年產(chǎn)10萬噸乙二醇化工廠工藝設(shè)計

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5.2.4精餾工段 21 5.3系統(tǒng)物料衡算 21 第六章 能量衡算 22 6.1 能量衡算的目的 22 6.2 能量衡算可以解決的問題 22 6.3 能量衡算遵循的原則 22 6.4 系統(tǒng)能量衡算 23 第七章 熱量集成技術(shù)與節(jié)能技術(shù) 24 7.1 概述 24 7.2 全流程能流信息匯總 25 7.2.1 工藝冷熱物流匯總 25 7.2.2 公用工程冷熱物流匯總 26 7.2.3 熱量目標 27 7.3 全局優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò) 29 第八章 設(shè)備設(shè)計與選型 31 8.1 概述 31 8.2 設(shè)計標準與依據(jù) 31 8.3 設(shè)備設(shè)計步驟 32 8.4 設(shè)備一覽表 32 第九章 布置與配管 33 9.1 設(shè)計依據(jù) 33 9.2 設(shè)備布置原則 33 9.3 管道的布置原則 34 9.3.1 管道鋪設(shè)原則 34 9.3.2 泵的管道布置 35 9.3.3 換熱器的管道布置 35 9.3.4 塔的管道布置 35 9.3.5 管廊的管道布置 36 9.3.6 其他管道布置 36 9.4 配管 36 9.4.1 管徑的一般要求 36 9.4.2 管徑的設(shè)計依據(jù) 37 9.4.3 管道編號說明 37 第十章 自動控制與儀表 39 10.1 概述 39 10.2 設(shè)計依據(jù) 39 10.3 設(shè)計原則 39 10.4 測量儀表的選擇 40 10.4.1 壓力測量儀表 40 10.4.2 流量測量儀表 40 10.4.3 溫度測量儀表 40 10.4.4 液位測量儀表 40 10.5 自動控制 41 10.5.1 進料量的控制 41 10.5.2 反應(yīng)器控制方案 41 第十一 章電氣工程 44 11.1 設(shè)計范圍 44 11.2 設(shè)計標準、規(guī)范 44 11.3 設(shè)計原則 44 11.4 電力負荷等級及供電要求 44 11.4.1 負荷等級 44 11.4.2 用電要求 45 11.5 變電所設(shè)計 45 11.6 危險區(qū)域劃分和設(shè)備選擇 46 11.6.1 標準及規(guī)范 46 11.6.2 危險區(qū)域設(shè)備選擇 46 11.7 防雷、接地、防靜電措施 47 11.8 繼電保護的選擇與整定 48 11.9 照明系統(tǒng)設(shè)計 48 11.9.1 設(shè)計范圍 48 11.9.2 設(shè)計原則 48 11.9.3 照明供電及控制 48 第十二章 電信工程 50 12.1 設(shè)計概述 50 12.2 設(shè)計依據(jù) 50 12.3 設(shè)計方案 50 12.3.1 行政管理電話系統(tǒng) 50 12.3.2 生產(chǎn)調(diào)度電話 50 12.3.3 火災(zāi)報警系統(tǒng) 51 12.3.4 擴音對講系統(tǒng) 51 12.3.5 監(jiān)控系統(tǒng) 51 12.3.6 無線對講系統(tǒng) 51 12.3.7 全廠電信網(wǎng)路 51 第十三章 土建 52 13.1 設(shè)計依據(jù) 52 13.2 土建設(shè)計要求 52 13.3 廠區(qū)地理情況 53 13.4 建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 53 13.4.1 設(shè)計范圍 53 13.4.2設(shè)計原則 53 13.4.3 設(shè)計方案 54 第十四章 給排水系統(tǒng) 58 14.1 概述 58 14.2 設(shè)計范圍 58 14.3 設(shè)計規(guī)定 58 14.4 設(shè)計原則 58 14.5 設(shè)計依據(jù) 59 14.5.1 廠址氣候情況 59 14.5.2 水質(zhì) 59 14.6 給水系統(tǒng) 59 14.6.1 生水系統(tǒng) 60 14.6.2 生活用水系統(tǒng) 60 14.6.3 工藝用水系統(tǒng) 61 14.6.4 循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 62 14.6.5 鍋爐用水 63 14.6.6 消防用水 63 14.6.7 雜用系統(tǒng) 64 14.6.8 廠區(qū)給水匯總 64 14.7 排水系統(tǒng) 64 14.7.1 生活污水排放系統(tǒng) 65 14.7.2 生產(chǎn)廢水排放系統(tǒng) 65 14.7.3 冷卻水排放系統(tǒng) 66 14.7.4 雨水排放系統(tǒng) 66 14.7.5 非正常排水 67 14.7.6 排水匯總表 67 14.8 節(jié)水措施 68 第十五章 供熱工程 69 15.1 概述 69 15.2 設(shè)計依據(jù) 69 15.3 設(shè)計原則 69 15.4 蒸汽系統(tǒng)供熱能力的要求 70 15.5 初步設(shè)計方案 71 15.5.1 設(shè)計概述 71 15.5.2 需要蒸汽的換熱設(shè)備 71 15.5.3 蒸汽冷凝水系統(tǒng)設(shè)計 72 15.5.4 供熱系統(tǒng)配套設(shè)施 72 15.5.5 鍋爐給水系統(tǒng) 73 第十六章 采暖通風及空氣調(diào)節(jié) 74 16.1 設(shè)計概述 74 16.2 設(shè)計依據(jù) 74 16.3 當?shù)貧夂?74 16.4 設(shè)計參數(shù) 75 16.5 設(shè)計方案 75 16.5.1 采暖系統(tǒng)設(shè)計 75 16.5.2 通風系統(tǒng)設(shè)計 76 16.5.3 空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng) 77 第十七章 環(huán)境保護 78 17.1 設(shè)計依據(jù) 78 17.2 主要污染物 78 17.2.1 三廢來源及排放量 81 17.2.2 三廢排放組成 81 17.3 前期建設(shè)環(huán)境保護措施 82 17.3.1 水處理方案 82 17.3.2 水土流失的防治 83 17.3.3 粉塵的防治 83 17.3.4施工噪聲影響減緩措施 83 17.3.5 固體廢棄物處理措施 83 17.4 運營期間環(huán)境保護措施 83 17.4.1 水污染防治 83 17.4.2 大氣環(huán)境保護 84 17.4.3 固體廢棄物的處理措施 84 17.4.4 噪聲污染防治措施 84 17.5 綠化 85 第十八章 維修 86 18.1 設(shè)計依據(jù) 86 18.2 設(shè)計原則 86 18.3 維修體制概述 86 18.4 廠內(nèi)日常檢修與維護 86 18.4.1 巡回檢查 86 18.4.2 同步檢修與協(xié)同檢修 86 18.5 設(shè)備維護與檢修 87 18.5.1維修基本途徑 87 18.5.2 維修基本內(nèi)容 88 第十九章 儲存與運輸 89 19.1 設(shè)計概述 89 19.2 設(shè)計依據(jù) 89 19.3 儲存系統(tǒng) 89 19.3.1 原料儲存 89 19.3.2 產(chǎn)品儲存 89 19.3.3 安全措施 90 19.4 運輸系統(tǒng) 91 19.4.1 原料運輸 91 19.4.2 產(chǎn)品運輸 91 19.4.3 運輸路線布置 91 第二十章 消防工程 92 20.1 涉及范圍 92 20.2 設(shè)計依據(jù) 92 20.3 設(shè)計原則 92 20.4 生產(chǎn)火災(zāi)危險特性 93 20.4.1 乙二醇生產(chǎn)車間的特性 93 20.4.2 乙二醇裝置區(qū)主要危險、有害因素分布 93 20.5 消防安全措施 95 20.5.1 基礎(chǔ)消防措施 95 20.5.2 火警探測系統(tǒng) 95 20.5.3 火災(zāi)自動報警系統(tǒng) 95 20.5.4 緊急停車和安全聯(lián)鎖 96 20.6 消防系統(tǒng) 96 20.6.1 穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng) 96 20.6.2 中壓系統(tǒng)和高壓系統(tǒng) 96 20.6.3 消防管網(wǎng)布置 97 20.6.4 消防水炮和消火栓 97 20.6.5 消防站 97 第二十一章 勞動安全與工業(yè)安全 99 21.1 概述 99 21.2 依據(jù) 99 21.3 職業(yè)安全 100 21.3.1 工業(yè)毒物 100 21.3.2 燃燒與爆炸 101 21.3.3 噪聲 101 21.3.4 腐蝕 102 21.4 工業(yè)安全 103 21.4.1 車間的衛(wèi)生特征分級 103 21.4.2 工作場所 104 21.4.3 輔助用室 104 21.4.4 浴室、存衣室、盥洗室的設(shè)置 105 第二十二章 經(jīng)濟分析 107 22.1 工程概況 107 22.2 設(shè)計依據(jù) 107 22.3 投資估算 107 22.3.1 估算依據(jù) 107 22.3.2 估算方法說明 108 22.3.3 投資的一般構(gòu)成 108 22.3.4 建設(shè)投資估算 109 22.3.5 流動資金 120 22.3.6 建設(shè)期貸款利息 120 22.3.7 項目投入總投資匯總 121 22.4 資金籌措 121 22.4.1 銀行貸款還款方式 121 22.4.2 資金籌措計劃 122 22.4.3 投資規(guī)模 122 22.5 成本估算 122 22.5.1編制依據(jù)及成本估算方法 122 22.5.2 外購原材料費 123 22.5.3 外購燃料及動力費 123 22.5.4 工資及福利費 124 22.5.5 修理費 126 22.5.6 折舊費 126 22.5.7 攤銷費 127 22.5.8 財務(wù)費用 127 22.5.9 其他費用 128 22.5.10 總成本費用估算表 128 22.5.11 經(jīng)營成本費用估算表 129 22.5.12 產(chǎn)品單耗估算 129 22.6 銷售收入及稅金計算 130 22.6.1 銷售收入估算 130 22.6.2 稅金估算 131 22.7 財務(wù)評價 132 22.7.1 現(xiàn)金流量表 132 22.7.2 損益及利潤分配估算表 134 22.7.3 贏利能力分析指標 136 22.8 不確定性分析 137 22.8.1 盈虧平衡點分析 137 22.8.2 敏感性分析 138 第一章 總說明 1.1項目概況 【項目名稱】10萬噸/年煤制乙二醇生產(chǎn)裝置建設(shè)項目 【建設(shè)單位】有限公司 【企業(yè)性質(zhì)】國有企業(yè) 1.2設(shè)計依據(jù) （1） （2）《化工廠初步設(shè)計深度規(guī)定》 HG/T 20688-0 （3）《中華人民共和國環(huán)境保護法》，《中華人民共和國勞動安全法》 等相關(guān)法規(guī) （4）有關(guān)的氣象，水文，交通，環(huán)保等資料 1.3設(shè)計思想及原則 （1）本項目的目標是為一大型綜合化企業(yè)設(shè)計一座采用清潔生產(chǎn)工藝制取乙二醇的分廠； （2）項目的建設(shè)必須遵守國家政策、法規(guī)、安全條例，符國家化工行業(yè)相關(guān)標準； （3）選擇的工藝技術(shù)應(yīng)該成熟、可行，確保操作運行穩(wěn)定、可靠，能長期運行； （4）在保證工藝生產(chǎn)安全、可靠的前提下，盡量使所選擇的設(shè)備和材料實現(xiàn)國有化； （5）廠區(qū)布置合理，在滿足有關(guān)安全、防火的標準和規(guī)范條件下，合理控制投資； （6）充分考慮當?shù)氐沫h(huán)境保護和員工安全保護要求； （7）通過比較選擇最優(yōu)方案，合理規(guī)劃投資，制定長遠的經(jīng)濟計劃。 1.4項目建設(shè)意義 目前，我國乙二醇產(chǎn)品主要用于生產(chǎn)聚酯、防凍液、粘合劑、油漆溶劑、耐寒潤滑油、表面活性劑和聚酯多元醇等。其中聚酯是我國乙二醇的主要消費領(lǐng)域，其消費量約占國內(nèi)總消費量的94.0%，另外約6.0%用于防凍劑、粘合劑、油漆溶劑、耐寒潤滑油、表面活性劑以及聚酯多元醇等。近年來，我國聚酯（包括聚酯纖維、聚酯樹脂和薄膜等）的生產(chǎn)發(fā)展很快，0年生產(chǎn)能力只有595萬噸， 8年我國聚酯的產(chǎn)量約1730萬噸，對乙二醇的需求量約636萬噸；0年聚酯的產(chǎn)量將達到約1900萬噸，屆時對乙二醇的需求量將達到約665萬噸。加上在防凍劑以及其他方面的消費量，預(yù)計我國乙二醇的總需求量，0年將達到約710萬噸。 雖然我國乙二醇生產(chǎn)能力和產(chǎn)量增長較快，但仍不能滿足國內(nèi)聚酯等日益增長的市場需求，每年都得大量進口，且進口量呈逐年增長態(tài)勢。5年我國乙二醇進口量只有20.54萬噸，0年進口量突破100萬噸達到104.97萬噸，8年更是增加到486.72萬噸，進口依存度高達72.26%。 我廠以甲醇廠生產(chǎn)的合成氣為原料，并購進原料一氧化氮，生產(chǎn)碳酸二甲酯（DMC）和乙二醇（EG）。 本廠的優(yōu)勢在于：甲醇原料供應(yīng)充足，可集團內(nèi)部供應(yīng)，無需外購，節(jié)約原料成本；廠區(qū)位置的土地不占用耕地、軍事基地等；工程地質(zhì)條件很好，地貌相對平整，有利于控制土建工程成本；水文地質(zhì)條件較好，項目所需的工業(yè)用水和生活用水可以得到保證；交通運輸?shù)幕A(chǔ)設(shè)施條件很好，需要建設(shè)的連接廠區(qū)與規(guī)劃區(qū)道路很短；廠區(qū)內(nèi)電力供應(yīng)充足，保障工業(yè)生產(chǎn)的需要；廠址距目標市場相對較近，可以有效地控制產(chǎn)品運輸成本；項目的建設(shè)一方面將獲得國家西部開發(fā)的方針、政策的指導和鼓勵，同時有優(yōu)惠政策；另一方面，有有利于推動西部開發(fā)工作在地區(qū)的良好實施，是一個理想的建廠環(huán)境。 本項目符合國家節(jié)能與環(huán)保的產(chǎn)業(yè)政策，符合國家西部大開發(fā)的戰(zhàn)略規(guī)劃；不僅能夠提高企業(yè)經(jīng)濟效益，促進企業(yè)發(fā)展，而且對于變資源優(yōu)勢為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，進而轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢，促進全區(qū)經(jīng)濟快速發(fā)展，都具有十分重大的意義；同時能給國家及建設(shè)單位帶來巨大的商機及經(jīng)濟效益，前景一片廣闊。 1.5建設(shè)規(guī)模及產(chǎn)品方案 1.5.1 建設(shè)規(guī)模 本廠以煤制甲醇產(chǎn)的甲醇為主要原料，設(shè)計年產(chǎn)乙二醇達到10萬噸，主要用于生產(chǎn)高純度乙二醇（要求達到0.998以上），副產(chǎn)物為精細化工品碳酸二甲酯（DMC）。其中乙二醇產(chǎn)量為10萬t/a，DMC產(chǎn)量為6332.5 t/a。 1.5.2 乙二醇 1.5.2.1 產(chǎn)品名稱 【化學名稱】：乙二醇 【商品名稱】：乙二醇 【分子式】：(CH2OH)2 【結(jié)構(gòu)簡式】：HOCH2CH2OH 1.5.2.2 產(chǎn)品理化性質(zhì) （1）產(chǎn)品的物理性質(zhì) 乙二醇又名“甘醇”、“1，2-亞乙基二醇”，簡稱EG。乙二醇是無色無臭、有甜味液體，對動物有毒性，人類致死劑量約為1.6g/kg。乙二醇能與水、丙酮互溶，但在醚類中溶解度較小。用作溶劑、防凍劑以及合成滌綸的原料。 表1.1 乙二醇主要物理性質(zhì) 分子式 C2H6O2 分子量 62.07 物理性質(zhì) 無色、無臭、有甜味粘稠液體 沸點，℃ 197.85 相對密度，g/ml 1.1155(水=1，20℃)； 2.14（空氣=1） 冰點，℃ -13.2 凝固點，℃ -12.6 自燃溫度，℃ 418 爆炸極限，％（V） 32-15.3 閃點，℃ 111 （2）產(chǎn)品的化學性質(zhì) 由于分子量低，性質(zhì)活潑，可起酯化、醚化、醇化、氧化、縮醛、脫水等反應(yīng)。乙二醇與無機或有機酸反應(yīng)生成酯；乙二醇在催化劑（二氧化錳、氧化鋁、氧化鋅或硫酸）作用下加熱，可發(fā)生分子內(nèi)或分子間失水；乙二醇能與堿金屬或堿土金屬作用形成醇鹽；乙二醇的溶解能力很強，但它容易代謝氧化，生成有毒的草酸。 1.5.2.3 產(chǎn)品規(guī)格 表1.2 乙二醇產(chǎn)品規(guī)格表 指標名稱 指標 優(yōu)級品 一級品 合格品 外觀 無色透明 無機械雜質(zhì) 無色透明 無機械雜質(zhì) 無色或微黃色 無機械雜質(zhì) 色度（鉑—鈷） 加熱前，號 ≤ 加鹽酸加熱后 ≤ 5 20 15 — 40 — 密度（20℃），g/cm3 1.1128~1.1138 1.1125~1.1140 1.1120~1.1150 沸程（在0℃，0.10133MPa） 初餾點，℃ ≥ 干點，℃ ≤ 196 195 193 204 水分，% ≤ 0.1 0.2 — 酸度（以乙酸計），% ≤ 0.002 0.005 0.01 鐵含量（以Fe計），% ≤ 0.00001 0.0005 — 灰分，% ≤ 0.001 0.002 — 二乙二醇和三乙二醇，% ≤ 0.1 1.0 — 醛含量（以甲醛計），% ≤ 0.001 — 紫外透光率，% 220 nm ≥ 275 nm ≥ 350 nm ≥ 70 90 98 — 1.5.2.4 產(chǎn)品用途 （1）一般用途 乙二醇是一種重要化工基礎(chǔ)原料，中國乙二醇產(chǎn)品主要用于生產(chǎn)聚醋纖維可進一步生產(chǎn)漆綸、PET瓶子、薄膜），并可作為防凍劑、不飽和聚酷樹脂、潤滑劑、增塑劑、非離子表面活性劑以及炸藥、涂料、油墨等行業(yè)，用途十分廣泛。其中我國乙二醇的主要消費領(lǐng)域是PET聚醋，其消費量約占國內(nèi)總消費量的94.50%，生產(chǎn)防凍劑占消費量2.80%，其他如粘合劑、油漆溶劑、耐寒潤滑油、表面活性劑以及聚酷多元醇等占消費量2.70%。 （2）本廠用途 乙二醇作為最終產(chǎn)品。 （3）本公司用途 乙二醇作為最終產(chǎn)品。 1.5.3 碳酸二甲酯（DMC） 1.5.3.1 產(chǎn)品名稱 【化學名稱】：碳酸二甲酯（DMC） 【商品名稱】：碳酸甲酯 【結(jié)構(gòu)簡式】：CH3O-CO-OCH3 1.5.3.2 產(chǎn)品理化性質(zhì) 碳酸二甲酯(dimethyl carbonate，DMC)，是一種無毒、環(huán)保性能優(yōu)異、用途廣泛的化工原料，它是一種重要的有機合成中間體，分子結(jié)構(gòu)中含有羰基、甲基和甲氧基等官能團，具有多種反應(yīng)性能，在生產(chǎn)中具有使用安全、方便、污染少、容易運輸?shù)忍攸c。由于碳酸二甲酯毒性較小，是一種具有發(fā)展前景的“綠色”化工產(chǎn)品。 分子量：90.07 熔點：2-4℃ 沸點：90℃ 水溶性：難溶于水 密度：1.069 g/cm3 外觀：無色透明、略有氣味、微甜的液體 閃點：17℃ 1.5.3.3 產(chǎn)品用途 （1）一般用途 ①代替光氣作羰基化劑； ②代替硫酸二甲酯作甲基化劑； ③低毒溶劑； ④汽油添加劑。 （2）本廠用途 DMC作為最終產(chǎn)品出售。 （3）本公司用途 DMC 作為最終產(chǎn)品出售。 1.6 廠址概況 本項目所在廠址位于甲醇廠，具備以下良好條件：甲醇原料供應(yīng)充足，可集團內(nèi)部供應(yīng)，無需外購，節(jié)約原料成本；廠區(qū)位置的土地不占用耕地、軍事基地等；工程地質(zhì)條件很好，地貌相對平整，有利于控制土建工程成本；水文地質(zhì)條件較好，項目所需的工業(yè)用水和生活用水可以得到保證；交通運輸?shù)幕A(chǔ)設(shè)施條件很好，需要建設(shè)的連接廠區(qū)與規(guī)劃區(qū)道路很短；廠區(qū)內(nèi)電力供應(yīng)充足，保障工業(yè)生產(chǎn)的需要；廠址距目標市場相對較近，可以有效地控制產(chǎn)品運輸成本；項目的建設(shè)一方面將獲得國家西部開發(fā)的方針、政策的指導和鼓勵，同時有優(yōu)惠政策；另一方面，有有利于推動西部開發(fā)工作在地區(qū)的良好實施，是一個理想的建廠環(huán)境。 第二章 總圖設(shè)計 2.1 設(shè)計依據(jù) 《總圖制圖標準》 GB/T50103-1 《建筑設(shè)計防火規(guī)范》 GB50016-6 《化工企業(yè)總圖管理規(guī)定》 原化工部文件 《化工企業(yè)總圖運輸技術(shù)規(guī)范》 GB50489-9 《化工企業(yè)建設(shè)節(jié)約用地若干規(guī)定》 GB50187-93 《化工裝置設(shè)備布置設(shè)計工程規(guī)定》 HG20546-9 《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》 GB50160-8 《石油化工企業(yè)廠區(qū)總平面布置設(shè)計規(guī)》 SH/T3053-2 《石油化工儲運系統(tǒng)灌區(qū)設(shè)計規(guī)范》 SHT3007-7 《石油化工企業(yè)工廠電力系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》 SH3060-94 《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計規(guī)范》 GB50187-93 《工業(yè)企業(yè)標準軌距鐵路設(shè)計規(guī)范》 GBJ12-87 《廠礦道路設(shè)計規(guī)范》 GBJ22-87 《化工工廠總圖運輸施工圖設(shè)計文件編制深度規(guī)定》 HG/T20561-94 《石油化工企業(yè)電氣設(shè)備抗震鑒定標準》 SH3071-95 2.2 設(shè)計范圍 廠內(nèi)總平面布置、豎向布置、交通運輸設(shè)計。 2.3廠址概況 我廠廠址為工業(yè)基地。廠址概況見可行性報告第六章。 2.4 廠區(qū)布置方案 2.4.1 總體布置原則 （1）工廠總平面布置應(yīng)滿足生產(chǎn)和運輸要求符合生產(chǎn)和運輸要求，實際上要求總平面布置實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的各種物料和人員輸送距離為最小，最終實現(xiàn)生產(chǎn)的能耗為最??； （2）工廠總平面布置應(yīng)滿足安全和衛(wèi)生要求化工企業(yè)生產(chǎn)具有易燃、易爆和有毒有害等特點，廠區(qū)布置應(yīng)充分考慮安全布局，嚴格遵守防火，衛(wèi)生等安全規(guī)范、標準和有關(guān)規(guī)定，其重點是防止火災(zāi)爆炸的發(fā)生，以利保護國家財產(chǎn)，保障工廠職工的人身安全和改善勞動條件； （3）工廠總平面布置應(yīng)考慮工廠發(fā)展的可能性和妥善處理工廠分期建設(shè)問題由于工藝流程的更新，加工程度的深化，產(chǎn)品品種的變化和綜合利用的增加等原因，化工廠的布局應(yīng)有較大的彈性，即要求在工廠發(fā)展變化、廠區(qū)擴大后，現(xiàn)有的生產(chǎn)、運輸布局和安全布局方面仍能保持合理的布置； （4）工廠總平面布置必須貫徹節(jié)約用地原則節(jié)約用地是我國的基本國策。生產(chǎn)要求、安全衛(wèi)生要求換熱發(fā)展要求與節(jié)約用地是相輔相成的，保證徑直和短捷的生產(chǎn)作業(yè)線必然要求工廠集中和緊湊的布置，而集中和緊湊的布置不僅節(jié)約了能量，也同樣節(jié)約了土地。在安全衛(wèi)生要求方面，如能妥善安排不同對象的不同安全間距要求，既可保證必要地安全距離，又可使土地得到充分利用； （5）工廠總平面布置應(yīng)考慮各種自然條件和周圍環(huán)境的影響這些影響包括：風向和風向頻率，山谷風和山前山后氣流的影響；工程地質(zhì)的影響；地震區(qū)、濕陷性黃土區(qū)的影響；城市規(guī)劃的影響等； （6）工廠總平面布置應(yīng)為施工安裝創(chuàng)造有利條件工廠布置應(yīng)滿足施工和安裝機具的作業(yè)要求，廠內(nèi)道路的布置同時應(yīng)考慮施工安裝的使用要求。兼顧施工要求的道路，其技術(shù)條件，路面結(jié)構(gòu)和橋涵荷載標準等應(yīng)滿足施工安裝的要求。 本項目的廠區(qū)總平面布置是嚴格遵照所列設(shè)計規(guī)范的要求進行設(shè)計的。并且在進行化工廠總平面布置之前，分析了全廠生產(chǎn)流程順序、各部分的生產(chǎn)特點和火災(zāi)危險性，同時考慮了廠區(qū)地形和風向，選擇了合理的朝向。我廠根據(jù)設(shè)計規(guī)范的要求，為了節(jié)約土地，提高土地利用率，采用聯(lián)合化、露天化、一體化布置；并根據(jù)生產(chǎn)特點，按照功能分區(qū)集中布置。本廠區(qū)在進行總平面布置設(shè)計還預(yù)留了發(fā)展用地，一方面可以使前期建設(shè)的項目集中、緊湊、布置合理，并與后期工程合理銜接；另一方面可以滿足輔助生產(chǎn)設(shè)施、公用工程設(shè)施、倉儲和管線鋪設(shè)等相應(yīng)后期配套建設(shè)。 2.4.2 工廠組成 本廠根據(jù)功能分區(qū)，主要包括以下幾個部分： ①行政管理區(qū)：包括行政樓、停車場等。 ②生活區(qū)：包括食堂、醫(yī)務(wù)室、員工休息室等。 ③生產(chǎn)裝置區(qū)：四個工段（酯化工段、羰化工段、加氫工段、精餾工段）裝置區(qū)。 ④輔助生產(chǎn)區(qū)：包括儀修車間、消防站等。 ⑤儲運區(qū)：包括乙二醇貯罐區(qū)、氫氣貯罐區(qū)、甲醇罐區(qū)、DMC 儲罐區(qū)、廢液儲罐區(qū)、裝罐區(qū)和裝卸臺等。 2.4.3 總平面布置 我廠的總平面布置，是在總體規(guī)劃的基礎(chǔ)上，根據(jù)企業(yè)的性質(zhì)、規(guī)模、生產(chǎn)流程、交通運輸、環(huán)境保護以及防火、安全、衛(wèi)生、施工及檢修等要求，結(jié)合場地自然條件，通過技術(shù)經(jīng)濟比較后，設(shè)計多種方案后擇優(yōu)確定而來。 本廠廠區(qū)地處延安市工業(yè)園區(qū)內(nèi)。廠區(qū)場地近似呈正方形，長2500m，寬150m?？偯娣e為64500m2。廠區(qū)所處地理位置的常年主導風向為東北風及西南風，最小概率風向為西北風。 ①行政管理區(qū)和生活區(qū)布置于廠區(qū)東南部，位于工業(yè)園，基礎(chǔ)設(shè)施完善且位于全年主導方向的上風側(cè)，環(huán)境條件好，交通以及對外聯(lián)絡(luò)方便。 ②輔助生產(chǎn)區(qū)主要布置在工藝裝置區(qū)東北部，并緊臨生產(chǎn)裝置區(qū)，可以縮短物料的管道運輸距離。 ③生產(chǎn)區(qū)集中布置于中部，四周大道環(huán)繞，運輸方便。工藝裝置集中布置，可以使流程順暢，銜接短截與相鄰設(shè)施協(xié)調(diào)，有利于生產(chǎn)管理和安全防護。 ④產(chǎn)品儲罐區(qū)集中布置在廠區(qū)西部，距離生產(chǎn)裝置區(qū)距離短，同時靠近廠區(qū)南門，便于運輸。 采用AutoCAD軟件繪制廠區(qū)總平面布置圖，見設(shè)計圖冊。廠區(qū)總平面布置設(shè)計指標如下表2-1所示： 表2.1 廠區(qū)總平面布置設(shè)計指標 序號 名稱 單位 數(shù)量 備注 1 廠區(qū)占地面積 m2 41310 2 建構(gòu)筑物占地面積 m2 18580 3 道路地坪占地面積 m2 8230 4 地下管線管廊占地面積地 m2 1060 5 綠化面積 m2 7973 6 建筑系數(shù) % 44.98 不含生產(chǎn)區(qū)及罐區(qū) 7 綠化系數(shù) % 19.3 8 利用系數(shù) % 86.77 不含生產(chǎn)區(qū)及罐區(qū) 第三章 車間平面布置 3.1 廠區(qū)平面布置理念 （1）公用工程站主要負責供應(yīng)壓縮空氣，設(shè)計將公用工程與反應(yīng)精餾車間和吸收車間距離都較近，使得公用工程站能兼顧兩個車間。 （2）消防站設(shè)置在廠區(qū)中央，距離起火危險最高的鍋爐房和反應(yīng)精餾車間都不遠，同時能夠顧及倉庫和儲罐，使得全廠的防火安全系數(shù)最高。 （3）運輸區(qū)設(shè)置在廠區(qū)最西側(cè)，占地面積小，遠離生產(chǎn)區(qū)。這樣做有利于運輸安全，避免交通事故危機產(chǎn)品生產(chǎn)，使得二氧化碳捕捉和再利用安全持續(xù)的。 （4）污水池和尾氣處理區(qū)離各車間都比較近，有利于運輸，節(jié)省了一定的運輸費用。 圖3.1 廠區(qū)平面布置圖 3.2 酯化工段 3.2.1整體布置 酯化工段塔設(shè)備較大，因此布置在架子旁邊，可節(jié)約鋼材，也便于單獨管理操作，泵和離心分離器震動較大，均布置在一層。換熱器較多，分別布置在2層和3層。每層高6m，長48m，寬21m，共3層。一層設(shè)有控制室。 3.2.2設(shè)備設(shè)計 （1）酯化塔、甲醇回收塔 由于塔較高，因此不放在架子中，而是放在設(shè)備架旁邊，與設(shè)備架相隔6米；水洗塔位于吸收塔邊上，及時處理廢氣，解吸塔也靠近吸收塔，便于操作。 為便于操作和維修，每隔5m有寬度為1m的操作平臺。 （2）離心泵 離心泵在車間底部呈“一”字型排列，方便操作與維修。 泵與泵之間的間距不小于700mm。 （3）換熱器 換熱器根據(jù)物料進出設(shè)備布置在相應(yīng)平臺。換熱器封頭離設(shè)備間距不小于1000mm，有管道相連的臥式換熱器之間最小凈距不小于750mm，沒有操作關(guān)系的臥式換熱器之間最小凈距不小于600mm換熱器封頭對齊，方便檢修。換熱器軸線盡量對齊塔設(shè)備及相關(guān)設(shè)備，方便管道連接，縮短管線。臥式換熱器底部距離平臺不小于600mm。 3.2.3車間布置圖 酯化車間平面圖包括： ①0.00、6.00和12.00平臺俯視圖共1張； ②設(shè)備外型尺寸和設(shè)備編號； ③設(shè)備定位尺寸和尺寸線； ④操作臺主要尺寸。 3.3 羰化工段 3.3.1整體布置 反應(yīng)分離車間主要為2個反應(yīng)器、1個精餾塔、1個吸收塔和一個回收塔，設(shè)備較少，搭設(shè)三層操作臺，每層高6m，長48m，寬21m。精餾塔采用露天設(shè)計。一層設(shè)有控制室。 3.3.2設(shè)備設(shè)計 （1）塔 精餾塔較高，因此采用露天設(shè)計可節(jié)約材料。與操作臺間隔2m，兩個精餾塔之間相隔2m，另外精餾塔搭設(shè)有1m寬的操作平臺，方便操作維修。 其他塔設(shè)備與酯化工段相同。 （2）離心泵 1)離心泵在車間底部呈“一”字型排列，方便操作與維修。 2)泵與泵之間的間距不小于700mm。 （3）換熱器 換熱器根據(jù)物料進出設(shè)備布置在相應(yīng)平臺。換熱器封頭離設(shè)備間距不小于1000mm，有管道相連的臥式換熱器之間最小凈距不小于750mm，沒有操作關(guān)系的臥式換熱器之間最小凈距不小于600mm換熱器封頭對齊，方便檢修。換熱器軸線盡量對齊塔設(shè)備及相關(guān)設(shè)備，方便管道連接，縮短管線。臥式換熱器底部距離平臺不小于600mm。 3.3.3車間布置圖 羰化車間平面圖包括： ①0.00、6.00和12.00平臺俯視圖共1張； ②設(shè)備外型尺寸和設(shè)備編號； ③設(shè)備定位尺寸和尺寸線； ④操作臺主要尺寸。 3.4加氫工段 3.4.1整體布置 加氫工段沒有大型設(shè)備，設(shè)備也較少，為保持區(qū)域整齊，仍采用21m寬度，48m長度，每層高度6m，一共兩層。 3.4.2設(shè)備設(shè)計 （1）離心泵 離心泵在車間底部呈“一”字型排列，方便操作與維修。 泵與泵之間的間距不小于700mm。 （2）換熱器 換熱器根據(jù)物料進出設(shè)備布置在相應(yīng)平臺。換熱器封頭離設(shè)備間距不小于1000mm，有管道相連的臥式換熱器之間最小凈距不小于750mm，沒有操作關(guān)系的臥式換熱器之間最小凈距不小于600mm換熱器封頭對齊，方便檢修。換熱器軸線盡量對齊塔設(shè)備及相關(guān)設(shè)備，方便管道連接，縮短管線。臥式換熱器底部距離平臺不小于600mm。 3.4.3車間布置圖 加氫車間平面圖包括： ①0.00、6.00和平臺俯視圖共1張。 ②設(shè)備外型尺寸和設(shè)備編號； ③設(shè)備定位尺寸和尺寸線； ④操作臺主要尺寸 3.5 精餾工段 3.5.1整體布置 反應(yīng)分離車間主要為7個儲罐、4個精餾塔和1個回收塔，設(shè)備較多，搭設(shè)三層操作臺，每層高6m，長48m，寬21m。精餾塔采用露天設(shè)計。一層設(shè)有控制室。 3.5.2設(shè)備設(shè)計 （1）塔 精餾塔較高，因此采用露天設(shè)計可節(jié)約材料。與操作臺間隔2m，兩個精餾塔之間相隔2m，另外精餾塔搭設(shè)有1m寬的操作平臺，方便操作維修。 其他塔設(shè)備與酯化工段相同。 （2）離心泵 離心泵在車間底部呈“一”字型排列，方便操作與維修。 泵與泵之間的間距不小于700mm。 （3）換熱器 換熱器根據(jù)物料進出設(shè)備布置在相應(yīng)平臺。換熱器封頭離設(shè)備間距不小于1000mm，有管道相連的臥式換熱器之間最小凈距不小于750mm，沒有操作關(guān)系的臥式換熱器之間最小凈距不小于600mm換熱器封頭對齊，方便檢修。換熱器軸線盡量對齊塔設(shè)備及相關(guān)設(shè)備，方便管道連接，縮短管線。臥式換熱器底部距離平臺不小于600mm。 3.5.3車間布置圖 精餾車間平面圖包括： ①0.00、6.00和12.00平臺俯視圖共1張； ②設(shè)備外型尺寸和設(shè)備編號； ③設(shè)備定位尺寸和尺寸線； ④操作臺主要尺寸。 第四章 化工工藝方案的選擇及論證 4.1 總論 乙二醇是源自石油、煤、天然氣、生物質(zhì)資源的重要基礎(chǔ)有機化工產(chǎn)品，主要用作生產(chǎn)聚酯的原料。我國是世界上最大的聚酯生產(chǎn)和消費大國，因而也是最大的乙二醇需求大國，國內(nèi)自給能力存在巨大的缺口，為我國化工企業(yè)提供了非?？捎^的市場發(fā)展空間和機遇。近年來我國乙二醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但還缺乏擁有自有知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)?；谫Y源多元化的低耗、高效、安全、清潔的生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)新、開發(fā)、應(yīng)用、推廣和宣傳，已成為我國乙二醇產(chǎn)業(yè)和聚酯產(chǎn)業(yè)可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵因素，也是我國化工科技界義不容辭的責任和義務(wù)。 本項目的目標是為某一大型綜合化工企業(yè)設(shè)計一座采用清潔生產(chǎn)工藝制取乙二醇的分廠。以合成氣為原料合成乙二醇，并盡量采取可行的措施減少系統(tǒng)對環(huán)境的不利影響，對排出的污染物提出合理的治理方案。 4.2 工藝流程簡介 CO催化偶聯(lián)合成草酸酯再加氫生成乙二醇，該工藝具有原料來源豐富、成本低、無污染、反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)品純度高、生產(chǎn)連續(xù)化等優(yōu)點，是潔凈生產(chǎn)、環(huán)境友好的先進綠色化學工藝。 此方法是利用醇類與NO及氧氣反應(yīng)生成亞硝酸酯,然后在鈀（Pd）系催化上氧化偶聯(lián)制得草酸二酯，再經(jīng)在銅系催化劑上加氫制得乙二醇。 圖4.1 工藝流程簡圖 4.3 工藝路線的產(chǎn)品工藝的選擇與論證 煤制乙二醇的必要性與意義具有如下幾點： 其一，煤制乙二醇可替代石油路線法制乙二醇，具有巨大的市場前景。 石油路線法制乙二醇生產(chǎn)工藝的經(jīng)濟效益受國際油價格的制約，生產(chǎn)成本影響較大。特別是在當前石油價格高的形勢下，采用石油法生產(chǎn)乙二醇的利潤空間越發(fā)變得狹窄，為此尋求更為經(jīng)濟的乙二醇合成路線成為當務(wù)之急。 隨著我國碳一化學的快速發(fā)展和煤基乙二醇工藝技術(shù)的成功開發(fā)，為煤制乙二醇替代石油制取乙二醇工藝提供了有力的技術(shù)保障，同時基于煤制乙二醇合成工藝，以其原料來源廣泛和價格相對低廉、技術(shù)經(jīng)濟性好等多項優(yōu)點，提升了煤制乙二醇的經(jīng)濟空間，所以煤制乙二醇比石油路線生產(chǎn)乙二醇更具有發(fā)展前景，已經(jīng)成為研究和幵發(fā)熱點。 其二，建設(shè)大型乙二醇裝置，既可滿足市場要求，也可改善我國乙二醇供銷格局，減少乙二醇依賴進口的程度。 隨著聚酷產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我國對于乙二醇的需求量還在逐年增長，且表現(xiàn)出很強的增長趨勢，需求增長速度為23%，遠遠高于我國乙二醇產(chǎn)量增長速度。很大程度上是依靠進口來滿足需求，自2年開始乙二醇進口依存度超過70%。因此建設(shè)大型乙二醇裝置就顯得格外重要，既可以滿足國內(nèi)乙二醇的市場需求，也可大大改善我國乙二醇供銷格局，減少乙二醇依賴進口的程度。 其三，建設(shè)大型煤制乙二醇裝置，為緩解我國石油的供求矛盾發(fā)揮重要作用。能源問題已經(jīng)受到世界各國的普遍關(guān)注，而我國“煤多油少”的能源結(jié)構(gòu)，一直以來是制約我國經(jīng)濟發(fā)展的一個老大難問題，目前石油對外依存度高達50%，不但增加了我國的外匯輸出，而且在國際原油價格持續(xù)走高的形勢下，石化產(chǎn)品的生存空間越發(fā)變得狹小，隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，原油依賴進口的這一狀況仍將加劇。尋求新的可以替代石油或者減少石油在工業(yè)生產(chǎn)的依賴，是緩解我國石油的供需平衡的重要手段。 其四，煤制乙二醇與石油法生產(chǎn)乙二醇相比，具有較強的成本優(yōu)勢 根據(jù)國內(nèi)已開車的煤制乙二醇裝置運行情況，以煤價750元/噸計，只要石油價格不低于67美元/桶，煤制乙二醇將具有成本優(yōu)勢。根據(jù)以前的原油價格，以煤為原料制乙二醇代石油法制乙二醇項目占有絕對優(yōu)勢。并且隨著煤代油的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化和工藝技術(shù)進一步成熟，用煤代油生產(chǎn)化工產(chǎn)品的成本將進一步下降，就乙二醇項目而言利潤空間加大，成本優(yōu)勢得到進一步的體現(xiàn)。 鑒于我國具有豐富的煤炭資源，石油資源缺乏，所以以煤炭為基礎(chǔ)的煤基新能源開發(fā)和利用具有十分廣闊的前景。由以上分析可知，煤制乙二醇項目的建設(shè)具有現(xiàn)實和長遠的意義。 為此，本項目選擇以煤制合成氣為基礎(chǔ)的CO催化偶聯(lián)合成草酸酯再加氫生成乙二醇工藝。 4.3.1 主體工藝路線選擇 日本宇部興產(chǎn)公司和意大利蒙特愛迪生公司于1978年相繼開展了氣相法的研究。氣相法反應(yīng)過程分為兩步： （1）草酸二甲酯制取 CO氣相偶聯(lián)合成草酸二甲酯由兩步化學反應(yīng)組成。 第1步為偶聯(lián)反應(yīng)生成的NO與甲醇和O2反應(yīng)生成亞硝酸甲酯，反應(yīng)方程式如下： 2NO+2CH3OH+1/2O2=2CH3ONO+H2O 生成的亞硝酸甲酯進入偶聯(lián)過程循環(huán)使用。第2步為CO在催化劑的作用下，與亞硝酸甲酯反應(yīng)生成草酸二甲酯和NO，稱為偶聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)方程式如下： 2CO+2CH3ONO=(COOCH3)2＋2NO 總反應(yīng)式為： 2CO+1/2O2+2CH3OH=(COOCH3)2+H2O （2）草酸二甲酯加氫制乙二醇 草酸二甲酯加氫是一個串聯(lián)反應(yīng)，首先DMO加氫生成中間產(chǎn)物乙醇酸甲酯(MG)，MG再加氫生成乙二醇，總反應(yīng)、主反應(yīng)方程式如下： (COOCH3)2＋4H2=(CH2OH)2+2CH3OH 目前，日本宇部興產(chǎn)公司對該方法進行了中試試驗，已基本具備工業(yè)化生產(chǎn)的條件，本項目設(shè)計的主體仍采用CO催化偶聯(lián)合成草酸酯再加氫生成乙二醇生產(chǎn)工藝，同時結(jié)合國內(nèi)自主研發(fā)的技術(shù)及國內(nèi)外專利報道進行了一些技術(shù)改進。 4.3.2 DMC分離工藝選擇 DMC與甲醇兩者混合后將形成共沸物，其常壓共沸物溫度為63.5℃，組成為甲醇70％(wt)，碳酸二甲酯30％(wt)；0.4MPa時共沸物溫度為104℃，組成為甲醇79.3％(wt)，碳酸二甲酯17.5％(wt)；1.0MPa時共沸物溫度為138℃，組成為甲醇87.6％(wt)，碳酸二甲酯2.4％(wt)，因此用一般的精餾方法難以實現(xiàn)對兩者的分離。目前現(xiàn)有技術(shù)文獻報道的分離工藝有：萃取精餾法、恒沸精餾法、加壓精餾法、冷凍結(jié)晶分離法和滲透氣化法等。 本項目使用的是一種利用甲醇和碳酸二甲酯在特定聚合物膜中溶解擴散能力不同，有選擇性的優(yōu)先透過含量少的碳酸二甲酯達到分離的碳酸二甲酯和甲醇共沸物的分離方法，分離方法工藝簡化、能耗低、膜面積小、操作安全、清潔環(huán)保。這些對于實際的工業(yè)生產(chǎn)是極為有利的。 1.膜分離器2.冷凝器3.真空泵 圖4.2 膜分離器示意圖 4.3.3 乙二醇分離工藝選擇 由于乙二醇和丁二醇之間沸點比較接近，單純采用普通精餾的方法很難將其分離，一般采用共沸精餾的方法將其分離，特別在丁二醇含量較低時，大量乙二醇需要與共沸劑形成共沸物從塔頂蒸餾出去，而且后續(xù)過程中乙二醇與共沸劑必須分離，流程中至少要包括共沸精餾塔和共沸劑回收塔，因此分離工藝復(fù)雜和能耗較高。 本項目采用的吸附技術(shù)根據(jù)乙二醇和丁二醇的物性差別，將其混合物通過吸附床層，選擇性吸附丁二醇，達到分離的目的，由于吸附過程中沒有相變的發(fā)生，其分離能耗可忽略不計，所以具有工藝簡單和能耗低的優(yōu)點。使用本技術(shù)方法在1，2-丁二醇的乙二醇溶液(1，2-丁二醇的質(zhì)量含量為1.00％)進入吸附柱(吸附柱內(nèi)裝蘇青牌DA-C樹脂)，在操作壓力為常壓、溫度為40℃和空速0.75小時-1的條件下，吸余液中乙二醇的質(zhì)量分數(shù)為99.99％。 1為吸附柱，2為吸附劑，3為原料，4為吸余液 圖4.3 吸附分離器示意圖： 4.4 結(jié)論 我國的能源結(jié)構(gòu)“多煤、缺油、少氣”的特點，發(fā)展以煤（或合成氣）為原料制取乙二醇的路線，符合當前國情，對于我國能源的合理利用、戰(zhàn)略發(fā)展都具有極其深遠的意義。本項目主體工藝為CO催化偶聯(lián)合成草酸酯再加氫生成乙二醇技術(shù)較為成熟，且DMC膜分離以及吸附脫除丁二醇生產(chǎn)工藝可以大幅度地降低設(shè)備的制造費用以及能源的使用量。 膜分離技術(shù)可以在丁二醇含量較低時仍能達到高分離效果，裝置熱能回消耗少，而且該工藝較為成熟，所以選用該法來進行分離DMC。吸附脫除丁二醇生產(chǎn)工藝中，吸附樹脂再生容易，再生劑可選用水、稀堿、稀酸或低沸點有機溶劑。如：甲醇、乙醇、丙酮等，且在操作強度強度適中情況下，正常使用壽命長。 膜分離技術(shù)缺陷：膜造價較高，且維護成本較高；膜污染容易出現(xiàn)，給操作管理帶來不便；需要一定的能耗，分離過程必須保持一定的膜驅(qū)動壓力。吸附法技術(shù)缺陷：吸附劑的填充體積較大，且填充樹脂價格高，有一定的使用周期。但是總的來說，對于使用周期較長，且生產(chǎn)量較大的工廠，有較大經(jīng)濟效益。 本項目主體工藝在目前的以石油為主要能源結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀下，經(jīng)濟收益沒有以乙烯為原料的“石油路線法”工藝的高，但對于該工藝是針對未來以煤為主要能源的情況，其前景還是相當可觀的。 第五章 物料衡算 5.1. 物料衡算概述 物料衡算是確定化工生產(chǎn)過程中物料比例和物料轉(zhuǎn)變的定量關(guān)系的過程，是化工工藝計算中最基本、最重要的內(nèi)容之一。在化學工程中，設(shè)計或改造工藝流程和設(shè)備，了解和控制生產(chǎn)操作過程，核算生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效益，確定主副產(chǎn)品的產(chǎn)率，確定原材料消耗定額，確定生產(chǎn)過程的損耗量，便于技術(shù)人員對現(xiàn)有的工藝過程進行分析，選擇最有效的工藝路線，確定設(shè)備容量、數(shù)量和主要尺寸，對設(shè)備進行最佳設(shè)計以及確定最佳操作條件等都要進行物料核算。毫不夸張的說，一切化學工程的開發(fā)和放大都是以物料衡算為基礎(chǔ)的。 5.2 各工段物料衡算 5.2.1 酯化工段 本工段詳細流程請見《設(shè)計圖冊》中第一工段工藝流程圖。物料衡算表詳見本說明書附表。 5.2.2 羰化工段 本工段詳細流程請見《設(shè)計圖冊》中第二工段工藝流程圖（包含羰化反應(yīng)及甲醇吸收精餾過程）。物料衡算表詳見本說明書附表。 5.2.3加氫工段 本工段詳細流程請見《設(shè)計圖冊》中第三工段工藝流程圖。物料衡算表詳見本說明書附表。 5.2.4精餾工段 本工段詳細流程請見《設(shè)計圖冊》中第四工段工藝流程圖。物料衡算表詳見本說明書附表。 5.3系統(tǒng)物料衡算 詳見附錄一，物料衡算一覽表。 第六章 能量衡算 6.1 能量衡算的目的 對于新設(shè)計的生產(chǎn)車間，能量衡算的主要目的是確定設(shè)備的熱負荷。根據(jù)設(shè)備的熱負荷的大小、所處理物料的性質(zhì)及工藝要求再選擇傳熱面的形式、計算傳熱面積、確定設(shè)備的主要工藝尺寸。確定傳熱所需要的加熱劑或冷卻劑的用量及伴有熱效應(yīng)的溫升情況。 對于已投產(chǎn)的生產(chǎn)車間，進行能量衡算是為了更加合理能量利用，以最大限度降低單位產(chǎn)品的能耗。 6.2 能量衡算可以解決的問題 在化工設(shè)計、化工生產(chǎn)中，通過能量衡算可以解決以下問題： （1）確定物料輸送機械（泵、壓縮機等）和其他操作機械（攪拌、過濾、粉碎等）所需要的功率，以便于確定輸送設(shè)備的大小、尺寸和型號； （2）確定各單元操作過程（蒸發(fā)、蒸餾、冷凝、冷卻等）所需要的熱量或冷量，及其傳遞速率；計算換熱設(shè)備的工藝尺寸；確定加熱劑或冷卻劑的消耗量，為其他專業(yè)如供汽、供冷、供水專業(yè)提供設(shè)計條件； （3）化學反應(yīng)常伴有熱效應(yīng)，導致體系的溫度上升或下降，為此需確定為保持一定反應(yīng)溫度所需的移出或加入的熱傳遞速率，為反應(yīng)器的設(shè)計及選型提供依據(jù)； （4）為充分利用余熱，提高能量利用率，降低能耗提供重要依據(jù)，使過程的總能耗降低到最低程度； （5）最終確定總需求能量和能量的費用，并用來確定這個過程在經(jīng)濟上的可行性。 6.3 能量衡算遵循的原則 根據(jù)能量守恒定律，任何均相體系在時間內(nèi)的能量平衡關(guān)系，表述如下： 熱量衡算是能量衡算的一種，在能量衡算中占主要地位。熱量衡算的理論依據(jù)是熱力學第一定律。能量守恒表達式如下： 即：輸入=輸出+損失。 式中：——輸入設(shè)備熱量的總和； ——輸出設(shè)備熱量的總和； ——損失熱量的總和。 對于連續(xù)系統(tǒng)： 式中：Q——設(shè)備的熱負荷； W——輸入系統(tǒng)的機械能； ∑Hout——離開設(shè)備的各物料焓之和； ∑Hin——進入設(shè)備的各物料焓之和。 6.4 系統(tǒng)能量衡算 詳見附錄二，能量衡算一覽表。 第七章 熱量集成技術(shù)與節(jié)能技術(shù) 7.1 概述 換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是設(shè)計一個由熱交換器、輔助加熱器和輔助冷卻器組成的換熱網(wǎng)絡(luò),使系統(tǒng)中所需要加熱或冷卻的過程物流都達到規(guī)定的出口溫度,并使系統(tǒng)的總費用最小。最優(yōu)換熱網(wǎng)絡(luò)包括各個換熱器、輔助加熱器和冷卻器的熱負荷分配和布局最優(yōu),即系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計最優(yōu),也包括在給定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)條件下,換熱設(shè)備本身的設(shè)計最優(yōu)。 換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的方法有很多種，例如夾點設(shè)計法、雙最小換熱溫差法、人工智能法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型法、遺傳算法等。目前，在其研究方法和應(yīng)用過程中，Linnhoff基于對換熱網(wǎng)絡(luò)的熱力學分析提出的夾點技術(shù)，被公認為是一項突破進展。在現(xiàn)有工廠的節(jié)能改造和新廠設(shè)計中，已初見成效。 夾點技術(shù)將熱力學分析與優(yōu)化計算相結(jié)合，考慮換熱網(wǎng)絡(luò)與公用工程的聯(lián)合優(yōu)化，引入了夾點最小允許傳熱溫差這一重要決策變量，并以優(yōu)化結(jié)果指導聯(lián)合系統(tǒng)的優(yōu)化。計算實例表明其具有正確性、實用性和有效性等特點，并且兼有物理概念清晰和定量化的優(yōu)點。 對于年產(chǎn)10萬噸的乙二醇新廠，運行成本是一個很重要的考核參數(shù)，其中很重要的一部分是公用工程的消耗。通過換熱流程的設(shè)計和換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化盡可能地進行內(nèi)部熱量的集成和最大化利用，減少公用工程的消耗，在一次設(shè)備投資和運行費用之間尋找到平衡點。在工廠的初步設(shè)計階段，利用Aspen Energy Analyzer V7.2進行計算機輔助換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和優(yōu)化，同時結(jié)合合成工藝要求，并考慮到工業(yè)園區(qū)和廠區(qū)的氣候水文條件以及布局因素，最終以實現(xiàn)最大程度的經(jīng)濟效益為目標，來指導熱量集成網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和優(yōu)化。經(jīng)過熱集成優(yōu)化，可以達到節(jié)能減排的目的，使經(jīng)濟效益和社會效益有機結(jié)合。 圖7.1 全廠反應(yīng)與分離工藝的簡單流程圖 7.2 全流程能流信息匯總 7.2.1 工藝冷熱物流匯總 對工藝中設(shè)計到的屬于熱流體和冷流體的物流匯總?cè)缦卤硭?，共有熱流體13股，冷流體15股。 表7.1 換熱冷熱流股一覽表 物流 類型 進口溫度 ℃ 出口溫度 ℃ 焓 Kj/h 流量 Kg/h 15 To 21 冷流體 6.61 145.00 16099454.85 108549.70 44 To 46 冷流體 20.00 90.00 19091092.25 26396.31 37 To 38 冷流體 179.72 205.00 14007722.42 60834.86 40 To 36 冷流體 20.00 .00 89645047.79 34427.20 22 To 18 熱流體 140.00 60.00 22926611.48 108549.70 26 To 27 冷流體 65.10 66.00 3403690.07 5818.87 5 To 6 冷流體 19.99 35.00 1052479.73 68091.08 33 To 56 冷流體 53.22 120.00 3078449.39 3040.91 47 To 51 熱流體 45.58 40.00 14370279.08 12467.83 39 To 42 熱流體 205.00 20.00 138189532.91 60834.86 7 To 10 熱流體 44.66 5.00 20673419.70 118520.84 46 To 39 熱流體 160.51 20.00 4758531.26 12925.82 Condenser R102 熱流體 94.97 94.47 33317595.30 32376.94 Condenser T0401 熱流體 45.97 45.47 7244845.76 18586.92 Condenser T0101 熱流體 80.33 44.66 76030001.18 178789.60 Rebo