10万吨裂解乙烯抽余液制异丁烯和2丁烯项目初步设计.doc

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1、毕业设计（论文）题 目10万吨裂解乙烯抽余液制异丁烯和2-丁烯项目初步设计 系 （院）化学与化工系专 业化学工程与工艺班 级09化工本二学生姓名刘涛学 号2009022618指导教师张岩职 称讲师二一三年六月十八日独 创 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)是本人在指导老师的指导下独立进行研究工作所取得的成果成果不存在知识产权争议。尽我所知除文中已经注明引用的内容外本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。 作者签名: 二一三年 月 日毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解

2、滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版同意学校保存学位论文的印刷本和电子版或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下建立目录检索与阅览服务系统公布设计（论文）的部分或全部内容允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定） 作者签名: 二一三 年 月 日10万吨裂解乙烯抽余液制异丁烯和2-丁烯项目初步设计摘 要通过对裂解乙烯抽余液制备异丁烯工业的了解，分析各种制备工艺方案的优缺点，确定裂解乙烯抽余液制异丁烯和2-丁烯的工艺。根据工艺条件及工艺参数，用Aspen软件对整个工艺流程进行了模拟，

3、对反应器、精馏塔进行了模拟设计。通过模拟得出精馏塔的相关数据，包括理论、实际塔板数，塔径，进料位置等。设计中主要列出了设计的步骤，包括参数的设定，物性方法的选择等。然后对冷凝器和再沸器进行了设计选型。最后画出该设计的工艺物料流程图，带控制点的工艺流程图，车间布置图等。关键词：异丁烯；精馏塔；Aspen Plus；模拟与优化The Preliminary Design of 100,000 Tons of Ethylene Decomposition Raffinate to Make the Isobutene and 1-buteneAbstractBased on the pyrolysi

4、s of ethylene raffinate for preparing isobutene industry and analysis of the advantages and disadvantages of Various preparation process, the craft of the preperation of isobutene and 1-butene was determined. According to process conditions and process parameters, the entire process, the reactor and

5、 a distillation column were designed by using Aspen software to simulate.Also the corresponding data including theoretical and actual plate number, column diameter, feed location were obtained through simulating.The main steps of the design including the the setting of parameters and the choice of t

6、he property method were listed. Then the condenser and reboiler were selected through the design.Finally a flow chart of the design process material, process flow diagram with control points and the plant layout diagrams were drawn through the software.Keywords: Isobutylene; Rectifying Column; Aspen

7、 Plus; Simulation and Optimization目 录绪 论1设计任务书2第一章 工艺流程设计31.1目前较常见的工艺方法31.2本设计的工艺流程以及优势5第二章 工艺流程的模拟与物料衡算62.1Aspen plus中物性方法的选择62.1.1 物性方法分类62.1.2 常用物性方法介绍72.1.3 本工艺物性方法的确定72.2 工艺流程的全局设定72.3反应器模块参数设定与模拟结果92.3.1反应物进料的确定92.3.2反应器参数设定102.3.3 反应器的模拟优化结果112.4 A3精馏塔参数设定与过程模拟112.4.1简洁法模拟精馏塔112.4.2严格法模拟精馏塔12

8、2.4.3 塔体工艺设计202.5物料衡算遵循的原则212.5.1车间物料衡算222.5.2 临氢异构反应器物料衡算222.5.3异丁烯2-丁烯分离塔物料衡算24第三章 附属设备的设计253.1冷凝器的选型253.2再沸器的选型26第四章 整个厂区的布置284.1 设计依据284.2 编制原则284.3总平面布置要求284.4厂区总体布置概述294.5 分区布置304.5.1生产区304.5.2辅助车间布置304.5.3绿化布置314.5.4 生产管理及生活服务设施32第五章 设备布置的设计325.1 车间设备布置要求325.1.1 设备排列顺序325.1.2 设备排列方法325.1.3 操作

9、间距325.1.4 安全距离335.2 塔和立式容器的布置335.3 换热器的布置33参考文献34致谢34绪 论一般情况下，异丁烯是一种无色但是稍微有点气味的气体，它的相对密度是2.0(空气=1)，不溶于水，易溶于大多数的有机溶剂。沸点-6.9，熔点-140.3，饱和蒸汽压是131.52kPa（0），燃烧热为2705.3kJ/mol，临界温度144.8，临界压力3.99MPa。该品是一种易燃气体，且具窒息性。按照纯度的不同，可以将异丁烯分为低纯度异丁烯和高纯度（聚合级）异丁烯。低纯度异丁烯是抗氧剂、农药及其他精细化工品的基础原料。而聚合级异丁烯是丁基橡胶和其他高分子聚异丁烯合成必不可少的单体原

10、料1。由此可见，异丁烯是一种非常重要的有机化工原料，有着极其广泛的应用。尤其是近年来，随着异丁烯下游产品的开发和利用，异丁烯的需求量不断的上升，并且有供不应求的趋势。精馏过程是一个分离过程，人们经常利用精馏塔来分离不同沸点的液相混合物，故其广泛应用于石化企业当中。化工生产过程中所处理的原料、中间产物和粗产品等几乎都是由多个组分组成的混合物，而且其中大部分是均相物系。生产中为了满足贮存、加工和使用的要求，经常需要将这些混合物分离成为浓度较高的单体物质，精馏就在其中承担着一项非常重要的任务。精馏在石油化学工业中的应用广泛，历史悠久，是分离过程中最重要的单元操作之一。精馏过程是根据液体混合物中各组分

11、挥发度的不同，经过多次的部分气化和部分冷凝达到轻重组分分离的过程，该过程主要用到的是塔设备，塔设备是化工生产中的重要的设备之一。异丁烯和2-丁烯的沸点相差比较大，采用简单的精馏过程就可以将它们两种物质分开，并能够达到很好的分离效果，故异丁烯制备过程就采用以临氢异构为反应核心的精馏过程进行分离。本设计对异丁烯和2-丁烯精馏浮阀板式塔做了较为详尽的叙述，并且用aspen对其整个过程进行模拟与优化，已得到最佳的操作参数。设计任务书1.设计题目10万吨裂解乙烯抽余液制异丁烯和2-丁烯项目初步设计2.设计目的意义工业上获取高纯度异丁烯的主要原料是碳四抽余液，它是碳四经过前期丁二烯抽提后的剩余副产物，包含

12、异丁烷、1-丁烯、2-丁烯、正丁烷以及少量炔烃和二烯烃，其中异丁烯的质量含量较高，约为4050%。由于异丁烯和1-丁烯的沸点差别很小（小于1），异丁烯与正丁烷、异丁烷的沸点也很接近，所以不能通过简单精馏的方式从碳四抽余液中分离出较高纯度的异丁烯。为了使裂解乙烯的抽余液得到最充分的利用，本设计拟建立一套以临氢异构为核心的精馏装置来分离出异丁烯和2-丁烯，为实际的生产提供相关的理论依据。3.设计任务及操作条件物料组成：异丁烯45% 1-丁烯30% 2-丁烯15% 正丁烷10%（质量分数）产品组成：馏出液异丁烯含量98%塔釜液异丁烯含量2%操作压力：中压操作加热体系：间接蒸汽加热，加热蒸汽压力为0.

13、8MPa冷凝体系：循环冷却水进口温度20，出口温度30料液定性：料液视为理想体系年处理量：10万吨工作日：每年工作日为300天，每天24小时连续运行塔板类型：浮阀板塔板 所在厂址：滨州4.设计内容：（1）异丁烯制备过程的工艺流程设计；（2）aspen模拟整个流程；（4）附属设备设计与选型；（5）画出整个工艺的物料流程图和带控制点的工艺流程图；（6）参考文献等。第一章 工艺流程设计1.1目前较常见的工艺方法由于异丁烯和1-丁烯的沸点差别小于1，异丁烯与正丁烷、异丁烷的沸点也较为接近，所以不能通过简单精馏的方法从碳四抽余液中分离高纯度异丁烯。目前得到高纯度异丁烯的方法主要有：（1）硫酸萃取法2硫酸

14、萃取法是工业上最早采用的制备异丁烯的方法，该法利用约50%左右的硫酸与碳四馏分中的烯烃发生酯化反应，同时伴随着异丁烯的水合副反应，1-丁烯的酯化反应速率相当慢，只有异丁烯的2%左右，所以利用这种速率的差异便可以将异丁烯从碳四馏分中分离出来。硫酸萃取法的代表性流程为CFR流程，主要工艺为：把约50%左右的硫酸和碳四抽余油混合后引入反应器，在1216KPa和50温度下反应后进入分离器；分离器下层的硫酸叔丁酯和叔丁醇混合物经闪蒸后进入分解塔中，在分解塔内部，硫酸叔丁酯分解为叔丁醇和硫酸，硫酸经过回收后再次循环至反应器中重复使用，而叔丁醇则进一步分解为水和异丁烯；所得到的含异丁烯的混合物经过压缩之后进

15、入蒸馏塔，在蒸馏塔塔顶得到高纯度的异丁烯产品。硫酸萃取法的优点是不仅耗能低，而且异丁烯的回收率和纯度都很高，但是这种方法也有它的缺点，缺点是设备腐蚀较为严重，并且会产生大量废水。（2）丁烷脱氢法3丁烯脱氢法可以再细分为异丁烷脱氢法和正丁烷脱氢法两部分。正丁烷脱氢法中的代表工艺是UOP公司的Butame工艺，此工艺采用氯化的Pt/Al2O3作为催化剂，回收率高达98%，正丁烷的转化率也可以达到55-60%。异丁烷脱氢法主要是由脱氢反应、催化剂再生和产品分离三部分组成，异丁烷脱氢法中是以Luus公司的Catofin工艺和UOP公司的Olefiex工艺为代表，其中Catofin工艺应用最广泛。该工艺

16、的反应压力约为34-50kPa，温度为593-688，并且采用的催化剂为负载有氧化铬的氧化铝，由此一来异丁烷单程转化率可以达到55%以上，选择性也很高，约为91-93%。丁烷脱氢法在能源丰富国家中应用比较广泛，但在我国，由于丁烷资源比较少，并没有丁烷脱氢工艺的大量应用。（3）甲醇醚化-裂解法4醚化-裂解方法是国内目前最为重要的高纯度异丁烯生产方式，它的原理是利用异丁烯和甲醇的醚化反应将异丁烯分离出来，主要包括以下几个步骤：将碳四抽余液和甲醇充分混合后，进入到反应器中，在强酸性交换树脂的作用下，甲醇和抽余碳四中的异丁烯发生反应生成甲基叔丁基醚，并从混合反应物中分离出来；然后将提纯之后的MTBE引

17、入到裂解反应器中，将MTBE裂解生成异丁烯及甲醇；最后，将裂解反应的产物分别通过精馏塔和水洗塔，脱除掉残留的未反应的MTBE、甲醇和副反应产物，得到产品高纯异丁烯。该方式涉及到的反应比较多，中间产物也较多，其中主反应为裂解反应和醚化反应，副反应包括异丁烯水合、异丁烯二聚以及甲醇脱水的反应。主反应的选择性比较高，在醚化阶段，抽余碳四中的异丁烯转化率高于99%，而异丁烯的选择性和裂解反应中MTBE的转化率也可以达到99%。因为中间产物甲基叔丁基醚是一种重要的汽油添加剂，能够非常有效的改善汽油的爆震性，应用极其广泛，所以，采用此种方法生产高纯度异丁烯是我国现阶段最重要的途径之一。醚化-裂解法虽然有很

18、多的优势，但它的缺点也是显而易见的，它副反应多，再加上甲醇与中间产物MTBE可能形成共沸物，需要用水来洗涤甲醇，这样做的结果就是，工艺中存在大量的分离设备，并且流程复杂，能耗高，经济性很差。（4）水合一脱水法水合一脱水法是利用异丁烯在酸性环境下的水合及脱水反应，主要包含以下步骤：抽余碳四馏分和水混合后进入到水合反应器内部，异丁烯和水反应生成叔丁醇并且从抽余碳四混合液中分离出来；将提取后的叔丁醇引入到裂解反应器中，叔丁醇裂解生成异丁烯和水；将上一步的产物引进萃取塔，分离出未反应完全的叔丁醇，得到异丁烯。水合法具有很多的优点：投资少、无腐蚀性和环境污染小，具有很好的应用前景。但是反应过程中所用到的

19、催化剂在比较高的温度下，强度会有所降低，很容易破碎，碎裂后的树脂会导致反应器压降上升，这将导致异丁烯收率和转化率均有显著的降低；此外，由于树脂的导热性比较差和水合反应是一个放热反应，很容易导致树脂局部过热，从而导致催化剂的活性降低，并且造成副反应剧增。怎样获得活性大、强度高的催化剂，以及设计出合理的反应器，是该工艺的技术难点。目前技术比较成熟的水合法工艺是ARco工艺5，该工艺采用的是自制的树脂催化剂，在反应压力为1.38MPa，温度为150时，产品异丁烯转化率达97%，纯度达到99.95%。1.2本设计的工艺流程以及优势现阶段，在我国聚合级的异丁烯及其下游产品的供需矛盾一天天加重，而国内聚合

20、级异丁烯的成本一直降不下来，产品缺乏价格优势。传统的醚化-裂解工艺中又涉及到二甲醚、仲丁醇等副产物的脱除和中间产物MTBE的纯化，需要复杂的分离步骤才能得到最终的产品；分离出异丁烯之后的醚化碳四馏分必须脱除残留的甲醇杂质后才能进一步利用，设备投资和工艺的操作费用很高，经济性较差。另外，我国的异丁烷资源匮乏，使用丁烷脱氢法制备高纯度异丁烯在我国也不太容易实施，所以寻找一种新的方式来对碳四馏分加以利用是亟待解决的一个问题，并且可以得到高纯度的异丁烯。基于以上分析，本课题初步打算以丁烯异构反应为核心的反应精馏工艺来分理出碳四馏分中的异丁烯和2-丁烯，该工艺是一种投资少、节能低碳的异丁烯分离技术，具有

21、很好的发展前景。临氢异构是在氢气氛围中进行的双键转移反应，催化剂是负载型金属催化剂。临氢异构技术要求的反应温度低，可有效解决高温异构工艺中存在的反应温度高、生产成本高以及原料适应性差、生产连续性差等难题，该工艺易于与反应精馏工艺配套，进一步实现正丁烯各种异构体的分离及化工利用。并且，此工艺还有如下优点：异构反应一般为可逆反应，可以通过调节参数的方式改变目的产物的纯度，适应性高6。本工艺采用1-丁烯异构成2-丁烯，和2-丁烯临氢异构生成异丁烯，避免用MTBE作中间原料，减少其对环境构成的威胁7。由于异丁烯与2-丁烯分离的难易程度比1-丁烯与异丁烯分离容易得多，所以必须先将混合物中的1-丁烯装化为

22、2-丁烯。在加氢异构化反应器中，混合液中的1-丁烯被异构化为2-丁烯，异构化产物物流经换热进入一个精制分离塔中段，精制分离塔塔顶获得产品异丁烯物流，塔釜釜液为剩余混合碳四物流，剩余混合碳四物流进入萃取精馏单元，萃取精馏塔塔顶得到正丁烷，溶剂回收塔塔顶得到2-丁烯8。总的工艺流程图1.1所示：图1.1总工艺流程图序号装置名称主要功能A1临氢异构反应器将1-丁烯转化为2-丁烯A2换热器对混合物进行换热A3普通精馏塔将异丁烯和2-丁烯、正丁烷分离A4萃取精馏塔将2-丁烯和正丁烷的混合物经过萃取精馏制成高纯度的2-丁烯A5溶剂回收塔将萃取剂和2-丁烯分离第二章 工艺流程的模拟与物料衡算2.1 Aspe

23、n plus中物性方法的选择2.1.1 物性方法分类Aspen plus物性方法是根据物质的类型和操作条件定制的，能满足大多数工程需要。物性方法是性质计算路径的集合，常用的物性方法分类主要有以下几种9：（1）IDEAL（理想状态）性质方法。例如，BK10、CHAO-SEA（2）针对石油而调整的状态方程性质方法。例如，RK-SOAVE、PENG-ROB（3）用于高压烃应用的状态方程性质方法。例如，PR-BM、LK-PLOCK（4）液体活度系数性质方法。例如，NRTL、UNIFAC、UNIQUAC（5）电解质活度系数及关联式性质方法。例如，AMINES、APISOUR（6）固体处理性质方法。例如，

24、STEAM-TA、STEAMNBS（7）灵活的和预测性的状态方程性质方法。2.1.2 常用物性方法介绍1. CHAO-SEA方法 CHAO-SEA性质方法是为含有烃和轻气体（如二氧化碳和硫化氢，但氢气除外）的系统开发的。如果系统中含有氢气，应使用GRAYSON 性质方法。2. NRTL方法NRTL模型能模拟极性和非极性化合物混合物，也适用于很强的非理想体系。NRTL模型参数应该在操作的温度、压力和组成范围内拟合，任何组分都不能接近它的临界温度。3. UNIQUAC方法UNIQUAC模型可以描述强的非理想溶液和液-液平衡体系。该模型需要二元交互作用参数。UNIQUAC模型能模拟任何极性和非极性化

25、合物的混合物，甚至很强的非理想体系。4. UNIFAC方法UNIFAC 是一个活度系数模型，它类似于NRTL或UNIQUAC 模型，但它是基于基团贡献原理而不是基于分子贡献原理，只需要部分基团参数及基团间交互作用参数，就可以用UNIFAC方法计算活度系数。2.1.3 本工艺物性方法的确定本次设计选用的物性方法是UNIFAC，因为UNIFAC模型和修正的UNIFAC模型能计算任意的极性和非极性化合物的混合物，使用Henry定律可以计算在溶液中溶解气体的溶解度。本工艺在较高的压力下，异丁烯和2-丁烯的分离精制过程，适宜用UNIFAC物性方法10。2.2 工艺流程的全局设定步骤一：输入模拟的标题（T

26、itle），可以通过下拉菜单选择模拟过程中所采用的单位（Units of measurement）。还可以进行一些全局设定，定制报告中所要显示内容。步骤二：完成以上设定后，点击，输入反应物组分信息。步骤三：组分输入完成后，点击Next按钮进入Properities输入页面。选择合适的物性方法，本设计中选择的物性方法为UNIFAC。2.3反应器模块参数设定与模拟结果2.3.1反应物进料的确定根据任务书规定，裂解乙烯的处理量是10万吨/年，由于化工厂每年都会有一段时间的检修阶段，确定该化工厂每年的工作日是300天，30024=7200小时。氢气进料是氢烯比是0.02，故氢气进料量是4.5kg/hr

27、。合计该化工厂的进料状况是：异丁烯：6249kg/hr；1-丁烯：4166kg/hr；2-丁烯：2083kg/hr；正丁烷：1388kg/hr氢气：4.5kg/hr。2.3.2反应器参数设定步骤一：反应器模块的进料规定温度和压力，输入温度为30，压力为900Mpa。物流组分流率为摩尔流率，组分规格如下所示：步骤二：确定反应器的反应：在反应器中，在设定条件下，1-丁烯转化为异丁烯，转化率为97%。2.3.3 反应器的模拟优化结果反应器运行之后，输出运行结果，如下所示：2.4 A3精馏塔参数设定与过程模拟2.4.1简洁法模拟精馏塔步骤一：根据这种组分挥发度的不同，确定出异丁烯为轻关键组分，2-丁烯

28、为重关键组分。该精馏塔的主要任务是分离出异丁烯和2-丁烯，塔顶的异丁烯含量要求大于98%（摩尔分数），塔顶的2-丁烯含量要求不大于1%（摩尔分数）。输入如下所示：简洁法运行的结果显示如下，回流比是6.69911768，塔板数是60块。2.4.2严格法模拟精馏塔步骤一：根据简单精馏模拟出的结果输入以下数据分析进料板位置的不同对塔顶异丁烯浓度的影响，塔顶异丁烯的含量和进料板的位置的关系见图2.111:图2.1塔顶异丁烯和进料位置的关系图由塔顶异丁烯的含量和进料板的位置的关系图分析可知：在第25块板处进料，塔顶出来的异丁烯含量最多。所以进料板位置在第25块板处。步骤二：输入进料位置在第25块塔板。步

29、骤三：塔顶压力设定为400MPa，整个塔的压降是32MPa，参数设定如下图所示精馏塔模拟的结果：由上表可知，通过精馏塔的分析，塔顶异丁烯的回收率是97.68%，塔釜2-丁烯的回收率98.8%。所以数据收敛，符合设计要求12。精馏塔各塔板TPFQ展示：根据运行之后的结果，画出以下的分析图：图2.2 轻关键组分与重关键组分沿塔板液相组成变化趋势图由上图分析可知，随着塔板数的增加，重关键组分的液态流率增加；随着塔板数的增加，轻关键组分的液态流率减小。图2.3 气体流率和液体流率随塔板的变化趋势图由上图分析可知，在每一块塔板上，气态流率和液态流率分别大致相等，也就是符合恒摩尔流假设。图2.4 冷凝器负

30、荷随回流比的变化图由冷凝器负荷随回流比的变化图可知，随着回流比的增大，冷凝器的负荷越大。图2.5 再沸器的热负荷随回流比的变化图由再沸器的热负荷随回流比的变化图分析知：随着回流比的增大，再沸器的热负荷越大。2.4.3 塔体工艺设计浮阀塔较其他塔设备具有较多优点，如：由于浮阀塔具有较大的开孔率故其生产能力较大；阀片的自由升降又使其具有较大的操作弹性；塔内上升蒸汽因以水平方向吹入液层故可使汽液接触时间加长，进而减少雾沫夹带量提高了塔板效率；由于汽液流过浮阀时阻力较小故浮阀塔也具有较低的塔板压降和液面落差；此外，由于浮阀塔结构简单，易于制造，故板式类型选择浮阀塔，开始塔板选择第2块板，结束板选择第5

31、9块板13。运行后，可得下表的运行结果：塔体的直径为1.915m，降液管面积/塔截面积为0.1，侧降液管流速为0.12192m/sec，侧偃长为1.39290609meter。经过模拟之后得出，塔的直径是1.9159749m，由于塔径介于1.62.0m，所以塔板之间的高度介于450600mm，根据经验选塔板之间的高度为500mm，所以塔的有效高度是=（60-2）0.5=29m14。2.5物料衡算遵循的原则对一般的体系而言，物料分布均可表示为：(物料的积累率)=(物料进入率)-(物料流出率)+(反应生成率)-(反应消耗率)特别地，当系统没有化学反应时，则可简化为：(物料的积聚率)=(物料进入率)

32、-(物料流出率)在稳定状态下有：(物料进入率）=(物料流出率)物料衡算包括总质量衡算、组分衡算和元素衡算。各种衡算方法的适用情况如表2.1所示：表2.1 物料衡算式适用范围类别物料衡算式无化学反应有化学反应总衡算式总质量衡算式适用适用总物质的量衡算式适用不适用组分衡算式组分质量衡算式适用不适用组分物质的量衡算式适用不适用元素原子衡算式元素原子质量衡算式适用适用元素原子物质的量衡算式适用适用2.5.1车间物料衡算车间物料衡算如表2.2所示：表2.2 车间物料衡算表项目进料出料StreamC4抽余液异丁烯残液Temperature C30-0.347.8Pressure kpa900400432M

33、ass flow kghr138886104.67089.92.5.2 临氢异构反应器物料衡算反应器中各组分的物料衡算图：临氢异构反应器物料衡算如表2.3所示：表2.3 临氢异构反应器物料衡算表StreamC4抽余液2-丁烯混合液Temperature C3050Pressure kpa900800Mass flow kghr1388861247761.92.5.3异丁烯2-丁烯分离塔物料衡算精馏塔中各组分的物料衡算图：异丁烯2-丁烯分离塔物料衡算如表2.4所示：表2.4 精馏塔物料衡算表项目进料出料Stream混合液异丁烯其他Temperature C20-0.347.8Pressure k

34、pa600400432Mass flow kghr138886190.67698第三章 附属设备的设计3.1冷凝器的选型本设计冷凝器选用重力回流直立或管壳式冷凝器。原因：因本设计冷凝器与被冷凝气体走管间，对于蒸馏塔的冷凝器，一般选管壳式冷凝器或空冷器，螺旋板式换热器，以便及时排出冷凝液。冷凝水循环与气体之间方向相反，当逆流式流入冷凝器时，起液膜减少，传热系数增大，利于节省面积，减少材料费用。根据模拟的结果，冷凝器的换热量是5586885.5kcal/hr.模拟结果显示：Q=5586885.5kcal/hr冷凝器选择列管式，逆流方式。进口（冷却水）温度为t1=20，出口温度t2=30。选择K=2

35、000W/（m2），则有m2初步选定换热器，其具体参数见表3.1所示：表3.1 换热器的性能参数表壳径/mm400管子尺寸25mm2.5mm公称压力/Amp2.5管长/mm6000公称传热面积/m2346.9管子总数749管程数1管子排列方式正方形斜转45壳程数1折流挡板形式圆缺形3.2再沸器的选型本设计再沸器选用重力回流直立或管壳式冷凝器。原因：因本设计冷凝器与被冷凝气体走管间，对于蒸馏塔的冷凝器，一般选管壳式冷凝器或空冷器，螺旋板式换热器，以便及时排出冷凝液。冷凝水循环与气体之间方向相反，当逆流式流入冷凝器时，起液膜减少，传热系数增大，利于节省面积，减少材料费用。根据模拟的结果，再沸器的换

36、热量是56919233.05kcal/hr。换热器选择列管式，水蒸气逆流方式换热。选用0.8MPa的饱和水蒸气，温度为170，则t=70。管壳式换热器总传热系数的推荐值查得：取K=3000W/(m2)m2按双管程计时，初步选定换热器，其具体参数见表3.2：表3.2 换热器性能参数表壳径/mm400管子尺寸25mm2.5mm公称压力/Amp2.5管长/mm4500公称传热面积/m210.8管子总数94管程数2管子排列方式正三角形列壳程数1折流挡板形式圆缺形经上述核算过程核算，压强降和总传热系数均符合要求。第四章 整个厂区的布置4.1 设计依据化工企业总图管理规定 原化工部文件化工企业总图运输技术

37、规定 HG/T20649-98建筑设计防火规范 GBJ16-87(2001 )工业企业总平面设计规范 GB50187-93化工管道设计规范 HG/T20695-87化工工厂总图运输施工图设计文件编制深度规定 HG/T20561-944.2 编制原则1、全面贯彻“十分珍惜和合理利用每一寸土地，切实保护耕地”的基本理念，因地制宜，节约用地，远近期发展相结合，提高土地利用率； 2、严格执行国家及地方的有关规范、规定和标准要求； 3、力求工艺流程顺畅，管线简捷，使各规划区有机结合，方便生产管理； 4、充分考虑风向因素，行政管理区尽可能远离生产装置区，保证人身安全及生产安全； 5、厂区道路和场地的布置充

38、分考虑装置的施工、设备安装、检修及消防通道。6、根据生产特点合理规划生产区和生活区，确定通道宽度，人、货分流，互不干扰，保证交通顺畅，生产高效，满足消防、安全要求；4.3总平面布置要求从工程角度来看，工厂总平面布置应该注意满足以下要求：工厂总平面布置应该考虑工厂发展的可能性和妥善处理工厂分期建设问题；工厂总平面布置应该满足生产和运输要求；工厂总平面布置应该满足安全和卫生要求；工厂总平面布置必须贯彻节约用地的原则；工厂总平面布置应考虑各种自然条件和周围环境的影响；工厂总平面布置应为施工安装创造有利条件；工艺流程顺直，物料管线短捷，尽量缩短各装置和设施之间的物料输送距离。4.4厂区总体布置概述厂区

39、总平面图见图4.1所示：图4.1 厂区总平面图1. 厂区用地呈矩形，南北方向约420 m，东西方向约300 m，占地约126000 m2。厂区四周均为绿化带，用以将厂区与外界危险因素隔离，保证安全生产。2. 项目按照生产功能，将厂区分为：厂前区：包括行政楼和生活区（办公室、中央调度室、消防站、职工宿舍、食堂等）。辅助生产及公用工程区：包括公共工程及污水处理中心、消防中心、机修电修。生产区：碳四抽余液反应车间、异丁烯精馏车间、DCS中心控制室、质检中心等。储罐区：包括碳四抽余液储罐、异丁烯储罐、2丁烯储罐、催化剂储罐。3. 厂区按照功能分区集中布置，即原料输入区、产品输出区、储存设施区、生产装置

40、区、公用工程设施区、辅助生产设施区、行政生活区、其他设施区等。其中，在满足生产、操作、安全、和环保要求的条件下，将反应车间和精馏车间布置在同一区域内，有利于集中控制和管理。4. 设计中，厂区内道路总体为一轴两线分布，整个厂区的道路及建构筑物都经过严格规划，布置规整。同时人流与货流分离，并留有消防安全道路。5. 厂区储存设施区分为成品储罐、原料储罐、催化剂储罐。6. 项目设计将行政区和生活区整合到一起，节约了土地，将DCS控制室和质检中心进行合并，将机械修理和电器修理车间进行整合，大大提高了土地利用率。7. 厂区中容易产生噪音的和震动的车间被安排在东北边缘，通过绿化带与生产管理区和对安静、振动有

41、要求的场所分隔。同样的，生产装置区与生产管理区、生活区之间留有足够的安全距离，并通过绿化带阻隔噪音。8. 建构筑物朝向和装置单元间的防火间距。基础资料表明，拟建厂区的根据风向和场地情况本装置建构筑物的朝向为正东。本装置内各工序与道路的间距均满足规范要求。4.5 分区布置4.5.1生产区生产区按照生产流程布局，分为碳四抽余液异构化反应单元和2-丁烯萃取精馏提纯单元。其中碳四抽余液异构化反应单元可分为临氢异构工段、产品预分离工段和骨架异构工段，异丁烯萃取精馏提纯单元可分为精馏馏工段和溶剂回收工段。生产车间呈南北一字型排开，在车间的南侧，设有生产区变、配电室及现场控制室。4.5.2辅助车间布置1、D

42、CS控制室DCS控制室位于综合楼一楼，是全场自动控制的中心，实时监控生产区、储罐区及各辅助生产设施的运行情况，同时负责与各部门的联系，调整生产指标。2、质检中心质检中心设在DCS控制室旁边，检测原料、产品质量，保证生产的正常进行，负责日常的检测与化验工作。按照设计规范的要求，中心化验室应该布置在生产管理区内，不应布置在散发毒性、腐蚀性及其它有害气体、粉尘以及循环水冷却塔等产生大量水雾设施的全年最大频率风向的下风侧。本厂设计中，将分析化验室、控制中心整合到一栋综合建筑中。循环水场以及可能散发毒性、腐蚀性、易燃性气体的生产区储罐区均远离分析化验室、控制中心、仪修车间等人员密集处，并且处于较低风向的

43、上风侧，均符合设计规范的要求。设计规范还要求分析化验室、控制中心，要避免西晒。本设计中，此综合楼有良好的朝向，整体朝南，避免了西照同时又能采光良好。此外，与强振源区域保持较远的距离，并在强振源周围种植植树林作为屏障消音。3、机修电修机修电修中心位于厂区的东南部区域，占地面积300 m2，内部间隔有机修、仪修、电修等小车间，分区布置可以避免维修车间之间的相互干扰。同时，维修站与生产车间间隔较远，可以防止维修车间产生的火星引起易燃易爆液体发生爆炸。4、消防中心主消防站位于厂区南部，对生产车间、行政区、辅助车间的辐射距离均小于100 m。在厂区发生火灾时，车辆可迅速到达现场。5、装卸平台装卸平台设置

44、在产品储罐旁的空地，靠近工厂西大门。占地面积470 m2，负责产品的装卸运送，周围道路宽阔，交通便捷。4.5.3绿化布置总厂布局充分考虑到“以人为本”的生产理念，厂区绿化面积达25260 m2，绿化系数20.05%。绿化植物以柳树和法桐为主。法国梧桐可以在最大程度上吸收空气中的酸性氧化物，能够有效净化空气隔离噪音。而柳树除了具备净化空气的效果外，植栽于防洪堤两侧，还有固土防洪的作用。同时，在生活区内，设有多处花圃，有效美化厂区环境，为职工提供了优雅的生活环境。在生产区和生活区之间，设计了浓厚的绿化隔离带，防止生产区的噪音、粉尘等对职工的生活、办公造成影响。因此，在厂区总平面布局中，结合效益优先

45、和以人为本的理念，在不影响车流、人流、管道布置、交通运输、设备维修、排污和采光的前提下，对厂区进行合理绿化，将生产过程中所带来的污染降至最低，是符合可持续发展的战略需要的。4.5.4 生产管理及生活服务设施生产管理区及生活服务设施应根据工厂规模，按其性质和使用功能，宜布置在厂前区。设计规范要求厂前区布置在厂区的主要人流出入口、与居住区和城镇方便的地点；宜位于厂区全年最小频率风向的下风侧，并且环境洁净的地段；建筑群体的组合及空间景观应与周围的环境相协调；应设置相应的绿化、美化设施，处理好建筑、道路、绿地和建筑小品之间的关系。第五章 设备布置的设计5.1 车间设备布置要求5.1.1 设备排列顺序设备的布置应尽量按照工艺流程的顺序进行，要保证垂直方向和水平方向的连续性，避免物料的交叉往返。为了减少操作费用和输送设备，布置设备时需充分利用厂房的垂直空间，设备间的垂直位差应保证物料可以顺利的进出。一般情况下，回流冷凝器、计量罐、高位槽等设备布置在高层，反应设备、储罐、过滤设备布置在底层。多层厂房内的设备布置要满足垂直方向的连续性，也要减少操作人员在各楼层间的往返次数。5.1.2 设备排列方法厂房中设备的排列方法可依据设备尺寸和厂房宽度来确定。对于厂房不超过9 m