1、本科毕业论文（20 届）140 万吨/年 PTA 精制单元过滤-干燥系统工艺设计所在学院 专业班级 化学工程与工艺 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文II摘要在 PTA 生产过程中过滤和干燥单元是制约产能的关键环节，对 PTA 工业生产起着决定性作用。本文通过对比目前 PTA 工业上常用的精制单元过滤干燥工艺之后，确定采用真空过滤工艺和回转圆筒干燥工艺，依次进行了物料衡算和热量衡算，工艺计算及设备选型，绘制了带控制点的工艺流程图，转鼓真空过滤机装配图，平面布置图。关键词 PTA 过滤 干燥 工艺设计 设备选型本科生毕业论文IIIAbstractPTA produc
2、tion process in the filtration and drying unit is the key to capacity constraints on the PTA plays a decisive role in industrial production. This paper compares the current PTA refining unit commonly used in industrial filtration and drying to determine the rotary vacuum filtration process and the d
3、rying cylinder, in turn the material balance and heat balance, process calculations and equipment selection, drawn with control Point flow chart, drum vacuum filter assembly drawing, plot plan.Key word PTA Filtration Drying Process Calculation Equipment Selection本科生毕业论文目 录摘要 .IABSTRACT.II1 前言 .11.1
4、背景 .11.2 过滤工艺研究进展 .11.2.1 过滤工艺技术概况 .11.2.2 固液分离工艺在 PTA 工业生产中的应用及研究情况 .11.2.3 PTA 过滤工艺流程选择 .21.3 干燥工艺研究进展 .31.3.1 干燥工艺技术概况 .31.3.2 常见的干燥工艺概况 .31.3.3 PTA 干燥工艺流程选择 .41.4 设计原则 .41.5 设计目的及意义 .41.6 设计任务 .42 工艺设计 .52.1 工艺流程设计 .52.1.1 工艺流程设计的重要性 .52.1.2 工艺流程设计原则 .52.1.3 工艺流程确定 .52.1.4 生产工艺流程叙述 .62.2 工艺计算 .7
5、2.2.1 物料衡算 .72.2.2 热量衡算 .72.2.3 过滤单元工艺计算与设备选型 .8本科生毕业论文2.2.4 干燥单元工艺计算与设备选型 .143 车间（工段）布置设计 .193.1 车间（工段）布置设计的意义 .193.2 车间（工段）布置设计与评述 .193.2.1 关于车间（工段）平面布置方案 .193.2.2 关于厂房形式 .193.2.3 车间（工段）设计布置 .194 工程概算 .214.1 设备一览表 .214.2 动力（水、电、汽）消耗定额及消耗量表 .214.3 车间人员编制 .224.4 车间成本估算 .225 环境保护和安全措施 .235.1 环境保护 .23
6、5.2 安全措施 .23小结 .24参考文献 .25致 谢 .26附录一:PTA 精制单元过滤干燥系统带控制点的工艺流程图 .27附录二:PTA 精制单元过滤干燥系统平面布置图 .28附录三:转鼓真空过滤机装配图 .29本科生毕业论文11 前言1.1 背景PTA精对苯二甲酸（Pure Terephthalic Acid），常温下外观为白色晶体或粉末，无毒，无味，是重要的大宗有机原料之一。PTA 是聚酯纤维和非纤聚合物的重要基础原料，PTA 的下游产业主要是聚酯工业，其主要用于生产聚酯纤维、聚酯切片和聚酯薄膜，在化纤、轻工、电子、建筑等工业上有广泛的应用 1。随着科学技术的发展，以 PTA 为基
7、础原料的高科技产品层出不穷，其在工业上的应用不断增多，纺织工业和饮料包装中要大量使用聚酯，而且在医药、化妆品等非食品包装中以及在 PBT 工程塑料、不饱和聚酯树脂等行业的应用，PTA 产业具有广阔的应用前景。世界上生产PTA产品主流工艺技术包括英国BPAmoco、日本三井、美国Invista(Du pontICI)、德国LurgiEastman等4家公司的专利技术，其中前3种工艺技术主要包括氧化反应和加氢精制2个工序生产PTA，通常也被称为二步法。LurgiEastman工艺则采用二次氧化与熟化代替加氢精制工序，生产中纯度的对苯二甲酸(EPTA) 2。目前我所在的实习单位采用的是美国杜邦公司的
8、英威达技术和德国的伊斯特曼技术两套工艺。目前，我国现有二十多套PTA装置正在运行，有近二十年的运行经验，我国的中国纺织工业设计院亦结合以上国际最新技术设计了一套国产化的工艺。因此，对于新建PTA装置不存在大的技术风险 3。PTA 生产工艺技术发展至今己经非常成熟，但各个专利技术商仍在不断地进行工艺流程的优化。目前，PTA 精制单元主要采用一级连续真空过滤分离或压力过滤分离，将精制单元的 2 级分离变为 1 级分离；取消氧化单元的干燥机和精制单元的 CTA 料仓；加大精制单元干燥机的干燥处理能力等措施，这些措施已在工业装置中得到应用，并在实际生产过程中不断改进完善之中。在 PTA 生产过程中过滤
9、和干燥是制约产能的关键环节，对 PTA 工业生产起着决定性作用。1.2 过滤工艺研究进展1.2.1 过滤工艺技术概况过滤是在过滤推动力作用下，使过滤介质一侧的悬浮液或含尘气的流体通过过滤介质的孔道向另一侧流动。固体颗粒则被截留下来，从而使流体与固体的分离的过程。被过滤的悬浮液又称为浆料，过滤的清液称为滤液，过滤后截留下来的固体颗粒被称为滤饼。在化学工程中过滤属于固液分离技术的一种。过滤机是利用过滤原理对悬浮液进行固，液分离的一种化工设备，过滤过程一般可分为过滤，洗涤，干燥，卸料 4 个阶段。过滤机主要按照过滤推动力、过滤介质、过滤操作方法来分类。按过滤推动力可分为重力过滤机、压力过滤机和真空过
10、滤机，按过滤介质的性质可分为粒状介质过滤机、滤布过滤机和半透膜过滤机等，按操作方法可分为间歇过滤机和连续过滤机等 4。过滤机在化工生产上具有非常重要的作用。1.2.2 固液分离工艺在 PTA 工业生产中的应用及研究情况固液分离工艺在 PTA 生产中的主要作用有两个方面：(1)氧化段中除去 TA 料浆中的醋酸溶液，以保证加氢精制段的生产要求；(2)精制段中除去苯甲酸，得到精对苯二甲酸。目前PTA 工业上固液分离工艺主要有离心分离工艺、真空过滤工艺、压力过滤工艺三种。本科生毕业论文21.2.2.1 离心分离工艺简介离心机是利用转子旋转产生的离心力，使悬浮液、乳浊液及其他物料的分离或浓缩的化工设备。
11、离心分离工艺：来自 PTA 结晶器的 PTA 浆料，用压力离心机进料泵送到压力离心机，压力离心机使浆料脱水生成约含水量大概为 12的 PTA 滤饼和约含 O.25固体颗粒和约溶解有 O.2PTA 的母液。PTA 滤饼被再打浆水冲洗从离心机壳体剥离下来，形成的浆料再利用自身重力进入打浆罐再次被打浆。离心机的母液靠重力自流进入母液罐。经过这样一级分离的滤饼进一步打浆洗涤，使滤饼中的杂质苯甲酸尽量溶解，再经过二级离心分离得到高纯度的PTA 产品 5。离心机是离心分离工艺中的主设备，它属于高速运转设备，容易发生机械损伤，制约了其长时间运转，随着设备运转时间的延长，离心机运行周期下降很明显。例如乌鲁木齐
12、石化公司化纤厂在 1995 年投产的一套装置，工作 10 年后运行周期由原来的 6 个月以上降到了23 个月。另外离心分离工艺的生产能力受限，已成为 PTA 生产产能扩大的瓶颈。离心分离工艺主要适用于早期 PTA 生产，因此有很多企业的扩能改造中都把以前的离心分离工段改造为真空过滤如上海石化和扬子石化等 6。1.2.2.2 真空过滤工艺简介PTA 浆料从过滤机进料罐中由供料输送泵从过滤机的底部送入料槽，在真空条件下，浆料中的 PTA 颗粒被过滤后留在滤布上。多余的浆料从溢流管线返回到进料罐中以保证浆料处于悬浮状态。滤液和气体由被真空泵抽出进入滤液罐进行气液分离，滤布上的滤饼经洗涤水清洗后，被真
13、空泵的压缩返回气体吹落由螺旋输送机送到干燥机进行干燥处理 7。真空过滤工艺与离心分离工艺相比。转鼓真空过滤具有结构简单、生产能力大及设备维修费用低的优点，成为了 PTA 厂家的新宠。但与最近开发研究的压力过滤工艺相比，其生产能力又有所不及，且附属设备也较其要多出一个真空系统。1.2.2.3 压力过滤工艺简介压力过滤工艺由真空过滤工艺演变而来，其原理真空过滤一致，它是将真空过滤的常压操作发展改进为加压操作。压力过滤工艺流程：PTA 浆料从过滤机进料罐中由供料输送泵从旋转压力过滤机的底部送入料槽；在加压条件下浆料中的 PTA 颗粒被过滤后留在滤布上，同时一部分浆料从进料槽的溢流线返回到进料罐中以保
14、证浆料处于悬浮状态。滤饼随过滤机的旋转依次进行过滤、清洗等步骤，再进入干燥阶段。内外压差的存在，使滤饼中的水分被压入转鼓内侧，得到初步干燥滤饼，通过刮刀卸料，最后经螺旋输送器送入干燥机进行干燥。压力过滤工艺优点是比真空过滤处理量更大，其产量是普通真空过滤机的 410 倍，滤饼含湿量更低。它的结构简单不需要附加的真空系统，而且实现了常压卸料，更加方便了生产的操作。但是其技术还处于试验应用阶段，国内工业试验机已开发成功。1.2.3 PTA 过滤工艺流程选择针对年产量 140 万吨的 PTA 生产工艺，离心分离工艺明显是不合时宜了，虽然压力过滤工艺更为先进，但是其技术尚未成熟，同样不宜选用，因此选择
15、真空过滤工艺是最合适的，相关文献中也有类似论述 6。1.3 干燥工艺研究进展1.3.1 干燥工艺技术概况本科生毕业论文3干燥是工业上常见的单元操作过程之一，干燥效果好坏将影响到产品性能、形状、质量以及能耗等。干燥工艺涉及的行业较广，既涉及复杂的传热、传质机理，又与物料的性质、处理量等密切相关，各种结构及工艺不同的设备的它的功能也有些区别。干燥工艺随着其相关产业的发展也有较大的发展，因为干燥涉及不同种类产品的性质、干燥前后的物料不同形态。化学工业中的干燥方法有三类：机械除湿法、化学除湿法、加热干燥法。机械除湿法:采用压榨机对湿物料进行加压操作，将物料中的一部分水分挤出使其干燥。物料中除去的水分量
16、的多少主要决定于施加压力的大小。物料经机械除湿后仍会保留较高的水分，一般是 40%60%左右。不许受压的物料或颗粒状物料可用离心分离脱水，经离心分离除去水分之后，物料的含湿率为 5%10%。其他机械除湿常用的化工设备有各种类型的过滤机。机械除湿法只能除去物料中的自由水，与物料结合的水分难以除去。机械除湿之后物料的含湿率仍然较高，一般达不到化工生产要求的较低含水量。化学除湿法:利用干燥剂除去流体和固体中含有的少量水分。由于干燥剂的仅有有限的除湿能力，仅可以除去物料中的微量水分，它化学工业中应用的很少。加热干燥法:化工行业中用得最多的干燥方法，它是利用加热的方法使物料中水分汽化除去。例如预先把空气
17、加热然后再送入干燥机用来干燥物料，空气中的将热量传导给物料，同时物料中的水分汽化，形成水蒸气，随空气被带出干燥机。物料经过加热干燥，能够除去物料中的结合水分，达到化工工艺上所要求的含水量 8。1.3.2 常见的干燥工艺概况1.3.2.1 喷雾干燥工艺喷雾干燥工艺流程是采用喷雾的方法，使物料成为雾滴分散在热气流中，物料与热空气呈并流、逆流或混流的方式互相接触，使水分迅速蒸发，达到干燥目的。采用这种干燥方法，可以省去浓缩或过滤等化工单元操作，而且干燥时间非常短，但是其容积传热系数较小。工业上常用的喷雾干燥器，其热效率一般在 40%50%左右。其代表设备是喷雾干燥机，主要用于处理溶液、悬浮液或泥浆状
18、物料 9。1.3.2.2 流化床干燥工艺流化床干燥工艺流程是将呈散粒状的固体物料加入流化床干燥器中，由鼓风机送风进入燃烧室，加热后的风与固体物料在底部接触，形成流态化，以此进行热交换的一种干燥工艺。排料口排出干燥后的物料。流化床顶部排出废气，通过旋风除尘器回收夹带的产品。代表设备是流化床干燥机，它适用于无凝聚作用的散粒状物料的干燥，其优点是设备结构简单生产能力大，热效率高，其缺点是热空气通过分布板和物料层的阻力较大，鼓风机的能量消耗较大。1.3.2.3 气流干燥工艺气流干燥工艺工艺流程是被干燥的物料直接由加料器加入气流干燥管中，空气由鼓风机送入燃烧炉，加热后，进入气流干燥管的底部。高速的热气流
19、，使加人的粉粒状湿物料加速并分散地悬浮在气流中，在气流加速和输送的过程中完成对湿物料的干燥。其对应的干燥设备是气流干燥机，应用于粉粒状物料的干燥气流干燥器的主体设备很小，设备投资费低，占地面积小，且可连续操作，易于实现自动控制。但是，气流干燥器操作气速高，物料会比较强烈地冲击管壁同时物料间相互碰撞，会使物料对管子产生较大的磨损。1.3.2.4 回转圆筒干燥工艺本科生毕业论文4回转圆筒干燥工艺流程：湿物料从回转圆筒高的一端加入，干燥用烟道气与物料并流进入，湿物料在抄板的作用下，把物料分散在干燥用的烟道气中，同时向前移动，物料在移动中直接从气流中获得热量，使水分汽化，达到干燥的目的，直到回转圆筒干
20、燥器低的一端卸出产品。其对应设备回转圆筒干燥机在化学工业中，广泛地用于各种粒状物料和小块状物料的干燥，由于转速很低，回转线速度约为 0.2 m/s0.3m/s ，流体阻力小，鼓风机动力消耗少，能耗低，操作连续，生产能力适应范围大 10。1.3.3 PTA 干燥工艺流程选择PTA 干燥单元，无疑是整套 PTA 生产中的关键工段之一，干燥系统运行好坏直接影响产品质量和产量，也是影响整个装置运行成本的关键。经第四结晶器结晶后的浆料，再通过过滤机过滤之后，然后进入干燥机干燥，把 PTA 由湿滤饼烘干成为易流动的粉末状颗粒，最后由旋转阀和风送系统输送至中间料仓和成品料仓，成品再由槽车送至聚酯工厂或送到
21、PTA 打包站独立包装。鉴于 PTA 工业生产的连续性，同时处理量大及 PTA 滤饼和干燥后成易流动粉末的特性，考虑到能耗，操作安全，生产能力等各方面因素，参照目前 PTA 行业主要采用的工艺最终选择蒸汽管回转圆筒干燥工艺。1.4 设计原则（1）遵守法则，法规，贯彻党的基本建设方针，实事求是，因地制宜（2）合理利用国家资源和财产，最大限度的发挥硬件设施的内在潜力，节约土地，减少投资，降低成本；（3）采用成熟的。先进的工艺流程，设备，学习先进的生产技术，努力实现自动化。 （4）尽可能创造良好的劳动条件，以利于劳动工人的身心健康；1.5 设计目的及意义目前国内的过滤干燥工艺方面的工艺技术已经有很大
22、发展，但鉴于目前 PTA 产能不断扩大现状，由于设备方面的技术限制，国产化生产工艺还不是很成熟。现在国内的 PTA 企业采用的大都是进口工艺技术，为此要支付大额的专利费用，而在 PTA 生产过程中过滤和干燥是制约产能的关键环节，对 PTA 工业生产起着决定性作用，因此，研究设计 PTA 过滤干燥工艺流程具有重大意义。1.6 设计任务PTA 精制单元过滤干燥系统的初步设计，进行物料衡算和热量衡算，主要设备的工艺计算和选型，绘制带控制点的工艺流程图，转鼓真空过滤机装配图和平面布置图。本科生毕业论文52 工艺设计2.1 工艺流程设计2.1.1 工艺流程设计的重要性（1）工艺流程设计是工艺设计的基础。
23、工艺流程设计是工厂设计中最主要的内容，是工艺设计的核心。因为工艺流程设计的质量直接决定车间的生产产品质量、生产能力、操作条件、安全生产、三废治理、经济效益等一系列根本性问题。（2）工艺流程设计是物料衡算、设备选型的基础。从哲学角度来说，工艺流程设计是定性分析工作阶段，物料衡算是定量计算阶段。一般来说，先定性后定量，所以，工艺流程设计是物料衡算的前提和基础。2.1.2 工艺流程设计原则（1）先进性工艺流程的先进性从两个方面考虑：一方面是技术的先进；一方面是经济上的合理。两方面同等重要，缺一不可。（2）可靠性所设计的工艺流程必须可靠即经过实验室、工业小试、中试，证明技术是成熟的，生产安全可靠，才可以设计选用。（3）结合国情，因地制宜工艺流程的选择从技术角度来说，应尽量采用新工艺、新技术，单从具体情况考虑，并不必选择国外的先进的技术。因为国外的技术往往价格较高，技术保密性强，没有实用价值。所以，结合实际，选择自己易于掌握和改进的技术要方便、实用。2.1.3 工艺流程确定精制单元过滤干燥系统主要流程，如图 2.1 所示
