1457-年產(chǎn)1.5萬噸碳酸二甲酯化工廠的設(shè)計(jì)

1457-年產(chǎn)1.5萬噸碳酸二甲酯化工廠的設(shè)計(jì),年產(chǎn),碳酸,二甲,酯化,工廠,設(shè)計(jì) 1本設(shè)計(jì)已經(jīng)通過答辯，如果需要圖紙請(qǐng)聯(lián)系 QQ 251133408 另專業(yè)團(tuán)隊(duì)代做畢業(yè)設(shè)計(jì)，質(zhì)量速度有保證。 年產(chǎn) 1.5 萬噸碳酸二甲酯化工廠的設(shè)計(jì)醫(yī)藥化工學(xué)院 化學(xué)工程與工藝 學(xué)生：陳大紅 指導(dǎo)老師：何光洪1 總論1.1 碳酸二甲酯的性質(zhì)和用途碳酸二甲酯(Dimethyl Carbonate，簡稱 DMC)：化學(xué)式 CH3OCOOCH3，分子量為90.08，常溫下為透明液體，略帶香味。難溶于水，但能與醇、酮、酯等任意比混溶。DMC毒性很小，對(duì)金屬基本上無腐蝕性。DMC 具有酯的通性，可與水發(fā)生水解反應(yīng)；可與含活潑氫基團(tuán)的醇、酚、胺、酯等化合物反應(yīng)；與二元醇或二元酚反應(yīng)生成聚碳酸酯。DMC 分子中含有羰基、甲基、甲氧基等基團(tuán)，具有良好的反應(yīng)性能 ［1-3］ ，可代替劇毒的光氣、硫酸二甲酯、氯甲烷等作為羰基化劑、甲基化劑和甲氧基化劑，成為開發(fā)一系列潔凈化工工藝的新基塊。1.2 碳酸二甲酯的市場(chǎng)分析1.2.1 國外產(chǎn)能情況及需求預(yù)測(cè)國外生產(chǎn)DMC的企業(yè)大約有十幾家，其中規(guī)模較大的有意大利ENI公司 ［4-8］ 。目前世界DMC的生產(chǎn)能力約130kt/a ,年產(chǎn)量不足100kt, 主要分布在美國、法國、意大利、日本等國。國外的DMC消費(fèi)情況是50%-60%用于取代劇毒的光氣，制造聚碳酸酯、西維因、呋喃丹、苯甲醚等，20%-30% 用于制造環(huán)丙沙星等特殊用途的新產(chǎn)品，其余10%-20% 用作溶劑。1.2.2 國內(nèi)產(chǎn)能情況及需求預(yù)測(cè)我國目前 DMC 生產(chǎn)企業(yè)有 10 余家，生產(chǎn)能力均不大。近幾年來，由于 DMC 下游產(chǎn)品——聚碳酸酯、聚氨酯、涂料溶劑、汽油添加劑、高能電池電解液市場(chǎng)發(fā)展迅速，帶動(dòng)了 DMC 市場(chǎng)需求量的走高，2005 年,DMC 國際市場(chǎng)需求量約 13 萬噸，國內(nèi)為 3～4 萬噸。預(yù)計(jì)國內(nèi)外 DMC 的需求將以 10～20％的速度遞增，到 2010 年國內(nèi)需求量將達(dá) 10 萬噸以上，國外將達(dá)到 20～30 萬噸。21.2.3 廠址選擇本項(xiàng)目廠址選擇在山東省濰坊壽光市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的科技工業(yè)園內(nèi)。壽光開發(fā)區(qū)先后與美國、日本、韓國、澳大 利亞、臺(tái)灣、香港等 20 多個(gè)國家和地區(qū)的客商建立了穩(wěn)固的合作關(guān)系，新批進(jìn)區(qū)項(xiàng)目 75 個(gè)，項(xiàng)目投入 7.2 億元，區(qū)內(nèi)工業(yè)企業(yè) 231 家。天成食品有限公司、華源凱馬沖壓中心、富康制藥廠、墨龍集團(tuán)等先后進(jìn)區(qū)落戶。形成了以鹽化工、生物醫(yī)藥、石油機(jī)械、服裝、印染、食品加工為主體的工業(yè)體系。為鼓勵(lì)更多的客商投資，壽光經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)規(guī)劃建設(shè)了新城創(chuàng)業(yè)園、科技工業(yè)園兩大園區(qū) ［9-11］ 。2 碳酸二甲酯生產(chǎn)工藝2.1 工藝方案的選擇目前國內(nèi)外生產(chǎn)碳酸二甲酯的方法主要有光氣甲醇法、光氣醇鈉法、甲醇酯交換法、二氧化碳直接合成法、尿素直接醇解法、尿素間接醇解法以及甲醇氧化羰基法。通過對(duì)國內(nèi)外工藝的比較可知，尿素直接醇解法有如下特點(diǎn)：（1）原料廉價(jià)易得；（2）工藝簡單，易于操作；（3）反應(yīng)產(chǎn)生的氨氣可以回收利用，對(duì)環(huán)境友好，綠色無污染；（4）反應(yīng)過程無水生產(chǎn)，避免了甲醇-DMC-水復(fù)雜體系的分離問題，使后續(xù)分離提純簡單化，節(jié)省投資。 （5）雖然反應(yīng)第二步中 G>0，在熱力學(xué) ［12-20 ］ 上為非自發(fā)反應(yīng)，但可以通過提高溫度，增大壓強(qiáng)來提高其轉(zhuǎn)化率。由實(shí)驗(yàn)可知反應(yīng)溫度在 185℃，壓力 1.2MPa 時(shí)，尿素和甲醇在反應(yīng)精餾塔中反應(yīng)，在此條件下尿素的轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到 100%，碳酸二甲酯的選擇性大于98%，DMC 的單程收率大于 50%。2.2 碳酸二甲酯生產(chǎn)工藝2.2.1 反應(yīng)流程圖 2-1 為其流程示意圖：31-反應(yīng)精餾塔；2-共沸精餾塔；3-換熱器；4-膜分離器；5-冷凝器；6-萃取精餾塔；7- 萃取劑回收塔；8-DMC 精制塔； 9-甲醇精制塔。圖 2-1 工藝流程示意圖流程簡介：在 1 號(hào)為反應(yīng)精餾塔，尿素和甲醇分別以熔融和氣相狀態(tài)從反應(yīng)精餾塔的上端和下端進(jìn)入塔內(nèi)。兩者在塔內(nèi)的固定床上逆流接觸產(chǎn)生反應(yīng)，其中未反應(yīng)的部分在塔底列管式反應(yīng)器上繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)；反應(yīng)精餾塔可以將反應(yīng)產(chǎn)生的 DMC 精餾出去，因此可以打破反應(yīng)的平衡從而提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，增加其收率；反應(yīng)精餾塔上端為一個(gè)全凝器，在全凝器上端可采出氨氣，下端采出口采出的 DMC 和甲醇混合物經(jīng)過 2 號(hào)共沸精餾塔，塔頂采出 DMC和甲醇的共沸物，塔底采出交純的甲醇，共沸物再經(jīng)過 4 號(hào)膜分離器再次提濃，打破 DMC和甲醇的二元共沸點(diǎn)，此時(shí) DMC 的濃度可達(dá) 40%，再經(jīng)過分離車間提純。6 號(hào)為萃取精餾塔，采用鄰二甲苯為萃取劑，使用萃取精餾的方法分離甲醇和 DMC 可以大大降低其能耗。萃取精餾得到的產(chǎn)物再經(jīng)過 7 號(hào)萃取劑回收塔和 8 號(hào) DMC 精制塔最后得到含量為99.9%的 DMC 產(chǎn)品。注：具體工藝流程圖見附圖一。2.2.2 反應(yīng)條件及能耗催化劑:雙金屬催化劑ZnO-La 2O3，用量占尿素質(zhì)量的27%；反應(yīng)原料: 甲醇尿素15.85:1進(jìn)料；反應(yīng)條件:185℃，1.2MPa；反應(yīng)工藝:反應(yīng)精餾（采用熱耦合工藝）；分離工藝: 膜分離，常壓萃取精餾分離；4尿素單耗：695.68kg/t DMC；甲醇單耗：754.56kg/t DMC；能耗: 3t水蒸氣/t DMC。2.2.3 反應(yīng)主要設(shè)備尿素醇解法生產(chǎn)碳酸二甲酯反應(yīng)精餾塔，萃取精餾塔，膜分離器，精餾塔。2.2.4 催化劑的比較與選擇通過比較與分析ZnO 2-La2O3催化劑用于乙醇脫氫法生產(chǎn)有如下特點(diǎn)：（1）ZnO 2-La2O3價(jià)格相比與有機(jī)錫便宜，并且容易與產(chǎn)品分離，分離后的ZnO 2-La2O3可以再次烘培可以重復(fù)利用；（2）催化劑不含有毒元素；（3）副產(chǎn)物少，但有氨基甲酸甲酯和氨甲酸甲酯，容易分離；（4）轉(zhuǎn)化率低于均相催化，但可以通過簡單的焙燒循環(huán)使用；因此，我們選擇 ZnO2-La2O3 催化劑作為尿素醇解法的催化劑。2.2.5 膜的要求分離膜是具有優(yōu)先透過碳酸二甲酯性能的有機(jī)復(fù)合膜、有機(jī)/無機(jī)復(fù)合膜或無機(jī)膜。優(yōu)先透酯膜和優(yōu)先透水膜都采用有機(jī)硅聚合物中聚二甲基硅氧烷（PDMS） ，可置于ZrO2/Al2O3 陶瓷支撐體上，具有較好的選擇性和通過量。2.2.6 膜的選擇由于在反應(yīng)過程中為反應(yīng)掉的甲醇與尿素形成二元共沸物，如果直接使用精餾塔來分離將大大增加其分離成本，所以我們選擇膜分離器來提濃跨過二元共沸物的共沸點(diǎn)，在用精餾塔將其提純。2.2.6.1 膜的分離原理膜是一種起分子級(jí)分離過濾作用的介質(zhì)，當(dāng)溶液或混和氣體與膜接觸時(shí)，在壓力，或電場(chǎng)作用，或溫差作用下，某些物質(zhì)可以透過膜，而另些物質(zhì)則被選擇性的攔截，從而使溶液中不同組分，或混和氣體的不同組分被分離，這種分離是分子級(jí)的分離。分離機(jī)理主要為篩分：膜表面有微孔，流體流經(jīng)膜一側(cè)的表面時(shí)，部分較小的分子隨部分溶劑穿過膜到達(dá)另一側(cè)，形成透析液，而大分子則被截留在原來的一側(cè)，形成截留液，從而達(dá)到了將大分子溶質(zhì)與小分子溶質(zhì)及溶劑分離開的目的。2.2.6.2 優(yōu)先透酯膜－Kristal? 高分子中空纖維膜表2-1　Kristal?高分子中空纖維膜的規(guī)格5名稱 規(guī)格KRISTAL﹡膜型號(hào) 600B材料 改性聚醚砜外徑/內(nèi)徑/膜壁厚度（㎜） 1.15/0.6/0.27公稱截留分子量 60，000拉伸強(qiáng)度（MPa） 3~4纖維長度 2m(根據(jù)應(yīng)用而定) ﹡遞送包裝 800束大腸桿菌截留率（log） 5~6最大總氯耐受量（ppm） 500﹡（視用途而定）　﹡APHA9222B表2-2 　　Kristal?高分子中空纖維膜組件的規(guī)格名稱 規(guī)格KRISTAL﹡膜型號(hào) 600B膜型號(hào) 600B組件　直徑×長度 8 by 2m膜殼材料 PVC密封材料 凱發(fā)專利密封材料操作溫度范圍 5～40℃流動(dòng)模式 外壓式純水初始通量立方米/膜組/小時(shí)（＠1bar,30 ℃）9運(yùn)行PH范圍 2～11清洗PH范圍 2～12常用跨膜壓力TMP（bar ） 0.2～2.325℃下最大入水壓力（bar） 2.6反沖洗最大跨膜壓力TMP（bar） 2.6清洗最大跨膜壓力TMP（bar） 2.56重量（Kg） 55﹡1 米長度組件可訂制2.2.6.3 甲醇、碳酸二甲酯分離膜－InoCep 陶瓷中空纖維膜InoCep 是以穩(wěn)定無機(jī)材質(zhì)為膜材質(zhì)，以最具集約化的中空纖維為組件形式，膜組件裝填密度大，密封簡單，過濾精度高。具有抗酸/堿、抗溶劑、卓越的熱穩(wěn)定性、超長的使用壽命、高機(jī)械強(qiáng)度、可用蒸氣殺菌、高通量、高組裝密度等特點(diǎn)。特別適合于乳化液廢水等高粘度、高含固量苛刻工業(yè)流體的分離應(yīng)用，目前已在金屬/表面處理工程，化學(xué)工程工業(yè)，食品和飲料/制糖業(yè)，廢物 /廢水處理，工業(yè)過程中的化學(xué)品回用，生物制藥 /生命科學(xué)，乳業(yè)等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。表 2-3 InoCep 陶瓷中空纖維膜組件的規(guī)格型號(hào)/規(guī)格 MM5膜表面極性 無極性有效膜面積(m 2) 5膜芯長度（mm） 560膜芯直徑（mm） 260纖維數(shù)量 1800最大操作壓力(bar) 6運(yùn)行溫度（℃） －5～110適用 PH 范圍 1.5～11過濾形式 內(nèi)壓式膜殼材料 SS316進(jìn)水連接尺寸 8出水連接尺寸 1.5密封材料 硅膠圈凈重 kg 28膜內(nèi)純水流速（m/s） 0.5設(shè)計(jì)進(jìn)水流量（m 3/h） 422.2.7 流程特色碳酸二甲酯的生產(chǎn)一直存在原料劇毒，生產(chǎn)成本高，操作工藝復(fù)雜，分離困難等限制7其發(fā)展的諸多問題。本流程采用尿素和甲醇直接醇解法合成碳酸二甲酯降低原料的成本，減少投資，且生產(chǎn)過成中無水生成，降低了分離的難度；通過使用反應(yīng)精餾塔，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，布局適合尿素和甲醇合成碳酸二甲酯的生產(chǎn)，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高，生產(chǎn)過程安全易控，操作方便，使生產(chǎn)流程更為簡捷。通過使用蒸氣滲透膜分離技術(shù)，不需要引入共沸劑。分離采用萃取精餾分離得到最優(yōu)級(jí)產(chǎn)品，分離工藝簡單易控。通過使用雙金屬 ZnO-La2O3 提高轉(zhuǎn)化率和選擇性，提高原子利用率，降低生產(chǎn)成本。3 投資與經(jīng)濟(jì)分析3.1 總投資3.1.1 總設(shè)備投資費(fèi)用計(jì)算根據(jù)生產(chǎn)發(fā)展的需求 ［21-24］ ，可以得到所需要的所有設(shè)備主要有一下這些，將他們價(jià)格列表如下所示：表 3-1 設(shè)備投資費(fèi)用一欄表設(shè)備名稱及技術(shù)規(guī)格型號(hào)、規(guī)格 數(shù)量 單價(jià)/萬元 總計(jì)/萬元共沸塔 DN1400×18000 1 27.066 27.066甲醇精餾塔 DN2000×10000 1 24.621 24.621萃取精餾塔 DN1600×25000 1 60.312 60.312萃取劑回收塔 DN1600×25000 1 23.752 23.752DMC 精餾塔 DN1000×18000 1 8.353 8.353尿素熔融器 1 30.400 30.400反應(yīng)精餾塔 DN1200×36000 1 239.807 239.807氨氣吸收塔 DN1500×18000 1 31.212 31.212JB800-125.0-1.60-4 2 5.625 11.25JB400-28.4-0.6-2 1 1.278 1.278JB1000-301.5-1.60-6 1 13.567 13.567JB900-246.4-1.00-4 2 11.088 22.176JB800-189.6-2.50-4 2 8.532 17.064換熱器JB800-138.0-0.60-1 1 6.210 6.2108JB600-94.5-1.6-6 1 4.253 4.253JB500-58.3-1.6-4 1 2.623 2.623JB600-64.0-1.6-4 2 2.880 5.76JB600-109.3-1.6-2 1 4.918 4.918JB800-134.3-1.0-2 1 6.044 6.044JB400-25.3-0.6-3 1 1.138 1.138JB400-38.3-0.6-4 1 1.724 1.724ZW-26.4/30 1 11.800 11.8006M5.5-35.8/30 1 17.840 17.840壓縮機(jī)ZW-30.5/12 1 11.400 11.400甲醇儲(chǔ)罐 φ10000球 1 113.114 113.114氨水儲(chǔ)罐 φ11000球 1 136.818 136.818儲(chǔ)罐 φ3000×5000 2 57.004 114.008粗甲醇儲(chǔ)罐 φ10000球 1 113.114 113.114回流罐 φ3000×5000 6 57.004 342.024DMC 儲(chǔ)罐 φ10000球 1 113.114 113.114IS65-40-250 4 0.392 1.568IS80-50-200 1 0.383 0.383IS200-150-315 1 1.319 1.319IS200-150-250 1 1.040 1.040IS100-80-160 1 0.640 0.640IS80-50-250 2 1.024 2.048IS50-32-125 2 0.333 0.666IS65-40-200 1 0.290 0.290IS50-32-200 1 0.205 0.205離心泵IS50-32-160 2 0.190 0.380總計(jì) 1525.299注：中低壓碳鋼以18000/t 計(jì)，高壓碳鋼以20000/t 計(jì)。93.1.2 其它固定資產(chǎn)投資表 3-2 其它固定資產(chǎn)投資表要素 成本/萬元 要素 成本/萬元設(shè)備安裝 686.385 車輛 170儀表 228.795 辦公設(shè)備 200儀表安裝 102.958 其他建筑 680管道 213 廠區(qū)建筑 500道路 185 行政、生活設(shè)施 280其他 250 萬元小結(jié) 3496.138 萬元注：設(shè)備的安裝費(fèi)為該設(shè)備的45%；控制儀表費(fèi)為15% 。3.1.3 固定資產(chǎn)折舊費(fèi)固定資產(chǎn)折舊率與服務(wù)壽命和殘值有關(guān)，服務(wù)壽命是指該資產(chǎn)能夠經(jīng)濟(jì)合理使用的時(shí)間，在估計(jì)服務(wù)壽命時(shí)間應(yīng)同時(shí)考慮到功能性折舊與實(shí)質(zhì)性折舊。一般房屋建筑物的使用年限為 20 年，而機(jī)器設(shè)備為 15 年，運(yùn)輸其中設(shè)備包括電子設(shè)備為 5 年。殘值是指固定資產(chǎn)報(bào)廢時(shí)的殘余價(jià)值。一般，殘值=殘值率×原值，殘值率一般取 3%-5%，這里殘值率取 4%，則每年的折舊費(fèi)用為原值×（1- 殘值率）/ 折舊年限。表 3-3　折舊與攤銷表序號(hào) 項(xiàng)目 原值/萬元 殘值率/%設(shè)備殘值率/萬元折舊年限折舊（萬元/年）1 生產(chǎn)設(shè)備 1525.299 4 61.012 15 112.6372 建筑 1180 4 47.2 20 56.643 車輛 170 4 6.8 10 16.324 辦公設(shè)備 200 4 8 15 12.85 其他 250 4 10 15 165 累計(jì)折舊 214.3983.1.4 維修費(fèi)用在生產(chǎn)過程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)故障，需要定期檢修，一般維修費(fèi)用占固定資本的3~10%，我們?nèi)?5%，故維修費(fèi)用 =5%×（1525.299+3496.138）萬=251.072 萬元。103.1.5 原料費(fèi)用表 3-4　原料費(fèi)用表成本項(xiàng)目 用量/噸 單價(jià)/元/噸 總價(jià)/萬元甲醇 11653.2 2200 2563.66尿素 10436.04 1520 1586.277鄰二甲苯 28.5225 7000 19.965ZnO-La2O3 0.3915 20000 0.783合計(jì) 4170.7293.1.6 人事費(fèi)用表 3-5 部門人員和工資費(fèi)用表序號(hào) 崗位名稱 定員工資(含年終獎(jiǎng)金)/（萬/年）1 總經(jīng)理 1 152 總經(jīng)理助理 1 123 總工程師 1 124 副總經(jīng)理 1 10 經(jīng)理 1 65客戶服務(wù)部 職員 2 6經(jīng)理 1 66人力資源部 職員 2 6經(jīng)理 1 87 財(cái)務(wù)部職員 4 12主管 1 6保安 6 12廚師 4 128 后勤部 后勤保潔 3 6經(jīng)理 1 69 銷售部職員 10 2510 市場(chǎng)部 經(jīng)理 1 6 11職員 2 6經(jīng)理 1 611 物流部職員 2 6經(jīng)理 1 612 企宣部職員 2 6經(jīng)理 1 6工藝員 1 4合成車間 操作工 6 15工藝員 1 4提濃車間 操作工 6 15工藝員 1 4精制車間 操作工 6 15公用工程人員 4 10儲(chǔ)運(yùn)人員 8 20監(jiān)測(cè)員 4 1213 生產(chǎn)部維修中心人員 8 20經(jīng)理 1 614 質(zhì)檢部職員 4 12經(jīng)理 1 615產(chǎn)品研發(fā)部 研發(fā)人員 8 32 16 合計(jì) 109 375表 3-6 員工福利估計(jì)表序號(hào) 類別占技術(shù)工工資總額比例小計(jì)（萬元）1 養(yǎng)老保險(xiǎn)金 10% 37.5002 失業(yè)保險(xiǎn)金 1.5% 5.6253 醫(yī)療保險(xiǎn)金 5% 18.750124 生育保險(xiǎn) 0.5% 1.8755 工傷保險(xiǎn) 1.5% 5.6256 住房公積金 4% 15.0007 總計(jì) 22.5% 84.3753.1.7 能源的消耗在該廠生產(chǎn)過程中，總共用到兩種能量的消耗，主要是水和電，他們的用量與價(jià)格見下表：表 3-7 能量的消耗項(xiàng)目 年用量 單價(jià) 總價(jià)（萬元）生活用水 7128 噸 1.3/t 0.93循環(huán)冷卻水 63000 噸 0.2/t 1.26蒸氣 45000 噸 100/t 450電 855 萬 Kw×hr 0.6 元/kW×hr 513總計(jì) 964.53.1.8 無形資產(chǎn)3.1.8.1 技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)該項(xiàng)目中設(shè)計(jì)涉及到的專利轉(zhuǎn)讓費(fèi)估計(jì)為 200 萬元。3.1.8.2 土地購置費(fèi)根據(jù)我們的廠區(qū)設(shè)計(jì)可以得到我們廠區(qū)的面積為 25200 平方米。同時(shí)又由于我們的廠址所在地的地價(jià)為 15 元/立方米，因此可知該項(xiàng)目工廠的土地購置費(fèi)為 378 萬元。3.1.9 總投資費(fèi)用表 3-8 總投資費(fèi)用表總投資 要素 成本/ 萬元主要設(shè)備 1525.299固定資產(chǎn)投資其它固定資產(chǎn)投資 3496.138技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi) 200.000無形資產(chǎn)投資土地購置費(fèi) 378.000固定資產(chǎn)折舊費(fèi) 214.398其他費(fèi)用維修費(fèi)用 251.07213原料費(fèi)用 4170.729人事費(fèi)用 459.375能源的消耗 964.5“三廢”處理費(fèi) 4.500總計(jì) 11664.0113.2 總收益估算項(xiàng)目收益主要為產(chǎn)品碳酸二甲酯和副產(chǎn)品氨水。表 3-9 產(chǎn)品收益表產(chǎn)品 產(chǎn)量/噸 價(jià)格/（元/噸） 收益/萬元碳酸二甲酯 15000 7000 10500.000氨水 34402.5 650 2236.163總計(jì) 12736.1633.2.1 投資額的確定一般化工項(xiàng)目的資金回?cái)n期為3個(gè)月，即流動(dòng)資金一般取一年成本的25%，達(dá)產(chǎn)期年成產(chǎn)成本為7615.854萬元，即可得到流動(dòng)資金為1903.964萬元。表 3-10 投資額的確定項(xiàng)目 金額（萬元）成本 7615.854固定資產(chǎn)投資 5021.437流動(dòng)資金 1903.964總投資額 6925.177注：總投資額=固定資產(chǎn)投資額+流動(dòng)資金。3.3 資金籌措本工廠的總投資約為6925萬元，資金籌措方案為向中國工商銀行貸款3000萬元，借款償還期為5年。剩下的3925萬由企業(yè)自有資金注入。3.4 經(jīng)濟(jì)分析3.4.1 投資回收期Pt=5.04 年143.4.2 投資凈現(xiàn)值NPV=8429.502（萬元）3.4.3 內(nèi)部收益率IRR= 24.54%4 物料衡算4.1 流程簡述本廠主要生產(chǎn)碳酸二甲酯（1.5 萬噸/年） ，同時(shí)副產(chǎn)氨水。由尿素和甲醇為原料，在反應(yīng)精餾塔內(nèi)反應(yīng)。從塔頂采出碳酸二甲酯和甲醇的共沸物，經(jīng)過膜分離器提濃跨過共沸點(diǎn)，產(chǎn)物通過萃取精餾塔，兩個(gè)碳酸二甲酯精餾塔，最終生產(chǎn)純度為 99.9%碳酸二甲酯。整個(gè)生產(chǎn)工藝包括碳酸二甲酯的合成以及產(chǎn)品的分離精制兩個(gè)階段。4.2 碳酸二甲酯合成及分離工段尿素和甲醇為原料，經(jīng)反應(yīng)精餾塔一步反應(yīng)直接得到碳酸二甲酯和氨氣，氨氣從反應(yīng)精餾塔塔頂餾出，產(chǎn)物依次通過共沸精餾塔、膜分離器、萃取精餾塔、在經(jīng)過碳酸二甲酯精制精餾塔，最終生產(chǎn)純度為 99.9%的 DMC。流程如圖 4-1 所示。圖 4-1　碳酸二甲酯合成及分離工段流程模擬圖4.3 反應(yīng)精餾塔物料衡算表 4-1　反應(yīng)精餾塔物料衡算表Stream No. IN OUT151 NH3 DMC-MEOHPhase VAPOR VAPOR VAPORTemperature ℃ 185 185 185Pressure atm 11.843 11.843 11.843ComponentKg/hrMass Flow Mass Flow Mass FlowUREA 1449.45 0 0H2O 0 0.2442813 0CH3OH 22978.68 42.8988205 21406.5114DMC 0 0.42529668 2126.05808NH3 0 812.290883 0.08123721鄰二甲苯 0 0 0MC 0 0 37.177171CH3NHCOOCH3 0 0 2.44281324428.13 855.8593 23572.27Total24428.13 24428.134.4 共沸精餾塔物料衡算表 4-2　共沸精餾塔物料衡算表IN OUTStream No.3 4 9Phase VAPOR LIQUID LIQUIDTemperature ℃ 166.774 60.2854 64.2234Pressure atm 0.987 0.987 0.987Component Mass Flow Mass Flow Mass FlowUREA 0 0 0H2O 0 0 0CH3OH 28454.0202 10264.4076 18189.6126DMC 2423.96315 2423.9631 1.2161e-35NH3 0.08123721 0.08052202 0.0007151916鄰二甲苯 0 0 0MC 37.177171 0.00989444 37.167277CH3NHCOOCH3 2.442813 0.08658291 2.3562301130917.68 12688.55 18229.14Total30917.68 30917.694.5 膜分離器物料衡算表 4-3　膜分離器物料衡算表IN OUTStream No.5 CIRCLE1 6 IC-GASPhase VAPOR VAPOR VAPOR-LIQUID VAPORTemperature ℃ 105 105 105 105Pressure atm 3.948 3.948 3.948 3.948Component Mass Flow Mass Flow Mass Flow Mass FlowUREA 0 0 0 0H2O 0 0 0 0CH3OH 10264.4076 7047.50881 3194.28364 22.5816967DMC 2423.9631 297.905071 2125.81564 0.24239631NH3 0.08052202 0 0 0.08052202鄰二甲苯 0 0 0 0MC 0.00989444 0 0 0.00989444CH3NHCOOCH3 0.08658291 0 0 0.0865829112688.55 7345.414 5320.099 23.00109Total12688.55 12688.514.6 萃取精餾塔物料衡算表 4-4　萃取精餾塔物料衡算表IN OUTStream No.16 IN-OX 8 11Phase LIQUID LIQUID LIQUID LIQUIDTemperature ℃ 36.382 150 23.942 74.96417Pressure atm 0.997 1.184 1 1Component Mass Flow Mass Flow Mass Flow Mass FlowUREA 0 0 0 0H2O 0 0 0 0CH3OH 4246.17527 0 3194.27137 1051.9039DMC 3333.9594 0 39.2667635 3294.69263NH3 0 0 0 0鄰二甲苯 0.04777558 4784.763 7.25563301 4777.55514MC 0 0 0 0CH3NHCOOCH3 0 0 0 07580.182 4784.763 3240.794 9124.152Total12364.95 12364.954.7 萃取劑回收塔物料衡算表 4-5　萃取回收塔物料衡算表IN OUTStream No.1 NH3 DMC-MEOHPhase VAPOR VAPOR VAPORTemperature ℃ LIQUID LIQUID LIQUIDPressure atm 1 1 1.1Component Mass Flow Mass Flow Mass FlowUREA 1449.45 0 0H2O 0 0.2442813 0CH3OH 22978.68 42.8988205 21406.5114DMC 0 0.42529668 2126.05808NH3 0 812.290883 0.08123721鄰二甲苯 0 0 0MC 0 0 37.177171CH3NHCOOCH3 0 0 2.442813Total 24428.13 855.8593 23572.271824428.13 24428.134.8 DMC 精制塔物料衡算表 4-6　DMC 精制塔物料衡算表IN OUTStream No.12 13 CIRCLE2Phase LIQUID LIQUID LIQUIDTemperature ℃ 70.678 90.218 63.426Pressure atm 1 1 1Component Mass Flow Mass Flow Mass FlowUREA 0 0 0H2O 0 0 0CH3OH 1051.9039 0.00052287 1051.89162DMC 3291.39794 2083.28635 1208.14376NH3 0 0 0鄰二甲苯 0.04777555 0 0.04777558MC 0 0 0CH3NHCOOCH3 0 0 04343.35 2083.287 2260.083Total4343.35 4343.374.9 甲醇精制塔物料衡算表 4-7　甲醇精制塔物料衡算表IN OUTStream No.15 MEOH 10Phase LIQUID LIQUID LIQUIDTemperature ℃ 58.197 15.085 98.285Pressure atm 1.974 1.97384653 1.974Component Mass Flow Mass Flow Mass FlowUREA 0 0 0H2O 0 0 019CH3OH 21383.884 21360.4052 23.4788668DMC 39.2667635 39.2667635 0NH3 0.00071519 0.00071519 0鄰二甲苯 7.25563301 6.83697073 0.41866227MC 37.167277 0 37.1672547CH3NHCOOCH3 2.35623011 0.03139798 2.3248320221469.93 21406.54 63.38962Total21469.93 21469.934.10 總流程物料衡算表 4-8　總流程物料衡算IN OUTStream No. FEED1FEED2IN-OX NH3IC-GASOUT-OXMEOHPRODUCTWASTEPhaseLIQUIDLIQUIDLIQUIDVAPORVAPORLIQUID LIQUIDLIQUIDLIQUIDTemperature ℃25 25 150 185 105147.71822615.085331832 23Pressure atm0.98670.987 1.184 11.843 3.948 1.1 1.974 0.803 1.776ComponentMass FlowMass FlowMass FlowMass FlowMass FlowMass FlowMass FlowMass FlowMass FlowUREA1449.450 0 0 0 0 0 0 0H2O0 0 0 0.24428130 0 0 0 0CH3OH0 22978.680 42.898820522.58169676.8294e-0821360.40520.0005228723.4788668DMC0 0 0 0.425296680.242396313.2946926339.26676352083.286351.7726e-1920NH30 0 0 812.2908830.080522020 0.000715190 3.9644e-15鄰二甲苯0 0 4784.7630 0 4777.507376.836970731.1541e-320.41866227MC0 0 0 0 0.009894440 2.0432e-050 37.1672547CH3NHCOOCH30 0 0 0 0.086582910 0.031397980 2.324832021449.4522978.684784.763855.859323.001094780.802 21406.542083.28763.38962Total29212.89 29212.885 熱量衡算5.1 HEATER1 熱量衡算表 5-1　HEATER1 熱量衡算表 ［25-27 ］IN OUTStream No.17 1Temperature ℃ 25 132Pressure bar 1 12Vapor Frac 0 0Mole Flow kmol/hr 741.274038 741.27403821Mass Flow kg/hr 24428.13 24428.13Volume Flow cum/hr 29.7419752 2353.05724Enthalpy MMkcal/hr -42.790028 -34.390942△H MMkcal/hr 8.399Heat Duty of HEATER1MMkcal/hr8.3995.2 HEATER2 熱量衡算表 5-2　HEATER2 熱量衡算表IN OUTStream No.4 5Temperature ℃ 60.285 105Pressure bar 1 4Vapor Frac 0 1Mole Flow kmol/hr 347.255872 347.255872Mass Flow kg/hr 12688.5477 12688.5477Volume Flow cum/hr 15.9499096 2729.48662Enthalpy MMkcal/hr -21.920702 -18.695505△H MMkcal/hr 3.225Heat Duty of HEATER2MMkcal/hr3.2255.3 CONDENSE 熱量衡算表 5-3　CONDENSE 熱量衡算表IN OUTStream No.6 7Temperature ℃ 105 25Pressure bar 4 1Vapor Frac 0.839 0Mole Flow kmol/hr 123.289523 123.289523Mass Flow kg/hr 5320.09929 5320.0992922Volume Flow cum/hr 814.161701 5.96037123Enthalpy MMkcal/hr -8.0224852 -9.1518234△H MMkcal/hr -1.12934Heat Duty of HEATER2MMkcal/hr-1.129345.4 HEATX1 熱量衡算表 5-4 HEATX1 熱量衡算表IN OUTStream No.10 WATER 14 WASTETemperature ℃ 98.285 15 42.745 23Pressure bar 2 2 1 1.8Vapor Frac 0 0 0 0Mole Flow kmol/hr 1.25791562 4 4 1.25791562Mass Flow kg/hr 63.3896158 72.06112 72.06112 63.3896158Volume Flow cum/hr 0.08033903 0.07183810 0.07483047 0.07337794Enthalpy MMkcal/hr -0.0680461 -0.2735994 -0.2708176 -0.0708279△H MMkcal/hr 0.000Heat Duty of HEATX1MMkcal/hr0.0025.5 HEATX2 熱量衡算表 5-5 HEATX2 熱量衡算表IN OUTStream No.13 WATER2 OUT PRODUCTTemperature ℃ 90.218 15 27.521 32Pressure bar 1.013 1.013 0.811 0.813Vapor Frac 0 0 0 0Mole Flow kmol/hr 23.1273829 170 170 23.1273829Mass Flow kg/hr 2083.28687 3062.5976 3062.5976 2083.28687Volume Flow cum/hr 2.19727409 3.0531194 3.10890774 2.025271623Enthalpy MMkcal/hr -3.2960665 -11.627975 -11.575325 -3.3487171△H MMkcal/hr 0.000Heat Duty of HEATX2MMkcal/hr0.055.6 SEP1 熱量衡算表 5-6　SEP1 熱量衡算表IN OUTStream No.2 H3N DMC-MEOHTemperature ℃ 185 185 185Pressure bar 12 12 12Vapor Frac 1 1 1Mole Flow kmol/hr 741.256119 49.0531812 692.202938Mass Flow kg/hr 24428.13 855.859281 23572.2707Volume Flow cum/hr 2353.00036 155.711569 2197.2888Enthalpy MMkcal/hr -34.430083 -0.5164954 -33.913587△H MMkcal/hr 0.000Heat Duty of SEP1MMkcal/hr0.0005.7 SEP2 熱量衡算表 5-7　SEP2 熱量衡算表IN OUTStream No.5 6 CIRCLE1 IC-GASTemperature ℃ 105 105 105 105Pressure bar 4 4 4 4Vapor Frac 1 0.8397 1 1Mole Flow kmol/hr 347.255872 123.289523 223.252032 0.71327318Mass Flow kg/hr 12688.5477 5320.09929 7345.41388 23.0010924Volume Flow cum/hr 2729.48662 814.161701 1754.79685 5.60644116Enthalpy MMkcal/hr -18.695505 -8.0224852 -10.802306 -0.033648224△H MMkcal/hr -0.16293Heat Duty of SEP2MMkcal/hr-0.162935.8 T1 熱量衡算表 5-8 T1 熱量衡算IN OUTStream No.3 4 9Temperature ℃ 166.774 60.285 64.223Pressure bar 1 1 1Vapor Frac 1 0 0Mole Flow kmol/hr 915.45497 347.255872 568.199098Mass Flow kg/hr 30917.6846 12688.5477 18229.1369Volume Flow cum/hr 33484.343 15.9499096 24.3237136Enthalpy MMkcal/hr -44.715893 -21.920702 -31.801583△H MMkcal/hr -9.007設(shè)備名稱 塔底再沸器 塔頂冷凝器負(fù)荷　MMkcal/hr 0.100 -9.107Q＝-9.107+0.100＝-9.007=△H 熱量守恒5.9 T2 熱量衡算表 5-9 T2 熱量衡算表IN OUTStream No.15 10 MEOHTemperature ℃ 58.197 98.285 15.085Pressure bar 2 2 2Vapor Frac 0.0008 0 025Mole Flow kmol/hr 668.392994 1.25791562 667.135079Mass Flow kg/hr 21469.9306 63.3896158 21406.541Volume Flow cum/hr 35.5670399 0.08033903 26.4173516Enthalpy MMkcal/hr -37.547903 -0.0680461 -38.210552△H MMkcal/hr -0.731設(shè)備名稱 塔底再沸器 塔頂冷凝器負(fù)荷　MMkcal/hr 12.433 -13.164Q＝-13.164+12.433＝-0.731=△H 熱量守恒5.10 T3 熱量衡算表 5-10　T3 熱量衡算表IN OUTStream No.16 IN-OX 8 11Temperature ℃ 36.382 150 23.942 74.964Pressure bar 1 1.12 1.013 1.013Vapor Frac 0 0 0 0Mole Flow kmol/hr 169.530405 45.0681 100.193896 114.404609Mass Flow kg/hr 7580.18244 4784.763 3240.79377 9124.15168Volume Flow cum/hr 8.53638166 6.25232482 4.0394276 10.2484426Enthalpy MMkcal/hr -12.937053 0.02553665 -5.7463192 -7.239446△H MMkcal/hr -0.074設(shè)備名稱 塔底再沸器 塔頂冷凝器負(fù)荷　MMkcal/hr 4.182 -4.256Q＝-4.256+4.182＝-0.074=△H　熱量守恒265.11 T4 熱量衡算表 5-11 T4 熱量衡算表IN OUTStream No.11 12 OUT-OXTemperature ℃ 74.964 70.678 147.718Pressure bar 1.013 1.013 1.115Vapor Frac 0 0 0Mole Flow kmol/hr 114.404609 69.368275 45.0363342Mass Flow kg/hr 9124.15168 4343.34962 4780.80206Volume Flow cum/hr 10.2484426 4.70438277 6.22750176Enthalpy MMkcal/hr -7.239446 -7.0955096 0.01429488△H MMkcal/hr 0.158設(shè)備名稱 塔底再沸器 塔頂冷凝器負(fù)荷　MMkcal/hr 1.375 -1.217Q＝-1.217+1.375＝0.158=△ H　熱量守恒5.12 T5 熱量衡算表 5-12 T5 熱量衡算表IN OUTStream No.12 CIRCLE2 13Temperature ℃ 70.678 63.426 90.218Pressure bar 1.013 1.013 1.013Vapor Frac 0 0 0Mole Flow kmol/hr 69.368275 46.2408824 23.1273829Mass Flow kg/hr 4343.34962 2260.08316 2083.2868727Volume Flow cum/hr 4.70438277 2.58205317 2.19727409Enthalpy MMkcal/hr -7.0955096 -3.7852294 -3.2960665△H MMkcal/hr 0.0142設(shè)備名稱 塔底再沸器 塔頂冷凝器負(fù)荷　MMkcal/hr 1.680 -1.666Q＝-1.666+1.680＝0.0142=△ H　熱量守恒6 主要設(shè)備設(shè)計(jì)與選型6.1 泵的選型舉例運(yùn)用軟件化工專業(yè)泵計(jì)算 1.1，計(jì)算出各泵的具體參數(shù) ［28-38］ ，如下：表 6-1 P301 選型計(jì)算泵性能參數(shù)名稱 取值流量 m3/h 23.711流速 m/s 0.839揚(yáng)程 m 19.622入口壓力 Kpa(絕壓) 177.618出口壓力 Kpa(絕壓) 358.646壓差 Kpa 181.028安裝高度 m 2.0NPSHa m 2.497效率 % 70有效功率 kw 1.014軸功率 kw 1.448物性參數(shù) 操作容器內(nèi)壓力28物料名稱 UREA+DMC密度 kg/m3 800黏度 Pa×s 0.2吸入容器內(nèi)操作壓力 kPa101.235飽和蒸氣壓kPa(絕壓)1.4雷諾數(shù) 335.442排出容器內(nèi)操作壓力 kPa200.0管件參數(shù)名稱 取值 名稱 取值管內(nèi)徑 mm 100 絕對(duì)粗糙度 mm 0.2直管長度 m 25.0 直管摩擦因數(shù) 0.191彎頭數(shù)目 個(gè) 2.0 彎頭局部阻力系數(shù) 0.75截止（球）閥數(shù)目 個(gè) 3.0 截止閥阻力系數(shù) 6.4底閥數(shù)目 個(gè) 1.0 底閥局部阻力系數(shù) 1.5其它管件數(shù)目 個(gè) 0.0 局部阻力系數(shù) 0.0直管阻力損失 m 液柱 1.710進(jìn)出口阻力損失 m 液柱8.679e-3管件阻力損失 m 液柱 0.796表 6-2 P302 選型計(jì)算泵性能參數(shù)名稱 取值流量 m3/h 23.711流速 m/s 0.839揚(yáng)程 m 24.929入口壓力 Kpa(絕壓) 152.471出口壓力 Kpa(絕壓) 383.793壓差 Kpa 231.322安裝高度 m 5.029NPSHa m 19.291效率 % 70有效功率 kw 1.288軸功率 kw 1.840物性參數(shù)物料名稱 UREA+DMC操作容器內(nèi)壓力密度 kg/m3 800黏度 Pa×s 0.2吸入容器內(nèi)操作壓力 kPa101.235飽和蒸氣壓 kPa(絕壓)1.4雷諾數(shù) 335.447排出容器內(nèi)操作壓力 kPa200.0管件參數(shù)名稱 取值 名稱 取值管內(nèi)徑 mm 100 絕對(duì)粗糙度 mm 0.2直管長度 m 20.0 直管摩擦因數(shù) 0.191彎頭數(shù)目 個(gè) 6.0 彎頭局部阻力系數(shù) 0.75截止（球）閥數(shù)目 個(gè) 1.0 截止閥阻力系數(shù) 6.4底閥數(shù)目 個(gè) 1.0 底閥局部阻力系數(shù) 1.5其它管件數(shù)目 個(gè) 0.0 局部阻力系數(shù) 0.0直管阻力損失 m 液柱1.368進(jìn)出口阻力損失 m 液柱5.378e-2管件阻力損失 m 液柱 0.445表 6-3 P303 選型計(jì)算泵性能參數(shù)名稱 取值流量 m3/h 9.52530流速 m/s 0.337揚(yáng)程 m 19.211入口壓力 Kpa(絕壓) 32.064出口壓力 Kpa(絕壓) 229.498壓差 Kpa 197.434安裝高度 m 18.0NPSHa m 2.523效率 % 70有效功率 kw 0.455軸功率 kw 0.651物性參數(shù)物料名稱 METHANOL+DMC操作容器內(nèi)壓力密度 kg/m3 913.9黏度 Pa×s 6.225E-4吸入容器內(nèi)操作壓力 kPa 101.235飽和蒸氣壓 kPa (絕壓)9.503雷諾數(shù) 49453.7排出容器內(nèi)操作壓力 kPa 101.325管件參數(shù)名稱 取值 名稱 取值管內(nèi)徑 mm 100 絕對(duì)粗糙度 mm 0.2直管長度 m 35.0 直管摩擦因數(shù) 2.339e-2彎頭數(shù)目 個(gè) 4.0 彎頭局部阻力系數(shù) 0.75截止（球）閥數(shù)目 個(gè) 3.0 截止閥阻力系數(shù) 6.4底閥數(shù)目 個(gè) 3.0 底閥局部阻力系數(shù) 1.5其它管件數(shù)目 個(gè) 0.0 局部阻力系數(shù) 0.0直管阻力損失 m 液柱 4.738e-2 進(jìn)出口阻力損失 m 液柱 8.679e-3管件阻力損失 m 液柱 0.15431表 6-4 P304 選型計(jì)算泵性能參數(shù)名稱 取值流量 m3/h 9.525流速 m/s 0.337揚(yáng)程 m 21.203入口壓力 Kpa(絕壓) 14.115出口壓力 Kpa(絕壓) 229.498壓差 Kpa 215.383安裝高度 m 20NPSHa m 0.520效率 % 70有效功率 kw 0.503軸功率 kw 0.718物性參數(shù)物料名稱 METHANOL+DMC操作容器內(nèi)壓力密度 kg/m3 913.9黏度 Pa×s 6.225E-4吸入容器內(nèi)操作壓力 kPa 101.235飽和蒸氣壓 kPa(絕壓)9.503雷諾數(shù) 49453.7排出容器內(nèi)操作壓力 kPa 101.325管件參數(shù)名稱 取值 名稱 取值管內(nèi)徑 mm 100 絕對(duì)粗糙度 mm 0.2直管長度 m 60.0 直管摩擦因數(shù) 2.339e-2彎頭數(shù)目 個(gè) 2.0 彎頭局部阻力系數(shù) 0.7532截止（球）閥數(shù)目 個(gè) 2.0 截止閥阻力系數(shù) 6.4底閥數(shù)目 個(gè) 2.0 底閥局部阻力系數(shù) 1.5其它管件數(shù)目 個(gè) 0.0 局部阻力系數(shù) 0.0直管阻力損失 m 液柱 8.122e-2 進(jìn)出口阻力損失 m 液柱 8.679e-3管件阻力損失 m 液柱 0.113表 6-5 P305 選型計(jì)算泵性能參數(shù)名稱 取值流量 m3/h 6.832流速 m/s 0.2416揚(yáng)程 m 14.674入口壓力 Kpa(絕壓) 194.769出口壓力 Kpa(絕壓) 317.334壓差 Kpa 122.565安裝高度 m 0NPSHa m 24.359效率 % 70有效功率 kw 0.218軸功率 kw 0.312物性參數(shù)物料名稱 METHANOL+DMC操作容器內(nèi)壓力密度 kg/m3 800黏度 Pa×s 0.525吸入容器內(nèi)操作壓力 kPa 101.235飽和蒸氣壓 kPa (絕壓)3.679雷諾數(shù) 36.841排出容器內(nèi)操作壓力 kPa 101.32533管件參數(shù)名稱 取值 名稱 取值管內(nèi)徑 mm 100 絕對(duì)粗糙度 mm 0.2直管長度 m 50.0 直管摩擦因數(shù) 1.737彎頭數(shù)目 個(gè) 6.0 彎頭局部阻力系數(shù) 0.75截止（球）閥數(shù)目 個(gè) 3.0 截止閥阻力系數(shù) 6.4底閥數(shù)目 個(gè) 3.0 底閥局部阻力系數(shù) 1.5其它管件數(shù)目 個(gè) 0.0 局部阻力系數(shù) 0.0直管阻力損失 m 液柱 2.586進(jìn)出口阻力損失m 液柱5.378e-2管件阻力損失 m 液柱 8.395e-2其余各泵算法一致，在此不一一列出6.2 換熱器的選型舉例列 管 式 換 熱 器