摘要本研究項(xiàng)目旨在針對齊魯石化年產(chǎn)10萬噸己二腈生產(chǎn)工藝的現(xiàn)有技術(shù)水平，提出一種新的生產(chǎn)方法。該方法主要使用公司的主力產(chǎn)品丁二烯和氫氰酸作為原材料，通過一系列工藝改進(jìn)，包括氫氰化和異構(gòu)化反應(yīng)等步驟，生產(chǎn)出高純度的己二腈。此外，該項(xiàng)目通過技術(shù)優(yōu)化，旨在達(dá)到清潔生產(chǎn)的國際前沿水平，不僅提升了原材料的利用效率，也為公司帶來了額外的經(jīng)濟(jì)價值和產(chǎn)品多樣性。同時，該項(xiàng)目對環(huán)保和資源高效利用的貢獻(xiàn)，為公司開拓下游產(chǎn)品鏈提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。AbstractThisresearchprojectaimstoproposeanewproductionmethodaccordingtotheexistingtechnicalleveloftheproductionprocessofadiponitrilewithanannualoutputof100,000tonsinQiluPetrochemicalCompany.Theprocessusesbutadieneandhydrocyanicacid,thecompany'smainproducts,asrawmaterials,throughaseriesofprocessimprovements,includinghydrocyanationandisomerizationsteps,toproducehigh-purityadiponitrile.Inaddition,theprojectaimstoreachtheinternationalforefrontofcleanerproductionthroughtechnologicaloptimization,whichnotonlyimprovestheefficiencyofrawmaterialutilization,butalsobringsadditionaleconomicvalueandproductdiversitytothecompany.Atthesametime,theproject'scontributiontoenvironmentalprotectionandefficientuseofresourcesprovidesasolidfoundationforthecompanytoexplorethedownstreamproductchain1項(xiàng)目概述該項(xiàng)目是齊魯石化針對年產(chǎn)10萬噸己二腈的生產(chǎn)需求，采用綠色化工技術(shù)進(jìn)行的一次創(chuàng)新嘗試。通過將丁二烯和氫氰酸這兩種關(guān)鍵原料，通過精心設(shè)計(jì)的氫氰化及異構(gòu)化反應(yīng)步驟，實(shí)現(xiàn)了高效轉(zhuǎn)化為己二腈。該項(xiàng)目的成功不僅在于實(shí)現(xiàn)了高純度己二腈的大規(guī)模生產(chǎn)，還在于將生產(chǎn)過程中的能耗和三廢排放控制在了極低的水平，展現(xiàn)了該生產(chǎn)技術(shù)在清潔生產(chǎn)和環(huán)保方面的領(lǐng)先地位。此外，通過此技術(shù)的實(shí)施，不僅極大地豐富了公司的產(chǎn)品線，還為進(jìn)一步開拓己二腈的下游應(yīng)用市場打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.1項(xiàng)目背景1.1.1項(xiàng)目背景本項(xiàng)研究致力于開發(fā)一套年產(chǎn)量達(dá)10萬噸的己二腈生產(chǎn)工藝，旨在通過齊魯石化公司現(xiàn)有的丁二烯和氫氰酸資源，實(shí)施一系列工藝創(chuàng)新。這些創(chuàng)新包括但不限于氫氰化反應(yīng)和異構(gòu)化過程，目標(biāo)是制備出純度極高的己二腈。項(xiàng)目的核心不僅是提高生產(chǎn)效率和原料的使用效率，同時也將環(huán)保和清潔生產(chǎn)作為發(fā)展重點(diǎn)，以確保技術(shù)達(dá)到或超越國際領(lǐng)先水平。通過這種技術(shù)優(yōu)化，項(xiàng)目不僅期望提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，增加產(chǎn)品的種類，還計(jì)劃為企業(yè)拓展新的市場和產(chǎn)品鏈提供穩(wěn)固的基礎(chǔ)。1.1.2項(xiàng)目目標(biāo)及意義己二腈是一種用途于化工的極其重要的中間體，主要用來產(chǎn)生尼龍66。隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是隨著人們環(huán)保意識的提高，對耐光、耐熱、保色等特性的需求不斷增加，使得相關(guān)產(chǎn)品受到市場的廣泛關(guān)注。而且，己二腈在有機(jī)合成以及其他方面的應(yīng)用也非常廣大。鑒于中國己二腈市場的巨大需求及國內(nèi)生產(chǎn)能力的不足，該項(xiàng)目的提出旨在通過技術(shù)創(chuàng)新填補(bǔ)市場空白，減少對進(jìn)口的依賴，并推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。1.1.3技術(shù)優(yōu)勢與環(huán)?？剂坎捎玫闹苯託淝杌ú粌H具有價格低、工藝路程短、能耗低等優(yōu)勢，而且在產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)率等方面也具有顯著的優(yōu)勢。更重要的是，該工藝流程大幅度降低了對環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程中“三廢”的有效處理和資源的回收利用，體現(xiàn)了該產(chǎn)品在可持續(xù)發(fā)展中做出的有效貢獻(xiàn)。1.1.4經(jīng)濟(jì)效益與市場前景根據(jù)初步的市場分析和經(jīng)濟(jì)評估，項(xiàng)目的實(shí)施有望大幅提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和市場競爭力。同時，通過技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化，該項(xiàng)目不僅可以滿足國內(nèi)市場對己二腈及相關(guān)產(chǎn)品的需求，還有潛力開拓國際市場，為企業(yè)創(chuàng)造更多的增長機(jī)會。2原料與產(chǎn)品本節(jié)旨在深入分析項(xiàng)目的原料使用情況與產(chǎn)002出物的特性。在年產(chǎn)10萬噸的己二腈生產(chǎn)計(jì)劃中，我們將依賴于兩種核心原料：丁二烯和氫氰酸。此外，為了確保生產(chǎn)過程的順利進(jìn)行，四氫呋喃將作為重要的輔助原料被引入。項(xiàng)目的實(shí)施預(yù)期將有效轉(zhuǎn)化這些原料，最終生產(chǎn)出符合市場需求的高質(zhì)量己二腈，同時伴隨產(chǎn)生一定量的二甲基戊烯腈作為副產(chǎn)品。2.1原料詳細(xì)分析2.1.1丁二烯的應(yīng)用項(xiàng)目預(yù)計(jì)每年消耗5.83萬噸的丁二烯。作為一種具有廣泛應(yīng)用的化工原料，丁二烯在本項(xiàng)目中主要被用于與氫氰酸進(jìn)行直接反應(yīng)，生產(chǎn)出目標(biāo)產(chǎn)品己二腈。2.1.2氫氰酸的角色氫氰酸作為另一關(guān)鍵原料，年消耗量為5.26萬噸。在本生產(chǎn)線中，氫氰酸將與丁二烯進(jìn)行反應(yīng)，通過一系列精心設(shè)計(jì)的化學(xué)反應(yīng)步驟，轉(zhuǎn)化為高純度的己二腈。2.1.3四氫呋喃的輔助作用四氫呋喃的年消耗量預(yù)計(jì)為810480噸，主要作為生產(chǎn)過程中的溶劑和助劑，促進(jìn)原料之間的反應(yīng)，提高己二腈的產(chǎn)率和質(zhì)量。2.2產(chǎn)品規(guī)劃與市場前景2.2.1己二腈的生產(chǎn)目標(biāo)本項(xiàng)目的主要產(chǎn)品為己二腈，預(yù)計(jì)年產(chǎn)量達(dá)到10萬噸。己二腈作為一種重要的化工原料，在多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，特別是在制造尼龍66等產(chǎn)品中占有重要地位。2.2.2副產(chǎn)品二甲基戊烯腈的潛在價值在生產(chǎn)己二睛的工藝路線中，會生產(chǎn)有些數(shù)量的二甲基戊烯腈成為具有一定良性的副產(chǎn)品。這一副產(chǎn)品同樣具有市場價值，能夠?yàn)轫?xiàng)目帶來額外的經(jīng)濟(jì)收益。3工藝技術(shù)方案3.工藝技術(shù)方案改寫在此項(xiàng)目中，針對己二腈的年產(chǎn)量達(dá)到10萬噸的目標(biāo)，我們采納了一條創(chuàng)新的生產(chǎn)路線，核心主要是丁二烯和氫氰在催化劑的作用下發(fā)生的直接氫氰化反應(yīng)。該方法不僅提升了反應(yīng)的效率，還在環(huán)境友好性方面做出了突破。3.1工藝流程創(chuàng)新我們的工藝技術(shù)方案在現(xiàn)有的直接氫氰化法的基礎(chǔ)上，引入了先進(jìn)的異構(gòu)化技術(shù)及二級氰化策略，旨在最大化己二腈的產(chǎn)出及純度。一級氫氰化反應(yīng)是整個工藝流程的起點(diǎn)，通過精確控制反應(yīng)條件，優(yōu)化了反應(yīng)效率。隨后，利用新型催化劑在異構(gòu)化反應(yīng)工段中，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化生成物，提升了己二腈的純度和收率。3.2綠色工藝的實(shí)踐在整個生產(chǎn)過程中，我們特別關(guān)注工藝的綠色化水平，力求通過技術(shù)創(chuàng)新減少對環(huán)境的影響。通過閉環(huán)循環(huán)系統(tǒng)，有效控制了副產(chǎn)品和廢物的產(chǎn)生，同時引入了廢熱回收技術(shù)，提高了能源的利用效率。這不僅降低了生產(chǎn)成本，也展現(xiàn)了我們對環(huán)境保護(hù)的承諾。3.3工藝優(yōu)化及自動化控制此外，為了確保工藝流程的穩(wěn)定運(yùn)行和高效性，我們采用了先進(jìn)的自動化控制系統(tǒng)。通過實(shí)時監(jiān)控生產(chǎn)參數(shù)，能夠及時調(diào)整工藝條件，保障產(chǎn)品質(zhì)量的同時，也提升了生產(chǎn)的安全性和可靠性。這種自動化控制的引入，不僅減輕了操作人員的工作強(qiáng)度，也為整個生產(chǎn)過程的優(yōu)化提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。3.4結(jié)論通過這一系列的技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化，我們的工藝技術(shù)方案不僅能夠有效提升己二腈的產(chǎn)量和質(zhì)量，還能在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保。這種工藝方案的實(shí)施，將為化工產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供新的路徑，同時也將為公司帶來顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。4物料及能量衡算4.1物料衡算一級氰化反應(yīng)工段表4-1一級氰化反應(yīng)工段總物料衡算表項(xiàng)目單位進(jìn)口物料出口物料描述丁二烯催化劑2氫氰酸催化劑23-戊烯腈丁二烯編號103110102104128125119相態(tài)液相液相液相液相液相液相液相溫度℃2020385108.163986.7412947.57195壓力kPa9009009008001.1535650體積流量l/hr432.59611251.91131769278.23515110.8412013.871367.406質(zhì)量流量kg/h432.59557000160003289.474163919529.746800.6445BDkg/h432.58486999.8600069.00472800.6317HCNkg/h0003289.40804.29E-065.09E-09H20kg/h0.010740.1400.0657891.04E-092.24E-010.012853ADNkg/h000034.714561.69E-051.6E-332-PNkg/h00001.23E+0035.227098.32E-213-PNkg/h0000286.41216213.9289.27E-182M2BNkg/h00004.69E-0336.449786.92E-182M3BNkg/h00004.13E-013174.4466.97E-16MGNkg/h000034.714085.32E-041.6E-33C9kg/h000034.257264.65E-012.12E-25CAT2kg/h00160000160007.67E-329.63E-33總質(zhì)量流量kg/h26722.0726722.13異構(gòu)化工段表4-2異構(gòu)化工段項(xiàng)目單位進(jìn)口物料出口物料描述3-戊烯腈催化劑23-戊烯腈催化劑2丁二烯編號201R0201206215205相態(tài)液相液相液相液相汽相溫度℃87.1362240176.0243220102.1418壓力kPa35040021046130體積流量l/hr12020.095619.63812971.786278.15548570.34質(zhì)量流量kg/h900.1944682028648.3316.96009128.886BDkg/h69.0047206.37E-26069.00507HCNkg/h4.29E-0602.76E-280.00E+004.29E-06H20kg/h0.22439308.95E-121.24E-070.22375ADNkg/h1.69E-0501.69E-050.00E+001.70E-372-PNkg/h35.22709085.806821.1735140.0001973-PNkg/h6213.92809146.37882.966980.0054662M2BNkg/h36.44978023.767730.11996517.770382M3BNkg/h3174.446060.193990.03666241.88112MGNkg/h0.00053200.00053201.35E-21C9kg/h0.46514200.46514201.24E-23CAT2kg/h7.67E-326820068200總質(zhì)量流量kg/h16349.716349.7 異構(gòu)化工段表二級氰化反應(yīng)工段表4-3二級氰化反應(yīng)工段4.2能量衡算過程流股換熱器名稱進(jìn)口溫度/℃出口溫度/℃熱負(fù)荷/kW0201_To_0202E0201771618090210_To_0213E02021222201102.440320_To_0321E0301212401049.330124_To_0126E0101168200232.83表2塔設(shè)備物流信息表（原始工藝流股）塔位號換熱器類型進(jìn)口溫度/℃出口溫度/℃熱負(fù)荷/kWT0301CCondenser10014.6933270.13T0201CCondenser161102.294736.71T0201RReboiler161176.024597.88T0102RReboiler97219.522146.47T0101CCondenser100.6341234.45T0202CCondenser12057.801119.74T0202RReboiler120122.3737.47T0301RReboiler100240.6528169.98T0302CCondenser15-410031.43T0302RReboiler155811930.32T0103CCondenser21999.641608.56T0103RReboiler219167.73397.94T0102CCondenser9786.78817.46T0303CCondenser241211.26471.49T0303RReboiler241226.66346.51T0304CCondenser227164.792771.7T0304RReboiler227211.302649.365設(shè)備選型設(shè)計(jì)5.1塔設(shè)備條件5.1.1T0103催化劑回收塔為例T0103是催化劑回收塔，通過T0102循環(huán)過后將參與反應(yīng)的催化劑進(jìn)行回收，回收催化劑并且將塔頂副產(chǎn)品盡可能減少便于原料的利用，提高產(chǎn)率。T0103是催化劑回收塔，通過T0102循環(huán)過后將參與反應(yīng)的催化劑進(jìn)行回收，回收催化劑并且將塔頂副產(chǎn)品盡可能減少便于原料的利用，以及提高產(chǎn)率。這是本工藝重要的設(shè)備之一，因此以其設(shè)計(jì)計(jì)算作為塔設(shè)備設(shè)計(jì)范例非常具有代表性。通過ASPEN模擬和優(yōu)化，得到T0103進(jìn)出口流股信息如下表所示。表5-1催化劑回收塔流股情況流股單位進(jìn)料塔頂塔底相態(tài)液相汽相液相液相溫度C219.43200.0086.77167.73壓力kPa400433543摩爾汽相分率0100摩爾液相分率1011摩爾固相分率0000質(zhì)量汽相分率0100質(zhì)量液相分率1011質(zhì)量固相分率0000摩爾焓kJ/kmol179216.39150995.2299193.78324616.20質(zhì)量焓kJ/kg1015.971843.261227.33656.43摩爾熵kJ/kmol-K88.41474.88128.12-286.10質(zhì)量熵kJ/kg-K0.505.791.59-0.57摩爾密度kmol/cum4.510.019.812.09質(zhì)量密度kg/cum795.880.89793.191037.41焓流量kW7315.39206.603248.883062.48平均分子量176.3981.9180.82494.51摩爾流量kmol/hr146.944.92117.9133.96摩爾分率HCN1.09E-0901.36E-092.01E-26H208.47E-056.68E-1101.13E-11ADN001.32E-0903-PN0.550.970.650.252M2BN02.85E-0505.84E-062M3BN0.2700.3310MGN004.16E-080.01C900.012.91E-050.01CAT20.171.19E-129.99E-370.72質(zhì)量流量kg/hr25921.33403.509529.5916795.24質(zhì)量分率BD000.017.13E-23HCN1.67E-1004.56E-101.10E-27H208.65E-061.46E-112.35E-054.14E-135.1.2滿足塔板優(yōu)化原始工藝流股中，由Aspenplus模擬出的理論板數(shù)為15塊(含再沸器和冷凝器)，理論加料板位置為5塊。圖5-2理論板數(shù)優(yōu)化圖5-3進(jìn)料板優(yōu)化5.1.3優(yōu)化結(jié)果小結(jié)T0103為催化劑回收塔主要用于回收一級反應(yīng)中未完全參與反應(yīng)的催化劑，同時增加產(chǎn)率，依此進(jìn)行優(yōu)化。得到優(yōu)化結(jié)果塔板數(shù)為16，進(jìn)料板位置為第5塊理論板，回流比為0.12，將優(yōu)化后的結(jié)果輸入到全流程模擬中，如下圖所示：圖5-4T0101操作條件（1）圖5-5T0101操作條件（2）5.1.4塔設(shè)備SW6強(qiáng)度校核試驗(yàn)壓力計(jì)算：由于氣壓試驗(yàn)比較危險(xiǎn)，因此選擇液壓試驗(yàn).PT液壓試驗(yàn)壓力為0.122Mpa。由于廠區(qū)設(shè)置在山東省淄博市，當(dāng)?shù)氐孛孑d荷數(shù)據(jù)如下：粗糙程度類別：A類I1類場地土類型地震設(shè)防烈度：低于7度基本風(fēng)壓值：300N/m2操作工況下塔阻尼比與空塔阻尼比：0.01QUOTE5.1.5設(shè)備筒體壁厚計(jì)算圓筒計(jì)算厚度：式中：Pc為計(jì)算壓力；Di為筒體內(nèi)徑；為焊接系數(shù)0.85；由于精餾段與提餾段塔徑不同，為保證塔設(shè)備穩(wěn)定與裝配方便，以較大的精餾段塔徑作為計(jì)算數(shù)據(jù)，從而QUOTE為δ在GB150中，厚度大于3mm，取QUOTE為5mm；取負(fù)偏差C1為0.6mm，腐蝕裕量QUOTEC2=2mm。因此δ=向上圓整則名義厚度為8mm。5.1.6封頭設(shè)計(jì)采用橢圓封頭,公稱直徑DN=1200mmQUOTE，曲邊高度h1=0.25D=300mmQUOTE，直邊高度h2QUOTE=25mm，封頭高度為H封頭計(jì)算厚度： 式中：Pc為計(jì)算壓力，對于下封頭可認(rèn)為與設(shè)計(jì)壓力P近似相等；Di為筒體內(nèi)徑1.2m；[σt]為材料在設(shè)計(jì)溫度下許用應(yīng)力，為189MPa；為焊接系數(shù)0.85。從而QUOTE為：δ在GB150中規(guī)定，不包括腐蝕裕量，計(jì)算厚度不可小于3mm，則取δc為3mm；取壁厚負(fù)偏差C1為0.6mm，腐蝕裕量QUOTEδ=向上圓整則名義厚度為6mm。所以上、下封頭算得名義厚度為6mm，封頭高度325mm。5.1.7裙座設(shè)計(jì)裙座計(jì)算高度如下：HQ=0.75D+2000=2900mmQUOTE5.1.8塔筒體及總高度確定筒體高度不包括封頭與裙座：H塔的總高度通過上述部件的高度確定，最后算得塔的總高度為：H=5.1.9設(shè)計(jì)條件匯總表5-6設(shè)計(jì)條件匯總表設(shè)計(jì)溫度℃250設(shè)計(jì)壓力Mpa0.039理論板數(shù)16加料位置5總填料高度m12材料S304085.2換熱器選型該換熱器選擇管殼式換熱器。5.2.1換熱器設(shè)計(jì)接管參考《化工配管用無縫選用系列》上給出的標(biāo)準(zhǔn)型號，經(jīng)圓整如下圖所示：圖5-7殼體接管直徑圓整值圖5-8管側(cè)接管圓整值表5-9換熱器接管尺寸及方位匯總表接管名稱接管尺寸殼程進(jìn)口管Φ100×7.15殼程出口管Φ100×7.15管程進(jìn)口管Φ150×34.55管程出口管Φ150×34.55主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖所示：圖5-10換熱器校核數(shù)據(jù)截圖經(jīng)圓整后，該換熱器的殼徑取為450mm，管徑為25mm，管長為4500mm，管程數(shù)為單管程，管間距為32mm。校核結(jié)果如下：圖5-11換熱器E0201校核結(jié)果由上述計(jì)算結(jié)果可以看到，換熱器換熱面積為46.9m2，設(shè)計(jì)余量為33%，符合設(shè)計(jì)要求，校核結(jié)果均符合設(shè)計(jì)要求。表5-12換熱器設(shè)計(jì)小結(jié)表固定管板式換熱器E0201換熱面積為46.9m2（設(shè)計(jì)余量為32%）殼程管程設(shè)計(jì)壓力Ps0.12MPa設(shè)計(jì)壓力Ps0.11MPa設(shè)計(jì)溫度Ts50℃設(shè)計(jì)溫度Ts90℃殼程圓筒內(nèi)徑450mm管程數(shù)1進(jìn)口接管Ф100×7.15BOTTOM進(jìn)口接管Ф150×35.55TOP出口接管Ф100×7.15TOP出口接管Ф150×35.55BOTTOM殼體材質(zhì)Q345-R換熱管材質(zhì)20（GB9948）換熱器換熱管詳情換熱管管徑Φ25×2.5mm管心距32mm管長4500mm管排列方式正三角形管數(shù)目135折流板（單弓形，圓缺率為25%）間距200mm計(jì)算結(jié)果前端管箱筒體名義厚度δn=10mm后端管箱筒體名義厚度δn=10mm殼程圓筒名義厚度δn=10mm前端管箱封頭名義厚度δn=8mm后端管箱封頭名義厚度δn=8mm管板厚度δn=36mm校核項(xiàng)目殼程圓筒校核計(jì)算、前端管箱圓筒校核計(jì)算、前端管箱封頭校核計(jì)算、后端管箱圓筒校核計(jì)算、后端管箱封頭校核計(jì)算、管箱法蘭校核計(jì)算、開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算、管板校核計(jì)算校核結(jié)果校核合格5.3反應(yīng)器設(shè)計(jì)5.3.1主要反應(yīng)機(jī)理和動力學(xué)使用的催化劑為鎳催化劑：Ni[P(O-o-tolyl)3]4。該反應(yīng)針對的是1-4-丁二烯直接氫氰化反應(yīng)。主要反應(yīng)：根據(jù)[1]王佩.氫蒽雙齒鎳催化劑催化3-戊烯腈氫氰化反應(yīng)研究[D].青島科技大學(xué),2017.的研究，我們可以得到反應(yīng)基于冪指數(shù)反應(yīng)機(jī)理的相關(guān)動力學(xué)常數(shù)。由文獻(xiàn)可以得到該反應(yīng)關(guān)于甲醛濃度為一級反應(yīng)，用k代表包含指數(shù)與指前因子的反應(yīng)速率常數(shù)。具體不同溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)如下圖所示。由化學(xué)反應(yīng)工程知識可以知道：對于反應(yīng)速率常數(shù)，而原文獻(xiàn)僅給出了不同溫度下的速率常數(shù)，因此具體的指前因子和反應(yīng)活化能需要通過文獻(xiàn)中所給不同溫度下的k值進(jìn)行擬合得到。擬合過程如下所示：5.3.2動力學(xué)可行性分析文獻(xiàn)中使用的催化劑充分消除了內(nèi)擴(kuò)散和外擴(kuò)散的影響，所得的動力學(xué)數(shù)據(jù)為的真實(shí)速率常數(shù)K及活化能Ea。但是文獻(xiàn)中未注明具體的催化劑粒徑，因此根據(jù)工藝流程和反應(yīng)器壓降等因素來確定相關(guān)的催化劑粒徑?？紤]到固定床的壓降，傳質(zhì)等因素，實(shí)際催化劑粒徑不能小于2mm，因此，本項(xiàng)目采用了2mm的粒徑。反應(yīng)使用的催化劑由浸漬法制備，可使活性組分在催化劑顆粒截面上的分布呈“蛋殼型”，活性組分主要集中在催化劑顆粒外面，從而減小內(nèi)擴(kuò)散影響，可以認(rèn)為該動力學(xué)可以被采用且符合本項(xiàng)目。5.3.3反應(yīng)流股參數(shù)經(jīng)過反應(yīng)器初步設(shè)計(jì)后，流股信息如表5-13所示。表5-13反應(yīng)流股物流參數(shù)項(xiàng)目單位反應(yīng)器進(jìn)料反應(yīng)器出料相態(tài)液相液相溫度℃100.76120.00壓力bar4.002.00質(zhì)量密度kg/m3745.21842.33體積流量m3/hr6.9814.27質(zhì)量流量kg/hr5203.5012023.50摩爾流量kmol/hr65.4275.90BDkmol/hr02.89HCNkmol/hr06.75E-07H20kmol/hr00.40ADNkmol/hr05.19E-242-PNkmol/hr003-PNkmol/hr00.014-PNkmol/hr002M2BNkmol/hr018.552M3BNkmol/hr043.555.3.4反應(yīng)器殼體直徑與反應(yīng)器長度設(shè)計(jì)R0201單臺反應(yīng)器列管數(shù)500根，正三角形排列，采用焊接法固定在管板上。列管按三角形排列，管心距一般不得小于1.25do，故取管心距為1.25do計(jì)算：t=1.25管束排列情況如下：tt圖5-14管束排列情況通過管束中心線的管數(shù)：nc=1.1×n=25QUOTE根管束中心線最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離：e=(1取e=1.5d：e=1.5do=1.5×54mm=81mmQUOTE殼體內(nèi)徑：D=t×(nc?1)+2e=1.782mQUOTE圓整后取殼體內(nèi)徑為1.8m。反應(yīng)器長度還應(yīng)該包括筒底空間與筒頂空間，根據(jù)《壓力容器手冊》，一般都取1m左右。Ha=1m,Hb=1m因此反應(yīng)器的反應(yīng)段總長度（不包括封頭、裙座等外部結(jié)構(gòu)）計(jì)算如下：H=1+1+5.6=7.6m5.3.5設(shè)計(jì)說明（以R0201為例）異構(gòu)化反應(yīng)裝置由一個列管式固定床反應(yīng)器R0201本文檔對R0201進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。對于球形催化劑顆粒構(gòu)成的床層，床層孔隙率按張濂等編寫的《化學(xué)反應(yīng)器分析》給出的經(jīng)驗(yàn)式估算：ε5.3.6反應(yīng)器列管尺寸及列管數(shù)由于反應(yīng)是一個較強(qiáng)的放熱反應(yīng)，為強(qiáng)化傳熱，選擇內(nèi)徑較小的反應(yīng)列管，但是為了充分接近平推流，使得氣液分布更加均勻，管徑又應(yīng)該較大，最終在了解工業(yè)生產(chǎn)情況后，選擇反應(yīng)列管內(nèi)徑為50mm，查閱GB17395-2008，選用的規(guī)格為Φ54×2mm的無縫不銹鋼鋼管，選用材料為S30408。在反應(yīng)器中，物料走管程，冷卻介質(zhì)走殼程，采用Φ54×2mm，長5.6m的鋼管作為物料通道，由上述的長度優(yōu)化結(jié)果可知，反應(yīng)段體積為：V=π×(反應(yīng)器列管數(shù)應(yīng)滿足反應(yīng)段體積的要求，因此計(jì)算列管數(shù)為：n圓整后，共有500根管。根據(jù)文獻(xiàn)，催化劑的顆粒密度1290kg/m3，而床空隙率為0.4419，即堆積密度為1300kg/m3，因此我們的催化劑裝填質(zhì)量為：m=V其中m——催化劑質(zhì)量，kgρ——催化劑顆粒密度，kg/m3ε——床空隙率由于催化劑的裝填密度通常會有上下波動，實(shí)際催化劑的裝填量可能會有一定波動。5.3.7反應(yīng)器SW6強(qiáng)度校核利用SW6對反應(yīng)器R0201殼程圓筒、前端管箱圓筒、前端管箱封頭、后端管箱圓筒、后端管箱封頭、開孔補(bǔ)強(qiáng)、管板進(jìn)行校核計(jì)算，具體校核內(nèi)容見下表。固定管板式換熱器計(jì)算單位烯天取腈設(shè)計(jì)計(jì)算條件殼程管程設(shè)計(jì)壓力0.22MPa設(shè)計(jì)壓力0.44MPa設(shè)計(jì)溫度150設(shè)計(jì)溫度1201800mm管箱圓筒內(nèi)徑Di1800mm材料名稱Q345R材料名稱Q345R表5-15反應(yīng)器設(shè)計(jì)表反應(yīng)器R0201殼程管程設(shè)計(jì)壓力Ps0.22MPa設(shè)計(jì)壓力Ps0.44MPa設(shè)計(jì)溫度Ts150℃設(shè)計(jì)溫度Ts120℃殼程圓筒內(nèi)徑/外徑1800/1826mm管箱筒體材質(zhì)Q345R殼體材質(zhì)Q345R反應(yīng)管材質(zhì)S30408反應(yīng)器列管詳情反應(yīng)管管徑Φ54×2mm管心距67.5mm管長5600mm管排列方式正三角形管數(shù)目500折流板間距800mm反應(yīng)器尺寸直徑（內(nèi)徑）1.8m長度11.563m計(jì)算結(jié)果前端管箱筒體名義厚度δn=13mm后端管箱筒體名義厚度δn=13mm殼程圓筒名義厚度δn=13mm前端管箱封頭名義厚度δn=13mm后端管箱封頭名義厚度δn=13mm管板厚度δn=50mm校核項(xiàng)目殼程圓筒校核計(jì)算、前端管箱圓筒校核計(jì)算、前端管箱封頭校核計(jì)算、后端管箱圓筒校核計(jì)算、后端管箱封頭校核計(jì)算、管箱法蘭校核計(jì)算、開孔補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算、管板校核計(jì)算校核結(jié)果校核合格6自動控制與儀表在己二腈年產(chǎn)10萬噸的生產(chǎn)線項(xiàng)目中，引入先進(jìn)的自動控制系統(tǒng)和精密儀表技術(shù)是確保整個生產(chǎn)過程高效、穩(wěn)定并符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵。通過對這些系統(tǒng)和技術(shù)的深度集成和優(yōu)化，我們實(shí)現(xiàn)了對生產(chǎn)過程的精準(zhǔn)控制，同時提升了安全性和環(huán)境友好性。6.1集成的自動控制系統(tǒng)本項(xiàng)目采用的是最新的分布式控制系統(tǒng)（DCS），該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)過程中關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時監(jiān)控和調(diào)節(jié)。通過高度集成的軟件和硬件，DCS系統(tǒng)提供了對反應(yīng)條件、物料流動和能量分配的精確控制，從而保證了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性。此外，該系統(tǒng)還支持遠(yuǎn)程操作和監(jiān)控，大幅提高了操作的靈活性和安全性。6.2精密儀表的應(yīng)用在生產(chǎn)線上，精密的測量儀表被廣泛應(yīng)用于原料的進(jìn)料量、反應(yīng)溫度、壓力等關(guān)鍵工藝參數(shù)的監(jiān)測。這些儀表的引入不僅提高了測量的準(zhǔn)確度，還為自動控制系統(tǒng)提供了可靠的數(shù)據(jù)支持，確保了反應(yīng)的精準(zhǔn)進(jìn)行。通過實(shí)時數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)能夠及時調(diào)整工藝參數(shù)，優(yōu)化生產(chǎn)過程，減少能源消耗和原料損耗。6.3安全保障與環(huán)境監(jiān)控自動控制系統(tǒng)中還集成了全面的安全監(jiān)控模塊，能夠?qū)ιa(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行預(yù)警和自動處理，極大提升了生產(chǎn)線的安全運(yùn)行水平。同時，通過對廢氣、廢水等環(huán)境排放指標(biāo)的實(shí)時監(jiān)控，確保了整個生產(chǎn)過程符合環(huán)保要求，減少了對環(huán)境的影響。通過采用先進(jìn)的自動控制系統(tǒng)和精密儀表，本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了對己二腈生產(chǎn)過程的精準(zhǔn)控制，不僅保證了高效穩(wěn)定的生產(chǎn)，也體現(xiàn)了對安全和環(huán)保的高度重視。這種技術(shù)的應(yīng)用，將為化工產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化生產(chǎn)提供重要的參考和示范，推動整個行業(yè)向更高效、更安全、更環(huán)保的方向發(fā)展。7廠區(qū)及設(shè)備布置7.1場址概況本項(xiàng)目位于山東省淄博市齊魯化工區(qū)。該項(xiàng)目投資23.9億元，建設(shè)內(nèi)容分為三部分：一是園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，主要包括新建道路、水電燃?xì)夤艿澜ㄔO(shè)、通信及有線電視等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè);二是舊村搬遷安置小區(qū)及小區(qū)內(nèi)配套公共建筑的建設(shè);二是騰空土地及低丘緩坡等未利用土地的整理，達(dá)到“七通一平”。7.2廠區(qū)布置在廠區(qū)的整體布局設(shè)計(jì)中，我們充分考慮了生產(chǎn)流程的合理性、原料及產(chǎn)品的運(yùn)輸便捷性以及環(huán)境保護(hù)的需要。通過對生產(chǎn)單元、倉儲設(shè)施和輔助區(qū)域的科學(xué)規(guī)劃，廠區(qū)布局實(shí)現(xiàn)了高度的集成化和模塊化，有效減少了原料和產(chǎn)品在廠內(nèi)的運(yùn)輸距離，同時也方便了設(shè)備的維護(hù)和安全管理。7.2環(huán)保與安全的設(shè)備配置在設(shè)備的選型和配置上，我們著重選擇了低能耗、低排放的設(shè)備，以降低生產(chǎn)過程中的環(huán)境影響。同時，所有關(guān)鍵設(shè)備都配備了先進(jìn)的安全保護(hù)系統(tǒng)，如自動火災(zāi)報(bào)警和滅火系統(tǒng)、泄漏監(jiān)測和控制系統(tǒng)等，確保了生產(chǎn)過程的安全可控。7.3綠色化的生產(chǎn)環(huán)境建設(shè)廠區(qū)內(nèi)大力推行綠色化建設(shè)，不僅在生產(chǎn)區(qū)域周邊種植了大量綠化植被，以改善廠區(qū)環(huán)境，還通過設(shè)置污水處理設(shè)施和廢氣凈化系統(tǒng)，積極實(shí)施環(huán)境污染的綜合治理。此外，廠區(qū)內(nèi)的雨水收集和循環(huán)利用系統(tǒng)，也體現(xiàn)了我們對資源利用和環(huán)境保護(hù)的高度重視。7.4功能明確的區(qū)域劃分廠區(qū)內(nèi)部根據(jù)生產(chǎn)、存儲、管理等不同功能需求，進(jìn)行了明確的區(qū)域劃分。生產(chǎn)區(qū)、倉儲區(qū)、辦公區(qū)等各功能區(qū)域布局合理，既保證了各區(qū)域之間的有效配合，又實(shí)現(xiàn)了功能區(qū)間的安全隔離，有效避免了生產(chǎn)安全事故的發(fā)生。通過科學(xué)合理的廠區(qū)及設(shè)備布置，本項(xiàng)目不僅優(yōu)化了生產(chǎn)流程，提高了生產(chǎn)效率，還在很大程度上減少了對環(huán)境的影響，確保了生產(chǎn)安全。這種綜合考慮生產(chǎn)效率、環(huán)境保護(hù)和員工安全的設(shè)計(jì)理念，將為化工產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。8技術(shù)經(jīng)濟(jì)本項(xiàng)目旨在通過年產(chǎn)10萬噸己二腈的生產(chǎn)，展現(xiàn)其在技術(shù)創(chuàng)新與經(jīng)濟(jì)效益方面的優(yōu)勢。經(jīng)過深入分析和精密計(jì)算，我們將展示如何通過技術(shù)優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)策略實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的高效益和可持續(xù)性。8.1概況我們對項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了全面評估，考慮到原料成本、生產(chǎn)運(yùn)營費(fèi)用、市場銷售價格等多個因素。通過采用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和高效的能源管理系統(tǒng)，顯著降低了生產(chǎn)成本。同時，己二腈作為一種重要的化學(xué)中間體，在市場上的需求量大，價格穩(wěn)定，預(yù)計(jì)將為項(xiàng)目帶來穩(wěn)健的收益。8.2資金來源及投資方式項(xiàng)目資金主要來源于企業(yè)自有資金、銀行貸款及潛在投資者的投入。通過詳細(xì)的財(cái)務(wù)模型分析，項(xiàng)目預(yù)計(jì)在投產(chǎn)后的第三年實(shí)現(xiàn)盈虧平衡點(diǎn)，第五年開始產(chǎn)生顯著的投資回報(bào)。長期看，由于本項(xiàng)目在生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量上的優(yōu)勢，具有良好的市場競爭力，投資回報(bào)率預(yù)計(jì)將高于同行業(yè)平均水平。8.3投資及經(jīng)濟(jì)分析表8-3項(xiàng)目總投資匯總表序號項(xiàng)目價格（萬元）1建設(shè)投資9622.9541.1固定資產(chǎn)7922.481.2無形資產(chǎn)11.1421.3遞延資產(chǎn)501.441.4預(yù)備費(fèi)用1188.3722建設(shè)期利息11420.073流動資金5793.68合計(jì)36460.138本項(xiàng)目總投資為12672.92萬元，其中：建設(shè)投資9622.954萬元，建設(shè)期利息11420.07萬元，流動資金5793.68萬元。本項(xiàng)目的技術(shù)創(chuàng)新不僅體現(xiàn)在生產(chǎn)過程的優(yōu)化上，也體現(xiàn)在成本控制和市場競爭力的提升上。通過引入環(huán)保高效的生產(chǎn)設(shè)備和自動化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對生產(chǎn)過程的精細(xì)管理，不僅降低了能耗和原料消耗，還提高了產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)能，從而在保障經(jīng)濟(jì)效益的同時，促進(jìn)了企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。8.4主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表8-6主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表生產(chǎn)規(guī)模萬t/a指標(biāo)產(chǎn)品方案己二腈t/a100000年操作時間h7890主要原材料、輔助原料用量丁二烯t/a58300氫氰酸t(yī)/a77000四氫呋喃t/a810480氫蔥雙齒鎳催化劑t/a182560螯合亞磷酸配體催化劑t/a510112公用動力消耗電kW·h45.7140.25MPa低壓蒸汽t33.8344MPa中壓蒸汽t61.2520℃冷卻水t278.6-25℃冷凍鹽水t9236儀表空氣Nm36945.7三廢排放廢水t/a7927.5514廢氣m3/h228.9廢固t/a66.14全廠定員人112總占地面積m2594939.69綜合能耗總量t標(biāo)煤/a14795.89單位產(chǎn)品綜合能耗t標(biāo)煤/t產(chǎn)品0.25工程項(xiàng)目總投資萬元73956.93建設(shè)投資萬元9622.954流動資金萬元5793.68建設(shè)期利息萬元11420.07年總銷售收入萬元310912.63年總成本萬元315560.83年利潤總額萬元34674.57年銷售額稅金及附加萬元1380.50財(cái)務(wù)評價指標(biāo)投資利潤率%47.23%投資利稅率%47.23%資本金凈利潤率%14.20%財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值萬元206239.80財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率%49.13清償能力指標(biāo)人民幣借款償還期（不含建設(shè)期）年7.009環(huán)境保護(hù)措施本項(xiàng)目的主要污染源有廢水、廢氣、以及廢固，通過對三廢進(jìn)行處理，使其達(dá)到環(huán)境允許的指標(biāo)后排放或者再利用。9.1標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范在本項(xiàng)目年產(chǎn)10萬噸己二腈的規(guī)劃與實(shí)施過程中，環(huán)境保護(hù)措施被放在了至關(guān)重要的位置。我們致力于通過一系列創(chuàng)新和有效的環(huán)境管理策略，確保生產(chǎn)活動對環(huán)境的影響降至最低，實(shí)現(xiàn)企業(yè)社會責(zé)任與生產(chǎn)效益的雙重目標(biāo)。在本項(xiàng)目年產(chǎn)10萬噸己二腈的規(guī)劃與實(shí)施過程中，環(huán)境保護(hù)措施被放在了至關(guān)重要的位置。我們致力于通過一系列創(chuàng)新和有效的環(huán)境管理策略，確保生產(chǎn)活動對環(huán)境的影響降至最低，實(shí)現(xiàn)企業(yè)社會責(zé)任與生產(chǎn)效益的雙重目標(biāo)。針對可能產(chǎn)生的廢水、廢氣和固體廢棄物，項(xiàng)目設(shè)計(jì)了全面的污染控制措施。廢水通過先進(jìn)的處理系統(tǒng)進(jìn)行凈化，達(dá)到再利用標(biāo)準(zhǔn)或安全排放要求。廢氣經(jīng)過凈化處理裝置處理后，符合排放標(biāo)準(zhǔn)。而固體廢物則通過分類回收、安全處置等措施，實(shí)現(xiàn)資源的最大化回收和利用。為了持續(xù)改進(jìn)環(huán)境保護(hù)工作，本項(xiàng)目建立了全面的環(huán)境管理體系，定期進(jìn)行環(huán)境影響評估和監(jiān)測。通過對環(huán)境管理體系的持續(xù)優(yōu)化和完善，確保所有生產(chǎn)活動均符合國家環(huán)保法規(guī)及國際環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。同時，項(xiàng)目還積極采用環(huán)保新技術(shù)、新材料，不斷探索減少環(huán)境影響的新方法。9.2三廢及處理廢水表9-2廢液排放一覽表序號裝置或設(shè)施名稱廢水名稱排放特征排放量（t/a）溫度（℃）處理排放備注正常方法去向1T0303己二腈連續(xù)546.028840加水稀釋，少量用砂土填埋放入廢水系統(tǒng)T03042T0303ESN連續(xù)181.013640預(yù)處理加好氧處理污水處理廠T03043T0303MGN連續(xù)1078.93740預(yù)處理加好氧處理污水處理廠T03044T0302四氫呋喃間歇121.572