第三章工藝流程的模擬與優(yōu)化3.1物性方法的選取甲醇，氫氣和順酐 都為非極性或極性較弱的物系，選用PENG-ROB作為此設(shè)計的全局物性方法。3.2采集數(shù)據(jù)3.2.1工藝數(shù)據(jù)(一)設(shè)計項目：年產(chǎn)5萬噸1,4-丁二醇工藝設(shè)計(二)原料名稱：順酐、氫氣、甲醇。(三)產(chǎn)品名稱及規(guī)格：工業(yè)，純度為99.9%(四)生產(chǎn)時間：8000h(五)原料進料量：7500kg/h3.3工藝流程優(yōu)化利用AspenPlus進行部分設(shè)備的模擬優(yōu)化，。模擬最終達到了如下目的：（1）在模擬過程中，最終確定了各關(guān)鍵工藝參數(shù)，對系統(tǒng)進行了初步調(diào)優(yōu)（2）結(jié)合模擬過程，對本項目工藝參數(shù)的可行性進行了驗證（3）以模擬數(shù)據(jù)為前提，完成單元設(shè)備物料與能量衡算，（4）本項目中，我們將氣相加氫反應(yīng)器（R0201）和甲醇回收塔塔（T0304分別）進行了優(yōu)化。3.3.1塔設(shè)備優(yōu)化（以T0304為例）3.3.1.1優(yōu)化目標(biāo)優(yōu)化目標(biāo)：從T0301粗THF塔塔釜得到甲醇、水、BDO等的混合物，其中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)為58.15%。混合物中存在大量的甲醇可回收利用。為減少甲醇的消耗，希望甲醇回收率為99%，在確保分離要求的前提下，盡量控制設(shè)備費用以及操作費用。3.3.1.2總板數(shù)優(yōu)化使用簡捷計算模塊DSTWU進行初始計算，分析理論板數(shù)與回流比的關(guān)系。將甲醇作為輕關(guān)鍵組分，根據(jù)生產(chǎn)要求，塔頂甲醇收率為0.998，水的收率為0.00028，回流比設(shè)置為最小回流比的1.2倍，冷凝器為全冷凝。下圖為塔板數(shù)與回流比的關(guān)系：圖3-1甲醇塔理論板數(shù)與回流比的關(guān)系由上圖可知，當(dāng)理論板數(shù)大于40時，回流比下降趨勢平緩，因此選擇理論板數(shù)為40，參考DSTWU中數(shù)據(jù)，將回流比1.306，再沸比2.9作為初值，并在RadFrac模型中進行進一步優(yōu)化。3.3.1.3進料板位置優(yōu)化進料板位置對塔的分離效率有較大的影響，進而影響精餾塔操作時的能耗。精餾塔冷凝器熱負荷小于零，再沸器熱負荷大于零，冷凝器、再沸器熱負荷絕對值越小越好，因此我們將再沸器熱負荷（正）減去冷凝器熱負荷（負）來度量精餾塔冷凝器再沸器的能耗。由圖可知，在進料板為第10塊板前時，塔頂塔底總負荷先隨著進料板位置下降而減小，塔頂甲醇質(zhì)量分率也隨進料板位置下降而增加，進料板為10塊板數(shù)之后，塔頂塔底總負荷、塔頂甲醇質(zhì)量分率變化不大。根據(jù)《化工設(shè)計競賽-現(xiàn)代設(shè)計方法評審細則》中，要求填料塔每段填料高度應(yīng)為4-6m，故最終選擇第14塊塔板為進料板。3.3.1.4回流比優(yōu)化將進料板為第10塊板，結(jié)果代入RadFrac模塊進行嚴(yán)格計算，做回流比與甲醇質(zhì)量分率、質(zhì)量流量靈敏度分析，其結(jié)果如下：圖3-2甲醇塔回流比靈敏度分析最終選擇回流比為1.3，在該點之后，增加回流比對環(huán)戊烷濃度改變不大。3.3.1.5再沸比優(yōu)化將塔板數(shù)與回流比代入RadFrac模塊計算，做再沸比與甲醇質(zhì)量分率靈敏度分析，其結(jié)果如下：圖3-3甲醇塔再沸比靈敏度分析隨著再沸比增大，甲醇質(zhì)量分率逐漸增大，但再沸比增大，再沸器熱負荷增加，圖中當(dāng)再沸比為2.887時，甲醇質(zhì)量分率隨再沸比增加的斜率最小，故選擇再沸比為2.887。以上優(yōu)化過程源文件為“4-T0304再沸比模擬.bkp”。3.3.1.6綜合優(yōu)化結(jié)果精餾塔T0304主要用以分離循甲醇，優(yōu)化得到塔的理論板數(shù)為40塊（包括冷凝器和再沸器）。通過靈敏度分析結(jié)果得到塔的回流比為1.3、再沸比為2.887，優(yōu)化后的加料板為第14塊板上。在此優(yōu)化條件下，全塔流股信息如表2所示，塔頂產(chǎn)物中甲醇純度和回收率均符合要求。最終優(yōu)化結(jié)果源文件為“T0304塔優(yōu)化結(jié)果.bkp”。表3-1T0304精餾塔優(yōu)化后分離結(jié)果流股名稱T0301-WT0304-DT0304-W溫度℃84.049.395.9壓力bar1.50.50.5摩爾流量kmol/hr242.7139.7103.0質(zhì)量流量kg/hr11886.84475.97410.9質(zhì)量分率CH3OH38.06%99.97%0.66%MA0.33%0.00%0.52%MMM0.17%0.00%0.27%H2O3.78%0.03%6.05%DMM0.41%0.00%0.66%GBL3.25%0.00%5.22%BDO54.01%0.00%86.62%由表可知，原流股T0301-D中的甲醇、水、BDO的質(zhì)量分率分別是0.3806、0.0378、0.5401，分離后，塔頂流股T0304-D中甲醇的質(zhì)量濃度為0.9997，

塔釜流股T0304-W中甲醇的質(zhì)量濃度為0.0066，達到了分離的效果，塔頂甲醇回收率99%，符合預(yù)期要求，且此時設(shè)備費用和操作費用較小，故優(yōu)化合理。3.3.2反應(yīng)器優(yōu)化（R0201）3.3.2.1反應(yīng)器溫度優(yōu)化根據(jù)AspenPlus做剩余DMS質(zhì)量、BDO生成質(zhì)量靈敏度的分析，可得到分析結(jié)果如圖所示：圖3-4剩余DMS質(zhì)量、BDO生成質(zhì)量對反應(yīng)氣體入口溫度的靈敏度分析根據(jù)ASPEN靈敏度分析結(jié)果得，當(dāng)溫度大約在158℃左右時，DMS大部分全部反應(yīng)完全，對于BDO和GBL的可逆反應(yīng)，來說反應(yīng)溫度越低BDO的轉(zhuǎn)化率越高，即反應(yīng)溫度增加有利于提高產(chǎn)物。同時考慮催化劑活性等問題，結(jié)合文獻中的數(shù)據(jù)，最后確定反應(yīng)溫度為160℃，此外，由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)因此我們使用飽和液態(tài)水作為移熱介質(zhì)，來確保反應(yīng)溫度的穩(wěn)定。3.3.2.2反應(yīng)壓力優(yōu)化由Aspenplus靈敏度分析結(jié)果如圖2所示，隨著壓力的增加，BDO的生成質(zhì)量增加，當(dāng)反應(yīng)壓力大于6.0MPa時，產(chǎn)品總選擇性的增加不再明顯，考慮到設(shè)備投資，最終選擇反應(yīng)壓力為6.0MPa。圖3-5BDO生成質(zhì)量對反應(yīng)壓力的靈敏度分析3.3.2.3反應(yīng)器長度優(yōu)化由Aspenplus靈敏度分析結(jié)果如圖3所示，BDO生成的質(zhì)量隨固定床長度增大而增大，但當(dāng)長度增加至4m時，BDO質(zhì)量增大趨勢逐漸平緩。故最終確定反應(yīng)器長為4m。圖3-6BDO生成質(zhì)量對固定床長度的靈敏度分析3.3.2.4反應(yīng)器直徑優(yōu)化由Aspenplus靈敏度分析結(jié)果如圖4所示，BDO的生成質(zhì)量隨固定床直徑增大而增大，通過分析可知優(yōu)化固定床直徑，實則是對反應(yīng)停留時間的優(yōu)化，直徑越大，通過反應(yīng)器的流速越大，管長不變，則在反應(yīng)器的停留時間越長，轉(zhuǎn)化率越高，反應(yīng)進行的越完全。單從Aspenplus模擬的結(jié)果來看，似乎當(dāng)固定床直徑為0.3m時，BDO生成質(zhì)量隨著固定床直徑的增加不明顯，最終結(jié)合文獻數(shù)據(jù)及工業(yè)實際情況，選擇反應(yīng)器直徑為1m。圖3-7BDO生成質(zhì)量對固定床長度的靈敏度分析3.3.2.5反應(yīng)器優(yōu)化參數(shù)總結(jié)通過結(jié)合參考文獻及Aspenplus靈敏度分析結(jié)果，確定該反應(yīng)器的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)，整理如下表所示。表3-2反應(yīng)器參數(shù)優(yōu)化名稱名稱溫度160℃床層直徑1m壓力0.36MPa床層長度4m氫酯比200：1催化劑FME-23.4物料衡算與能量衡算3.4.1物料衡算現(xiàn)對順酐加氫工段部分裝置進行物料衡算，以甲醇雙效精餾低壓塔(T0104)為例。圖3-8甲醇雙效精餾低壓塔(T0104)3.4.1.1甲醇雙效精餾低壓塔(T0104)表3-3甲醇雙效精餾低壓塔物料衡算表進出口進口出口流股編號P0105-0E0104-COT0104-DGT0104-WRE-CH3OH溫度C66.0041846399.6452119259.3231537886.2883183359.32315378壓力bar3.51.511.51摩爾汽相分率01100摩爾液相分率10011摩爾固相分率00000質(zhì)量汽相分率01100質(zhì)量液相分率10011質(zhì)量固相分率00000質(zhì)量流量kg/hr6701.2184546209.878697432.31362648871.2552823607.528193MA1.72E-140000CH3OH5329.4957693283.184062328.40475284690.2629463594.01201MMM1.19E-250000H2O1258.0090132926.6521490.126513854180.9316413.603080626DMM1.62E-130000甲醇收率DME113.68524830.000286107103.78072910.0004087259.904396602H200000DMS00000GBL00000BDO00000THF0.0104161040.0002716790.0016295690.0003881120.008670098O200000BUOH0.0180073760.0419287711.03E-060.0598982453.57E-05CO200000N200000DMSO00000質(zhì)量分率MA2.57E-180000CH3OH0.7953024970.5287034130.7596446950.5287034130.99625334MMM1.77E-290000H2O0.1877283990.4712897450.0002926440.4712897450.000998767DMM2.42E-170000DME0.0169648624.61E-080.240058894.61E-080.00274548H200000DMS00000GBL00000BDO00000THF1.55E-064.37E-083.77E-064.37E-082.40E-06O200000BUOH2.69E-066.75E-062.39E-096.75E-069.89E-09CO200000N200000DMSO00000總計kg/hr12911.112911.1進口流量：P0105-0+E0104-CO=12911.1kg/hr出口流量：T0104-DG+T0104-W+RE-CH3OH=12911.1kg/hr進口物流流量=出口物流流量，故T0104物料守恒。3.4.2能量衡算熱量平衡方程：其中，Qin——表示輸入設(shè)備熱量的總和；Qout——表示輸出設(shè)備熱量的總和；Ql——表示損失熱量的總和。對于連續(xù)系統(tǒng)：其中，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。3.4.2.2P0101順酐進料泵熱量衡算表3-7熱負荷表表3-8流股焓變計算表表3-9熱量平衡計算表一覽ror-9032.65-9032.39-9032.39--9032.65=

3.4.2.3T0101反應(yīng)精餾預(yù)處理塔熱量衡算表3-10熱負荷表WQ0表3-11流股焓變計算表INOUT物流編號P0103-OT0104-DT0104-WTemperature(℃)71.0079.22267.96Pressure(bar)61.52VaporFrac000MoleFlow(kmol/hr)254.67248.905.78MassFlow(kg/hr)16457.5115695.01762.503VolumeFlow(cum/hr)274.91267.911.68Enthalpy(Mcal/hr)27490.63-22967.33-554.13表3-12熱量平衡計算表一覽ror-27490.636-（-27491）=

3.4.2.1E0101換熱器熱量衡算表3-4熱負荷表表3-5流股焓變計算表表3-6熱量平衡計算表一覽-=第四章設(shè)備選型4.1反應(yīng)器選型（R0101A）4.1.1反應(yīng)器催化劑顆粒直徑催化劑粒徑范圍是4~8mm，取催化劑的粒徑為5mm。4.1.2反應(yīng)器催化劑的用量催化劑總體積 是決定反應(yīng)器主要尺寸的基本依據(jù)，計算公式如下：原料體積流量：V0=V1×=16.75488m3/h則順酐酯化反應(yīng)器催化劑床層的體積為：催化劑用量：催化劑裝填密度為900kg/m3催化劑用量為：m=900*8.37744=7539.696kg4.1.3反應(yīng)器列管尺寸及根數(shù)為消除床層空隙率的不均引起的流速不一，反應(yīng)管徑至少要在粒徑的八倍以上。催化劑粒徑5mm，給定轉(zhuǎn)化管尺寸Φ56×3mm，故管內(nèi)徑di為50mm，即為 0.05m,據(jù)Aspen模擬優(yōu)化后的管長為6m。催化劑填充高度為4.8m。催化劑單管填充體積計算公式為：催化劑單管填充體積為：V=π/4×0.05×0.05×4.8×(1-0.6)=0.003768m3 則反應(yīng)管根數(shù)為：4.1.4反應(yīng)器殼體內(nèi)徑殼體直徑計算式：則管心距：4.1.5接管設(shè)計4.1.5.1 反應(yīng)器進料接管設(shè)計則接管內(nèi)徑為：根據(jù)GBT17395-2008無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差，選取外徑為56mm，壁厚為3mm的無縫鋼管，即Φ56×3mm材料為S30408的無縫鋼管，接管在封頭頂部處，伸出長度20mm。此時管內(nèi)的流速為：4.1.5.2反應(yīng)器出料接管設(shè)計由此可知接管內(nèi)徑為：此時管內(nèi)的流速為4.1.5.3換熱水進出口接管計算接管內(nèi)徑為：接管內(nèi)徑為：4.1.6反應(yīng)器折流板設(shè)計參照《化工工藝設(shè)計手冊第四版》第15章關(guān)于換熱器的部分，圓缺高度為： 殼體直徑的五分之一為最小折流板間距，殼徑為最大板間距，取弓形折流板間距為殼體內(nèi)徑的40%：折流板數(shù)量為：4.1.7反應(yīng)器拉桿，定矩管設(shè)計拉桿采用螺紋連接，與管板連接端的螺紋長度由公式：比例系數(shù)為1.3，則4.1.8反應(yīng)器管板設(shè)計考慮到提升設(shè)備整體強度。管板厚度取50mm。4.1.9封頭設(shè)計使用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭形狀系數(shù)，則有為焊接方便，封頭材料與管箱筒體一致，選擇材料為Q345R。則則封頭的名義厚度為：殼體厚度=18mm。封頭直邊高度，內(nèi)徑的四分之一為曲邊高度，即：最終確定：4.1.10反應(yīng)器支座設(shè)計圓柱形裙座，材質(zhì)為Q345R，對接式全焊透連續(xù)焊。地腳螺栓的結(jié)構(gòu)選擇外螺栓作結(jié)構(gòu)形式，裙座內(nèi)外側(cè)鋪設(shè)石棉水泥防火層，考慮到方便檢修需設(shè)置檢查孔，其直徑600mm。裙座高度：H=0.75D+2=4.1m4.1.11反應(yīng)器殼體厚度設(shè)計校核4.1.11.1殼層厚度設(shè)計內(nèi)壓容器的設(shè)計壓力取設(shè)計溫度一般比最高溫度高15℃～30℃左右。因此反應(yīng)器為內(nèi)壓容器，其計算厚度的計算公式為：在本工藝中，進行雙面焊取，100%無損檢測，焊接系數(shù)取1。許用應(yīng)力[σ]t=147MPa。（300℃，Q345R）由此可計算出厚度為：查閱GB150可知，取腐蝕余量為3mm，負偏差為0.3mm。殼體的名義厚度為：所以圓整后殼體厚度取18mm4.1.12反應(yīng)器壓力試驗及強度校核計算出來的厚度需要經(jīng)過水壓試驗進行校核.壓力校核公式：有效厚度：因此可以得到：壓力校驗通過需滿足下式：因此耐壓試驗強度通過。4.1.13反應(yīng)器外形尺寸匯總4.1.13.1筒體直徑表4-1反應(yīng)器零件尺寸圖項目內(nèi)徑（mm）厚度（mm）外徑（mm）內(nèi)管50356管箱筒體2800182836筒體2800182836封頭(直邊部分)28001828364.1.13.2高度筒體高度：H=6m 裙座高度：H2=4.1m封頭高度：H3=700+25+18=743mm=0.743m前端管箱筒體：1.5m后端管箱筒體：1.5m反應(yīng)器高度：H=13.843m4.1.13.3床層的流動阻力降計算一般固定床反應(yīng)器壓降小于床內(nèi)壓力的15%。根據(jù)催化劑填充方式為結(jié)構(gòu)化填充而不采用隨機床填充，所以床層空隙率為0.6。選擇Ergun公式進行床層壓降計算式中：f——摩擦阻力系數(shù)；ρ——氣體密度，3kg/m；u——床層表觀流速，m/s；L——床層高度，m；——床層空隙率；pd——催化劑比表面積當(dāng)量直徑，m；——氣體粘度，Pa·sRem——雷諾數(shù)；查AspenPlus得混合氣粘度、密度等參數(shù)如下：表4-2反應(yīng)器基本數(shù)據(jù)表壓降計算反應(yīng)器長度L（m）13.843催化劑粒徑（m）0.005床層空隙率ε(m3)0.6混合氣粘度μ（Pa·s）0.0000148混合氣密度（kg/)18.623原料氣體體積流量（m3/hr）882.68床層壓降計算得到的床層壓降小于入口壓力的15%，設(shè)計符合壓降要求。4.2填料塔設(shè)備設(shè)計4.2.1塔設(shè)計條件(T0304)通過ASPEN模擬和優(yōu)化，得到T0304設(shè)備內(nèi)流股介質(zhì)名稱、組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))和流量。表4-3甲醇塔內(nèi)介質(zhì)名稱、組成和流量流股編號單位T0301-WT0304-DT0304-W相態(tài)液相液相液相溫度C83.9657549249.2575332695.90603168壓力barb1.30.50.5001質(zhì)量焓cal/gm-1552.902127-1787.797108-1419.641264摩爾熵cal/mol-K-78.79296668-58.21976209-111.7608238質(zhì)量熵cal/gm-K-1.609081696-1.817421891-1.553651927摩爾密度mol/cc0.0143118190.018086010.011426229質(zhì)量密度gm/cc0.7008162970.5793719230.821937477焓流量cal/sec-5127497.218-2222842.965-2922386.38平均分子量48.9676608132.034258271.93427421摩爾流量kmol/hr242.7473465139.7263715103.0209749MAkmol/hr0.3947424.75E-240.394742CH3OHkmol/hr141.179139.64738711.53161289MMMkmol/hr0.1518251.93E-350.151825H2Okmol/hr24.95950.07891594124.88058406DMMkmol/hr0.3368513.37E-160.336851DMEkmol/hr000H2kmol/hr1.04E-11600DMSkmol/hr000GBLkmol/hr4.492661.47E-184.49266BDOkmol/hr71.23273.84E-2871.2327THFkmol/hr1.34E-051.34E-051.42E-23O2kmol/hr000BUOHkmol/hr5.50E-055.50E-054.34E-21CO2kmol/hr2.26E-7000N2kmol/hr000DMSOkmol/hr0004.2.2設(shè)計溫度與設(shè)計壓力作為內(nèi)壓容器進行設(shè)計計算。設(shè)計壓力應(yīng)高于或等于安全閥的整定壓力。因此取設(shè)計壓力為1.4.21.4.2設(shè)計溫度與設(shè)計壓力根據(jù)GB150-2011，壓力容器操作壓力指壓力容器頂部氣相壓力，對于T0401而言，塔頂壓力為0.5bar，應(yīng)作為內(nèi)壓容器進行設(shè)計計算。塔頂裝有安全閥，而安全閥的整定壓力為正常操作壓力的1.05~1.1倍，設(shè)計壓力應(yīng)高于或等于安全閥的整定壓力。因此取設(shè)計壓力為P=1.1P=0.055MPa塔頂溫度為49.23℃，體系最高溫度為95.91℃，設(shè)計溫度需要比操作溫度高15~30℃，取設(shè)計溫度為120℃，根據(jù)該操作條件和流體性質(zhì)，選擇Q345R來作為本塔的材料。設(shè)計溫度高于操作溫度15~30℃，本塔的材料選擇Q345R。4.2.3實際塔板數(shù)N采用O’connell法計算塔效率:ET=0.49×(a×u)?0.245μ——在塔頂、底算數(shù)平衡溫度下，進料液體平均黏度，cPα——輕、重關(guān)鍵組分的相對揮發(fā)度根據(jù)Aspen計算結(jié)果，可以計算出μL=0.5725cP，α=0.6921經(jīng)計算得ET=0.6147所以實際塔板數(shù)實際進料塔板4.2.4塔型的選擇選擇填料塔，填料塔具有以下優(yōu)勢：(1)壓力降小(2)操作彈性大(3)持液量小4.2.5填料選擇填料塔的填料大體分為散裝填料和規(guī)整填料。本設(shè)計方案選擇孔板波紋規(guī)整填料。4.2.6結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)水力學(xué)校驗以及圓整得塔頂空間高在塔頂空間開設(shè)直徑為900mm的人孔。根據(jù)Aspen的模擬結(jié)果，塔底空間放置液體收集裝置塔底以及分布器頂部共開設(shè)4個人孔。因此，開人孔以及液體分布器的總高度(塔頂塔底有富余空間作開人孔用)：圓筒計算厚度：為焊接系數(shù)0.85；取壁厚負偏差C1為0.5mm，腐蝕裕量C2為3mm因此δ=δc+C1+C2=0.308+0.5+3=3.808mm為方便焊接、制造等，校核后更改為10mm。采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，材料為Q345R,封頭高度為WW封頭計算厚度：從而為：取壁厚負偏差C1為0.3mm，腐蝕裕量C2=2mmδ=δc+C1+C2=0.308+0.+2=2.608mm向上圓整則名義厚度為3mm，經(jīng)過校核后更改為10mm。裙座高度其厚度采用經(jīng)驗值20mm，圓柱形裙座，裙座上開設(shè)圓形檢查孔，筒體高度不包括封頭與裙座：H1=15.2(填料高度)+1.2+1.5+12(兩個段間)+0.5=20.4m塔的總高度為：H=[HW+6(封頭厚度)]+HQ+H1=23.84m選擇材料為Q345R,地腳螺栓16個.(1)原料進口接管設(shè)計進料的體積流量為16.96m3/h，流體經(jīng)濟流速為3m/s。選擇Φ50×2mm規(guī)格的無縫鋼管，實際流速為(2)塔頂蒸氣出口接管設(shè)計選擇Φ480×9mm規(guī)格的無縫鋼管，流速為(3)塔底再沸器出口接管設(shè)計進入塔底再沸器選擇Φ54×3mm規(guī)格的無縫鋼管，速為(4)塔頂回流入口接管設(shè)計選擇Φ50×3mm規(guī)格的無縫鋼管，(5)再沸器回塔底入口接管設(shè)計選擇Φ480×9mm規(guī)格的無縫鋼管，實際流速為接管名稱體積流量m3/h實際流速m/s接管尺寸塔頂氣體出口管17057.2226.197Φ480×9mm回流進料管10.0431.42Φ50×3mm進料管16.962.4Φ50×2mm塔底再沸返回管18163.6827.896Φ480×9mm去再沸器出口管17.6782.15Φ54×3mm表4-4接管尺寸總結(jié)表表4-5塔結(jié)構(gòu)參數(shù)小結(jié)參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值設(shè)計壓力0.055MPa設(shè)計溫度120℃塔直徑精餾段/提餾段1400mm填料類型規(guī)整：MellapakPL理論板數(shù)40理論加料板14實際板數(shù)66實際加料板22填料層高度15200mm塔總高23840mm殼體材料Q345R封頭材料Q345R塔筒體壁厚10mm封頭壁厚10mm液體分布器槽式溢流分布器液體分布器寬度200mm填料支撐裝置格柵式支撐板支撐裝置寬度100mm液體收集裝置整體式遮板式收集裝置收集裝置寬度200mm人孔數(shù)目4裙座厚度20mm地腳螺栓材料Q345R地腳螺栓大小DN76mm地腳螺栓數(shù)量16水壓試驗壓力MPa0.3298第五章經(jīng)濟分析5.1直接材料費表5-1直接材料費用一覽表原料名稱年消耗單價總價/萬元順酐66491.2噸8800元/噸58512.26氫氣4766540m33元/m31429.96甲醇22380.32噸2000元/噸4473.53DNW-I型樹脂催化劑7540kg200（元/kg）150.8FHE-2型催化劑38412kg100（元/kg）384.12萃取劑DMSO352噸/年4000元/噸140.8總計65091.475.1.1原材料費用5.1.2公用工程表5-2直接材料費用一覽表材料名稱單價年消耗總費用（萬元）電0.75元/kw·h51284480.27kw·h3846.34循環(huán)冷卻水1元/t39704402.4t3970.44-25℃冷凍劑20元/t5824712t11649.42中壓蒸汽240元/t77102.16t1850.45低壓蒸汽200元/t299573.576t5991.47氮氣0.2元/Nm323500Nm30.47儀表空氣0.12元/Nm3163500Nm31.96總計27310.555.2直接工資及福利本廠定員77人，每年員工工資及總計830萬元。福利金額為328.68萬元。共計1158.68萬元。5.3設(shè)備購置費5.3.1工藝設(shè)備價格5.3.1.1主要設(shè)備費用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備價格根據(jù)市場調(diào)查。非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備費用，進行估算采用下列計算公式：A.反應(yīng)器設(shè)備(總計140.24萬元)B.塔設(shè)備（總計631.62萬元）C.換熱器（總計309.17萬元）C.氣液分離器（總計33.47萬元）E.壓縮機（總計195萬元）F.泵（總計22.74萬元）G.儲罐（總計200.91萬元）H.混合器（總計5.6萬元）總計1578.75萬元5.4固定資產(chǎn)折舊費本項目折舊計算方法采用直線折舊法，根據(jù)如下公式計算：P——資產(chǎn)原值；S——預(yù)計資產(chǎn)殘值；n——折舊年限。表5-3折舊費用一覽表名稱原值（萬元）折舊年限（年）年折舊費（萬元/年）生產(chǎn)設(shè)備3351.710318.41房屋建筑837.932039.8儀表工具386.8573.45總計431.665.4.1維修費5.4.2其他費用生產(chǎn)不可避免會產(chǎn)生三廢。下面為三廢處理所需費用表5-4產(chǎn)品成本匯總表廢物類型所含物質(zhì)處理方式處理費用廢氣氫氣、氮氣，二氧化碳以及THF和甲醇等有機物總廠火炬系統(tǒng)燃燒供熱100萬元/年廢液塔頂及塔釜廢水主要含有機物送至總廠污水處理裝置進行生化處理。300萬元/年廢渣失效催化劑、生活垃圾以及包裝廢物失效催化劑送回供應(yīng)商，生活垃圾及包裝送往垃圾場.350萬元/年總計750萬元/年則本項目三廢處理費用為750萬5.4.3成本匯總表5-5產(chǎn)品成本匯總表序號項目估算成本(萬元)1原材料及輔助費65091.472動力費27310.553人工費1158.684折舊費431.665設(shè)備購置費1578.756維修費22.597其他直接支出750總計96343.75.5銷售收入和稅金估算5.5.1銷售收入本項目以1,4-丁二醇為主要產(chǎn)品，年產(chǎn)量為51150.88噸，同時本項目副產(chǎn)四氫呋喃4141.77噸。2022年，六月中旬，受上游原料貨緊價揚托舉，疊加下游剛需走貨順暢，1,4-丁二醇市場又開始推漲，廠家挺價愿意強烈，市場現(xiàn)貨偏緊，1,4-丁二醇市場再次開啟漲勢。本項目生產(chǎn)純度為99.9%的1,4-丁二醇，1,4-丁二醇為22000元/噸計算。副產(chǎn)品為99.8％四氫呋喃，價格為29000元/噸計算。表5-6銷售收入11,4-丁二醇20000102301.762四氫呋喃2900012011.13總計114312.895.5.2稅金估算（1）增值稅表5-7增值稅一覽表全負荷時的銷售收入（單位/萬元）稅率單位/萬元銷項稅額114312.8913%13151.04本項目進項稅92402.021310630.32增值稅=銷項稅額-本項目進項稅2520.72（2）城市維護建設(shè)稅本項目城市建設(shè)維護稅率為增值稅的7%。為176.45萬元。（3）教育附加稅教育附加稅率為3%。為75.62萬元。（4）企業(yè)所得稅企業(yè)所得稅率25%，故所得稅為3846.31萬元。5.6數(shù)據(jù)匯總序號項目稅率%稅金（萬元）1產(chǎn)品銷售收入114312.89銷項稅額1313151.042產(chǎn)品總成本96153.98購入原材料和動力費96343.7進項稅額1310630.32增值稅132520.723城市維護建設(shè)費7176.45教育附加稅376.524銷售稅金及附加2773.695企業(yè)所得稅253846.31表5-8數(shù)據(jù)總覽表第六章三廢排放和處理措施6.1廢水處理本項目的工藝廢水中有機污染物含量相對較低，主要有甲醇雙效精餾高壓塔塔底廢水，粗BDO塔塔頂廢水，V0301氣液分離罐廢水和萃取劑回收塔塔頂共四股，含有各種有機物，可以送至總廠污水處理裝置進行生化處理。6.2廢渣處理本過程中產(chǎn)生的廢固主要包括反應(yīng)器中對應(yīng)的固體催化劑、生產(chǎn)包裝物以及生活垃圾等。按照下述廢固處理的方式，本工程產(chǎn)生的廢固經(jīng)妥善收集處置后幾乎實現(xiàn)完全處理且實現(xiàn)部分回收利用，避免了對周圍環(huán)境產(chǎn)生的影響。6.3廢氣處理本項目產(chǎn)生的廢氣在處理后，排放全部達標(biāo)；且最大程度減小了對環(huán)境的污染和對周圍居民的生活影響。本項目的工藝廢氣主要有反應(yīng)尾氣，氫氣循環(huán)廢氣、甲醇雙效精餾低壓塔塔頂反應(yīng)物氣液分離罐和THF塔塔頂廢氣含的廢氣。廢氣中主要有氫氣，氮氣、甲醇等。反應(yīng)過程中不可避免面反應(yīng)尾氣，同時本項目管道氣體的壓力略高于常壓，與總廠瓦斯管網(wǎng)壓力相近，因此都可以直接送至總廠瓦斯管網(wǎng)，作為燃料供能原料，節(jié)約公用工程耗費。

第七章車間布置7.1布置結(jié)果為了讓氣相加氫反應(yīng)工段的流程管道長度最短，氫氣壓縮機被放置在加氫車間的一樓，而三臺臥式換熱器被放置在合成車間的二樓。加氫反應(yīng)器是固定床反應(yīng)器，被放置在合成車間的一樓。經(jīng)過換熱器加熱后，兩股物流從反應(yīng)器頂部進入反應(yīng)器進行反應(yīng)。產(chǎn)物反應(yīng)后通過三個冷卻器降溫至-10℃，然后通過氣液分離罐進行分離，將氫氣和其他物質(zhì)分離開來。圖7-1車間布置平面圖1圖7-2車間布置平面圖2第八章總結(jié)本設(shè)計采用了順酐酯化加氫法生產(chǎn)1,4-丁二醇，此工藝法反應(yīng)條件比較溫和，設(shè)備投資費用不大，原料來源及價格穩(wěn)定，因此順酐酯化加氫法的投資費用較少。順酐、甲醇和氫氣為原料，查詢有關(guān)于順酐酯化加氫法的文獻。確認流程模擬所需相關(guān)參數(shù)。打通工藝流程。通過對部分設(shè)備進行靈敏度分析確定最佳參數(shù)。對主要設(shè)備進行能量以及物料衡算。對主要裝置通過模擬出的數(shù)據(jù)指導(dǎo)設(shè)備選型。完成本設(shè)計經(jīng)濟分析，同時管路及物流進行布置，繪制圖紙。合理安排車間內(nèi)裝置布置。

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