年產(chǎn)異丙苯10萬噸項(xiàng)目初步說明書

1、目錄1 總論.11.1 項(xiàng)目綜述.11.2 設(shè)計(jì)依據(jù).11.3 設(shè)計(jì)思想及原則.11.4 工藝特點(diǎn).21.5 產(chǎn)品及原料方案.21.6 輔助設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用.22 廠址選擇.32.1 選擇原則.32.2 廠址選定.32.3 地理位置.42.4 原料和市場.42.5 自然狀況.43 工藝流程設(shè)計(jì)及優(yōu)化.63.1 設(shè)計(jì)目標(biāo).63.1.1 概述.63.1.2 生產(chǎn)規(guī)模.63.2 合成異丙苯基本工藝流程.63.3 二異丙苯的優(yōu)化.73.3.1 優(yōu)化流程.73.3.2 優(yōu)化流程分析.83.4 泡點(diǎn)反應(yīng)器合成異丙苯.113.4.1 優(yōu)化流程.113.4.2 分離過程節(jié)能降耗分析.123.4.3 同時(shí)采用泡點(diǎn)

2、反應(yīng)器和新增二異丙苯塔新增側(cè)線采出.133.5 催化精餾合成異丙苯.143.5.1 催化精餾合成異丙苯的操作特性.143.5.2 固定床催化精餾塔合成異丙苯工藝流程.153.6 烷基化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的固定床催化精餾.163.6.1 優(yōu)化流程.163.6.2 優(yōu)化固定床催化精餾塔的操作特點(diǎn).173.6.3 不同苯烯比時(shí)對優(yōu)化固定床催化精餾塔的操作特點(diǎn).183.7 小結(jié).184 主設(shè)備選型設(shè)計(jì)及 aspen plus7.1 模擬.194.1 主設(shè)備設(shè)計(jì)原則.194.2 用 aspen plus7.1 對主設(shè)備的初步模擬.204.3 用 aspen plus7.1 對分離精餾塔進(jìn)行了第一次模

3、擬優(yōu)化.294.4 用 aspen plus7.1 對分離精餾塔進(jìn)行了第二次模擬優(yōu)化.335 換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化.385.1 概述.385.2 夾點(diǎn)的確定.386 自動(dòng)控制及儀表.406.1 設(shè)計(jì)依據(jù).406.2 自動(dòng)控制方案概述.406.3 主要現(xiàn)場儀表選型原則.427 供電與通信.457.1 設(shè)計(jì)說明.457.1.1 設(shè)計(jì)范圍.457.1.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范.457.2 供電電源.467.3 變電所和配電間.467.4 照明系統(tǒng).477.5 接地防雷系統(tǒng).487.6 電信工程.518 供熱供暖.528.1 概述.528.2 標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范.528.3 供熱方案.538.4 鍋爐給水系統(tǒng).558.5

4、供熱系統(tǒng)配套設(shè)施.569 環(huán)境保護(hù).579.1 設(shè)計(jì)依據(jù).579.2 環(huán)保治理措施.589.2.1 廢氣.589.2.2 廢水.589.2.3 廢渣.589.2.4 噪聲.589.3 場內(nèi)綠化.599.3.1 廠區(qū)綠化的作用.599.3.2 場內(nèi)綠化選擇原則.6010 土建.6210.1 設(shè)計(jì)編制依據(jù).6210.2 建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則.6310.3 建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案.6310.4 防火、防水防腐、防噪、防塵及建筑物內(nèi)外裝修等.6411 給水排水.6611.1 編制依據(jù).6611.2 設(shè)計(jì)范圍.6611.3 給水工程.6711.4 排水工程.6811.4.1 污水處理工程.6811.4.2 雨

5、水工程設(shè)計(jì).6912 總圖運(yùn)輸.7212.1 設(shè)計(jì)依據(jù).7212.2 設(shè)計(jì)范圍.7212.3 總平面布置.7312.3.1 廠區(qū)總體布局概述.7312.3.2 廠區(qū)各處面積指標(biāo).7312.3.3 廠前區(qū).7512.3.4 儲運(yùn)區(qū).7512.3.5 生產(chǎn)區(qū).7612.3.6 輔助生產(chǎn)區(qū).7612.3.7 廠區(qū)出入口的布置.7712.3.8 圍墻的設(shè)置.7712.4 廠內(nèi)運(yùn)輸設(shè)計(jì).7712.4.1 廠內(nèi)運(yùn)輸設(shè)計(jì)要求.7712.4.2 本廠運(yùn)輸設(shè)計(jì).78參考文獻(xiàn).791 總論1.1 項(xiàng)目綜述丙烯是源自石油、煤、天然氣的重要基礎(chǔ)有機(jī)化工原料，全球丙烯的產(chǎn)能已超1億噸/年，隨著我國今后幾年中丙烯產(chǎn)能的快

6、速增長，加快除聚丙烯以外的丙烯化工的綜合發(fā)展已成為我國烯烴化工可持續(xù)發(fā)展成為重要課題。本項(xiàng)目的目標(biāo)是為一石油化工綜合企業(yè)設(shè)計(jì)一座異丙苯的分廠，采用丙烯和石油苯作為原料經(jīng)濟(jì)價(jià)值更高的異丙苯，同時(shí)產(chǎn)生副產(chǎn)物二異丙苯、重芳烴。除考慮到主產(chǎn)物異丙苯的經(jīng)濟(jì)效益外，還考慮到副產(chǎn)物的出路問題。同時(shí)需要考慮盡可能減少對自然環(huán)境的污染以及對污染的治理措施。1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)1) 國家經(jīng)濟(jì)、建筑、環(huán)保相關(guān)政策，黑龍江省、大慶市化工工程建設(shè)相關(guān)建設(shè)規(guī)劃;2) 化工工程設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定;3) 化工工廠初步設(shè)計(jì)文件內(nèi)容深度規(guī)定 （2001 年 06 月 01 日國家石油和化工工業(yè)局發(fā)布）及有關(guān)專業(yè)的國家標(biāo)準(zhǔn)4) 2013 年

7、第七屆“三井杯”化工設(shè)計(jì)大賽參賽指導(dǎo)書;5) 項(xiàng)目可行性報(bào)告。11.3 設(shè)計(jì)思想及原則1) 所選擇的工藝技術(shù)應(yīng)先進(jìn)、適用、可靠，保證項(xiàng)目投產(chǎn)后，能安全、穩(wěn)定、長周期、連續(xù)運(yùn)行。2) 所選擇的設(shè)備和材料必須可靠，且盡可能國產(chǎn)化。3) 充分依托現(xiàn)有社會公共設(shè)施，以降低投資，加快項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度，采取切實(shí)可行的措施節(jié)約用水。4) 貫徹主體工程與環(huán)境保護(hù)、勞動(dòng)安全和工業(yè)衛(wèi)生、消防同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)建設(shè)、同時(shí)投產(chǎn)。5) 消防、衛(wèi)生及安全設(shè)施的設(shè)置必須貫徹國家關(guān)于環(huán)境保護(hù)、勞動(dòng)安全的法規(guī)和要求，負(fù)荷石油化工行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。6) 所選擇的產(chǎn)品方案和技術(shù)方案應(yīng)是優(yōu)化的方案，以最大程度減少投資，提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益和抗風(fēng)險(xiǎn)

8、能力?？茖W(xué)論證項(xiàng)目的技術(shù)可靠性、項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)事求是的作出研究結(jié)論.7) 促進(jìn)國丙烯工業(yè)綜合發(fā)展，提高我國丙烯工業(yè)的產(chǎn)業(yè)多樣性，是我國丙烯化工實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。31.4 工藝特點(diǎn)采用固定床催化反應(yīng)器，大大提高主產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率，減少了混合物分離操作的成本，減少了能耗的使用。1.5 產(chǎn)品及原料方案本項(xiàng)目設(shè)計(jì)年產(chǎn)異丙苯 10 萬噸，采用石油苯 和丙烯作為原料，在催化劑作用下進(jìn)行生產(chǎn)。原料苯選用中國石油大慶石化煉油廠的產(chǎn)品石油苯。原料丙烯選用中國石油大慶石化公司化工一廠生產(chǎn)的產(chǎn)品丙烯。主產(chǎn)物為異丙苯,副產(chǎn)物二異丙苯、重芳烴。1.6 輔助設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用在本設(shè)計(jì)中，應(yīng)用了以下輔助設(shè)計(jì)工具軟件：用 auto-

9、cad 2004 進(jìn)行制圖；用 aspen plus 7.1 進(jìn)行流程模擬和工藝優(yōu)化；用 aspen energy analyzer v7.1-aspenone 進(jìn)行熱能集成優(yōu)化；用 autodesk 3dsmax design2010 制作三維廠區(qū)效果圖。2 廠址選擇2.1 選擇原則廠區(qū)選擇基本原則(1) 廠址應(yīng)符合國家工業(yè)布局，城市或地區(qū)的規(guī)劃要求。(2) 廠址宜選在原料、燃料供應(yīng)和產(chǎn)品銷售便利的地區(qū)。(3) 廠址應(yīng)靠近水量充足、水質(zhì)良好的水源地。(4) 廠址應(yīng)盡可能靠近原有交通線，即交通運(yùn)輸便利地區(qū)。(5) 廠址地區(qū)應(yīng)具有熱、電的供應(yīng)。(6) 選址時(shí)注意節(jié)約用地，不占用或少占用良田。廠區(qū)

10、的大小、形狀和其條件應(yīng)滿足工藝流程合理布置的需要，并應(yīng)有發(fā)展的余地。(7) 選址得注意當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境條件，并對工廠投產(chǎn)后可能造成的環(huán)境影響做出預(yù)評價(jià)。(8) 廠址應(yīng)避開低于洪水位或在采取措施后仍不能確保不受水淹的地段。(9) 廠址附近應(yīng)建立生產(chǎn)污水和生活污水的處理裝置。(10) 廠址應(yīng)不妨礙或不破壞農(nóng)業(yè)水利工程，就盡量避免拆遷。(11) 廠址應(yīng)具有滿足建設(shè)工程需要的工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件。(12) 散發(fā)有害物質(zhì)的工業(yè)企業(yè)廠址，應(yīng)位于城鎮(zhèn)相鄰工業(yè)企業(yè)和居住區(qū)全年最小頻率風(fēng)向的上風(fēng)側(cè)，且不應(yīng)位于窩風(fēng)地段。32.2 廠址選定黑龍江省大慶市龍鳳區(qū),龍鳳區(qū)位于黑龍江省西部、大慶市東部，是大慶中心城的

11、“三顆星”之一，東部與大慶高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)隔路相望，西鄰大慶石油管理局采油二廠、四廠，北靠大慶市人民政府，南與安達(dá)市接壤。龍鳳區(qū)地域廣闊，共分龍鳳、臥里屯、興化三個(gè)區(qū)塊。下轄一鎮(zhèn)龍鳳鎮(zhèn)，面積 410 平方公里，人口 20 萬， 其中，農(nóng)村人口 2.3 萬，現(xiàn)有耕地面積 4.5 萬畝，草原面積 10.3 萬畝，荒水面積 8.8 萬畝。有“一田三草二水五分荒”之稱，極具開發(fā)前景。2.3 地理位置大慶市龍鳳區(qū)位于大慶市東部，是三個(gè)中心城區(qū)之一。轄區(qū)面積 410 平方公里，人口 35.24 萬。區(qū)轄 1 個(gè)鎮(zhèn)、5 個(gè)街道辦事處，轄區(qū)內(nèi)有大慶石化總廠、大慶石化公司等中、省、市直企業(yè) 38 家。大慶石油

12、化工總廠、大慶石化公司創(chuàng)建于 1962 年，經(jīng)過40 多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了油、化、纖、肥、塑一體化的生產(chǎn)格局。現(xiàn)有生產(chǎn)裝置和輔助裝置 112 套，原油一次加工能力 600 萬噸/年，年產(chǎn)汽、煤、柴、潤四大類產(chǎn)品300 多萬噸。可生產(chǎn)石油化工產(chǎn)品 77 種 303 個(gè)牌號，產(chǎn)品暢銷全國 28 個(gè)省、市、自治區(qū)，遠(yuǎn)銷世界 29 個(gè)國家和地區(qū)。大慶石化已成為我國重要的石化產(chǎn)品生產(chǎn)基地之。2.4 原料和市場中石油大慶石化公司位于大慶市每年的生產(chǎn)大量石油苯和丙烯為我公司提供了充足的原料來源。本區(qū)有大慶石化總廠、大慶石化公司等中、省、市直企業(yè) 38 家，已經(jīng)形成了油、化、纖、肥、塑一體化的生產(chǎn)格局。2.

13、5 自然狀況大慶光照充足，降水偏少，冬長嚴(yán)寒，夏秋涼爽。全市年平均氣溫 4.2 ，最冷月平均氣溫-18.5 ，極端最低氣溫-39.2 ；最熱月平均氣溫 23.3 ，極端最高氣溫 39.8 ，年均無霜期 143 天；年均風(fēng)速 3.8m/s，年16 級風(fēng)日數(shù)為 30 天；年降水 427.5 mm，年蒸發(fā) 635 mm，年干燥度為 1.2，大陸度為 78.9；年日照時(shí)數(shù)為 2726 小時(shí)，年太陽總輻射量 491.4kj/cm2。由于地處溫帶季風(fēng)性氣候所以受溫帶和季風(fēng)共同影響，大慶市年氣候變化多端，春夏秋冬四季，寒來暑往，周而復(fù)始的循環(huán)。冬季受大陸冷高壓控制影響，盛行偏北風(fēng)，寒冷少雪，熱量嚴(yán)重匱乏；夏

14、季受副熱帶海洋氣團(tuán)影響，盛行偏南風(fēng)，夏季前期干熱，后期降水集中且變率大，時(shí)有旱澇；春秋兩季為過渡季節(jié)，春季冷暖多變，干旱多風(fēng)，風(fēng)借旱情，旱助風(fēng)威，水資源嚴(yán)重匱乏；秋季多寒潮，降溫急劇，春溫高于秋溫，春雨少于秋雨。大慶市氣候受大陸的影響遠(yuǎn)甚于海洋，陸地因素在氣候形成中起決定作用，全市大陸度 k 在 76.281.0 之間（遠(yuǎn)大于 50），為典型的大陸性氣候。由于氣候的大陸性和季風(fēng)交替共同影響，在春季的增溫和秋季的降溫過程中，溫度升降頻繁且劇烈；同時(shí)，由于晴天日數(shù)多，晝夜溫度變差大。年日照時(shí)數(shù)在 2600 至 2900 小時(shí)，生長期（五至九月）日照時(shí)數(shù)為 1300 至 1350小時(shí)。年降水量在 4

15、00 至 550 毫米之間，生長期降水量一般在 350 至 480 毫米之間，占年降水量的 85%以上。3 工藝流程設(shè)計(jì)及優(yōu)化3.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)3.1.1 概述本項(xiàng)目的目標(biāo)是為中石油大慶石化建立一座以異丙苯為主要產(chǎn)品的分廠。要求以丙烯和苯為原料，其中丙烯由中石化生產(chǎn)過程催化裂化生產(chǎn)出來，苯由外購入，兩者在優(yōu)化的化工工藝中反應(yīng)生成異丙苯，異丙苯作為中間產(chǎn)物或其他用途售予其他化工廠或單位個(gè)人。盡量采取可可行的措施減少系統(tǒng)對環(huán)境的不利影響，并對排出的污染物提出合理的治理方案。3.1.2 生產(chǎn)規(guī)模由于各行業(yè)對異丙苯的需求，本場建設(shè)規(guī)模定為每年生產(chǎn)異丙苯10萬噸。3.2 合成異丙苯基本工藝流程 目前工業(yè)上

16、合成異丙苯所用的催化劑不盡相同，但其工藝流程基本相同。原料丙烯經(jīng)過預(yù)處理進(jìn)入到烷基化反應(yīng)器，原料苯經(jīng)過預(yù)處理送到苯塔，在苯塔中進(jìn)行脫水后由側(cè)線才出送到烴化和反烴化反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)液混合后送入分離系統(tǒng)，即依次送到苯塔，異丙苯塔，二異丙苯塔進(jìn)行分離，在苯塔塔頂脫出苯，水等組分，在異丙苯塔頂?shù)玫疆a(chǎn)品異丙苯，二異丙苯塔側(cè)線得到二異丙苯送回反烴化反應(yīng)器，副產(chǎn)物重芳烴由二異丙苯塔釜采出。4圖 3-1 合成異丙苯原工藝流程簡圖異丙苯合成過程中存在的問題是：二異丙苯由二異丙苯塔側(cè)線采出返回反烴化反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，而烴化反應(yīng)生成的重芳烴三異丙苯?jīng)]有經(jīng)過任何處理直接有塔釜排除，既造成了重組分的排放也增加了單位產(chǎn)

17、品的原料消耗和能量消耗。針對此問題，本節(jié)對異丙苯合成過程中的分離工段的二異丙苯塔進(jìn)行了優(yōu)化，從而對異丙苯合成工藝進(jìn)行節(jié)能改造。53.3 二異丙苯的優(yōu)化3.3.1 優(yōu)化流程在二異丙苯塔中增加一個(gè)下側(cè)線采出以回收三異丙苯。采出物進(jìn)入反烴化反應(yīng)器。三異丙苯和反烴化反應(yīng)器中多余的苯發(fā)生反應(yīng)生成二異丙苯，二異丙苯進(jìn)一步反烴化生成異丙苯。因此在苯與丙烯進(jìn)料不變的情況下，異丙苯產(chǎn)量增加，從而降低了單位產(chǎn)品的能耗。圖 3-2 合成異丙苯優(yōu)化流程工藝3.3.2 優(yōu)化流程分析1) 二異丙苯塔下側(cè)采出時(shí)苯塔冷凝器和再沸器能耗，圖 3-3 說明，隨下側(cè)采出量的增加，冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷都逐漸增加，但因?yàn)榭偖a(chǎn)量的增加

18、而是單位產(chǎn)品上的冷凝器和再沸器負(fù)荷逐漸降低，與原流程相比，單位產(chǎn)品苯塔冷凝器負(fù)荷最大可降低 5%，單位產(chǎn)品再沸器負(fù)荷最大可降低 1.65%。6由此說明二異丙苯塔增加一個(gè)下線采出時(shí)，苯塔能夠達(dá)到節(jié)能降耗的目的。8（a）1-冷凝器負(fù)荷；2-單位產(chǎn)品的冷凝負(fù)荷，采出量為零時(shí)即為原流程（b）1-再沸器熱負(fù)荷；2-單位產(chǎn)品的再沸器負(fù)荷圖 3-3 隨二異丙苯塔新增側(cè)線采出量變化苯塔熱負(fù)荷變化曲線2) 二異丙苯塔下側(cè)采出量的變化對異丙苯塔冷凝器和再沸器能耗的影響 圖二說明隨二異丙苯塔下側(cè)采出量的增加，異丙苯塔的冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷逐漸增加，但因?yàn)楫惐剿敭a(chǎn)品總量增加從而使單位產(chǎn)品上的冷凝器和再沸器負(fù)荷都

19、逐漸降低，由此說明二異丙苯塔增加一個(gè)下側(cè)線采出時(shí)，異丙苯塔能夠達(dá)到節(jié)能降耗的目的。3) 二異丙苯塔下側(cè)采出量的變化對二異丙苯塔冷凝器和再沸器能耗的影響圖三說明，隨著二異丙苯塔下側(cè)采出量的增加，二異丙苯塔的冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷迅速下降，之后基本保持不變，單位產(chǎn)品的冷凝器和再沸器負(fù)荷亦是如此，由此說明二異丙苯塔增加一個(gè)下側(cè)線采出時(shí)，二異丙苯塔本身也能夠達(dá)到節(jié)能降耗的目的。7,8（a）1-單位產(chǎn)品的冷凝負(fù)荷；2-冷凝器負(fù)荷（b）1-再沸器熱負(fù)荷；2-單位產(chǎn)品的再沸器熱負(fù)荷圖 3-4 隨二異丙苯塔新增側(cè)線采出量變化異丙苯塔熱負(fù)荷變化曲線4) 整個(gè)分離過程中所有冷凝器和再沸器總熱負(fù)荷 表 3-1 給出

20、了優(yōu)化流程與原流程冷凝器和再沸器熱負(fù)荷對比情況，二異丙苯塔新增側(cè)線采出量不同時(shí)，整個(gè)工藝流程中的冷凝器總負(fù)荷（苯塔、異丙苯塔和二異丙苯塔中冷凝器負(fù)荷之和）及總的再沸器負(fù)荷不同，可見單位產(chǎn)品總冷凝器負(fù)荷最大可降低 5.47%，單位產(chǎn)品再沸器負(fù)荷最大可降低 4.25%。8圖 3-5 隨二異丙苯塔新增側(cè)線采出量變化二異丙苯塔熱負(fù)荷變化曲線表 3-1 隨側(cè)線采出量的增加異丙苯產(chǎn)量和三異丙苯回收量的變化表下線采出量/kgh-1產(chǎn)量/kmolh-1異丙苯塔頂中異丙苯摩爾分?jǐn)?shù)/%三異丙苯采出率/%0109.1897.280.00100113.2297.282.10200113.5297.3931.61300

21、113.8997.6444.42400114.2597.5372.14500114.8397.6079.96600115.0297.5891.34700115.5597.2896.153.4 泡點(diǎn)反應(yīng)器合成異丙苯 苯與丙烯催化反應(yīng)器主要有:固定床反應(yīng)器、固定床催化精餾塔和懸浮床催化精餾塔。一般在固定床催化精餾塔中催化劑的構(gòu)件的內(nèi)傳質(zhì)問題嚴(yán)重，而且催化劑再生困難，為降低異丙苯等的進(jìn)一步烷基化反應(yīng)大都采用過量的苯烯比，選擇高的苯烯比，有利于提高催化劑的穩(wěn)定性及異丙苯的比例。苯烯比低時(shí)，催化劑失活速率很快。這是由于過量的丙烯齊聚生成的長鏈烯烴和苯烷基化生成了大分子的烷基苯低。苯烯比增加，催化劑穩(wěn)定性

22、提高。7但是苯烯比過高，烴化液中苯的比例增加，就會給后續(xù)的分離過程增加負(fù)荷。因?yàn)楸脚c丙烯生成異丙苯為放熱過程，故我們可以利用反應(yīng)熱來汽化部分苯以實(shí)現(xiàn)苯與烴化產(chǎn)物的初步分離，降低分離工段的分離分離負(fù)荷，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)工藝的節(jié)約降耗。8 因此下面采取泡點(diǎn)反應(yīng)器來代替原固定床反應(yīng)器，主要考察和驗(yàn)證采用結(jié)構(gòu)化催化劑和苯蒸發(fā)散熱的新工藝，以實(shí)現(xiàn)低苯烯比下合成異丙苯的優(yōu)化流程。3.4.1 優(yōu)化流程用泡點(diǎn)反應(yīng)器代替原有的固定床反應(yīng)器，分離工段以及反烴化裝置與原工藝相同。圖 3-6 給出了泡點(diǎn)反應(yīng)器簡圖。由于苯與丙烯反應(yīng)為放熱反應(yīng)，泡點(diǎn)反應(yīng)器即利用反應(yīng)熱部分汽化苯從而降低分離工段的分離負(fù)荷，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。圖

23、 3-6 泡點(diǎn)反應(yīng)器3.4.2 分離過程節(jié)能降耗分析 采用泡點(diǎn)反應(yīng)器時(shí)分離工段中各塔冷凝器和再沸器負(fù)荷列于表 3-2 中，可見，采用泡點(diǎn)反應(yīng)器合成異丙苯大大降低了分離工段的能量消耗，對苯與丙烯合成異丙苯工藝流程是一很大的優(yōu)化，此優(yōu)化流程可用于工業(yè)生產(chǎn)中。表 3-2 采用泡點(diǎn)反應(yīng)器時(shí)分離過程能耗統(tǒng)計(jì)原流程泡點(diǎn)反應(yīng)器總負(fù)荷/mkjh-1單位產(chǎn)品負(fù)荷/kjh-1總負(fù)荷/ mkjh-1單位產(chǎn)品負(fù)荷/ kjh-1冷凝器11.7728107.8329.820688.45124脫苯塔再沸器9.118283.517447.177264.64292冷凝器7.325767.099176.120955.12914異

24、丙苯塔再沸器5.923654.256754.704342.37024冷凝器5.923654.256751.713615.43389二異丙苯塔再沸器1.84516.899131.373312.36891整個(gè)流程冷凝器25.0221229.18817.6551159.0143整個(gè)流程再沸器16.8868154.673313.2548119.3821 3.4.3 同時(shí)采用泡點(diǎn)反應(yīng)器和新增二異丙苯塔新增側(cè)線采出同時(shí)采用泡點(diǎn)反應(yīng)器和增加二異丙苯苯塔下側(cè)線采出兩種優(yōu)化方法，對異丙苯工藝流程進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果列于表 3-3 和表 3-4 中。表 3-3 給出了從分離過程和反應(yīng)器兩方面同時(shí)對流程進(jìn)行優(yōu)化時(shí)

25、整個(gè)分離工段單位產(chǎn)品上冷凝器和再沸器能量消耗，可以看出，采用泡點(diǎn)反應(yīng)器并且新增加的二異丙苯塔側(cè)線采出量為 270 kgmol-1時(shí)，整個(gè)工藝流程中，單位產(chǎn)品總冷凝器負(fù)荷由原來流程的 195.06 kjmol-1降到157.27 kjmol-1，降低了 19.37 %；單位產(chǎn)品總再沸器負(fù)荷由原流程的 154.67 kjmol-1,降到 118.13 kjmol-1，降低了 23.62 %。異丙苯工藝流程的大送進(jìn)一步優(yōu)化。8表 3-3 綜合優(yōu)化異丙苯工藝過程時(shí)能耗統(tǒng)計(jì)表新增側(cè)線采出量/kgh-1項(xiàng)目原流程100200300脫苯塔11.779.839.869.86異丙苯塔7.336.156.166.

26、17二異丙苯塔2.21.661.681.68冷凝器負(fù)荷/mkjh-1總冷凝器負(fù)荷21.317.6517.717.72脫苯塔9.127.27.227.23異丙苯塔5.924.744.744.75二異丙苯塔1.851.321.331.34再沸器負(fù)荷/mkjh-1總再沸器負(fù)荷16.8913.2613.313.31表 3-4 綜合優(yōu)化異丙苯工藝過程時(shí)單位產(chǎn)品能耗統(tǒng)計(jì)表新增側(cè)線采出量/kgh-1項(xiàng)目原流程100200300脫苯塔107.8387.8587.6287.54異丙苯塔67.1054.9854.8254.8二異丙苯塔20.1314.8714.9314.93冷凝器負(fù)荷/mkjh-1總冷凝器負(fù)荷19

27、5.06157.7157.45157.27脫苯塔83.5264.2964.1864.14異丙苯塔54.2642.3142.242.14二異丙苯塔16.911.8311.8511.85再沸器負(fù)荷/mkjh-1總再沸器負(fù)荷154.67118.44118.33118.133.5 催化精餾合成異丙苯3.5.1 催化精餾合成異丙苯的操作特性 1）aspen plus 7.1 模擬固定床催化精餾塔 采用固定床催化精餾反應(yīng)器合成異丙苯，固定床催化精餾塔共分為 41 快理論塔板（包括冷凝器和再沸器） 。塔頂冷凝器選擇全凝器，全凝器為第一塊塔板，塔釜再沸器為第 41 塊。操作壓力 0.7 mpa，苯進(jìn)料 100

28、 kmolh-1,回流量 960 kmolh-1，催化精餾塔采用全回流操作。苯在塔頂進(jìn)料，丙烯在塔中部進(jìn)料（第 21 塊塔板） ，反應(yīng)體積3m2。采用 aspen plus7.1 進(jìn)行模擬計(jì)算，選擇用于嚴(yán)格多級分離模型的 radfrac，熱力學(xué)方程選擇 unifac 活度模型。為簡化計(jì)算，假設(shè)塔內(nèi)只有苯、丙烯、異丙苯和二異丙苯四種組分，存在如下反應(yīng)。烷基化反應(yīng)： b + p i 式(1) p + i d 式(2)烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)： d + b i 式(3)其中b苯p丙烯i異丙苯d二異丙苯對于烷基化反應(yīng)兩式，采用動(dòng)力學(xué)模型，烷基化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)見下式子，烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)采用平衡模型，平衡常數(shù) k 見下式

29、。 式(4)430.91.013.74 10 exp( 7.39 10 /)bprtcc 式(5)740.50.923.68 10 exp( 0.01 10 /)iprtc c 式(6)36.52 10exp(27240/)krt其中:cb苯的摩爾濃度cp丙烯的摩爾濃度ci異丙苯的摩爾濃度r1、r2反應(yīng)速率2）固定床催化精餾塔操作特性催化精餾塔內(nèi)氣液相摩爾流率分布，氣象負(fù)荷變化不大，所以塔徑設(shè)計(jì)比較方便，反應(yīng)段和提餾段可以采用同一塔徑。由固定床催化精餾塔內(nèi)液相摩爾分率的分布情況，可以看出：塔頂苯的摩爾分?jǐn)?shù)幾乎為 100%，即為純苯回流，相應(yīng)的塔頂溫度大致為苯在操作壓力下的沸點(diǎn)；在塔釜塔板上苯濃

30、度急劇下降，重組分異丙苯和二異丙苯濃度相應(yīng)增大，同時(shí)塔釜溫度急劇升高；由上可知，催化精餾塔內(nèi)溫度分布和組成分布可以看成一一對應(yīng)且相互聯(lián)系的。3.5.2 固定床催化精餾塔合成異丙苯工藝流程1）工藝流程及進(jìn)料說明采用固定床催化精餾塔來代替原有烴化反應(yīng)器，分離工段和反烴化器都保持不變。2）分離工序能耗分析表 3-5 給出了采用固定床催化精餾塔時(shí)整個(gè)分離過程中的能耗，可以看出，采用固定床精餾時(shí)，整個(gè)工藝流程中總冷凝器負(fù)荷降低了 31.40%，單位產(chǎn)品總冷凝器負(fù)荷降低了 36.37%；總再沸器負(fù)荷降低了 16.25%，單位產(chǎn)品總再沸器負(fù)荷講的了23.63%。表 3-5 整個(gè)流程能量消耗表原流程固定床催化

31、精餾項(xiàng)目總負(fù)荷/(gjh-1)單位產(chǎn)品負(fù)荷/(kjmol-1)總負(fù)荷/(gjh-1)單位產(chǎn)品負(fù)荷/(kjmol-1)冷凝器苯塔再沸器11.77 107.839.12 83.526.87 58.418.11 68.88冷凝器異丙苯塔再沸器7.33 67.105.92 54.266.55 55.695.00 42.45冷凝器二異丙苯塔再沸器2.20 20.131.85 16.901.18 10.831.04 8.84整個(gè)流程冷凝器整個(gè)流程再沸器21.30 195.0616.89 154.6714.61 124.1214.14 120.163.6 烷基化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的固定床催化精餾固定床催

32、化精餾塔主要應(yīng)用在苯與丙烯催化反應(yīng)合成異丙苯的烷基化反應(yīng)過程中，而二異丙苯和苯的烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)在另一個(gè)固定床反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)中指出，合成異丙苯的烷基化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)可以在同一個(gè)固定床催化精餾塔中實(shí)現(xiàn)，從而提高丙烯的轉(zhuǎn)化率和烷基苯的選擇性，簡化工藝流程并節(jié)省設(shè)備投資。3.6.1 優(yōu)化流程圖 3-7 給出了烷基化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的固定床催化精餾合成異丙苯的優(yōu)化流程，催化精餾塔塔釜產(chǎn)物主要是苯、異丙苯和二異丙苯的混合物，它們依次經(jīng)過苯塔、異丙苯塔和二異丙苯塔，在異丙苯塔塔頂?shù)玫侥康漠a(chǎn)品異丙苯，二異丙苯塔側(cè)線采出的二異丙苯重新返回催化精餾塔中循環(huán)使用。對于在固定床催化精餾塔中只進(jìn)行烷基化反應(yīng)的工

33、藝流程，從二異丙苯塔側(cè)線采出的二異丙不再進(jìn)入催化精餾塔而是進(jìn)入一個(gè)固定床烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)器中。7圖 3-7 催化精餾合成異丙苯工藝流程3.6.2 優(yōu)化固定床催化精餾塔的操作特點(diǎn)烷基化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行的催化精餾塔與僅僅進(jìn)行烷基化反應(yīng)的催化精餾塔的一個(gè)明顯區(qū)別是有一股二異丙苯從塔下部進(jìn)入催化精餾塔內(nèi)。從圖 3-8 可以看出，在固定床催化精餾塔其他操作參數(shù)不變的情況下，進(jìn)入催化精餾塔的二異丙苯流量 f1是影響精餾塔設(shè)計(jì)和操作的一個(gè)重要參數(shù)。在催化精餾塔的模擬計(jì)算過程中發(fā)現(xiàn)，二異丙苯流量 f1不能任意給定。進(jìn)入催化精餾塔的二異丙苯流量 f1必須等于從塔釜流出的二異丙苯流量 f1。在催化精餾塔塔的模擬

34、過程中，不斷調(diào)整進(jìn)入催化精餾塔的二異丙苯流量 f1.直至f1=f2，從而確定出 f1。固定床催化精餾塔的操作條件是：壓力 7 atm；塔頂部進(jìn)料苯100 kmolh-1；丙烯 50 kmolh-1；回流量 960 kmolh-1；全塔理論板數(shù)。可得固定床催化精餾塔 f1和 f2的變化關(guān)系。3.6.3 不同苯烯比時(shí)對優(yōu)化固定床催化精餾塔的操作特點(diǎn)當(dāng)進(jìn)入催化精餾塔的二異丙苯流量 f1等于從塔釜流出的二異丙苯的流量 f2時(shí)，系統(tǒng)才能夠在定態(tài)下操作。改變丙烯進(jìn)料量進(jìn)而改變進(jìn)料苯烯比（摩爾比） ，考察 f1和f2的變化關(guān)系，可得計(jì)算結(jié)果。隨苯烯比增大，操作點(diǎn)（f1=f2的值）變小，當(dāng)苯烯比等于 3 時(shí)，

35、f1=f2的值已經(jīng)非常小了，僅為 1 kmolh-1；苯烯比大于 3 時(shí)固定床催化精餾優(yōu)化流程將部存在定態(tài)操作點(diǎn)，所以設(shè)計(jì)操作時(shí)苯烯比應(yīng)當(dāng)減小，但是設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意苯烯比不應(yīng)小于 1，以避免丙烯的齊聚反應(yīng)進(jìn)而導(dǎo)致催化劑失活。本節(jié)提出了現(xiàn)實(shí)異丙苯合成過程中存在的問題：烴化反應(yīng)生成的重芳烴三異丙苯?jīng)]有經(jīng)過任何處理直接由塔釜排出，既造成了重組分的排放也增加了單位產(chǎn)品的原料消耗和能量消耗；為限制異丙苯的進(jìn)一步氧化而采用高苯烯比，從而增大了分離工段的分離任務(wù)，造成高能耗。本節(jié)給出了本與丙烯合成異丙苯工藝的優(yōu)化方案：在分離工段的二異丙苯塔下部增加一個(gè)側(cè)線采出，以回收重芳烴三異丙苯，達(dá)到節(jié)能降耗的目的；采用固

36、定床催化精餾塔合成異丙苯。3.7 小結(jié)綜上可知合成異丙苯的烷基化和烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)可以在同一個(gè)固定床催化精餾塔中實(shí)現(xiàn)，從而提高丙烯的轉(zhuǎn)化率和烷基苯的選擇性，且能減少精餾時(shí)各方面的負(fù)荷，簡化工藝流程并節(jié)省設(shè)備投資。故本廠將采用固定床催化精餾塔，以實(shí)現(xiàn)苯與丙烯的烷基化及烷基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。分離工段共有三個(gè)分離精餾塔，分別為苯塔、異丙苯塔、二異丙苯塔，其中在分離工段的二異丙苯塔下部增加一個(gè)側(cè)線采出，以回收重芳烴三異丙苯。4 主設(shè)備選型設(shè)計(jì)及 aspen plus7.1 模擬4.1 主設(shè)備設(shè)計(jì)原則1.反應(yīng)器設(shè)計(jì)原則（1）具有適宜的流體力學(xué)條件，流動(dòng)性能好，有利于熱量傳遞和質(zhì)量傳遞；（2）合理的結(jié)構(gòu)，能有效的加速

37、反應(yīng)；（3）保證壓力和溫度符合操作條件；（4）操作穩(wěn)定，調(diào)節(jié)方便，能適應(yīng)各種操作條件的變化。2.塔設(shè)備設(shè)計(jì)原則（1）具有適宜的流體力學(xué)條件，可使氣液兩相良好接觸；（2）結(jié)構(gòu)簡單，處理能力大，壓降低；（3）強(qiáng)化質(zhì)量傳遞和能量傳遞。3.設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)鋼制壓力容器 gb150-98壓力容器用鋼板 gb6654-96奧氏體不銹鋼焊接鋼管選用規(guī)定 hg20537.1-92化工裝置用不銹鋼大口徑焊接鋼管技術(shù) hg20537.4-92安全閥的設(shè)置和選用 hg/t20570.2-95爆破片的設(shè)置和選用 hg/t20570.3-95設(shè)備進(jìn)、出管口壓力損失計(jì)算 hg/t20570.9-95鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定 hg

38、20580-98鋼制化工容器材料選用規(guī)定 hg20581-98鋼制化工容器強(qiáng)度計(jì)算規(guī)定 hg20582-98鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定 hg20583-98鋼制化工容器制造技術(shù)規(guī)定 hg20584-98化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定 hg/t20643-98壓力容器無損檢測 jb4730-2005鋼制壓力容器焊接工藝評定 jb4708-2000鋼制壓力容器焊接規(guī)程 jb/t4709-2000鋼制壓力容器產(chǎn)品焊接試板的力學(xué)性能 jb4744-2007壓力容器用鋼鍛件 jb4726-2000本節(jié)是用 aspen plus7.1 軟件對工藝流程的模擬，共模擬了 3 次，由于流程較復(fù)雜，故采用分段模擬的方式，分別

39、對反應(yīng)器、苯塔、異丙苯塔、二異丙苯塔、進(jìn)行了模擬?？偭鞒棠M圖如下：圖 4-1 總流程模擬圖示4.2 用 aspen plus7.1 對主設(shè)備的初步模擬1) 反應(yīng)器的選型及模擬由于本工藝所涉及的主反應(yīng)器為固定床催化精餾塔，選型計(jì)算非常復(fù)雜，因此我們參考了吉林石化異丙苯單元現(xiàn)有年產(chǎn) 10 萬噸異丙苯反應(yīng)器實(shí)際生產(chǎn)參數(shù)，并且結(jié)合我們自己分廠的實(shí)際情況得出反應(yīng)器設(shè)計(jì)參數(shù)如下表：表 4-1 反應(yīng)器參數(shù)表固定床催化精餾塔設(shè)計(jì)參數(shù)催化劑ysbh-3 分子篩催化劑反應(yīng)器內(nèi)徑（m）2操作壓力（mpa）0.7床層空隙率0.5催化劑粒徑（mm）2.7進(jìn)料苯烯摩爾比2:1催化劑堆密度（kg/m3）560反應(yīng)器高度（

40、m）32.1實(shí)際催化床層高度（mm）8311理論塔板數(shù)41回流量（kmol/h）960丙烯進(jìn)料處塔板數(shù)21由于用 aspen plus7.1 不能對固定床催化精餾塔直接進(jìn)行模擬，我們經(jīng)過反復(fù)的思考，決定采用化學(xué)計(jì)量反應(yīng)器對此反應(yīng)器進(jìn)行簡化模擬，反應(yīng)器的操作條件及物料衡算所得數(shù)據(jù)如下表:表 4-2 固定床催化精餾塔物料衡算壓力 mpa苯烯比反應(yīng)溫度液相空速 h-10.72:117610進(jìn)料流量 f（kmol/h）丙烯苯113.8227.6選擇性組成%異丙苯二異丙苯三異丙苯重芳烴86.712.950.30.05出口組成%異丙苯二異丙苯三異丙苯重芳烴苯77.4610.130.230.003912.1

41、7輸入進(jìn)料的操作溫度、壓力，并設(shè)置進(jìn)料組分的流量和組成，輸入化學(xué)計(jì)量方程式，用化學(xué)計(jì)量反應(yīng)器模擬反應(yīng)過程得出結(jié)果如下表：表 4-3 反應(yīng)器模擬數(shù)據(jù)2) 精餾塔（脫苯塔）的選型及模擬表 4-4 脫苯塔的設(shè)計(jì)選型參數(shù)分離精餾塔設(shè)計(jì)參數(shù)脫苯塔理論板數(shù)55操作壓力（kpa）126.5進(jìn)料板位置20回流量（kg/h）30550側(cè)線采出塔板數(shù)塔頂采出量（kg/h）1376.3側(cè)線采出量（kg/h）塔內(nèi)徑（m）2.0表 4-5 脫苯塔的物料衡算進(jìn)料異丙苯二異丙苯三異丙苯重芳烴苯/水組成%77.4610.130.230.003912.17流量kmol/h112.714.7370.3410.005617.71塔

42、頂進(jìn)料板塔底溫度83126145壓力 mpa101.3126.5145.4摩爾流量kmol/h17.62145.49127.87質(zhì)量流量kmol/h1376.317323.416009.4 輸入操作溫度、操作壓力，進(jìn)料總流量及組成，選用 nrtl-rk 方程，設(shè)置塔板壓降為 0.9 kpa,并選擇苯為輕關(guān)鍵組分，異丙苯為重關(guān)鍵組分，用 aspen plus7.1 模擬結(jié)果如下表：表 4-6 苯精餾塔模擬數(shù)據(jù)圖 4-2 苯和異丙苯在各塔板上的組成3) 精餾塔（異丙苯塔）的選型及模擬表 4-7 異丙苯塔的設(shè)計(jì)選型參數(shù)分離精餾塔設(shè)計(jì)參數(shù)異丙苯塔理論板數(shù)40操作壓力（kpa）122.9進(jìn)料板位置17回

43、流量（kg/h）6000側(cè)線采出塔板數(shù)塔頂采出量（kg/h）13541.81側(cè)線采出量（kg/h）塔內(nèi)徑（m）1.8表 4-8 異丙苯塔的物料衡算進(jìn)料異丙苯塔二異丙苯塔三異丙苯塔重芳烴組成%88.211.530.280.0044流量 kmol/h112.714.7370.3410.0056塔頂進(jìn)料板塔底溫度153.3180202.2壓力 mpa101.3122.9151.7摩爾流量 kmol/h112.67127.7815.11質(zhì)量流量 kmol/h13541.8116009.42467.59輸入操作溫度、操作壓力，進(jìn)料總流量及組成，選用 nrtl-rk 方程，設(shè)置塔板壓降為 0.9 kpa,

44、并選擇為異丙苯輕關(guān)鍵組分，二異丙苯為輕關(guān)鍵組分，用 aspen plus7.1模擬結(jié)果如下表：表 4-9 異丙苯塔模擬數(shù)據(jù)圖 4-3 異丙苯和二異丙苯在各塔板上的組成4) 精餾塔（二異丙苯塔）的選型及模擬表 4-10 異丙苯塔的設(shè)計(jì)選型參數(shù)分離精餾塔設(shè)計(jì)參數(shù)二異丙苯塔理論板數(shù)30操作壓力（kpa）138.2進(jìn)料板位置20回流量（kg/h）5000側(cè)線采出塔板數(shù)6塔頂采出量（kg/h）2391.4側(cè)線采出量（kg/h）69.68塔內(nèi)徑（m）1.6表 4-11 二異苯塔的物料衡：進(jìn)料二異丙苯三異丙苯重芳烴組成%97.592.370.04流量 kmol/h14.7370.3410.0056塔頂進(jìn)料板

45、塔底側(cè)線塔底溫度204.3200235.6235.6壓力 mpa101.3126.5138.2138.2摩爾流 kmol/h14.73715.110.3410.0056質(zhì)量流 kmol/h2391.42467.3969.686.51輸入操作溫度、操作壓力，進(jìn)料總流量及組成，選用 nrtl-rk 方程，設(shè)置塔板壓降為 0.9 kpa,并選擇為二異丙苯輕關(guān)鍵組分，三異丙苯為重關(guān)鍵組分，用 aspen plus 7.1 模擬結(jié)果如下表：表 4-12 二異丙苯塔模擬數(shù)據(jù)圖 4-4 二異丙苯和三異丙苯在各塔板上的組成4.3 用 aspen plus7.1 對分離精餾塔進(jìn)行了第一次模擬優(yōu)化在第一次模擬的基

46、礎(chǔ)上，規(guī)定了塔頂、塔釜產(chǎn)品的含量，定義流出物流率和回流比為變量，并且設(shè)定了它們的取值范圍，從而對三個(gè)分離精餾塔進(jìn)行了優(yōu)化。1) 精餾塔（脫苯塔）的模擬優(yōu)化在第一次模擬的基礎(chǔ)上，規(guī)定了塔頂苯含量為 99.95 %、塔釜異丙苯的含量為 99.90 %，定義餾出物流率和回流比為變量，并且設(shè)定了它們的取值范圍，餾出物流率范圍為（2545 lbmol/hr）,回流比范圍為（1.53）,模擬優(yōu)化結(jié)果如下：表 4-13 苯精餾塔模擬數(shù)據(jù)圖 4-5 第一次優(yōu)化后苯和異丙苯在各塔板上的組成2) 精餾塔（異丙苯塔）的模擬優(yōu)化在第一次模擬的基礎(chǔ)上，規(guī)定了塔頂異丙苯含量為 99.95%、塔釜二異丙苯的含量為 99.9

47、0%，定義餾出物流率和回流比為變量，并且設(shè)定了它們的取值范圍，餾出物流率范圍為（200400 lbmol/hr）,回流比范圍為（1.02.5）,模擬優(yōu)化結(jié)果如下：表 4-14 異丙苯塔模擬數(shù)據(jù)圖 4-6 第一次優(yōu)化后異丙苯和二異丙苯在各塔板上的組成(3) 精餾塔（二異丙苯塔）的模擬優(yōu)化在第一次模擬的基礎(chǔ)上，規(guī)定了塔頂二異丙苯含量為 99.95%、塔釜三異丙苯的含量為 99.90%，定義餾出物流率和回流比為變量，并且設(shè)定了它們的取值范圍，餾出物流率范圍為（2545 lbmol/hr）,回流比范圍為（0.82.4）,模擬優(yōu)化結(jié)果如下：表 4-15 二異丙苯塔精餾塔模擬數(shù)據(jù)圖 4-7 第一次優(yōu)化后二

48、異丙苯和三異丙苯在各塔板上的組成4.4 用 aspen plus7.1 對分離精餾塔進(jìn)行了第二次模擬優(yōu)化在第一次模擬的基礎(chǔ)上，設(shè)置了冷凝器、再沸器以及塔板的效率，從而對三個(gè)分離精餾塔進(jìn)行了優(yōu)化。1) 精餾塔（苯塔）的模擬優(yōu)化在第一次模擬的基礎(chǔ)上，設(shè)置了冷凝器、再沸器的效率為 90 %，塔板效率為 75 %，模擬優(yōu)化結(jié)果如下表：表 4-16 苯塔模擬數(shù)據(jù)圖 4-8 第二次優(yōu)化后苯和異丙苯在各塔板上的組成2) 精餾塔（異丙苯塔）的模擬優(yōu)化在第一次模擬的基礎(chǔ)上，設(shè)置了冷凝器、再沸器的效率為 90 %，塔板效率為 75 %，模擬優(yōu)化結(jié)果如下表：表 4-17 異丙苯塔模擬數(shù)據(jù)圖 4-8 第二次優(yōu)化后異丙

49、苯和二異丙苯在各塔板上的組成3) 精餾塔（二異丙苯塔）的模擬優(yōu)化在第一次模擬的基礎(chǔ)上，設(shè)置了冷凝器、再沸器的效率為 90%，塔板效率為75%，模擬優(yōu)化結(jié)果如下表：表 4-18 二異丙苯塔模擬數(shù)據(jù)圖 4-9 第二次優(yōu)化后二異丙苯和三異丙苯在各塔板上的組成5 換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化5.1 概述換熱是化工生產(chǎn)不可缺少的單元操作過程。對于一個(gè)含有換熱物流的工藝流程，將其中的換熱物流提取出來，組成了換熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其中被加熱的物流稱為冷物流，被冷卻的物流稱為熱物流。換熱的目的不僅是為了使物流溫度滿足工藝要求，而且也是為了回收過程余熱，減少公用工程消耗。換熱網(wǎng)絡(luò)合成的任務(wù)，是確定換熱物流的合理匹配方式，從而以最小的消

50、耗代價(jià)，獲得最大的能量利用效益 。換熱網(wǎng)絡(luò)的消耗代價(jià)來自三個(gè)方面：換熱單元（設(shè)備）數(shù)、傳熱面積、公用工程消耗，換熱網(wǎng)絡(luò)合成追求的目標(biāo)是使這三方面的消耗都為最小值。對此，我們借助于 aspen energy analyzer v7.1 軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)并優(yōu)化了換熱網(wǎng)絡(luò)。75.2 夾點(diǎn)的確定輸入入口、出口溫度以及冷熱物流的的熱容流率如下圖：由此表可畫出夾點(diǎn)圖如下：6 自動(dòng)控制及儀表自動(dòng)化技術(shù)是當(dāng)今舉世矚目的高技術(shù)之一，也是中國今后重點(diǎn)發(fā)展的一個(gè)高科技領(lǐng)域。自動(dòng)化技術(shù)的研究開發(fā)和應(yīng)用水平是衡量一個(gè)國家發(fā)達(dá)程度的重要標(biāo)志。自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了工業(yè)生產(chǎn)的飛迅發(fā)展，在促進(jìn)產(chǎn)業(yè)革命中起著十分重要的作用。特別是

51、在石油、化工、冶金、輕工等部門，由于采用了自動(dòng)化儀表和集中控制裝置，促進(jìn)了連續(xù)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的發(fā)展，大大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，獲得了巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。6.1 設(shè)計(jì)依據(jù) 管道儀表流程圖上的物料代號和縮寫詞 hg 20559.5-93 管道等級號及管道材料等級表 hg 20519.38-92 管道儀表流程圖隔熱、保溫、防火和隔聲代號 hg20559.6-93 過程檢測和控制流程圖用圖形符號和文字代號 gb2625-816.2 自動(dòng)控制方案概述 1) 自動(dòng)控制的目的 加快生產(chǎn)速度，減低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件。能夠保證生產(chǎn)安全，防止事故發(fā)生或擴(kuò)大，延長設(shè)備使用

52、壽命，提高設(shè)備利用能力。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化，從根本上改變勞動(dòng)方式，提高工人文化技術(shù)水平，逐步消滅體力勞動(dòng)和腦力勞動(dòng)之間的差別。 2) 自動(dòng)控制系統(tǒng)常用術(shù)語被控對象：在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，將需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備或機(jī)器稱為被控對象，簡稱對象。 被控變量：生產(chǎn)過程中要求自動(dòng)控制對象保持恒定值（或某一規(guī)律變化）的變量稱為被控變量。 控制變量（操作變量）：在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，把用來克服干擾對被控變量的影響，實(shí)現(xiàn)控制作用的變量稱為控制變量或操縱變量。 干擾：在自動(dòng)控制系統(tǒng)中引起被控變量波動(dòng)的外來因素稱為干擾作用。 設(shè)定值：工藝規(guī)定被控變量所要保持的數(shù)值。 偏差：偏差本應(yīng)是設(shè)定值與被控變量的實(shí)際值之差，但

53、能獲取的信息是被控變量的測量值而非實(shí)際值，因此，在控制系統(tǒng)中常把設(shè)定至于測量值之差定義為偏差。余差：當(dāng)過渡過程終了時(shí)，被控變量所達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏差叫做余差。 3)自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 自動(dòng)控制系統(tǒng)由比較機(jī)構(gòu)、控制器、執(zhí)行器和測量/變送環(huán)節(jié)四部分組成。 測量變送環(huán)節(jié)：測量被控變量，并將被控變量轉(zhuǎn)換為特定的信號。比較機(jī)構(gòu)及控制器：接受來自于變送器的信號，與設(shè)定值進(jìn)行比較得出偏差，并很據(jù)一定的規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，然后將運(yùn)算結(jié)果用特定的信號發(fā)送出去。執(zhí)行器：根據(jù)控制器送來的信號相應(yīng)的改變控制變量，以達(dá)到控制變量的目的。 4)自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 自動(dòng)控制有很多分類方法，可以按被控變量來分類，如溫

54、度、壓力、流量、液位等控制系統(tǒng)。也可以按控制器的控制規(guī)律來分類，比如比例、比例積分、比例微分、比例積分微分等控制系統(tǒng)。在分析自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，最經(jīng)常遇到的是將控制系統(tǒng)按照工藝過程需要控制的被控制的變量的給定值是否變化和如何變化來分類，這樣可將自動(dòng)控制系統(tǒng)分為三類，即定值控制系統(tǒng)，隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。 a.定值控制系統(tǒng) 所謂“定值”就是恒定給定值的簡稱。工藝生產(chǎn)中，如果要求控制系統(tǒng)的作用是使被控制的工藝參數(shù)保持在一個(gè)生產(chǎn)指標(biāo)上不變，或者說要求被控變量的給定值不變，那么就需要采用定值控制系統(tǒng)。 b.隨動(dòng)控制系統(tǒng)（自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)） 隨動(dòng)控制系統(tǒng)又稱自動(dòng)控制跟蹤系統(tǒng)，這類系統(tǒng)的特點(diǎn)是給定值不斷變化

55、，而這種變化不是預(yù)先規(guī)定好的，也就是說給定值是隨機(jī)變化的。隨動(dòng)控制的目的就是使所控制的工藝參數(shù)準(zhǔn)確而快速的跟隨給定值的變化而變化。在化工生產(chǎn)中，比值控制系統(tǒng)就屬于隨動(dòng)控制系統(tǒng)。 c.程序控制系統(tǒng)（順序控制系統(tǒng)） 這類控制系統(tǒng)的給定值是變化的，它是一個(gè)已知的時(shí)間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)需按一定的時(shí)間程序變化。 5) 自動(dòng)控制設(shè)計(jì)的范圍 自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含的內(nèi)容非常豐富，本文在設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)注的是控制方案的選擇以及所需檢測和調(diào)節(jié)儀表的初步選型，至于控制過程具體如何實(shí)現(xiàn)這是物理學(xué)電路設(shè)計(jì)的內(nèi)容，不屬于化工設(shè)計(jì)的核心，故在此不予討論。 6) 自動(dòng)控制設(shè)計(jì)的思路 根據(jù)工藝要求的不同，即使對相同的控制對象，自動(dòng)控

56、制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案也可能會不一樣。本說明書在選擇控制方案時(shí)主要根據(jù)工藝自身的特點(diǎn)及控制要求，對工藝不同工段中的各種被控對象進(jìn)行分析以找到合理經(jīng)濟(jì)的控制方案，并就測量及調(diào)節(jié)儀表進(jìn)行簡單的選型。7)反應(yīng)器的控制 對于反應(yīng)器，考慮到催化劑活性范圍與溫度的關(guān)系，及烯烴加氫的反應(yīng)溫度在一定范圍，為保證其正常運(yùn)行、優(yōu)秀的品質(zhì)、操作人員的人身安全，減少其勞動(dòng)量，優(yōu)化其工作環(huán)境，我們對反應(yīng)器實(shí)行自動(dòng)控制。針對其操作條件我們采用了反應(yīng)器常用的溫度和壓力控制。 控制反應(yīng)器的出口溫度和汽包壓力，采用串級控制蒸汽的流量達(dá)到控制的目的，汽包壓力也就得到控制，反應(yīng)器的溫度隨之而定。目前，汽包的壓力的控制可以精確到 0.02

57、mpa，因此反應(yīng)器的溫度可以得到精確地控制，同時(shí)反應(yīng)器進(jìn)出口都有壓力指示表和溫度指示儀表，隨時(shí)監(jiān)測溫度及壓力變化狀況。6.3 主要現(xiàn)場儀表選型原則1)總則 a.流量、壓力、壓差、液位等變送器選用電動(dòng)智能型的。b.大口徑、大壓差、高溫等場合的特殊控制閥采用國外名牌產(chǎn)品，高壓差的控制閥，選用低噪音、抗氣蝕控制閥，閥芯材質(zhì)選用司太萊合金。c.裝置內(nèi)重要?dú)怏w和蒸汽物料的流量測量，配置壓力、溫度補(bǔ)償單元。d.成品甲醇的計(jì)量，采用質(zhì)量流量計(jì)。e.自動(dòng)分析儀采用高質(zhì)量的國外名牌產(chǎn)品，其預(yù)處理系統(tǒng)應(yīng)隨分析儀表成套供貨，現(xiàn)場分析小屋應(yīng)由專業(yè)的分析小屋成套商或分析儀制造商成套提供，以確保分析儀系統(tǒng)正常運(yùn)行。f.由

58、于裝置主要為露天布置，現(xiàn)場儀表的防護(hù)等級一般不低于ip55，象控制閥、變送器等現(xiàn)場儀表的防護(hù)等級一般選為ip66或ip67，就地指示儀表的防護(hù)等級一般選為ip55，以確保儀表全天候安全運(yùn)行。g.防爆區(qū)域內(nèi)的現(xiàn)場一次儀表采用本安防爆型，電磁閥、可燃?xì)怏w檢測器可采用隔爆型。h.壓縮機(jī)配套儀表采用技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠的產(chǎn)品。2) 溫度儀表就地溫度指示儀表選用防護(hù)抽芯式雙金屬溫度計(jì)，表盤直徑一般為 100mm。 位置較高或不易觀察的地方可用 150mm。集中檢測和控制用測溫元件一般高溫的采用熱電偶，分度號為 k、s、b 等。溫度較低的采用熱電阻，分度號為 pt100。3) 壓力儀表a.就地指示壓力儀表，

59、根據(jù)不同工況選用“波登管”、膜盒壓力表或差壓表。b.對于易發(fā)生堵塞及強(qiáng)腐蝕性場合，選用隔膜壓力表。壓力表刻度盤直徑。c.一般為100mm，位置較高或不易觀察的地方可用150mm。d.集中壓力檢測采用壓力變送器。對于腐蝕、高粘度場合，采用法蘭遠(yuǎn)傳壓力變送器。4) 流量儀表a.流量測量一般選用法蘭取壓同心銳孔板，視不同工況，也可采用均速管或相當(dāng)形式的流量計(jì)進(jìn)行流量測量。b.渦街流量計(jì)用于蒸汽流量測量。c.電磁流量計(jì)用于腐蝕性介質(zhì)流量測量。d.大口徑管道流量測量采用阿牛巴等插入式流量計(jì)。e.就地流量測量采用轉(zhuǎn)子流量計(jì)。5) 物位儀表a.集中液位測量一般選用差壓式液位變送器，對腐蝕的介質(zhì)采用隔膜密封型

60、。b.在差壓變送器不適合的地方，位移平衡式外浮筒變送器可以選擇。c.儲罐的液位測量可采用雷達(dá)式液位計(jì)、射頻導(dǎo)納液位計(jì)或磁致伸縮式液位計(jì)。6) 成分分析儀表a. 根據(jù)工藝要求采用不同類型的分析儀表對工藝介質(zhì)進(jìn)行連續(xù)的分析檢驗(yàn)。b.工業(yè)色譜儀用于對工藝介質(zhì)進(jìn)行全組分分析。c.水質(zhì)分析儀用于對循環(huán)水和污水進(jìn)行水質(zhì)分析。d.可燃?xì)怏w報(bào)警器和有毒氣體報(bào)警器對生產(chǎn)裝置進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測，以確保生產(chǎn)裝置和操作人員的安全。7) 控制閥a.控制閥主要選擇單、雙座柱塞閥或套筒閥。b.工藝過程發(fā)生故障時(shí)需要緊急打開或關(guān)閉閥門的場合，選用配有電磁閥的。c.快速切斷閥?？刂崎y閥體材質(zhì)與管道材質(zhì)相符或更高，閥內(nèi)件材質(zhì)根據(jù)介質(zhì)情