新建2万吨环氧丙烷生产厂初步设计书

1、 初步设计书 第二篇初步设计说明书目录目录21 总论31.1项目概况31.2设计依据41.3工艺特点41.4产品方案41.5主要物料规格及消耗41.6厂址概况51.7主要危险品防护51.8全厂综合经济技术指标62 原料采购及产品营销72.1原料采购72.1.1甲醇82.1.2丙烯82.1.3双氧水82.2主要产品标准82.2.1环氧丙烷82.2.3本厂产品92.3营销92.3.1 公司品牌策略92.3.2公司产品策略92.3.3产品价格策略92.3.4顾客服务策略102.3.5网页策略103 化工工艺及系统103.1工艺方案的选择103.1.1环氧丙烷的性质103.1.2环氧丙烷的生产工艺11

2、3.1.3工艺优缺点比较143.1.4工艺方案的选择163.2本厂工艺原理173.2.2反应动力学173.2.3反应条件183.3工艺流程说明193.3.1工艺流程方框图193.3.2工艺流程简述203.3.3工艺流程模拟203.3.4合成工段213.3.5分离工段213.4全厂物料能量衡算244、化工计算254.1 反应器物料衡算254.2 预分离塔物料恒算如表4.2254.3 甲醇回收塔物料衡算如表4.3264.4 丙烯回收塔物料衡算如表4.426丙烯回收塔物料衡算如表4.4264.5 环氧丙烷精馏塔物料衡算275、设备设计及选型285.1 反应器计算285.1.2反应管长度的计算295.

3、1.3管束尺寸和反应管的排列295.1.4 板厚的计算305.1.5 孔数和孔径的确定305.2 精馏塔设计315.2.1 塔径的计算325.2.2 塔高的计算335.2.3 其他精馏塔的计算345.3离心泵的选型345.3.1 丙烯进料泵的选型：345.3.2双氧水进料泵的选型：355.3.3 甲醇进料泵的选型：355.3.4预精馏回流泵选型：365.3.5 丙烯回收塔回流泵选型：375.3.7 甲醇回收塔回流泵选型：385.4 换热器选型385.4.1 设计计算主要公式385.4.2 流体流动阻力计算主要公式406、车间布置说明421 总论1.1项目概况本项目为xx化工园区新建2万吨环氧丙

4、烷生产厂。建址于xx市xx化工园区。项目总投资为3148.78万元。其中固定资产投资为2062.17万元，流动资金为600万元每年。从中国建设银行贷款60%，借款利率为7%，其余由自有资金注入。建设期为1年，生产期10年，静态投资回收期为1.83年，动态投资回收期为2.29年。1.2设计依据1、化工工程设计相关规定；2、国家经济、建筑等相关政策； 3、2009“三井化学杯”大学生化工设计大赛指导书；4、本项目可行性报告。1.3工艺特点本厂以丙烯、双氧水、甲醇为主要原料。甲醇由园区厂家通过管道输送直接供应。丙烯及双氧水存有xx本地厂家供应。1.4产品方案本厂产品主要为环氧丙烷。产品方案如表1.1

5、表1.1 产品方案产品名称 本厂规格国家规定产量（万吨/年）单价（元/吨）环氧丙烷99.7%一级品215000产品销售市场简介：环氧丙烷主要用于生产聚醚多元醇、丙二醇和各类非离子表面活性剂等，其中聚醚多元醇是生产聚氨酯泡沫、保温材料、弹性体、胶粘剂和涂料等的重要原料，各类非离子型表面活性剂在石油、化工、农药、纺织、日化等行业得到广泛应用。同时，环氧丙烷也是重要的基础化工原料。1.5主要物料规格及消耗表1.2 主要物料规格及消耗项目规格数量(万吨/年)原料双氧水工业级1.3丙烯工业级1.6甲醇工业级0.46公用工程冷却水207000蒸汽100-2003831.6厂址概况厂区地处xxxx化工园区。

6、xx区幅员面积1423平方公里，人口88万，是xx陆路的交通枢纽和长江上游的重要港口，是xx经济社会资源向三峡库区辐射的重要中继站。xx化工园区是2001年12月xx市人民政府批准成立的省级工业园区。园区首期规划面积31.3平方公里，分为天然气化工片区、石油化工片区、精细化工片区及化工材料片区，是xx市集天然气化工、石油化工、生物质化工、精细化工和新材料产业于一体的综合性化工园区，是xx市资源加工业的重要平台。园区具有优越的地理位置、便捷的交通网络、丰富的自然资源、雄厚的产业基础、完善的配套设施，规划合理，布局科学。经过五年的开发建设，园区已基本形成了石油化工、天然气化工、氯碱化工、生物质化工

7、、精细化工和新材料产业基础。成功引进英国bp公司、中国石化集团公司、中国石油天然气集团公司、德国巴斯夫、德国林德气体公司、美国普莱克斯公司、中化国际、云天化股份有限公司等81家企业，其中有世界五百强12家，国内外上市公司19家，协议投资总额超过800亿元人民币，将在2011年底前全部建成投产。原料优势：xx地区有丰富的天然气资源，有天然气合成甲醇以及氢气，厂区有甲醇和一氧化碳生产厂家，来源稳定运费低廉。原料运输由管道运输完成运费低廉。交通优势：长江黄金水道、国家干线铁路、骨干高速公路、毗邻国际机场构成了快速便捷的立体交通网络。1、港口：园区南、北两岸拥有37个泊位的深水港码头，年吞吐能力达20

8、90万吨；2、铁路：渝怀铁路、渝利铁路和规划中的城际铁路都将通过园区，设有客、货运站，建有园区化学品专用站；3、公路：xx-上海、xx-福州的高速公路在园区交汇；4、航空：距xx江北国际机场50公里。1.7主要危险品防护表1.3 危险物一览表序号物质名称分子量熔点（）沸点（）闪点（）自燃温度（）爆炸极限火灾危险类别毒性危害下限v上限v1甲醇32.04-97.864.8113855.544甲类iii2丙烯42.08-185.3-47.40.97一级品1150002.3营销2.3.1 公司品牌策略首先公司经营的产品要确定自己的品牌，通过多种手段树立品牌，打响名号。如专业销售人员进行销售、产品推广；

9、召开产品新闻发布会；参加业内颇有影响力的行业展会；在客户群中形成良好的口碑；利用电视、杂志和报纸等平面媒体对企业品牌进行宣传；建立公司网站，通过网络平台对产品进行宣传，甚至可以建立在线贸易系统，在网络上进行交易。2.3.2公司产品策略企业使用网络营销方法要先明确自己的公司所卖产品或者服务项目，明确哪些群体是消费者，有目的的寻找消费群体，产品的选择是很重要的，产品的选择决定了要进行网络营销的消费群体。选择好产品可以通过网络营销获得更大的利润。2.3.3产品价格策略价格，是消费者最关注的，以最低价格购买到最好质量的产品或服务是每个消费者的最大希望了。先以产品质量和较低的价格，良好的售后服务树立信誉

10、，打入本地市场；逐步确定主要销售目标市场和客户群 ，逐步扩大市场，稳定市场占有率，直至建立起完善的销售网络。一个企业要想在价格上取胜，就要注重强调自己的产品性能价格以及与同行业竞争者产品的特点，及时调整不同时期不同价格。如果在自身品牌推广阶段完全可以用低价来吸引消费者，在满足自己成本的基础上以最好的质量回馈消费者，通过这样的方式来占领市场。当品牌推广累积到一定阶段后，制定自动价格调整系统，降低成本，根据变动成本市场需求状况以及竞争对手报价来及时适时调整。2.3.4顾客服务策略根据自身公司产品特性,根据特定的目标客户群，特有的企业文化来加强互动，建立完善的客户服务系统，节约开支，避免传统营销模式

11、营销手法单一所带来的弊端。2.3.5网页策略通过网络营销，将营销建立在互联网上，企业可以选择比较有优势的网址来建立自己的网站，然后专人进行维护管理，节省原来传统市场营销很多广告费用，搜索引擎也会关注网站搜索率，一定程度上来说比广告效果好。3 化工工艺及系统3.1工艺方案的选择3.1.1环氧丙烷的性质环氧丙烷在常温常压下为无色透明低沸易燃液体，具有类似醚类气味；环氧丙烷工业产品为两种旋光异构体的外消旋混合物。凝固点-112.13，沸点34.24，相对密度（20/20）0.859，折射率(nd)1.3664，粘度（25）0.28 mpas。与水部分混溶20 时水中溶解度40.5%（重量）；水在环氧

12、丙烷中的溶解度12.8%（重量），与乙醇、乙醚混溶，并与二氯甲烷、戊烷、戊烯、环戊烷、环戊烯等形成二元共沸物。3.1.2环氧丙烷的生产工艺环氧丙烷的生产在国民经济的发展中占有举足轻重的地位。环氧丙烷（po） 是重要的有机化工原料， 在丙烯的重要衍生物中仅次于聚丙烯和丙烯腈， 居第三位。环氧丙烷最主要的用途是用于生产聚醚多元醇， 其次是用于生产丙二醇， 此外还用于生产表面活性剂、羟丙基纤维素等多种精细化工产品。这些精细化工产品广泛应用于化工、轻工、医药、食品、纺织等行业。环氧丙烷的生产方法已工业化的主要有氯醇化法、共氧化法和hppo 法， 其中共氧化法又可以分为乙苯法和异丁烷法两种。2007 年

13、世界po生产能力统计， 氯醇化法占总生产能力的40.3%，共氧化法占51.5%， hppo 法占5%， 其它工艺仅占1.2%。就共氧化法而言， 乙苯法占世界总生产能力的24.9%， 异丁烷法占26.6%。1.氯醇法传统的氯醇法生产po流程示意见图3.1，该法以丙烯、氯气和水按一定比例送入次氯酸化反应器, 反应压力为常压或略高于常压。反应温度为40 90e 。一般使丙烯和水过量以降低生成副产物二氯丙烷、丙醛等。次氯酸化反应后, 未反应的丙烯及生成的二氯丙烷等由反应器顶部排出进入丙烯分离器, 再经洗涤、分离后使未反应的丙烯循环返回次氯酸化反应器, 反应生成的氯丙醇浓度约为5% 。次氯酸化生成的氯丙

14、醇的盐酸液与过量的10% 20%的ca ( oh ) 2 溶液经预热后进入皂化反应器, 皂化生成的粗po 由塔釜以蒸汽汽提至塔顶蒸出, 皂化污水由釜底排出后泵送闪蒸罐,回收废热并在污水沉降池回收过量的c a( oh) 2, 上部液体送污水处理。粗po 经初馏塔和精馏塔分离出水、二氯丙烷及其他有机杂质得产品po。为了减少po 水解为氯丙醇, 宜采用真空精馏。图3.1 传统氯醇法生产工艺流程图2共氧化法根据采用不同原料和联产不同产品, 共氧化法可分为乙苯共氧化法和异丁烷共氧化法。除po 外, 前者还联产苯乙烯, 后者则联产叔丁醇。鉴于mtbe 会污染地下水, 如今美国等已停止使用。因此当今联产法大

15、都建成po /sm生产装置。较好的工艺为she ll工艺技术，she ll工艺技术生产po /sm 的比例为1: 212 213, 主要工艺过程包括乙苯氧化、丙烯环氧化( epox idation)、产品分离、po 精制及苯乙烯精制等5部分。she ll法催化剂为负载于二氧化硅上的钒、钨、钼或钛的化合物, 如以氯化三甲基硅烷活化的t io2 /s io2 催化剂, 在丙烯与乙苯过氧化物的摩尔比为6: 1, 反应温度为80 90e , 压力313mpa和接触时间为30m in 的条件下反应时,过氧化物转化率为97%, 环氧丙烷选择性为91% 95%。其流程图如图3.2.图3.2 共氧化法工艺流程

16、图3.hppo法该法通过丙烯经氧化剂双氧水进行直接氧化的工艺流程较简单, 副产物少, 且不像氯醇法有环境污染问题, 因此当前已为各国所关注。2002年由dow chem ical与basf 合作开发成功的过氧化氢制po (hp - po ) 工艺, 并决定将此技术工业化, 并在basf公司antw erp 建设300kt/ ahp- po装置。据称原计划将于2008年5月完成, 后由于建设方面问题推迟了完成时间。预计2009年后将投产。该工艺采用管式反应器, 在中温、低压和液相条件下, 在甲醇溶剂中用过氧化氢催化丙烯环氧化生产po。basf公司为了解决工程放大中可能出现问题, 曾于2000年在

17、路德维希建100t /a hp - po 工艺中试装置。该法流程图如图3.3图3.3 陶氏- 巴斯夫hp- po工艺流程示意图 3.1.3工艺优缺点比较环氧丙烷的生产方法已工业化的主要有氯醇化法、共氧化法和hppo 法， 其中共氧化法又可以分为乙苯法和异丁烷法两种。2007 年世界po生产能力统计， 氯醇化法占总生产能力的40.3%，共氧化法占51.5%， hppo 法占5%， 其它工艺仅占1.2%。就共氧化法而言， 乙苯法占世界总生产能力的24.9%， 异丁烷法占26.6%.目前, po的工业化生产方法即氯醇化法、共氧化法和hppo法在生产工艺、原料要求、副产品量、三废处理等方面各有优劣。在

18、投资、原材料消耗量、副产品生成量、公用工程消耗量等方面也各有千秋。表4.1列出了三种方法的优缺点。表4.2列出了三种方法的技术经济指标。表3.1氯醇化法、共氧化法和hppo 法优缺点生产路线优点缺点氯醇化法历史悠久， 工艺流程短， 工艺成熟； 单产品， 操作弹性大； 选择性好,收率高； 生产比较安全；对原料丙烯纯度要求不严； 建设投资小设备易腐蚀；废水量大；氯气消耗多；副产二氯丙烷；废渣量大共氧化法废水量少； 无腐蚀； 副产品经济价值高废水处理困难；工艺流程长； 原料品种多；对原料丙烯纯度要求高； 生产大量联产品； 建设投资大hppo法三废少； 投资少； 无联产品； 工艺流程短； 占地面积少工

19、业化时间短； 工艺待完善表3.2 氯醇化法、共氧化法和hppo 法技术经济指标项目氯醇化法共氧化法hppo法异丁烷法乙苯法投资/亿元(以1万t/a装置计)2.102.774.691.10po产品收率/%88%91%93%94%95%每吨po需原材料丙烯0.800.900.850.800.80异丁烷2.77乙苯3.20氢气2.73氯气1.351.50生石灰1.00过氧化氢0.65每吨po副产物/ t二氯丙烷0.100.27二氯异丙醚0.022叔丁醇2.36苯乙烯2.60公用工程(每吨po需)电耗/(kwh)100385442比传统工艺能耗降低35%40%冷却水耗/t200500855蒸汽（4mp

20、a）/t2.04.012人工81567450我国环氧丙烷生产始于上世纪60年代中期,随着国民经济的发展，我国po的生产规模逐渐提高，具体生产企业的情况见表3.3. 从表3.3可知国内生产po大部分企业依然采用污染较大的氯醇法。随着国内环保压力日益增加, 氯醇法生产压力大增, 尽管氯醇法工艺流程简单，生产比较安全, 但是最大缺点是设备腐蚀严重，大量废水难以治理。近年来国际上新建装置多选择po sm 法, po sm 共氧化法虽然比较先进, 但由于要使用原料乙苯, 而且在生产环氧丙烷的同时要联产苯乙烯, 每吨环氧丙烷要联产l.s t苯乙烯, 对于没有乙苯资源, 也没有苯乙烯的下游产业链的企业, 不

21、宜采用po s m 法而随着po 新技术工业应用的成功, 如日本c h p 路线已经投产, 清洁节能的h p p o 路线在韩国尉山的建设, 以及中石化自主产权的hppo 国产工艺包的推出, 将推动环氧丙烷进入一个环保有国际竞争力的快速发展的时代。所以发展hppo不仅是环保的需求，也是行业发展的大势所趋。表3.3 2010年我国环氧丙烷生产商和产能及核心技术3.1.4工艺方案的选择1、选择标准我们在具体选择工艺时主要考虑的因素及其重要程度依次排列如下：（1）有较为成熟的工艺技术，接近或已工业化；（2）环境友好。环境问题已逐渐成为影响人们生活质量的重要因素，近来对环境问题的关注也越来越广泛。长期

22、以来化工厂往往被人看成是污染的代名词，因此环保理念对于现代工厂的设计是非常重要的；（3）操作费用低，能耗低。因为工厂是连续运营生产的，因此对于蒸汽、水电等每天都在消耗的成本要求尽量低；（4）设备费用低，投资成本低。设备为一次性投资，因此在保证操作费用低的基础上尽量减少设备等一次性投资成本。2、工艺选取结合工艺比较，我们最终决定选择hppo法。其中理由如下：（1）直接氧化法法工艺简单，并且环保无污染问题，符合时代需求，且产率较高；（2）生产安全环保，符合建设和谐社会的要求；（3）避开了使用传统方法所带来的环保，以及自动化较低的问题 (4)原料简单，均可在xx本地购买，降低成本；(5)作为未来极有

23、发展前途的技术，直接氧化法的工业化应用，将会对其未来的发展，以及po的合成工艺，以及其它方面产生影响。3.2本厂工艺原理本厂所采用的工艺是过氧化氢直接氧化法（hppo）。其反应方程为： 反应后，反应液进入甲醇回收塔，回收其中未反应的甲醇重新回到反应器，塔釜液进入环氧丙烷塔，从塔顶分离出丙烯进行回收；塔底液进入环氧丙烷回收塔，回收较纯环氧丙烷，塔底液可直接排放进入污水处理厂处理。3.2.2反应动力学1 主反应动力学丙烯环氧化反应生成环氧丙烷是个串并联反应, 但是由实验可以发现, 在反应过程中丙二醇的生成量相对较少, 因此, 此反应可以近似地认为是串联反应:其反应的动力学方程为:在反应过程中, 液

24、相中丙烯的浓度取决于丙烯在甲醇中的溶解度, 由于丙烯的压力恒定为0. 30 mpa, 因此, 丙烯在液相中的浓度也相对恒定, 同时甲醇的浓度远远大于环氧丙烷的浓度, 甲醇的浓度近似为一常数, 因此, 反应动力学方程可以简化为在丙烯压力为0. 3 mpa, 温度为30 50 e , 甲醇、双氧水和催化剂质量比为127. 0 b 18. 0 b 1. 0的条件下进行了动力学实验。由双氧水的分解实验可知, 当反应时间为60 min 时, 双氧水的分解率均小于2%, 因此, 此时的双氧水分解对反应的影响可以忽略。根据得到的双氧水转化率实验数据可得丙烯环氧化反应动力学方程, 结合得到的环氧丙烷进一步反应

25、的副反应动力学, 得到氧丙烷生成反应速率方程为:a) 以甲醇为溶剂, t s21 催化丙烯/ h2 o2 环氧化反应中, ts21 催化剂不仅对丙烯环氧化有催化作用, 同样对环氧丙烷的醚化和双氧水分解也有催化作用, 因此催化剂浓度的选择至关重要。b) 反应温度低于60 e , 双氧水的分解率均小于6%, 基本可以忽略。环氧丙烷的醚化是主要的副反应, 在丙烯压力为0. 3 mpa, 温度为30 50 e 下, 用幂指数型的非机理速率方程建立了该串联反应动力学方程, 其副反应活化能高于主反应活化能, 但主反应的反应级数高于副反应。2、副反应动力学环氧丙烷可以分别与甲醇和水反应生成丙二醇甲醚以及丙二

26、醇, 这是个平行反应, 但在实验过程中发现丙二醇的生成量约为丙二醇甲醚的0. 5% 1%, 因此, 丙烯环氧化的副产物主要是丙二醇甲醚, 假定生成的丙二醇忽略不计。根据环氧丙烷浓度随时间的变化规律, 利用非线性差分的方法, 得到各实验点的反应速率,采用幂函数形式的动力学模型, 用最小二乘法计算出模型参数。由于甲醇的浓度远远大于环氧丙烷的浓度, 甲醇的浓度近似为一常数, 在压力为0. 3 mpa, 温度30 50 e 条件下环氧丙烷醚化生成丙二醇甲醚的动力学方程为:3.2.3反应条件表3.4 主要设备的反应条件设备名称反应温度/反应压强/mpaph反应器50136预精馏塔800.2甲醇精馏塔40

27、0.15丙烯精馏塔1000.16环氧丙烷精馏塔50023.3工艺流程说明3.3.1工艺流程方框图我们采用hppo法，根据国外的研究成果以及已经用于生产的工艺设计了合成工艺。其工艺流程方框图见图3.1。图3.1 所用工艺流程方框图3.3.2工艺流程简述如图3.3.1所示，反应原料丙烯气体、过氧化氢溶液，从丙烯回收塔回收来的丙烯，从h2o2回收塔回来的过氧化氢一起进如环氧化反应器进行环氧化反应。反应方程式如下：反应后，反应后，反应液进入甲醇回收塔，回收其中未反应的甲醇重新回到反应器，塔釜液进入环氧丙烷塔，从塔顶分离出丙烯进行回收循环使用；塔底液进入环氧丙烷回收塔，回收较纯环氧丙烷，塔底液可直接排放

28、进入污水处理厂处理3.3.3工艺流程模拟使用aspenplus软件对流程进行模拟，其模拟流程图见图3.2.图3.2 aspen模拟流程图第 42 页 共 42 页3.3.4合成工段合成工段主要包括了预处理及反应阶段。预处理的目的是让液体甲醇汽化，同时使反应原料达到一定的初试反应温度。反应混合气体在50、1mpa下进入反应器。在反应合成过程中反应器温度控制在50，压力为1mpa下。由于合成反应是放热反应，因此通过热导油将热量移走，以作为后续工艺的热源。反应结束后，产品环氧丙烷的产率为87%，副产品丙二醇对双氧水的选择性为3%。3.3.5分离工段反应完成后，反应液中含有：（1）主反应生成物：环氧丙

29、烷和h2o ；（2）未完全反应的反应物：丙烯和双氧水；（3）未反应物：甲醇（4）副产物：丙二醇。为了能够充分利用原料，提高原料利用率，需要将未反应的丙烯、过氧化氢和甲醇循环回环氧丙烷反应器中继续参加反应，而气液可以通过闪蒸进行分离。由于丙烯、过氧化氢和甲醇可形成共沸物，因此甲醇的回收和环氧丙烷的分离提出需要通过精馏完成。1、回收丙烯在环氧化反应中，h2o2会在ts1催化剂上部分分解产生一定量的o2，o2与丙烯形成一种可燃烧性混合物，使操作存在危险性。同时为了充分利用丙烯；通常使未反应的丙烯经分离和提纯后循环回hppo工艺。工艺流程见图3.3。图3. 3 丙烯回收工艺流程示意图 首先通过n2供应

30、装置向尾气流中供应n2，使其中o2浓度稀释至燃烧极限以外，然后使混合气压缩至1.52.5 mpa后送入冷凝装置，在020下产生一个由丙烯、丙烷、o2及少量挥发物组成的气相(t1)和一个主要由丙烯组成的液相(t2)。t2被送入分离器，借助蒸馏装置得到一个富丙烯物流t2和一个贫丙烯物流t2，前者丙烯纯度95%，被循环回hppo工艺；后者与o2混合燃烧转化为可利用能源。t1被送入膜渗透装置，渗透膜由聚合物与无机化合物复合而成，将t1分离成一个含丙烯、丙烷及挥发物的通过物流t3和一个由n2、少量o2及挥发物组成的保留物流t4，前者被循环回尾气流，后者经处理后排放。2、po 的分离与回收在回收未反应丙烯

31、并使其经提纯和循环使用后，使剩余的产品混合物进行蒸馏，以回收和精制po产品。g. hans-georg 等报道了一种用萃取蒸馏法来分离po产物的工艺。其工艺流程示意图见图3.4。图3.4 po 的分离与回收工艺流程示意图分离丙烯后的产物流的质量组成为：po8% 10.5%、甲醇65%70%、水20%25%、丙烯 3 5 0 1 0 6、丙烷 1 0 1 0 6、乙醛100106、高沸物0.65%，它经预热后作为原料(m)从距塔顶第45 块理论级处送入萃取蒸馏塔。该塔优选有75 80 块理论板，回流比优选3.5 3.9，萃取剂用分离甲醇后的工艺水，它从距塔顶第10 块理论板处引入，萃取剂用量(基

32、于原料的质量)优选0.45% 1%，m(po)m(萃取剂)=(6 7)1，塔顶压力优选45 50 kpa，塔底温度优选5060，填料用比表面积为250750m2/m3的金属片或网。从塔顶得到纯度97%的po，其他组分质量分数满足甲醇10106、水20106、丙烯和丙烷0.25%，该馏分经一个功率为3 9 mw的24 转子的单级汽轮压缩机(c100)压缩至0.25 0.35 mpa，此时蒸气温度为7090，经一个冷却水换热器和一个冷冻水换热器冷却至1220，然后部分作为回流液返回萃取蒸馏塔。塔底馏分质量组成为：甲醇97%、水2%、乙醛50106、po50106、高沸物0.2%，它被用作使原料预热

33、的换热器的热源，换热后进一步分离甲醇并循环回hppo工艺，分离甲醇后的水经提纯后用作萃取剂循环回萃取蒸馏塔。在管壳式换热器中优选的操作方式是，首先在20 30 内使丙烯压缩至2.0 3.0 mpa，然后减压至0.5 0.8 mpa并完全蒸发，所得的制冷功率用作换热器的冷源，从而实现整个工艺的热量一体化。3、回收和精制甲醇溶剂回收和精制甲醇溶剂的连续化工艺。它包括如下步骤：从hppo 工艺得到的反应产物中分离未反应丙烯和po，得到一个质量组成为：甲醇55%85%、水10 % 40%、c13 羰基化合物0.1 % 0 . 5 %、甲氧基丙醇和pg 0.1 % 1 % 的混合物。使该混合物在承载的p

34、d 催化剂存在下，于65 85 、氢压0.3 1.3 mpa条件下氢化，得到一个pg质量分数为0.1% 1.3% 的混合物。用碱(如碱金属氢氧化物水溶液)和该氢化产物，n(oh)n(酸)=(12)1，ph =89，得到新的混合物。使中和后的混合物在一个1540块理论板的蒸馏塔中于0.08 0.15 mpa下分离出一个质量组成为甲醇60%80%、水15%35%和低沸物0.01%的馏分。使该馏分在一个20 50 块理论级的蒸馏塔中于0.5 1.2 mpa下分离成一个质量组成为：甲醇90%99%、水0.5%5%、低沸物100106的馏分和一个含pg的主要由水组成的馏分。使前者循环回hppo工艺，后者

35、经回收pg 后排放。3.4全厂物料能量衡算全厂物料能量衡算见表 3.5.表3.5 全流程物料横算4、化工计算4.1 反应器物料衡算反应器的物料衡算如表4.1温度（c）5050压强(mpa)11项目进料出料流量(kmol/h)流量百分数(%)流量(kmol/h)流量百分数(%)c3h6165.00011.111113.8507.675h2o255.003.7043.8500.260ch4o1265.00085.1851265.00085.280h2o49.5003.337c3h6o49.5003.337c3h8o21.6500.1114.2 预分离塔物料恒算如表4.2预分离塔物料恒算如表4.2温

36、度（c）505050压强(mpa)111项目进料塔顶出料塔底出料流量(kmol/h)流量百分数(%)流量(kmol/h)流量百分数(%)流量(kmol/h)流量百分数(%)c3h6113.8507.675113.85069.370h2o23.8500.2603.8500.292ch4o1265.00085.2801.2650.7701263.73595.830h2o49.5003.3370.003微量49.4973.753c3h6o49.5003.33749.00529.8600.495微量c3h8o21.6500.1111.6500.1254.3 甲醇回收塔物料衡算如表4.3甲醇回收塔物料衡

37、算如表4.3温度（c）505050压强(mpa)111项目进料塔顶出料塔底出料流量(kmol/h)流量百分数(%)流量(kmol/h)流量百分数(%)流量(kmol/h)流量百分数(%)c3h6h2o23.8500.2920.495微量3.8505.734ch4o1263.73595.8301251.09899.92112.63718.822h2o49.4973.7530.495微量49.00272.986c3h6o0.495微量c3h8o21.6500.1251.6502.4584.4 丙烯回收塔物料衡算如表4.4丙烯回收塔物料衡算如表4.4温度（c）505050压强(mpa)111项目进料

38、塔顶出料塔底出料流量(kmol/h)流量百分数(%)流量(kmol/h)流量百分数(%)流量(kmol/h)流量百分数(%)c3h6113.85069.370113.73699.9570.1140.226h2o2ch4o1.2650.7701.2652.513h2o0.003微量0.003微量c3h6o49.00529.8600.049微量48.95697.255c3h8o24.5 环氧丙烷精馏塔物料衡算环氧丙烷精馏塔物料衡算如表4.5温度（c）505050压强(mpa)111项目进料塔顶出料塔底出料流量(kmol/h)流量百分数(%)流量(kmol/h)流量百分数(%)流量(kmol/h)流

39、量百分数(%)c3h60.1140.2260.1140.232h2o2ch4o1.2652.5130.0130.0261.25296.086h2o0.003微量0.001微量0.002微量c3h6o48.95697.25548.90799.7390.049微量c3h8o25、设备设计及选型根据工艺流程图，本厂所需主要设备为24个。基本情况如表5.1。设备号设备名称r101固定床反应器t101预精馏塔t102甲醇回收塔t103丙烯回收塔t104环氧丙烷精馏塔e101预热器e102冷凝器e103塔顶冷凝器e104塔底再沸器e105塔顶冷凝器e106塔底再沸器e107塔顶冷凝器e108塔底再沸器e1

40、09塔顶冷凝器e110塔底再沸器p101丙烯进料泵p102h2o2进料泵p103甲醇进料泵p104反应进料泵p105回流泵p106回流泵p107回流泵p108回流泵v101原料混合罐5.1 反应器计算本工艺以丙烯、甲醇、过氧化氢为原料，采用催化剂为钛硅酸盐， 其组成为( t i o 2 ) x ( s i o 2 )1 x ( x = 0 . 0 0 1 0 . 0 5 ) ，n ( t i ) n ( t i + s i ) = ( 0 . 0 1 0 . 1 )1 ，优选t s 1 ( m f i 结构) 和t s 2 ( m e l 结构)。催化剂粒径优选1 0 0 nm ，比表面积优选

41、30030 m2/g。,空速取15。反应器选用列管式固定床反应器。5.1.1 催化剂的填充量由物料衡算表数据，根据空速计算催化剂的填充量：vr: 催化剂的填充量von: 原料气体体积(标)流量sv: 体积空速,h-15.1.2反应管长度的计算 取空床速度为0.05m/s，则床层截面积为： 则催化剂床层高度为： 根据化工原理取床层空隙率为0.3，则反映管长为: 5.1.3管束尺寸和反应管的排列 选取工业上所用的35*2.5的列管，则单管催化剂体积为：则管数为：反应器采用正三角形排列采用正三角形排列，反应器列管的布置与普通换热器有很大不同。首先，管束中央水循环受阻，传热恶化，温度分布不均，故此区域

42、不布管；其次反应管的排管把整个管板按6.7划分为6个区间，整个管板由一个60区间阵列而成。取中央不布管区域直径为200mm。 按正三角形排列，取管心距为，采用三角形排列，则单管所占的面积为，则反应器的直径为 。5.1.4 板厚的计算 根据流体进出选择流体的设计温度为100，设计压力为12mpa.由于反应原料为丙烯，双氧水。有一定氧化性，所选材料为0cr18ni10ti。（化工设备设计基础） 焊接方式：选为双面焊对接接头，100%无损探伤，故焊接系数，根据gb6654压力容器用钢板和gb3531低温压力容器用低合金钢板规定可知对ocr18ni9钢板.材料的许用应力则厚度按下式计算： 。圆整为55

43、mm。5.1.5 孔数和孔径的确定 ，取孔径d=10mm，则孔数为：在分布板中心部分按等边三角形排列，这样，每一圈是正六边形，最外2 3 圈为同心圆排列，同心圆与正六边形之间的大空隙处，适当补加一些孔。 设孔间距为s，则： 取椎帽外径为40mm，实际排孔数6123个，此时 ，满足条件。塔径取为6.3m,底座高度及塔顶顶封口高度取0.5m,则总高度为10.76m,取为11m.5.2 精馏塔设计 塔的主要目的是将物质进行分离，本厂所采用工艺中，设计预精馏塔，甲醇回收塔，丙烯回收塔，以及环氧丙烷回收塔。以预精馏塔进行详细计算说明。其他塔计算方法相同。 通过对设计要求的分析我们对工业上广泛应用的塔设备

44、进行比较和选型。选型的依据是：在保证工艺要求的前提上，做到安全生产，稳定操作，较低的设备费用和操作费用。工业用的精馏塔种类主要有填料塔和板式塔。两种类型的塔各有特点：不同任务、操作条件、介质性质情况下，选择合适的精馏塔能够充分发挥塔德作用，既能保证安全稳定生产，又能够降低生产成本 。通过比较我们得出结论，板式塔虽然压降高，但其空塔气速大、塔效率高 ，且稳定、液气比适用范围较大、安装和检修容易、大直径塔的造价低，这些特点能够的 满足我们设计中处理量大，塔效率高，液气比范围广等要求。综合考虑，我们优先选择板式塔。 5.2.1 塔径的计算由aspen 软件模拟结果得出摩尔回流比 r=1.5，塔板数为

45、6 块塔板 ，初选板间距ht=0.35 m ; 取板上液层高度hl=0.06 m ，ht-hl=0.35-0.06=0.29 m ; 进料位置塔内液体密度则精馏段平均密度为： 质量流量体积流量：空塔气速 ，安全系数。0.644由史密斯关联图查出： 塔顶液体表面张力：精馏段表面张力： 则 ：则塔径：圆整为 d=6m.5.2.2 塔高的计算取塔板间距ht=0.35m 塔的有效高度z=ht(np-1)=1.75m顶部高度取1.3m 釜液高度取2m，液面-板取0.6m 进料板与上一板间距为2ht=0.7m 塔体高度=塔有效高度z+顶部高度+底部高度=1.75+1.3+2+0.6+0.7=6.35m则圆

46、整为7m。5.2.3 其他精馏塔的计算表5.2编号塔径m塔高mt10255t10345t104365.3离心泵的选型 设安装高度h=3m，吸入管路阻力损失h=1.5m，吸入液面的压力p=0.1mpa，安全裕量s=2.15.3.1 丙烯进料泵的选型： 型号 model 流量q capacity 扬程h head (m)转速nspeed(r/min)功率p（kw） 效率 （%）必需汽蚀余量（npsh)r (m)(m3/h)l/sih32-20-125 3.20.88 2029000.48 35 5.0丙烯流量3976.6m3/h，选泵ih32-20-125丙烯密度=701.9kg/m3nasha=p/ghhpv/g=14.531.54.1=5.9nashr=5.0nashanashr=5.95。0=0.92.1该泵工作时不会发生气蚀。5.3.2双氧水进料泵的选型： 型号 model 流量q capacity 扬程h head (m)转速nspeed(r/min)功率p（kw） 效率 （%）必需汽蚀余量（npsh)r (m)(m3/h)l/sih32-20-200 3.20.88 5029001.62 27 4.0双氧水流量1.3m3/h，选泵ih32-20-200双氧水密度=1132.3kg/m3 双氧水的饱和蒸汽压pv=0.13kpanasha=p/ghhpv/g=93