pdms在丙烯腈工厂管道设计中的应用研究【字数：9497】
摘 要PDMS是一款拥有强大功能的三维建模软件，而管道建模是PDMS中最强大的功能，本毕业设计主要就是通过PDMS的管道建模功能，设计出丙烯腈工厂四效蒸发车间的三维管道图。丙烯腈是一种无色、有刺激性气味的液体，且易燃易爆，属于高度危害物质。国内丙烯腈生产主要应用于低端市场，而高端市场的产品还主要来源于进口，因此，提高我国丙烯腈市场竞争力，丙烯腈工厂的设计显得尤为重要。本毕业设计主要是对丙烯腈工厂的四效蒸发车间进行管道设计，四效蒸发车间是丙烯腈反应副产物的处理车间，是保证残留物不流入环境，污染环境的必要车间，因而该车间的管道设计便显得尤其重要。
目 录
1 项目概况 1
1.1 PDMS简介 1
1.1.1 PDMS软件特点 1
1.1.2 PDMS发展现状 1
1.1.3 国内PDMS应用现状 1
1.2 丙烯腈简介 2
1.2.1 丙烯腈物化特性 2
1.2.2 丙烯腈制备方法 2
1.2.3 丙烯腈制备工艺流程 3
1.2.4 丙烯腈应用领域 3
1.3 项目背景 3
1.4 厂区选址 4
1.5 PDMS中的管道设计 6
1.6 管道规范 8
2 管道设计 9
2.1 四效蒸发车间工艺流程 9
2.2 四效蒸发车间PID图 9
2.3 管道三维设计 11
结 语 27
参考文献 28
致 谢 29
1 项目概况
1.1 PDMS简介
1.1.1 PDMS软件特点
该软件具有下面几个特点：全比例三维实体建模，所建模型可以任意放大缩小，而不是固定一成不变，而且以所见即所得的方式建模；在现今网络飞速发展的时代，PDMS通过互联网将各个领域互不相识的人集中在一个项目，各尽其用，而且每个参与者都可以在设计过程中知道其他参与者在干什么；PDMS可以在建模过程中自动检测元件和各个专业设计之间是否存在冲突，从而使最后的设计结果的准确性得到保证；可以通过Auto draft实现与AutoCAD的图纸转换，即把三 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
维模型转换为二维平面设计。
1.1.2 PDMS发展现状
计算机技术的快速发展, 在化工工程设计方式的变更中发挥了巨大的推动作用。从最初的手绘方式, 到AutoCAD二维设计, 再到工厂三维设计。三维设计已经成为了新时期工业领域设计的核心, 而PDMS其中最具有代表性的一种，也是最为成熟的三维软件，目前在电力、石油、化工、冶金等行业中都得到了广泛的应用[1]。随着设计效率和设计质量的要求越来越高, PDMS发展态势和发展前景不可估计。现阶段, PDMS软件系统最新版本为:PDMS12.1, 在原有功能的基础上, PDMS进入到了一个全新的化工工程设计时代[2]。
1.1.3 国内PDMS应用现状
PDMS三维设计在管道设计专业中已经得到了较广泛的应用, 也引起了整个工程设计界的大变革, 这是一种不可逆转的趋势。[3]国内目前进行三维设计所使用的主流软件有工厂设计系统(pds)、三维工厂设计软件（pdsoft）以及工厂设计管理系统（pdms）。PDMS是其中功能最强大的软件，PDMS三维软件在设备建模和管道建模中的使用技巧还有很多, 需要在平时的设计工作多加研究和总结[4]。在国内使用的相对较少，但总体来说我国对于PDMS的应用越发成熟。PDMS的出现是计算机技术进步的必然结果, 随着化工企业的变革发展, 传统的二维设计逐渐转变为三维设计。[5]
1.2 丙烯腈简介
1.2.1 丙烯腈物化特性
/
图1 丙烯腈物化特性表
1.2.2 丙烯腈制备方法
丙烯腈目前有三种制备方法，分别是氰乙醇法、乙炔法和丙烯氨氧化法。前两种方法已基本被淘汰，本文介绍的工厂所采用的是丙烯氨氧化法，故在此介绍该种方法。丙烯氨氧化法是目前国内外生产丙烯腈的主要方法，生产过程将空气、氧、丙烯、按照1：1.5：1的摩尔比从底部进入流化床反应器，反应温度为室温，该反应体系为放热体系，可以采用撤热水回收热量，产生高压蒸汽。反应气体反应完毕冷却，先后经过洗涤、吸收、精馏得到高纯度的丙烯腈[6]。该工艺优点突出，首先，其原料来源简单，且价格较低；其次，拥有简单的生产工艺，原来生产成本也低，但丙烯是从石油中提取，近年来国际石油价格不断上涨，结果导致丙烯的成本逐年升高。其化学方程式如下所示：
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1.2.3 丙烯腈制备工艺流程
丙烯腈制备需要的原料有丙烯、氨和空气，将这三种原料放入反应器，在混合之后，在催化剂作用下，生成含丙烯腈、氢氰酸、乙腈和其他的一些杂志气体。随后反应产物进入急冷却塔，通过冷却作用除去部分杂质以及氨。经过冷却后的物料再进入吸收塔，此时，塔内存在的气体包括丙烯腈、氢氰酸和乙腈，乙腈可以用水吸收然后分离出去，丙烯腈、氢氰酸以及水蒸气一同从萃取精馏塔塔顶出来，再通过冷却使水蒸气分离出去，这时反应气体就只剩下了丙烯腈和氢氰酸，再将反应气体送入脱氰塔，这样氢氰酸也就被分离出去了。这时只剩丙烯腈的反应气体送到成品塔内，将重组分和轻组分的劣质丙烯腈分离出去，留下优质的丙烯腈成品。另外，回到塔釜的水进入四效蒸发系统进行回收，而蒸发回收的凝液则作为上段冲洗水为急冷塔工作，还有一部分被蒸发浓缩的污染物，其浓度较高，且污染性较大，需要送到焚烧炉进行焚烧处理，以免污染环境。
1.2.4 丙烯腈应用领域
丙烯腈 (AN) 是一种重要的有机化工原料, 主要用于生产腈纶、丙烯腈丁二烯苯乙烯 (ABS) 树脂、苯乙烯丙烯腈 (SAN) 树脂、丁腈橡胶以及己二腈等[7]。腈纶类似于羊毛，也被称作合成羊毛。由丙烯腈合成的树脂具有良好的耐热性，国内对于丙烯腈的需要在不断上涨，而国内的供应却显现不足。2017年8月中旬开始, 尽管ABS企业开工仍然稳健, 但下游整体开工指数明显走低, 主要是因第二大下游产品腈纶开工负荷下降。[8]
/
图2 国内20072011丙烯腈产量需求图
1.3 项目背景
丙烯腈一直是重要的合成单体，我国对于丙烯腈市场的需求在逐年增加，而供应却愈趋紧张。日前在休斯敦召开的2016年HIS世界石化大会上,专家表示,在经历了需求增长缓慢的一段时期后,全球丙烯腈装置的平均开工率已经大幅下降。[9]因而为了满足国内对于丙烯腈市场的需求，急需建立一批生产丙烯腈的工厂。
目 录
1 项目概况 1
1.1 PDMS简介 1
1.1.1 PDMS软件特点 1
1.1.2 PDMS发展现状 1
1.1.3 国内PDMS应用现状 1
1.2 丙烯腈简介 2
1.2.1 丙烯腈物化特性 2
1.2.2 丙烯腈制备方法 2
1.2.3 丙烯腈制备工艺流程 3
1.2.4 丙烯腈应用领域 3
1.3 项目背景 3
1.4 厂区选址 4
1.5 PDMS中的管道设计 6
1.6 管道规范 8
2 管道设计 9
2.1 四效蒸发车间工艺流程 9
2.2 四效蒸发车间PID图 9
2.3 管道三维设计 11
结 语 27
参考文献 28
致 谢 29
1 项目概况
1.1 PDMS简介
1.1.1 PDMS软件特点
该软件具有下面几个特点：全比例三维实体建模，所建模型可以任意放大缩小，而不是固定一成不变，而且以所见即所得的方式建模；在现今网络飞速发展的时代，PDMS通过互联网将各个领域互不相识的人集中在一个项目，各尽其用，而且每个参与者都可以在设计过程中知道其他参与者在干什么；PDMS可以在建模过程中自动检测元件和各个专业设计之间是否存在冲突，从而使最后的设计结果的准确性得到保证；可以通过Auto draft实现与AutoCAD的图纸转换，即把三 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
维模型转换为二维平面设计。
1.1.2 PDMS发展现状
计算机技术的快速发展, 在化工工程设计方式的变更中发挥了巨大的推动作用。从最初的手绘方式, 到AutoCAD二维设计, 再到工厂三维设计。三维设计已经成为了新时期工业领域设计的核心, 而PDMS其中最具有代表性的一种，也是最为成熟的三维软件，目前在电力、石油、化工、冶金等行业中都得到了广泛的应用[1]。随着设计效率和设计质量的要求越来越高, PDMS发展态势和发展前景不可估计。现阶段, PDMS软件系统最新版本为:PDMS12.1, 在原有功能的基础上, PDMS进入到了一个全新的化工工程设计时代[2]。
1.1.3 国内PDMS应用现状
PDMS三维设计在管道设计专业中已经得到了较广泛的应用, 也引起了整个工程设计界的大变革, 这是一种不可逆转的趋势。[3]国内目前进行三维设计所使用的主流软件有工厂设计系统(pds)、三维工厂设计软件（pdsoft）以及工厂设计管理系统（pdms）。PDMS是其中功能最强大的软件，PDMS三维软件在设备建模和管道建模中的使用技巧还有很多, 需要在平时的设计工作多加研究和总结[4]。在国内使用的相对较少，但总体来说我国对于PDMS的应用越发成熟。PDMS的出现是计算机技术进步的必然结果, 随着化工企业的变革发展, 传统的二维设计逐渐转变为三维设计。[5]
1.2 丙烯腈简介
1.2.1 丙烯腈物化特性
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图1 丙烯腈物化特性表
1.2.2 丙烯腈制备方法
丙烯腈目前有三种制备方法，分别是氰乙醇法、乙炔法和丙烯氨氧化法。前两种方法已基本被淘汰，本文介绍的工厂所采用的是丙烯氨氧化法，故在此介绍该种方法。丙烯氨氧化法是目前国内外生产丙烯腈的主要方法，生产过程将空气、氧、丙烯、按照1：1.5：1的摩尔比从底部进入流化床反应器，反应温度为室温，该反应体系为放热体系，可以采用撤热水回收热量，产生高压蒸汽。反应气体反应完毕冷却，先后经过洗涤、吸收、精馏得到高纯度的丙烯腈[6]。该工艺优点突出，首先，其原料来源简单，且价格较低；其次，拥有简单的生产工艺，原来生产成本也低，但丙烯是从石油中提取，近年来国际石油价格不断上涨，结果导致丙烯的成本逐年升高。其化学方程式如下所示：
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1.2.3 丙烯腈制备工艺流程
丙烯腈制备需要的原料有丙烯、氨和空气，将这三种原料放入反应器，在混合之后，在催化剂作用下，生成含丙烯腈、氢氰酸、乙腈和其他的一些杂志气体。随后反应产物进入急冷却塔，通过冷却作用除去部分杂质以及氨。经过冷却后的物料再进入吸收塔，此时，塔内存在的气体包括丙烯腈、氢氰酸和乙腈，乙腈可以用水吸收然后分离出去，丙烯腈、氢氰酸以及水蒸气一同从萃取精馏塔塔顶出来，再通过冷却使水蒸气分离出去，这时反应气体就只剩下了丙烯腈和氢氰酸，再将反应气体送入脱氰塔，这样氢氰酸也就被分离出去了。这时只剩丙烯腈的反应气体送到成品塔内，将重组分和轻组分的劣质丙烯腈分离出去，留下优质的丙烯腈成品。另外，回到塔釜的水进入四效蒸发系统进行回收，而蒸发回收的凝液则作为上段冲洗水为急冷塔工作，还有一部分被蒸发浓缩的污染物，其浓度较高，且污染性较大，需要送到焚烧炉进行焚烧处理，以免污染环境。
1.2.4 丙烯腈应用领域
丙烯腈 (AN) 是一种重要的有机化工原料, 主要用于生产腈纶、丙烯腈丁二烯苯乙烯 (ABS) 树脂、苯乙烯丙烯腈 (SAN) 树脂、丁腈橡胶以及己二腈等[7]。腈纶类似于羊毛，也被称作合成羊毛。由丙烯腈合成的树脂具有良好的耐热性，国内对于丙烯腈的需要在不断上涨，而国内的供应却显现不足。2017年8月中旬开始, 尽管ABS企业开工仍然稳健, 但下游整体开工指数明显走低, 主要是因第二大下游产品腈纶开工负荷下降。[8]
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图2 国内20072011丙烯腈产量需求图
1.3 项目背景
丙烯腈一直是重要的合成单体，我国对于丙烯腈市场的需求在逐年增加，而供应却愈趋紧张。日前在休斯敦召开的2016年HIS世界石化大会上,专家表示,在经历了需求增长缓慢的一段时期后,全球丙烯腈装置的平均开工率已经大幅下降。[9]因而为了满足国内对于丙烯腈市场的需求，急需建立一批生产丙烯腈的工厂。
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