1、齐齐哈尔大学毕业设计 ( 论文 )齐齐哈尔大学毕业设计( 论文 )题目4.5 万吨 /年 1， 3-丙二醇车间丙烯醛吸收工段初步设计学院化学与化学工程学院专业班级化工 113学生姓名贾楠指导教师陈朝晖马媛媛成绩2015 年 6 月 11 日摘要此设计为年产 45000 吨丙烯醛车间吸收工段初步设计。 本说明书阐述了丙烯醛吸收工段的流程以及设备的布置情况。并且介绍了丙烯醛的物化性质，确定了吸收方法、工艺路线和所选用的试剂。对丙烯醛的市场现状及前景作了调查，确定了本产品的市场需求量，并且对产品的用途及下游产品做了简单的介绍。以工厂的资料作为设计的经验数据。并经行了大量精密的计算，其中包括物料衡算、
2、热量衡算、设备计算以及设备的选型，从而确定了设备的具体型号和尺寸。并且用 AutoCAD 绘制了主要设备的装配图、车间平立面布置图以及带控制点的工艺流程图。并且完成了 20 000 的设计说明书。I齐齐哈尔大学毕业设计( 论文 )关键词：丙烯醛；精馏塔；吸收工段；初步设计AbstractThe absorption section workshop of acrolein of 45000 tons per year was preliminary designed. The production process of the acrolein and the layout of the eq
3、uipment were described in this paper. The physical and chemical properties of acrolein was introduced. According to the properties of the acrolein, the process route was identified.The market status and acrolein was invested in order to determined the location of the market. The use of the products
4、and downstream products are made in simple introduction. The use in dye industry, agriculture and the pharmaceutical industry were simply introduced. According to the previous information as a production workshop was designed by empirical data. And a lot of strict calculation including mass balance,
5、 heat balance, equipment wereII齐齐哈尔大学毕业设计( 论文 )calculated, the size and type of key equipment were selected. The key equipment plan, the workshop layout plan and the process flow chart with control points were drawn by Auto CAD. Finally, instruction of 20 000 words was completedKeywords: Acrolein; D
6、istillation column; Absorption section; Preliminary design目录摘要 .IAbstract.II第 1 章总论 .11.1概述 .11.1.1意义与作用 .11.1.2国内外的现状及发展前景 .11.1.3产品的性质和特点 .2III齐齐哈尔大学毕业设计( 论文 )1.1.4产品的纯化方法概述 .21.2设计依据 .21.3厂址选择 .31.4设计规模与生产制度 .31.4.1设计规模 .31.4.2生产规模 .31.4.3生产制度 .41.5原料与产品规格 .41.5.1主要原料规格及技术指标 .4第 2 章工艺设计计算 .52.1工艺
7、原理 .52.2方案对比及工艺路线的选择 .72.3工艺流程简述 .72.4工艺参数 .82.5物料衡算 .82.5.1汽提塔物料衡算 .82.5.2气液分离器物料衡算 .92.5.3闪蒸罐物料衡算 .112.5.4精馏塔物料衡算 .122.6热量衡算 .132.6.1汽提塔热量衡算 .132.6.2冷凝器热量衡算 .142.6.3预热器热量衡算 .152.6.4精馏塔预热器热量衡算 .152.6.5精馏塔再沸器热量衡算 .162.6.6精馏塔全凝器热量衡算 .162.7Aspen Plus 模拟 .172.7.1全流程的模拟 .18第 3 章设备选型 .213.1选型原理 .213.2丙烯醛
8、汽提塔的选型 .213.2.1液相物性数据 .213.2.2气相物性数据 .223.2.3塔径的计算 .22IV齐齐哈尔大学毕业设计( 论文 )3.2.4传质单元数的计算 .233.2.5传质单元高度的计算 .233.2.6总高度的计算 .253.2.7流体力学参数的计算 .253.2.8解吸塔填料类型的选取 .273.2.9解吸塔内件类型的选取 .273.3 丙烯醛精馏塔设备工艺计算 .273.3.1精馏塔的工作原理和工艺流程 .273.3.2塔板数的确定 .273.3.3精馏塔工艺条件及有关物性数据的计算. 283.3.4精馏塔塔体工艺尺寸的计算 .303.3.5塔板主要工艺尺寸的计算 .
9、323.4其他设备的计算与选型 .43第 4 章设备一览表 .48第 5 章车间设备布置 .505.1车间布置设计的选择 .505.1.1车间设备布置原则 .505.1.2车间设备平面布置原则 .505.1.3车间设备立面布置的原则 .505.2车间设备布置 .515.2.1车间设备平面布置 .515.2.2车间设备立面布置 .52第 6 章自动控制 .536.1主要的控制原理 .536.2自控水平与控制点 .53第 7 章环境保护 .547.1三废产生情况 .547.2三废处理情况 .54第 8 章公用工程 .558.1供水 .558.2供电 .558.3供暖 .558.4通风 .55结束语
10、 .56V齐齐哈尔大学毕业设计( 论文 )参考文献57致谢578VI齐齐哈尔大学毕业设计( 论文 )第 1 章总论1.1概述1.1.1意义与作用丙烯醛又称烯丙醛，丙烯醛是最简单的不饱和醛，在通常情况下是无色透明有恶臭的液体，其蒸气有很强的刺激性和催泪性。是一种用途广泛的重要有机化工原料，广泛用于树脂生产和有机合成中。目前主要用于动物饲料添加剂蛋氨酸的制备，除外还用于制备甘油、戊二醛、丙烯醇、 1，2，6-己三醇、 2，3-二溴丙醛和水处理剂，以及对某些种类聚合物的改性，在饲料工业、油气开采、造纸及水处理、医药行业等方面广泛应用1 。在合成 1, 3-丙二醇的整个工艺工程中，首先要进行丙烯醛的合
11、成，才能为下一个水合工艺提供必要准备，这就需要一个高纯度的丙烯醛。在氧化法制丙烯醛过程中，不可避免有许多副产物的生成，我们需要对丙烯醛进行精制。吸收分离是丙烯醛生产中最常用的方法。此系统主要实现粗气体中副产物的脱除和丙烯醛分离2 。1.1.2国内外的现状及发展前景中国丙烯醛生产规模较小，北京东方化工厂1984 年曾批量生产过丙烯醛，产量100 t 左右，武汉有机合成化工厂在1991 年建成一套年产150 t 左右的丙烯醛装置，其它一些制药厂也试生产过丙烯醛，但都未真正形成一定的生产规模。本文主要介绍丙烯醛的合成方法及其下游产品开发。在氧化法合成丙烯醛工艺中生成丙烯醛及其它副产物，同时放出大量的
12、热。从反应器出来的气体经冷却并用大量的水骤冷，以除去酸性副产物。气体进入吸收塔溶解可溶产物丙烯醛，吸收塔出来的气体含 N2、O2、 CO，丙烷及未反应的丙烯，这些气体可循环使用，也可以经处理后排入大气中。含丙烯醛的水溶液经汽提精制后得到产品丙烯醛3 。在化工、石油及炼油中，由于炼油工艺和生产过程的不同以及操作条件的不同，塔设备内部结构形式和材料也不同。塔设备工艺性能对整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及 “三废 ”处理和环境保护等各个方面，都用重大的影响。在石油炼厂和化工生产装置中，塔设备的投资费用占整个艺在石油炼厂和化工生产装置中，塔设备的投资费用占整个艺 25.93%。塔设备
13、所耗用的钢材料重量在各类工艺中占比例也较多。因此，塔设备的设计和研究，对石油、化工等工艺的发展起着十分重要的作用。此工艺流程中的吸收塔，用于吸收丙烯醛，丙烯醛被吸收后从塔底回收。丙烯醛相1齐齐哈尔大学毕业设计( 论文 )对丙烯酸较难吸收， 采用传统的加压 -冷却方法促进丙烯醛的吸收， 以减少吸收剂用量 4 。塔主要有板式塔和填料塔两种，它们都可以用作蒸馏和吸收等气液传质过程，各有优点，要根据具体情况选择。1.1.3产品的性质和特点丙烯醛是最简单的不饱和醛， 化学式为 C3H4O，在通常情况下是无色透明有恶臭的液体，其蒸汽有很强的刺激性和催泪性。是化工中很重要的合成中间体，广泛用于树脂生产和有机
14、合成中 5 。目前研究的丙烯醛合成方法有丙烯氧化法、 甲醛乙醛气相缩合法、 丙烷催化氧化法、甘油脱水法、醇醛缩合法、丙烯醚热解法和烯丙醇氧化法等。由于石油工业的发展，提供了大量的丙烯原料，工业上主要以丙烯为原料经选择性氧化制取丙烯醛。丙烯醛最大的市场应用是制备动物饲料添加剂蛋氨酸，还可合成甲基吡啶、吡啶、戊二醛、甘油和丙烯酸等重要的化工产品，此外还可作为合成1，3-PDO 的重要原料。 1，3-PDO 是生产聚对苯二甲酸丙二酯（PTT）的主要原料之一，也可用作合成增塑剂、洗涤剂、防腐剂、乳化剂的原料， PTT 纤维性能优异，极具市场前景，但却严重受制于1，3-PDO 生产量少价高，因此 1，3
15、-PDO 生产技术的研究开发已成为当前的一个热点6 。1.1.4产品的纯化方法概述经副产物脱除后的粗丙烯醛气体经压缩机加压至 1MPa，温度升至 230.2。经冷却器冷却至 100后，进入气液分离器分离冷凝下来的部分丙烯醛水溶液。余气送往丙烯醛吸收塔进一步吸收分离其中的丙烯醛，洗液与之前的冷凝液混合后送往1，3-PDO 合成工段。塔顶出来的余气经分子筛干燥后送入丙烯回收系统进行丙烯回收7 。1.2设计依据（1）齐齐哈尔大学化学工程与工艺专业毕业设计任务书；（2）齐齐哈尔大学制图规范；（3）齐齐哈尔大学毕业设计手册；（4）中华人民共和国环境保护法 中华人民共和国劳动安全法等相关的国家法律法规；（
16、5）GB/T17450-1998：技术制图图线（6）GB/T17451-1998：视图（7）GB/T17452-1999：剖视图和断面图（8）GB/T16675-1996：技术制图简化表示方法2齐齐哈尔大学毕业设计( 论文 )1.3厂址选择本项目以新疆中石油乌鲁木齐石化1000 万吨 /年炼油项目生产的丙烯为原料。本厂厂址选在新疆乌鲁木齐市米东区，以新疆乌鲁木齐石化公司为依托。新疆乌鲁木齐市米东区石油资源丰富，石化企业众多，丙烯产量较大，并且交通便利，地价低廉，远离人口密集区，适合本项目建设。中国石油天然气股份有限公司乌鲁木齐石化分公司（简称乌鲁木齐石化公司）地处乌鲁木齐市米东区，位于新疆三大
17、油田中央，占地18 平方公里，东临吐哈油田 300 公里，南距塔里木油田480 公里，西靠准格尔盆地313 公里。公司始建于 1975 年 4 月（前身为乌鲁木齐石油化工总厂） ，是集炼油、化肥、化纤、化工、 塑料于一体的石油化工化纤生产基地， 为中国石油天然气集团公司的一类企业。 乌鲁木齐石化公司目前拥有职工 11637 人，现有固定资产原值 120 亿元。公司下设炼油厂、化肥厂等 27 个二级单位，工程项目管理部、营销调运部等5 个直属。地质、水文情况乌鲁木齐市位于亚欧大陆腹地，地处北天山北麓、准噶尔盆地南缘，地处东经 863733-88 5824，北纬 424532-44 0800。全市
18、面积按新区划调整后为 14216 平方千米，其中建成区面积365.88 平方千米。公共设施米东区成立于 2007 年 8 月 1 日，是新疆实施乌昌经济一体化的“试验田 ”和 “启动区 ”，是确定规划的首府乌鲁木齐城市副中心、全疆最大的制造业基地核心区、全疆重要的化工工业城和乌鲁木齐市绿色食品基地和重要的人居生态新区。自然资源 米东区自然资源丰富， 境内有丰富的煤、 菱铁矿、石灰石、石油、陶土、石英沙、芒硝等矿产资源，种类达 20 多种，其中已探明石灰石储量 15 亿吨、芒硝储量 260 万吨、煤炭储量 18 亿吨，煤质优良，易于开采，年产煤能力 950 万吨左右，是全国100 个重点产煤区（
19、县）之一。发展趋势 米东区良好的区位优势和政策优势以及基础设施条件，吸引了全国各地的客商到米东投资发展。近年来米东区致力于打造投资洼地，把投资环境建设纳入重要工作日程，不断优化发展环境，着力打造政府服务品牌，特别对投资规模大、科技含量高、对区域经济带动力强的大项目，在用地、收费等方面给予特殊优惠。1.4设计规模与生产制度1.4.1设计规模年产 1， 3-丙二醇 4.5 万吨1.4.2生产规模年产 1，3-丙二醇 4.5 万吨3齐齐哈尔大学毕业设计( 论文 )1.4.3生产制度（1） 每年工作日 330 天，1，3-丙二醇产量 5625 kg/h （符合生产要求）（2） 员工按照 3 班倒制度，
20、不休假，平时请假按每月4 天算（不能累积）1.5原料与产品规格1.5.1主要原料规格及技术指标表1-1丙烯醛产品指标项目东方化工厂Shell 公司粗丙烯醛UCC 公司精致丙烯醛丙烯醛含量 /%95809095.5乙醛含量 /%1.5310丙醛含量 /%0.530.5阻聚剂200010-6-6-6-6-6-6200102000 10 200102000 10 20010高废物含量 /%12水含量 /%1.52.46.02.5相对密度0.8420.84610%水溶液 pH 值 256.0目前，丙烯氧化制丙烯醛是生产丙烯醛的最佳方法，其优点是原料价廉易得，消耗低，产品质量好，三废排放量小，设备投资也
21、少。丙烯氧化法生产丙烯醛质量指标如表1-1 所示 8 。4齐齐哈尔大学毕业设计( 论文 )第 2 章工艺设计计算2.1工艺原理本工艺流程主要设备是两个塔，即汽提塔和精馏塔。汽提是化工单元操作中解吸的一种，是吸收的逆向操作。汽提是气提的一种。气提解吸也成为载气解吸，如图 2-1 所示。吸收液（也称富液）从解吸塔的顶端喷淋而下，载气（俗称贫气）从解吸塔底涌入，自下而上流动，气液两相逆向接触，溶质由液相转移到气相。解吸后的液体（俗称贫液）从塔底排出，作为吸收剂循环使用，解吸后的气体（俗称富气）从塔顶排出，经进一步分离可得到溶质产品 9 。图 2-1气提塔解吸过程示意图用水蒸气作为载气兼有加热和气提的
22、双重作用，因此也成为汽提。精馏也是化工单元操作的一种。精馏的设备叫做精馏塔，是提供混合物气、液两相接触条件、实现传质和传热过程的设备。板式精馏塔板式精馏塔如图2-2 所示。塔为一圆形筒体，塔内设多层塔板，塔板上设有气、液两相通道。塔板具有多种不同型式，分别称之为不同的板式塔，在生产中得到广泛的应用 10。混合物的气、液两相在塔内逆向流动，气相从下至上流动，液相依靠重力自上向下流动，在塔板上接触进行传质。两相在塔内各板逐级接触中，使两相的组成发生阶跃式5齐齐哈尔大学毕业设计( 论文 )的变化，故称板式塔为逐级接触设备。图 2-2板式精馏塔结构这类精馏塔利用混合物中各组分挥发能力的差异，通过液相和
23、气相的回流，使气、液两相逆向多级接触，在热能驱动和相平衡关系的约束下，使得易挥发组分（轻组分）不断从液相往气相中转移，而难挥发组分却由气相向液相中迁移，使混合物得到不断分离，称该过程为精馏。该过程中，传热、传质过程同时进行，属传质过程控制。其精馏塔如上图所示。 原料从塔中部适当位置进塔， 将塔分为两段， 上段为精馏段， 不含进料，下段含进料板为提馏段， 冷凝器从塔顶提供液相回流， 再沸器从塔底提供气相回流。 气、液相回流是精馏重要特点 11。在精馏段气相在上升的过程中，气相轻组分不断得到精制，在气相中不断地增浓，在塔顶获得轻组分产品。 在提馏段，其液相在下降的过程中， 其轻组分不断地提馏出来，使重组分在液相中不断地被浓缩，在塔底获得重组分的产品。精馏过程与其他蒸馏过程最大的区别，是在塔两端同时提供纯度较高的液相和气相回流，为精馏过程提供了传质的必要
