设计集摘要总稿

1、本项目利用的是草酸酯法以气间接EG，即一氧化碳和亚硝酸甲酯，经Pd-Ti/-Al2O3 催化反应生成草酸二甲酯（DMO），然后以 Cu/SiO2 为催化剂，200条件下进行 DMO 的中压加氢乙二醇（EG）。该方法转化率达 100%，乙二醇选择性达 97%，实现目标产物 EG 的产量为 30 万吨/年。通过 Aspen Plus对其进行流程的模拟与优化，导出物料、热量果；根据模拟计算得到的数据对流程中的设备进行设计、选型，主要包括反应器、塔、换热器、泵、储罐；并采用 COMSOL、SW6 和 CUP tower对主体设备进行强度校核以确保设备的准确合理性；也对整个流程进行了能量的集成与优化以达

2、到节能的效果；同时也采用 AutoCAD绘制出物料流程图（PFD）、带控制点的管道仪表流程图（）、设备装配图以及厂区布置图；完成了车间布置、管道布置的设计。关键字：乙二醇Pd-Ti/-Al2O3Cu/Cr酯化反应工艺设计 Aspen 模拟摘要EG（乙二醇）是一种重要的有机化工原料，主要用于制造聚酯、吸湿剂、增塑剂、表面活性剂、和。大致上，EG 的路线可以分为两类：传统的石油路线和新兴的非石油路线。值得注意的是，煤化工路线乙二醇的产能近几年快速增长，特别是新近规划的乙二醇项目，煤化工路线更是占了绝大多数，达 475多万吨/年，约占规划产能的 76%。工艺设计原料及产品方案本项目采用的原料包括（）

3、化工提供的甲醇、一氧化碳、氢气，园区内提供的氧气，其消耗量见表 1-1。表 1-1原料组成与消耗产品方案如表 1-2 所示。表 1-2 主要产品规格产品名称试验方格(w%)级别产量(kt/a)单价(元/吨)GB9282-8899.99乙二醇优等品303.469001.2 工艺流程本项目包括三个工段，DMO及 MN 再生工段、DMC 回收工段、乙二醇及提纯工段。(1) DMO草酸二甲酯及 MN 再生工段与亚硝酸甲酯再生工段如图 1-1、1-2、1-3 所示。原料一氧化碳与循环的亚硝酸甲酯混合物经混合器 M0101 混合换热器预热后在 R0101 中反应生成原料名称组成含量(%)消耗量价格一氧化碳

4、CO997429Wm3N2 CH4H2OCO21甲醇CH4O99.9383.568kt/aH2O0.1氢气H299.99446.376m3H2ON20.01氧气O299.87111Wm3N20.2草酸二甲酯，然后进入甲醇吸收塔 T0101 吸收后草酸二甲酯从塔底流出，未反应的亚硝酸甲酯从塔顶流出与氧气、一氧化氮经混合器 M0102 混合后进入亚硝酸甲酯再生反应精馏塔 T0102，与甲醇反应生成的亚硝酸甲酯从塔顶流出循环回反应器中，塔底液经精馏塔回收甲醇，以达到物质的充分利用。图 1-1 DMO与 MN 再生工段(1)图 1-2 DMO与 MN 再生工段(2)图 1-3 DMO与 MN 再生工段

5、(3)(2) DMC 回收工段从 T0101 吸收塔塔底流出的 DMO 的混合物中有碳酸二甲酯，是一种副产物，可以对其进行回收提高工艺的利益。混合物经分离塔 T0201 分离塔后由塔底分离出只含草酸二甲酯的物流，含大量 DMC 和甲醇的溶液则由塔顶馏出。为了除去气体给分离带来的麻烦，DMC 混合液通入气液分离塔 T0202，先将其中的气体分离出去,气体全部从塔顶流出，DMC 混合液则由塔底流出，DMC 与甲醇的混合物通过变压精馏，从 T0203、T0204 的塔顶得 0.999 的甲醇，从 T0204 的塔底得到的含 0.997DMC。其具体流程见图 1-4、1-5、所示。图 1-4 副产物碳

6、酸二甲酯的回收工段(1)图 4-5 副产物碳酸二甲酯的回收工段(2)(3) 乙二醇工段由 T0201 分离出的高纯度的草酸二甲酯经过反应预处理加压加热后进入与大量氢气一起进入反应器 R0301 中进行反应生成乙二醇，生成的乙二醇与剩余的大量的氢气经过初步降温后再进入闪蒸罐闪蒸，将氢气闪蒸出来并循环回反应器，从而提高氢气的利用率，在改反应器中采用 15.6%的铜二氧化硅催化剂，使得乙二醇转化率达到 100%，选择性达到 97%。将由闪蒸罐出来的乙二醇粗液通入 T0301 进行精馏后，塔顶得到纯度接近 1 的乙二醇，再将塔顶馏出液通入 T0302 中对甲醇进行回收，塔底得到 0.993 的甲醇溶液

7、。其具体流程见图 1-6、1-7 所示。图 1-6DMO乙二醇及提纯工段(1)图 1-7 DMO乙二醇及提纯工段(2)工艺创新本项目中采用反应精馏塔亚硝酸甲酯，比起传统的先用反应器再用一个精馏塔进行分离的过程，采用反应精馏塔先是节约了成本费用，同时该反应是气相反应能够更充分的反应，以及在分离时的分离效果也是很好的。(2) 本项目充分将亚硝酸甲酯、一氧化碳和氢气进行循环，提高物料的利用率。(3) 在草酸二甲酯加氢乙二醇的反应中采用 15.6%的Cu/SiO2 作催化剂使草酸二钾酯达到 100%的转化率和 97%的选择性。（4）、sol Multiphysics4.4、 Cup tower 对换热

8、器、反应器和利用精馏塔进行校核，说明反应和设备计算的合理性。2. 节能设计设计匹配后的换热网络比匹配前的换热网络的各项值更接近于目标值，设备费用比优化前的设备费用低 176.3 万元， 优化后的的总费用比优化前的总费用低 0.3456(Cost/s)。设备费用是固定投资，而操作费用是长年累积的。不仅是优化后的设备费用比优化前的低，而且其操作费用比优化前的低，所以最终有总费用低于优化前的网络。图 2-1 全流程换热网络图3. 安全设计利用 Risk System对工厂的甲醇进行了辨识，并根据物质的物性进行了罐区物质的源相分析，根据源相分析的结果进行了甲醇蒸汽云模型预测分析，分析了事故的范围，分析

9、结果如图 3-1 所示：图 3-1 甲醇蒸汽云模型范围4. 设备设计根据 Aspen plus 的模拟，对工艺流程中的反应器 R0101、精馏塔 T0201、换热器 E0201 进行了详细设计，包括基本设备的工艺参数和特殊内构件的设计。利用CUP-tower对流程中的全部塔设备进行了水力学校核，并用 SW6-2011 进行机械强度校核。利用 Aspen Exchanger Design And Rating 对全部换热器进行了工艺设计、选型、基本参数设计和利用 SW6-2011储罐等设备进行了选型。进行机械强度校核。此外还对泵、压缩机、5. 控制方案本项目对精馏塔、反应器、换热器、压缩机等设备

10、进行了基本控制，以反应精馏塔为例：进料温度利用进料预热热量的串级控制系统维持基本稳定。回流量经过计算机动态控制给定，结合塔顶回流罐的液位控制系统和塔顶冷凝器的温控系统，可以调节塔顶产品的组成。(3) 通过再沸器的温度控制和塔釜的液位控制以调节采出比以控制塔底产品的组成。图 5-1 反应精馏塔的控制方案6. 总图通过对江苏省市六合区化学工业园区的地理位置的，确定最终的选址为交通（和）化工，其具有优越的地理位置，丰富的原料来源、便捷的的园区政策等优点。总图布置遵循“节约用地，合理规划，安全为主，美观结合”的原则，对全厂进行了有序的布置，厂区包括生产区，辅助生产区，行政区和罐区，本设计团队首先利用

11、Auto CAD 进行厂区和车间的二维绘制，再采用 PD max、CAD-worx 等维制作，详细图示如 6-1 所示。进行三图 6-1 全厂平面布置图7. 经济分析经过对该项目进行投资估算和财务评价，项目的主要经济指标如表 7-1 所示。表 7-1 项目主要经济指标序号指标名称数值1设计规模万吨/年302年操作时间小时/年80003分厂用地面积平方米696964建筑面积平方米321335总定员人1506工程项目总投资万元24927.67固定资产投资万元15458.78. 项目总结本次设计采用 Aspen Plus完成全流程工段的模拟、能量、物料以及工艺参数的确定；节能设计上利用 Aspen Energyyzer 模块对全系统设计不同的集成方案并进行优选，据此完成系统公用工程的模拟设计，安全设计上引入道氏化学火灾、指数评价系统对罐区进行安全评估，并用 Risk System。具体内容参见相关文档，在反应器的设计上进行了事故采用了 COMSOL对换热器进行校核范围的Multiphysics4.4 进行反应器的设计和优化，同时运用 SW-6 2011Cup