《20000噸年產(chǎn)量的N-甲基吡咯烷酮工藝設(shè)計》7900字（論文）

-20000噸年產(chǎn)量的N-甲基吡咯烷酮工藝設(shè)計目錄TOC\o"1-3"\h\u165181設(shè)計說明書 4196341.1緒論 4122941.1.1設(shè)計依據(jù) 4207841.1.2指導(dǎo)思想 492661.1.3設(shè)計依據(jù)及其必要性 5327321.2設(shè)計地區(qū)的自然條件 5179851.3廠址的選擇 583451.4產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模 671461.5車間布置、崗位人員配制 646391.5.1車間布置 685671.5.2崗位人員配制 7241171.6節(jié)能與環(huán)境保護(hù) 7260061.6.1節(jié)能 7237601.6.2環(huán)境保護(hù) 7154861.7安全防火 7176851.7.1消防設(shè)施 734191.7.2滅火程序 8173022工藝論證 851662.1工藝原理 8100452.2工藝模塊簡圖 88882.3N-甲基吡咯烷酮的生產(chǎn)工藝 97053工藝流程 931763.1本崗位管理范圍及任務(wù) 9201253.2生產(chǎn)原理和工藝流程 9187983.2.1生產(chǎn)原理 9143013.2.2工藝流程 1098153.3原料、產(chǎn)品規(guī)格及公用工程條件 10272033.3.1原料的技術(shù)條件 10313323.3.2公用工程 10226634工藝設(shè)計與計算 13276384.1.脫水工段的物料衡算 13235024.1精餾工段 13130014.1.1物料衡算 1329444.1.2熱量衡算 16135235設(shè)備計算 17310145.1加料泵計算 1768245.2緩沖罐的計算 18276905.3精餾塔的計算 19296195.4換熱器的計算 1952595.5管路的計算 21207626技術(shù)經(jīng)濟(jì) 22117356.1設(shè)備物料經(jīng)濟(jì)計算 22208256.2生產(chǎn)成本 2399426.3盈虧平衡 23242606.4投資及效益分析 2325719結(jié)論 241748參考文獻(xiàn) 261設(shè)計說明書1.1緒論1.1.1設(shè)計依據(jù) 本設(shè)計的依據(jù)主要包括：（1）S大學(xué)化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書。（2）《化工工藝手冊》《化工原理》《石油化工裝置工藝設(shè)計包（成套技術(shù)工藝包）內(nèi)容規(guī)定》《石油化工數(shù)據(jù)手冊》《化工建設(shè)項目環(huán)境保護(hù)設(shè)計規(guī)定》《化工企業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計規(guī)定》等。（3）化學(xué)工業(yè)部發(fā)布的《化工工藝設(shè)計施工圖內(nèi)容和深度的統(tǒng)一規(guī)定》。1.1.2指導(dǎo)思想本設(shè)計的指導(dǎo)思想主要包括：（1）生產(chǎn)過程采用自動控制，機(jī)械化操作。（2）采用溶液聚合生產(chǎn)技術(shù)，確保產(chǎn)品質(zhì)量高，生產(chǎn)過程安全。（3）對于易燃易爆場所，設(shè)計采用可靠的控制，報警消防設(shè)施。（4）廠房、車間、設(shè)備布置要嚴(yán)格按土建標(biāo)準(zhǔn)，以保證生產(chǎn)和正常進(jìn)行及操作人員的安全。（5）設(shè)計中按規(guī)定達(dá)到環(huán)保的要求，對生產(chǎn)過程中的化學(xué)污水的排放要進(jìn)行處理，以保證環(huán)保要求。（6）設(shè)計過程在滿足工藝條件的前提下盡力做到節(jié)能、節(jié)水。1.1.3設(shè)計依據(jù)及其必要性N-甲基吡咯烷酮（NMP）屬于氮雜環(huán)化合物，是一種極性的非質(zhì)子傳遞溶劑，具有沸點(diǎn)高、極性強(qiáng)、黏度低、無腐蝕、毒性低以及溶解能力強(qiáng)的特點(diǎn)，主要用于芳烴萃取，乙炔、烯烴、二烯烴的純化分離，聚合物溶劑以及聚合反應(yīng)溶劑等領(lǐng)域，廣泛用于石油化工、藥品、農(nóng)藥、染料以及鋰離子電池制造業(yè)等許多行業(yè)[1-3]。隨著國內(nèi)聚酰胺、聚酰亞胺、聚苯硫醚等高強(qiáng)工程塑料及高強(qiáng)纖維的飛速發(fā)展，對N-甲基吡咯烷酮的質(zhì)量及需求量都提出了更高的要求。NMP的合成目前主要有3種類型，一種是以吡咯烷酮和鹵代烷烴為原料的吡咯烷酮法［4］；一種是在催化劑條件下合成NMP［5－8］；還有一種是以γ-丁內(nèi)酯(GBL)和混合甲胺或者單甲胺為原料的GBL法［9－11］。國外N-甲基吡咯烷酮的生產(chǎn)能力主要集中在少數(shù)幾個大公司手中，國內(nèi)有10多家企業(yè)從事N-甲基吡咯烷酮的生產(chǎn)，但裝置規(guī)模相對較小，原料來源途徑多，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差，生產(chǎn)技術(shù)有待改進(jìn)。目前國內(nèi)表觀N-甲基吡咯烷酮的年產(chǎn)量為53kt/a，且以每年6%～8%的速度增長，NMP的前景比較廣闊[12]。1.2設(shè)計地區(qū)的自然條件天津地區(qū)自然條件如下：土壤最大凍土深度：0.69米氣候特征：四季分明，春季多風(fēng)，干旱少雨；夏季炎熱，雨水集中；秋季氣爽，冷暖適中；冬季寒冷，干燥少雪。年平均風(fēng)速：2-5米/秒地震裂度：7度年平均降雨量：602.9毫米日最大降雨量：119.3毫米平均氣壓：745.66mmH最高氣溫：36.6℃最低氣溫：-18℃平均相對溫度：71%最大降雪量：420毫米水溫：15℃1.3廠址的選擇本車間建于天津市濱海新區(qū)臨港工業(yè)區(qū)比較適合，因為它具有優(yōu)越的地理位置。臨港工業(yè)區(qū)位于塘沽區(qū)海河入海口南側(cè)灘涂區(qū)，毗鄰天津港、天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)和天津港保稅區(qū)，處于天津濱海新區(qū)核心區(qū)和環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈的中心地帶。天津臨港工業(yè)區(qū)是中國發(fā)改委規(guī)劃的國家級石化基地，是天津市及天津濱海新區(qū)“十一五”規(guī)劃重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域之一，是天津濱海新區(qū)化學(xué)工業(yè)區(qū)、臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)的核心組成部分。天津臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)位于中緯度歐亞大陸東岸，面對太平洋，季風(fēng)環(huán)流影響顯著，冬季受蒙古冷高氣壓控制，盛行偏北風(fēng)；夏季受西太洋副熱帶高氣壓左右，多偏南風(fēng)，對市區(qū)居民的生活及附近的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)均無影響。因此，該處建廠地址最佳。1.4產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模本次設(shè)計項目是年產(chǎn)2萬噸的NMP裝置。鑒于國家規(guī)定的產(chǎn)品規(guī)格，考慮到用戶的要求和經(jīng)濟(jì)合算，其產(chǎn)品指標(biāo)如下：原料純度：GBL純度：95％單甲胺（MMA）過量10％單程轉(zhuǎn)化率：GBL：95％NMP純度：99.99％產(chǎn)品方案：產(chǎn)品名稱：NMP年生產(chǎn)量：2萬噸/年年生產(chǎn)時間：7200小時1.5車間布置、崗位人員配制1.5.1車間布置本設(shè)計的設(shè)備布置，既滿足了生產(chǎn)實際需要，又考慮了設(shè)備的安裝，檢修方便，節(jié)約空地。布置設(shè)備時，注意遠(yuǎn)近相結(jié)合既緊湊又要符合生產(chǎn)工藝和安全要求，生產(chǎn)裝置街區(qū)根據(jù)工藝流程和安全的需要，盡可能縮短裝卸物料線。出于滿足生產(chǎn)工藝條件的原則，首先確定關(guān)鍵設(shè)備的擺放位置，其它設(shè)備則盡可能擺放在主要設(shè)備的四周，以利于操作，檢修和配管。其次在廠房內(nèi)，各樓層都配有走梯，方便人通過。最后閥門、儀表等部件距地面較近，以利于手工操作、檢修和管線擺放，以節(jié)省空間。通過這樣的車間布置達(dá)到界區(qū)明確，工藝流程通暢，安全合理的目的。1.5.2崗位人員配制崗位人員配制：進(jìn)料工序每班2人，合成工序每班2人，回收工序每班3人，后處理工序每班5人。每工序分三班倒，總計36人。1.6節(jié)能與環(huán)境保護(hù)1.6.1節(jié)能1．采用GBL與MMA無催化劑連續(xù)合成NMP，副反應(yīng)少，收率高。2．裝置對MMA進(jìn)行循環(huán)使用，降低了生產(chǎn)成本。3．合理進(jìn)行設(shè)備布置，盡力按物料流向布置，減少物料往返輸送次數(shù)。適當(dāng)利用位差，物料靠重力輸送，而減少輸送設(shè)備，節(jié)約部分動力。4．選擇節(jié)能設(shè)備。5．設(shè)計中加強(qiáng)了對進(jìn)入裝置的水、電、蒸氣的計算，為加強(qiáng)能源管理，合理用電、水、氣打下良好基礎(chǔ)。6．裝置選定使用循環(huán)水系統(tǒng)作為生產(chǎn)用冷卻水，從而大幅度降低了新鮮水用量。1.6.2環(huán)境保護(hù)該廠建于天津市濱海新區(qū)臨港工業(yè)區(qū)，該地區(qū)的主導(dǎo)風(fēng)向為西南、西北風(fēng)，對市區(qū)居民的生活及附近的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)均無明顯的重大影響。該廠的下游還有污水處理廠，能將工業(yè)，生活污水進(jìn)行有效的處理，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的污染物及廢氣、廢渣、廢水都得以解除，達(dá)到國家環(huán)保要求?？梢酝ㄟ^有步驟的植樹、種草、修建花壇等措施來達(dá)到美化環(huán)境的目的，通過這種方式就可以有效的美化環(huán)境，達(dá)到利用新鮮空氣，降低噪聲的目的，比較環(huán)保。1.7安全防火1.7.1消防設(shè)施地下消火栓8個，8公斤干粉38個，30公斤干粉車4個，1211滅火器52個。各類火災(zāi)救援程序：1．當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時迅速啟動報警程序；2．發(fā)現(xiàn)火災(zāi)后立即進(jìn)行初火災(zāi)補(bǔ)救；3．判斷火勢情況大小，火勢迅猛即刻報警，火警電話：119；4．撥打火警電話時首先講清起火單位名稱、火勢情況、詳細(xì)地址等信息；5．走廊各處應(yīng)張貼燃燒物質(zhì)相關(guān)信息簡介；6．報警人員的姓名及報警人電話號碼；7.報警完成后需派人到路口接車；8.消防救援到達(dá)現(xiàn)場后，需向其介紹燃燒物性質(zhì)及火場內(nèi)部與外圍情況；9.及時向調(diào)度室人員和車間領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行匯報。1.7.2滅火程序第一套方案是剛起火時進(jìn)行火災(zāi)補(bǔ)救工作，第二套方案是可以采取報警措施。2工藝論證2.1工藝原理N-甲基吡咯烷酮（NMP）的生產(chǎn)工藝流程包括反應(yīng)工段，分離工段，氨回收工段和公用工程系統(tǒng)，其中反應(yīng)工段包括原料的儲存，混合，預(yù)熱和反應(yīng)；分離工段指粗產(chǎn)品離開反應(yīng)器后進(jìn)入到精餾塔中進(jìn)行分離得到精產(chǎn)品；氨回收工段指從分離工段分離出的甲胺在回收塔中與水進(jìn)行混合，到規(guī)定濃度后打入反應(yīng)系統(tǒng)中進(jìn)行再反應(yīng)；公用工程系統(tǒng)指整個工藝中所用的循環(huán)冷卻水、加熱蒸汽、導(dǎo)熱油和電。在這幾個模塊中，反應(yīng)工段和分離工段是整個工藝流程最重要的部分，這兩個工段的工藝直接決定了產(chǎn)品的質(zhì)量，整個工藝的投資和成產(chǎn)成本，所以本文主要對這兩個工段進(jìn)行研究。2.2工藝模塊簡圖圖1工藝模塊方框圖2.3N-甲基吡咯烷酮的生產(chǎn)工藝NMP的生產(chǎn)目前主要有三種，由于其他相比較而言，存在環(huán)境污染，同時收率也不高，有催化劑參與的，催化劑本身難以回收，也會對環(huán)境有所污染，使得其現(xiàn)在仍處于研發(fā)階段，于是在工業(yè)上的應(yīng)用也比較少，所以工業(yè)上采用γ-丁內(nèi)酯與單甲胺無催化劑反應(yīng)制備的方法。國內(nèi)NMP的生產(chǎn)主要是1，４丁二醇（BDO）路線：BDO在聯(lián)醇催化劑的作用下，在氫氣氣氛中進(jìn)行脫氫反應(yīng)，生成粗品γ－丁內(nèi)酯（GBL），精制后的GBL與甲胺無催化劑合成NMP。NMP經(jīng)脫除甲胺、水和重組分后制成純度大于99％的優(yōu)級品[13-14]。3工藝流程3.1本崗位管理范圍及任務(wù)本崗位的管理范圍及任務(wù)是：1．從界區(qū)外接收原料并進(jìn)行流量控制。2．將反應(yīng)條件控制在工藝指標(biāo)以內(nèi)，實現(xiàn)胺化反應(yīng)并生產(chǎn)出粗品NMP。3．將未反應(yīng)的物料吸收和壓縮后重新使用。4．將粗品NMP經(jīng)過負(fù)壓塔和精餾塔分離提純。3.2生產(chǎn)原理和工藝流程3.2.1生產(chǎn)原理γ-丁內(nèi)酯與（GBL)一甲胺（MMA)生產(chǎn)年產(chǎn)20000噸的N-甲基吡咯烷酮(NMP)的過程中，1,4丁二醇（BDO）在聯(lián)醇催化劑的作用下，在氫氣氣氛中進(jìn)行脫氫反應(yīng)，生成粗品GBL，精制后的GBL與甲胺無催化劑合成NMP。NMP經(jīng)脫除甲胺、水和重組分后制成純度大于99％的優(yōu)級品[11-12]。本課題以γ-丁內(nèi)酯和單甲胺水溶液為原料制備NMP，并對NMP間歇合成過程中的工藝條件進(jìn)行了研究，考察了反應(yīng)過程中溫度、反應(yīng)時間、原料配比等因素對NMP產(chǎn)率的影響，研究了其反應(yīng)特性，并為工業(yè)化裝置的優(yōu)化控制提供了理論支撐?？偟姆磻?yīng)過程分成加成和環(huán)化兩步反應(yīng)，工業(yè)生產(chǎn)采用三步方法實現(xiàn)，第1步加成反應(yīng)形成N-甲基-羥基丁酰胺(NMH)，即單甲基胺（MMA）原料與GBL在混合器中混合，混合物料在反應(yīng)器內(nèi)混合；第2步NMH的環(huán)化：反應(yīng)物發(fā)生分子內(nèi)脫水反應(yīng)；第3步NMH完全轉(zhuǎn)化至NMP，反應(yīng)物流經(jīng)預(yù)熱器加熱獲得NMP產(chǎn)品混合物。反應(yīng)后的NMP粗品進(jìn)入負(fù)壓脫水塔，輕沸從塔頂分離出去，塔頂組分經(jīng)過換熱器冷凝，從而將水脫去，回收部分NMP。塔底采出進(jìn)入精餾塔T203A，純品Ｐ-NMP與極少量的γ-丁內(nèi)酯從塔T203A頂采出，再次分離達(dá)到近一步提純，塔釜采出部分NMP及1，4丁二醇，NMP的回收率在95%以上。3.2.2工藝流程圖23.3原料、產(chǎn)品規(guī)格及公用工程條件3.3.1原料的技術(shù)條件表1原料技術(shù)條件3.3.2公用工程1．電力表2電力規(guī)格表電壓型式頻率高壓6KV±7%三項三線中性點(diǎn)不接地50+0.5HZ-1.5HZ低壓380/220V±7%三項五線中性點(diǎn)接地50+0.5HZ-1.5HZ蒸汽表3蒸汽規(guī)格表壓力溫度中壓蒸汽（MS）2.5±0.2MPa250±10℃低壓蒸汽（LS）0.7±0.1MPa200±10℃3．脫鹽水（DEW）表4脫鹽水規(guī)格表壓力0.4±0.05MPa銅≤1微g/l溫度20±10℃總SiO2<30微g/l硬度≤1μmol/l導(dǎo)電性<1微s/cm(25℃)鐵≤3.5μg/lPH6～7(25℃) 循環(huán)冷卻水表5循環(huán)冷卻水規(guī)格表壓力上水：0.45±0.05MPa下水：0.25±0.05MPa溫度上水：≤31℃下水：≤41℃Fe2++Fe3+0.9mg/lCl-40mg/l氧耗量12mg/l可溶固體300mg/l可溶SiO236mg/l總硬度（CaCO3）3mgN/l總堿度（CaCO3）2.7mgN/l濁度10度PH7—8.5污垢熱阻0.0000956m2h℃/KJ5．工藝水（過濾水）表6工藝水規(guī)格表壓力0.5±0.1MPaG溫度1~22℃Fe2++Fe3+0.3mg/lCl-13mg/l氧耗量4mg/l溶解氧≥5mg/l可溶固體100mg/l可溶SiO212mg/l總硬度（CaCO3）1mg-N/l總堿度（CaCO3）0.9mg-N/l濁度3度PH6.5~8.06．儀表空氣（無油）表7儀表空氣規(guī)格表壓力0.5~0.8MPa溫度-24.8~40℃7．裝置空氣表8裝置空氣規(guī)格表壓力0.5~0.8MPa溫度-24.8~40℃油含量無8．蒸汽冷凝液表9蒸汽冷凝液規(guī)格表壓力0.65±0.05MPa溫度100℃油含量無硬度<2.5mmol/l鐵<100mg/l9．消防水表10裝置空氣規(guī)格表壓力溫度低壓消防水0.5±0.1MPa1~22℃4工藝設(shè)計與計算課題為年產(chǎn)2萬噸純度為99.99％的NMP產(chǎn)品，考慮到實際條件，夏季最熱期間工廠停歇1-2月，故設(shè)每年300天的生產(chǎn)工作時間。4.1.脫水工段的物料衡算在135攝氏度，將壓力控制在1PGM，塔頂餾出的主要是水和較少的NMP以及C8H20N2，γ-丁內(nèi)酯，1,4-丁二醇和γ-丁內(nèi)酯,NMP主要從塔釜餾出。其余含量較小，忽略不計。表11進(jìn)口物料組成表物質(zhì)NMPC4H6O2H2OBDOC8H20N2合計質(zhì)量（kg/h)4070.660.7254359.24質(zhì)量百分比（%）0.93380.000160.0640.000250.00151.0表12塔頂和塔釜物料組成表物質(zhì)塔頂進(jìn)料量（kg/h)塔頂出料量（kg/h)塔釜出料量（kg/h)NMP4070.661383.232687.43BDO1.101.1C4H6O20.70.2380.4619H2O280.12280.120C8H20N26.656.650合計4359.241670.2526894.1精餾工段4.1.1物料衡算壓力小于1PGM，純度為99.99％NMP產(chǎn)品主要從塔頂餾出，塔釜餾出粘度大的焦油混合物。表13進(jìn)口物料組成表物質(zhì)C4H6O2C4H10O2C5H9NO合計質(zhì)量（kg/h）0.461.102687.442689質(zhì)量百分比0.00020.00040.99941.0精餾塔入口物質(zhì)中，γ-丁內(nèi)酯為重組分，NMP為輕組分。由《化工原理》知表14各物質(zhì)沸點(diǎn)表物質(zhì)沸點(diǎn)C4H6O2204℃C4H10O2228℃C5H9NO204.27℃F1=2689kg/hXF=0.9994XD=0.001XW=0.999塔頂質(zhì)量流率：W1=2777.78kg/hW2=2777.78-2529.87=247.91kg/hW3=0.46-0.43=0.03kg/h摩爾流率：d1=25.51kmol/hd2=0.005kmol/hd3=0kmol/h總摩爾流率為25.515kmol/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)：WW1=0.9998WW2=0.0002WW3=0摩爾分?jǐn)?shù)：Wd1=0.9998Wd2=0.0002Wd3=0塔底質(zhì)量流量：W1=158.009kg/hW2=0.026kg/hW3=1.100kg/h摩爾流率：d1=1.60kmol/hd2=0.00031kmol/hd1=0.012.kmol/h總摩爾流率為1.61kmol/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)：WW1=0.993WW2=0.0002WW1=0.007摩爾分?jǐn)?shù)：Wd1=0.992Wd2=0.0002Wd2=0.008表15塔頂和塔釜物料組成表物質(zhì)塔頂進(jìn)料量(kg/h）塔頂出料量（kg/h）塔釜出料量（kg/h）NMP2687.432529.34158.009C4H6O20.4620.4360.026C4H10O21.101.1合計2688.942529.8159.1354.1.2熱量衡算1.計算依據(jù)：選擇溫度為0℃時各組分的焓值為0kj/kmol2.各物質(zhì)0-t℃的平均定壓熱容如下：物質(zhì)H2OGBLNMPBDOCp/30℃－－2.10－[kj/(kmol·K)]60℃－1.88－2.41135℃4.2－－－表16T-02熱量衡算：進(jìn)料條件162℃，帶進(jìn)的熱量Q1：塔頂液相出料溫度90℃，帶出的熱量Q2：塔頂汽相出料溫度90℃，帶出的熱量Q3：塔釜出料溫度114℃，帶出的熱量Q4：出料熱量與進(jìn)料熱量之差△Q：剩余的熱量由冷卻循環(huán)水帶走。5設(shè)備計算5.1加料泵計算1.計算依據(jù)(1)采用普通鋼管進(jìn)料。(2)進(jìn)料質(zhì)量流量27102kg/h,物料液的密度612kg/m3,因此物料液的體積流量為為確定泵輸送一定流量所需要的揚(yáng)程H，應(yīng)對輸送系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械能衡算，這里選擇儲罐內(nèi)液面與負(fù)壓塔進(jìn)料口的管截面建立機(jī)械能衡算式：管內(nèi)流速：雷諾數(shù)：即都為湍流形態(tài)。局部損失：有10個90°彎頭ξ=0.75mm（查化工原理上冊P42）總壓頭2.確定泵的揚(yáng)程考慮到汽蝕余量，取H’=1.1H=9.7m3.確定泵軸功率泵的有效功率對于小流量的離心泵取和泵軸功率:4.泵的選型此泵需要密封性好，流量穩(wěn)定，對介質(zhì)具有抗腐蝕性能。選型號為IS32-32-160泵兩臺，正常使用一臺，備用一臺。泵的流量35立方米每小時,揚(yáng)程13米。轉(zhuǎn)速2900轉(zhuǎn)每分鐘,效率70%；軸功率1.9千瓦,電動機(jī)功率3千瓦；必須汽蝕余量6米。5.2緩沖罐的計算1.計算依據(jù)因為操作壓力0.4—0.7MPa，溫度137℃左右，所以選定設(shè)計壓力0.99MPa=10Kgf/cm2,溫度95攝氏度。2.設(shè)計計算假設(shè)液體留存15min進(jìn)料液體積流量：裝載系數(shù)取0.8,所以貯罐的總體積為，儲罐高度為2米，由體積公式可以求得儲罐直徑。選用貯罐L-10-25-3000HG5-1577-85-10，公稱容積1.5m3,公稱直徑1000毫米,重量3550Kg,允許腐蝕余度1.5毫米，支座和墊板數(shù)4個。該設(shè)備工作的年限是10年,腐蝕速率為0.1mm/a,故選擇耐腐蝕良好的Cr17。5.3精餾塔的計算1.塔高塔的總高度包含有效高度，底部和頂部空間高度及裙座高度總和，在此僅介紹有效高度的計算。精餾塔共29塊板，設(shè)塔板間距為HT=0.4，總板效率為ET=0.775所以設(shè)計精餾塔塔高為15米。2.塔徑C為負(fù)荷系數(shù)，可由史密斯關(guān)聯(lián)圖得知計算，在此不再贅述。根據(jù)流量公式可計算塔徑，即：其中Vs為氣體的體積流量5.74立方米每秒。圓整取精餾塔的直徑為1000毫米。5.4換熱器的計算1.冷凝器的計算計算依據(jù)：冷卻水進(jìn)口溫度25攝氏度，出口溫度30攝氏度，熱流體進(jìn)口溫度114攝氏度，出口溫度88.9攝氏度。溫度推動力：查化工原理書表4-10得：初步估計傳熱系數(shù)K估=250，=0.7則：由換熱器標(biāo)準(zhǔn)出選BES450-1.0-34-3/25-4I型。取外管直徑25毫米，管子長3米，則：管數(shù)則換熱器型號公稱直徑D/mm:450管子尺寸mm：25×25公稱壓強(qiáng)P/Mpa：1.0管子長l/m：3公稱面積M2：34管數(shù)Nt：139管程數(shù)Np：4管中心距t/mm：25管子排列方式：正三角形排列2.再沸器的計算再沸器熱負(fù)荷：QR=357779w 選用150攝氏度的飽和水蒸氣加熱，塔底溫度120攝氏度，用潛熱加熱可節(jié)省蒸汽量從而減少熱量損失查化工原理書表4-10得：初步估計傳熱系數(shù)K估=250，=0.7則：取外管直徑32毫米，管子長3米，則：管數(shù)由換熱器標(biāo)準(zhǔn)出選BES500-1.0-84-3/25-4I型。公稱直徑D/mm:500管子尺寸mm：32×32公稱壓強(qiáng)P/Mpa：1.0管子長l/m：3公稱面積M2：84管數(shù)Nt：277管程數(shù)Np：4管中心距t/mm：25管子排列方式：正三角形排列5.5管路的計算通過公式可計算出各管道尺寸，qv為物料的體積流量，u為流速，取空氣流速為10米每秒,液體流速為1-3米每秒。如對于NMP-01號管路，體積流量為4.7立方米每小時，取流速為2米每秒，由以上公式推導(dǎo)知，經(jīng)過圓整可知管道公稱直徑為32毫米。其它管路計算方法與此相同，列表如下，在此不再做詳細(xì)計算。表17管道尺寸一覽表管道號體積流量m3/h流速取值m/s公稱外徑NMP-014.7323233NMP-024.7323233NMP-034.7323233NMP-044.7323233NMP-054.7323233NMP-063.6422025NMP-074.2422025NMP-08124.4123225NMP-092.9823225NMP-102.9823233NMP-112.9822025NMP-1211.8822025NMP-1340.3523233NMP-142.5323233NMP-152.5323233PL-011045.7825055PL-021045.7825055PL-031045.7825055PL-044.2323233PL-055.3822025PG-013439.5610350377PG-021077.5610200220VE-011043.23106570VE-0210341065706技術(shù)經(jīng)濟(jì)6.1設(shè)備物料經(jīng)濟(jì)計算查有關(guān)資料得到20000噸N-甲基吡咯烷酮的建設(shè)總投資為13335萬元。選型設(shè)備費(fèi)用采用廠家報價，非標(biāo)設(shè)備查閱相關(guān)資料，根據(jù)以下公式計算：設(shè)備價格=設(shè)備重量×材質(zhì)價格×加工系數(shù)其中304不銹鋼設(shè)備價格36000元/噸，中低壓（≤4MPa）碳鋼設(shè)備價格為11000元/噸，高壓碳鋼設(shè)備價格為15000元/噸。主要設(shè)備投資的費(fèi)用表略，其中塔設(shè)備費(fèi)用3800萬元，換熱器為2000萬元，泵費(fèi)用30萬元，儲罐費(fèi)用5萬元。還有其他工程費(fèi)用，設(shè)備安裝費(fèi)用，場地費(fèi)用等固定資產(chǎn)費(fèi)用，共計3000萬元。無形資產(chǎn)費(fèi)用包含有土地使用費(fèi)，技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)等一共是500萬元。預(yù)備費(fèi)用包含基本預(yù)備費(fèi)和漲價預(yù)備費(fèi)，經(jīng)計算估計共4000萬元。所以建設(shè)總投資為13335萬元。表18原料材料的消耗定額序號物質(zhì)名稱消耗定額（t/年）價格（元/t）原料費(fèi)用（萬元/年）1GBL3020000602MMA1127001.276.2生產(chǎn)成本1.原料總費(fèi)用=61.27萬元2.水、電、汽費(fèi)用為原料費(fèi)用的10%61.27×10%=6.127萬元/年3.車間經(jīng)費(fèi)為原料總費(fèi)用的10%6.127×10%=6萬元/年4.工人工資=3×36=108萬元/年5.生產(chǎn)總投資=61.27+6.127+6.127+108=181.53萬元/年6.3盈虧平衡年銷售收入：20000t×3萬元/t=60000萬元(N-甲基吡咯烷酮單價3萬元/t)稅金：銷售收入×17%=60000×17%=10200萬元/年利潤：銷售收入-稅金-生產(chǎn)成本=49618.47萬元/年利潤率：利潤/生產(chǎn)總投資=49020.9/=62.9%投資利潤率：利潤/（生產(chǎn)總投資+建設(shè)總投資）=49618.47/（181.53+13335）=3.67%6.4投資及效益分析本項目的稅后內(nèi)部收益率為62.9%，投資利潤率為3.67%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的石油化工聯(lián)合企業(yè)的基準(zhǔn)收益率10%、平均投資利潤率6%[13]。由此可以很明顯的發(fā)現(xiàn)該項目經(jīng)營風(fēng)險小，經(jīng)營的安全率相當(dāng)高。同時對其敏感度分析計算的結(jié)果可知，所有不利因素的效益計算值內(nèi)部收益率均在石化行業(yè)的基準(zhǔn)收益率10%之上。故可以認(rèn)為，20000噸/年的乙丙橡膠工程抗風(fēng)險能力相當(dāng)強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益良好。由于使用有γ-丁內(nèi)酯作為上游原料，節(jié)省了中間環(huán)節(jié)，對項目的投資可大量減少，而且國家對工業(yè)的大力支持，提供了大量有利的資金政策支持，資金周轉(zhuǎn)快，市場前景廣闊，經(jīng)濟(jì)效益更為顯著。結(jié)論通過以上課題研究，本畢業(yè)說明書主要對對與N-甲基吡咯烷酮相關(guān)的各種設(shè)備進(jìn)行了物料衡算，熱量衡算，泵的選型，換熱器的選型，精餾塔塔高塔徑的計算，管道計算以及經(jīng)濟(jì)效益的核算，對該工藝有了深刻的了解。在此期間完成的PFD圖、PID圖、平面布置圖以及精餾塔的設(shè)備圖對于N-甲基吡咯烷酮整個提純分離過程有了更進(jìn)一步的了解。在此總結(jié)相關(guān)設(shè)備圖如下：表19設(shè)備一覽表序號設(shè)備名稱規(guī)格1脫水塔T-01DN=1000mm；H=12m2精餾塔T-02DN=1000mm；H=15m3冷凝器E-01A=32m2Nt=1204冷凝器E-0