1、 本科生毕业设计 年产 15000吨马来酸二甲酯项目 真空精馏塔设计说明书 学院 化工学院 专业 化学工程与工艺 年级 2010 级 姓名 杨豪帆 指导教师 张国亮李阳于涛 2014 年 2 月 20 日 摘要 马来酸二甲酯是一种重要的有机化工原料。为了满足经济发展对马来酸二甲酯的需求，开展了此年产 15000 吨马来酸二甲酯项目，本设计中，对真空分离塔进行了工艺设计、结构设计和强度设计校核。在工艺设计中，涉及了塔径、塔高、填料层高度及压降的计算。在结构设计中，对塔设备的内件、支座、接管及附件等进行选型和设计。除此之外，本设计叙述了过程控制方案和开停车方案并给出设备的管道仪表流程简图。对温度、
2、压力、原料配比、通气速率、反应时间等因素进行了敏感性分析。考虑到对环境和社会的影响，还进行了 HAZOP 分析和环境影响评价，形成了一份较为完整的设计。 关键词 ：真空分离塔，工艺设计，过程控制，分析。 ABSTRACT Dimethyl maleate is an important organic chemical raw material. This design focuses on the Dimethyl maleate project with annual production of 15000t, which includes process design, structur
3、al design and verification of strength design of vacuum separation tower. In the design of process, involving the calculations of diameter and height of tower, packed bed height and pressure drop. In the structural design， we design and select the internal equipment, bearings, and accessories of the
4、 tower. In addition, the design describes the way of process control and gives the Piping and instrumentation diagram, as well as the sensitivity analysis of temperature, pressure, material ratio, aeration rate, reaction time and other factors. Considering the impact on the environment and society,
5、a HAZOP analysis and environmental impact assessment are also involved, Keyword: vacuum separation tower, process design, process control, analysis 1 目录 第一章初步设计条件 . 1 1.1 概述 . 1 1.2 设计条件与物性参数 . 1 1.2.1 设计条件 . 1 1.2.2 物性数据 . 2 第二章模拟计算 . 4 第三章设计方法说明 . 6 3.1 综述 . 6 3.2 塔设备的工艺设计 . 6 3.2.1 塔径的计算 . 6 3.2.
6、2 填料层高度计算及分段 . 8 3.2.3 填料层压降计算 . 8 3.2.4 塔高的计算 . 9 3.3 塔设备的结构设计 . 9 3.3.1 填料支承装置 . 9 3.3.2 填料压紧装置 . 10 3.3.3 液体分布装置与液体收集及再分布装置 . 10 3.3.4 除沫器 . 11 3.3.5 裙座 . 11 3.3.6 接管 . 11 3.3.7 人孔 . 12 3.3.8 法兰设计 . 12 3.3.9 保温层设计 . 12 3.3.10 吊耳 . 15 3.4 塔设备的强度设计和稳定校核 . 15 3.4.1 塔壁和封头壁厚设计 . 15 3.4.2 质量载荷计算 . 16 3
7、.4.3 自振周期计算 . 17 3.4.4 风载荷和风弯矩的计算 . 17 3.4.5 地震设计 . 19 3.4.6 偏心弯矩计算 . 22 3.4.7 塔体的强度与稳定校核 . 22 3.4.8 裙座的计算 . 24 2 第四章过程控制 . 25 4.1 控制方案概述 . 25 4.2 管道仪表流程图 . 26 4.3 开停工方案 . 27 4.3.1 真空分离塔开车方案 . 27 4.3.2 真空分离塔停车方案 . 27 第五章敏感性技术分析 . 28 5.1 回流比对产品浓度影响的灵敏度分析 . 28 5.2 进料温度对产品浓度影响的灵敏度分析 . 28 5.3 进料位置对产品浓度影
8、响的灵敏度分析 . 29 5.4 回流比对釜液产量影响的灵敏度分析 . 29 第六章安全、环境因素分析 . 30 6.1 安全、环境因素分析 . 31 6.2 HAZOP 分析 . 32 参考文献 . 33 附录计算举例 . 34 1. 塔径计算 . 34 2. 填料层高度计算及分段 . 34 3. 填料层压降计算 . 35 4. 法兰设计 . 35 5. 塔高计算 . 35 6. 塔壁和封头壁厚设计计算 . 35 7. 质量载荷计算 . 37 8. 裙座的计算 . 38 9. 各接管的设计 . 38 年产 15000 吨马来酸二甲酯项目真空精馏塔设计 1 第一章 初步设计条件 1.1 概述
9、本项目为年产 15000 吨马来酸二甲酯工艺，本文设计精馏工段真空分离塔设备， 用于将反应工序所得 粗马来酸二甲酯产品提纯 ，塔顶产品为 马来酸二甲酯产品 ，该馏分 为最终所获得产品 ；塔底馏分为 未转换的马来酸单甲酯 ，该馏分经进料泵送至 酯化 塔的中部继续精制以获得 马来酸二甲酯 产品 ，并在中间加入十二烷基苯磺酸 。根据可行性研究报告 结论， 本设备 应 采用连续精馏形式， 塔设备型式选 用填料塔， 塔内填料使 用 CY700 金属丝网波纹规整填料 ，回流方式为内回流，分布器采用 槽盘式分布器。选定轻关键组分为 马来酸二甲酯 ，重关键组分为 未转化的马来酸单甲酯 ，由于 马来酸二甲酯 熔
10、点低沸点高，受高温易分解，故采用减压精馏 以降低操作温度， 塔顶操作压力为 -0.08MPa(G)。 根据本设备的设计 要求及 工艺总 物料衡算结果，可确定对本设备详细设计各项条件。 1.2 设计 要求 与物性参数 1.2.1 设计 要求 对本设备设计选取 轻关键组分为 马来酸二甲酯 ，重关键组分为 马来酸单甲酯，总物料衡算结果如下表所示。 进料 出料 塔顶 塔釜 摩尔流量 kmol/h 13.6675 13.5500 0.1175 体积流量 m3/h 1.9352 1.892 0.01516 质量流量 kg/h 1939.893 1924.607 15.286 顺酐 0 0 0 甲醇 0 0
11、 0 马来酸单甲酯 15.591 0.309 15.282 马来酸二甲酯 1920.262 1920.258 0.004 水 4.040 4.040 0 年产 15000 吨马来酸二甲酯项目真空精馏塔设计 2 1.2.2 物性数据 年产 15000 吨马来酸二甲酯项目真空精馏塔设计 3 第二章 模拟计算 使用 Aspen Plus 软件进行 真空分离 塔模拟计算，选用 NRTL 作为物性计算方法。 使用 RadFrac 模型进行严格计算。 使用 Vary-Design 功能优化计算得出理论板数、馏出量、回流比等初步设计参数， 并将该初步设计数据作为进一步设计的依据。模拟计算结果如下：（表格做成
12、三线表） Stage Temperature Pressure Heat duty Liquid from Vapor from K MPa kW kmol/hr kmol/hr 1 423.499 0.02 -308.397 21.38683 0 2 424.9091 0.0207 0 8.108416 21.38683 3 425.9366 0.0214 0 8.064623 21.35842 4 426.9497 0.0221 0 8.019898 21.31462 5 427.9595 0.0228 0 7.974171 21.2699 6 428.9712 0.0235 0 7.92
13、7149 21.22417 7 429.9899 0.0242 0 7.878588 21.17715 年产 15000 吨马来酸二甲酯项目真空精馏塔设计 4 8 431.0202 0.0249 0 7.828327 21.12859 9 432.0653 0.0256 0 7.776342 21.07833 10 433.1268 0.0263 0 7.722784 21.02634 11 434.2039 0.027 0 7.668003 20.97278 12 435.2928 0.0277 0 7.613465 20.918 13 436.7643 0.0284 0 17.00733
14、17.00325 14 441.5796 0.0291 0 16.66189 16.7702 15 450.8181 0.0298 0 16.45597 16.42475 16 462.3579 0.0305 0 16.62683 16.21883 17 470.8571 0.0312 0 16.90256 16.3897 18 475.2181 0.0319 0 17.06927 16.66542 19 477.3145 0.0326 0 17.14689 16.83214 20 478.5204 0.0333 0 17.18591 16.90975 21 479.4105 0.034 0
15、17.211 16.94877 22 480.1876 0.0347 0 17.23125 16.97387 23 480.9194 0.0354 242.7776 0.237135 16.99412 气相摩尔组成 液相摩尔组成 Stage Stage MMM DMM WATER MMM DMM WATER 1 0.000269 0.985567 0.014163 1 0.000936 0.998473 0.000591 2 0.000936 0.998473 0.000591 2 0.0032 0.996775 2.46E-05 3 0.001796 0.997829 0.000376 3
16、0.00612 0.993864 1.57E-05 4 0.002897 0.996729 0.000373 4 0.009839 0.990145 1.57E-05 5 0.004293 0.995333 0.000374 5 0.014513 0.985471 1.58E-05 6 0.006037 0.993588 0.000375 6 0.020303 0.979681 1.59E-05 7 0.008185 0.991439 0.000376 7 0.027357 0.972627 1.60E-05 8 0.010788 0.988836 0.000376 8 0.035793 0.
17、964191 1.60E-05 9 0.013881 0.985741 0.000377 9 0.04567 0.954314 1.61E-05 10 0.01748 0.982 0.000 10 0.05696 0.943 1.61E 年产 15000 吨马来酸二甲酯项目真空精馏塔设计 5 142 378 2 022 -05 11 0.021566 0.978055 0.000379 11 0.069534 0.93045 1.62E-05 12 0.026082 0.973538 0.00038 12 0.083131 0.916853 1.62E-05 13 0.036378 0.963
18、569 5.30E-05 13 0.113095 0.886903 2.23E-06 14 0.100555 0.899442 2.26E-06 14 0.272721 0.727279 8.65E-08 15 0.262222 0.737778 8.77E-08 15 0.540076 0.459924 2.76E-09 16 0.533353 0.466647 2.80E-09 16 0.786999 0.213001 6.93E-11 17 0.783919 0.216081 7.03E-11 17 0.920132 0.079868 1.48E-12 18 0.918997 0.081
19、003 1.51E-12 18 0.972738 0.027262 2.96E-14 19 0.972355 0.027645 3.01E-14 19 0.990999 0.009001 5.79E-16 20 0.990874 0.009126 5.87E-16 20 0.997058 0.002942 1.13E-17 21 0.997018 0.002982 1.14E-17 21 0.999041 0.000959 2.20E-19 22 0.999029 0.000971 2.23E-19 22 0.999687 0.000313 4.32E-21 23 0.999685 0.000
20、315 4.38E-21 23 0.999898 0.000102 8.52E-23 液相质量组成 Stage MMM DMM WATER 1 0.000845 0.999081 7.39E-05 2 0.00289 0.997107 3.07E-06 3 0.005528 0.99447 1.97E-06 4 0.00889 0.991108 1.96E-06 5 0.013119 0.986879 1.98E-06 6 0.018363 0.981635 1.99E-06 7 0.024761 0.975237 2.00E-06 8 0.032423 0.967575 2.01E-06 9 0.04141 0.958588 2.02E-06 10 0.051705 0.948293 2.03E-06 11 0.063195 0.936803 2.03E-06
