化工設(shè)計(jì)大作業(yè)

1、年產(chǎn)180萬(wàn)噸PTA的項(xiàng)目設(shè)計(jì)書(shū)化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)年產(chǎn)180萬(wàn)噸PTA項(xiàng)目設(shè)計(jì) 目 錄目 錄- 2 -前 言- 4 -第一章 工藝流程設(shè)計(jì)- 5 -1  生產(chǎn)工藝流程- 5 -2 工藝流程說(shuō)明- 7 -2.1PX氧化單元- 7 -第二章 反應(yīng)工段塔設(shè)計(jì)- 8 -第三章 醋酸分離塔設(shè)計(jì)- 16 -1.簡(jiǎn)介- 16 -2.工藝流程圖- 16 -3.物料衡算- 17 -4.設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表- 17 -第四章 干燥工段設(shè)計(jì)- 18 -1.干燥工段的設(shè)計(jì)- 18 -第五章 全場(chǎng)自動(dòng)設(shè)計(jì)控制- 20 -1控制圖（1）- 20 -2控制圖（2）- 20 -第六章 工廠平面圖- 21

2、 -1三維圖（1）- 21 -2三維圖（2）- 21 -第七章 經(jīng)濟(jì)分析- 22 -第八章 項(xiàng)目可行性報(bào)告- 22 -1.項(xiàng)目背景- 22 -1.1項(xiàng)目名稱- 22 -1.2項(xiàng)目擬建地區(qū)和地點(diǎn)- 22 -1.3項(xiàng)目背景簡(jiǎn)介- 23 -10. PX氧化反應(yīng)過(guò)程- 23 -11. 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)- 23 -4.項(xiàng)目使用的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范- 23 -5.存在的問(wèn)題及建議- 24 -6. 方案構(gòu)建（PTA工藝路線論證）- 24 -7. 項(xiàng)目地址選擇論證- 24 -8. 生產(chǎn)工廠技術(shù)方案- 25 -9.車間布置設(shè)計(jì)- 25 -10. 環(huán)境保護(hù)- 25 -11. 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析- 25 -12. 不確定分析-

3、 25 -13. 效益分析- 26 -13.1環(huán)境效益- 26 -13.2社會(huì)效益- 26 -第九章 結(jié)束語(yǔ)- 26 -前 言 本文以180萬(wàn)噸PTA生產(chǎn)裝置氧化工段流程為對(duì)象，建立了氧化工段核心流程以及氧化工段全流程的嚴(yán)格機(jī)理模型。PTA（精對(duì)苯二甲酸）是合成聚酯纖維和塑料的重要原料，主要采用對(duì)二甲苯（PX）空氣氧化法和加氫精制生產(chǎn)。復(fù)雜工業(yè)過(guò)程的建設(shè)，模擬和優(yōu)化一直是過(guò)程系統(tǒng)工程（PSE)領(lǐng)域的核心研究?jī)?nèi)容。本文詳細(xì)論述了工藝路線論證、工藝流程設(shè)計(jì)、全流程的物料衡算、熱量衡算、主要設(shè)備的選型、車間布置設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制與優(yōu)化、公用工程、勞動(dòng)保護(hù)、安全生產(chǎn)、三廢處理、工程設(shè)計(jì)概算以及在本設(shè)計(jì)過(guò)程

4、中所遇到的問(wèn)題和針對(duì)問(wèn)題提出的建議等內(nèi)容。 第1章 工藝流程設(shè)計(jì) 1  生產(chǎn)工藝流程   項(xiàng)目采用PTA生產(chǎn)工藝的兩步法，即以PX為原料，以醋酸鈷和酸酸錳為催化劑，以溴化物為助催化劑，在醋酸溶劑中通入空氣進(jìn)行氧化反應(yīng)使其生成TA，再將TA通過(guò)加氫反應(yīng)去除其中所含雜質(zhì)4-CBA，最后制得高純度的PTA產(chǎn)品。（1）PX氧化反應(yīng)過(guò)程  是以PX為原料，以醋酸為溶劑，以醋酸鈷和醋酸錳為催化劑，以溴化物為促進(jìn)劑，在設(shè)計(jì)壓力和溫度條件下，通入壓縮空氣使其發(fā)生氧化反應(yīng)，把PX氧化成TA。 氧化主反應(yīng)： 但是，PX氧化反應(yīng)不是一步即能完成，而是按下列

5、步驟分步進(jìn)行： 對(duì)苯二甲醛副反應(yīng)： （2）加氫還原精制反應(yīng)過(guò)程  PX氧化過(guò)程中因副反應(yīng)常有一些副產(chǎn)物產(chǎn)生，但是其中最主要的是氧化過(guò)程中的中間物4-羧基苯甲醛(4-CBA)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響大，因?yàn)檫@種中間物常以TA共結(jié)晶存在，帶入聚酯產(chǎn)品影響纖維的成纖性。因此，在PTA生產(chǎn)中需經(jīng)在精制過(guò)程中把4-CBA加氫還原為易溶于水的甲基苯甲酸(PT酸)而分離出去。 2 工藝流程說(shuō)明 2.1PX氧化單元  本單元采用對(duì)二甲苯(PX)液相空氣催化氧化法，生產(chǎn)粗對(duì)苯二甲酸(CTA)，主要包括六個(gè)子單元：空氣壓縮單元、進(jìn)料準(zhǔn)備單元、氧化反應(yīng)單元、CTA結(jié)

6、晶、壓力過(guò)濾及溶劑置換、溶劑回收與催化劑回收單元以及R2R殘?jiān)厥諉卧?#160;（1）空氣壓縮單元  空壓機(jī)系統(tǒng)由“壓縮機(jī)、蒸汽透平、尾氣膨脹機(jī)和電機(jī)/發(fā)電機(jī)”組成?？諝饨?jīng)離心式空氣壓縮機(jī)壓縮至1.75MPaG后大部分進(jìn)入氧化反應(yīng)器進(jìn)行氧化，少部分進(jìn)入第一CTA結(jié)晶器進(jìn)行二次氧化。  （2）進(jìn)料準(zhǔn)備單元  來(lái)自罐區(qū)的對(duì)二甲苯(PX)、醋酸(HAC)、循環(huán)醋酸和配置好的鈷錳溴催化劑，按照一定的流量比例經(jīng)過(guò)在線混合器混合均勻后進(jìn)入氧化反應(yīng)器。  （3）氧化反應(yīng)單元  氧化反應(yīng)在設(shè)有攪拌器的氧化反應(yīng)器中發(fā)生，操作壓力為1.35

7、1.55MPaG，溫度為185200，氧化反應(yīng)器中HAC與PX的比例為3.5左右。氧化反應(yīng)所需的工藝壓縮空氣由空氣壓縮機(jī)提供，通過(guò)噴嘴送入反應(yīng)器，為保證氧化反應(yīng)器安全生產(chǎn)，反應(yīng)尾氣中的O2含量由在線氧分析儀連續(xù)監(jiān)測(cè)記錄。 氧化反應(yīng)中產(chǎn)生的熱量通過(guò)醋酸溶劑和反應(yīng)生成水的蒸發(fā)而移走。（4）CTA結(jié)晶、壓力過(guò)濾單元  結(jié)晶單元的主要作用是二次氧化、降壓降溫結(jié)晶。氧化反應(yīng)器底部排出的產(chǎn)品漿料經(jīng)過(guò)三臺(tái)串聯(lián)結(jié)晶器逐級(jí)降壓降溫，水和溶劑被蒸發(fā)、CTA 被充分結(jié)晶，分離出的CTA濾餅直接進(jìn)入精制打漿罐進(jìn)行打漿。 （5）溶劑回收與催化劑回收單元  氧化單元使用的

8、醋酸溶劑大部分在系統(tǒng)中循環(huán)利用，只需要補(bǔ)充少量新鮮醋酸以抵消系統(tǒng)中的損耗。   母液罐主要接收壓濾機(jī)的母液，90%以上進(jìn)入母液回收罐，然后循環(huán)回氧化單元進(jìn)料，這樣可以減少新鮮催化劑補(bǔ)充量、減輕溶劑回收系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。溶劑脫水塔采用共沸蒸餾，進(jìn)料包括氧化反應(yīng)器冷凝器抽出冷凝液、高壓吸收塔洗滌液、常壓洗滌塔洗滌液、結(jié)晶器冷凝液、溶劑汽提塔塔頂蒸汽。（6）R2R殘?jiān)厥障到y(tǒng)  送入R2R系統(tǒng)的殘?jiān)鼭{料，進(jìn)入萃取器加熱、萃取完的混合液進(jìn)入過(guò)濾器，過(guò)濾掉的濾液進(jìn)入第一傾析器，有機(jī)相經(jīng)過(guò)溶劑蒸發(fā)器回收溶劑甲苯(循環(huán)使用)，溶劑蒸發(fā)器底部物料(主要是苯甲酸和其他重組分)進(jìn)入苯甲酸塔

9、精餾，塔頂?shù)玫礁呒儽郊姿?以副產(chǎn)物出售)，苯甲酸塔底部物料在回收PT酸(返回至氧化母液罐)后，剩余廢水收集在廢水收集罐中，排入污水站進(jìn)行生化處理；而從清晰器出來(lái)的水相，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)PH值、中和沉淀，首先過(guò)濾去除干擾金屬(鐵、鎳等)；然后進(jìn)入金屬過(guò)濾器回收鈷錳催化劑(返回至氧化母液罐)后，廢水收集在廢水收集罐中，排入污水站進(jìn)行生化處理。 （2） CTA精制單元 在精制單元，將CTA溶解成水溶液，在一定的溫度壓力、鈀-碳催化劑催化條件下，與氫氣發(fā)生加氫還原反應(yīng)，把雜質(zhì)4-CBA轉(zhuǎn)化成易溶于水的PT酸，同時(shí)多種氧化副反應(yīng)雜質(zhì)在高溫下分解，得到的PTA漿料經(jīng)過(guò)結(jié)晶、過(guò)濾和干燥處理后，得到高純度產(chǎn)

10、品PTA。  本單元主要包括五個(gè)子單元：進(jìn)料制備和預(yù)熱單元、加氫反應(yīng)單元、結(jié)晶、過(guò)濾及干燥單元、母液回收單元、氫氣回收單元。 （三）輔助設(shè)施工藝流程  本項(xiàng)目配套建設(shè)1套2500Nm3/h制氫系統(tǒng)，由甲醇催化重整制氫系統(tǒng)、導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)和變壓吸附氫氣純化系統(tǒng)組成。制氫系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖5-2。 第2章 反應(yīng)工段塔設(shè)計(jì)1、 物料衡算1、 有關(guān)物料衡算技術(shù)數(shù)據(jù)（1） 生產(chǎn)能力：180w噸/年（2） 生產(chǎn)時(shí)間：全年7200小時(shí)（3） 產(chǎn)品要求：精對(duì)苯二甲酸>=99.98%(mol/h)（4） 生成純度為99.7%的PTA（mol/h）（5） 原料規(guī)格：對(duì)二甲苯99.

11、7%（含鄰，間二甲苯0.3%）氧氣21.00%（含氮79.00%）氫氣99.7%（含氮?dú)?.3%）醋酸99.5%（含乙醛0.5%）（6） 對(duì)二甲苯的單程轉(zhuǎn)化率92%（7） 對(duì)二甲苯生成對(duì)苯二甲酸的單程吸收率90%（8） 粗對(duì)苯二甲酸加氫精制損失5.0%（mol%）（9） n（溶劑比）：n（PX）=4.5:1（10） 氫氣進(jìn)料比為理論值的1.2倍（11） Co/Mn=1：2(設(shè)催化劑為0.1%（質(zhì)量）)2、 氧化部分物料衡算母液循環(huán)PTA干燥粗對(duì)苯二甲酸氧 化結(jié)晶分離過(guò)濾對(duì)二甲苯溶劑回收如圖氧化部分流程示意主反應(yīng)：C8H10+3O2 C6H4(COOH)2+2H2O 4-CBA+2H2 CH3C

12、6H4COOH+H2O 副反應(yīng)：C8H10+21/2O2 8CO2+5H2O CH3COOH+2O2 2CO2+2H2O（1）按生成能力需求每小時(shí)生成精對(duì)苯二甲酸是： 1800000*1000/7200/166/0.998=1509.04Kmol/h（2）要求反應(yīng)的每小時(shí)生產(chǎn)生產(chǎn)粗對(duì)苯甲酸是：1509.04/（1-5.0%）/0.997=1593.24Kmol/h（3）生成粗對(duì)苯二鉀酸消耗對(duì)二甲苯的量是： C8H10+3O2 C6H4(COOH)2=1 593.24/0.997/0.92=1736.99kmol/h(4) 生成粗對(duì)苯二甲酸耗氧量是 1593.24*3=4779.72kmol/h

13、（5）加入反應(yīng)器的對(duì)二甲苯總量是： 1736.99/90%=1929.99kmol/h*106=204578.82kg/h（6）生成副產(chǎn)物消耗對(duì)二甲苯的量： 1929.99x92%x(1-90%/92%)=38.5998kmol/h(7)對(duì)二甲苯循環(huán)量是：1929.99-1736.99-38.5998=154.40kmol/h（8）生成副產(chǎn)物消耗氧的量：C8H10+21/2O2 8CO2+5H2O=38.5998*21/2=405.30kmol/h（9） 由n（溶劑比）：n（PX）=4.5:1，即加入反應(yīng)器醋酸的總量是; 1929.99*4.5/0.995=8728.59kmol/h*60=5

14、23715.87kg/h（10）參加反應(yīng)的醋酸的量是;（設(shè)氧化耗掉4%） 8728.59*0.04=349.14kmol/h（11）溶劑醋酸循環(huán)量是 8728.59-349.15=8379.44kmol/h（12）生成副產(chǎn)物消耗氧的量CH3COOH+2O2 2CO2+2H2O=349.15*2=698.3kmol/h（13）進(jìn)入反應(yīng)器的空氣量為：(4779.72+405.30+698.3)*22.4/0.21=6.27*105m3/h (14)氧化過(guò)程生成氧的量是： (1593.24*2+38.5998*5+698.3) *28/1000=114.18m3/h(15)氧化過(guò)程生成二氧化碳的量是

15、;38.60*8+698.3=1007.1kmol/h 3、反應(yīng)主要副產(chǎn)物的分配 表2-1主要副產(chǎn)物分配表 _ 組分H2O CO2 (C6H4CHO)COOH _含量0.78 0.2 0.02 _ 4、母液循環(huán)的組成表2-2母液循環(huán)組成表（mol%）_組分 H2O C6H10 CH3COOH _ 含量 0.33 1.2*10-2 0.658 _5、加氫精制物料衡算 氫 分離過(guò)濾PTA干燥結(jié)晶還原 CTA 水 （1）、生成4-CBA的生成量 1593.24*（1-0.95）=79.662kmol/h (2)、消耗去離子水的量w（TA）=30%1593.24*166.13*10-3/30%*70%

16、=617.59m3/h （3）加氫精制氫氣的實(shí)際進(jìn)料量（氫氣進(jìn)料比為理論值的1.2倍）： 79.662*2*1.2*4/150/99.7%=5.113kg/h 二、 熱量衡算1、 反應(yīng)方程中的各物質(zhì)的熱量衡算氧化部分的反應(yīng)式為C8H10(l)+3O2(g) C6H4(C00H)2(l)+2H2O(g)此反應(yīng)在250C、101.3KPa的反應(yīng)熱為1322 .27 KJ/ mol 。設(shè)250C 的1930kmol/h C8H10和27991kmol/h空氣進(jìn)入反應(yīng)器,C8H10的轉(zhuǎn)化率為92%,產(chǎn)物在2000C 離開(kāi)反應(yīng)器。由物料衡算得到的各組分的摩爾流量示于圖3-1衡算基準(zhǔn):25、101.3KP

17、a ，1h 參考態(tài)：C8H10（l） ，O2（g），C6H4(COOH)2(l), H2O（g）反應(yīng)器 C8H10 1930Kmol/h C8H10154.4kmol/h ,O2 463.2Kmol/h H2O3551.2kmol/h 空氣27991kmol/h 25 C6H4(COOH)2 1569.04Kmol/h N2 22113kmol/h 200 圖3-1熱量衡算流程示意 計(jì)算出口物料的焓：查的200 的C6H4(COOH)2、O2 、H2O、C 8 H 10 、N2 的比熱容值;Cp (C6H4(COOH) )=0.36KJ/(mol*k), Cp(O2)=0.0308KJ/(mo

18、l*k)Cp (H2O)=0.035KJ/(mol*k), Cp (N2)=0.0295 KJ/(mol*k)Cp ( C8H10)=0.254KJ/(mol*k)H( C6H4( COOH)2 )=nCp ( C6H4( COOH)2 )(200-25)=368*103*0.36*175=2.3*107 KJ/hH(O2)=n Cp (O2)(200-25)= 463.2*103*0.0308*175=2.50*105 KJ/hH(H2O)=n Cp(H2O)(200-25)=3551.2*103*0.035*175=2.18*107KJ/hH(N2)=n Cp (N2)(200-25)=2

19、2113*103*0.0295*175=1.14*108KJ/h H(C8H10 )=nCp ( C8H10 )(200-25)=154.4*103*0.254*175=6.86*106KJ/h將計(jì)算出的焓值填入進(jìn)出焓表,見(jiàn)表3-1表3-1 進(jìn)出口焓表 進(jìn)料 出料物料 n（kmol/h） H（KJ/h） n（kmol/h） H（KJ/h）C8H10 1930 0 154.4 6.86*106O2 5878 0 463.2 2.50*105H2O 3551.2 2.18*107N2 22113 0 22113 1.14*108C6H4(COOH) 368 2.3*107總計(jì) 29921 0 26

20、649.8 1.66*108已知C8H10 的消耗量為1737kmol/h,即 nARH =1730*103*(-1322.7)1=-2.29*109kj/h由此酸楚過(guò)程的H為(其中設(shè)熱量損失為Q =1.0*106 KJ / h損失)H=n*H+nH輸出 -nH輸入+Q損失 =-2.29*109+1.66*108-0+1.0*106 =-2.12*109（kj/h）即為了維持產(chǎn)物溫度為200°C，應(yīng)每小時(shí)從反應(yīng)器移走的熱量2.12*109（kj/h ），則年產(chǎn)量為180萬(wàn)噸移走的熱量為9.54*1013KJ。2、工藝設(shè)備技術(shù)方案1、概述PTA 裝置工藝過(guò)程具有高溫高壓、漿料濃度高、介

21、質(zhì)腐蝕性強(qiáng)且易燃易爆等特點(diǎn)􀎧維持和保證設(shè)備長(zhǎng)周期正常運(yùn)行是重中之重。本裝置的設(shè)備具有如下特點(diǎn)： (1)、裝置中的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備多。(2)、過(guò)程設(shè)備的類型多,除一般裝置中的塔器、換熱器和容器外，還有空壓機(jī)、離心機(jī)、干燥機(jī)、臥式、薄膜蒸發(fā)器、旋轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)、攪拌器等。(3)、裝置內(nèi)大部分介質(zhì)中含有醋酸、四溴乙烷和氫溴酸等腐蝕性極強(qiáng)的物料，另外生產(chǎn)過(guò)程中對(duì) PTA 產(chǎn)品有較高的潔凈度要求,對(duì)金屬雜質(zhì)特別是鐵離子含量有嚴(yán)格的控制要求􀎧因此對(duì) PTA 主裝置中的設(shè)備用材有很高的要求。(4)、大型復(fù)雜的流體機(jī)械設(shè)備較多，如由空氣壓縮機(jī)及透平和膨脹機(jī)組成的工藝空氣壓縮機(jī)組、旋轉(zhuǎn)

22、真空過(guò)濾機(jī)、氧化反應(yīng)器、加氫反應(yīng)器、干燥機(jī)和離心機(jī)等。二、關(guān)鍵設(shè)備選擇1、反應(yīng)器的選型（1）該氧化反應(yīng)器是連續(xù)操作的。（2）滿負(fù)荷情況下􀎧反應(yīng)的時(shí)間大約為80min，每小時(shí)反應(yīng)釜需要處理的物料量Vh=204578.82kg/h,PX 的密度為0.86g/cm3，每臺(tái)釜的物料體積：Vp=Vh /mp計(jì)算釜的體積：Va=Vp/ .2、 關(guān)鍵設(shè)備的選擇（1）氧化反應(yīng)器（YD-201）氧化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)溫度為 281，設(shè)計(jì)壓力2.1MPaG /FV，反應(yīng)器為一立式帶攪拌設(shè)備，圓筒體直徑為 9920mm，筒體直段高度9800mm,軸封采用雙端面機(jī)械密封，攪拌器為多級(jí)攪拌器。攪拌器的作用是

23、提高氣液兩相的接觸率，使其充分接觸，并防止溶液中的粒料在反應(yīng)器內(nèi)壁掛結(jié)，保持溶液中粒料的懸浮狀態(tài)。反應(yīng)器殼體的材料為鈦鋼復(fù)合板。 （2）加氫反應(yīng)器（JD-201）加氫反應(yīng)器的設(shè)計(jì)溫度為 350，設(shè)計(jì)壓力為 12.0MPaG/FV，反應(yīng)器為立式圓筒形，規(guī)格為 4100×14000(T/T)mm，殼體材料為 ASTM SA387 Cr11CL2 與304L 的復(fù)合鋼板。CTA 漿料在反應(yīng)器上段溶解（溶解段的作用是提供足夠的停留時(shí)間確保CTA 完全溶解于水），在下段床層催化劑的作用下，使雜質(zhì)（4CBA）與氫反應(yīng)，在結(jié)晶過(guò)程中從 TA 中被除去。反應(yīng)器底部裝有防止催化劑流失的過(guò)濾裝置，材料為

24、哈氏合金。 （3）工藝空氣壓縮機(jī)組（YC-201）工藝空氣壓縮機(jī)組向反應(yīng)器提供反應(yīng)用空氣，為多軸式離心壓縮機(jī)，能力Q=494t/h，分 5 段壓縮，由蒸汽透平做主要驅(qū)動(dòng)，蒸汽透平利用裝置副產(chǎn)品低壓蒸汽，回收大部分能量，裝置中的尾氣經(jīng)過(guò)膨脹機(jī)作為輔助驅(qū)動(dòng)，并回收大部分能量。（4）換熱設(shè)備本裝置中共有換熱設(shè)備 48 臺(tái)，結(jié)構(gòu)型式有 BEM，BKM，BEU，NEN，NKN 和板式及夾套管式等。（5）攪拌器攪拌器的型式有透平式、槳式及組合式。TA 單元均采用防爆型電機(jī)，PTA 單元除三臺(tái)為防爆型電機(jī)外，其余均為非防爆型。密封結(jié)構(gòu)有填料密封、單端面機(jī)械密封及雙端面機(jī)械密封。材料為雙相不銹鋼，其余為奧氏體

25、不銹鋼。 干燥機(jī)本裝置中采用臥式回轉(zhuǎn)干燥機(jī)。過(guò)濾機(jī)旋轉(zhuǎn)真空過(guò)濾機(jī)、旋轉(zhuǎn)壓力過(guò)濾機(jī)。4、主要設(shè)備一覽表主要設(shè)備一覽表4-1序號(hào) 設(shè)備位號(hào) 數(shù)量 設(shè)備名稱 主要規(guī)格 材質(zhì) 尺寸1 YC-201 2 空氣壓縮機(jī) Q=494t/H 882 YD-201 1 氧化反應(yīng)器 CPTI/C8 D9920,9800T/T3 YD-203A 1 第一CTA結(jié)晶罐 300m3 CPTI/C8 D5900,9000T/T4 YD-203B 1 第二CTA 結(jié)晶罐 346 m3 CPTI/C8 D5900/9000T/T5 YD-300 1 第三CTA 結(jié)晶罐 312 m3 2205D88 D6000/9000T/T6

26、 YD-301 1 母液罐 280 m3 316L887 YT-521 1 回收塔 316L88 D3200,23100T/T8 JD101/JD401 2 進(jìn)料打漿罐 155 m3 304L88 D5650,4300T/T9 JE101A 1 第三結(jié)晶器預(yù)熱器 266 m2 殼程304L10 JE101B 1 第二結(jié)晶器預(yù)熱器 742 m2 殼程304L管程2RK6511 JE101C 1 第一結(jié)晶器預(yù)熱器 1176m2 殼程304L 管程CPT112 JD201 1 加氫反應(yīng)器 211 m3 304L88 D4100,14000T/T13 JD301 1 第一PTA結(jié)晶器 217 m3 3

27、04L88 D5500,7500T/T14 JD302 1 第二PTA結(jié)晶器 196.1 m3 304L88 D5200,7500T/T15 JD303 1 第三PTA結(jié)晶器 211.7 m3 304L88 D5500,7500T/T16 JD304 1 第四PTA結(jié)晶器 239.9 m3 304L88 D5700,7500T/T17 JM402 1 旋轉(zhuǎn)壓力過(guò)濾機(jī) 13 m2 304L8818 JM402 1 PTA 干燥劑 168t/h 304L8819 YM301ABC 1 真空過(guò)濾機(jī)5、工段工藝流程優(yōu)化5.1 優(yōu)化氧化反應(yīng)條件對(duì)二甲苯氧化是PTA 裝置的核心􀎧選擇適宜

28、的氧化反應(yīng)條件􀎧對(duì)降低原輔材料消耗、減少副產(chǎn)品生成和提高產(chǎn)品質(zhì)量、以及整個(gè)工藝流程的布局和主要設(shè)備材質(zhì)的選擇等影響很大。5.1.1 改善加氫精制反應(yīng)條件TA 加氫精制是一個(gè)氣􀎨液􀎨固三相反應(yīng)系統(tǒng)。工藝要求TA 完全溶解于水，形成均相溶液。但對(duì)苯二甲酸在水中的溶解度較小，要想提高反應(yīng)強(qiáng)度，又使操作經(jīng)濟(jì)合理􀎧必須選擇合適的反應(yīng)溫度。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)􀎧各專利商逐步提高了加氫反應(yīng)溫度􀎧增加進(jìn)料TA 濃度，從而強(qiáng)化了加氫反應(yīng)條件，降低了脫離子水和能量消耗。5.1.2 增大母液循環(huán)􀂹降

29、低原料和能量消耗由于對(duì)二甲苯吸附分離技術(shù)的不斷發(fā)展􀎧對(duì)二甲苯產(chǎn)品的純度大大提高，從而有效地限制了帶入PTA 裝置系統(tǒng)的雜質(zhì)，減少了某些副產(chǎn)物的生成。在正常情況下，只抽出少量反應(yīng)母液進(jìn)行脫除雜質(zhì)的處理，就可維持系統(tǒng)總的副產(chǎn)物平衡，使得母液直接循環(huán)量大大提高。例如采用Amoco 技術(shù)時(shí)，當(dāng)對(duì)二甲苯純度為99.8%時(shí)，母液循環(huán)量可達(dá)到98%，從而減少了氧化殘?jiān)漠a(chǎn)生，降低了原輔材料、催化劑和公用工程消耗􀎧節(jié)省了能源。由于PX 純度的提高，TA 單元產(chǎn)品CTA 中4-CBA 和PT 酸含量降低，使得PTA 單元的脫離子水循環(huán)率高，減少消耗。5.1.3 PTA 母液固

30、體回收利用PTA 結(jié)晶離心分離出大量的母液􀎧經(jīng)進(jìn)一步分離后回收母液中對(duì)苯二甲酸、對(duì)甲基苯甲酸和對(duì)甲基苯甲醛等􀎧并送回至氧化系統(tǒng)回收利用，既提高了產(chǎn)品收率，也降低了三廢排放量。5.1.4 節(jié)能改進(jìn)PTA 裝置有大量的低能級(jí)過(guò)程余熱，過(guò)去利用效率不高。近年來(lái)，各專利公司在深化節(jié)能方面取得了較大的進(jìn)展。例如Invista 專利氧化反應(yīng)熱的利用，空壓機(jī)由蒸汽透平機(jī)和尾氣膨脹機(jī)共同驅(qū)動(dòng)。透平機(jī)使用的低壓和較低壓蒸汽由裝置產(chǎn)生。尾氣膨脹機(jī)主要利用氧化反應(yīng)器的排出廢氣，反應(yīng)尾氣經(jīng)接觸反應(yīng)燃燒器加熱后在尾氣膨脹機(jī)中膨脹,富余的能量送入到發(fā)電機(jī)發(fā)電。Amoco 公司原來(lái)僅發(fā)生

31、0.4MPa 蒸汽，現(xiàn)在又增加了0.2MPa 蒸汽，用于驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)。其次是加氫精制部分的閃蒸蒸汽，過(guò)去一直沒(méi)有直接有效利用?，F(xiàn)在，Amoco 公司和Invista 公司都把結(jié)晶過(guò)程的閃蒸蒸汽直接用于加氫進(jìn)料的預(yù)熱。三井油化公司也把最后兩級(jí)結(jié)晶器的閃蒸蒸汽直接用于加熱加氫進(jìn)料。這些措施都提高了能量的利用率。5.2 優(yōu)化工藝、改進(jìn)設(shè)備5.2.1 改進(jìn)氧化反應(yīng)器氧化反應(yīng)屬動(dòng)力學(xué)控制􀎧反應(yīng)主要發(fā)生在液相􀎧90􀎤的反應(yīng)產(chǎn)物在反應(yīng)器內(nèi)已形成晶體􀎧因此攪拌條件對(duì)控制CTA 結(jié)晶形成及避免反應(yīng)器內(nèi)壁結(jié)垢十分重要。如BP-Amoco 和

32、Invista 在反應(yīng)器上部設(shè)置液體分布盤，利用回流液沖洗反應(yīng)器內(nèi)壁，避免反應(yīng)產(chǎn)物于內(nèi)壁存積結(jié)垢，與此同時(shí)，反應(yīng)器的密封也有所改進(jìn)。另外，Invista 還改進(jìn)攪拌器的葉片曲線和角度，以保證良好的氣流攪動(dòng)及維持顆粒懸浮􀎧從而大幅度提高了氧化反應(yīng)器效率。5.2.2 工藝流程改進(jìn)根據(jù)長(zhǎng)期的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)􀎧BP-Amoco 和三井公司均取消CTA 干燥、風(fēng)送、中間儲(chǔ)存工段，濾餅直接送漿料配置溶解罐。Invista 公司新工藝取消了氧化反應(yīng)進(jìn)料混合罐，原料混合在管道中進(jìn)行，加氫反應(yīng)器材質(zhì)采用304L 與低合金鋼的復(fù)合材料。 三井油化和Eastman 公司將PTA 五段

33、結(jié)晶改為四段結(jié)晶。INCA 公司將PTA 過(guò)濾機(jī)改為一道壓力離心機(jī)。上述措施既簡(jiǎn)化了流程􀎧也減少了設(shè)備和投資􀎧還節(jié)省了能源消耗。5.2.3 提高儀表控制水平各公司分別采用DCS 控制系統(tǒng)，將定期作業(yè)納入程序控制，減少了手工操作，開(kāi)發(fā)單元操作控制軟件，保證工藝在優(yōu)化狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行，研制開(kāi)發(fā)滿足PTA 工藝控制特殊需求的儀表等。第3章 醋酸分離塔設(shè)計(jì)1.簡(jiǎn)介結(jié)晶單元的主要作用是二次氧化、降壓降溫結(jié)晶。氧化反應(yīng)器底部排出的產(chǎn)品漿料經(jīng)過(guò)三臺(tái)串聯(lián)結(jié)晶器逐級(jí)降壓降溫，水和溶劑被蒸發(fā)、CTA 被充分結(jié)晶；其中第一結(jié)晶器中通入少量壓縮空氣，以便進(jìn)一步氧化，產(chǎn)生的閃

34、蒸蒸汽冷凝后去溶劑脫水塔，不凝氣去高壓吸收塔。第三結(jié)晶器排出的漿料通過(guò)泵送進(jìn)壓力過(guò)濾機(jī)，經(jīng)過(guò)溶劑交換后，濾餅中的醋酸被充分洗滌，濾液進(jìn)入母液罐。上個(gè)工段過(guò)濾剩下的母液進(jìn)行回收，將母液中的醋酸精餾，再返回反應(yīng)工段作為溶劑。 2.工藝流程圖 本設(shè)計(jì)任務(wù)為分離醋酸-水混合物。由于對(duì)物料沒(méi)有特殊的要求，可以在常壓下操作。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過(guò)預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送人精餾塔內(nèi)。塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2倍。塔底設(shè)置再沸器采

35、用間接蒸汽加熱，塔底產(chǎn)品經(jīng)冷卻后送至儲(chǔ)罐。其中由于蒸餾過(guò)程的原理是多次進(jìn)行部分汽化和冷凝，熱效率比較低，但塔頂冷凝器放出的熱量很多，但其能量品位較低，不能直接用于塔釜的熱源，在本次設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)把其熱量作為低溫?zé)嵩串a(chǎn)生低壓蒸汽作為原料預(yù)熱器的熱源之一，充分利用了能量。塔板的類型為篩板塔精餾，篩板塔塔板上開(kāi)有許多均布的篩孔，孔徑一般為38mm，篩孔在塔板上作正三角形排列。下圖是板式塔的簡(jiǎn)略圖：3.物料衡算 溶劑醋酸的進(jìn)料量是8379.44kmol/h氧化部分產(chǎn)生水的總量4077.759 kmol/h。塔頂中醋酸的摩爾分率0.967，進(jìn)料中醋酸的摩爾分率0.668，塔釜中醋酸的摩爾分率0.0032。原

36、料液中醋酸含量：質(zhì)量分率87(質(zhì)量)，其余為水。塔頂產(chǎn)品中醋酸含量不得低于99(質(zhì)量)。殘液中醋酸含量不得高于0.1(質(zhì)量)。4.設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算數(shù)據(jù)精餾段提留段各段平均壓強(qiáng)PmkPa109.5120.7各段平均溫度tm106.75107.3平均流量氣相VSm3/h340.10m3/h285.17m3/h液相LSkg/h345965.02kg/h350544.14kg/h實(shí)際塔板數(shù)N塊3232板間距HTm11塔的有效高度Zm2626塔徑Dm6.66.6空塔氣速um/s2.7362.736塔板液流形式單流型單流型溢流管型式弓形弓形堰長(zhǎng)lwm1.21.2堰高h(yuǎn)wm0.0440.044

37、溢流堰寬度Wdm0.20.2管底與受業(yè)盤距離hom0.0360.0767孔徑domm6.06.0孔間距tmm1818孔數(shù)n個(gè)96609660開(kāi)孔面積m2123949123949篩孔氣速uom/s30.930.9塔板壓降hPkPa0.70.7負(fù)荷上限霧沫夾帶控制霧沫夾帶控制負(fù)荷下限漏液控制漏液控制操作彈性3.1第4章 干燥工段設(shè)計(jì)1.干燥工段的設(shè)計(jì) 干燥是指從溶液、懸浮液、乳濁液、熔融液、膏狀物、糊狀物、片狀物、粉粒體等濕物料中脫去揮發(fā)性濕份，得到固體產(chǎn)品的過(guò)程，其主要目的是便于運(yùn)輸、儲(chǔ)存、加工和使用等。 本次設(shè)計(jì)中采用脈沖型氣流干燥裝置，物料在高速流動(dòng)的氣流輸送過(guò)程中，濕分蒸發(fā)得到粉狀或粒狀干

38、燥產(chǎn)品的過(guò)程。 首先是氣體經(jīng)過(guò)鼓風(fēng)機(jī)經(jīng)過(guò)加熱器，通過(guò)加熱后溫度達(dá)到很高，然后就進(jìn)入到了干燥器主體，與此同時(shí)，在加熱空氣進(jìn)口的上方，通過(guò)螺旋進(jìn)料機(jī)將物料送到干燥管中，高速的氣體將物料吹上去，并在此同時(shí)將其干燥，干燥后的氣體和物料經(jīng)過(guò)物料分離器和除塵器分離開(kāi)。 經(jīng)計(jì)算得氣流干燥管直徑約為3m，氣流干燥管長(zhǎng)度約為17m，此外在離心式鼓風(fēng)機(jī)、RLY-YL3型燃煤熱風(fēng)爐、螺旋進(jìn)料器、旋風(fēng)分離器、脈沖式袋式除塵器的共同作用下，完成干燥工段的操作。第5章 全場(chǎng)自動(dòng)設(shè)計(jì)控制1控制圖（1）2控制圖（2）第6章 工廠平面圖1三維圖（1）2三維圖（2）第7章 經(jīng)濟(jì)分析除去PX的成本，一噸PTA的生產(chǎn)成本大約400至

39、700元左右，這個(gè)依每個(gè)企業(yè)的成本控制的能力高低不同。目前國(guó)內(nèi)最好的PTA生產(chǎn)企業(yè)，能控制在每噸400元左右，其中的杰出代表就是逸盛石化和恒力集團(tuán)。資產(chǎn)設(shè)備的固定攤銷大約占了300-500元。目前國(guó)內(nèi)PTA行業(yè)的噸投資成本約為2500元左右，依技術(shù)的來(lái)源和整體的規(guī)劃設(shè)計(jì)的不同而不同。以國(guó)內(nèi)平均pta噸投資成本2500元每噸計(jì)算，180萬(wàn)噸投資大約45億元，PTA生產(chǎn)利潤(rùn)=PTA市場(chǎng)價(jià)格-0.66PX市場(chǎng)價(jià)格-700（最大生產(chǎn)成本計(jì)）-500（最大資產(chǎn)設(shè)備固定攤銷）PTA定價(jià)=原料PX+720元加工費(fèi)定價(jià)每噸PTA利潤(rùn)=8700+720-0.66*8700-700-500=2478元/噸以最大生

40、產(chǎn)能力以及沒(méi)有大型故障計(jì)算 每年盈利=2478*180萬(wàn)=446040萬(wàn)PTA產(chǎn)能約為80%左右，所以每年盈利=446040*0.8=356832萬(wàn)以稅率25%計(jì)算年回收成本=356832萬(wàn)*（1-25%）=267624萬(wàn)正常生產(chǎn)45/26.7642=1.7年 收回投資成本第八章 項(xiàng)目可行性報(bào)告1.項(xiàng)目背景1.1項(xiàng)目名稱以福佳大化PX廠為依托，原料來(lái)自該工廠的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)一個(gè)年產(chǎn)180萬(wàn)噸PTA的工廠。1.2項(xiàng)目擬建地區(qū)和地點(diǎn)遼寧省大連莊河市1.3項(xiàng)目背景簡(jiǎn)介PTA是化工生產(chǎn)的重要原料，以其為原料，可以生產(chǎn)化纖等重要的化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品。目前，我國(guó)PTA的產(chǎn)能嚴(yán)重不足，因此，擴(kuò)大PTA產(chǎn)能，是一個(gè)迫在

41、眉睫的問(wèn)題。本項(xiàng)目就是依托大連市重化工業(yè)，在莊河建立一個(gè)年產(chǎn)180萬(wàn)噸的工廠。精對(duì)苯二甲酸(PTA)是聚酯纖維和非纖產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)化工原料，廣泛應(yīng)用在化工、紡織等行業(yè)。國(guó)際市場(chǎng)對(duì)PTA需求發(fā)展很快，產(chǎn)品供不應(yīng)求。2013年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)PTA需求量供不應(yīng)求，仍存在很大的缺口。因此，以對(duì)二甲苯（PX）為原料，建設(shè)并生產(chǎn)精對(duì)二甲酸（PTA）項(xiàng)目能有力推動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。10. PX氧化反應(yīng)過(guò)程以PX為原料，以醋酸為溶劑，以醋酸鈷和醋酸錳為催化劑，以溴化物為促進(jìn)劑，在設(shè)計(jì)壓力和溫度條件下，通入壓縮空氣使其發(fā)生氧化反應(yīng)，把PX氧化成PTA。11. 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)除去PX的成本，一噸PTA的生產(chǎn)成本大約40

42、0至700元左右，這個(gè)依每個(gè)企業(yè)的成本控制的能力高低不同。目前國(guó)內(nèi)最好的PTA生產(chǎn)企業(yè)，能控制在每噸400元左右，其中的杰出代表就是逸盛石化和恒力集團(tuán)。資產(chǎn)設(shè)備的固定攤銷大約占了300-500元。目前國(guó)內(nèi)PTA行業(yè)的噸投資成本約為2500元左右，依技術(shù)的來(lái)源和整體的規(guī)劃設(shè)計(jì)的不同而不同。4.項(xiàng)目使用的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中華人民共和國(guó)安全生產(chǎn)法；建設(shè)項(xiàng)目（工程）勞動(dòng)安全衛(wèi)生監(jiān)察規(guī)定原勞動(dòng)部第 3 號(hào)令（1996） ；工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GBZ1-2010）；工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值（GBZ2.2-2007）；石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范（GB50160-2008）；建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（GB50016-

43、2006）；建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)定（GB50057-2010）；爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50058-92）；石油化工企業(yè)可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范（SH3063-1999）；化工企業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計(jì)規(guī)定（HG20571-95）；壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程（1999 年版）；壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定勞動(dòng)部發(fā)1996140 號(hào)；建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（GB50034-2004）；工業(yè)粉塵排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行（GB16297-1996）；工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行（GB12348-2008）；污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行（GB8978-1996）；大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB16297-1996）；危險(xiǎn)廢物

44、焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)（GB18484-2001）；化工建設(shè)項(xiàng)目可行性研究投資估算編制辦法 （國(guó)家石化局（1999）第 195 號(hào)文）。5.存在的問(wèn)題及建議（1）本設(shè)計(jì)中某些工藝尚未大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用，因此要將其投入大規(guī)模生產(chǎn)仍需要進(jìn)一步的試驗(yàn)和改進(jìn)，使其更加成熟。（2）本設(shè)計(jì)綠色環(huán)保，符合目前的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，需要各級(jí)政府給予更多的支持，并在稅收等政策上提供優(yōu)惠，使本項(xiàng)目早日實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。（3）本設(shè)計(jì)中的PTA在中國(guó)市場(chǎng)仍存在較大的生產(chǎn)缺口，因此，設(shè)計(jì)并建立一個(gè)年產(chǎn)180萬(wàn)噸PTA的工廠，符合社會(huì)需要，為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用。6. 方案構(gòu)建（PTA工藝路線論證）TA精制工藝發(fā)展較為

45、成熟，不同生產(chǎn)商在精制部分生產(chǎn)工藝基本相似，主要區(qū)別在于氧化部分。PX氧化是PTA生產(chǎn)的核心部分，也是各專利商競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)所在，氧化部分直接決定TA生產(chǎn)的產(chǎn)質(zhì)耗水平。依據(jù)氧化反應(yīng)溫度的不同，目前國(guó)際上主要PTA生產(chǎn)工藝可分為高溫氧化工藝、中溫氧化工藝、低溫氧化工藝。本設(shè)計(jì)采用高溫氧化工藝，其特點(diǎn)是采用對(duì)二甲苯在醋酸溶劑中進(jìn)行液相氧化制取，采用醋酸鈷催化劑，溴化氫為促進(jìn)劑由于采用高濃度的醋酸，可以減少反應(yīng)器中的液相混合物中的水濃度的增加，催化劑濃度較高，鈷錳比達(dá)22，高于高溫氧化工藝，條件優(yōu)化達(dá)到氧化反應(yīng)條件。7. 項(xiàng)目地址選擇論證本工廠以福佳大化石油化工股份有限公司為依托，以福佳大化石油化工股份有限公司的產(chǎn)品PX為生產(chǎn)原料，位于遼