PAGE4年產(chǎn)10萬噸無水乙醇生產(chǎn)工藝設(shè)計摘要本次工藝設(shè)計的產(chǎn)品無水乙醇是一種的基本化工原料，被廣泛應(yīng)用于化工的很多方面，制造很多化工產(chǎn)品都需要乙醇的參與，例如生產(chǎn)乙胺，氯乙烷，乙酸，乙酸乙酯等。同時，乙醇也能用來制備許多醫(yī)藥品的化學(xué)中間體，更是融入了我們生活的方方面面許多化學(xué)產(chǎn)品中。所以無水乙醇擁有廣闊的應(yīng)用前景和優(yōu)異的化學(xué)性能。本次我設(shè)計的年產(chǎn)十萬噸無水乙醇的工藝設(shè)計中，我通過查閱國內(nèi)外相關(guān)的資料，對比了許多乙醇生產(chǎn)方法之后，本次工藝設(shè)計中我決定用乙烯直接水合法，來制備乙醇。乙烯直接水合法制備乙醇具有原料乙烯豐富，成本低廉，且在工藝生產(chǎn)的過程中不用去考慮反應(yīng)過程中會產(chǎn)生廢酸需要治理的難題，相較于其他生產(chǎn)方法，減少了很多環(huán)境污染的同時也降低了工藝成本，提高了整體經(jīng)濟(jì)效益。本次設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求并查閱了相關(guān)參考文獻(xiàn)之后，確定了工藝路線，然后進(jìn)行了工藝設(shè)計的物料衡算，熱量衡算，設(shè)備的選型和經(jīng)濟(jì)效益評價等。最后根據(jù)工藝設(shè)計中的設(shè)備選型繪制了車間布置圖和工藝流程圖。關(guān)鍵詞:無水乙醇乙烯水合設(shè)備目錄1緒論無水乙醇也被人們叫做無水酒精，是一種很重要的有機(jī)溶劑，廣泛的被應(yīng)用于涂料，化妝品，醫(yī)藥，油脂等很多方面。同時它也是一種基礎(chǔ)化工原料，很多化工產(chǎn)品的生產(chǎn)都離不開乙醇，也可以制造很多醫(yī)藥中間體，合成橡膠，洗滌劑等產(chǎn)品的衍生產(chǎn)品。我們生活中常見的消毒劑就是百分之75的乙醇水溶液。乙醇的用途非常廣泛，應(yīng)用前景十分廣闊。有很大的生產(chǎn)研究價值[1]。本次設(shè)計擬采用乙烯直接水合法制取無水乙醇。乙烯直接水合法制取乙醇的原料來源豐富，且最大的優(yōu)點(diǎn)是不用考慮生產(chǎn)中產(chǎn)生廢酸導(dǎo)致的環(huán)境治理問題，環(huán)境污染會比其他方法小很多，從而間接的降低了工藝成本，提高了整體的工藝效益。但是缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)化率低，絕大多數(shù)乙烯需要循環(huán)使用。如何實現(xiàn)乙烯的循環(huán)有效利用，也是本次工藝設(shè)計中的一個需要思考的問題。2產(chǎn)品說明2.1產(chǎn)品名稱無水乙醇2.2無水乙醇的性質(zhì)無水乙醇是一種我們生活中很常見的無色透明液體。它有葡萄酒的味道和辛辣的味道，無色，易燃，易揮發(fā)。可以溶于水、甲醇和氯仿中。能溶解于很多種有機(jī)化合物中，也能溶解于少數(shù)的幾種無機(jī)化合物中，具有較好的吸濕性?？梢愿纬晒卜谢旌衔铩?.3產(chǎn)品的常見用途本次工藝設(shè)計的產(chǎn)品是一種十分重要的有機(jī)溶劑，它也是一個很常見的化工基礎(chǔ)原料，可以用來生產(chǎn)很多化學(xué)品，具有很廣泛的應(yīng)用前景。同時，乙醇也能用來制備許多醫(yī)藥品的化學(xué)中間體，更是融入了我們生活的方方面面許多化學(xué)產(chǎn)品中。目前，乙醇已被廣泛使用于制取醋酸、香精、飲料、燃料、染料等。目前已經(jīng)有一些國家開始使用乙醇做汽車燃料，實驗表明，乙醇做為汽車燃料或作為汽車燃料添加劑不僅更節(jié)省資源，還比傳統(tǒng)的石油燃料更加清潔，減少了很多環(huán)境污染方面的問題，但是乙醇汽車燃料的一些難題還需要專家們攻克。在我們的平時生活中，體積分?jǐn)?shù)為70%-75%的乙醇也常用作醫(yī)療消毒劑，被廣泛的應(yīng)用于醫(yī)療保健、國防工業(yè)、有機(jī)合成、食品工業(yè)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[2]等很多方面。是一種很常見的，融入我們生活方方面面的化學(xué)品。3無水乙醇生產(chǎn)現(xiàn)狀3.1無水乙醇主要生產(chǎn)方法目前工業(yè)上生產(chǎn)無水乙醇的方法主要有這幾種。自然發(fā)酵法——利用微生物的代謝將糖類分解成乙醇。乙烯間接水合法——加熱硫酸鹽水解得到乙醇產(chǎn)品。3.2生產(chǎn)方法的比較1.自然發(fā)酵法:自然發(fā)酵法類似于以往的釀酒技術(shù)，即利用微生物的代謝將糖類分解成乙醇，在工業(yè)化不發(fā)達(dá)之前，這和方法一直是用來制取乙醇的主要方法。任何含有淀粉的農(nóng)產(chǎn)物都可以作為自然發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇的原料，比如我們常見的谷物、土豆或野生植物果實等，在長時間的自然發(fā)酵下，淀粉最終會分解出乙醇。自然發(fā)酵法的原料來源十分豐富，例如植物秸稈，纖維素木屑，時間久遠(yuǎn)的廢蜂蜜等，都能作為自然發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇的原料。這些原料經(jīng)過一定的預(yù)處理后、水解(以廢蜂蜜為原料不經(jīng)過這一步)、發(fā)酵，就可以制備乙醇，精餾可獲得95%的工業(yè)乙醇[8]。自然發(fā)酵法的優(yōu)點(diǎn)是原料豐富且成本較低，缺點(diǎn)是生產(chǎn)時間較長且產(chǎn)品濃度不高，隨著技術(shù)的發(fā)展逐漸被淘汰。2.乙烯間接水合法:乙烯間接水合法在一定條件下，將乙烯加入濃硫酸得到硫酸鹽，然后加熱硫酸鹽，就可以水解得到乙醇，但是會有副產(chǎn)物乙醚的生成。在原料乙烯的純度較低的情況下適用間接水合法。間接水合反應(yīng)條件溫和，轉(zhuǎn)化率高，但是容易腐蝕設(shè)備。3.乙烯直接水合法：該方法中的乙烯原料可大量的取自石油裂解氣，且市場上原料乙烯價格不高，整體工藝成本較低，產(chǎn)量十分高，節(jié)約大量糧食的同時也沒有工藝生產(chǎn)中廢酸治理的問題，環(huán)境污染相較于其他方法小很多。從美國殼牌公司直接水合法制無水乙醇實現(xiàn)工業(yè)化以后，各國陸續(xù)對直接水合法技術(shù)進(jìn)行了大量研究工作，在催化劑性能和水合工藝方面都有改進(jìn)和提高。50年代末，西德維巴化學(xué)公司進(jìn)一步改進(jìn)了催化劑，發(fā)展為自己的直接水合法技術(shù)。60年代，美國的伊斯曼-柯達(dá)公司在水合工藝上進(jìn)行了改進(jìn)，發(fā)展為伊斯曼-柯達(dá)技術(shù)。前蘇聯(lián)也選出了自己的催化劑，并建成了多套工業(yè)化裝置[4]。因此發(fā)展十分迅速，越來越多的工廠開始使用這種方法。本次工藝設(shè)計中選用的也是這種方法。3.3產(chǎn)品的分離方法工業(yè)上用來分離乙醇的分離方法有很多種，例如生石灰法，減壓蒸餾法，分子篩脫水法，淀粉吸附法，共沸蒸餾法，萃取蒸餾法，離子交換樹脂脫水法等[6]，其中，已經(jīng)實現(xiàn)大規(guī)模制備的方法包括萃取蒸餾、膜分離、分子篩脫水和共沸蒸餾[7]。3.4產(chǎn)品分離方法的比較3.4.1萃取精餾新型熱泵共沸蒸餾技術(shù)是由熱泵技術(shù)和共沸蒸餾技術(shù)有機(jī)結(jié)合而成，大大降低了生產(chǎn)能耗，是一項具有經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保等多種效益的技術(shù)，能夠降低熱對環(huán)境的污染，也是一種凈化生產(chǎn)技術(shù)。3.4.2分子篩脫水分子篩法可以得到體積分?jǐn)?shù)高達(dá)99.995%的乙醇。分子篩吸附法選擇一種惰性氣體加熱到200℃后左右反向通過分子篩層，這個過程中會消耗掉大量的能量來加熱惰性氣體，能量消耗巨大，而且對于制藥行業(yè)來說，分子篩吸附劑會在一定程度上污染乙醇，導(dǎo)致食品級和醫(yī)藥級乙醇的生產(chǎn)受到一定的限制。該分子篩具有吸水性強(qiáng)的特點(diǎn)，保證了分子篩在無水乙醇制備過程中的理論性能，具有凈化環(huán)境、休息時間長、自動化水平高、產(chǎn)品品質(zhì)好的長處，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。但存在的問題是分子篩吸附能力有限，再生過程能耗高。3.4.3膜分離Lee采用吹膜蒸餾技術(shù)分離異丙醇-水溶液，異丙醇的最大分離系數(shù)為10~25。膜蒸餾工藝可應(yīng)用于廢液中的乙醇，使用真空膜蒸餾技術(shù)可回收茶多酚-乙醇-廢水溶液中的乙醇，取得了良好的效果。浸透汽化制備無水乙醇是另一種新型膜分離技術(shù)。該方法主要由混合物中各組分的蒸氣壓差驅(qū)動，經(jīng)過膜中各組分溶解速率的不同完成混合物的分離，已普遍應(yīng)用于石油化工、環(huán)保、醫(yī)藥等諸多范圍。到目前為止，滲透蒸發(fā)膜法可以制備99.9%的無水乙醇，并建立了生產(chǎn)規(guī)模裝置，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)[8]。3.4.4共沸精餾利用帶水劑形成最低共沸物，該方法可連續(xù)生產(chǎn)且產(chǎn)量較大。共沸精餾法生產(chǎn)無水乙醇的工藝中，我們常用的帶水劑有苯、環(huán)己烷、戊烷等幾種。苯是傳統(tǒng)的帶水劑，工藝成熟，但由于苯毒性大，不能用于生產(chǎn)化妝品、醫(yī)藥、國防用的無水乙醇[9]。盡管以前的無水乙醇制備措施各有優(yōu)劣，應(yīng)用廣泛，但在常壓下不能制備出無水乙醇。共沸蒸餾通常在常壓下使用。該方法將夾帶劑加入乙醇水中進(jìn)行精餾，比較常見的夾帶劑包括苯、正己烷、乙二醇、環(huán)己烷、氯仿、乙酸乙酯等，夾帶劑與乙醇水中的乙醇和水構(gòu)成三元共沸物，能夠提取出高純度的乙醇。以正己烷為夾帶劑為例，在乙醇-水溶液中放入正己烷，就會形成各種共沸物。一方面乙醇一水一正己烷三者形成一個三元共沸物，另一方面它們兩兩之間又形成三個二元共沸物[8]。4設(shè)計工藝路線4.1工藝方法的選擇自然發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇太過古老，雖然以前普遍在使用。但是隨著技術(shù)的高速發(fā)展，乙烯水合法制取乙醇正在取代自然發(fā)酵法。以農(nóng)產(chǎn)品為原料的發(fā)酵法耗費(fèi)食糧過多，資本高，已逐步被淘汰。雖然農(nóng)產(chǎn)品和野生植物的種類和數(shù)量很多，但可以用來生產(chǎn)酒精的原料并不多。即便作為酒精的原料，它們的收集和運(yùn)輸也是難以處理的難題。間接法的主要長處是粗乙烯濃度范圍寬、能耗低，因此比較適用于電力緊缺、硫酸來源豐富的地區(qū)。但是間接法也有一個主要缺點(diǎn)就它是需要使用硫酸作為介質(zhì)，不僅會消耗大量的濃硫酸，而且整個過程中還會腐蝕設(shè)備，減少設(shè)備壽命，間接增加了成本。與間接法相比，直接法不耗費(fèi)硫酸，工藝流程更簡略，產(chǎn)品成本和生產(chǎn)成本更低，經(jīng)濟(jì)效益更高。然而，直接法的弊端是原料是高純度(96%以上)的乙烯，原料來源并不豐富。乙烯單程轉(zhuǎn)化率僅為4%~5%。煤氣必須循環(huán)很多次，所以耗電量大。然而，隨著石油工業(yè)的急速發(fā)展，如何生產(chǎn)高純度乙烯就不再是一個難題。所以在本次工藝設(shè)計中，我設(shè)計用乙烯直接水合法來生產(chǎn)乙醇，反應(yīng)器的反應(yīng)溫度和壓力設(shè)定為300℃和6.9兆帕，催化劑使用磷酸/硅藻土催化劑來催化反應(yīng)。通過查閱相關(guān)資料可知，這個條件下的乙烯轉(zhuǎn)化率和選擇性都比較高，是最適宜的生產(chǎn)環(huán)境。最后用萃取精餾分離技術(shù)分開乙醇和水。利用模擬軟件ASPEN-PLUS仿真軟件對流程問題進(jìn)行模擬計算，完成整個工藝的經(jīng)濟(jì)評價。4.2選擇反應(yīng)催化劑工業(yè)上常用的乙烯直接水合生產(chǎn)乙醇的催化劑大致有以下幾種4.2.1無機(jī)酸催化劑這種催化劑由磷酸、鹽酸、硫酸、硼酸及其鹽(例如純鐵、鈾、鈦、硼、鎘和銅的磷酸鹽以及鎘、銅、鋅和鐵的氯化物)制成。同時，生產(chǎn)過程中可以連續(xù)加入磷酸，催化劑可以連續(xù)運(yùn)行一年。因此，該催化劑在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。4.2.2氧化物催化劑此類催化劑為氧化鋁、氧化鎢、氧化鈦、氧化鉻、氧化釷等，此類催化劑的主要特點(diǎn)是對反應(yīng)設(shè)施沒有侵蝕，沒有液體狀的非產(chǎn)品物質(zhì)流出，在氣液共存的條件下也能夠運(yùn)用。但是此類催化劑會活性下降，活性下降的主要原因是在催化劑表面沉淀碳化物，因此，如果能對氧化物催化劑的物性作出進(jìn)一步的改善，此類催化劑仍有很大的用途。4.2.3雜多酸催化劑這種催化劑的主要特點(diǎn)是對反應(yīng)設(shè)備無腐蝕，無液態(tài)非產(chǎn)物物質(zhì)流出，也可在氣液共存的條件下使用。但這類催化劑的活性會下降。因此，如果氧化物催化劑的物理性能能夠進(jìn)一步提高，這種催化劑仍將有很大的應(yīng)用前景。到目前為止，磷酸/硅藻土催化劑幾乎都是用于乙烯水合制乙醇。因為硅藻土中的氧化物與磷酸反應(yīng)生成的磷酸鹽會加劇乙烯裂解反應(yīng)，載體的強(qiáng)度會下降，因而需要在浸漬磷酸之前用無機(jī)酸來解決，以降低鐵和鋁的氧化物含量，并在200~260℃用過熱蒸汽處理。該措施能夠取得較高的乙烯轉(zhuǎn)化率。盡管催化劑外表是干燥的，然而載體孔的表面掩蓋有磷酸液膜，而且催化水合反應(yīng)在該液膜中進(jìn)行。研究發(fā)現(xiàn)，保持無機(jī)酸膜中磷酸的濃度在75%~85%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時是最有利于反應(yīng)，因此需要同時控制好操作和制備[11]。4.3設(shè)計工藝條件4.3.1工藝反應(yīng)溫度的確定乙烯直接水合制取乙醇是體積減小的放熱反應(yīng)，所以溫度低有利于化學(xué)平衡，但卻不可以太低，由于受催化劑要求的反應(yīng)溫度限度。關(guān)于磷酸/硅藻土催化劑，反應(yīng)溫度則應(yīng)該為250~300℃。如果溫度太高會生成其他副產(chǎn)物，降低產(chǎn)品質(zhì)量，所以需要嚴(yán)格的控制反應(yīng)的溫度。4.3.2工藝反應(yīng)壓力的確定提高反應(yīng)壓力有助于熱力學(xué)平衡?？墒沁@個系統(tǒng)的總壓卻不能太高。由于假使壓力過高，系統(tǒng)中水蒸氣的逸度大于磷酸溶液中的逸度，氣相中的水蒸氣會溶解在磷酸中，使表面磷酸催化劑被稀釋。但是水和乙烯的比例不能太高。如果水稀釋率過高，無機(jī)酸膜中磷酸的濃度會降低，從而降低催化劑的活性。更嚴(yán)重的是，可能會出現(xiàn)水的凝聚相。同時，蒸汽和冷卻水的消耗也會增加，導(dǎo)致后期濃縮乙醇溶液消耗的熱量增加，成本增加。目前，當(dāng)工業(yè)反應(yīng)溫度為280~290℃，總壓力為7.0兆帕?xí)r，水與乙烯的比例普遍為0.6~0.7[12]。4.4工藝流程簡化說明原料為純度為100%，壓力為1巴，溫度為25℃的乙烯，與回收的乙烯和來自儲罐的水按0.7的水稀釋比一起進(jìn)料。兩股物流被升壓至69巴，混合并加熱至300℃，然后進(jìn)入固定床反應(yīng)器(B4)。生成乙醇的同時會生成副產(chǎn)物。產(chǎn)品經(jīng)冷卻器(B15)冷卻后，氫氣和其他氣體在高壓分離器(B5)中分離。液體通過減壓閥(B12)進(jìn)入常壓蒸餾塔(B7)。乙烯從塔底分離，進(jìn)料循環(huán)使用。塔底產(chǎn)物進(jìn)萃取精餾塔，出去副產(chǎn)物乙醚和乙醛。然后進(jìn)入精餾濃縮塔(B8)除去大部分水分，塔頂乙醇濃度可達(dá)95%，塔底水進(jìn)入儲罐作為原料循環(huán)使用?；厥蘸?，塔底乙二醇濃度可達(dá)99.98%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，經(jīng)換熱器(B13)冷卻后循環(huán)使用。工藝流程圖5物料衡算本設(shè)計生產(chǎn)任務(wù)10萬噸/年乙醇年操作時間：7200H5.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)一年的工作時間t=7200h，年產(chǎn)量100000噸=13888.9Kg/h=301.5Kmol/h反應(yīng)溫度：T=300℃；反應(yīng)壓力：P=69bar催化劑使用硅藻土磷酸鹽催化劑進(jìn)料比水：乙烯=0.75.2反應(yīng)器物料衡算5.2.1乙烯的進(jìn)料段5.2.2反應(yīng)的制取工段原料S1和循環(huán)的S9在混合器B2混合后，經(jīng)壓縮機(jī)B14加壓69bar。參數(shù)設(shè)置如下圖：壓縮機(jī)B14參數(shù)乙烯進(jìn)料參數(shù)混合器B2物料衡算5.2.3原料水進(jìn)料工段原料水進(jìn)料工段原料水進(jìn)料參數(shù)泵（B6）參數(shù)混合器（B1）物料衡算5.2.4反應(yīng)工段反應(yīng)工段在反應(yīng)區(qū)，發(fā)生了下列反應(yīng)CH2=CH2+H2O→CH3CH2OH2CH3CH2OH→(C2H5)2O+H2OCH3CH2OH→CH3CHO+H2反應(yīng)器進(jìn)料參數(shù)反應(yīng)器反應(yīng)過程加熱器（B3）參數(shù)反應(yīng)器B4物料衡算冷卻器B15參數(shù)5.2.5分離工段分離工段產(chǎn)物冷卻，進(jìn)入高壓分離室分離。參數(shù)如下:精餾塔（B7）塔板參數(shù)設(shè)計精餾塔（B7）進(jìn)料參數(shù)減壓閥（B12）參數(shù)設(shè)計分離器（B5）參數(shù)設(shè)計精餾塔（B7）物料衡算分離器（B5）物料衡算5.2.6精制工段精制工段除去雜質(zhì)后，蒸餾產(chǎn)物進(jìn)入濃縮蒸餾塔B8，除去乙醇中的大部分水分，塔底水進(jìn)入儲罐備用，塔頂乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以達(dá)到95%。乙二醇S26和乙二醇S18混合，從第四板進(jìn)入蒸餾塔，乙醇溶液S13從第二十三板進(jìn)入。從萃取蒸餾塔頂部獲得的無水乙醇溶液可以達(dá)到99.98%（質(zhì)量）。底部乙二醇和水進(jìn)入萃取劑回收塔。乙二醇溶液S15通過回收蒸餾塔，水溶液從塔頂分離，而濃度較高的乙二醇溶液達(dá)到99.98%，與新鮮乙二醇溶液混合循環(huán)使用。萃取精餾塔（B9）塔板參數(shù)設(shè)計萃取精餾塔（B9）進(jìn)料參數(shù)設(shè)計S18參數(shù)設(shè)計換熱器（B13）參數(shù)設(shè)計混合器（B10）物料衡算精餾塔（B8）塔板參數(shù)設(shè)計精餾塔（B8）進(jìn)料參數(shù)設(shè)計精餾塔（B8）物料衡算萃取精餾塔（B9）物料衡算回收塔（B11）操作參數(shù)設(shè)計回收塔（B11）進(jìn)料參數(shù)設(shè)計回收塔（B11）物料衡算5.3熱量衡算5.3.1加熱器（B3）熱量衡算加熱器B3模擬結(jié)果從上圖可以看出：加熱器（B3）的熱負(fù)荷為130461kW，通過ASPEN模擬可得換熱器面積為2540平方米加熱器（B3）蒸汽換熱參數(shù)加熱器（B3）換熱結(jié)果加熱器（B3）換熱面積結(jié)果5.3.2壓縮機(jī)B14壓縮機(jī)（B14）熱量衡算5.3.3泵（B6）泵B6熱量衡算5.3.4反應(yīng)器（B4）反應(yīng)器（B4）熱量衡算5.3.5分離器（B5）分離器（B5）熱量衡算5.3.6減壓閥減壓閥（B12）熱量衡算5.3.7精餾塔精餾塔（B7）塔頂冷凝器熱量衡算精餾塔（B7）塔底再沸器熱量衡算5.3.8濃縮塔（B8）濃縮塔（B7）塔頂冷凝器熱量衡算（B8）塔底再沸器熱量衡算水蒸氣進(jìn)料參數(shù)設(shè)計換熱器熱量衡算換熱器面積模擬5.3.9萃取精餾塔（B9）（B9）塔頂冷凝器熱量衡算塔底再沸器熱量衡算5.3.10萃取劑回收塔（B11）（B11）塔頂冷凝器熱量衡算（B11）塔底再沸器熱量衡算5.3.11冷卻器（B13）冷卻器（B13）熱量衡算冷卻器（B13）冷卻水模擬參數(shù)冷卻器（B13）冷卻結(jié)果冷卻器（B13）換熱面積結(jié)果5.3.12冷卻器（B15）冷卻器（B15）模擬結(jié)果冷卻器（B15）冷卻水參數(shù)冷卻器（B15）換熱結(jié)果冷卻水（B15）換熱面積熱量衡算匯總選型6設(shè)備的計算選型（根據(jù)JB/T4715-1992選型）6.1加熱器（B3）設(shè)計裝置規(guī)格應(yīng)為25毫米厚，6.5兆帕標(biāo)稱壓力，1800毫米標(biāo)稱直徑，1個管程，4247根管，0.7505平方米循環(huán)橫截面積，呈正三角形排列，0.7505平方米循環(huán)橫截面積，71根中心排管，0.7505平方米循環(huán)橫截面積，2500平方米換熱面積，9000毫米長。6.2冷卻器（B15）設(shè)計裝置規(guī)格應(yīng)為厚度:25毫米，公稱直徑:1800毫米，公稱壓力:6.5兆帕，長度:9000毫米管數(shù):1，管數(shù):4247；規(guī)則的三角形排列；換熱面積:2700平方米中心管數(shù)量:71；循環(huán)截面積:0.7505平方米。6.3泵（B6）選型泵B6選型6.4壓縮機(jī)（B10）選型壓縮機(jī)B10選型6.5精餾塔（B7）設(shè)計6.5.1塔高塔徑6.5.2塔底再沸器裝置規(guī)格應(yīng)為厚度:19毫米；公稱直徑:1000毫米；規(guī)則的三角形排列；中心行號:38；公稱壓力:1兆帕管程數(shù):6；循環(huán)截面積:0.0338平方米管數(shù):1148；換熱面積:404平方米長度:6000毫米；循環(huán)截面積:0.0338平方米。6.6精餾塔（B8）設(shè)計6.6.1塔頂冷凝器裝置規(guī)格應(yīng)為厚度:19毫米，公稱直徑:1200毫米，管程數(shù):4，循環(huán)截面積:0.0765平方米，公稱壓力:1兆帕，長度:9000毫米，管數(shù):1732，中心管數(shù):47，正三角形排列，換熱面積:920平方米。6.6.2塔底再沸器裝置規(guī)格應(yīng)為厚度:19毫米，公稱直徑:1600毫米，長度:6000毫米，公稱壓力:1兆帕，截面流通面積:0.5901平方米，管數(shù):1，管數(shù):3339，中心管數(shù):61，換熱面積:1176平方米。6.6.3塔高塔徑6.7萃取精餾塔（B9）設(shè)計6.7.1塔頂冷凝器裝置規(guī)格應(yīng)為厚度:19毫米，標(biāo)稱直管:900毫米，循環(huán)截面積:0.0269平方米，標(biāo)稱壓力:1兆帕，中心管數(shù):34，管程數(shù):6，長度:6000毫米，管數(shù):914，正三角形排列，換熱面積:322平方米。6.7.2塔底再沸器裝置規(guī)格應(yīng)為厚度:19毫米，公稱直徑:900毫米，中心管數(shù):34，公稱壓力:1兆帕，長度:4500毫米，管程數(shù):6，管數(shù):914，正三角形排列，換熱面積:240平方米，循環(huán)截面積:0.0269平方米。6.7.3塔高塔徑6.8回收塔（B11）設(shè)計6.8.1塔頂冷凝器裝置規(guī)格應(yīng)為厚度:19毫米，管數(shù):518，公稱直徑:700毫米，長度:3000毫米，公稱壓力:1兆帕，中心排管數(shù):14，管程數(shù):6，正三角形排列，循環(huán)截面積:0.0153平方米，換熱面積40平方米。6.8.2塔底再沸器裝置規(guī)格應(yīng)為厚度:19毫米，長度:9000毫米，公稱直徑:1200毫米，循環(huán)截面積:0.0505平方米，公稱壓力:1兆帕，管程數(shù):6，中心管數(shù):49，管數(shù):1716，呈正三角形排列，換熱面積:912平方米。6.8.3塔高塔徑6.9冷卻器（B13）設(shè)計裝置規(guī)格應(yīng)為厚度:19毫米，換熱面積:25平方米，公稱直徑:400毫米，長度:3000毫米，公稱壓力:1兆帕，管程數(shù):4，循環(huán)截面積:0.0065平方米，管數(shù):146，中心管數(shù):14，呈正三角形排列。7經(jīng)濟(jì)效益分析7.1設(shè)備購買費(fèi)用7.2工程安裝費(fèi)用7.3費(fèi)用估算7.3.1原材料費(fèi)用估算假設(shè)乙烯原料價格為1萬元/噸，工業(yè)用水價格為4元/噸，已知乙烯年消耗量為10.5萬噸，水年消耗量為100.8萬噸。原材料成本Y1=10.5×10000+100.8×4=105437萬元。7.3.2裝置維護(hù)檢修費(fèi)用我們知道即使工廠長期穩(wěn)定運(yùn)行，也必須定期維護(hù)和修理，無論設(shè)備是否有故障，費(fèi)用約占固定資產(chǎn)的3%~10%。所以維修費(fèi)Y2=5億元×5%=2500萬元。7.3.3操作消耗的費(fèi)用運(yùn)行費(fèi)用約為維護(hù)費(fèi)用的10%~15%。Y3=2500萬元×15%=375萬元7.3.4人工勞動力費(fèi)用勞動力費(fèi)用可估算為Y4=500萬元7.3.5公共工程費(fèi)用公共工程費(fèi)用包括冷卻水、飽和蒸汽、電力和工業(yè)用水的費(fèi)用。Y5=7800萬元。7.3.6工藝總成本估算Y總=Y1+Y2+Y3+Y4+Y5=116612萬元。8“三廢處理”8.1廢氣處理本設(shè)計設(shè)置了火炬系統(tǒng)，火炬系統(tǒng)可用于處理開車過程中產(chǎn)生的廢氣、工藝系統(tǒng)中的不凝性氣體和減壓過程中的可燃?xì)怏w。8.2廢液處理由于本設(shè)計中水大部分是循環(huán)利用的，所以排放水量相對較小，排放的污水和廢水需要嚴(yán)格處理。1.生活污水處理系統(tǒng)生活污水是工業(yè)園區(qū)生活產(chǎn)生的一些常規(guī)污水和其他廢水，經(jīng)過管道搜集，送到污水處理站解決，達(dá)到循環(huán)補(bǔ)充水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后回用。2.生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水，通過專用管道排放到專門的處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，處理后達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)的，進(jìn)行排放3.雨水處理處理系統(tǒng)工廠收集的清潔雨水將送至水處理站進(jìn)行水質(zhì)檢測和水處理，合格的局部水將用于工廠運(yùn)行和回收利用；不合格部分經(jīng)處理達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)后排放。4.非正常排水處理系統(tǒng)各廠廢水經(jīng)處理后返回工藝系統(tǒng)，即使工廠運(yùn)行出現(xiàn)異常，仍可由污水處理站進(jìn)行調(diào)整。8.3廢物處理1.鍋爐房的煤渣由運(yùn)輸車輛運(yùn)輸?shù)酵饨?，可用作建筑材料?.生活垃圾、廢渣、生產(chǎn)垃圾等。應(yīng)集中運(yùn)輸；3.廢催化劑可部分回收，處理后循環(huán)利用。8.4噪音污染治理壓縮機(jī)應(yīng)配備隔音罩，以降低噪音，引風(fēng)機(jī)應(yīng)盡可能布置在封閉的房間內(nèi)，并在通風(fēng)口和排風(fēng)口安裝消音器，根據(jù)工藝要求，如果某些設(shè)備不能采取吸聲、隔聲、等消聲措施，應(yīng)在操作人員較多的地方設(shè)置集中式隔聲控制器；此外，應(yīng)加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)措施，以減少噪音的傳播。結(jié)論本設(shè)計進(jìn)行并完成了年產(chǎn)10萬噸無水乙醇的工藝設(shè)計，并在設(shè)計過程中進(jìn)行了相關(guān)的計算和設(shè)備選型。通過不同化工廠生產(chǎn)無水乙醇的方法的比較與研究，本設(shè)計采用乙烯直接水合法制取乙醇的工藝。本設(shè)計中，我用ASPEN模擬仿真軟件進(jìn)行模擬。實現(xiàn)了原材料乙烯和催化劑的循環(huán)利用，提高了經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)工藝進(jìn)行了相關(guān)的物料衡算，熱量衡算，完成了整體工藝的經(jīng)濟(jì)效益計算與設(shè)備選型以及最后的三廢處理。并根據(jù)工藝計算尺寸用CAD繪制了工藝流程圖及車間布置圖。通過對年產(chǎn)10萬噸乙醇工藝的初步設(shè)計，培養(yǎng)了我查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)資料的能力，并通過所學(xué)化工基礎(chǔ)和專業(yè)知識分析乙醇制備過程的影響因素，解決了工藝方案中的一些問題。學(xué)會并熟練使用模擬軟件ASPEN-PLUS對工藝過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行模擬計算，并能夠調(diào)整參數(shù)。能夠基于該專業(yè)相關(guān)知識對設(shè)計的工藝路線出現(xiàn)的問題進(jìn)行合理分析，在設(shè)計中，通過環(huán)保、安全、危險源分析來提高作者對安全、環(huán)保法規(guī)的了解，提高可持續(xù)發(fā)展的意識，通過乙烯水合生產(chǎn)乙醇工藝路線的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析，增強(qiáng)作者對化工管理和經(jīng)濟(jì)分析概念的理解。參考文獻(xiàn)[1]姚玉英.化工原理[M].天津:天津大學(xué)出版社,1999.8（第一版）.[2]昌洪,方家驥.國內(nèi)外燃料乙醇生產(chǎn)和應(yīng)用情況分析[J].精細(xì)與專用化學(xué)品,2