乙醇脱氢法制备乙酸乙酯课程设计

南京工业大学

《化工原理》专业课程设计

设计题目 乙醇脱氢法制备乙酸乙酯 学生姓名 班级、学号 指导教师姓名

课程设计时间20 12年05月12日-20 12年9月10日

课程设计成绩

设计说明书、计算书及设计图纸质量，70% 工作能力、综合能力及设计过程表现，30% 设计最终成绩（五级分制）

指导教师签字

目 录

1 项目总论 .............. 错误!未定义书签。

1.1

1.2 1.3

项目意义 .............................................................................................. 错误!未定义书签。 建设规模 .............................................................................................. 错误!未定义书签。 厂区及生产概况 .................................................................................. 错误!未定义书签。

2 市场分析 .............. 错误!未定义书签。

1

2.1 产品的性质与用途 .............................................................................. 错误!未定义书签。 2.1.1物化特性 ................................................................................................. 错误!未定义书签。 2.1.2 主要用途 ................................................................................................ 错误!未定义书签。 2.2 国、内外产业状况 .............................................................................. 错误!未定义书签。 2.2.1国外生产状况及发展动向 ..................................................................... 错误!未定义书签。 2.2.2国内生产状况及发展动向 ..................................................................... 错误!未定义书签。 2.3 产品的市场需求预测 .......................................................................... 错误!未定义书签。 2.3.1进出口情况 ............................................................................................. 错误!未定义书签。 2.3.2消费现状及发展前景 ............................................................................. 错误!未定义书签。

3 厂址的选择及布置 ...... 错误!未定义书签。

3.1 厂址选择原则 ........................................................................................... 错误!未定义书签。

3.2 选择原因 ................................................................................................... 错误!未定义书签。

3.2.1 原料来源方便 ................................................................................ 错误!未定义书签。 3.2.2 地理位置优越 ................................................................................ 错误!未定义书签。 3.2.3 交通发达 ........................................................................................ 错误!未定义书签。 3.2.4 社会经济效益 ................................................................................ 错误!未定义书签。 3.3 厂区概况 ................................................................................................... 错误!未定义书签。

3.3.2 厂址地区的自然条件 .................................................................... 错误!未定义书签。 3.3.3 厂址地区的交通运输条件 ............................................................ 错误!未定义书签。 3.3.4 基础设施建设 ................................................................................ 错误!未定义书签。 3.4 厂址布置 ................................................................................................... 错误!未定义书签。

3.4.1 厂区概况 ........................................................................................ 错误!未定义书签。

4 工艺设计方案 .......... 错误!未定义书签。

4.1 概述 ........................................................................................................... 错误!未定义书签。 4.1.1 生产规模 ........................................................................................ 错误!未定义书签。 4.1.2 原料 ................................................................................................ 错误!未定义书签。 4.1.3 产品规格 ........................................................................................ 错误!未定义书签。 4.2 工艺设计方案 ........................................................................................... 错误!未定义书签。

4.2.1原料路线确定的原则和依据 ......................................................... 错误!未定义书签。

4.3工艺方案设计及说明 ............................................................. 错误!未定义书签。

4.3.1流程简介 ......................................................................................... 错误!未定义书签。 4.4 物料衡算 ................................................................................................... 错误!未定义书签。

4.4.1 衡算原理 ........................................................................................ 错误!未定义书签。 4.5 热量衡算 ................................................................................................... 错误!未定义书签。

4.5.1衡算原理 ......................................................................................... 错误!未定义书签。 4.6 典型设备设计及选型 .............................................................................................................. 2

4.6.1换热器计算说明书 ........................................................................................................ 2 4.6.2 脱氢缩合反应器参数说明 ......................................................................................... 10 4.6.3 设备一览表 ................................................................................................................. 10

2

前 言

乙酸乙酯是应用最广泛的脂肪酸酯之一，具有优良的溶解性能，是一种较好的工业溶剂，已被广泛应用于醋酸纤维、乙基纤维、氯化橡胶、乙烯树脂、乙酸纤维树脂、合成橡胶等生产，也可用于生产复印机用液体硝基纤维墨水，在纺织工业中用作清洗剂；在食品工业中用作特殊改性酒精的香味萃取剂，在香料工业中是最重要的香料添加剂，可作为调香剂的组分，乙酸乙酯也可用作粘合剂的溶剂，油漆的稀释剂以及作为制造药物、染料等的原料。

目前，国内外市场需求量不断增长。在人类日益注重环保的今天，在涂料、油墨生产中采用高档溶剂是大势所趋。作为高档溶剂，乙酸乙酯在国内外的应用在持续稳定增长，建筑、汽车等行业的迅速发展，也会带动对乙酸乙酯类溶剂的需求。

本项目拟采用乙醇脱氢法生产乙酸乙酯。只需要乙醇一种原料，经过单一催化剂脱氢后直接得到乙酸乙酯，简称一步法。

本设计小组根据化工设计的原则，在查阅各种相关文献的基础上，对原料、厂址等进行了选择，同时对工艺路线、自动控制、管路等进行了设计，还对生产成本、环境效益等进行了分析估算。并将设计结果分列于以下各章节。这个设计工作的特点在于：

（1）本项目的原料是广西贵糖集团乙醇厂用生物发酵废糖浆制得的95%乙醇，凭借该地区丰富的甘蔗资源和发达的制糖工业，乙醇来源能够得到可靠保证，运输方便，价格低廉，同时符合国家对发酵法制乙醇的相关规定，绿色环保；

（2）本项目采用乙醇脱氢法工艺生产乙酸乙酯，有反应温和，各种反应条件变化弹性大，工艺简单，容易操作等特点，相对于传统工艺，基本无腐蚀和三废排放。该工艺具有良好的“环境效益”, “社会效益”,“经济效益”；

（3）针对乙醇脱氢法产品中副产物成分复杂，难以分离的不足，我们采用了增加加氢反应的方案，使原料乙醇的综合利用率得到提高，减少了主要的副产

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物乙醛，有利于后续分离的进行，同时使其中微量的羰基化合物（主要是丙酮和丁酮）得到了还原，提高了产品的质量和应用范围；

（4）采用以丙三醇为萃取剂的萃取精馏分离乙酸乙酯-乙醇-水中的乙酸乙酯，自行设计了精馏流程，在分离出高纯度乙酸乙酯（99%mol）的同时，回收了绝大部分的丙三醇和大部分的乙醇。分离后剩余的乙酸乙酯和乙醇混合溶液以无苯天那（香蕉水）的形式外售，满足当地油漆产业的需要又增加了利润。

（5）采用热集成技术，大大降低了能量消耗，每吨乙酸乙酯的蒸汽消耗量从文献报道的5~6吨节省至3吨左右（中压蒸汽按价格折成了低压蒸汽），冷却水用量也得到了大幅度的缩减。

（6）生产过程中产生的废渣为锅炉煤渣和失活的金属催化剂，在环境保护方案中均得到了妥善的处理，废水主要为精馏产生的含有微量乙酸乙酯、乙醇和丙三醇的水，在自建的污水处理池处理达到国家相关标准后直接排放，基本无废气。

整个设计的具体结果分列于以下各章节。由于水平有限，如设计存在的不妥或遗漏之处，希望诸位前辈予以批评指正。

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1 总 论

1.1 项目总述

乙酸乙酯(ethyl acetate)又称醋酸乙酯。纯净的乙酸乙酯是无色透明有芳香气味的液体，是一种用途广泛的精细化工产品，具有优异的溶解性、快干性，用途广泛，是一种非常重要的有机化工原料和极好的工业溶剂，被广泛用于醋酸纤维、乙基纤维、氯化橡胶、乙烯树脂、乙酸纤维树酯、合成橡胶、涂料及油漆等的生产过程中。其主要用途有：作为工业溶剂，用于涂料、粘合剂、乙基纤维素、人造革、油毡着色剂、人造纤维等产品中；作为粘合剂，用于印刷油墨、人造珍珠的生产；作为提取剂，用于医药、有机酸等产品的生产；作为香料原料，用于菠萝、香蕉、草莓等水果香精和威士忌、奶油等香料的主要原料。

在一些发达国家，它作为一种无毒、无公害型溶剂正逐渐取代含苯溶剂、甲基乙基酮等对人体和环境带来极大危害的溶剂。现今乙酸乙酯的生产路线分为酯化法、乙醛缩合法、乙烯加成法和乙醇脱氢法等。乙醇脱氢法是二十世纪九十年代后期发展起来的新技术，可以将乙醇经一步脱氢转化为乙酸乙酯，同时生成副产品氢气。采用这种方法生产的乙酸乙酯纯度高、含水和各种重金属等杂质低，质量超过国家质量标准。

目前中国的主要生产方法是酯化法，是一种比较传统的方法。乙醇脱氢法是新技术，目前在中国有两套装置正在建设，一个是吉林燃料乙醇公司的，一套是山东海化集团的。

本项目是采用乙醇一步法，将乙醇以气相形式通过高性能催化剂的固定床反应器，脱氢缩合制得含乙酸乙酯、乙醛、氢气及未反应乙醇的混合气体通入加氢反应器，将副产的乙醛等羰基化合物还原成醇类，冷凝成汽液两相,进入分离工段，用膜分离法分离随氢气带出的乙酸乙酯和乙醇等，与前一工段得到的液相相混合,采用丙三醇作为萃取剂的萃取精馏制得高纯度乙酸乙酯，未反应的乙醇以95%乙醇的形式进行回收，萃取剂丙三醇也进行回收。环保无污染，无废气，设备腐蚀小，单位产量能耗低。

1.2 项目可行性分析

通过可行性研究论证后，从经济利益角度上，本项目内部收益率为20.618%。

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但是，其前提是能够保证国家相关优惠及时到位、充足的原料供应、产品的销售价格和足够的市场（包括出口）以及相关工业项目能够得到共同开发。其中，原料供应是否充足、国家各项优惠是否及时到位是能否盈利的主要控制因素。

1.3 项目审核

经过可行性分析本项目从产业规划、产业布局、发展重点、原料来源、水资源平衡、运输安全、环境保护、项目管理和风险防范等方面，基本符合国家有关对化工行业的规范和要求。

1.4 厂区及生产概况

本项目选址于广西贵港市贵糖生态工业园，占地面积约1.35万平米。厂区分为厂前区、生产区、生产辅助区和储罐区，由工业园区配套完善的水、电、汽等动力来源，建立有变电站、机修车间、检验中心、消防系统、罐装成品仓库等完善的公用和辅助工程设施。

1.5 原料来源

主要原料系浓度95%的工业酒精。广西贵港生态工业示范园是我国目前规模大、进展快的生态工业园之一。贵糖集团利用甘蔗榨糖，在此基础上成功地建设了一个生态工业园的雏形。贵港生态工业园现由两条主链组成：甘蔗→制糖→废糖蜜制酒精→酒精废液制复合肥→复合肥回施甘蔗田，以及甘蔗→制糖→蔗渣造纸→碱回收。贵糖集团目前正在建设一个年产10万吨的造纸厂，并规划生产工业用酒精和其它产品，示范园区建成后。将形成30万吨糖、20万吨工业酒精的生产规模。原料供应充足，价格低廉，可大幅缩减运输成本。

由于世界粮食产量下降，粮食供给出现紧张，为了保证粮食安全，避免与人争粮的情况出现，通过《可再生能源中长期发展规划》，发展以粮食为原料的制取乙醇工艺。而贵糖制取乙醇是通过甘蔗渣、废糖浆制得，属于变废为宝，绿色，环保，符合国家可持续发展要求。

1.6 设计工艺

脱氢法该工艺采用乙醇一种原料，直接合成乙酸乙酯，不仅减少了酯合成的中间环节，能从根本上克服设备腐蚀，环境污染等传统工艺上的缺点。虽然该工

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艺的乙醇转化率在60%～65%之间 ,乙酸乙酯的选择性在85%～90%之间。但采用物料循环回流的方式，并使用了高效率的非晶态铜基催化剂，使总转化率达到较高水平。该工艺路线因为对设备无腐蚀，故可以采用价格较为低廉的碳钢，从而大大减少了设备投资，延长设备使用年限。同时，建立先进的热集成系统，科学合理地充分利用各股能量，达到节能减排的效果。

- 7 -

2 工艺设计方案

2.1概述

工艺设计主要说明本设计生产乙酸乙酯的具体情况，主要包括生产流程概述、工艺流程说明、工艺特色介绍以及物料衡算书、热量衡算书。

2.1.1生产规模

本设计拟建产量为1万吨/年的乙酸乙酯厂以满足行业日益增长的对绿色溶剂及原料的需求

1万吨年乙酸乙酯工厂属于中小型化工厂，为了达到预期的经济效益和社会效益。

3.1工艺设计方案 3.1.1 原料

本设计中的原料为95%工业乙醇。

3.1.2 产品规格

本设计中的产品为乙酸乙酯。其规格组成如表3-1。

表3.1 乙酸乙酯产品规格表

指标名称 色度(铂-钴色号)，号 ≤ 密度，g/cm3 乙酸乙酯，% ≥ 水份，% ≤ 酸度(以CH3COOH计)，% ≤ 蒸发残渣，% ≤ 指标 优等品 10 0.7~0.902 99.0 0.10 0.004 0.001 一等品 10 0.7~0.902 98.5 0.20 0.005 0.005 合格品 20 0.6~0.902 97.0 0.40 0.010 0.010 3.2.1 原料路线确定的原则和依据

乙酸乙酯的合成路线主要有四种，即乙醇乙酸酯化法（其中包括了乙酸乙醇直接酯化法和反应精馏法），乙醛缩合法，乙醇脱氢法，乙烯和乙酸直接加成法。应当说，乙醇乙酸酯化法在乙酸乙酯的合成中依然占有相当大的比例，尤其是在美国等国家，在国内多数企业也依然采用乙酸酯化法；德国、日本等国有多套乙醛直接缩合生成乙酸乙酯的装置；乙醇脱氢法与乙烯和乙酸直接加成法在其中所

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占的比例较小，技术有待成熟。 3.2.1.1乙醇脱氢法

反应式：2CH3CH2OH催化剂CH3COOC2H52H2

以乙醇为原料生产乙酸乙酯，传统工艺必须经过乙醇氧化脱氢为乙醛、乙醛氧化成乙酸、乙酸与乙醇酯化3个工段才能完成。乙醇脱氢法则只用乙醇一种原料，经过单一催化剂脱氢后直接得到乙酸乙酯，因此，这种方法也简称一步法，以区别于传统的三工段工艺。

乙醇脱氢法总反应实际上也是经过3个步骤完成的。具体的反应机理有两种，一种是“脱氢歧化酯化”机理，另一种是“半缩醛”机理，即三个步骤分别为乙醇脱氢为乙醛、乙醇与乙醛反应生成半缩醛、半缩醛脱氢为乙酸乙酯。

20世纪90年代初清华大学化学系首先对此工艺进行研究，开发出催化剂Cu/ZnO/Al2O3/ZrO2，并获得了国家专利。1996年西南化工研究院也开始进行乙醇脱氢法生产乙酸乙酯的研究，目前还在进行工业试验，取得了不小的进展。英国Kvaerner工程公司于20世纪90年代研究乙醇脱氢法生产乙酸乙酯，同时已经在南非建成第一家工业化生产工厂。

该工艺的关键问题在于催化剂，根据反应历程，产物中有中间产物乙醛与乙酸，另外还有副产物乙烯、丙酮、丁酮、2-丁醇等。由于氢气对平衡的抑制及降低副反应要求，单程转化率只能控制在60%~70%。该工艺反应工段，但分离设备较多，流程较复杂，主要的副产物必须分离。

脱氢法反应特点是：反应温和，各种反应条件变化弹性很大，工艺简单，容易操作。

脱氢法优点：

（1）生产成本低，在没有甲醇法乙酸生产的地区，价格优势很大； （2）每吨乙酯副产氢气509m3，适用于氢气有用场合；

（3）基本无腐蚀和三废排放，副产物可用于生产无苯提案那水溶剂（香蕉水）。

脱氢法缺点：

（1）产品质量不如酯化法，虽然可以达到国标，但若丁酮等杂质难以得到完全分离，就不宜用于食品和酒增香等行业；

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（2）催化剂在使用前需要还原，停车后须用氮气保护避免氧化，因此只适用于大规模连续生产，经济规模在5000t/a以上；

（3）技术较复杂，尚未成熟。

3.2.2 工艺方案设计及说明

3.2.2.1 流程简介

工艺流程图详见所附文件

图3.1为Aspen plus中流程模拟的截图。 （1）气化

选用贵糖集团乙醇厂生产的95%乙醇，用泵进行加压至反应压力（0.8MPa）之后，加热气化成蒸汽，并继续加热至反应温度（240℃）。

（2）脱氢缩合

过热乙醇蒸汽进入列管式固定床反应器，乙醇在Cu-Zn-Zr-Al-O多功能催化剂表面完成脱氢生成乙醛，再与乙醇缩合生成乙酸乙酯两步反应，并有乙醛、丙酮、丁酮等副产物产生。为了便于分离产品，查阅相关文献后，我们选择了240℃

作

为

反

应

温

度

，

单

程

转

化

率

为

50%

。

图3.1 Aspen plus流程模拟图

量的羰基化合物（丙酮、丁酮等）加氢还原成醇类，降低了丙酮、丁酮等产物对产品质量的影响，并且由于减少了乙醛这个含量极大的副产物，有利于分离的进行。

（3）闪蒸

- 10 -

将反应工段出来的混合气换热冷凝，并换热至过冷液状态后，利用剩余的压力进行闪蒸，将氢气分离出去，但由于氢气量较大和乙酸乙酯的挥发性较强等原因，一部分乙酸乙酯以及乙醇和水也会进入气相。液相直接转入精馏工段。

（4）萃取精馏

通过闪蒸，得到了含有乙酸乙酯、乙醇、水的混合体系（其他极少量的醇类与酯类基本不影响产品的质量，故这里不再讨论），该三元混合体系有四种可能的共沸物（乙酸乙酯-乙醇，乙酸乙酯-水，乙醇-水，乙酸乙酯-乙醇-水），这是所有乙酸乙酯合成方法中都会碰到的一个分离难题。我们根据相关的专利和文献，决定采用丙三醇作为萃取剂的萃取精馏进行产品的精制。精馏序列如下：

①进入主萃取精馏塔，目的是得到符合标准的产品乙酸乙酯，在近塔顶位置加入萃取剂丙三醇，在精馏塔塔顶可以得到99%（mol）的高纯度乙酸乙酯，塔釜中得到的是乙酸乙酯、乙醇、水以及丙三醇的混合物。

②进入副萃取精馏塔，目的是除去辅助精馏塔塔顶产物中的水，同样在近塔顶位置加入萃取剂丙三醇，在塔顶得到提浓后的乙酸乙酯、乙醇、水混合物，塔底是丙三醇与水的混合物。

3.2 物料衡算 3.3.1 衡算原理

物料衡算的理论基础是质量守恒定律。

物料衡算它是指进入一个装置（或设备）的主物料的量（包括损失量）和系统内部积累起来的物料的量。进行物料衡算时，首先必须确定衡算的体系，对一般体系，均可表示为：输入量＝输出量＋积累量

对于有化学反应的系统，可表示为：物料输入量=物料输出量－生产量+物料消耗量－积累量

当系统处于稳定状态时为：物料输入量=物料输出量

表3-2反应工段物料平衡状况

Temperature C Pressure bar Vapor Frac IN(FEED) 25 1.013 0 - 11 -

OUT(2) 240 8.104 1

Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy MMkcal/hr Mass Flow kg/hr HYDRO-01 ETHAN-01 ETHYL-01 60 2763.020 59.905 -3.977 75.590 2763.020 6630.950 -2.991 0 1 0 0 261ppm 0.022 0.49 0.478 0.006 0.004 ETHYL-02 WATER Mole Flow kmol/hr HYDRO-01 ETHAN-01 ETHYL-01 0 59.960 0 0 0.04 0 0.999 0 0 667ppm 29.980 29.380 14.990 0.6 0.0 0.397 0.388 0.198 0.008 0.008 ETHYL-02 WATER Mole Frac HYDRO-01 ETHAN-01 ETHYL-01 ETHYL-02 WATER 表3-3 分离工段物料衡算 IN Temperature C Pressure bar Vapor Frac 240 8.104 1 2 240 20.265 1 45.152 - 12 -

4 58.3 5 18.239 0 30 Mole Flow kmol/hr 75.590

Mass Flow kg/hr 2763.020 2684.931 1584.356 -3.035 1363.287 31.102 -1.945 Volume Flow cum/hr 6630.950 Enthalpy MMkcal/hr -2.991 Mass Frac HYDRO-01 ETHAN-01 ETHYL-01 0.022 0.490 0.478 0.006 0.004 27ppm 0.504 0.490 0.002 0.004 54ppm 0.980 0.006 0.004 0.008 ETHYL-02 WATER Mole Flow kmol/hr HYDRO-01 ETHAN-01 ETHYL-01 29.980 29.380 14.990 0.6 0.0 0.036 29.349 14.935 0.193 0.639 0.036 29.031 0.1 0.194 0.639 ETHYL-02 WATER Mole Frac HYDRO-01 ETHAN-01 ETHYL-01 0.397 0.3 0.198 0.008 0.008

803ppm 0.650 0.331 0.004 0.014 0.001 0.968 0.003 0.006 0.021 ETHYL-02 WATER OUT Temperature C Pressure bar Vapor Frac Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr D2 153.1 30.398 0 29.610 1341.151 -5 8.106 1 30.437 78.0 - 13 -

D3 W 203.8 19.252 0 15.152 1321.4 W2 204.9 30.397 0 0.390 22.137

Volume Flow cum/hr Enthalpy MMkcal/hr Mass Frac HYDRO-01 ETHAN-01 ETHYL-01 ETHYL-02 WATER 37.220 -1.806 1395.259 -0.009 35.911 -1.577 0.692 -0.0272 54ppm 0.987 66ppm 0.004 0.009 0.773 0.019 0.062 0.146 214ppm 1e-35 0.011 0.9 4.3443e-15 0.604 0.396 1.0505e-35 3.0475e-35 109ppb 121ppm Mole Flow kmol/hr HYDRO-01 ETHAN-01 ETHYL-01 ETHYL-02 WATER Mole Frac HYDRO-01 ETHAN-01 ETHYL-01 ETHYL-02 WATER 0.036 28.741 0.001 0.194 0.639 IN Temperature C Pressure bar Vapor Frac Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr FEED 25 1.013 0 60 240 20.265 1 45.152 0.036 28.721 0.001 0.194 0.658 29.944 0.032 0.055 0.406 0.001 1e-35 0.318 14.834 4.7706e-14 0.290 0.099 4.9491e-35 2.4048e-35 7.9663e-06 0.000148 0.984 0.001 0.002 0.013 31ppm 1e-35 0.021 0.979 1.2236e-13 0.745 0.255 3.2662e-35 6.1679e-35 526ppb 380ppm 表3-4 总物料平衡图 4 583 5 18.239 0 30 1363.287 31.102 2763.020 2684.931 59.905 1584.356 - 14 -

Enthalpy MMkcal/hr Mass Frac HYDRO-01 ETHAN-01 ETHYL-01 -3.977 -3.035 -1.945 0 1 0 0 261ppm 27ppm 0.504 0.490 0.002 0.004 54ppm 0.981 0.006 0.004 0.008 ETHYL-02 WATER Mole Flow kmol/hr HYDRO-01 ETHAN-01 ETHYL-01 0 59.960 0 0 0.04 0.0362 29.349 14.934 0.194 0.639 0.036 29.031 0.1 0.194 0.639 ETHYL-02 WATER Mole Frac HYDRO-01 ETHAN-01 ETHYL-01 0 0.999 0 0 667ppm 803ppm 0.650 0.331 0.004 0.014 0.001 0.968 0.003 0.006 0.021 ETHYL-02 WATER OUT Temperature C Pressure bar Vapor Frac Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr D2 153.1 30.398 0 29.610 1341.151 37.220 -5 8.106 1 30.437 78.0 1395.259 D3 W 203.8 19.252 0 15.152 1321.4 35.911 W2 204.9 30.397 0 0.390 22.137 0.692 - 15 -

Enthalpy MMkcal/hr Mass Frac HYDRO-01 ETHAN-01 ETHYL-01 ETHYL-02 WATER -1.806 -0.009 -1.577 -0.0272 54ppm 0.987 66ppm 0.004 0.009 0.773 0.019 0.062 0.146 214ppm 1e-35 0.011 0.9 4.3443e-15 0.604 0.396 1.0505e-35 3.0475e-35 109ppb 121ppm Mole Flow kmol/hr HYDRO-01 ETHAN-01 ETHYL-01 ETHYL-02 WATER Mole Frac HYDRO-01 ETHAN-01 ETHYL-01 ETHYL-02 WATER

0.036 28.741 0.001 0.194 0.639 0.984 0.001 0.002 0.013 31ppm 1e-35 0.021 0.979 1.2236e-13 0.745 0.255 0.036 28.721 0.001 0.194 0.658 29.944 0.032 0.055 0.406 0.001 1e-35 0.318 14.834 4.7706e-14 0.290 0.099 4.9491e-35 2.4048e-35 7.9663e-06 0.000148 3.2662e-35 6.1679e-35 526ppb 380ppm 3.4 热量衡算 3.4.1 衡算原理

热量衡算的理论依据是热力学第一定律，以能量守衡形式表达如下：

∑Q入=∑ Q出+∑ Q损 即，输入=输出+损失

式中， ∑Q入：输入设备热量总和 ∑Q出：输出设备热量总和

∑Q损：损失热量总和

- 16 -

对于单元设备的热量衡算，热平衡方程可以写成下面形式

Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6

式中， Q1：各股物料带入设备的热量（单位：KJ）

Q2：由加热剂或冷凝剂传递给设备和物料的热量 Q3：过程的各种热效应（如反应热，溶解热） Q4：各股物料带出设备的热量 Q5：消耗在加热设备上的热量 Q6：设备向外界环境散失的热量

两式联系：∑Q入= Q1+Q2+Q3

∑Q出=Q4+Q5 ∑Q损=Q6

3.4.2 衡算结果

表3-5 主反应器热量衡算 Temperature C 25 IN FEED 240 8.106 1 75.590 OUT 2 Pressure bar 1.01325 Vapor Frac 0 Mole Flow kmol/hr 60 Mass Flow kg/hr 2763.020 Volume Flow cum/hr 59.905 -3.977 Enthalpy MMkcal/hr Heat duty MMkcal/hr

-3.977 2763.020 6630.950 -2.991 -2.991 Condenser:-0.7102372 Reboiler: 1.76183199 表3-6 分离塔热量衡算 Temperature C Pressure bar IN 2 240 8.106 - 17 -

OUT D3 -5 8.106 W3 -5 8.106

Vapor Frac Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy MMkcal/hr Heat duty MMkcal/hr

1 75.590 2763.020 6630.950 -2.991 -2.991 1 30.437 78.0 1395.259 -0.009 -3.74 0 45.152 2684.931 51.745 --3.731 Condenser: -0.7390313 Reboiler: 1.85054394 表3-7 主萃取塔热量衡算

Temperature C Pressure bar Vapor Frac Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy MMkcal/hr Heat duty MMkcal/hr

IN 4 240 20.265 1 45.152 2684.931 1584.356 -3.035 -3.035 OUT 5 58.3 18.238 0 30.000 1363.287 31.102 -1.945 -3.522 W 203.8 19.252 0 15.152 1321.4 35.911 -1.577 Condenser: -0.7390313 Reboiler: 0.68625961 表3-8 副萃取塔热量衡算

Temperature C Pressure bar Vapor Frac Mole Flow kmol/hr Mass Flow kg/hr Volume Flow cum/hr Enthalpy MMkcal/hr Heat duty MMkcal/hr

IN 5 58.3 18.238 0 30.000 1363.287 31.102 -1.945 -1.945 OUT D2 153.1 30.398 0 29.610 1341.151 37.220 -1.806 -1.833 W2 204.9 30.398 0 0.390 22.137 0.692 -0.027 Condenser: -0.7390313 Reboiler: 0.68625961 - 18 -

4备设计方案

4.1 设计原则

4.1.1 反应器设计原则

（1）具有适宜的流体力学条件，能保证气液两相充分接触，使反应以尽可能快的速度进行，达到最大生产能力。

（2）在保证最大生产能力要求的气液流量的前提下，不能发生液泛。 （3）操作稳定，调节方便，能适应各种操作条件的变化。

4.1.2 塔设备设计原则

（1）具有适宜的流体力学条件，达到气液两相的良好接触； （2）结构简单，处理能力大，压降低； （3）强化质量传递和能量传递。

4.2 设计标准

表4.1 设计采用的专业标准规范

名称 《钢制压力容器》 《压力容器用钢板》 《奥氏体不锈钢焊接钢管选用规定》 《化工装置用不锈钢大口径焊接钢管技术要求》 《安全阀的设置和选用》 《爆破片的设置和选用》 《设备进、出管口压力损失计算》 《钢制化工容器设计基础规定》 《钢制化工容器材料选用规定》 《钢制化工容器强度计算规定》 《钢制化工容器结构设计规定》 1

标准号 GB150 GB6654 HG20537.1 HG20537.4 HG/T20570.2 HG/T20570.3 HG/T20570.9 HG20580 HG20581 HG20582 HG20583-

《钢制化工容器制造技术规定》 《化工设备设计基础规定》 《压力容器无损检测》 《钢制压力容器焊接工艺评定》 《钢制压力容器焊接规程》 《钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验》 《压力容器用钢锻件》 HG20584 HG/T203 JB4730 JB4708 JB/T4709 JB4744 JB4726-472 4.3典型设备设计及选型 4.31换热器计算说明书

一．设计任务：

设计一换热器，将质量流量为1740.57205kg/h，气相占0.670的95%（mass）共沸乙醇用回收塔塔釜出来的甘油的热量加热至饱和气相（t=78℃）

经aspen软件模拟之后，流量为159kmol/h即14568.9kg/h的甘油从267.09℃冷

却到255.04℃

二．设计方案：

根据乙酸乙酯生产过程中，流量大，换热介质清洁等特点，设计选用管壳式换热器。管壳式换热器主要有固定管板式换热器、U型管壳式换热器、浮头式换热器、填料函式式换热器、滑动管板式换热器等。

此换热器的目的是利用从回收塔塔釜出来的甘油的热量将乙醇回收塔中蒸出95%的乙醇进行汽化，因此考虑到甘油具有较大黏度，宜走壳程。 三．设计过程：

① 计算定性温度、确定物理常数 表1 物性表

项 目

管 程

壳 程

2745kg/m3

物理常数 （在定性温度）

11081.168kg/m3

20.42103Pa.S

cp24019.52J/(kg.K)

10.17103PaS

cp1269.079J/(mol.K)

20.163w/(m.k) 20.12w/(m.k)

注：1kcal/(mh0C)1.163w/(mk)，1kcal/(kg0C)4187J/(kgk)

2

表中物料的物性数据通过从AspenHTFS中得到； 热负荷Q144.192kw从Aspen流程模拟结果中得到。 ② 初设总传热系数

k0200w/(m2.0C)

③ 计算对数平均温差

热流体 240~ 204℃ 冷流体 25~-5℃

215205209.96 215ln205

（1） 计算所需传热面积A,确定换热器参数

A=

QKTm144.192*10003.434㎡

200*209.96 参考化工原理（天津大学出版）确定换热器的参数：

d00.025m;管内径di0.02m;

管子为正方形排列；管长l3.0m，管程数N=4，管数为 Nt=28，传热面积

A=6.4m2，公称直径DN=325mm。

（2） 对总传热系数进行校核 Ⅰ.计算传热膜系数 对于管程：

GiW2N1di2Nt4Gidi1740.57427918kg/(m.h)20.253.140.0228

Reii79180.0210474.7

0.421033600

4019.520.42103pr10.36

0.163cp i0.023diRe0.8Pri0.4

3

i0.0230.163(10474.7)0.8(10.36)0.40.02 =785.49W/(m2.0C)

对壳程： 取换热器列管中心距t=32mm

4(t2 当量直径de4dodo2)4(0.03223.140.0252)40.027m 3.140.025流体通过管间最大截面积为：

AhD(1d025)0.150.325(1)0.011m2 t32u0Vs14568.90.34m/sA0.0111081.1683600du0.0270.341081.168Reoe058383.1 30.1710PrCP269.0790.174.14

92.0940.12

Ode0.36Re0.55pr1/3()0.14 假定()0.141.05 wwo0.120.3658383.10.554.141/31.052174.2w/(m2.k)0.027317.85W/(m2.0C)

Ⅱ. 计算总传热系数K

从换热器设计手册（钱颂文 主编）查得污垢系数：

ri0.00015(m2h0C)/kcalro0.00015(mhC)/kcal20

冷却管子为钢管其导热系数45W/(m0C)，而其壁厚b0.0025m

所以总传热系数：

K(d1dobdo1rioro)1 idididmo(125250.00252510.000150.00015)1194.7W/(m2.0C)785.4920204522.5317.85

4

A'Q144.19210004.04m2 'Ktm194.7183

A'A4.043.940.025 A4.04所以选取的K0值符合设计要求。

（3） 压力降的计算（参考化工工艺设计手册 第二版） 对于管程：

管程压强降：Pi(P1P2)FtNPNS 管程流通面积为：

Ai280.785(0.02)20.0022m2 4管内流速为：

uiWh1740.572050.29m/s

3600Ai36007450.0022Reodiuii0.020.2974526509.2 30.16310设管壁的粗糙度为0.1mm,则

Lui所以 P1di22d0.005,则查得0.030

37450.2920.03047Pa

0.022 P23ui227450.292394Pa

2

Ft1.4,NP4P(4794)1.447.6P30kPiaaP0''(P1P2)FsNS 对于壳程：FS1.15,NS1'P1Ff0nc(NB1)

u02 管子为正方形错列,取F=0.4 取折流板间距h=0.15m

挡板数 NBL31119 h0.155

nc1.19n1.19286.37 168

A0h(Dncd0)0.15(0.32570.025)0.0225m2

u0 ReoVs14568.90.17m/s A0.02251081.1683600d0u00.0250.171081.16827029.2 30.1710 f05Re00.2285(27029.2)0.2282.4

1081.1680.172300Pa 所以p0.42.47(191)2'12hu0220.151081.1680.17219(3.5)7.9Pa p2NB(3.5)D20.3252'

P0(3007.9)1.151203.9Pa30kPa

管程和壳程压强降均符合题设要求

因此从以上计算结果可以选出换热器型号为:

FB325IV2.56.4

二．经济管径选择：

考虑原料是乙醇为腐蚀性化学产品，我们经研究采用不锈钢材料的管道，参考化工设计概论，选择最经济管径计算公式： 对于不锈钢管，其进料式为：

D最佳=226G0.50ρ-0.35;

利用aspen模拟数据进行数据处理： 因为 D

最佳

=226G0.50ρ-0.35 ①；

G ρ = m= ②； vV ——m=质量 ——v=体积； ——G=质量流率 ——V=体积流率。 将②式带入①式，得：

6

D

0.50-0.350.150.35

=226Gρ=226Gρ； 最佳

以此计算依据选择各个管路代号，绘制表格如下4-4：

表4-4

序号 管径 公称压力代号 D最佳 mm 质量流率 G 1 200 L 195.24 2762.459 59.1 1 2 600 P 101.88 2752.459 6630.494 8 3 200 L 182 2684.400 51.733 8 4 600 N 610.5 2486.400 1584.535 20 5 150 N 139.5 1362.684 30.929 18 6 150 L D 150 N D2 150 P 139.5 1340.659 37.202 30 D3 350 L 344.1 78.059 1349.786 8 FEED 200 L 195.24 2762.459 59.1 1 W1 150 N 146.13 1321.717 35.910 19 W2 15 P 19.8 22.032 0.6 30 W3 200 L 182 2684.400 51.733 8 127. 139.5 1321.717 24.257 1 1362.684 30.929 18 体积流率 V 实际压力 atm 三 精馏塔

因乙醇的腐蚀性很强，对油脂、油漆、橡胶件都会有腐蚀，对金属也有腐蚀性，故塔体材料选用不锈钢（0Cr18Ni9）,塔盘材料也为不锈钢（0Cr18Ni9）。裙座对材料无特殊要求故考虑经济因素采用铸铁也可增强塔整体稳定性。 (1)人孔孔径R=0.4m

每十块塔板开一个人孔共四个人孔

0.8m，裙座高度H3m 取塔板间距HT0.35m，开人孔的塔板间距HT板上液层高度h1=60mm=0.06m

(2)溢流装置 浮阀塔采用单溢流，选用单溢流弓形降液管，不设进口堰。 ①堰长lW

对单溢流，一般取lW为（0.6~0.8）D，取lW=0.6D，即

lW=0.631.8m

②出口堰高 依式知

7

hWhLhOW

采用平直堰，堰上液层高度hOW2.84LhE1000lW ,近似值E1，233 Lh0.01360036m/h

hOW2.8436E0.02m6mm 10001.823且在60~70mm之间，故用平直堰，单溢流。则hW0.070.020.05m ③弓形降液管高度Wd和面积Af

lW1.80.6 D3查弓形降液管的宽度与面积图得：

AfAT0.055,2Wd0.11.则 D Af0.0553.140.173m Wd0.1120.22m 液体在降液管中停留时间，即

3600AfHTLH36000.1730.457.79s

36停留时间在3s>>5s.故 降液管尺寸可用。 ④降液管底隙高hw hwLHLH

3600lwu0lwu0一般降液管底隙处液体流速u0为0.07~0.25m/s，取u00.10m/s，则 hw0.010.056m 取hw=0.06m

1.80.10(3)塔板布置与浮阀数目与排列

阀孔动能因子F09~12，取F010, u0F0V101.119m/s

每层塔板上的浮阀数，即

8

NVS40.039381

2取边缘宽度We0.06m，破沫区宽度WR0.10m。塔板上的鼓泡区面积，即

Rarcsin As2xRx180R222xxD3D3WdWR0.220.101.18m，RWe0.061.44m 22221.182As21.181.4421.1821.442arcsin3m 1801.44D>900mm,采用分块式塔板，浮阀排列方式采用等腰三角形叉排，取同一横排的孔心距

t=75mm=0.075m,则排间距 t'AS30.105m105mm Nt3810.075分块式塔板支承与衔接也要占去一部分鼓泡区面积，因此排间距应小于105mm,

t'100mm0.1m，塔板开孔率为

(4)塔板流体力学验算 雾沫夹带

u2.91100%32.3% u09VS泛点率=

VLV1.36LSZL100%

KCFAb板上液体流经长度ZLD2Wd320.222.56m 板上液流面积 AbAT2Af2.1420.1732.79m

取物性系数 K=1.0，查得泛点负荷系数CF0.127,将以上数值带入公式中，得

29.15 泛点率=

1.111.360.012.567921.11100%65.3%

1.00.1272.79VS又按泛点率=

VLV100%计算，得

0.78KCFAT9

1.117921.11100%74% 泛点率=

0.781.00.1272.799.15对于大塔，为避免过量夹带，应控制泛点率不超过80%，由上可知泛点率都在80%以下，

/kg（气）故可知雾沫夹带量能够满足r0.1kg（液）的要求。

塔板间距与塔径的关系

塔 径/D，m 板间距/HT，mm 0.3～0.5 200～300 0.5～0.8 250～350 0.8～1.6 300～450 1.6～2.4 350～600 2.4～4.0 400～600 故塔径取R=1.2m

HH80HT8HT800.3580.8337.4m

4.3.2脱氢缩合反应器参数说明

本厂主反应设备即列管式固定床反应器可分为三块，从上往下可为气体段、催化剂段、气体段。反应器内径为1.8米，反应器壁厚0.006米属低压反应器。反应器的催化剂段由606根不锈钢管组成。取不锈钢管长度为3米，列管尺寸为外径45毫米，壁厚2.5毫米，反应中上层气体段与下层气体段均为0.95米。反应器总高为4.9米。反应器进、出料管外管径273毫米，壁厚10毫米。附CAD图。

4.3. 3设备一览表

名称 原料储罐 编号 规格 数量 3 备注 V0101 15000X12000 10

换热器 闪蒸罐 精馏塔 乙酸乙酯储罐 副产品储罐 氢气储罐 机泵 E0101 BEM1200-380.6-4.5/25-2Ⅰ 1 1 2 1 1 1 若干 加热 成品 E0102 Φ2000×4000 T0101 T0102 Φ2000×36000 V0102 15000X12000 V0103 15000X12000 V0104 Φ6000 X7500 11

5

5.1

仪表设计说明 5.1.1 生产过程控制

自动控制

本项目内容包括：乙醇的气化、脱氢缩合、加氢还原、萃取精馏、物料回收及全厂的公用工程等装置的过程控制部分，厂区办公楼的楼宇自动化，包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等多方面的内容。

在实际生产操作过程中，当某些工艺关键性参数受到外界干扰影响而偏离正常状态时，自动操纵控制系统能自动通过调节控制变量，调节参数回到设定数值范围内，保障生产连续安全地进行。

为对生产过程中各种工艺参数进行测量、指示和记录，本厂设有大量检测仪表，代替了操作人员对工艺参数的不断人工观察与记录，节省了大量的人力与时间。同时，在自动检测过程中，一旦发现工艺参数超过了设定允许范围，计算机自控系统自动地发出声光报警信号，告诫操作人员注意；与此同时联锁系统立即采取应急措施，打开安全阀或切断某些管道，必要时紧急停车，以防事故的发生和扩大，最大限度的保护操作人员的安全。

5.1.2 检测和控制方案

根据工艺生产过程的需要，在控制上采用了集中和就地相结合的方案，即重要的工艺参数集中在控制室进行指示、报警、控制和操作，非重要的工艺参数于就地指示。

所有工艺参数的显示，打印、趋势记录以及信号越限报警均由DCS来完成，DCS留有与上位机的通讯接口，以便将来与总厂调度通讯，使厂方的管理人员时时刻刻掌握整个工厂的生产运行状况。

5.1.3 仪表的防护

5.1.3.1 施工安装与检修中仪表安全防护注意事项

（1） 在搭拆脚手架和起重作业时,严禁将架杆、架板、起重器材搭设于仪表管线、箱体、阀门等设备上,人员上下工作时禁止攀扶、踩踏仪表管线等箱体、阀门设备。拉、抬、扛物体时要瞻前顾后,严禁撞击仪表管线、箱体、阀门等设备。基建工程施工现场和老企业大修现场,因搭脚手架和人员上下而损坏仪表保

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温(护) 箱、仪表管线等设备的都时常发生。

（2）高空作业时,禁止乱丢弃工具、工件等,以免砸坏仪表部件。

（3） 施焊作业时,严禁将焊机地线搭设于仪表接地系统上,严禁在仪表系统上点焊试调整焊接电流。

（4）施焊作业时,在装有仪表的管线上施焊或搭设地线时,严禁使仪表设备通过电流。

（5） 防腐、保冷时,宜将下面的仪表部件用塑料布或其他质轻物质包裹或覆盖,不要将油、沥清、玛蹄脂、涂料等滴落在仪表上。基建工程后期,保温防腐试车交叉进行,油、沥清、玛蹄脂、涂料等滴落在仪表上不仅使仪表面目全非有碍清洁文明,更主要是现场仪表铭牌上—些参数被覆盖,不便于以后设备管理。 （6）交叉作业必须临时拆卸部分仪表部件时,必须提前通知仪表人员由仪表人员拆卸,严禁自行拆卸。

（7）挖地动土前,应先弄清地下是否埋设有电缆、接地极,动土证必须经仪表管理部门会签。严禁盲目开挖,弄断埋地电缆和接地极。

（8）不经仪表专业人员同意不宜接用仪表用压缩空气和仪表专用电源。洛阳氮肥厂曾发生过因盲目接用仪表空气,致使高压带油工艺装置空气进入仪表空气系统,造成气动仪表灾难性故障。

（9）仪表工在检修过程中,修改DCS ,PLC 组态内容、改变接线接管位置,应做好标识或文字记录,并及时通知相关人员,重大变更须报厂档案管理部门备案。 5.1.3.2 操作运行过程中仪表安全防护注意事项

（1）带手轮的现场控制阀,在操作手轮时不应用力过猛,不应使用加力杠杆或F 扳手操作,在手轮开、关到位时,严禁再继续用力开关。仪表工现场巡检时,不得调动处于手动状态的控制阀手轮位置,如果检修需要,须办理工作票,并请工艺人员现场监护。

（2）严禁不经仪表专业人员允许自行开、关仪表阀门(带手轮的控制阀除外) 。在—些化工企业因某种原因一些操作工人私自开关计量仪表阀门和修改仪表参数致使仪表损坏或系统功能紊乱的现象,使仪表工作人员不得不在不增加大的投入的前提下,采取在仪表保温(护) 箱上加锁、在仪表上贴封条等下策来保护仪表。

（3）发现仪表指示不准、动作不正常时,应通知

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仪表专业人员按规定办理工作票后处理,非专业人员不应自行拆装、修理仪表和调整仪表的可调部位。

（4）DCS ,PLC 操作键盘、盘装仪表操作按钮等均由精密元件制成,操作时应用干净手指击键或按压,禁止用尖锐硬物敲打和无目的地随意敲打键盘、鼠标等。 （5）打扫卫生时严禁使用有机溶剂擦拭仪表、仪表面板及DCS 和PLC 键盘、工作台,应使用中性洗涤剂或拧干的湿布轻擦,再立即用干布擦干。 （6）在DCS , PLC 操作台上不宜放置重物和水杯,不宜在仪表系统任何部件上悬挂物件。

（7）工艺参数报警、联锁整定值需变更时,工艺车间应认真填写“报警联锁整定值变更(确认) 单”,并按规定程序审核、批准后交仪表车间修改,任何单位和个人不应自行修改。工厂的工艺参数报警、联锁整定值变更一般多级管理,各厂都有严格的审批规定。

（8）已投入运行的DCS , PLC 及其他仪表操作实行专人专机制度,各工艺要严格按自己的操作权限进行操作,不得越权操作,并有权制止包括各级领导在内的任何人员操作仪表。仪表专业对仪表进行维护检修需操作仪表应先征得工艺主操的同意,并办理相关手续后,方可进行。

（9）在现场仪表周围115 m 以内,DCS , PLC 操作站、控制站周围3 m 以内,不宜使用对讲机、手机等通讯工具。

（10）分布于全厂各路边、装置区、房顶、地板下的感温、感烟装置、火灾按钮、可燃(毒害) 气体检测器,是全厂人身及设备安全保护装置,严禁覆盖、遮挡和随意按压。

（11）操作过程中,对不清楚、不能确认产生什么后果的DCS , PLC 的功能,不得调用执行,严禁非仪表人员进入工程师组态画面,修改组态内容。

5.2 仪表设计规定

5.2.1 仪表和控制系统的选用规定及集散控制系统

控制室系统配置：设置2个操作站，2台打印机及一套完整的机柜。 每个控制室的操作站带的电子单元，并设一个先进控制操作站。 控制室内采用集散控制系统，其供货厂家的确定采用招标的方式，采用国际上著名厂商的产品。集散控制系统的主要功能如下：

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a) 控制功能

DCS控制器具有下述功能 ---接受来自现场的信号 ---提供至现场的信号 b)显示功能

DCS操作站具有下述显示功能 --- 动态模拟流程图显示 --- 总貌画面显示 --- 组画面显示 --- 详细回路画面显示 --- 报警主画面显示 --- 报警显示 --- 趋势画面显示 c) 报表打印功能

班报表、日报表、DCS应设置上位机网络接月报表。 控制回路和重要检测点的I/O卡冗余 控制器、电源系统及通讯总线冗余 卡点数的备用量为I/O设计数量的10％ 系统设置所需的机柜和接线端子柜 5.2.1.1 温度仪表

集中检测采用铂热电阻或热电偶：t＜300℃选用铂热电阻Pt100，t～300℃选用热电偶K、S。

保护套管主要采用1Cr18Ni9Ti；防爆区域内的仪表，选用相应等级的防爆仪表；就地显示主要采用万向型双金属温度计，保护套管主要采用1Cr18Ni9Ti。 5.2.1.2 压力仪表

集中检测采用智能型3051压力变送器或差压变送器。有的地方选用远传压力变送器，测量膜片主要采用不锈钢、钽、蒙乃尔合金。

就地显示仪表采用一般压力表、不锈钢压力表。对于有腐蚀、易堵的地方，采用隔膜式压力表。

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5.2.1.3 流量仪表

集中检测的流量采用标准孔板配3051差压变送器。有腐蚀的地方或煤黑水等介质，将采用电磁流量计，就地流量测量，采用双波纹管差压计、转子流量计。主要材质采用不锈钢或PTFE。

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6 公用工程和辅助设施方案

6.1 总图运输

6.1.1 总平面布置

1、总平面布置原则

（1）符合当地区域规划，满足国家现行的防火、安全、卫生等有关规范的要求； （2）在符合生产流程、操作要求和使用功能的前提下，生产装置露天化联合集中布置，辅助建（构）筑物尽可能合并，经济合理有效利用土地； （3）根据生产性质，按功能分区布置，便于生产管理；

（4）辅助生产设施，在符合其特性要求条件下，尽量靠近负荷中心； （5）储运设施应根据物料的性质及运输方式等条件，相对集中布置在运输装卸方便的位置，并宜靠近与其有关的设施；

（6）结合场地现状条件，合理组织运输，缩短运输距离，便于相互联系，避免人流、货流交叉；

（7）根据建厂条件和工厂发展规划，尽可能处理好近、远期的关系。 2、总平面布置方案

本项目拟定厂区地形为矩形，其中南北方向长为135m，东西方向宽为100m，总面积约13500m²。厂区分为厂前区、生产辅助区、生产区和储罐区。

厂前区位于厂区西北侧，为常年主导风向西北风的上风向。主要建筑包括行政楼、食堂、停车场、宿舍等，职工宿舍和食堂组成生活区，位于行政楼的南侧，停车场位于行政楼与生活区之前。

厂前区北面是生产辅助区。生产辅助区主要包括中心控制楼、化验中心、维修车间、材料仓库和水处理车间等。

生产区和储罐区主要位于整个厂区的东面。主要有四大部分：乙醇储罐区，反应车间，分离车间和产品罐区。园区及周围的95%乙醇直接通过管道输送至厂区，在乙醇储罐区存放。反应车间由两层组成，其中安放了脱氢反应器和加氢反应器及其辅助设备。反应车间的南侧集中布置分离车间，其中包括闪蒸罐一个，精馏塔五个及其配套的辅助设备。燃料煤堆场和蒸汽锅炉房位于反应车间东面，分离车间的北面，靠近大量耗用蒸汽的精馏工段。产品灌区位于厂区的最南面，其中包括了氢气球罐，乙酸乙酯储罐和副产物无苯天那水溶液粗料储罐。

各车间最大可能的采用露天布置，闪蒸塔、精馏塔、储罐等均布置在露天场所，减少了建设投资，便于改扩建。其余厂房多采用单层结构，设计要求满足甲类产品生产的耐火、防火、防爆等级。

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厂区设有四个出口，两扇主门一南一北，东侧开两扇侧门，厂内10米宽的主道横贯南北，东面出口即为总厂铁路。

此外，本项目根据当地自然条件，工厂生产特点并结合全厂总平面布置进行绿化设计，厂区绿化面积超过20％。厂前区和生产辅助区为重点绿化、美化区，设置花坛，种植花卉，辅以草坪。沿工厂围墙四周、道路两侧及厂内适当的地点种植乔木、灌木、绿篱，为职工生产和生活创造良好的环境条件，以达到净化空气，保护环境，有益于人体健康的目的。绿化既要保护环境，防止污染，美化厂容，又不应妨碍生产操作，物料运输及防火要求。我们采用的植物主要以绿色木本植物为主，能够达到一个良好的降低空气污染的效果。附平面图。

6.1.2工厂运输

（1）运输量

其工厂运输量表详见“初步设计说明书”。 （2）货物运输方案

根据货物性质及年运输量，结合当地运输条件，本项目运输方案为： 乙酸乙酯主要通过公路和铁路进行运输，若客户有特殊要求也可提供水路运输（厂区紧邻水路，建有码头）；

副产的香蕉水粗料和氢气均在本地消费，采用公路运输。 具体方案详见“初步设计说明书”。

6.1.3工厂绿化

本项目根据当地自然条件，工厂生产特点并结合全厂总平面布置进行绿化设计，厂区绿化面积约为13％。厂前区为重点绿化、美化区，设置花坛，种植花卉，辅以草坪。沿工厂围墙四周、道路两侧及厂内适当的地点种植乔木、灌木、绿篱，为职工生产和生活创造良好的环境条件，以达到净化空气，保护环境，有益于人体健康的目的。绿化既要保护环境，防止污染，美化厂容，又不应妨碍生产操作，物料运输及防火要求。

6.1.4 排渣

工厂排出的废渣主要为锅炉煤渣和更换的失活催化剂，煤渣可作为原料出售给当地水泥厂，失活催化剂由专门厂家进行处理。

废水自行处理排放，主要污染物为乙酸乙酯（24ppm）、乙醇（0.%）、甘油（痕量）。

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6.2 给排水

6.2.1 概述

园区内水源和给水系统及其相应的排水系统和污水处理装置无需自建。相应的排水系统及污水处理系统需自建，给水方案以节约用水为原则，合理利用水资源。生产冷却水全部使用循环水，以尽量减少新鲜水。排水系统的划分以清污分流为原则。

6.2.2 工厂给水

本项目装置用水设置2个供水系统。即的生产、生活供水系统，消防水系统以及循环水系统。 （1）生产、生活供水系统

本项目装置用水量为5.8×106吨/年，主要用于生活用水和各生产装置工艺水、地坪冲洗、循环水补充水、消防水池补水等。 （2）循环冷却水系统

本项目装置循环水用量为117152.8吨/年

6.2.3 工厂排水

本着清污分流的划分原则，结合厂外排水条件和满足环保要求。厂区排水系统划分为：

（1）生产污水排水系统

各装置的生产污水收集后排入污水处理站。 （2）生活污水排水系统

全厂生活污水汇集后经化粪池处理后排入厂内污水处理站处理。 （3）生产净下水及雨水排水系统

厂内雨水、生产净下水及处理后的污水经W10＃管线收集重力排至工业园区现有管线。

6.2.4 污水处理

本项目需处理的污水主要来精馏塔废水及厂区生活污水和化验室污水，拟采用活性污泥法进行生化处理。处理流程采用活性污泥法进行生化处理。

6.3 供电与电讯

6.3.1 供电

1、设计范围

本可行性研究范围为5万吨/年乙酸乙酯装置，主要包括：

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（1）生产装置：乙酸乙酯合成、加氢、乙酸乙酯精馏、萃取及回收、压缩、废水处理等；

（2）公用工程设施：锅炉及供水系统、全厂总变及装置变配电等。电气可行性研究为上述内容的供、配电系统设计。 2、全厂用电负荷及负荷等级

本项目主要为二级负荷，少量为一级和三级负荷，总计算负荷为4200kW。 根据《供配电系统设计规范》（GB50052-95）的要求，本工程用电负荷大部分为二类负荷，少部分为三类负荷。 3、供电电源

本项目用电电源可由附近的电厂提供。 4、主要电气设备材料选型

本项目电气设备材料选型以安全可靠为原则，并考虑操作维护简单、产品节能、技术先进、价格合理。

5.3.2 电信

1、电信设施主要内容

本项目电信设施主要主要包括：行政管理电话、生产调度电话、无线通讯、火灾自动报警系统等内容。 2、电信设施方案 （1）行政管理电话

为了全厂行政管理和对外联络的需要，考虑用户数量和分布情况。在厂前区办公室内设一个电话总机站，厂区内需要行政电话约50门，拟设100门程控电话交换机及其设备一套。 （2）生产调度电话

由于生产管理机构设置情况，需要生产适度电话约10门，拟设50门程控电话交换机及其配套设备一套，作为全厂调度使用。 （3）扩音呼叫/通话系统

控制室为了和现场通讯联络，巡回检查时对通讯的要求，维修和安装调试有关岗位联络等要求，拟设扩音呼叫/通话系统及其配套设备一套，由8个呼叫通话站组成。 （4）无线对讲电话

在生产联系密切的固定或移动岗位，在噪声较大的环境，需要频繁、及时联系工作之处，拟设8对无线对讲电话机。 （5）火灾自动报警系统

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为了防止火灾在厂内发生，能及时报告火灾信号，拟在全厂设置一套火灾自动报警系统，由火灾报警控制器、火灾自动探测器、手动报警按钮、线路等组成。 （6）电信电路敷设

均采用电信电缆桥架或埋地敷设。

6.4 通风及空气调节

6.4.1 通风及空调设置的原则

本项目工艺生产装置介质易燃、易爆、有毒，在有害介质有可能泄漏的房间拟设置通风机械进行强制通风，预防事故的发生。

生产厂房内亦设置通风机械进行强制通风，以改善操作环境。控制室、化验室等处有精密仪器的房间，为保证仪表、精密仪器的可靠运行，室内需恒温恒湿，因此上述房间设置空调。

现场休息小屋由于比较分散，故考虑设置空调。

6.4.2 采暖、通风及空调方案

本项目采暖热源采用0.2MPa（G）的蒸汽，冷凝水不回收直接排到下水道。 化验分析室采用通风柜排风，每个通风柜单独设置一台风机，风机集中设置在楼顶上。

控制室、车间分析用色谱仪室需恒温恒湿，故设置冷暖两制式空调进行空气调节，现场巡回工休息室设冷暖两制式空调，用于夏季供冷风，冬季供热风，保持室内在适应的温度。

6.5 化验室

化验室负责全厂的原料、产品化验分析，进行全厂产品的质量管理和检验，为各车间化验室配标准溶液，统一全厂的分析方法，校验车间的化验仪器等多项工作。

化验室选用气相色谱仪进行化学分析。

6.6 维修

6.6.1 机修

设置为车间维修，负责生产装置的维护、保养及小修、生产装置的年度中修、事故停车抢修。生产装置的定期大修部分工作由社会协作解决。

6.6.2 电修

为保证全厂电气设备的安全可靠运行，在厂内设置电修厂房。电修的主要任务是负责全厂电气设备，包括电力变压器、高低压电动机、高地压配电装置、控

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制柜及各种控制设备之元件的正常检修及试验；高低压电力电缆及架空线路的维护、检修和试验；电气仪表、继电保护装置以及可控硅、半导体设备和元件的维护、维修及调试。电修的规模议中小修为主。可视情况对某些设备进行大修、复杂及大型设备的大修可以通过外协解决。

6.6.3 仪表修理

计量器具的定期检验送当地主管计量部门检验。

仪表修理负荷一次仪表、DCS、PLC及计算机系统备件的维修管理。

6.7 仓库

全厂性仓库共2处，分为全厂材料库材料库和化学品库，分别储存公用性的金属材料，机、电、仪备件，建材，保温、保冷材料，油品，劳保用品，行政办公用品，大小五金等。化学品、催化剂及油品贮存在化学品库。

6.8 土建

（1）根据工艺生产的特点，并遵照装置露天化、建筑结构轻型化和标准化的原则，本项目新建（构）筑物在满足工艺需求，功能要求的前提下，设计主要采用钢筋混凝土框架结构、框排架结构、钢结构（包括轻型钢结构）和混合结构，建筑物上贯彻能露天则露天，能敞开则敞开的原则，为节省资金，利于抗震，平、立面布置应尽量均匀、规则和对称，简洁大方，且力求与整体风格一致，尽可能体现现代化工企业的风貌特征。 （2）基础形式

基础的设计根据各建（构）筑物的结构形式、基础类型及上部结构荷载大小，针对工程地质情况，可分别采用浅基础，甚至桩基，浅基础用于层数不多，负载不大的单层房屋或混合结构，深基础或桩基用于层数较多，负载较大建（构）筑物和大型动力基础等。 （3）结构形式

根据工艺生产的特征，对有较大设备负载的承重结构、框排架结构或钢框架结构；对高大且负载较大的构筑物，采用现浇钢筋混凝土结构或钢架结构，对规模不大、负载较轻的辅助设施等可采用混合结构。

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7 总 结

该项目1万吨/年乙酸乙酯装置，采用了目前国际上先进可靠的技术和设备，项目的建设可进一步提高公司在国际国内市场的竞争力，也为开展甲醇下游产品的深加工，大幅度地提高产品的附加值和企业效益创造了条件

本设计主要是通过对乙酸乙酯各种生产工艺的对比后，选择了最优的生产工艺方案进行设计。整个设计过程中主要对生产工艺做了主要的研究，进行了物料和热量的衡算，并对设备、车间、厂区进行了粗略的布置。在整个设计的分析计算过程中得到了如下的结论：

（1）本项目的实施符合我国可持续发展战略的国策要求。

（2）本设计选用的工艺是直接酯化法合成乙酸乙酯，该工艺反应温和，各种反应条件变化弹性很大，工艺简单，容易操作。

（3）本项目所确定的生产规模、工艺流程、设备选型是可行的，生产技术较先进，产品技术含量高。

（4）生产所需的原材料、辅助材料供应有保障，消耗指标较低，有一定的市场竞争力。产品销售具有较大的市场空间。

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致 谢

本论文是在导师的悉心指导下完成的。设计工作的每一点成绩都与老师的辛勤教诲分不开。论文工作中，老师严谨求实的治学态度、刻苦钻研的精神给我留下了极其深刻的印象，实事求是的工作作风和良好的科研习惯使我受益匪浅，活跃的学术思想和崇高的敬业精神是值得我永远学习的。在此论文完成之际，谨向老师表示最衷心的感谢!还要感谢我的父母、及所有关心我的亲人在我求学期间一直默默的支持和鼓励。论文承蒙各位专家、教授评阅，笔者深感荣幸，非常感谢！

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