天津大学IChemE设计小组报告.docx
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本科生毕业设计说明书
学院化工学院
专业化学工程与工艺
年级2009级
姓名
指导教师
2013年03月16日
摘要
本文是对年产10万吨甲醇合成与精馏工艺设计的总结与评价。
首先绘制了详细的工艺流程图（PFD），给出所有流股的温度、压力及组成条件，对其中的各个设备进行详细说明；根据每个设备不同的特点，制定了控制方案，并由此绘制出PID。
遵循安全生产的原则，对整个厂区进行平立面布置，并确定出合成工段和精馏工段中各设备的具体位置和安全距离。
为了确保安全生产，对各类设备进行了危险与可操作性分析（HAZOP分析），详细分析了操作过程中可能出现的偏差、原因以及可行的解决方案。
为了考察方案的经济性，对整个设计进行了详细的经济评价和敏感性分析，得出设计方案切实可行的结论。
最后制定了详细的开停车方案，并对整个设计进行总结。
关键词：
PFD；PID；设备说明；HAZOP分析；经济评价；控制；开车停车；厂区布置。
天津大学2013届本科生毕业设计
目录
第一章PFD图和流程说明 1
1.1工艺流程图（ProcessFlowDiagram） 1
1.2物料平衡表 1
1.3流程说明 1
第二章完整设备说明 2
2.1反应器设备说明 2
2.2精馏塔设备说明 3
2.3换热器类设备说明 8
2.4泵类设备说明 9
第三章管道仪表流程图 10
第四章厂区平面图布置 11
4.1平面布置设计理念 11
4.2平面布置原则 11
4.3平面布置方案 11
4.4厂区平立面布置图 14
第五章完整的HAZOP分析 15
5.1HAZOP分析概述 15
5.2HAZOP方法的作用 15
5.3安全评价方法 17
5.3.1合成塔R101HAZOP分析 17
5.3.2原料换热器E101HAZOP分析 22
5.3.3气液分离器V101HAZOP分析 23
5.3.4预塔预热器E103HAZOP分析 25
5.3.5预塔再沸器E104HAZOP分析 26
5.3.6加压塔进料泵P102A,BHAZOP分析 27
5.3.7预精馏塔T101HAZOP分析 29
5.3.8常压塔T103HAZOP分析 32
5.3.9甲醇生产工段的HAZOP分析 34
第六章经济性分析 37
6.1投资估算 37
6.1.1工程概况 37
6.1.2编制依据 37
6.1.3投资分析 37
6.1.4流动资金估算 40
6.1.5建设项目总投资 40
6.2财务分析 40
6.2.1财务评价基础数据与参数选取 40
6.2.2销售收入估算 42
6.2.3成本费用估算 43
6.2.4财务评价报表 43
6.2.5财务评价指标 44
6.2.6不确定性分析 45
第七章工厂控制方案 51
7.1甲醇合成工段 51
7.2精馏工段 53
第八章甲醇工艺开停车方案 54
8.1试车阶段 54
8.1.1总体试车原则 54
8.1.2试车前对于各专业的要求 55
8.2甲醇合成塔开停车方案：
55
8.2.1正常开车操作方案：
55
8.2.2正常停车操作方案：
57
8.2.3紧急停车或联锁跳车操作方案：
57
8.3三效精馏开停车方案：
57
8.3.1正常开车程序：
57
8.3.2停车程序 59
第九章结论 61
参考文献 63
附录 64
68
第一章PFD图和流程说明
1.1工艺流程图（ProcessFlowDiagram）
工艺流程图见附图。
1.2物料平衡表
物料平衡表见附表F1-1至F1-2。
1.3流程说明
合成气首先经过一级压缩后与循环气混合，再经历二级压缩到5.15MPa，加热到220oC进入反应器进行反应，反应压力为5MPa，温度为260oC。
反应后的高温气体进入热交换器与冷的原料气换热后，进一步在水冷却器中冷却至40oC，然后在分离器中分离出液态粗甲醇和气体组分，气体组分进行少量放空后循环利用，而放空气中由于含有一定量的甲醇组分，利用水洗罐将甲醇回收出来，与分离器中分离出来的粗甲醇进行混合。
粗甲醇先经过节流阀把压力降低到0.4MPa，后经过换热器加热到70oC到达闪蒸罐进行闪蒸，除去其中的轻组分，下面产出较为纯净的粗甲醇，在其中加入一定量的氢氧化钠，用于中和某些酸性副产物。
由于蒸出的轻组分中有一定的甲醇存在，使之经历水洗罐回收甲醇组分后与闪蒸罐产出的粗甲醇混合后进入预精馏塔中精馏。
塔顶出来的轻组分经历进一步冷却，冷凝下来的液体组分回流继续精馏，其余气体放出。
塔底出来的粗甲醇经过泵、换热器后达到125oC、0.7MPa的条件，打入高压塔进行进一步精馏，塔顶出来的气体与常压塔塔釜换热冷凝成为液体进入分流器，1/4采出作为精甲醇产品，3/4回流。
高压塔塔釜出来的粗甲醇冷却至60oC进入常压塔，常压塔塔顶则产出精甲醇组分，与高压塔产出的精甲醇混合之后一并降温至40oC进入灌区储存。
第二章完整设备说明
2.1反应器设备说明
1、反应器R101
表2-1反应器设计条件说明
编号
设备名称
R101
管壳式甲醇合成反应器
管程
壳程
工作温度/℃
220.0～260.0
242.5
工作压力/MPa
5.0
3.4
介质
合成气
沸腾水
规格
Φ38×2mm
--
塔高度/m
12.6
换热面积/m2
1714.12
容器类别
一类
表2-2反应塔各部件材料与规格说明
零部件名称
材料
规格
数量
高度/m
反应管
304
Φ38×2
3764
6
中间筒体
0Cr18Ni9
Φ=3400mm
δ=54mm
1
6
加强筒体
0Cr18Ni9
Φ=3400mm
δ=78mm
2
1.5
球形封头
15CrMoR
δ=78mm
2
--
管板
0Cr18Ni9
δ=100mm
2
裙座
16MnR
δ=50mm
1
--
法兰
20MnMoⅢ
---
2
--
折流板
0Cr18Ni9
δ=10mm
5
--
气体入口
---
Φ457×7
1
--
气体出口
---
Φ508×8
1
--
水入口
---
Φ70×3无缝钢管
2
--
蒸汽出口
---
Φ121×3无缝钢管
2
--
2.2精馏塔设备说明
1、预精馏塔T101
表2-3预精馏塔材料、附件及管道设计计算结果
项目
数值
塔径D/mm
600
塔高/m
20.15
设计压力/MPa
0.25
操作压力/MPa
0.10
精馏段填料层高度Z/m
2.0
提馏段填料层高度Z/m
8.0
塔顶空间高度/m
0.4
塔底空间高度H/m
2.0
裙座高度H/m
5.0
筒体公称直径DN/mm
600
筒体计算厚度δd/mm
3.2
筒体材料
Q235A
许用应力/MPa
113
筒体名义厚度δn/mm
6
筒体有效厚度δε/mm
4.75
筒体焊缝系数
0.85
钢板负偏差，mm
0.25
筒体腐蚀裕量，mm
1
封头材料
Q235A
曲面高度h1/mm
150
直边高度h2/mm
25
封头厚度δ/mm
6
封头质量M/kg
20.4
精馏段填料层压降∆p/MPa
6.00×10-4
提馏段填料层压降∆p/MPa
2.40×10-3
液体分布器喷淋密度点/m2
250
布液点数n
71
孔径/mm
8.15
进料管公称直径
80
塔顶气体出口管公称直径
125
回流管公称直径DN
32
塔釜液体出口管公称直径
100
塔釜蒸汽进口管公称直径DN
250
塔顶采出管公称直径DN
32
塔釜采出管公称直径DN
100
2、加压塔T102
表2-4塔体工艺条件尺寸计算
项目
数值
塔径D/mm
1600
进料位置
25
实际塔板数
36
板间距，m
0.4
溢流形式
单溢流
降液管形式
弓形
受液管形式
凹形
堰长，m
1.28
堰高，m
0.031
板上液层高度，m
0.05
精馏段堰上液层高度，m
0.0305
提馏段堰上液层高度，m
0.0310
降液管底隙高度，m
0.0207
降液管宽度，m
0.32
降液管截面积，m
0.301
安定区宽度，m
0.035
边缘区宽度，m
0.05
开孔区面积，
1.243
筛孔直径，m
0.003
筛孔数目，m
17724
孔中心距，m
0.009
开孔率，%
10.1
筛板厚度，m
0.003
精馏段空塔气速，m/s
0.460
提馏段空塔气速，m/s
0.461
精馏段干板阻力，m液柱
0.0451
提馏段干板阻力，m液柱
0.0441
精馏段液层阻力，m液柱
0.0305
提馏段液层阻力，m液柱
0.0295
精馏段液体表面张力阻力，m液柱
0.0026
提馏段液体表面张力阻力，m液柱
0.0042
精馏段筛孔气速，m/s
7.16
提馏段筛孔气速，m/s
7.39
每层塔板压降，Pa
747.39
表2-5精馏塔材料、附件及管道设计计算结果
项目
数值
筒体设计压力，MPa
0.8
筒体材料
Q235-A
许用应力，MPa
113
焊缝系数
0.85
钢板负偏差，mm
0.5
腐蚀裕量，mm
2
筒体壁厚，mm
10
筒体有效厚度，mm
7.5
筒体公称直径，mm
1600
封头材料
Q235-A
封头壁厚，mm
10
封头有效厚度，mm
7.5
封头公称直径，mm
1600
曲面高度，mm
400
直边高度，mm
40
裙座高度，m
5
人孔数
3
人孔直径，m
0.6
开孔处板间距，m
0.8
塔顶空间高度，m
0.8
塔底储液停留时间，min
6
塔底储液空间，
4.687
塔底储液高度，m
3.93
实际塔高（不包括裙座），m
14.98
进料管
DN65
再沸进气管
DN250
出气管
DN250
回流管
DN65
出料管
DN65
3、常压塔T103
表2-6精馏塔材料、附件及管道设计计算结果
项目
数值
筒体设计压力，MPa
0.25
筒体材料
Q235-A
许用应力，MPa
113
焊缝系数
0.85
钢板负偏差，mm
0.18
腐蚀裕量，mm
2
筒体壁厚，mm
5
筒体有效厚度，mm
2.82
筒体公称直径，mm
1600
封头材料
Q235-A
封头壁厚，mm
6
封头有效厚度，mm
3.82
封头公称直径，mm
1600
曲面高度，mm
400
直边高度，mm
25
裙座高度，m
5
人孔数
5
人孔直径，m
0.5
塔顶空间高度，m
0.5
实际塔高（不包括裙座），m
33.875
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