2019年第十三届全国大学生化工设计竞赛 合肥工业大学作品 年产10万吨醋酸乙烯项目2-初步设计说明书

年产1。万吨醋酸乙烯项目

初步设计说明书

小组名称：合肥工业大学乙往酯前团队

程修龙池梓维龚瑞杰李俊达王强

目录

目录...........................................................................1

第一章总论......................................................................7

1.1项目概况................................................................7

1.2设计依据................................................................7

1.3编制原则................................................................8

1.4产品方案................................................................8

1.5生产规模................................................................8

1.7设备选型................................................................9

1.8物料及能量平衡表........................................................9

第二章化工工艺与系统..........................................................10

2.1总述...................................................................10

2.2设计范围...............................................................10

2.3标准规范...............................................................10

2.4工艺方案论证...........................................................10

2.5项目工艺路线介绍.......................................................13

2.6Aspen优化模拟........................................................15

2.6.1产品塔模拟优化.......................................................15

第三章总图运输.................................................................17

3.1设计概述...............................................................17

3.2设计依据...............................................................17

3.2.1设计规范..............................................................17

3.2.2设计基础资料.........................................................17

3.3厂址选择...............................................................17

3.4总图布置...............................................................18

3.4.1总体布局概述..........................................................18

3.4.3平面布置..............................................................20

3.4.4竖向布置.............................................................22

3.4.5厂区运输.............................................................23

3.4.7总平面布置技术经济指标...............................................24

第四章布置与配管..............................................................25

4.1设计依据...............................................................25

4.1.1设计规章..............................................................25

4.1.2基本资料..............................................................25

4.2设备布置...............................................................26

4.2.1车间设备布置的要求...................................................26

4.2.2单元设备布置方法.....................................................30

4.2.3本项目设备布置.......................................................35

4.3管道设计...............................................................41

4.3.1管道选型..............................................................41

4.3.2管路阀门和管件的选择.................................................44

4.3.3管路绝热设计.........................................................45

4.3.4管道编号.............................................................46

4.4管道布置...............................................................49

4.4.1管道布置原则.........................................................49

4.4.2管道连接..............................................................51

4.4.3坡度要求..............................................................51

4.4.4管道间净距要求.......................................................52

4.4.5一般阀门的布置原则...................................................52

4.5管道布置典型设计......................................................53

4.5.1塔的配管..............................................................53

4.5.2换热器的配管.........................................................55

4.5.3泵的配管..............................................................55

4.5.4压缩机的配管.........................................................56

4.5.5管廊上的配管.........................................................57

4.5.6其他管道布置..........................................................57

4.5.7安全措施..............................................................58

4.6酉己管示例...............................................................58

第五章自动控制及仪表..........................................................60

5.1项目设施简况及控制简述................................................60

5.2自动化控制.............................................................60

5.2.1集散控制系统（DCS）............................................................................................60

5.2.2紧急停车系统（ESD）.............................................................................................61

5.2.3安全仪表系统（SIS）..............................................................................................61

5.3设备控制方案..........................................................62

5.3.1工艺流程简介.........................................................62

5.3.2塔设备的控制方案.....................................................62

5.3.3反应器的控制方案.....................................................64

5.3.4换热器的控制方案.....................................................65

5.3.5容器及储罐的控制方案.................................................68

5.3,6泵的控制方案.........................................................68

5.4仪表选型..............................................................70

5.4.1仪表选型原则..........................................................70

5.4.2主要仪表选型.........................................................71

第六章供配电系统..............................................................74

6.1设计依据..............................................................74

6.1.1设计标准..............................................................74

6.1.2设计原则..............................................................74

6.2电力负荷分级...........................................................75

6.2.1一级负荷..............................................................75

6.2.2二级负荷..............................................................75

6.2.3三级负荷.............................................................76

6.3项目各级负荷说明......................................................76

6.4供电电源...............................................................76

6.5变电所和配电间........................................................76

6.5.1高压供电系统设计.....................................................77

6.5.2总降压变电所设计.....................................................77

6.5.3继电保护的选择与整定.................................................77

6.5.4车间变电所设计.......................................................78

6.5.5高压配电系统设il..........................................................................................................78

6.6动力和照明系统........................................................78

6.6.1照明设计原则..........................................................79

6.6.2照明方式..............................................................79

6.6.3照明种类..............................................................79

6.6.4照度要求..............................................................79

6.6.5照明供电及控制.......................................................79

6.6.6光源选择..............................................................79

6.6.7灯具选型..............................................................79

6.6.8线路敷设方式.........................................................80

6.6,9节能措施..............................................................80

6.7酉己电路线...............................................................80

6.8防雷与接地.............................................................80

6.8.1厂区建、构筑物防雷措施...............................................80

6.0.2露天储罐、气罐及户外架空管道防雷措施.................................01

6.8.3防静电与接地保护......................................................82

第七章通信工程.................................................................83

7.1设计依据...............................................................83

7.2设计原贝IJ..............................................................................................................................83

7.3通信系统方案..........................................................83

7.3.1行政管理电话.........................................................84

7.3.2生产调度电话.........................................................84

7.3.3火灾报警系统.........................................................84

7.3.4无线通信..............................................................84

7.3.5广播系统.............................................................84

7.3.6综合布线系统.........................................................85

7.4项目电信网络..........................................................85

第八章土建工程.................................................................86

8.1设计依据...............................................................86

8.2设计概述...............................................................86

8.3厂区自然条件..........................................................86

8.3.1气象条件..............................................................86

8.3.2地形条件..............................................................87

8.4建筑工程...............................................................87

8.4.1设计原则..............................................................87

8.4.2设计标准..............................................................88

8.4.3设计方案..............................................................88

8.5结构工程...............................................................90

8.5.1设计原则..............................................................90

8.5.2设计标准..............................................................90

8.5.3设计方案..............................................................91

8.6安全疏散...............................................................93

第九章给排水工程..............................................................95

9.1设计依据..............................................................95

9.1.1设II规范及标准.......................................................95

9.1.2厂区气候、水文情况...................................................95

9.2给水系统..............................................................97

9.2.1总述..................................................................97

9.2.2生活给水系统.........................................................98

9.2.3工艺用水系统.........................................................98

9.2.4冷却水系统...........................................................98

9.2.5消防用水系统.........................................................99

9.2.6其他用水系统.........................................................99

9.2.7给水汇总.............................................................100

第十章采暖通风及空气调节....................................................101

10.1设计依据.............................................................101

10.2设计原则.............................................................101

10.3设计范围.............................................................101

10.4设计目标.............................................................102

10.5采暖系统.............................................................102

10.5.1制冷系统...........................................................102

10.5.2采暖系统...........................................................103

10.6通风系统.............................................................104

10.6.1车间空气有害物质标准...............................................104

10.6.2通风要求...........................................................104

10.6.3通风系统设计.......................................................105

10.7空气调节方案.........................................................106

第十一章维修.................................................................107

11.1设计依据.............................................................107

11.2TPM维修管理模式....................................................107

11.2.1TPM定义...........................................................107

11.2.2TPM特点...........................................................107

11.2.3TPM目标...........................................................108

11.3维修体制.............................................................108

11.4设备维护与维修基本途径..............................................109

11.4.1检修前准备........................................................109

11.4.2维护检修..........................................................109

11.5安全检修要求.........................................................110

11.6维修举例.............................................................111

11.6.1换热器维修主要内容.................................................111

11.6.2塔设备维修主要内容.................................................111

11.6,3泵设备维修主要内容.................................................112

11.6.4储罐维修主要内容...................................................112

11.6.5压力容器、管道维修主要内容........................................113

11.7维修人员的管理.......................................................113

11.7.1维修人员的主要任务.................................................113

11.7.2维修人员的基本要求.................................................113

11.7.3维修人员的管理要求................................................114

第十二章储存与运输...........................................................115

12.1设计依据.............................................................115

12.2储存.................................................................115

12.3运输.................................................................115

12.3.1物料运输...........................................................116

12.3.2运输方式...........................................................116

12.3.3运输要求...........................................................116

第十三章节能与能耗...........................................................117

13.1能源选择合理性......................................................117

13.1.1热电选择合理性分析.................................................117

13.1.2冷却水选择合理性分析...............................................118

13.2节能措施.............................................................118

13.3换热网络.............................................................118

13.3.1工艺流股提取.......................................................118

13.3.2换热网络合成.......................................................119

13.3.3换热网络优化.......................................................125

13.4能耗计算.............................................................127

13.4.1计算依据...........................................................127

13.4.2项目综合能耗及计算表...............................................127

13.4.3每吨产品能耗及计算表...............................................127

13.4.4万元产值综合能耗及计算表...........................................128

第十四章环境保护.............................................................129

14.1总述.................................................................129

14.2设计依据.............................................................129

14.3主要污染源和污染物..................................................129

14.4三废总量.............................................................130

14.5三废处理.............................................................130

14.5.1废气处理方案.......................................................130

14.5.2废水处理方案.......................................................131

14.5.3固废处理方案.......................................................131

14.6噪声控制.............................................................131

第十五章消防.................................................................132

15.1设计依据.............................................................132

15.2工艺及物料危险性分析................................................132

15.3事故发生可能及火灾危险性分析........................................132

15.3.1危险性.............................................................132

15.3.2燃烧爆炸的原因.....................................................133

15.4消防安全措施.........................................................133

15.4.1建筑物及设施防火防爆...............................................133

15.4.2厂区消防布置.......................................................134

15.4.3生产过程的防火防爆.................................................134

15.5消防系统.............................................................134

15.5.1稳高压消防给水系统.................................................134

15.5.2泡沫灭火系统.......................................................135

15.5.3干粉灭火系统.......................................................135

15.5.4其他灭火系统配置...................................................135

第十六章劳动安全卫生防护....................................................137

16.1设计依据.............................................................137

16.2职业安全.............................................................137

16.3重大危险源分析及相应措施............................................141

16.3.1重大危险源物质分析.................................................141

16.3.2重大危险源分析.....................................................142

16.3.3HAZOP分析........................................................142

16.3.4安全措施...........................................................147

16.4工业卫生.............................................................148

16.4.1车间卫生特征分级...................................................148

16.4.2工作场所...........................................................148

16.5劳动保护用品及卫生安全管理..........................................149

16.6安全生产制度.........................................................150

第十七章概算.................................................................151

17.1概算依据.............................................................151

17.2资金来源.............................................................152

17.3总概算...............................................................152

第一章总论

1.1项目概况

目前，醋酸乙烯生产所采用的工艺主要有石油乙烯法和电石乙焕法两种不同

的工艺路线，而我国“贫油、少气、富煤”的资源特点决定了电石乙快法合成醋

酸乙烯技术的广泛应用。电石乙快法合成醋酸乙烯具有技术简单，选择性和收率

高，催化剂廉价易得，建厂费用低等优点。因此，电石乙快法合成醋酸乙烯在全

国特别是新疆等西部煤炭资源丰富的地区有着广阔的发展前景。

本项目投资为25198.5万元，目标为：建立年产10万吨醋酸乙烯的工厂,

使得项目在具有环保效益的同时具备良好的经济效益。

本项目采用电石乙焕法技术，并在其基础上进行创新发展。此次设计醋酸乙

烯生产能力为10力吨/年，实际生产能力为8.8万吨/年。

此外，本项目未列入《产业结构调整指导目录（2011年本）》（修正）中的

限制类或淘汰类，且符合《石化和化学工业发展规划（2016・2020年）》。因此，

评估认为，本项目符合国家产业政策及符合行业准入的要求.

综上，本项目实现了醋酸乙烯的生产标准。

1.2设计依据

（1）《化工工厂初步设计文件内容深度规定》（HG/T20688—2000）；

（2）《化工投资项目可行性研究报告编制办法》（2012年修订版）中石化

联产发[2012]115号文；

（3）《化工建设项目可行性研究投资估算编制办法》，化工部；

（4）《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国劳动安全法》等

相关的国家法律法规；

（5）《建设项目经济评价方法与参数》（第三版）发改投资[2006]1325号；

（6）由东化学工业园区规划、当地相关政策及自然社会环境条件；

（7）«2019年“东华科技・恒逸石化杯”第十三届全国大学生化工设计竞

赛指导书》；

（8）《产业结构调整指导目录（2011年本）》（修正）；

1.3编制原则

（1）严格依据国家法律法规规定及行业标准要求进行项目设计说明书编制,

在建设中体现可持续发展性。同时合理安排建设周期，严格控制工程建设项目的

生产规模和建设投资。

（2）坚持“安全第一，预防为主”的生产方针，严格遵循现行消防、安全、

卫生、劳动保护等有关规定、规范，保障生产安全顺利进行和操作人员的安全。

（3）安全生产与环境保护并重，选用成熟可靠且清洁的生产工艺技术，在

提高生产效率、降低能耗的同时减少污染，尽力降低“三废”排放，同时对生产

中的“三废”进行处理，使排放达到国家和地区规定标准。

（4）坚持“社会经济效益、环保效益和企业经济效益并重”的原则，按照

国民经济和社会发展的长远规划，行业、地区的发展规划，在项目调查、选择中

对项目进行详细全面的论证。

（5）合理设置项目装置组成及设备选型，保证装置的正常运行和产品质量

的稳定性，从而增强项目装置的竞争力。

（6）贯彻工厂布置一体化、生产装置露天化、公用工程社会化、引进技术

与创新相结合的项目建设方针。

1.4产品方案

本项目的产品方案以醋酸乙烯生产能力为基础，再根据国家的行业政策和行

业的发展规划讲行确定，同时充分考虑国内国际的市场前景和市场容量。因此,

本项目的产品方案及规格为：

醋酸乙烯的产品质量达到国家优等品要求，设计年产为10万吨，实际年产

达8.8万吨/年。

1.5生产规模

醋酸乙烯：100000吨/年；

300吨/天；

12.5吨/小时;

年操作时间：8000小时

1.6原料的主要物化性质

1.6.1醋酸

醋酸20℃时比重为1.0495,沸点为118.1℃,熔点为16.6℃,,醋酸的竣基

在某种状况下能活化邻近的甲基，从而使之能发生特殊的加成与取代反应。由于

分子间氢气作用，在温度0~300℃范围内，醋酸蒸气由不同比例的醋酸分子

和二缔合体分子组成，存在着缔合和解离的平衡：

(CH;,C00H)zfCUCOOHA%=70于焦/摩

解离平衡常数与温度的关系为：

Igkp=11.5309-3513.10/T—1.117619T—3.58*10-,T—6.75*10-8T2

平衡时醋酸的解离分率为一摩尔醋酸蒸气中醋酸分子所具有的摩尔数，解离

分率称为醋酸的解离度。

1.6.2乙快

乙快是具有三键的不饱和经，化学性质非常活泼，可与氯化氢、氢氟酸、甲

醇等许多带活泼氢的物质进行加成反应，使乙块中的三链变为结构较为稳定的各

种基衍生物，乙焕易分解，并放出大量热，常温常压下乙焕不会自动分解，需外

加引发能源，乙快与铜或氧化铜反应生成具有爆炸性的乙快铜，所以接触乙快的

设备，不能用含有铜量超过70%的铜合金制造。

1.7设备选型

详见《4.1•设备选型与设计计算说明书》及《4.2•设备选型一览表》。

1.8物料及能量平衡表

详见《2-附1物料衡算：物料平衡计算书》及《2•附2能量衡算：能量平

衡计算书》。

第二章化工工艺与系统

2.1总述

本项目对年产10万吨醋酸乙烯工程进行相关设计，进料为乙块和醋酸蒸汽。

从原料进入到产品输出，本项目主要工艺路线可分为如下：

（1）原料气的净化

（2）气相催化合成

（3）产品精制

2.2设计范围

本项目工艺设计包括原料气的净化、气相催化合成、产品精制,包括塔设备、

分离设备、换热器、压缩机、泵等设备的设计与选用。设备、物料、能量具体内

容见《4.1-设备选型与设计计算说明书》、《4.2■设备选型一览表》、《2■附1

物料衡算：物料平衡计算书》、《2•附2能量衡算：能量平衡计算书》。

2.3标准规范

（1）《化工工厂初步设计文件内容深度规定》（2000年版）及有关专业国

家标准。

（2）《化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定》（2012年修订版）

及有关专业国家标准。

（3）《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共和国劳动安全法》等

相关的国家法律、法规。

（4）由东化学工业园区规划、当地相关政策，当地自然社会环境条件。

（5）《2019年“东华科技・恒逸石化杯”第十三届全国大学生化工设计竞赛设

计任务书》。

2.4工艺方案论证

目前工业上使用的生产醋酸乙烯的方法主要有两种，即乙焕法和乙烯气相法,

表「1」给出了两种生产方法的主要技术参数及优缺点比较。

乙焕气相法乙烯法

反应条件

液相法气相法

温度180-200-0110〜130c150〜200c

压力常氏30〜40大气压5-10大气压

气体组成乙快/‘醋酸=2〜4氧气/乙烯=0.05氧气/醋酸/乙烯=1/4/8

空间速度10()〜250150()〜1()00

反应热90.4千焦/摩尔210千焦/摩尔252干焦/摩尔

反应形式固定床、流化床气液相反应固定床

空时收率1吨/'立方米・天2.1吨/立方米•天3〜5吨/立方米•天

醋酸20〜30%氧气60〜70%、醋酸20%、

转化率醋酸30〜60%

乙烯2〜3%乙烯10%

催化剂活性碳-醋酸锌PbCl-CuCl-LiOAc载体-钳-醋酸钾

反应选择件95%（乙块）VAC+ACH90%(C,H4)85%以上（心乩）、95%以上

（醋酸乙烯）98%（醋酸）95%以上(HAc)(IIAc)

乙醛多量、COM2〜5%）乙幡0.5%、二氧化碳

副产物乙醛、巴旦醛

甲酸、醋酸卬酯等5〜15%、醋酸甲酯等

建设费用低反应热容易移去副产物少，催化剂生产能

1儿M

副产物少原料醋酸可以自给力高，腐蚀问题容易解决

原料乙快不易得设备腐蚀大，副产物多催化剂费用大

触占

价格贵建设费用最大反应热难移去

2.4.1乙焕气相法

目前有两大类，乙烯法和乙焕法。而其下主要方法为乙熄气相法，乙烯气相

法，乙烯液相法。

（1）乙快气相法

乙块气相法比液相法有很大优势。其工艺特点有：（a）由于是连续反应，长

期稳定的运行便于工艺控制自动化；（b）催化剂由廉价的锌制得；（c）逐步副反应受

控制，等副产物量少；（d）醋酸乙烯选择性大幅度提高，单体质量好。

乙烘气相法合成醋酸乙烯是以乙块和醋酸蒸汽为原料,在活性碳催化剂的作

用下完成的，具有催化剂选择性高、反应控制简单的特点，在1928年以后的30年

间占了主导地位。前期多使用固定床催化方式，使用列管式固定床反应器，或者使

用箱式固定床反应器。前者以公司技术为代表,后者以Hoechst公司技术为代表。

1956年以后开发出流化床催化方式的乙焕气相法生产技术。

乙焕气相法醋酸乙烯生产工艺可以分为三个部分原料气的净化、气相催化合

成和产品精制。乙烘气相法反应温度一般为180~220c压力为0.03~0.04MPa,

空速为300~400hL催化剂的寿命约半年。以乙烘和醋酸为基准的单程转化率分

别为60%和80%,选择性分别为95%和97%o在电石及天然气资源丰富的地区,

乙快气相法工艺的使用比较普遍。

（2）乙烯气相法

乙烯气相法工艺是使乙烯、氧气和醋酸蒸汽在把（Pd）、金（Au）或伯

（Pt）/SiO2（或AI2O3）贵金属负载形催化剂的作用下，在100~200℃、0.6—1.1MPa

条件下发生气相氧化而合成醋酸乙烯，反应方程式如下：

CH3coOH+CH2=CH2+1/2O2-CH3coOHCH=CH2+H2O

CH2=CH2+2O2f2co2+2H20

乙烯气相法醋酸乙烯生产分为合成和回收精制两部分,