年产30万吨乙烯初步任务设计说明书.doc

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1、 目录第一章 项目概论31.1设计题目41.2设计基础条件41.2.1原料41.2.2产品41.2.3生产规模41.3工作内容及要求41.3.1建设意义41.3.2建设规模41.4厂址概况4第二章 厂址选择和总厂运输42.1 厂址选择42.1.1 厂址选择原则42.2 选择苏州工业园区的原因52.2.1地理位置52.2.2基础设施52.2.3发展概况52.2.4未来展望52.3工厂总平面布置62.3.1总平面布置原则62.3.2总平面布置62.4工厂交通72.5消防72.6车间布置72.6.1车间平面布置要求和原则7第三章 化工工艺83.1概述83.1.1国外工业生产概况93.1.2设计目标9

2、3.1.3项目概述93.2工艺流程的选择93.2.1乙烯工艺选择103.2.2 乙醇催化脱水制乙烯工艺103.3 工艺过程模拟113.3.1 乙醇催化脱水工艺模拟11第四章 设备选型134.1反应器设计134.1.1反应条件134.1.2反应器的类型确定134.1.3设计数据和工作参数134.1.4物料衡算和热量横算及结果134.2反应器结构的计算144.2.1催化剂的填充量144.2.2反应管长度的计算154.2.3管束尺寸和反应管的排列154.2.4反应床层压降154.3机械强度的计算和校核164.3.1设计的选材164.3.2板厚的计算164.3.3气压试验164.4气体分布板设计174

3、.4.1气体分布板的形式174.4.2分布板的压降174.4.3均匀布气压降174.4.4稳定性压降174.4.5孔数和孔径的确定184.5管口设计184.5.1反应器进口184.5.2出口管设计194.5.3折流板194.6封头的设计194.6.1支座的设计194.6.2反应器工艺及强度计算结果194.7 精馏塔设计204.7.1设计条件21工艺条件：21塔板形式：21处理量：214.7.2物料衡算及热量衡算214.7.3塔板数的计算214.8精馏塔工艺234.8.1设计精馏段物性数据234.8.2塔径计算244.8.3塔高的估算254.8.4塔板的校核25第五章 物料衡算与能量265.1

4、概述265.2 物料衡算265.2.1 物料衡算基本原理265.2.2 物料衡算任务265.3 能量衡算265.3.1 能量衡算基本原理265.3.2 能量衡算任务27第六章 经济分析与评价276.1原料供应和产品销售276.1.1原料、辅助材料的选择276.1.2动力及燃料的用量276.1.3产品销售276.2投资估算与技术经济276.2.1估算方法说明276.2.2公用设备价格276.3项目总投资估算286.3.1工程建设投资估算286.3.2安装工程费用296.3.3建筑工程费用296.4无形资产费用306.5递延资产费用316.6预备费316.7建设期贷款利息326.8流动资金336.

5、9投资估算表336.10资金筹措336.10.1资金来源336.10.2还款期限336.10.3投资规模33第七章 消防与安全337.1消防系统337.1.1概述337.1.2给水系统337.1.3供电系统347.1.4水消防系统347.1.5泡沫灭火系统347.1.6干粉灭火系统347.1.7移动式灭火系统347.1.8 日常消防管理347.2安全357.2.1乙烯危险特性及安全措施357.2.2设计规范357.2.3安全操作357.2.4安全检修要求36第一章 项目概论1.1设计题目年产30万吨乙烯1.2设计基础条件1.2.1原料CH3CH2OHCH2=CH2+H2O1.2.2产品主产品：

6、乙烯，副产品：乙醚1.2.3生产规模本项目正式投产后，开工7200h。1.3工作内容及要求1.3.1建设意义乙烯主要用于生产聚乙烯、氯乙烯、聚氯乙烯、环氧乙烷和醋酸、乙醇、乙醛、乙二醇、苯乙烯和乙丙橡胶等。在石油化学工业中，大多数中间产品和最终产品都是以烯烃和芳烃作为基础原料。各种烯烃和芳烃主要是由乙烯装置生产获得。在生产乙烯的同时，产生大量的副产品丙烯、丁烯、丁二烯和芳烯(苯、甲苯、二甲苯)，是石油化学工业基础原料的主要来源。约70%的丙烯、90%的丁二烯、30%的芳烃均来自乙烯的副产品。三烯(乙烯、丙烯、丁二烯)和三苯(苯、甲苯、二甲苯)，65%来自乙烯生产装置。因此，乙烯装置是石油化学工

7、业的核心生产装置，是石化基础原料的龙头产业。 1.3.2建设规模罐区面积为3142平方米，车间面积为1656平方米1.4厂址概况 苏州工业园区于1994年2月经国务院批准设立，同年5月实施启动；位于江苏省东南部，苏州市区东部，东接昆山市，南连吴中区，西靠姑苏区，北隔阳澄湖与常熟相望；行政区划288平方公里。据2010年统计，其中，中新合作区80平方公里，下辖4个街道，户籍人口32.7万（常住人口72.3万）。第二章 厂址选择和总厂运输2.1 厂址选择2.1.1 厂址选择原则一般应考虑（1）适合全国和地区工业布局以及产品供需安排的要求（2）符合城市规划或工业区域规划（3）尽可能节约占地面积少占或

8、不占良田耕地（4）企业生产所需的资源能够落实原料燃料及辅助材料的供应经济合理（5）有充足可靠的水源和电源（6）交通运输条件比较方便经济（7）不污染环境不破坏文物古迹不妨碍文化旅游及其他精神文明建设（8）对拟建项目留有适当发展馀地（9）地质条件较好施工难度小建设投资省（10）项目建成投产後经济效益良好。除上述一般原则和要求外还要根据不同工业部门不同性质企业的技术经济特点著重考虑不同的建设项目所选厂址必须具备的主要控制条件。如核电站的厂址必须具备良好的地质条件环境影响符合安全要求具有充足可靠的水源。大型硷厂要靠近盐石灰石等原料产地运输便利有适宜的排渣场地。铁路公路的选线要根据沿线运量的发展前景必须

9、穿经连接的城镇地形地质条件的好坏土石方量多少控制性工程大小难易来定等等。2.2 选择苏州工业园区的原因2.2.1地理位置苏州工业园区位于苏州古城区东部，以发达的高速公路、铁路、水路及航空网与世界各主要城市相连。 轨道交通20分钟到达上海、60分钟到达南京，与沪、宁、杭融入同城轨道化生活。 在苏州市新制定的城市总体设计中，明确了苏州工业园区在“双城双片区”格局中的“苏州新城”地位，即把园区建设成为长三角地区重要的总部经济和商务文化活动中心之一。2.2.2基础设施 80平方公里中新合作区基础设施建设基本完成，全面达到“九通一平”标准。2.2.3发展概况 2009年，在严峻的宏观经济形势下，园区经济

10、社会继续保持平稳较快发展，全年实现地区生产总值1120亿元，比上年增长15.1%；地方一般预算收入107.5亿元，增长13.1%；固定资产投资492亿元，增长8.1%；实际利用外资18.亿美元，进出口总额512.8亿美元，其0口241.6亿美元，继续保持了较大规模；城镇居民人均可支配收入30578元，农村居民人均纯收入17118元，分别增长了13.1%和12.6%，区域发展呈现“经济持续回升、转型步伐加快、民生更加改善、社会和谐稳定”的良好局面。2013年年初，商务部发布国家级经济技术开发区综合发展水平评价情况通报，苏州工业园区在参评的90家国家级开发区中总指数位列第二，其中，生态环境指标连续

11、第3年排名第一。苏州工业园区在生态环境、社会发展、体制创新3大类指标中排名第一，科技创新和经济发展指标分列二、三位。2.2.4未来展望 至2006年，园区发展正处于工业化转型、城市化加速、国际化提升的关键时期。园区将遵照中央领导关于“将苏州工业园区率先建设成为资源节约型、环境友好型的生态示范区，研发中心和高新技术产业集群效应突出的科技示范区，以虚拟口岸为依托的现代商贸物流运营中心示范区，以承接跨国公司离岸外包业务为主的中国服务外包示范区”的指示精神，以及江苏省、苏州市关于 “将苏州工业园区建设成为全国发展水平最高、竞争力最强的园区之一”的目标定位，牢牢把握“转型、优化、提升、创新”八字方针，坚

12、持科学发展理念，突出和谐社会主题，深化中新友好合作，进一步抢抓机遇、乘势而上，好中求快、优中求进，力争主要经济指标继续保持25%以上增幅，到2014年，各项主要发展指标在2004年基础上再翻两番，高起点、高水平地基本建成具有国际竞争力的高科技工业园区和现代化、园林化、国际化的新城区。2.3工厂总平面布置2.3.1总平面布置原则（1）工艺流程合理，功能分区明确（2）合理布局，节约用地，尽量减少土石方工程量（3）厂区布置满足环保及消防等方面的要求2.3.2总平面布置依照总体规划原则按空间分为生活区、储罐区、消防区、生产区由东向西走向。 生活区主要有住房区、公共娱乐区、食堂、行政管理区和一个停车场。

13、生活区放在东北角，主要是根据一年中的风向图来设计规划。避免了生产区带来的气体污染，影响正常生活。 消防区放置在储罐区和生活区中间，距离生产区较近，可以有效地预防生产生活中产生的火灾事故。 储罐区安放了原料和产物储罐，有效地与生产区相连接，能够提高生产效率。旁边预留了仓库和装卸区，更能够加大生产中的方便性。 生产区主要布置了原料预处理车间、反应车间、产品提纯车间、中心控制室、配电房、分析化验室和三废处理站。配电房向各个车间供电，路程简短。原料罐与原料预处理车间紧密相连，方面原料输送。原料预处理车间旁边即为反应车间，原料经过预处理之后进入反应车间，由中心控制室进行现代化数字控制，分析化验室合理化验

14、产品纯度，产品提纯车间有效地将产物进行提纯优化，三废处理站安放在反应车间后面可以很好地处理生产中产生的废气、废水、废渣。2.4工厂交通 在满足生产的同时，做到物流顺畅有序。工厂内主干道宽7m，道路宽广，足以并排通过两辆运货大卡车。主要以环绕三大区为主要走向，东西、南北道路支流较多，可以高效地做到人、物分流。2.5消防总平面布置时，严格遵循建筑设计防火规范中规定的布置要厂房之间、厂房与其他建筑之间的防火间距均满足规范要求，厂区路网采用环状布局，均满足运输和消防要求，对外交通以后争取做到人、物分流，以减少交通交叉，达成厂区有序的交通系统。2.6车间布置2.6.1车间平面布置要求和原则1、要求（1）

15、生产设备要按工艺流程的顺序配置，在保证生产要求、安全及环境卫生的前提下，尽量节省厂房面积与空间，减少各种管道的长度。（2）保证车间尽可能充分利用自然采光与通风条件，使各个工作地点有良好的劳动条件。（3）保证车间内交通运输及管理方便。万一发生事故，人员能迅速安全地疏散。（4）厂房结构要紧凑简单，并为生产发展及技术革新等创造有利条件。2、原则（1）各工序的设备布置要与主要流程顺序相一致，是生产线路成链状排列而无交叉迂回现象，并尽可能自流输送，力求管线最短。 （2）注意改善操作条件，对劳动条件差的工段要充分考虑朝向、风向、门窗、排气、除尘及通风设施的安装位置。设备的操作面应迎着光线，使操作人员背光操

16、作。 （3）辅料制备车间应与适用设备靠近，但如液氯汽化、制漂等有污染和粉尘部分，应有墙与车间隔开，应有通风等必要的设施。 （4）冬天无严重冰冻地区的工厂可考虑把不适宜在车间内布置的设施，布置在室外。高压容器等有爆炸危险的设备应布置在室外。并有安全报警和事故排空等安全措施。（5）相互联系的设备在保证正常运行、操作、维修、交通方便和安全条件下，尽可能靠近。（6）设备与墙柱之间的间距，无人通过最小500mm，有人通过最小800mm （7）泵与泵之间间距一般1000mm，泵组之间间距约1500mm。 （8）设备的安装位置不应骑在建筑物的伸缩缝或沉降缝上。（9）发散有害物质、产生巨大噪音和高温的生产部分

17、应同一般的生产部分适当的隔开，以免互相干扰。 （10）要统一安排车间所有操作平台、各种管路、地沟、地坑及巨大的或震动大的设备基础，避免同厂房基础发生矛盾。 （11）操作平台的宽度应大于500mm，平台向上距梁底或楼板的距离应大于2000mm，平台下若走人或有设备需检修，平台底部净高不应小于2000mm。 2.7.2车间布置 工艺核算需要3个反应器，是反应核心设备，因此将其并排放在车间中间。在其周围分布着管道与原料来源与产物存储地相连。反应器周围分布着已处理原料暂存区和产物暂存区，这样方便生产过程的进行。周围预留了生产通道，可以保证车间内交通运输及管理方便。万一发生事故，人员能迅速安全地疏散，也

18、可以保证生产工作的有序进行。车间内布置了一个维修间，可以高效率地对有问题的地方进行维修。第三章 化工工艺3.1概述乙烯是世界上产量最大的化学产品之一，乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产品占石化产品的75%以上，在国民经济中占有重要的地位。截至2011年底，全球乙烯产能达到1.41亿吨/年，与2010年同期(1.38亿吨/年)相比增加250万吨/年。2010年共有8套乙烯装置投产，新增产能合计865万吨/年，比2009年增长6%，创造了新纪录。经过数十年的发展，特别是在“十一五”期间，我国乙烯工业取得了举世瞩目的进步，同期世界新建的乙烯装置大多集中在中国。随着一系列乙烯装置的建成投产2005年

19、我国乙烯产能785.9万吨/年，2009年增长到1279.9万吨/年，2010年达到1494.9万吨/年，成为全球仅次于美国(2755.4万吨/年)的第二大乙烯生产国，已投产的27套乙烯装置平均规模达到55.37万吨/年，本项目采用乙醇催化脱水制乙烯，以分子筛为催化剂，用等温流化床反应器完成年产50万吨乙烯目标。3.1.1国外工业生产概况 2004年世界乙烯总产能为11290.6万ta，2005年为11733万ta，比上年增加432.4万t，2006年，总产能达12047.2万t，比上年增加314.2万t。2006年全球共有266家乙烯生产厂家，平均规模为44.545.0万ta，在该年，全球最

20、大的10家生产厂的乙烯生产能力合计已达到1933.0万t，约占全球乙烯总生产能力的16.05。其中生产能力最大的是Nova化学公司在加拿大的阿尔伯塔省的Joffre的生产工厂，生产能力为281.2万ta，约占全球乙烯总生产能力的2.33；其次是沙特阿拉伯石化公司在朱拜勒的工厂，生产能力为225.0万ta，约占全球乙烯总生产能力的1.87，第3是Exxon Mobil化学公司在美国得克萨斯州贝敦的工厂，生产能力为219，7万ta，约占全球乙烯总生产能力的1.82。这3家工厂合计的乙烯产能，占去了全球最大10家工厂产能的37.55，所以全球乙烯的生产仍然控制在一些大企业手中。 今后几年，全球乙烯工

21、业发展的重心将继续向具有廉价原料优势的中东和亚洲这个消费中心转移。2008年将是全球乙烯产能增长最多的1年，预计有14套乙烯装置建成投产，其中包括中国福建、兰州和独山子乙烯项目；另外，沙特阿拉伯、伊朗、卡塔尔、科威特和委内瑞拉也将有乙烯装置投产。20062010年，全球新增产能约51将建设在中东/非洲，2010年亚太地区乙烯产能将超过北美成为全球乙烯产能最大地区，届时该地区乙烯总产能可达到43.89 Mta，北美产能可达到41.42Mta，预计全球乙烯产能可达149.97Mta。国内工业生产现状截至2006年底，我国乙烯年总生产能力达到984.0万t，产量达941万t，目前我国乙烯年产量在10

22、万t以上的大型石化企业有18家，在20万t以上的有14家，超过50万t的企业有10家。我国乙烯生产装置主要集中在中石化和中石油两个大公司手中。2006年我国乙烯总产量约为940.71万t，而中石化乙烯装置产量达633.1万t，占全国总产量的67.3，中石油乙烯产量达到206.79万t，占全国总产量的22左右。 2004年我国乙烯生产能力达603万t，居世界第5位，2005年生产能力达755万t，2005年我国乙烯当量消费达1882万t，2006年我国乙烯产量达941.71万t，比2005年的755万t增加24.5。2006年乙烯进口量为11.74万t，出口量12.87万t，进口下游产品折合乙烯

23、为1035.1万t，乙烯当量消费为1 957.0万t。仍然需要进口大量乙烯衍生物。 2007年19月我国乙烯累计产量达到778.68万t。同比增长14.7，是历年同期最好水平。据预计，全年突破1000万t大关，有望达到1050万t，比上年增长11以上。“十一五”期间我国乙烯生产能力还将大幅度增长。在2006年底我国已经完成建设上海、南京、茂名3大生产能力在100万ta以上的乙烯生产基地建设。在2010年之前可能近1000万ta乙烯新产能将建成投产。这将是未来几年我国乙烯快速增长期。据分析，中国乙烯快速增长主要得益于3大合资乙烯公司的投产，包括中海油壳牌南海石化新建大80万ta乙烯项目的投产，当

24、年生产乙烯64.6万t；上海赛科石化2006年增产乙烯33.6万t；南京杨巴乙烯增产30.6万t。2006年中国增产乙烯189万t，除南海乙烯项目外，中国茂名石化扩能64万ta，以及兰州石化扩能45万ta等因素。3.1.2设计目标本项目的目标是为在江苏苏州工业园区建一座年产30万吨乙烯的工厂，要求得到高附加值的化工产品，提高资源利用率，从而降低生产成本。同时需要考虑采取可行的措施减少系统对环境的不利影响。3.1.3项目概述乙烯，英文名称为Ethylene，分子式为C2H4，相对分子质量为28.06，通常情况下，乙烯是一种无色稍有气味的气体，密度为1.256g/L，比空气的密度略小，难溶于水，易

25、溶于四氯化碳等有机溶剂。3.2工艺流程的选择3.2.1乙烯工艺选择乙烯生产方法有烃类裂解制乙烯、甲醇制乙烯、甲烷氯气高温反应、甲烷催化氧化偶合制乙烯、乙烷催化脱氢制乙烯、乙烷氧化脱氢制乙烯、乙醇催化脱水制乙烯。烃类裂解制乙烯以石油烃或天然气为原料，而世界正面临着全球的能源危机,且此方法能量消耗高,规模巨大,若要产生规模效益,只适合在高度工业化的地区进行大规模建设。甲醇制乙烯该工艺收率低,催化剂改性、成本高和工业化应用不足。最重要的是甲醇主要由天然气或煤炭资源直接或间接获得,属于不可再生资源的产物。（1）甲烷氯气高温反应该工艺具有一定的竞争力,甲烷氯化法虽然理论上可行,但是该工艺反应温度过高,能

26、耗大,且还有很多技术难点尚未攻克,离工业化生产还有很长的距离。甲烷催化氧化偶合制乙烯甲烷转化率和乙烯收率低,要进行工业化生产必须考虑原料循环利用、节能等一系列问题,而且多数反应催化剂制备过程复杂,为了提高催化剂活性和选择性而加入稀土金属等成分,进一步提高了催化剂的成本。（2）乙烷催化脱氢制乙烯反应在较高温度下进行，能耗较高，且乙烯收率低。金属或陶瓷膜反应器耐高温且可提高乙烯的收率，但膜的制备技术和各项性能指标等问题还都有待于进一步深入研究。（3）乙烷氧化脱氢制乙烯该工艺存在的主要问题之一是乙烷的转化率和乙烯的收率较低。这一研究方向上所要解决的首要问题是开发出一种具有高活性和高乙烯选择性的催化剂

27、。（4）乙醇催化脱水制乙烯乙醇催化脱水过程并不像石油裂解那样复杂,工艺条件要求温和,规模不受限,所以它能被运用于任何地区,不受地域限制,具有很大的优势。3.2.2 乙醇催化脱水制乙烯工艺表3-1 催化剂的选择催化剂氧化物催化剂 杂多酸催化剂磷酸体系催化剂分子筛催化剂特点氧化物催化乙醇脱水所需反应温度高,能耗大,催化转化率较低,而且所需的原料浓度高,发酵所得低浓度乙醇需要精馏纯化 。杂多酸催化剂具有较好的催化活性和选择性和反应温度低,收率高等优点。但杂多酸常含有大量结晶水,在523K下易失去,继续加热可在620870K下分解,因此杂多酸的热稳定性不是很好.另外由于杂多酸较好的水溶性,因此在反应过

28、程中往往容易流失。该催化剂最大的优点是乙烯纯度高(约99%),但是过程腐蚀严重,因此对设备有一定的要求。此外,产物体系分离困难,而且反应过程中催化剂表面易积碳,寿命短。分子筛具有明确的孔腔分布、极高的内表面积、良好的热稳定性(1000)、可调变的酸位中心等特点。并且在催化剂不满足反应需要时可以对催化剂进行改性处理，使催化剂满足要求，常用的改性方法有脱铝，金属离子交换，金属氧化物浸渍等。选择结果：分子筛催化剂（1）乙醇催化脱水反应原理乙醇脱水生成乙烯和乙醚，是一个吸热、分子数增不变的可逆反应。提高反应温度、降低反应压力，都能提高反应转化率。乙醇脱水可生成乙烯和乙醚，但高温有利于乙烯的生在，较低温

29、度时主要生成乙醚，有人解释这大概是因为反应过程中生成的碳正离子比较活泼，尤其在高温，它的存在寿命更短，来不及与乙醇相遇时已经失去质子变成乙烯而在较低温度时，碳正离子存在时间长些，与乙醇分子相遇的机率增多，生成乙醚。有人认为在生成产物的决定步骤中，生成乙烯要断裂CH键，需要的活化能较高，所以要在高温才有乙烯的生成。反应式如下：主反应： C2H5OHC2H4+H2O 副反应： 2C2H5OH C2H5OC2H5+H2O（2）工艺参数分析确定工艺条件：温度：240左右 压力0.2MPa 3.3 工艺过程模拟过程模拟最为重要的任务有两点：（1）对各候选工艺进行判断是否可行；（2）选择最为合适的工艺方案

30、；在整个设计过程中，我们采用Aspen Plus对整个工艺流程进行了较为精确的计算，Aspen Plus有强大的物性数据库，但是具体物性方法的选择需要根据自己的实际流程选取。我们通过查阅文献资料，乙醇催化脱水工段采用NRTL模型，根据以上所选取的热力学模型，我们对全流程进行了模拟。3.3.1 乙醇催化脱水工艺模拟1、 乙醇催化脱水反应器的模拟Aspen Plus中提供的反应器模块有RStoic、RYield、REquil、RGibbs、RCSTR、RPlug、RBatch，其中RStoic、RYield是不考虑热力学可能性和动力学可行性的生产能力类反应器，REquil、RGibbs是不考虑动力

31、学可行性的热力学平衡类反应器，RCSTR、RPlug、RBatch是依据化学动力学进行计算的化学动力学类反应器。由于本反应动力学数据的缺乏，我们选择RStoic收率反应器，根据专利上的产物分布数据进行模拟。RStoic反应器是通过人为设定反应器出口产物收率来进行模拟的，因此只要进口的量确定，出口的产物中各组分的量就确定了，与反应器内的操作压力与温度无关，这样我们就无法通过模拟来确定反应器的最佳操作条件，最佳的操作条件只能通过文献调研来确定，最终确定的最佳反应条件为0.2MPa、240。而反应器压降的设定也是根据设备计算结果进行设定的。其催化脱水工序工艺流程图如图3-1所示。产品乙烯精馏塔反应器

32、原料乙醇冷却器加热器水、乙醚图3-1 乙醇催化脱水工序工艺流程框图用aspen模拟，得到反应流程如下图3-2图3-2 乙醇催化脱水部分流经加热器气化后的乙醇（纯度98%以上）进入反应器，在催化剂(2%La/HZSM-5)作用下发生脱水反应生成乙烯，控制反应温度在240左右。反应器最佳反应条件为0.2MPa、240， 主反应：C2H5OHC2H4+H2O副反应：2C2H5OH C2H5OC2H5+H2O2、乙烯提纯过程的模拟精馏塔的模拟是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。蒸气由塔底进入。蒸发出的气相与下降液进行

33、逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向气相中转移，气相中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，气相愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，从而达到组分分离的目的。由塔顶上升的气相进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，加热蒸发成气相返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。精馏塔的工艺参数为塔板数21，进料位置为17，分离温度为10，塔顶压力1bar，摩尔回流比0.059，馏出物/进料比0.6。模拟结果：塔顶排出物中含大部分的产品乙烯，以及少量的

34、乙醚和水，其中乙烯96.8%、乙醚2.6%，水0.6%。塔底馏出主要是水，乙烯和乙醚极少量。塔顶乙烯流量为41746.542Kg/h，水的流量为273.555Kg/h，乙醚的流量为1125.525Kg/h。塔底水的流量为26808.372Kg/h。第四章 设备选型4.1反应器设计4.1.1反应条件 使用由南方化学公司提供的改性的2%La-HZSM-5 催化剂其中催化剂的比表面积为300-600m2/g，孔容体积为0.30.8cm3/g。使用85%的粗甲醇进行进料的主要工艺条件指标为： 反应温度： 240 反应压力：1bar空速： 3000 h-1原料气体组成比：85%的乙醇，15%的水 4.1

35、.2反应器的类型确定 由乙醇脱水制取烯烃的反应器有固定床反应器、流化床反应器。 固定床反应器特点是流程简单，容易放大反应器的生产规模，显著降低投资， 由于停留时间较统一，可以明显提高产物的选择性。缺点是温度不宜控制，催化剂再生的时候操作复杂。 流化床反应器特点是流程复杂，在床内由于返混反应器内径向比较均一，和同样内径、长度的固定床相比，空速相同时、流化床反应器内压降更小，向反应器内补充催化剂无需停产，但工艺流程长，设备多，投资大，对催化剂要求苛刻。综上所述，在考虑了技术、成本、工艺后，选择固定床反应器。 4.1.3设计数据和工作参数 附表4-1-3 设计数据和工作参数烯烃年产量 30万吨/年

36、原料 年工作时间 30024=7200 空速 3000 - 反应温度 240 反应压力 1bar 4.1.4物料衡算和热量横算及结果 热量横算和物料横算由aspen 模拟得到，结果见附表4-1-4，详细数据见aspen 源文件：附表4-1-4 由aspen 模拟数据 INOUTTemperature 240240Pressure bar12Vapor Frac11Mole Flow kmol/hr1518.4603006.551Volume Flow cum/hr64785.07264173.222Enthalpy MMkcal/hr-78.809-62.216Mass Flow kg/hrC

37、2H6O69953.9950C2H4041746.512H2O0278081.927C4H14001125.525Mass FracC2H6O1.00C2H400.597H2000.387C4H10O00.016Mole Flow kmol/hrC2H6O1518.4600C2H401448.091H2O01503.275C4H10O015.185Mole FracC2H6O1.00C2H400.495H2O00.5C4H10O00.0054.2反应器结构的计算 4.2.1催化剂的填充量根据空速算得催化剂的填充量为：= 4.2.2反应管长度的计算 取空床速度为1.4m/s，则床层截面积为： 则

38、催化剂床层高度为： 根据化工原理取床层空隙率为0.3，则反映管长为: 4.2.3管束尺寸和反应管的排列 选取工业上所用的的列管，则单管催化剂体积为：则管数为采用3 个反应器并联，则每个反应器管数为8280根，每个反应器采用正三角形排列采用正三角形排列，反应器列管的布置与普通换热器有很大不同。首先，管束中央水循环受阻，传热恶化，温度分布不均，故此区域不布管；其次反应管的排管把整个管板按30划分为12 个区间，整个管板由一个30区间阵列而成。取中央不布管区域直径为200mm。 按正三角形排列,取管心距为，采用三角排列，则单管所占的面积为则每个反应器的直径为4.2.4反应床层压降 4.3机械强度的计

39、算和校核 4.3.1设计的选材 考虑到使用温度、需用应力、价格、供货情况及材料的焊接性能等9，在设计中选取：壳体、列管、管板、封头、法兰、支座、折流板材料为0Cr18Ni10T。 4.3.2板厚的计算根据流体进出出口温度，选择流体的设计温度为240，设计压力为11.1=1.1Mpa由于本操作是在高温下进行，所选材料为耐高温材料0Cr18Ni10Ti。（化工设备设计基础） 焊接方式：选为双面焊对接接头，100%无损探伤，故焊接系数=1；根据GB6654压力容器用钢板和GB3531低温压力容器用低合金钢板规定可知对OCr18Ni9钢板C1=1，C2=2，材料的许用应力则厚度按下式计算： 4.3.3

40、气压试验 0Cr18Ni10Ti的屈服极限为，气压试验： ，两者之间取较大值，所以 气压试验强度校核满足公式： 则所以气压试验满足强度要求。取反应器筒体直径为4300mm,厚度为50mm。内径为4200mm。 4.4气体分布板设计 4.4.1气体分布板的形式 工业应用的气体分布板形式很多，主要有直流式、侧流式、填充式、短管以及无分布板的漩流式等。 此反应器选用侧缝式锥帽分布板。 4.4.2分布板的压降 理想的气体分布板压降必然是同时满足均匀布气和具有良好稳定性这两个条件的最小压降。4.4.3均匀布气压降 Richardson 建议分布板的阻力至少应是气流阻力的100 倍，即： 4.4.4稳定性

41、压降 Agarwal 等指出，稳定性压降应不小于列管式固定床层压降的10，即 并且在任何情况下，其最小值约为3500Pa。 由此，分布板的最小压降可表示为： 这里，均匀布气压降就成为次要问题，只考虑稳定性压降就可以了。所以： 因为4.4.5孔数和孔径的确定 在分布板中心部分按等边三角形排列，这样，每一圈是正六边形，最外2 3 圈为同心圆排列，同心圆与正六边形之间的大空隙处，适当补加一些孔。 设孔间距为s，则： 取椎帽外径为40mm，实际排孔数4177 个，此时，满足要求 ，满足要求。4.5管口设计 4.5.1反应器进口 反应器进口总流量为,选进入反应器之前总管道运输速度为15m/s并联总管的直

42、径为：,采用DN=1200的管道（根据GB/T1057-1995）校核：根据选取的公称直径为 1200，则速度为：每个反应器选气体进口速度为 16m/s，则进口管直径为：， 圆整后采用 DN=700 的压力管口（根据GB/T1057-1995）校核：，在15-30m/s范围内，可以选取。4.5.2出口管设计反应器出口流量为，因为三个反应器串联，所以每个反应器出口管流量为5.96m3/s，取出口管速度为12m/s，则出口管直径为：圆整后选取 DN=800 的压力管口 （根据 GB/T1057-1995）校核：根据选取的钢管内径为 800mm，则：, 在15-30m/s范围内，可以选取。取出口管总

43、管运输速度为12m/s，则总管直径为：,取DN=1200的压力钢管（根据GB/T1057-1995）校核：，在15-30m/s范围内，可以选取。4.5.3折流板由于反应器中间不排管，最好选用环盘型折流板，板间距为 1m，板厚 10mm。折流板材料为 16MnR。4.6封头的设计 选用椭圆形封头，取形状系数 K=1，则其深度为 1150mm，壁厚为反应器厚度50mm，查表得直边高度为ho=50mm。所以椭圆形封头外径为 4700mm，厚度为 50mm，直边高度为 1150mm，直边高度为 50mm，质量为 8529kg。4.6.1支座的设计 支座采用裙座，材质为16MnR，裙座与塔体的链接采用对

44、接式焊接，裙座筒体外径为 4800mm，厚度为36mm，地脚螺栓的结构选择外螺栓作结构形式，螺栓规格为 M806，个数为30个。因为反应器筒体大、高，需要在裙座内部设置梯子。裙座上开设2个人孔方便检查，选择公称直径为450mm的人孔（根据HG21515-95）。为减少腐蚀以及在运行中可能有气体溢出，需要在裙座上部设置排气管，根据反应器直径，设置排气管规格1004。考虑到裙座的防火问题，在裙座内外侧均敷设防火层，防火材料为石棉水泥层（容积密度约为, 厚度为50mm。4.6.2反应器工艺及强度计算结果 反应器的工艺计算及强度计算结果见表4-6-2。 附表4-6-2 反应器的工艺计算及强度结果 项目参数反应温度()240反应压力(bar)1设计温度()250设计压力(bar)1.1反应器类型固定床反应器催化剂类型2%La-HZSM-5催化剂空速(h-1)3000催化剂填充量(m3/h)113.41催化剂填充高度(m)8.84反应管长长度(m)11.5尺寸材料OCr18Ni10T个数(根)8280排列正三角形封头形状标准椭圆形材料OCr18Ni10T厚度(mm)50深度(mm)1150直边高度(mm)50焊接系数1质量(kg)8529筒体材料OCr18Ni10T内径(mm)4185高度(m)8壁厚(mm)50焊