年產(chǎn)1萬噸丙烯醛水合加氫法制備1,3-丙二醇項目精制工段的工藝設(shè)計摘要：1,3-丙二醇作為聚合單體，是合成高性能聚酯材料聚對苯二甲酸丙二醇酯（PTT）的主要原料；此外，作為化工原料，可用于增塑劑、洗滌劑、防腐劑、乳化劑的合成，在食品、化妝品和制藥等行業(yè)也有廣泛應(yīng)用，但是，我國1,3-丙二醇產(chǎn)能不足和技術(shù)落后成為限制PTT產(chǎn)業(yè)發(fā)展、拓展1,3-丙二醇的應(yīng)用領(lǐng)域的“卡脖子”問題，對其工藝路線進行設(shè)計具有重要意義。本項目采用丙烯醛法制備1,3-丙二醇，對其精制工段進行工藝設(shè)計。首先，依據(jù)技術(shù)先進、合理、可靠等原則，利用Aspenplus軟件對該工段進行纖細流程設(shè)計和工藝優(yōu)化，獲得該工段主要物料和能量衡算的初步數(shù)據(jù)，為后續(xù)設(shè)計提供基礎(chǔ)設(shè)計；其次，根據(jù)該精制工段產(chǎn)品純度要求高、操作條件精準控制等特點，并依據(jù)Aspenplus獲得物料和能量衡算數(shù)據(jù)，對該工段非標設(shè)備塔設(shè)備T進行詳細設(shè)計計算，最后，還對該工段車間布置、安全與環(huán)保、經(jīng)濟預(yù)算與評價等進行設(shè)計或概算，結(jié)果顯示，該項目合理、安全、環(huán)保、經(jīng)濟利潤高，符合國家十二五-“綠色、低碳和環(huán)保”,具有較強理論指導(dǎo)和實踐應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞：丙烯醛；水合加氫；1，3-丙二醇

ProcessDesignoftheRefiningSectionfora10,000-ton-per-year1,3-PropanediolProjectPreparedbyHydrationandHydrogenationofAcroleinAbstract:1,3-Propyleneglycol,asapolymermonomer,isthemainrawmaterialforsynthesizinghigh-performancepolyestermaterialpolytrimethyleneterephthalate(PTT).Additionally,asachemicalrawmaterial,itcanbeusedinthesynthesisofplasticizers,detergents,preservatives,andemulsifiers,andiswidelyappliedinthefood,cosmetics,andpharmaceuticalindustries.However,theinsufficientproductioncapacityandbackwardtechnologyof1,3-propanediolinChinahavebecomethe"bottleneck"issuesrestrictingthedevelopmentofthePTTindustryandtheexpansionoftheapplicationfieldsof1,3-propanediol.Therefore,thedesignofitsprocessrouteisofgreatsignificance.Thisprojectusestheacroleinmethodtoprepare1,3-propanediolanddesignstheprocessforthepurificationsection.Firstly,basedontheprinciplesofadvancedtechnology,rationality,andreliability,theAspenPlussoftwareisutilizedtoconductdetailedprocessdesignandoptimizationforthissection,obtainingthepreliminarydataofmaterialandenergybalanceforthissection,whichprovidesabasisforsubsequentdesign.Secondly,consideringthehighpurityrequirementoftheproductandtheprecisecontrolofoperatingconditionsinthispurificationsection,andbasedonthematerialandenergybalancedataobtainedfromAspenPlus,detaileddesignandcalculationofthenon-standardequipmenttowerTinthissectionarecarriedout.Finally,thelayoutoftheworkshop,safetyandenvironmentalprotection,economicbudgetandevaluationofthissectionarealsodesignedorestimated.Theresultsshowthatthisprojectisreasonable,safe,environmentallyfriendly,andhashigheconomicprofits,whichisinlinewiththenational"12thFive-YearPlan"of"green,low-carbonandenvironmentalprotection",andhasstrongtheoreticalguidanceandpracticalapplicationvalue.Keywords：Acrolein；Hydrogenationhydration；1,3-Propyleneglycol目錄第一章 引言 11.1設(shè)計目的 11.2工藝技術(shù) 11.3產(chǎn)品概況 1第二章國內(nèi)外生產(chǎn)現(xiàn)狀 12.1國外生產(chǎn)現(xiàn)狀 12.2國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀 1第三章生產(chǎn)工藝方案 33.1環(huán)氧乙烷法 33.1.1制備方法 33.2丙烯醛法 43.2.1制備方法 53.3生物發(fā)酵法 53.3.1制備方法 53.4工藝選擇 6第四章工藝流程介紹 94.1工藝流程闡述 94.2主要原料與輔助材料用量及來源 104.3PDO精制的工藝流程圖bx 10第五章物料衡算 95.1物料衡算數(shù)據(jù) 95.2水合加氫精制工段物料平衡 9第六章能量衡算 166.1丙烯醛水合精制工段物料衡算 166.1.1塔設(shè)備能量衡算 166.1.2其他設(shè)備能量衡算 17第七章設(shè)備設(shè)計計算和選型 167.1塔設(shè)備選型 167.1.1塔設(shè)備簡介 167.2.工作性質(zhì) 167.2.3設(shè)計溫度與設(shè)計壓力 187.2.4理論板數(shù)與進料板 187.2.4設(shè)計條件匯總表 197.3結(jié)構(gòu)設(shè)計 197.3.1塔直徑和塔板間距 197.3.2塔頂空間設(shè)計 197.3.3塔底空間設(shè)計 197.3.4人孔 197.3.5設(shè)備筒體壁厚計算 207.3.6封頭設(shè)計 207.4設(shè)計匯總 21第八章車間布置設(shè)計 298.1設(shè)備布置 298.2塔 298.3泵和壓縮機 298.4換熱器 30第九章環(huán)境保護 319.1安全生產(chǎn) 319.2工業(yè)衛(wèi)生 329.3處理措施 329.3.1廢水 349.3.2廢氣 349.3.3廢固 35第十章安全與衛(wèi)生 3510.1生產(chǎn)過程的主要危險 3510.2重大危險源物質(zhì)辨識與分析 35第十一章投資估算及經(jīng)濟分析 3711.1投資分析 3711.2靜態(tài)投資回收期 3711.3動態(tài)投資回收期 3811.4成本及費用估算 3811.5敏感性分析 38第十二章結(jié)論與展望 40參考文獻 41致謝 43引言1.1設(shè)計目的 以丙烯醛為原料制備丙二醇，要求年產(chǎn)量為1萬噸。主要對其精制工段進行工藝設(shè)計。1.2工藝技術(shù)本項目采取丙烯醛水合加氫法制1,3-丙二醇[1]，1,3-丙二醇作為關(guān)鍵化工中間體，在聚酯材料制造領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，且市場需求呈持續(xù)上升態(tài)勢?；谒霞託浞ǖ闹苽涔に噾{借溫和的反應(yīng)條件與成熟的加氫技術(shù)，不僅契合綠色化學理念與可持續(xù)發(fā)展目標，彰顯出顯著的環(huán)境友好特性，還能在實際生產(chǎn)中大幅減少副產(chǎn)物產(chǎn)生，顯著提升生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效益，因而在中國具備巨大的工業(yè)化推廣潛力。隨著全球?qū)G色化學和可持續(xù)發(fā)展的重視程度加深，丙烯醛水合加氫法制備1,3-丙二醇的市場潛力將進一步擴大。非常多企業(yè)正積極投入研發(fā)與應(yīng)用推廣，以把握這一良好機遇，推動該技術(shù)的商業(yè)化發(fā)展，實現(xiàn)經(jīng)濟效益與環(huán)境效益的雙贏。具體利用Aspenplus、Cup-Tower、Auto-CAD等先進軟件，對精煉過程進行了工藝方案選用、生產(chǎn)流程介紹、物料/能量衡算、設(shè)備選型及設(shè)計、廠址選擇及區(qū)域規(guī)劃、安全保護與環(huán)境保護、財務(wù)估算和評價的詳細設(shè)計。1.3產(chǎn)品概況1,3-丙二醇作為關(guān)鍵有機化工原料，在多個領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，包括油墨制造、涂料生產(chǎn)、化妝品配方、藥品制備以及防凍劑等行業(yè)。最為重要的應(yīng)用是充當聚酯、聚醚和聚氨酯的合成單體。這種化合物所制備的聚酯材料[2]不僅具備獨特的特性和卓越的性能，還能賦予聚酯塑料可生物降解的特性，使其更易于實現(xiàn)自然循環(huán)。1,3-丙二醇產(chǎn)能不足成為我國發(fā)展PTT產(chǎn)業(yè)、拓展1,3-丙二醇的應(yīng)用領(lǐng)域的“卡脖子”問題，對其工藝路線進行設(shè)計具有重要意義。第二章國內(nèi)外生產(chǎn)現(xiàn)狀2.1國外生產(chǎn)現(xiàn)狀從全球市場格局來看，1,3-丙二醇產(chǎn)業(yè)保持著穩(wěn)定增長的發(fā)展態(tài)勢。權(quán)威市場研究機構(gòu)GII（GlobalInfoResearch）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2020年該產(chǎn)品的全球市場容量已達4.02億美元。行業(yè)分析師預(yù)測，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的持續(xù)拓展，預(yù)計到2025年市場規(guī)模將擴大至6.91億美元，充分彰顯了這一化工產(chǎn)品在國際市場上的重要地位與發(fā)展前景。作為一種重要的精細化工原料，1,3-丙二醇在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用價值。其主要用途體現(xiàn)在以下方面,首先，該化合物是制備PTT聚酯的核心原料，PTT聚酯作為一種性能優(yōu)異的高分子材料，在多個工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。在紡織領(lǐng)域，由其制成的纖維材料具有優(yōu)異的回彈性和染色性能；在電子制造領(lǐng)域，因其良好的介電性能和機械強度，常用于電子元器件的封裝材料；在汽車工業(yè)中，則主要應(yīng)用于內(nèi)飾件的生產(chǎn)制造。其次，該產(chǎn)品在多個精細化工領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。在塑料加工行業(yè)，它是生產(chǎn)環(huán)保型增塑劑的關(guān)鍵中間體；在日化產(chǎn)品領(lǐng)域，合成具有溫和親膚特性的表面活性劑[3]；在食品工業(yè)中，可用作安全的品質(zhì)改良劑；在醫(yī)藥制造領(lǐng)域，既可作為藥物合成的中間體，又能作為制劑輔料使用。這些多元化的應(yīng)用充分體現(xiàn)了1,3-丙二醇在現(xiàn)代化學工業(yè)中的核心地位。2.2國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀近年來，中國市場對1,3-丙二醇（1，3-PDO）的消費需求持續(xù)攀升，但本土產(chǎn)能尚無法滿足市場需求。據(jù)統(tǒng)計，在2015到2020這五年間，1，3-PDO的年均消費增速達到26%，到2020年國內(nèi)總消費量已突破4萬噸。由于國內(nèi)工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)尚未完全成熟，加之規(guī)?；a(chǎn)能力有限，目前市場供給主要依賴海外進口。數(shù)據(jù)顯示，2020年國內(nèi)1，3-PDO進口比例接近八成，其中美國杜邦公司是最主要的供應(yīng)商。這些進口產(chǎn)品主要應(yīng)用于杜邦在華合作的PTT聚酯代工廠，用于制造高性能PTT聚酯材料。從終端應(yīng)用來看，2020年中國PDO的消費結(jié)構(gòu)中，PTT聚酯生產(chǎn)占據(jù)了絕對主導(dǎo)地位，占比高達九成，而化妝品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的用量相對有限。深入剖析2021年P(guān)TT聚酯的下游應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn)，紡織纖維領(lǐng)域貢獻了九成的需求，工程塑料應(yīng)用僅占一成。這一分布格局反映出當前1，3-PDO的市場需求具有明顯的單一性特征，主要集中在PTT纖維制造領(lǐng)域，其他潛在應(yīng)用市場仍有待進一步開發(fā)。

第三章生產(chǎn)工藝方案目前工業(yè)上生產(chǎn)1,3-丙二醇的方法主要有：環(huán)氧乙烷法、丙烯醛法、生物發(fā)酵法三種。3.1環(huán)氧乙烷法在1995年美國殼牌公司成功研發(fā)出以環(huán)氧乙烷[4]（EO）為原料的低成本1,3-丙二醇（1,3-PDO）合成工藝前，它的工業(yè)化生產(chǎn)進程長期受多種技術(shù)瓶頸制約，極大限制了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展。新型合成工藝的成功開發(fā)，有效突破了傳統(tǒng)技術(shù)桎梏，為1,3-丙二醇及其下游產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈拓展創(chuàng)造了有利條件，其具體化學反應(yīng)路徑如下：EO+CO+2H2—>HOCH2CH2CH2OH以乙烯為原料制備1,3-丙二醇（1,3-PDO）的工藝中，首段反應(yīng)流程為：在280℃條件下，借助銀催化劑的作用，促使乙烯發(fā)生氧化反應(yīng)，進而轉(zhuǎn)化為環(huán)氧乙烷（EO）。后續(xù)制備過程存在兩條不同的技術(shù)路線：其一為一步法，即讓環(huán)氧乙烷在90℃、10MPa的反應(yīng)環(huán)境及催化劑作用下，直接生成1,3-PDO；其二為兩步法，該工藝以環(huán)氧乙烷、CO和H?為初始原料，首先在85℃、10MPa條件下，通過催化劑參與的羰基化反應(yīng)（又稱氫甲?；磻?yīng)）生成3-羥基丙醛（3-HPA），隨后通過固定床催化加氫步驟，將3-HPA進一步轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物1,3-PDO。參考殼牌公司公開的專利技術(shù)，該制備工藝展現(xiàn)出顯著的技術(shù)革新。在EO羰基化催化劑體系方面，創(chuàng)新性地采用八碳二鈷作為催化活性組分，摒棄了成本高昂的膦配體添加，催化劑用量僅占反應(yīng)體系總量的0.05%-0.3%，實現(xiàn)了生產(chǎn)成本的大幅優(yōu)化。反應(yīng)過程選用MTBE作為溶劑，這種溶劑體系不僅簡化了產(chǎn)物與催化劑的分離流程，此外，還可以將反應(yīng)系統(tǒng)中的3-羥基丙醛(3-HPA)的含量提高到35%甚至更高，在3-HPA的后續(xù)處理方面，利用水萃取，鈷催化劑的循環(huán)利用率達到99.6%。另外，在該羰基化反應(yīng)系統(tǒng)中準確控制水與3-HPA的濃度，抑制高沸物生成，進而提高反應(yīng)選擇性并控制在90%以上。3.1.1制備方法1.原料準備階段：把環(huán)氧乙烷（EO）與合成氣（H?和CO）按照特定比例進行混合，同時準備好催化劑以及溶劑。2.催化反應(yīng)過程：在高壓釜里，將環(huán)氧乙烷、合成氣、催化劑和溶劑充分混合。隨后加熱到適宜溫度，一般處于70-110℃這個區(qū)間，同時施加高壓，壓力范圍通常在3.45-20.7MPa。在這樣的條件下，環(huán)氧乙烷與合成氣發(fā)生羰基化反應(yīng)，先是環(huán)氧乙烷與CO和H?反應(yīng)生成中間體3-羥基丙醛（3-HPA），接著3-HPA進一步加氫，最終生成1,3-丙二醇。3.產(chǎn)物分離與精制環(huán)節(jié)：等反應(yīng)結(jié)束，對反應(yīng)混合物進行分離操作，目的是除去未反應(yīng)的原料、催化劑和溶劑等雜質(zhì)。之后，對含有1,3-丙二醇的混合物開展精制處理，比如采用蒸餾、萃取等方法，以此獲得高純度的1,3-丙二醇產(chǎn)品。3.2丙烯醛法在以丙烯醛水合、氫化方式制備1,3-丙二醇（1,3-PDO）的工藝方法專利申請領(lǐng)域，德國Degussa公司的專利申請數(shù)量居于首位。該企業(yè)成功實現(xiàn)了丙烯醛為原料生產(chǎn)1,3-PDO的工業(yè)化，在同樣的技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，專利申請數(shù)量僅次于德國Degussa公司的是德國赫司特公司，反應(yīng)化學方程式為：CH2=CHCHO+H2O—>HOCH2CH2CHO+H2—>HOCH2CH2CH2OH（1）丙烯醛水合制3-HPA在丙烯醛水合制備3-羥基丙醛[5]（3-HPA）的早期研究中，無機酸曾被用作催化劑，但該方法存在明顯弊端，不僅產(chǎn)率與選擇性欠佳，而且丙烯醛在酸性環(huán)境下易發(fā)生縮合或聚合反應(yīng)。為克服這些問題，Degussa公司改用弱酸性離子交換樹脂作為催化劑，大幅提升了3-HPA的選擇性，以及丙烯醛水合反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性。（2）3-HPA氫化制1,3-丙二醇在3-羥基丙醛（3-HPA）的加氫反應(yīng)中，通常會使用經(jīng)過活性改良的Ni基催化劑，如Ni/Al?O?，或是將Pt負載于TiO?載體、活性炭上。反應(yīng)過程一般將溫度控制在30-180℃，氫氣壓力維持在10.1-15.2MPa，并且常采用分段加熱的操作方式，這樣做的目的是為了盡可能使3-HPA的轉(zhuǎn)化率和選擇性接近100%，同時提升1,3-丙二醇（1,3-PDO）的產(chǎn)品質(zhì)量。不同公司在催化劑應(yīng)用和反應(yīng)條件上各有特點。殼牌公司采用含Ni50%的Ni/SiO?/Al?O?催化劑，在6.9MPa、50-80℃，且3-HPA濃度處于3%-22.6%的條件下進行加氫反應(yīng)，取得了優(yōu)異的效果，3-HPA轉(zhuǎn)化率高達100%，1,3-PDO的選擇性甚至超過100%，這意味著該催化劑能夠促使部分高沸物轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物1,3-PDO。3.2.1制備方法1.丙烯醛生產(chǎn)步驟：通過丙烯的催化氧化反應(yīng)來制備丙烯醛。在這個過程中，需要在特定的反應(yīng)條件下進行操作，例如使用合適的催化劑，精準控制反應(yīng)溫度等，以確保丙烯醛的順利生成。2.丙烯醛水合[6]過程：在催化劑（像硫酸或者離子交換樹脂）存在的情況下，讓丙烯醛與水發(fā)生反應(yīng)，生成3-羥基丙醛（HPA）。這一步必須在適宜的反應(yīng)條件下進行，以此保證丙烯醛的轉(zhuǎn)化率以及水合產(chǎn)物的選擇性達到理想狀態(tài)。3.3-HPA氫化階段：在催化劑（比如鎳或銅基催化劑）的作用下，對3-羥基丙醛進行加氫反應(yīng)，從而生成1,3-丙二醇。同樣，這一步也需要在合適的反應(yīng)條件下進行，以保障HPA的轉(zhuǎn)化率和1,3-丙二醇的選擇性。4.產(chǎn)物分離與精制環(huán)節(jié)：和環(huán)氧乙烷法相似，反應(yīng)結(jié)束后，需要對混合物進行分離以及精制處理，通過一系列操作來獲取高純度的1,3-丙二醇產(chǎn)品。3.3生物發(fā)酵法生物發(fā)酵法的生產(chǎn)流程包括原料篩選、發(fā)酵過程控制、菌體蛋白去除、脫鹽處理及產(chǎn)品精餾等關(guān)鍵工序。在發(fā)酵法制備過程中，所得發(fā)酵液組分十分復(fù)雜，除主要產(chǎn)物1,3-PDO外，還含有大量雜質(zhì)，如微生物細胞、蛋白質(zhì)、核酸、多糖類物質(zhì)、無機鹽類、有機酸鹽、殘余甘油、副產(chǎn)物2,3-丁二醇[7]以及水分等。值得注意的是，1,3-PDO分子具有極強的極性特征，在發(fā)酵液中的濃度較低，一般處于50-110克／升。如此一來，從稀溶液里分離回收1,3-PDO就變得相當困難，這也成為了阻礙生物法1,3-PDO工藝實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。為突破整個分離工藝所面臨的諸多難題，亟待進一步優(yōu)化提純工藝，特別是要研發(fā)出經(jīng)濟高效的分離方法。這樣不僅能提高1,3-PDO的收率與品質(zhì)，還可簡化工藝路線、降低能耗，同時回收發(fā)酵液中附加值較高的副產(chǎn)物。3.3.1制備方法1.菌種培養(yǎng)階段：挑選合適的微生物菌種，例如大腸桿菌[8]、植物乳酸桿菌[9]等，然后對其進行培養(yǎng)和馴化，讓菌種能夠適應(yīng)生產(chǎn)的實際需求。2.原料準備過程：收集新鮮的生物質(zhì)原料，比如玉米淀粉、甘蔗汁等，這些將作為微生物發(fā)酵的碳源。同時，配制合適的培養(yǎng)基，為微生物的生長和發(fā)酵提供所需的養(yǎng)分和適宜條件。3.發(fā)酵過程環(huán)節(jié)：把培養(yǎng)好的微生物接種到培養(yǎng)基當中，在恰當?shù)臈l件下，包括合適的溫度、pH值、攪拌速度以及氧氣供應(yīng)等，開展發(fā)酵工作。在發(fā)酵期間，微生物利用生物質(zhì)原料進行代謝活動，進而生成1,3-丙二醇等代謝產(chǎn)物。4.產(chǎn)物提取與純化階段：發(fā)酵完成后，運用恰當?shù)奶崛『图兓椒?，例如蒸餾[10]、結(jié)晶等手段，將1,3-丙二醇從發(fā)酵液中分離出來，之后再進行精制處理，以得到高純度的產(chǎn)品。5.產(chǎn)品精制與包裝環(huán)節(jié)：對精制后的1,3-丙二醇進行進一步的精制操作，比如脫色、除臭等，使其能夠滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的要求。最后，將產(chǎn)品進行包裝和妥善貯存，保證其穩(wěn)定性和品質(zhì)不受影響。3.4工藝選擇表3-1三種主要工藝流程比較項目環(huán)氧乙烷法丙烯醛法生物發(fā)酵法原料來源廣泛廣泛廣泛原料成本高高中等工藝過程簡單簡單復(fù)雜能耗一般一般較低規(guī)模生產(chǎn)大規(guī)模大規(guī)模規(guī)模小產(chǎn)品質(zhì)量較高較高較低收率較高較高較低環(huán)保污染中等污染中等污染小投資高高較低由此可知，丙烯醛具有流程簡單且成熟、原料廣泛且穩(wěn)定，具有高轉(zhuǎn)化率和高選擇性，具有充分的利潤空間，可以解決80%下游PTT纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展不被卡脖子的問題，實現(xiàn)《中國制造2025》、“十四五”規(guī)劃響應(yīng)國家號召，實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展，履行企業(yè)社會責任，本項目最終確定丙烯醛水合加氫制備1,3-丙二醇，并結(jié)合實際進行改進創(chuàng)新。第四章工藝流程介紹4.1工藝流程闡述本項目以丙烯醛為原料，采用丙烯醛水合加氫法生產(chǎn)1萬噸/年的1,3-PDO。本項目生產(chǎn)工藝流程如下所述：（1）來自總廠的丙烯醛，與水混合之后，在催化劑的存在下反應(yīng)，生成3-羥基丙醛（HPA）。這一步驟需要在適當?shù)姆磻?yīng)條件下進行，以確保丙烯醛的轉(zhuǎn)化率和水合產(chǎn)物的選擇性,一起作為丙烯醛加氫的進料。（2）將3-羥基丙醛在催化劑的存在下加氫，生成1,3-丙二醇。這一步驟同樣需要在適當?shù)姆磻?yīng)條件下進行，以確保HPA的轉(zhuǎn)化率和1,3-丙二醇的選擇性。（3）反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)混合物進行分離，以去除未反應(yīng)的原料、催化劑和溶劑等雜質(zhì)。然后，對含有1,3-丙二醇的混合物進行精制處理，如蒸餾、萃取[11]等，以得到高純度的1,3-丙二醇產(chǎn)品。圖4-1丙烯醛水合精制工段流程圖4.2主要原料與輔助材料用量及來源表4-2原材料及輔助材料用量表項目名稱數(shù)量來源運輸方式備注主要原料丙烯醛1.06萬t/a山東興魯承宏新材料科技有限公司不銹鋼槽車或特制的儲罐純度≥99.7%嚴格遵守危險化學品運輸規(guī)定，確保安全水0.27萬t/a本廠自供-純度100%氫氣2.95t/a山東塞克塞斯氫能源有限公司儲罐或管道純度≥99.99%嚴格遵守危險化學品運輸規(guī)定，確保安全輔助材料3-羥基丙醛1.24萬t/a山東省立帆化工有限公司汽運每五年添加5%丁酸異丁酯0.06t/a山東濟北新材料有限公司汽運每五年添加5%4.3PDO精制的工藝流程圖圖4-3精制工段Aspen物料模擬圖精制工段工藝流程如圖4-3所示。本工段共有一股進料：粗1,3-丙二醇進料（0212）；共有四股出料：廢液1出料（0214）、廢液2出料（0216）、廢氣出料（0215）、1,3-丙二醇出料（0217）。第五章物料衡算5.1物料衡算數(shù)據(jù)材料平衡是工程規(guī)劃體系中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通常在工藝流程確定后開展。其核心工作是依據(jù)原料進入生產(chǎn)系統(tǒng)的流量、各工序的產(chǎn)出流量與類別，結(jié)合產(chǎn)品及副產(chǎn)品的固定產(chǎn)出比例關(guān)系，精確估算生產(chǎn)啟動所需的原料總量，并明確半成品、主副產(chǎn)品的數(shù)量，以及生產(chǎn)過程中的損耗率與組成特性。這些數(shù)據(jù)為后續(xù)的熱量平衡計算、技術(shù)方案評估、設(shè)備選型與布局設(shè)計奠定了重要的計算基礎(chǔ)。材料平衡分析以質(zhì)量守恒定律為理論依據(jù)，對系統(tǒng)內(nèi)的物料輸入、輸出及反應(yīng)過程進行全面的定量與定性核算。其基本原理可表述為：系統(tǒng)內(nèi)的總質(zhì)量等于流入系統(tǒng)的質(zhì)量、流出系統(tǒng)的質(zhì)量，以及反應(yīng)生成和消耗質(zhì)量的總和。假設(shè)系統(tǒng)無泄漏，則有：dF當系統(tǒng)無化學反應(yīng)發(fā)生時，則有：dF在穩(wěn)定狀態(tài)下，則有：dF5.2水合加氫精制工段物料平衡表5-1加氫工段物料平衡表項目單位進料出料3-羥基丙醛進料氫氣進料循環(huán)氫氣進料1,3-丙二醇出料3-羥基丙醛出料廢氣出料1,3-丙二醇出料流股編號—01130204LOOP20214021502160217相態(tài)—汽相汽相汽相液相液相汽相液相溫度℃32.5969252558.324251.23458.324213.845壓力bar0.51501質(zhì)量汽相分率—1110010質(zhì)量流量kg/h303.52381.756586.7503293.836529.3930.7732947.287水kg/h5.38500.24666.2985.107E-450.03476.222E-10丙烯醛kg/h298.12004.32494.2631.031E-520.3505.879E-133-羥基丙醛kg/h1.122E-3400.008120.000826316.3444.362E-090.000816丁酸異丁酯kg/h005.017E-063.224E-4265.0011.533E-490低聚異麥芽糖kg/h5.706E-1900.086292.1319.7E-200.01114二聚吲哚kg/h3.013E-6002.106E-051.905E-38145.3791.320E-450氫氣kg/h0.01881.756581.9220.009266.32E-1400.3551.765E-48純堿kg/h2.343E-060000001,3-丙二醇kg/h000.008883010.5512.6690.004172946.992丙酮kg/h000.15430.58271.771E-380.01705.546E-08總計kg/h972.0296771.289第六章能量衡算6.1丙烯醛水合精制工段物料衡算6.1.1塔設(shè)備能量衡算（1）T0201表6-1流股焓值信息表單位進料出料摩爾流量kmol/hr51.9946.015.800.18質(zhì)量流量kg/hr3824.003293.84529.390.77焓kW-6682.56-5644.78-877.51-0.25表6-2能量平衡計算表W/kWQ/KwHin/kWHout/kW0160.02-6682.56-6522.54（2）T0202表6-3流股焓值信息表單位進料出料摩爾流量kmol/hr46.0138.737.28質(zhì)量流量kg/hr3293.842947.29346.55焓kW-5644.78-4747.05-446.18表6-4能量平衡計算表W/kWQ/kWHin/kWHout/kW0.00451.55-5644.78-5193.236.1.2其他設(shè)備能量衡算（1）Y0201表6-5流股焓值信息表單位進料出料摩爾流量kmol/hr51.9951.99質(zhì)量流量kg/hr3824.003824.00焓kW-6682.56-6682.56表6-6能量平衡計算表W/kWQ/kWHin/kWHout/kW0.000.00-6682.56-6682.56第七章設(shè)備設(shè)計計算和選型7.1塔設(shè)備選型本過程對非標準設(shè)備進行設(shè)計下面以PDO粗分塔T0201為例進行說明。7.1.1塔設(shè)備簡介塔設(shè)備是物質(zhì)進行傳質(zhì)過程的主要設(shè)備之一，依據(jù)傳質(zhì)機理，從生產(chǎn)能力，分離效率，塔壓降，操作彈性，操作便利性，結(jié)構(gòu)，制造及造價等等方面分析，板式塔[12]與填料塔化工分離領(lǐng)域各有優(yōu)劣。填料塔內(nèi)部填充散裝或規(guī)整填料，氣液在填料層充分接觸，比表面積大、傳質(zhì)效率高，適合難分離物系與熱敏性物料；但其操作彈性較小，氣液負荷大幅變動時易引發(fā)液泛、溝流等問題，且填料安裝更換較為復(fù)雜。板式塔由多層帶有篩孔、浮閥等開孔的塔板構(gòu)成，氣液呈階梯式接觸傳質(zhì)，雖傳質(zhì)效率相對遜色，但操作彈性良好，可承受較大范圍內(nèi)的氣液負荷波動，不易液泛；同時，塔板安裝檢修便捷，維護成本較低，氣體通過塔板的壓降雖偏高，但在部分對壓降要求不苛刻的工況下仍能滿足需求。綜合考慮選擇板式塔更為合適，該項目處理量較大，需要設(shè)備具有較大的操作彈性來適應(yīng)生產(chǎn)過程中的波動，板式塔能夠更好地滿足這一要求。雖然板式塔的傳質(zhì)效率略低于填料塔，但通過合理設(shè)計塔板結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)，可以提高傳質(zhì)效果，滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求。此外，板式塔的安裝和維護相對簡單，能夠降低設(shè)備的運行成本和維護難度，有利于長期穩(wěn)定運行。7.2.工作性質(zhì)T0201是PDO粗分塔，通過Aspen模擬優(yōu)化，得到T0201進、出口流股信息如下表所示：表7-1T0201PDO粗分塔流股信息項目單位物流進料塔頂出料塔底出料溫度℃50.02106.2070.44壓力kPa160.0162.0147.0MassFlowsH2Okg/hr66.33310.0345.1E-45ACRkg/hr94.61370.351.031E-52HPAkg/hr316.3444.36E-09316.344C8H16O2kg/hr651.532E-4965DIMACRkg/hr92.140.0119.69E-20DIMHPAkg/hr145.37861.32E-45145.378H2kg/hr0.364670.3556.31E-140AHkg/hr000PDOkg/hr3013.220.00412.6688ACEkg/hr30.59880.0171.77E-38MassFractionsH2O0.0173460.044939.646E-48ACR0.024740.453331.948E-55HPA0.082725.6448E-090.5975C8H16O20.01691.983E-490.1227DIMACR0.0240.0143181.8322E-22DIMHPA0.0381.7E-450.2746H29.536E-050.4591.19E-142AH000PDO0.78790.005390.005ACE0.0080.0223.345E-417.2.3設(shè)計溫度與設(shè)計壓力根據(jù)GB150-2011標準要求，壓力容器操作壓力以容器頂部氣相壓力為準。就T0201設(shè)備來說，其頂部氣體壓力為150.0kPa，考慮到安全防護，塔頂設(shè)置防爆閥，按照規(guī)范其設(shè)計壓力應(yīng)控制在正常操作壓力的1.05-1.1倍區(qū)間。經(jīng)計算，理論設(shè)計壓力p=1.1×150kPa=165kPa。為確保安全裕度，本設(shè)計最終選取175kPa作為設(shè)計壓力，該數(shù)值既高于安全閥根部壓力，也大于塔釜出料壓力，滿足設(shè)計規(guī)范要求。在溫度參數(shù)設(shè)定方面，塔頂操作溫度為223.224℃，系統(tǒng)運行過程中最熱點溫度達251.234℃。依據(jù)設(shè)計準則，設(shè)計溫度需高于操作溫度15-30℃，因此確定設(shè)備設(shè)計溫度為280℃。設(shè)備塔身材料選用S30408不銹鋼材質(zhì)，以滿足工藝條件下的耐腐蝕及強度要求。7.2.4理論板數(shù)與進料板由Aspen模擬出的理論板數(shù)為83塊，理論進料板位置為第50塊。圖7-2理論板數(shù)圖7-3進料板7.2.4設(shè)計條件匯總表表7-4設(shè)計條件匯總表設(shè)計溫度/℃280設(shè)計壓力/kPa175理論板數(shù)83加料位置50塔型篩板塔材料S304087.3結(jié)構(gòu)設(shè)計7.3.1塔直徑和塔板間距塔徑的確定是化工設(shè)備設(shè)計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其尺寸規(guī)劃需緊密結(jié)合待處理的液體與氣體流量，并綜合考慮塔體的操作條件。這一條件需滿足雙重要求：既需避免液泛現(xiàn)象的發(fā)生，又要確保塔內(nèi)氣液兩相具備優(yōu)良的傳質(zhì)效果。在傳統(tǒng)設(shè)計方法中，塔徑的計算通常遵循以下步驟：首先依據(jù)液泛氣速經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式，精確求解出液泛臨界點的氣體流速；隨后，通過引入合適的安全系數(shù)對該流速進行調(diào)整，從而確定實際操作氣速；最終，以此為基礎(chǔ)，經(jīng)嚴謹計算得出適配的塔體直徑。為提高設(shè)計的效率和精度，在AspenPlusRadfrac模塊使用Interactivesizing和Rating功能，先用Interactivesizing進行初設(shè)，然后圓整后使用Rating功能。為使填料層能力因子在0.4~0.8之間，考慮該塔塔徑較小，無變徑的必要，因此，上、下塔的塔徑統(tǒng)一圓整為2.5m，同時將下階段塔板間距圓整到0.5m，降液管底隙圓整180mm,滿足降液管液位高度與板間距在0.2~0.5之內(nèi)。通過上述水力學[13]演算及圓整的結(jié)果可判定塔的直徑為2.5m7.3.2塔頂空間設(shè)計在塔設(shè)備設(shè)計中，塔頂預(yù)留一定空間高度具有多重功能。其一，為液體分布器的安裝調(diào)試提供必要空間，確保設(shè)備安裝與檢修的操作便利性；其二，滿足手孔開設(shè)需求，便于設(shè)備維護與檢查；其三，通過延長氣體停留時間，促使氣相中攜帶的液滴自然沉降分離，有效降低氣液夾帶現(xiàn)象。通常情況下，塔頂空間高度取值范圍為1.0-1.5m，結(jié)合本項目具體工況與設(shè)備參數(shù)，最終將塔頂空間高度確定為1m。同時，在塔頂空間位置設(shè)置直徑450mm的人孔，以滿足設(shè)備日常維護與檢修的實際需要。7.3.3塔底空間設(shè)計為防止塔底料液排空，應(yīng)該保留塔底至少10~15min的儲量，如果塔底出料多可酌情少留，為2~5min儲量。根據(jù)Aspen模型的得出的數(shù)據(jù)，可以得知，塔底出料是0.281m3/min，已知塔直徑2.5m，應(yīng)考慮如何設(shè)置接收液體的裝置和手孔位置。所以選擇HB=1m。塔底空間開設(shè)直徑為450mm的人孔。7.3.4人孔依據(jù)化工設(shè)備設(shè)計規(guī)范，當塔體直徑達2.5米（顯著超過900毫米標準）時，需設(shè)置人孔結(jié)構(gòu)，常規(guī)人孔直徑應(yīng)大于400毫米。本項目塔器設(shè)計壓力為50kPa，根據(jù)《HG/T21516-2005》標準，選用回轉(zhuǎn)蓋板式平焊法蘭人孔B(600-0.6)型。為兼顧安裝與檢修便利性，采取每間隔八塊塔板設(shè)置一個人孔的方案，人孔內(nèi)徑確定為450毫米，全塔（不含塔頂、塔底）共計布置9處檢修人孔，設(shè)置人孔位置的塔板間距統(tǒng)一設(shè)定為800毫米，人孔開設(shè)的總高度為800mm。7.3.5設(shè)備筒體壁厚計算圓筒計算厚度：δ式中：Pc—計算壓力，在液柱低時，可認為與設(shè)計壓力P近似相等；Di—筒體內(nèi)徑0.7m；σt—材料在設(shè)計溫度下許用應(yīng)力，選材為S30408，為137采用雙面焊對接接頭[14]及無損檢測的長度比例為100%，φ為1；從而δcδ由于塔設(shè)備材料選用S30408，屬于高合金鋼，根據(jù)GB150規(guī)定，高合金鋼制容器殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度一般不應(yīng)小于2mm，則取δc=4取壁厚負偏差C1=0.3mm，腐蝕裕量C2=2mm，因此δ向上圓整得名義厚度為7mm，SW6校核后，確定設(shè)備筒體厚度為7mm可行。7.3.6封頭設(shè)計半球形封頭受力、開孔受力最好，但是半球形封頭構(gòu)造較復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，從經(jīng)濟效益來看不劃算。因此采用次之于球形封頭的受力的標準橢圓型封頭。（1）上封頭采用的材料與筒體相同為S30408，公稱直徑DN=2500mm。查閱GB/T25198-2010后得到：公稱直徑為2500mm的封頭。曲邊高度h1=0.25D，直邊高度h2=40mm，封頭高度：H計算厚度：δ式中：Pc—計算壓力，在液柱低時，可認為與設(shè)計壓力P近似相等；Di—筒體內(nèi)徑0.7m；σt—材料在設(shè)計溫度下許用應(yīng)力，選材為S30408，為137采用雙面焊對接接頭及無損檢測的長度比例為100%，φ為1；從而δcδ考慮到塔設(shè)備材料選用S30408，其材質(zhì)為高合金鋼，根據(jù)GB150規(guī)定，高合金鋼制容器殼體加工成形后不包括腐蝕裕量的最小厚度一般不應(yīng)小于2mm，故取δc=4取壁厚負偏差C1=0.3mm，腐蝕裕量C2=2mm，因此δ向上圓整得名義厚度為7mm，SW6校核后，確定封頭厚度為7mm可行。（2）下封頭下封頭同理，高度665mm，名義厚度7mm，SW6校核后，確定封頭厚度為7mm可行。7.4設(shè)計匯總表7-5PDO粗分塔T0201設(shè)計結(jié)果匯總表設(shè)計壓力/MPa0.175設(shè)計溫度/℃280塔直徑/mm2500塔板類型篩板塔實際板數(shù)(總)83理論加料版50筒體高度/m42.7殼體材料S30408塔總高/m48.03塔板間距/m0.5篩孔直徑/mm12.7篩孔個數(shù)3046降液管底隙/mm180溢流堰堰長/m1.85m人孔數(shù)目9人孔直徑/mm450降液管類型弓形降液管封頭壁厚/mm10塔筒體壁厚/mm10裙座厚度/mm20地腳螺栓公稱直徑76mm地腳螺栓個數(shù)8第八章車間布置設(shè)計8.1設(shè)備布置化工廠設(shè)備布置需因地制宜、因需而定。在寒冷地區(qū)，或當生產(chǎn)工藝、設(shè)備運行存在特殊要求時，設(shè)備應(yīng)優(yōu)先安置于室內(nèi)，以保障其穩(wěn)定運行。常規(guī)情形下，多采用室內(nèi)與露天相結(jié)合的布置方式。而在場地條件充裕、技術(shù)可行且安全達標的前提下，應(yīng)通過采取完善的防護措施，如設(shè)置防雨棚、防風圍擋、防腐涂層等，盡可能擴大露天聯(lián)合布置的范圍，以此實現(xiàn)空間高效利用，降低建設(shè)成本，提升生產(chǎn)管理效率。8.2塔應(yīng)以塔為中心，把與塔有關(guān)的設(shè)備如中間槽、冷凝器[15]、回流泵、進料泵等就近布置，盡量做到流程順、管線短、占地少、操作維修方便。在工業(yè)生產(chǎn)中，塔的布局與安裝是確保流程順暢及操作便利的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。首先，應(yīng)優(yōu)先考慮生產(chǎn)流程的合理性，盡量減少物料輸送距離，從而提高工作效率。同時，管道配置與維修區(qū)域同樣不可忽視，良好的管道布局不僅能夠降低壓頭損失，還能為后期的維護保養(yǎng)提供便利。在安裝方式上，裙座式立地安裝被廣泛采用，其設(shè)計應(yīng)充分考慮塔的高度，以便于后續(xù)的操作與檢修。在成組布置的情況下，各塔之間的間距、操作平臺的設(shè)計以及維修區(qū)域的合理安排尤為重要，這些因素直接影響設(shè)備的使用效率和操作安全。通過對塔的設(shè)計與布置進行系統(tǒng)性考慮，可以有效提升生產(chǎn)效率，降低維護成本，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。因此，在塔的布局與安裝過程中，必須綜合考慮上述多個因素，以確保設(shè)備的高效運行與維護的便利性。在化工流程中，再沸器與塔的布置設(shè)計直接影響設(shè)備的運行效率與安全性。首先，再沸器的位置需確保其與塔體之間的熱量傳遞效果達到最佳，通常建議將再沸器設(shè)置在塔的下部，以便于高溫蒸汽的回流及再加熱。此外，塔頂冷凝器回流罐不僅需要保證冷凝液的順利回流，還需考慮其與塔體的連接方式，以保證流體的暢通流動。8.3泵和壓縮機泵組布局間距設(shè)置需依據(jù)泵體規(guī)格靈活確定。單排布置時，相鄰泵體間距離控制在0.7米以內(nèi)；采用雙排布置方式時，兩排泵電機端部間距不得小于2米，以此保障設(shè)備運行安全與檢修操作空間。同時，每臺泵與墻體之間需預(yù)留至少0.7米的凈空距離，確保人員通行與設(shè)備維護通道暢通。在成排泵的管道安裝方面，要求配管及閥門保持直線排列，避免管道在泵體及電機上方交叉跨越，既便于日常巡檢觀察，又能有效減少管道振動對設(shè)備運行的影響。設(shè)計的壓縮機[16]還要考慮隔振性能，并與廠房的基礎(chǔ)需保持一定的獨立性。8.4換熱器在規(guī)劃設(shè)備布局時，需明確支座等安裝結(jié)構(gòu)細節(jié)與管口朝向。若實際操作有需求，可在不影響工藝流程和技術(shù)標準的情況下，對換熱器規(guī)格及安裝方式進行適度優(yōu)化。換熱器的安裝位置應(yīng)嚴格遵循工藝流程順序，同時以縮短管線長度為原則，具體安裝點位需綜合考量周邊設(shè)備布局情況，確保整體布局緊湊合理、運行高效。通常換熱器是成組布置的，臥式換熱器并排放置時也能疊放在一起使用，不管是獨立的，大小不同的換熱器都可以疊在一起。除此之外，采用這種布置方法還可以節(jié)省空間以及共用管道系統(tǒng)。兩個換熱器外殼之間有配管[17]，但無操作要求時其最小間距為750mm。換熱器與塔和立式容器之間應(yīng)預(yù)留寬度不小于1米的通道，便于人員通行和設(shè)備維護。當兩臺換熱器之間無需安裝管道時，二者的最小間距可設(shè)為600毫米。此外，無論是換熱器相互之間，還是換熱器與其他設(shè)備之間，水平間距一般要求達到1米；若受場地空間限制，該間距也不得低于0.6米，從而確保設(shè)備運行安全及檢修操作的可行性。第九章環(huán)境保護9.1安全生產(chǎn)堅持以安全第一、預(yù)防為主的發(fā)展理念，促進化工工業(yè)的發(fā)展，本設(shè)計核心采用先進、科學可靠的生產(chǎn)工藝，并堅持國家及行業(yè)相應(yīng)的法律法規(guī)，以提高技術(shù)裝備水平，加強對三廢的治理[18]、減少對環(huán)境的污染，確保生產(chǎn)安全，保障工人身體健康，保護生態(tài)的平衡[19]，加強企業(yè)管理和職工素質(zhì)，做到文明安全生產(chǎn)。（1）工業(yè)毒物表9-1涉及物質(zhì)毒性一覽表化學品名稱毒性級別丙烯醛高毒性質(zhì)1,3-丙二醇輕度毒性丁酸異丁酯輕度毒性環(huán)氧乙烷中度毒性（2）燃燒與爆炸本廠涉及的物質(zhì)大部分均具有易爆易燃的特點，所以本廠的防火防爆[20]是安全重點。（3）噪聲工業(yè)噪聲[21]是噪聲污染的主要來源?？刂圃肼曃廴镜母就緩绞墙档蜋C器本身的噪聲。同時也可用隔聲、隔震、消聲法控制噪聲污染，這種污染沒有時間長性的，當噪聲源停止時，噪聲污染也會消失，其危害是一個緩慢而間接性的傷害，不會產(chǎn)生致命影響，主要是導(dǎo)致聽力下降，引發(fā)心血管、腸胃疾病、神經(jīng)系統(tǒng)等問題。此外，噪聲影響休息，影響睡眠，降低工作效率，高強度噪聲能引起建筑物結(jié)構(gòu)和設(shè)備的損壞。（4）腐蝕這種破壞或變質(zhì)可由化學、生物、物理或電化學等作用引起，腐蝕主要分為化學腐蝕和電化學腐蝕[22]。9.2工業(yè)衛(wèi)生表9-2車間衛(wèi)生特征分級衛(wèi)生特征1級2級3級4級有毒物質(zhì)極易經(jīng)皮膚吸收而引起中毒的劇毒物質(zhì)（苯、甲苯等）易經(jīng)皮膚吸收或高腐蝕物質(zhì)（如環(huán)丁砜等）其他毒物不接觸有毒物質(zhì)或粉塵、不污染或輕度污染身體（如儀表、金屬冷加工、機械加工等）粉塵/嚴重污染全身或?qū)ζつw有刺激的粉塵（如炭黑、玻璃棉等）一般粉塵（如棉塵）/其他處理傳染性材料、動物原料（如皮毛等）高溫作業(yè)、井下作業(yè)重作業(yè)/9.3處理措施表9-3廢水排放一覽表序號裝置或設(shè)施名稱排放源廢水名稱溫度/℃壓力/bar排放量(t/a)污染物組成處理方法排放去向排放特征名稱濃度/(mg/L)工藝流股質(zhì)量分數(shù)/%1丙烯醛水合反應(yīng)器塔頂采出放空含丙烯醛、3-羥基丙醛廢液5011078.032水—96.35燃燒處理送至高青縣常家污水處理廠連續(xù)排放/間歇處理丙烯醛—1.453-羥基丙醛—2.1923-羥基丙醛粗分塔塔頂采出放空含3-羥基丙醛廢液99.8811025.976水—97.72燃燒處理送至高青縣常家污水處理廠連續(xù)排放/間歇處理3-羥基丙醛—2.16二聚吲哚—0.0453丙烯醛原料預(yù)熱器塔頂采出放空含3-羥基丙醛廢液81.430.578.432水—99.62燃燒處理送至高青縣常家污水處理廠連續(xù)排放/間歇處理3-羥基丙醛—0.34低聚異麥芽糖—0.044循環(huán)丙烯醛冷卻器塔頂采出放空含丙烯醛廢液250.5980.76水—98.79燃燒處理送往總廠污水處理系統(tǒng)連續(xù)排放/間歇處理丙烯醛—1.173-羥基丙醛—0.031低聚異麥芽糖—0.0125循環(huán)水換熱器采出放空含丙烯醛、3-羥基丙醛廢液80.7870.5963.048水—99.93燃燒處理送往總廠污水處理系統(tǒng)連續(xù)排放/間歇處理丙烯醛—0.0273-羥基丙醛—0.031低聚異麥芽糖—0.012表9-4廢氣排放組成表序號氣體污染源名稱組成摩爾組成/％排放特性排放體積流量/（m3/h）排放源排放去向處理方法溫度/℃壓力/kPa排放特征1丙烯醛水合工段原料回收塔回流罐水4.5229.5150連續(xù)337.184丙烯醛水合工段原料回收塔回流罐經(jīng)水洗后送往總廠廢氣處理系統(tǒng)低溫冷凝回收處理丙烯醛后燃燒丙烯醛80.63氫氣14.85表9-5廢固排放量表序號廢渣名稱成分排放特征年均排放數(shù)量排放源廢固去向處理方法溫度壓力/kPa排放方式1生產(chǎn)包裝物塑料包裝物等常溫101.325間歇排放80t/a倉庫區(qū)送資質(zhì)單位處理焚燒法處理2生活垃圾常見生活垃圾常溫101.325間歇排放10t/a行政區(qū)送垃圾處理站處理堆肥法處理9.3.1廢水本項目的工藝廢液中，丙烯醛水合反應(yīng)器、3-羥基丙醛粗分塔、丙烯醛原料預(yù)熱器、循環(huán)丙烯醛冷卻器和循環(huán)水換熱器五個部分的廢液中均為有機物，回收經(jīng)濟效益低，因此考慮將該部分廢液儲存于廢液儲罐中，經(jīng)一定預(yù)處理后，定期運輸至高青縣常家污水處理廠，實現(xiàn)能源化利用。圖9-6燃燒流程圖9.3.2廢氣因在丙烯醛水合工段，原料回收塔回流罐排出的廢氣流量較大，超過100立方米每小時，并且其中丙烯醛濃度偏高，需要對這些廢氣加以回收利用。一般通過低溫換熱器或冷凝器進行處理，將氣體溫度降至丙烯醛沸點以下，促使其冷凝成液態(tài)。接著，采用蒸餾、吸附或溶劑萃取等分離技術(shù)，對冷凝后的液態(tài)混合物進行分離提純。項目配備兩臺10噸/時的蒸汽鍋爐，鍋爐煙氣的主要污染物為煙塵和二氧化硫。煙氣經(jīng)干濕兩級除塵器處理，除塵效率達到97%。處理后，煙塵排放濃度為133毫克每標準立方米，二氧化硫排放濃度為331毫克每標準立方米。最后，通過45米高的磚煙囪排放至大氣。本項目涉及的主要原料和產(chǎn)物多為揮發(fā)性有機物。隨著設(shè)備長時間運行，受設(shè)備老化和物料腐蝕的影響，管道、閥門等部件可能會出現(xiàn)不同程度的泄漏問題。目前，國內(nèi)多數(shù)化工園區(qū)都采用密閉式生產(chǎn)工藝。然而，由于廢氣無組織排放情況加劇，不僅導(dǎo)致化工園區(qū)異味明顯，還造成大量物料損失。因此，開展氣體泄漏監(jiān)測與分析工作十分必要。9.3.3廢固該項目的原料及產(chǎn)品均為氣態(tài)或者液態(tài)，催化劑在工藝流中是以液體形式存在，故最主要的廢物是生活垃圾。工廠內(nèi)部的產(chǎn)品包裝材料具有一定腐蝕成分和有害成分，會把工廠內(nèi)部的產(chǎn)品包裝廢品交由具有資質(zhì)的專業(yè)性機構(gòu)進行無害化處理。其主要的方法是燃燒法，通常用焚燒的方法去焚燒此類產(chǎn)品包裝材料。焚燒是通過一個高溫燃燒的方式來處理能夠燃燒或者惰性的殘存物，殘存物燃燒不充分的部分能夠充當填充物，焚燒的過程中也會造成空氣污染，焚燒過程中的尾氣會產(chǎn)生空氣污染，如氯化氫、硫酸鹽、氮氧化合物等有害氣體，則需要對焚燒后的煙霧進行二次處理。對一般廢棄物采取袋裝管理的方式，在固定的位置密封，及時清理運輸?shù)嚼幚韽S。垃圾處理廠一般會選擇堆肥處理的方式。堆肥處理主要針對的是有機垃圾，操作的基本原理是借助微生物對垃圾中有機物的生物降解處理作用，同時在較高溫度環(huán)境中實現(xiàn)處理的無害化及有機物生成的有機肥料處理作用。堆肥處理技術(shù)的優(yōu)點是投資成本低，易于實現(xiàn)及管理，垃圾經(jīng)過堆肥處理后可以制成肥料進而實現(xiàn)二次利用的效果，經(jīng)處理的病原菌數(shù)量會顯著減少，并且經(jīng)過堆肥處理后的有機肥料的安全性也得到了確保。第十章安全與衛(wèi)生10.1生產(chǎn)過程的主要危險危險有害因素是勞動者在勞動生產(chǎn)過程中，一切造成人員人身傷害或身體健康損害的誘發(fā)因素，根據(jù)其性質(zhì)的不同，分有人、物、環(huán)境和管理四大危險有害因素類型。工程的主要有毒物質(zhì)為丙烯醛、氫氣、3-羥基丙醛、丁酸異丁酯，存儲、生產(chǎn)過程一旦出現(xiàn)錯誤或突發(fā)事故，就有可能將有毒物質(zhì)泄漏和噴濺，周圍空氣中的有毒物質(zhì)達到極限，就導(dǎo)致中毒事故的發(fā)生，可經(jīng)呼吸道、吞入、接觸等方式進入人體引起機體不同程度的傷害。10.2重大危險源物質(zhì)辨識與分析該項目包含了大量有火災(zāi)、爆炸危險性的物質(zhì)，例如易燃易爆物品、腐化劑、化學品有毒物質(zhì)等，特別是能與大氣氧起化學反應(yīng)生成可燃氣體的易燃易爆物，這些物質(zhì)極易受溫度、火焰的加熱、熱輻射等作用而燃燒或爆炸，此外，還有些腐化劑除了對人體的危害外，還會腐蝕管線使管線破裂并泄漏出其中物質(zhì)，有些有毒化學品一旦被亂用將對人的健康和環(huán)境造成毀滅性破壞。對這些存在較大安全隱患的物質(zhì)進行綜合、深度的研究顯得尤為必要。如表所示，為該工藝流程危險物料主要危險性的分析結(jié)果：表10-1危險化學品易燃物質(zhì)辨別結(jié)果危險物熔點/℃沸點/℃閃點/℃爆炸極限%（V/V）可燃等級下限上限丙烯醛52.552.5-26空氣中2.8空氣中31易燃氣體1,3-丙二醇-27210～21479無資料無資料易燃液體水0.010012無資料無資料不易燃液體3-羥基丙醛無資料約168.2°C（在760mmHg下）61.8無資料無資料易燃液體氫氣-259.2-252.8無資料74.14.1易燃液體丁酸異丁酯-80.6157-158377.590.96易燃固體低聚異麥芽糖155-160774.5±60.0288.9±26.4無資料無資料易燃液體二聚吲哚167230°C(Press:0.01Torr)232.5無資料無資料易燃液體純堿851無資料無資料無資料無資料易燃液體丙酮-94.656.5-2013.02.5易燃液體燃燒和爆炸事故是由爆炸性混合物[23]引起的，若以上可燃氣體從工藝設(shè)備、管線泄漏到空氣中，遇到明火會造成爆炸事故。生產(chǎn)過程中設(shè)計以上物料的裝置，生產(chǎn)危險性較大，生產(chǎn)類別為大多屬甲類，屬爆炸危險區(qū)域2區(qū)，為嚴重危險級建構(gòu)筑物[24]。

第十一章投資估算及經(jīng)濟分析11.1投資分析表11-1項目總投資匯總表序號項目價格/萬元1建設(shè)投資14568.17*1.1*固定資產(chǎn)10499.32*1.2*無形資產(chǎn)175.50*1.3*遞延資產(chǎn)2568.973*1.4*預(yù)備費用1324.3792建設(shè)期利息73.933催化劑首次購置費用2234.304流動資金1748.18合計145674.411.2靜態(tài)投資回收期項目投資現(xiàn)金流量表中累計凈現(xiàn)金流量由負值變?yōu)榱愕臅r點，即為項目的靜態(tài)投資回收期。應(yīng)按下式計算：P式中，T為各年累計凈現(xiàn)金流量首次為正值或零的年數(shù)。故靜態(tài)投資回收期（所得稅后）為：Pt小于化工企業(yè)標準的14年。11.3動態(tài)投資回收期考慮到折現(xiàn)率之后的投資回收期，計算方式同靜態(tài)投資回收期。項目的動態(tài)投資回收期為：Pt11.4成本及費用估算表11-2成本和費用估算表項目估算成本/萬元占生產(chǎn)成本比例/%原材料及輔助費9556.7754.53燃料動力費71