20000噸乙胺裝置分離系統(tǒng)工藝畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、20000噸乙胺裝置分離系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)辛清煒1，李強(qiáng)2(1.東北電力大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,吉林吉林132012;2.東北電力大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,吉林吉林132012)摘要：本設(shè)計(jì)的內(nèi)容是年產(chǎn)20000噸乙胺裝置分離系統(tǒng)裝置工藝設(shè)計(jì)，工藝采用連續(xù)精餾的方式，使用四個(gè)精餾塔，將乙醇和液氨混合加氫精餾成純度大于99.5%的乙胺產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)主要對(duì)T103塔所給的各個(gè)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)并經(jīng)過ASPEN軟件模擬，得出各個(gè)塔的理論板數(shù)和回流比以及工藝條件，得出本套工藝裝置的初步數(shù)據(jù)。同時(shí)完成物料衡算、熱量衡算、并對(duì)乙胺精餾塔進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)備計(jì)算。對(duì)塔的冷凝器、再沸器、回流罐、接塔管和進(jìn)料泵進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算和選型。關(guān)鍵詞：乙胺

2、；精餾；ASPEN軟件；工藝設(shè)計(jì)ProcessDesignofSeparationSystemof20000tEthylaminePlantXINQing-wei1,LIQiang2(1.ChemicalEngineeringCollege,NortheastDianliUniversity,JilinJilin132012;2.ChemicalEngineeringCollege,NortheastDianliUniversity,JilinJilin132012)Abstract;Thepresentdesignis20000tonsperyearethylamineseparations

3、ystemmeansplantprocessdesign,continuousdistillationprocessusingmanner,usingfourdistillationcolumn,ethanolandammoniamixinghydrogenationrectificationintopurityofmorethan99.5%ofamineproducts.ThedesignofthemainT103towertothevariouscomponentsofthequalityscoreandthroughtheASPENsoftwaresimulation,thetheore

4、ticalplateofeachcolumnandrefluxratioandprocessconditions,thesetofprocessequipment,thepreliminarydata.Atthesametimetocompletethematerialbalance,heatbalance,andtherectificationofthecolumnforstrictequipmentcalculation.Thecalculationandselectionofthecondenser,thereboilingdevice,therefluxtank,theconnecti

5、ngpipeandthefeedpumpofthetowerarecalculatedindetail.Anddrawtheprocessflowchartofthecontrolpoint,thematerialmap,equipmentlayoutandpipinglayout.KeyWords：Ethylamine；Distillation；ASPEN；Processplanning1 緒論乙胺(Ethylamine),無色極易揮發(fā)液體，有氨的氣味，本品高毒，呈堿性具有強(qiáng)烈刺激性1，能刺激眼、肺、氣管、皮膚和排泄系統(tǒng)，能與水、乙醇、乙醚混溶,其蒸氣與空氣可形成爆炸性的混合物，遇熱源和明火

6、都會(huì)有燃燒爆炸危險(xiǎn)。與氧化劑接觸會(huì)猛烈反應(yīng),其蒸氣比空氣要重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇到火源會(huì)著火回燃。用于生產(chǎn)醫(yī)藥、染料、表面活性劑2、除草劑、橡膠硫化促進(jìn)劑和離子交換樹脂等。2 生產(chǎn)工藝原理氨氫二乙胺產(chǎn)品塔三乙胺產(chǎn)韶塔乙»一乙胺產(chǎn)品塔醉何收塔胚水球*反應(yīng)器乙醇與氨氣，氫氣進(jìn)行催化反應(yīng)，生成乙胺的生產(chǎn)方法。化學(xué)反應(yīng)方程式：CHOHNH催化劑>CHNHHO25+3252+2CHNHCHOH催化劑>(CH)NHHO252+25252+2(CH丿NH+CHOH催化劑>(CH丿N+HO2522525323 物料衡算物料衡算是化工設(shè)計(jì)的計(jì)算中最基本、最重要內(nèi)容之一。

7、在解決設(shè)計(jì)設(shè)備尺寸前要定出所處理的物料量。整個(gè)過程或其某一步驟中原料、產(chǎn)物、副產(chǎn)物之間的關(guān)系可通過物料衡算確定。因此進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)，首先要進(jìn)行物料衡算，物料衡算物料衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒?；どa(chǎn)基本采用連續(xù)化生產(chǎn)，其特點(diǎn)是不間段、穩(wěn)定的向反應(yīng)系統(tǒng)或設(shè)備投入物料，同時(shí)產(chǎn)出相應(yīng)的物料，設(shè)備中某一區(qū)域的反應(yīng)參數(shù)(如溫度、壓力、濃度、流量)不隨時(shí)間而改變，局部反應(yīng)條件可以不一致，但總條件不隨時(shí)間變化。物料衡算采用的是定量的方法，計(jì)算出流程中計(jì)入與離開每一過程或設(shè)備的各物流的數(shù)量，組成及各組分的含量。為進(jìn)行能量衡算，設(shè)備選型或工藝設(shè)計(jì)，確定原料消耗定額等提供依據(jù)。依照質(zhì)量守恒定律可以得到，進(jìn)入任何過

8、程的物料質(zhì)量應(yīng)該等于從該過程離開物料質(zhì)量與積存于該過程中的物料質(zhì)量的和。得到物料衡算式：進(jìn)入系統(tǒng)的物料量=流出系統(tǒng)的物料量+系統(tǒng)內(nèi)累計(jì)的物料量對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)過程，工累計(jì)=0,此時(shí)工進(jìn)=工出。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，對(duì)一個(gè)體系內(nèi)質(zhì)量流動(dòng)及變化的情況用數(shù)學(xué)式描述物料平衡關(guān)系則為物料平衡方程3。物料平衡方程基本表達(dá)式為：EF0=ED+A+EB式中：F0輸入體系的物料質(zhì)量；D離開體系的物料質(zhì)量；A體系內(nèi)積累的物料質(zhì)量；B過程損失的物料質(zhì)量。由下表數(shù)據(jù)可知：一乙胺純度為：99.7%，二乙胺純度為：99.6%，三乙胺純度為99.5%；一乙胺流量1526.7kg/h,二乙胺流量832.7kg/h，三乙胺流量420.

9、7kg/h。表1-1T102塔頂組成表組分質(zhì)量分率wt%質(zhì)量流量kg/h摩爾分率%摩爾流量kmol/h乙醇4.20E-136.43E-104.11E-131.40E-11水6.45E-139.88E-101.61E-125.48E-11氨氣0.0009165561.4033686370.0024245630.082402965氫氣0000一乙胺0.9970817881526.6639790.99634247633.86241556二乙胺0.0020016553.0647978420.001232960.04190427三乙胺1.58E-092.42E-067.03E-102.39E-08表1-

10、2T103塔頂組成表組分質(zhì)量分率wt%質(zhì)量流量kg/h摩爾分率%摩爾流量kmol/h乙醇1.98E-070.0001657713.14E-073.60E-06水1.55E-081.29E-056.27E-087.19E-07氨氣0000氫氣0000一乙胺0.0039904833.3360435710.0064575290.07399565二乙胺0.996009303832.66377760.99354209411.38481866三乙胺9.18E-117.67E-086.62E-117.58E-10表1-3T104塔釜組成表組分質(zhì)量分率wt%質(zhì)量流量kg/h摩爾分率%摩爾流量kmol/h乙醇0

11、000水0.0034577311.4616753820.0191079420.081135313氨氣0000氫氣0000一乙胺3.18E-091.34E-067.02E-092.98E-08二乙胺0.0012399630.5241653780.001687830.007166792三乙胺0.995302303420.740930.979204224.157854329一乙胺產(chǎn)量：1526.7 x7200=10999924kg/a沁11000噸/年二乙胺產(chǎn)量：832.7 x7200=5995440kg/a沁60000噸/年三乙胺產(chǎn)量：420.7 x7200=3029040kg/a沁3000噸/年

12、各項(xiàng)條件均滿足設(shè)計(jì)要求，因此分離工段設(shè)計(jì)合理4熱量衡算在生產(chǎn)過程中，能量的消耗是非常重要的指標(biāo)，它可以衡量化工生產(chǎn)、操作方法是否合理。既能穩(wěn)定成產(chǎn)操作，又能合理利用熱量。因此熱量衡算是化工設(shè)計(jì)中很重要的一部分。熱量衡算是能量衡算的一種，在能量衡算中占有主要地位。需要進(jìn)行熱量衡算有兩種情況：其中一種是對(duì)單元設(shè)備做熱量衡算，當(dāng)各個(gè)單元設(shè)備之間沒有熱量交換時(shí)，只需對(duì)個(gè)別設(shè)備做計(jì)算；而另一種則是整個(gè)過程的熱量衡算，當(dāng)各個(gè)工序或者單元操作之間有熱量交換的時(shí)候，因此必須做熱量衡算。通過對(duì)熱量衡算，可以得到耗能的指標(biāo)，比較設(shè)計(jì)方案，對(duì)比先進(jìn)水平，去尋找存在的問題；為設(shè)備的選型和確定尺寸提供了主要依據(jù)；更加有

13、利于組織管理，技術(shù)革新，降低所需能量4.1熱量衡算應(yīng)遵循原則物流的焓的基準(zhǔn)狀態(tài)包括物流的基準(zhǔn)壓強(qiáng)、基準(zhǔn)溫度、基準(zhǔn)相狀態(tài)，熱量衡算的文字表達(dá)式為：輸入系統(tǒng)的能量=輸出系統(tǒng)的能量+系統(tǒng)積累的能量對(duì)于連續(xù)生產(chǎn)，系統(tǒng)積累的能量為0，所以有：Q+W=工Hout-工HinQ系統(tǒng)的換熱量，即與加熱劑或冷卻劑的換熱量W輸入系統(tǒng)的機(jī)械能工Hin進(jìn)入系統(tǒng)的物料的焓工Hout離開系統(tǒng)的物料的焓以T103為例，進(jìn)行熱量衡算。通過aspen模擬得出T103的熱量橫算如下表1-4脫氨塔T101物料熱量數(shù)據(jù)進(jìn)料塔頂塔底溫度C124.043772591.04595147114.4037565壓力bar534摩爾氣化率000摩

14、爾流量kmol/hr106.100217811.4588186294.64139916質(zhì)量流量kg/hr3150.0503698362314.050369熱焓Gcal/hr-6.3269487-0.247007869-6.108423556由Aspen模擬二乙胺塔T101設(shè)備：塔頂熱負(fù)荷為：1.87094e07KJ/h=4.47Gcal/hr塔釜熱負(fù)荷為：1.85901e07KJ/h=4.44Gcal/hr，所以-6.326948+4.44二1.886948Gcal/hr-6.108423-0.247008+4.47二-1.88543Gcal/hr得出二乙胺塔T103熱量達(dá)到守恒5二乙胺塔工藝

15、設(shè)計(jì)塔設(shè)備時(shí)化工、煉油生產(chǎn)中的重要設(shè)備類型之一。在化工生產(chǎn)中一般所處理的原料都是由多種組分組成的混合物，其中大部分為均相混合物，精餾是分離液體混合物最常用的一種單元操作。在此次分離設(shè)計(jì)中，涉及了多個(gè)分離塔，而其中最為重要的是二乙胺塔T103設(shè)備，它主要分離是二乙胺，該塔分離效果的好壞，直接影響后續(xù)乙醇回收塔的回收。而且通過該塔進(jìn)料組分，可以看出上一塔分離是否徹底。為此我選用此塔作為主要分析計(jì)算。它有典型代表作用。塔附件設(shè)計(jì)，塔體總高度N二54，N二1,H二450mm,H二600mm,FTPH=（n-n-n-1）H+nH+nH+H+H+H+Hh1二gfm-5耳制00mmoH呂1=39.70m6設(shè)

16、備選型（1）對(duì)于冷凝器，再沸器，等通過算溫差，傳熱面積，傳熱管束，管程排列計(jì)算分析并以此作為選型依據(jù)（2）對(duì)于回流罐的通過冷凝液停留時(shí)間以及填充系數(shù)，計(jì)算罐的容積再進(jìn)行選型（3）對(duì)于泵選型依據(jù)，是通過液體輸送量、裝置揚(yáng)程、液體性質(zhì)多個(gè)方面考慮之后再進(jìn)行選擇。（4）塔接管選型在乙胺分離裝置中，我們需要對(duì)T101脫氨塔、T102一乙胺塔、T103二乙胺塔的塔的進(jìn)料管、回流管、出料管、蒸汽進(jìn)料管、蒸汽出料管等進(jìn)行選型計(jì)算，確定各管直徑，壁厚。7結(jié)論本設(shè)計(jì)以乙醇、液氨、氫氣為原料，用乙醇氨化法生產(chǎn)乙胺，總產(chǎn)量為20000噸/年，分別生產(chǎn)一乙胺11000噸/年，二乙胺6000噸/年，三乙胺3000噸/年

17、，對(duì)其裝置和工藝的設(shè)計(jì)進(jìn)行了設(shè)計(jì)模擬。先對(duì)整個(gè)工藝精心設(shè)計(jì)，然后用Aspen進(jìn)行全流程模擬，用CAD繪制了工藝流程圖、車間平立面布置圖和管道布置圖，用其他化工軟件做了塔的設(shè)計(jì)選型和泵的設(shè)計(jì)選型，應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)做了產(chǎn)品精餾塔，換熱器，泵等設(shè)備進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，最后經(jīng)過經(jīng)濟(jì)核算分析設(shè)計(jì)建廠可以盈利。參考文獻(xiàn)1 李海乙胺，異丙胺生產(chǎn)技術(shù)簡(jiǎn)介J化工科技,1998,（02）:67.2 唐振周.關(guān)于我國二乙胺的生產(chǎn)技術(shù)及其發(fā)展J.湖南化工，1996,（02）:8-10+18.3 申桂英乙胺或異丙胺生產(chǎn)裝置J.精細(xì)與專用化學(xué)品,1995,(09):15.4 高昌祿，王琴，徐東升乙腈加氫制乙胺類化合物J.石化技術(shù)與應(yīng)用,2001,19(5):293-296.5 宋巖,張吉波,張啟忠.乙腈加氫制乙胺的合成工藝研究J.吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào),2003,(04):17-19.6 周奇杰.300t/a乙胺聯(lián)產(chǎn)工藝技術(shù)總結(jié)J.精細(xì)化工中間體,2003,(04):36-37+55-56.7 王擁軍，石香玉.復(fù)雜樣品的多步分離系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)J.焦作大學(xué)學(xué)報(bào),2009,(