pdms在丙烯腈工厂设备设计中的应用研究【字数：8195】
摘 要PDMS三维设计软件是一个多学科的综合布局设计数据库集成平台，直接反映了明显的结构，设备，管道和电缆桥架。显示了各个模块之间的空间关系，实现了结构、设备、暖通、电器、管道及其支吊架等各专业在同一个平台系统上进行设计操作，它是当今工厂的主流3 D设计软件，在石化，电力，冶金，造船和制药行业有广泛的应用。 丙烯腈属于剧毒、易燃、易爆化学品，生产工艺技术含量高，我国目前30%左右的丙烯腈消费量需要靠国外进口，绝大多数是从台湾，韩国，日本和美国进口的。近年来安全生产事故频发，各行业对安全生产愈加重视，应用 PDMS开展丙烯腈工厂的安全生产设计研究， 是具有非常重大意义的，其意义在于项目初期确保企业的安全生产，并可以在地区市场站稳脚跟，之后参与国际市场的竞争。本次设计是以PDMS和CAD等软件为工具，通过用丙烯和氨作为原料，使用丙烯氨氧化的生产方式生产丙烯腈的项目设计。重点应用PDMS对主要设备萃取精馏塔和釜式再沸器进行可视化三维设计。
目 录
1 丙烯腈介绍 1
1.1 物化性质 1
1.2 市场需求 1
1.3 生产工艺 2
2 PDMS简介 4
2.1 PDMS的功能与特点 4
2.2 PDMS结构与术语 4
3 设计项目概况 6
3.1 项目背景 6
3.2 厂址选择 6
3.3 厂区布局 7
4 典型设备设计 9
4.1 设计思想 9
4.2 萃取精馏塔 9
4.2.1萃取精馏塔的原理 9
4.2.2萃取精馏塔的CAD图 9
4.2.3萃取精馏塔的3D图 11
4.3 釜式再沸器 19
4.3.1 釜式再沸器的结构 19
4.3.2 釜式再沸器的CAD图 19
4.3.3 釜式再沸器的3D图 21
4.4 其它设备 31
结语 32
参考文献 33
致谢 34
1 丙烯腈介绍
1.1 物化性质
/
图1 丙烯腈的物化性质
1.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
市场需求
/
图2 全球丙烯腈产能图
由图2可知丙烯腈产能在逐年递增，从侧面反映出丙烯腈的需求量也在逐年增长。由丙烯腈可以制出腈纶、丁腈橡胶、ABS树脂、己二腈等产品。腈纶，由丙烯腈可以得到的，其性质非常类似于羊毛，因此它也被称为合成羊毛。丙烯腈和丁二烯的共聚合可以生产出具有良好耐油性，耐寒性，耐磨性和电绝缘性的良好丁腈橡胶，而且在绝大部分化学溶剂，阳光和热的作用下其性能是相对于非常稳定的。ABS树脂是通过用丁二烯和苯乙烯，丙烯腈共聚而得到，其具有重量轻，耐寒性和耐冲击性好等优点。丙烯腈还可电解加氢偶联制得己二腈，由己二腈加氢又可制得己二胺，己二胺是尼龙66原料。它还可以用于制造防水剂和粘合剂，以及用于其他有机合成和制药工业，以及用作熏蒸剂。此外，该产品也是非质子极性溶剂，用作油浆添加剂PAC142的原料[1]。近年来国内生产丙烯腈能力较弱，大量依赖进口，同时丙烯腈的需求量在逐年增加，价格也是如此，这就要求加强创新开拓市场。
1.3 生产工艺
/
图3 丙烯腈丙烯氨氧化法工艺流程图
丙烯氨氧化法：在这种方法下生产原料为丙烯、氨、空气还有水，然后根据其一定量的配比投入到沸腾床或固定床反应器中，在催化剂作用下和在400500℃温度和常压下，生成丙烯腈及其他副产品。然后通过中和塔用稀硫酸去除未反应的氨，再通过吸收塔用水吸收丙烯腈等气体，形成水溶液，通过萃取蒸馏塔将水溶液与乙腈分离，在脱氢氰酸塔中去除氢氰酸，通过脱水和精馏操作得到丙烯腈产物。该方法可以实现75％的单程收率，副产物是乙腈，氢氰酸和硫酸铵[2]。此法是最有工业生产价值的生产方法，原料来源简单，价格较低，生产工艺不复杂，生产成本低，但由于国际油价上涨，丙烯成本逐渐升高[3]。
此方法使用的化学反应方程式如下：
主反应方程式：C3H6+NH3+1.5O2→CH2=CHCN+3H2O ?H=512.5KJ/mol
副反应方程式：1.乙腈 C3H6+1.5NH3+1.5O2→1.5CH3CN+3H2O ?H=522KJ/mol
氢氰酸 C3H6+3NH3+3O2→3HCN+6H2O ?H=941KJ/mol
二氧化碳 C3H6+4.5O2→3CO2+3H2O ?H=1925KJ/mol
一氧化碳 C3H6+3O2→3CO+3H2O ?H=1925KJ/mol
目前，丙烯腈生产的主要途径是丙烯的一步氨氧化工艺，取代以乙炔为原料的原工艺。丙烯、氨和空气在流化床反应器中反应生成丙烯及其副产品乙腈和氢氰酸。在现有的丙烯腈生产工艺中，丙烯与氨在氨氧化反应产物中转化为丙烯腈的程度要足够高才可以最大限度地提高一次反应的收率。然而，反应的转化率很高，由于产生大量的二氧化碳和一氧化碳副产物，降低了反应的选择性。反应物经过反应器循环使用后，未反应的烃类原料和副产物送去焚烧炉，导致大量二氧化碳和一氧化碳排放造成环境污染[4]。我国目前30%左右的丙烯腈消费量需要靠国外进口，主要进口地有美国、韩国、日本等。而现在我国丙烯腈产量不足，大量依靠进口，促使我们加大对其工艺的研究和改进。
2 PDMS简介
2.1 PDMS的功能与特点
随着当今社会计算机软件技术的飞速发展，化学工程设计方法的发展从一开始就一直在推动， 到之后的 AutoCAD的二维设计，再到现在的工厂三维设计。PDMS 3D设计软件是最广泛使用和成熟的设计软件之一，在石化，电力，冶金，造船和制药行业具有广泛的应用。 PDMS三维设计与Auto CAD相比， PDMS具有直观、共享和检测等特点。 PDMS软件的模块包括项目管理模块，应用模块，组件库和级别库模块，设计模块，设计分析模块，绘图模块和管道部分下的材料模块。 设计模块包括设备，管道，土木结构，HVAC，电缆桥架，吊架和设计模板[5]。
PDMS的应用是化工工程发展的必然结果，随着化工工程的不断更新提高，以往二维设计逐渐转变为现代的三维设计。PDMS不仅可以促进设计思想的发展，而且可以提高数据的准确性和科学性，此外，还进一步减少了设计师的工作量和工作时间。可以说，PDMS让化工工程设计进入了一个崭新的阶段，但仍有大量的工作要求需要不断的完善提高[6]。
第一个是独特的数据库系统。 建立数据库来收集各种各样的组件信息，不断改善长期使用的数据库，它可以扩大 PDMS软件的使用范围， 提高其实用性，逐步完善数据库可以使项目的设计更合格和标准[7]。第二个是3D建模功能，PDMS软件的设计窗口为三维窗口，设计相对直观，这也为设计师查看与修改模型等提供了很大的方便。 第三个是出图方法更方便有效，在PDMS中的Draft模块可以直接将三维模型转换为平面图。四是动态旋转显示系统，这是PDMS三维设计软件特有的三维模型浏览工具,它的主要功能是搭建视觉沟通的桥梁，确保工程项目在设计、审核、预制、运营等各个阶段的顺利进行等等。通过此系统, 设计师可以优化和调整工厂的设计和布局等等,方便工作人员进行模型的核查[8]。
目 录
1 丙烯腈介绍 1
1.1 物化性质 1
1.2 市场需求 1
1.3 生产工艺 2
2 PDMS简介 4
2.1 PDMS的功能与特点 4
2.2 PDMS结构与术语 4
3 设计项目概况 6
3.1 项目背景 6
3.2 厂址选择 6
3.3 厂区布局 7
4 典型设备设计 9
4.1 设计思想 9
4.2 萃取精馏塔 9
4.2.1萃取精馏塔的原理 9
4.2.2萃取精馏塔的CAD图 9
4.2.3萃取精馏塔的3D图 11
4.3 釜式再沸器 19
4.3.1 釜式再沸器的结构 19
4.3.2 釜式再沸器的CAD图 19
4.3.3 釜式再沸器的3D图 21
4.4 其它设备 31
结语 32
参考文献 33
致谢 34
1 丙烯腈介绍
1.1 物化性质
/
图1 丙烯腈的物化性质
1.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
市场需求
/
图2 全球丙烯腈产能图
由图2可知丙烯腈产能在逐年递增，从侧面反映出丙烯腈的需求量也在逐年增长。由丙烯腈可以制出腈纶、丁腈橡胶、ABS树脂、己二腈等产品。腈纶，由丙烯腈可以得到的，其性质非常类似于羊毛，因此它也被称为合成羊毛。丙烯腈和丁二烯的共聚合可以生产出具有良好耐油性，耐寒性，耐磨性和电绝缘性的良好丁腈橡胶，而且在绝大部分化学溶剂，阳光和热的作用下其性能是相对于非常稳定的。ABS树脂是通过用丁二烯和苯乙烯，丙烯腈共聚而得到，其具有重量轻，耐寒性和耐冲击性好等优点。丙烯腈还可电解加氢偶联制得己二腈，由己二腈加氢又可制得己二胺，己二胺是尼龙66原料。它还可以用于制造防水剂和粘合剂，以及用于其他有机合成和制药工业，以及用作熏蒸剂。此外，该产品也是非质子极性溶剂，用作油浆添加剂PAC142的原料[1]。近年来国内生产丙烯腈能力较弱，大量依赖进口，同时丙烯腈的需求量在逐年增加，价格也是如此，这就要求加强创新开拓市场。
1.3 生产工艺
/
图3 丙烯腈丙烯氨氧化法工艺流程图
丙烯氨氧化法：在这种方法下生产原料为丙烯、氨、空气还有水，然后根据其一定量的配比投入到沸腾床或固定床反应器中，在催化剂作用下和在400500℃温度和常压下，生成丙烯腈及其他副产品。然后通过中和塔用稀硫酸去除未反应的氨，再通过吸收塔用水吸收丙烯腈等气体，形成水溶液，通过萃取蒸馏塔将水溶液与乙腈分离，在脱氢氰酸塔中去除氢氰酸，通过脱水和精馏操作得到丙烯腈产物。该方法可以实现75％的单程收率，副产物是乙腈，氢氰酸和硫酸铵[2]。此法是最有工业生产价值的生产方法，原料来源简单，价格较低，生产工艺不复杂，生产成本低，但由于国际油价上涨，丙烯成本逐渐升高[3]。
此方法使用的化学反应方程式如下：
主反应方程式：C3H6+NH3+1.5O2→CH2=CHCN+3H2O ?H=512.5KJ/mol
副反应方程式：1.乙腈 C3H6+1.5NH3+1.5O2→1.5CH3CN+3H2O ?H=522KJ/mol
氢氰酸 C3H6+3NH3+3O2→3HCN+6H2O ?H=941KJ/mol
二氧化碳 C3H6+4.5O2→3CO2+3H2O ?H=1925KJ/mol
一氧化碳 C3H6+3O2→3CO+3H2O ?H=1925KJ/mol
目前，丙烯腈生产的主要途径是丙烯的一步氨氧化工艺，取代以乙炔为原料的原工艺。丙烯、氨和空气在流化床反应器中反应生成丙烯及其副产品乙腈和氢氰酸。在现有的丙烯腈生产工艺中，丙烯与氨在氨氧化反应产物中转化为丙烯腈的程度要足够高才可以最大限度地提高一次反应的收率。然而，反应的转化率很高，由于产生大量的二氧化碳和一氧化碳副产物，降低了反应的选择性。反应物经过反应器循环使用后，未反应的烃类原料和副产物送去焚烧炉，导致大量二氧化碳和一氧化碳排放造成环境污染[4]。我国目前30%左右的丙烯腈消费量需要靠国外进口，主要进口地有美国、韩国、日本等。而现在我国丙烯腈产量不足，大量依靠进口，促使我们加大对其工艺的研究和改进。
2 PDMS简介
2.1 PDMS的功能与特点
随着当今社会计算机软件技术的飞速发展，化学工程设计方法的发展从一开始就一直在推动， 到之后的 AutoCAD的二维设计，再到现在的工厂三维设计。PDMS 3D设计软件是最广泛使用和成熟的设计软件之一，在石化，电力，冶金，造船和制药行业具有广泛的应用。 PDMS三维设计与Auto CAD相比， PDMS具有直观、共享和检测等特点。 PDMS软件的模块包括项目管理模块，应用模块，组件库和级别库模块，设计模块，设计分析模块，绘图模块和管道部分下的材料模块。 设计模块包括设备，管道，土木结构，HVAC，电缆桥架，吊架和设计模板[5]。
PDMS的应用是化工工程发展的必然结果，随着化工工程的不断更新提高，以往二维设计逐渐转变为现代的三维设计。PDMS不仅可以促进设计思想的发展，而且可以提高数据的准确性和科学性，此外，还进一步减少了设计师的工作量和工作时间。可以说，PDMS让化工工程设计进入了一个崭新的阶段，但仍有大量的工作要求需要不断的完善提高[6]。
第一个是独特的数据库系统。 建立数据库来收集各种各样的组件信息，不断改善长期使用的数据库，它可以扩大 PDMS软件的使用范围， 提高其实用性，逐步完善数据库可以使项目的设计更合格和标准[7]。第二个是3D建模功能，PDMS软件的设计窗口为三维窗口，设计相对直观，这也为设计师查看与修改模型等提供了很大的方便。 第三个是出图方法更方便有效，在PDMS中的Draft模块可以直接将三维模型转换为平面图。四是动态旋转显示系统，这是PDMS三维设计软件特有的三维模型浏览工具,它的主要功能是搭建视觉沟通的桥梁，确保工程项目在设计、审核、预制、运营等各个阶段的顺利进行等等。通过此系统, 设计师可以优化和调整工厂的设计和布局等等,方便工作人员进行模型的核查[8]。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/yyhx/282.html
