天津大学IChemE设计小组报告.docx

1、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

2、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11.1工艺流程图（Process Flow Diagram）11.2 物料平衡表11.3 流程说明1第二章 完整设备说明22.1反应器设备说明22.2 精馏塔设备说明32.3换热器类设备说明82.4 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114.1平面布置设计理念114.2 平面布置原则1

3、14.3 平面布置方案114.4 厂区平立面布置图14第五章 完整的HAZOP分析155.1 HAZOP分析概述155.2 HAZOP方法的作用155.3 安全评价方法175.3.1 合成塔R101 HAZOP分析175.3.2 原料换热器E101 HAZOP分析225.3.3 气液分离器V101 HAZOP分析235.3.4 预塔预热器E103 HAZOP分析255.3.5 预塔再沸器E104 HAZOP分析265.3.6 加压塔进料泵P102A,B HAZOP分析275.3.7 预精馏塔T101 HAZOP分析295.3.8 常压塔T103 HAZOP分析325.3.9 甲醇生产工段的HA

4、ZOP分析34第六章 经济性分析376.1 投资估算376.1.1 工程概况376.1.2 编制依据376.1.3 投资分析376.1.4 流动资金估算406.1.5 建设项目总投资406.2 财务分析406.2.1 财务评价基础数据与参数选取406.2.2 销售收入估算426.2.3 成本费用估算436.2.4 财务评价报表436.2.5 财务评价指标446.2.6 不确定性分析45第七章 工厂控制方案517.1 甲醇合成工段517.2 精馏工段53第八章 甲醇工艺开停车方案548.1 试车阶段548.1.1 总体试车原则548.1.2 试车前对于各专业的要求558.2 甲醇合成塔开停车方案

5、：558.2.1 正常开车操作方案：558.2.2 正常停车操作方案：578.2.3 紧急停车或联锁跳车操作方案：578.3 三效精馏开停车方案：578.3.1 正常开车程序：578.3.2 停车程序59第九章 结论61参考文献63附录6468第一章 PFD图和流程说明1.1工艺流程图（Process Flow Diagram）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220 oC进入反应器进行反应，反应压力为5MPa，温度为260 oC。反应后的高温气体进入热交换器与冷的

6、原料气换热后，进一步在水冷却器中冷却至40 oC，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70 oC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

7、底出来的粗甲醇经过泵、换热器后达到125 oC、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60 oC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40 oC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/220.0260.0242.5工作压力/MPa5.03.4介质合成气沸腾水规格382mm-塔高度/m12.6换热面积/m21714

8、.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30438237646中间筒体0Cr18Ni9=3400mm=54mm16加强筒体0Cr18Ni9=3400mm=78mm21.5球形封头15CrMoR=78mm2-管板0Cr18Ni9=100mm2裙座16MnR=50mm1-法兰20MnMo-2-折流板0Cr18Ni9=10mm5-气体入口-45771-气体出口-50881-水入口-703无缝钢管2-蒸汽出口-1213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 /mm600塔高/m

9、20.15设计压力/MPa0.25操作压力/MPa0.10精馏段填料层高度Z /m2.0提馏段填料层高度Z /m8.0塔顶空间高度 /m0.4塔底空间高度H /m2.0裙座高度H /m5.0筒体公称直径 DN /mm600筒体计算厚度d /mm3.2筒体材料Q235A许用应力/MPa113筒体名义厚度n /mm6筒体有效厚度 /mm4.75筒体焊缝系数0.85钢板负偏差，mm0.25筒体腐蚀裕量，mm1封头材料Q235A曲面高度h1 /mm150直边高度h2 /mm25封头厚度/mm6封头质量M /kg20.4精馏段填料层压降p /MPa6.0010-4提馏段填料层压降p /MPa2.4010

10、-3液体分布器喷淋密度点/m2250布液点数n71孔径/mm8.15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DN32塔釜液体出口管公称直径100塔釜蒸汽进口管公称直径DN250塔顶采出管公称直径DN32塔釜采出管公称直径DN1002、加压塔T102表2-4 塔体工艺条件尺寸计算项目数值塔径D /mm1600进料位置25 实际塔板数36板间距，m0.4溢流形式单溢流降液管形式弓形受液管形式凹形堰长，m1.28堰高，m0.031板上液层高度，m0.05精馏段堰上液层高度，m0.0305提馏段堰上液层高度，m0.0310降液管底隙高度，m0.0207降液管宽度，m0.32降液管截

11、面积，m0.301安定区宽度，m0.035边缘区宽度，m0.05开孔区面积， 1.243筛孔直径，m0.003筛孔数目，m17724孔中心距，m0.009开孔率，%10.1筛板厚度，m0.003精馏段空塔气速，m/s0.460提馏段空塔气速，m/s0.461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/s7.16提馏段筛孔气速，m/s7.39每层塔板压降，Pa747.39表2-5精馏塔材料、附件及管道设

12、计计算结果项目数值筒体设计压力，MPa0.8筒体材料Q235-A许用应力，MPa113焊缝系数0.85钢板负偏差，mm0.5腐蚀裕量，mm2筒体壁厚，mm10筒体有效厚度，mm7.5筒体公称直径，mm1600封头材料Q235-A封头壁厚，mm10封头有效厚度，mm7.5封头公称直径，mm1600曲面高度，mm400直边高度，mm40裙座高度，m5人孔数3人孔直径，m0.6开孔处板间距，m0.8塔顶空间高度，m0.8塔底储液停留时间，min6塔底储液空间，4.687塔底储液高度，m3.93实际塔高（不包括裙座），m14.98进料管 DN65 再沸进气管DN250出气管DN250回流管DN65出料管DN653、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，MPa0.25筒体材料Q235-A许用应力，MPa113焊缝系数0.85钢板负偏差，mm0.18腐蚀裕量，mm2筒体壁厚，mm5筒体有效厚度，mm2.82筒体公称直径，mm1600封头材料Q235-A封头壁厚，mm6封头有效厚度，mm3.82封头公称直径，mm1600曲面高度，mm400直边高度，mm25裙座高度，m5人孔数5人孔直径，m0.5塔顶空间高度，m0.5实际塔高（不包括裙座），m33.875进