
316
1
6
6
2
T0102
乙醇精馏塔
D=0.5m
H=5.5m
316
1
3
3
3
E0101
甲醇塔再沸器
50m2
316
1
3
3
4
E0102
甲醇塔冷凝器
50m2
316
1
3
3
5
E0103
乙醇塔再沸器
50m2
316
1
3
3
6
E0104
乙醇塔冷凝器
50m2
316
1
3
3
7
V0101
甲醇塔回流罐
5m3
304
1
1
1
8
V0102
乙醇塔回流罐
5m3
304
1
1
1
9
P0101AB
甲醇塔产品泵
Q=7.5m3/h H=30m
304
2
2
4
10
P0102AB
甲醇塔回流泵
Q=7.5m3/h H=30m
304
2
2
4
11
P0103AB
乙醇塔产品泵
Q=7.5m3/h H=30m
304
2
2
4
12
P0104AB
乙醇塔回流泵
Q=7.5m3/h H=30m
304
2
2
4
合计
16
39
表2原材料及动力消耗费用表
序号
名称
规格
单位
单耗/吨产品
单价/元
金额元/吨产品
年费用元
1
循环水
20-25℃
t
20
0.50
10
720
2
低压蒸汽
0.6MPa
t
0.5
160.98
180
57600
5
电
380/220V
kW.h
15
1.11
16
11520
合计
206
148320
表3投资估算表
序号
工程或费用名称
估算价值,万元
设备购置费
安装工程费
合计
1
设备费用
39
6
45
2
基建费
55
55
3
项目总投资
100
单位成本估算表
成本项目
计量单位
甲醇和乙醇
数量
单价
单位成本
一、直接燃料及动力
206
1、电
KWH
15
1.112212
16
2、蒸汽
吨
0.5
160.979275
180
3、循环水
吨
20
0.500423
10
二、直接人工费
元
800
三、制造费用
元
77
其中:
折旧
元
77
四、修理费
元
25
五、其它制造费用
元
12
六、单位制造成本合计
元
1326
八、产量
吨
720
3200
表5产品销售收入估算表
产品名称
数量
t/a
市场价,单价
元
年销售收入
元
甲醇
360
2200
792000
乙醇
360
6200
2232000
表6装置效益估算表(醋酸按当前市场价)
项目
万元/年
备注
销售收入
302.4
总成本
95.4
年净效益
207
6.3评价结论
本装置每年产生的直接经济效益为207万元;由此可见,为分离装置具有可行性。
结束语
在这次的课程设计中我发现了自己的不足,学习知识的空缺。
课程设计给我很多专业知识以及专业技能上的提升,并且学习到了一些综合技能的应用。
尤其是在CAD制图和aspen模拟中学习了很多。
通过课程设计使我对抽象的理论有了具体的认识。
通过这次课程设计使我充分理解到化工设计的重要性和实用性。
对实际单元操作设计中所涉及的个方面要注意问题都有所了解。
通过这次设计不仅让我将所学的知识应用到实际中,而且对知识也是一种巩固和提升。
参考文献
[1]柴诚敬.化工原理.第2版.北京:
高等教育出版社.2000年
[2]匡国柱,史启才.化工单元过程及设备课程设计.第1版,北京:
化学工业出版社.2002年
[3]卢焕章.石油化工基础数据手册.北京:
化学工业出版社.1982年
[4]李国庭,陈焕章,黄文焕,崔群.化工设计概论.北京:
化学工业出版社.2014年
[5]厉玉鸣.化工仪表及自动化.第四版.北京:
化学工业出版社.2004年
[6]路秀林,王者相.塔设备.北京:
化学工业出版社.2004年
[7]匡国柱,史启才.化工单元过程及设备课程设计.北京:
化学工业出版社,2002年
***设计院
***DesignInstitute
塔类数据表
(条件表25)
项目名称
子项名称
文件编号
项目编号
设计
校核
审核
日期:
第页共页
位号
T0101
名称
型式
台数
1
容量
规格
设计数据
填料
流体名称
型式
高度
密度
kg/m3
粘度(塔顶/塔底)
Pa.s
0.7044
堆积密度
kg/m3
流体性质
塔盘
操作压力(最大)塔顶/塔底
MPaG
3/1.4
型式
数量
操作温度塔顶/塔底
℃
65.3/86.9
筛板
29
设计压力
MPaG
3
设计温度
℃
70
设计压降
MPa
分配器
腐蚀裕量
(mm)
壳体和封头
型式
数量
塔盘
内件
偏心载荷
安全阀开启压力
MPaG
载荷大小N
标高
偏心距
设计风压
PaG
1
设防烈度/基本地震加速度
2
地震分组/场地土类型
隔热保温/保冷
mm
防火内/外
mm
涂漆
安装环境
室内室外框架内楼板上
材料
壳体
封头
内件
塔盘/填料
垫片
附件
铭牌
静电接地板
梯子&平台
管夹
破涡流器
说明:
(1)操作压力和设计压力均应填写表压力。
(2)对于混合介质需提出介质组成。
(3)流体性质填写介质危害程度以及是否易燃。
(4)间歇操作需注明压力温度变化频次及持续操作时间。
(5)如存在压力温度波动,需注明波动频率及最低、最高工作压力和最低、最高工作温度。
***设计院
***DesignInstitute
塔类数据表
(条件表25)
项目名称
子项名称
文件编号
项目编号
设计
校核
审核
日期:
第页共页
位号
T0102
名称
型式
台数
1
容量
规格
设计数据
填料
流体名称
型式
高度
密度
kg/m3
粘度(塔顶/塔底)
Pa.s
0.97
堆积密度
kg/m3
流体性质
塔盘
操作压力(最大)塔顶/塔底
MPaG
1.4/1
型式
数量
操作温度塔顶/塔底
℃
78.2/86.0
筛板
14
设计压力
MPaG
1.4
设计温度
℃
86.2
设计压降
MPa
分配器
腐蚀裕量
(mm)
壳体和封头
型式
数量
塔盘
内件
偏心载荷
安全阀开启压力
MPaG
载荷大小N
标高
偏心距
设计风压
PaG
1
设防烈度/基本地震加速度
2
地震分组/场地土类型
隔热保温/保冷
mm
防火内/外
mm
涂漆
安装环境
室内室外框架内楼板上
材料
壳体
封头
内件
塔盘/填料
垫片
附件
铭牌
静电接地板
梯子&平台
管夹
破涡流器
说明:
(1)操作压力和设计压力均应填写表压力。
(2)对于混合介质需提出介质组成。
(3)流体性质填写介质危害程度以及是否易燃。
(4)间歇操作需注明压力温度变化频次及持续操作时间。
(5)如存在压力温度波动,需注明波动频率及最低、最高工作压力和最低、最高工作温度。
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