最新丙酮氰醇年产8万吨精制单元设计毕业.docx
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最新丙酮氰醇年产8万吨精制单元设计毕业
第一章设计说明
1.1厂址选择论证……………………………………3
1.2本地区自然条件…………………………………3
1.3生产流程叙述……………………………………4
1.4工艺条件一览表…………………………………5
1.5设备一览表………………………………………6
第二章物料衡算
2.1依据及方法………………………………………8
2.2有关物料衡算技术数据…………………………8
2.3进出料计算………………………………………8
第三章热量衡算
3.1依据及方法………………………………………12
3.2精制塔的能量衡算………………………………12
第三章设备计算
3.1E-3111浮头式换热器的计算……………………14
3.2P-3111泵计算……………………………………15
3.3精馏塔T-3111的设计计算………………………16
附录
1.参考文献………………………………………………20
1.致谢……………………………………………………21
第一章设计说明书
1.1厂址选择论证
本装置建在吉林化学工业股份有限公司丙烯腈厂院内,地处松花江畔,水源充足,水质优良。
各处均有铁路与全国铁路网相连,交通便利,附近有热电厂、吉化动力厂及丰满发电厂,所需电力、蒸汽充足。
本装置地处吉林市东北部,离市区居民有一定距离,该地区的风向主要为西南风,对市区居民的生活及附近的工农业生产均无太大的影响,因此,该处建厂,地址最佳。
1.2本地区自然条件
平均气压:
745.66mmHg
最高温度:
+38℃
最低温度:
-38℃
平均相对温度>1%
最深冻土深度:
7.4×10cm
最大降雪量4.2mm
平均风速2.7m/s
松花江水温15℃
最高水温25℃
1.3生产流程叙述
粗ACH贮罐(V-3107)中的90%的ACH经粗ACH泵(P-3107A/S)打出,首先用FRC-314记录并调节精制塔(T-3111)进料量,然后进入进出料换热器(E-3111)与由精制塔(T-3111)塔底采出的精ACH进行换热,使粗ACH的温度由30℃升到80℃,在该换热器中粗ACH走管程,精ACH走壳程。
在粗ACH进入进出料换热器前设有分路,用TRC-312调整未换热的粗ACH量来调整进精制塔的粗ACH的温度在70℃左右
精制塔操作为真空精馏,其真空度是由蒸汽喷射泵(P-3114A/B)抽吸精制塔回流罐的尾气来实现的,其真空度由PIC-315来调节控制。
精制塔塔底压力控制为20KPa(绝压)以PR-312计,塔釜温度控制在118±2℃,该塔底设有虹吸式再沸器E-3112,用2.5Bar的蒸汽加热,通过TRC-311和FRC-311串级调节蒸汽量控制塔釜温度。
精制塔塔底采出物为精ACH,含量大于96%,用精制塔塔底出料泵(P-3111A/S)输送,由LICA-311调节其采出量。
首先经过进出料换热器与进料粗ACH换热,使其温度降至85℃,然后经过塔底出料冷却器(E-3113)用-10℃的冷冻盐水降温至25℃,其温度用FRC-313来控制,再经过FR-316计量后进成品中间罐(V-3113A/B/C)。
存于V-3113A/B/C内的物料,待分析合格后,再由ACH成品中间泵(P-3113A/S)送往精ACH贮罐(V-3202A/B)。
如分析不合格送回粗ACH贮罐(V-3107)。
精制塔顶压力为0.0178-0.0198MPa(绝压)以PR-311计,温度为25℃左右(TR-315)。
精制塔塔顶馏出物为丙酮、氢氰酸和水等的混合气体,留出物经塔顶冷凝冷却器(E-3114)利用-10℃盐水冷却至-2~4℃后,进入精制塔回流罐(V-3112),回流液一部分由精制塔回流泵(P-3112A/S)送回到精制塔塔顶作为回流,其流量由FRC-312记录控制。
另一部分由精制塔回流泵送回至反应工序,进料量用LICA-312和FRC-312串级调节。
回流罐(V-3112)的尾气经真空泵抽吸进入到真空泵中,抽吸入真空泵的气体进入到真空泵内的冷却器用循环水冷却,凝液夹杂着不凝气体一同进入到凝水罐(V-3115),凝液不定期用凝水泵(P-3115)送至碱性废水罐(V-3130),不凝气体至47m尾气高点放空处排放。
1.4工艺条件一览表
序号
工艺名称
仪表位号
控制指标
单位
备注
1
精制塔进料量
FRC-314
4000~10000
Kg/h
2
精制塔回流量
FRC-313
300~800
Kg/h
3
精制塔塔顶采出量
FCR-312
300~800
Kg/h
4
E-3113出口流量
FR-316
5000~10000
Kg/h
5
再沸器蒸汽量
FRC-311
400~1200
t/h
6
精制塔进料温度
TRC-312
65-75
℃
7
E-3113出口物料温度
TRC-313
25±3
℃
8
精制塔塔顶温度
TR-315
25±10
℃
9
精制塔塔底温度
TR-316
118±2
℃
10
E-3114出口温度
TRC-314
-2~4
℃
11
精制塔塔顶压力
PR-311
15~20
KPaA
12
精制塔塔底压力
PR-312
16~24
KPaA
13
P-3114A/B蒸汽压力
PIC-315
0~1.0
MPa
14
V-3115
LI-315
40~80
%
15
T-3111
LI-311
40~60
%
16
V-3112
LI-312
40~60
%
17
V-3113A/B/C
LI-314A/B/C
0~85
%
表1—1
1.5设备及仪表一览表
序号
设备位号
设备
名称
规格型号
材质
数量
备注
1
V-3107
粗ACH贮罐
立式φ7500×8530,V=330m³
0Cr18Ni11Ti
1
2
V-3112
精制塔回流罐
立式φ900×1600,V=1.24m³
00Cr17Ni14MO2SUS316L
1
3
V-3113A/B/C
成品中间罐
卧式φ2000×4600,V=29.3m³
00Cr19Ni14Ni10SUS304L
3
4
V-3115
凝水罐
立式φ1200×1800,V=2.5m³
C.S
1
5
V-3202A/B
精丙酮氰醇贮罐
立式φ8500×9350,V=560m³
0Cr18No11TiSUS315L
2
6
T-3111
精制塔
浮阀塔,φ12000×29500(筒体),精馏段6块塔板,提馏段33块塔板
00Cr19Ni10
1
7
P-3107A/S
粗丙酮氰醇泵
型号65—64B,扬程40m,流量120m3/h,功率22KW
YB160L-2
2
8
P-3111A/S
精制塔底出料泵
型号150F-56B,功率为29kw
流量167.8m3/h
扬程为42.5m
304L
2
9
P-3112A/S
精制塔顶回流泵
型号50F—63B,功率为29kw
流量167.8m3/h
扬程为42.5m
304L
2
10
P-3113A/S
成品中间泵
型号:
65F—25B,扬程20m,流量10m3/h,功率7.5KW
304L
2
11
P-3115
凝液泵
型号:
40F—26A,扬程15m,流量5m3/h,功率:
3.7KW
304L
1
12
P-3114A/B
蒸汽喷射泵
设计给出参数
厂家提供制作
不锈钢
2
13
E-3111
进出料换热器
卧式浮头:
直径0.5m,换热面积:
33.5m2
00Cr19Ni11
1
14
E-3112
精制塔再沸器
立式列管:
直径:
0.9m,换热面积:
57.8m2
20R
1
15
E-3113
塔底出料冷却器
卧式列管:
直径:
0.5m,换热面积:
32m2
20R
1
16
E-3114
精制塔顶冷凝冷却器
卧式列管:
直径:
0.9m,换热面积:
310m2
20R
1
表1—2
第二章物料衡算
2.1依据及方法
理论依据是质量守恒定律,
计算基准是以小时为基准的,累积量为0。
进入系统的物料量和流出系统的物料量相等。
设计计算以千克为单位精制工序物料衡算。
2.2有关物料衡算技术数据
1.生产能力:
80000吨/年
2.生产时间:
8000小时/年
3.产品要求:
丙酮氰醇≥99%(wt%)
4.原料规格:
粗丙酮氰醇≥90%(wt%)
丙酮≤6%(wt%)
氢氰酸≤4%(wt%)
4.精制回收率:
87.6%(wt%)
5.精制塔塔顶采出组成:
ACO≥65%(wt%)
HCN≥34%(wt%)
ACH≤0.9%(wt%)
水≤0.1%(wt%)
6.精制塔塔底采出组成:
ACO≤0.4%(wt%)
HCN≤0.2%(wt%)
ACH≥99%(wt%)
水≤0.4%(wt%)
2.3进出料量计算
1.T-3111出料量
按生成能力需求每小时生成丙酮氰醇是:
8×107/8000=10000Kg/h
2.T-3111进料量
10000/87.6%=11416Kg/h
3.精制塔塔顶塔底采出量
根据全塔物料衡算得
F=P+W
FXF=PXF+WXW
P=946Kg/hW=10470Kg/h
4.各部分的摩尔组成
(1)进料摩尔组成
M总=0.9×85+0.06×58+0.04×27=79.98
XACH=(0.9/85)/{(0.9/85)+(0.06/58)+(0.04/27)}=0.808
XACO=(0.06/58)/{(0.09/85)+(0.06/58)+(0.04/27)}=0.0789
XHCN=1-0.808-0.0789=0.1131
(2)塔顶物料摩尔组成
M总=0.009×85+0.65×58+0.34×27+0.001×18=47.66
XACH=(0.009/85)/{(0.009/85)+(0.65/58)+(0.34/27)+(0.001/18)}=0.004
XACO=(0.65/58)/{(0.009/85)+(0.65/58)+(0.34/27)+(0.001/18)}=0.468
XHCN=(0.34/27)/{(0.009/85)+(0.65/58)+(0.34/27)+(0.001/18)}=0.526
X水=1-0.004-0.468-0.526=0.002
(3)塔底物料摩尔组成
M总=0.99×85+0.004×58+0.002×27+0.004×18=84.51
XACH=(0.99/85)/{(0.99/85)+(0.004/58)+(0.002/27)+(0.004/18)}=0.970
XACO=(0.004/58)/{(0.99/85)+(0.004/58)+(0.002/27)+(0.004/18)}=0.004
XHCN=(0.002/27)/{(0.99/85)+(0.004/58)+(0.002/27)+(0.004/18)}=0.006
X水=1-0.970-0.004-0.006=0.02
5.各部分物料详细组成
(1)进料物料详细组成
FACH=11416×0.9=10274.4Kg/h
FACO=11416×0.06=684.96Kg/h
FHCN=11416-10274.4-684.96=456.64Kg/h
Q总=11416/79.98=142.74Kmol/h
QACH=142.74×0.808=115.33Kmol/h
QACO=142.74×0.0789=11.26Kmol/h
QHCN=142.74-115.33-11.26=16.15Kmol/h
组分名称
质量流量Kg/h
%(以质量计)
千摩尔流量kmol/h
%(以摩尔计)
丙酮氰醇
10274.4
90
115.33
80.8
丙酮
684.96
6
11.26
07.89
氢氰酸
456.64
4
16.15
11.31
表2—1
(2)塔顶物料详细组成
FACH=946×0.009=8.51Kg/h
FACO=946×0.65=614.9Kg/h
FHCN=946×0.34=321.64Kg/h
F水=946-8.51-614.9-321.64=0.95Kg/h
Q总=946/47.66=19.85Kmol/h
QACH=19.85×0.004=0.0794Kmol/h
QACO=19.85×0.468=11.26Kmol/h
QHCN=19.85×0.526=10.44Kmol/h
Q水=19.85-0.0794-9.29-10.44=0.0406Kmol/h
组分名称
质量流量Kg/h
%(以质量计)
千摩尔流量kmol/h
%(以摩尔计)
丙酮氰醇
8.51
0.9
0.0794
0.4
丙酮
614.9
65
9.29
46.8
氢氰酸
321.64
34
10.44
52.6
水
0.95
0.1
0.0406
0.2
表2—2
(3)塔底物料详细组成
FACH=10470×0.99=10365.3Kg/h
FACO=10470×0.004=41.88Kg/h
FHCN=10470×0.002=20.94Kg/h
F水=10470-10365.3-41.88-20.94=41.88Kg/h
Q总=10470/84.51=123.89Kmol/h
QACH=123.89×0.97=120.17Kmol/h
QACO=123.89×0.004=0.496Kmol/h
QHCN=123.89×0.006=0.743Kmol/h
Q水=123.89-120.17-0.496-0.743=2.481Kmol/h
组分名称
质量流量Kg/h
%(以质量计)
千摩尔流量kmol/h
%(以摩尔计)
丙酮氰醇
10365.3
99
120.17
97.0
丙酮
41.88
0.4
0.496
0.4
中式饰品风格的饰品绝对不拒绝采用金属,而且珠子的种类也更加多样。
五光十色的水晶珠、仿古雅致的嵌丝珐琅珠、充满贵族气息的景泰蓝珠、粗糙前卫的金属字母珠片的材质也多种多样。
氢氰酸
而手工艺制品是一种价格适中,不仅能锻炼同学们的动手能力,同时在制作过程中也能体会一下我国传统工艺的文化。
无论是送给朋友还是亲人都能让人体会到一份浓厚的情谊。
它的价值是不用金钱去估价而是用你一颗真诚而又温暖的心去体会的。
更能让学生家长所接受。
20.94
当然,在竞争日益激烈的现代社会中,创业是件相当困难的事。
我们认为,在实行我们的创业计划之前,我们首先要了解竞争对手,吸取别人的经验教训,制订相应竞争的策略。
我相信只要我们的小店有自己独到的风格,价格优惠,服务热情周到,就一定能取得大多女孩的信任和喜爱。
0.2
0.743
0.6
此次调查以女生为主,男生只占很少比例,调查发现58%的学生月生活费基本在400元左右,其具体分布如(图1-1)水
41.88
0.2
附件
(一):
2.481
2
400-500元1326%表2—3
附件
(二):
调查问卷设计
市场环境所提供的创业机会是客观的,但还必须具备自身的创业优势,才能使我们的创业项目成为可行。
作为大学生的我们所具有的优势在于:
十几年的学校教育让我们大学生掌握了足够的科学文化知识,深韵的文化底子为我们创业奠定了一定的基础。
特别是在大学期间,我们学到的不单单是书本知识,假期的打工经验也帮了大忙。
市场环境所提供的创业机会是客观的,但还必须具备自身的创业优势,才能使我们的创业项目成为可行。
作为大学生的我们所具有的优势在于:
第三章热量衡算
2.1依据及方法
理论依据是量守恒定律,
计算基准是以小时为基准的,累积量为0。
进入系统的物料量和流出系统的能量相等。
设计计算以千克为单位精制工序能量衡算。
3.2精制塔的能量衡算
Q3Q1—精制塔进料带入热量
Q5Q2—精致塔塔底排带出热量
Q1Q3—精制塔塔顶出料带出热量
Q4Q4—热损失
Q5—回流带入热量
Q6Q6—加热蒸汽带入热量
Q2
已知泡点温度为110.4℃,露点温度为51.6℃,由于塔底采出多数为精ACH,塔顶多数为ACO和HCN,故塔底用全部为ACH代替,塔顶用ACO和HCN代替,各组分的焓值如表,
组分
118℃
70℃
51.6℃
110.4℃
0℃
ACH
602KJ/Kg
103.5KJ/Kg
172KJ/Kg
ACO
256KJ/Kg
1490KJ/Kg
141KJ/Kg
HCN
518KJ/Kg
1671KJ/Kg
105KJ/Kg
查《化工原理》2.5Bar的饱和蒸汽的气化潜热为2185KJ/Kg,设该饱和蒸汽加热时完全液化为饱和凝液不存在焓变。
ACO的气化潜热为523KJ/Kg,氢氰酸的气化潜热为457KJ/Kg。
热损失按进料的1%计
Q1=ΣWi1*ri1=10274.4×103.5+684.96×256+456.64×518=1.475×106KJ/h
Q2=ΣWi2*ri2=10470×602=6.3×106KJ/h
Q3=ΣWi3*ri3+ΣWi3*Hi3=614.9×1490+331.1×1671+614.9×523+331.1×457=1.942×106KJ/h
Q4=1.475×106×0.01=1.475×104KJ/h
Q5=ΣWi5*ri5=307.45×141+165.55×105=6.07×104KJ/h
Q6=Q2+Q3+Q4-Q1-Q5=6.3×106+1.942×106+1.475×104-1.475×106-6.07×104=6.721×106KJ/h
所以所需要的蒸汽量为
W蒸汽=Q6/r蒸汽=6.721×106/2185=3076Kg/h
取安全系数为1.1
W'=1.1W蒸汽=3384Kg/h
所需要的冷却水量为
W冷却水=Q3/(c水*Δt)=1.942×106/{2.91×(10-5)}=1.33×105Kg/h
取安全系数为1.1
W'=1.1W冷却水=1.46×105Kg/h
第四章设备计算
4.1E-3111浮头式换热器的计算
1、已知条件:
进料管程物料入口温度30℃,出口80℃,流量11416Kg/h,壳程入口温度118℃,出口80℃,比热为2.8KJ/(Kg*℃)。
流量10000Kg/h,换热管选用不锈钢
2、计算:
Q=W热×C热×Δt热=10000×2.8×(118-80)=1064000KJ/h
查《化原》K=200W/(m2*K)
118℃80℃Δt1=38℃
80℃30℃Δt2=50℃
Δtm=(Δt2-Δt1)/lnΔt2/Δt1=43.72℃
A=Q/kΔtm=1064000/(3.6×200×43.72)=33.80m2
考虑20%热损失A‘=1.2A=40.56m2
查《化工原理》,管长取3米,管程管为φ25×2.5
n=A/(Lπd0)=172(根)
用三角形方式排列
D1={(4×V1)/(π*u1)}1/2=53mm整圆后选用Φ60×3.5mm的白钢管
同理,D2=53mm,整后选用Φ60×3.5mm白钢管
3、效验
Rsi—管壁内表回的污垢热阻1.76×10-4m2℃/W
Rso—管壁外表回的污垢热阻1.76×10-4m2℃/W
λ—不锈钢的导热系数17.5m*℃/W
αsi管内侧的传热系数481W/(m2*K)
αso管外侧的传热系数481W/(m2*K)
di—管内径0.02m
do—管外径0.025m
b—壁厚0.0025m
1/K1=do/(αi*di)+Rsi*do/di+(b*do)/(λ*dm)+Rso+1/αso=0.005252m2℃/W
K1=190.36W/m2℃
A1=Q/(K1*Δtm)=1064000/(3.6×190.36×43.72)=35.5m2
(A-A1)/A×100%=(40.56-35.5)/40.56=12.97%
选择的换热器符合要求
4.2P-3111泵的计算
1、已知:
由于丙酮氰醇PH在1.8~2.2之间,属酸性,选取防腐蚀泵。
平均温度118℃,出口流速1.6m/s(查《手册》)以ACH为基准ΔE为20米,泵前3个阀,甭后7个,泵前后各5个弯头,阀门为标准截止阀全开弯头为90o,三通3个
2、假定流速可以认为是确定的管路中阀门的选取:
罐出口各泵进口阀一个,泵出口阀一个,进T-3111阀一个,进出E-3111阀各一个,流量表前后各一个,共10个查«化原»P64得当量长度le/d=3000。
弯头的选取:
选用10个标准弯头入泵前管路5个,,出口泵管路5个,
le/d=350
三通3个le/d=240
118℃时,密度为837.6Kg/m3查该温度下的各种物理参数如下:
μ=3.80×10-3MPaS
取ε=0.0001mm(绝对粗糙度)
Re=d1μ1ρ/μ=837.6×0.53×1.6/3.80×10-5
=1.869×107
ε/d1=0.0001/0.053=0.001888查λ入=0.0235
l2=l1=25mξ=0.5
Σle入=90+9.5+7/2=103
Σhf进(λ入×(Σle入+l1)/d1+ξ)×μ12/2=44.83J/kg
泵出口管路阻力b=50m
Re=d2μ2ρ/μ=966.438×37×10-3×1.89/32.35×10-5
=2.089×105
ε/d2=0.0001/0.037=0.00541
查«化原»λ出=0.0235ξe=1
Σhf出(λ出×(Σle出+l1)/d1+ξe)×μ22/2=332.70J/kg
Σle出=5×13+5+7/2=73.5m
Σhf=Σhf进+Σhf出=309.65J/kg
列柏努力方程选T-3111出口为1-1截V-3113入口为2-2截回
Z1+μ12/2g+P1/ρg+
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