新建年产10万吨98%异丙醇项目可行性研究报告.doc

年产10万吨98%异丙醇项目-可行性研究报告
目录
第一章 总论 - 1 -
1.1项目概述 - 1 -
1.1.1 项目名称、地址、企业性质及承办单位 - 1 -
1.1.2 编制依据 - 1 -
1.1.3 编制原则 - 1 -
1.1.4 项目意义 - 2 -
1.2 调研依据 - 2 -
1.3 项目背景 - 2 -
1.4 可行性研究结论 - 3 -
第二章 市场分析 - 3 -
2.1 原料丙烯 - 3 -
2.1.1丙烯的基本性质 - 3 -
2.1.2丙烯的用途 - 4 -
2.1.3 丙烯制异丙醇的前景 - 4 -
2.2 异丙醇的性质与用途 - 4 -
2.2.1 异丙醇的性质 - 4 -
2.2.2 异丙醇的用途 - 5 -
2.3 异丙醇的市场分析 - 5 -
2.3.1异丙醇的国际发展现状 - 5 -
2.3.2异丙醇的国内发展现状 - 6 -
第三章 工艺技术方案 - 8 -
3.1 概述 - 8 -
3.2 工艺选择 - 8 -
3.2.1气相直接水合法 - 8 -
3.2.2液相直接水合法 - 8 -
3.2.3气-液混相直接水合法 - 9 -
3.2.4丙烯直接水合法生产工艺分析比较 - 9 -
3.3 工艺介绍 - 10 -
3.3.1催化剂介绍 - 10 -
3.4 工艺流程设计 - 11 -
3.5 工艺流程图 - 11 -
第四章 物料衡算 - 12 -
4.1 概论 - 12 -
4.2 衡算方法 - 12 -
4.3 全厂物料衡算 - 13 -
4.3.1 反应段物料衡算 - 13 -
4.3.2 产品分离段物料衡算 - 14 -
第五章 设备选型及典型设备设计 - 15 -
5.1 反应器设计 - 15 -
5.1.1 概述 - 15 -
5.1.2 结构形式 - 15 -
5.1.3 流化床反应器设计 - 16 -
5.1.4反应器结构设计 - 16 -
5.2 精馏塔的设计 - 17 -
5.2.1塔类型的选型 - 17 -
5.2.2塔设计说明书 - 19 -
第六章 建厂条件和厂址选择 - 21 -
6.1 厂区概况 - 21 -
6.2 园区发展优势 - 22 -
6.2.1交通便捷 - 22 -
6.2.2气候条件 - 22 -
6.2.3投资环境 - 23 -
6.2.4工业基础 - 23 -
6.2.5招商政策 - 23 -
6.3 项目前景 - 23 -
6.4 总结 - 24 -
第七章 投资估算与资金筹措 - 24 -
7.1 投资估算及投资明细 - 24 -
7.1.1 编辑说明 - 24 -
7.1.2 各项投资估算 - 25 -
7.1.3 总投资估算 - 29 -
7.2 成本的估算 - 29 -
7.2.1 总成本构成及明细 - 30 -
7.2.2 总成本费用估算 - 35 -
7.2.3 总投资额计算 - 36 -
7.2.4 资金筹集 - 36 -
第八章 财务评价及社会效益评价 - 36 -
8.1 财务评价的依据和说明 - 36 -
8.2 主要计算报表 - 37 -
8.2.1 产品销售表 - 37 -
8.2.2 税金估算 - 37 -
8.2.3 损益表 - 38 -
8.2.4 现金流量表 - 39 -
8.3 财务盈利能力分析 - 40 -
8.3.1 静态指标 - 40 -
8.3.2 动态指标 - 40 -
8.4 不确定性分析 - 42 -
8.4.1 概述 - 42 -
8.4.2 盈亏平衡分析 - 42 -
8.4.3 敏感性分析 - 44 -
8.5 社会效益评价 - 44 -
8.5.1 对当地经济发展的影响 - 44 -
8.5.2 对当地资源及环境的影响 - 44 -

- 46 -

第一章 总论
1.1项目概述
1.1.1 项目名称、地址、企业性质及承办单位
项目名称：新建年产10万吨98%异丙醇项目
地 址：山东省XX的XX化工业园
项目性质：新建
项目承办单位：XX化工有限公司
1.1.2 编制依据
1. XXXX指导书；
2. 化工部规划院编制的《化工建设项目可行性研究内容和深度的规定》；
3.《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》；
4.《中华人民共和国环境保护法》；
5.《中华人民共和国安全生产法》。
1.1.3 编制原则
1. 认真贯彻国家有关方针、政策，努力实现化工行业“十二五”技术发展规划要求；
2. 合理选择工艺路线，尽可能采用国内外较先进的技术、装备，把工厂建设成为国内技术一流、工艺领先、现代化信息管理的化工企业；
3. 新建工厂要充分考虑利用当地现有的资源。总平面图布置上充分考虑生产要求，尽量减少投资和占地面积；
4. 认真贯彻国家对环境保护、劳动保护的要求，使污染物排放达到国家标准，并搞好安全、消防、节能等工作。

1.1.4 项目意义
异丙醇的用途广泛，是工农业生产的重要原料和助剂。我国却需大量进口，国内很多厂家并没有掌握生产方法，无法连续生产．即使是已形成规模的生产装置也还存在许多诸如能耗高、转化率低等问题。为促进国内工业化生产，解决存在的技术问题，有必要对异丙醇装置的设计和生产进行深入研究。

1.2 调研依据
《化工建设项目可行性研究报告内容和深度规定》2005年10月
1.3 项目背景
异丙醇是重要的溶剂和有机合成原料。可直接作为溶剂，可以单独使用，也可以与其他溶剂混合。作为溶剂，用于汽车抛光涂料、塑料彩印油墨的最好稀释剂、胶片工业用洗涤剂和干燥剂、电等电子工业。也可作为涂料、油漆、化妆品的悬浮液或分散液、脱膜剂、塑料和树脂用的加工溶剂，颜料生产的分散剂、印染工业的固定剂，玻璃和透明塑料的防雾剂。作为有机合成原料，用于合成丙酮、甲基异丁基酮、异丙胺、醋酸异丙酯、异丙膦、异丙醚、异丙基氯化物、百里酚、麝香草酚、IPA的脂肪酸脂、三异丙脂、三异丙醇铝等。作为原料和溶剂，用于医药、农药等行业，生产氯霉素、涂抹剂、杀菌剂、除草剂、天然产物的萃取剂等。
异丙酵主要生产工艺有丙烯直接水合法、丙烯硫酸氧化法和丙酮加氢法三种，前二种工艺均以丙烯为原料。较老的方法采用炼厂级丙烯利用硫酸催化间接脱水生成异丙基硫酸盐，再用蒸汽水解生成硫酸和IPA，粗IPA用蒸馏提纯。较新的路线采用化学级(90％-99％)丙烯直接水合，避免使用硫酸。
近年来，异丙醇的需求量呈上升趋势，国内的生产装嚣已远远达不到需求量的增长。异丙醇的进口量已达10．3万吨(2003年)。国内外许多专家学者都积极地进行合成异丙醇研究。在国外美国、同本等国家对合成异丙醇研究较多，在国内有锦州石化公司、清华大学等单位都丌展了这方面的工作，相信近期内简单经济的合成异丙醇工艺将得到全面开发。
1.4 可行性研究结论
（1）本项目利用XX市丰富的丙烯，采用的工艺技术先进可靠，符合国家的能源安全政策和产业政策，环保效益优异。
（2）本项目原料、燃料供应有可靠的保证，用水供应有保证，交通运输方便，建厂条件优越。
（3）本项目投资收益良好，高于目前社会资金平均投资回报率。
第二章 市场分析
2.1 原料丙烯
2.1.1丙烯的基本性质
丙烯（Propylene）常温下为无色、无臭、稍带有甜味的易燃气体。不溶于水，溶于有机溶剂，是一种属低毒类物质。丙烯是三大合成材料的基本原料，主要用于生产丙烯腈、异丙烯、丙酮和环氧丙烷等。
表2-1 丙烯的物理性质
相对分子量
相对密度
（水=1）
相对蒸汽密度
（空气=1）
熔点
沸点
引燃温度
爆炸极限%(V/V)
42.08
0.5
1.48
-191.2℃
-47.4℃
455℃
2%～11%

2.1.2丙烯的用途
丙烯是三大合成材料的基本原料，用量最大的用途是生产聚丙烯，此外还可制丙烯腈、异丙醇、苯酚和丙酮、丁醇和辛醇、丙烯酸及其脂类以及制环氧丙烷和丙二醇、环氧氯丙烷和合成甘油等。
2.1.3 丙烯制异丙醇的前景
异丙醇是世界上较早生产的石油化工产品之一。是一种用途广泛的重要有机化工原料。主要用作溶剂、合成化学中间体,在日用化学品及医药中均有应用,另外,异丙醇还广泛用作石油燃料的添加剂,应用在汽车和航空燃料等方面。目前异丙醇已是丙烯系列中的大吨位产品之一,随着炼油厂催化能力的提高,丙烯资源越来越丰富,这为开发利用丙烯资源生产异丙醇等化工产品提供了有利条件。
2.2 异丙醇的性质与用途
2.2.1 异丙醇的性质
异丙醇，有机化合物，别名二甲基甲醇、2-丙醇，行业中也作IPA。它是正丙醇的同分异构体。无色透明液体，有似乙醇和丙酮混合物的气体。 溶于水、醇、醚、苯、氯仿等多数有机溶剂。 异丙醇是重要的化工产品和原料。主要用于制药、化妆品、塑料、香料、涂料等。
表2-2 异丙醇的物理性质
相对分子量
沸点
熔点
相对蒸汽密度（空气=1）
相对密度
（水=1）
爆炸上限
47
82.4
-87.9
2.1
0.7863
7.99

2.2.2 异丙醇的用途
1．作为有机原料和溶剂有着广泛用途。作为化工原料，可生产丙酮、过氧化氢、甲基异丁基酮、二异丁基酮、异丙胺、异丙醚、异丙醇醚、异丙基氯化物，以及脂肪酸异丙酯和氯代脂肪酸异丙酯等。在精细化工方面，可用于生产硝酸异丙酯，黄原酸异丙酯、亚磷酸三异丙酯、三异丙醇铝以及医药和农药等。作为溶剂，可用于生产涂料、油墨、萃取剂、气溶胶剂等。还可用作防冻剂、清洁剂、调和汽油的添加剂、颜料生产的分散剂、印染工业的固定剂、玻璃和透明塑料的防雾剂等。用作胶黏剂的稀释剂，还用于防冻剂、脱水剂等。
　　2．测定钡、钙、铜、镁、镍、钾、钠、锶、亚硝酸、钴等的试剂。色谱分析标准物。作为化工原料，可生产丙酮、过氧化氢、甲基异丁基酮、二异丁基酮、异丙胺、异丙醚、异丙醇醚、异丙基氯化物，以及脂肪酸异丙酯和氯代脂肪酸异丙酯等。在精细化工方面，可用于生产硝酸异丙酯，黄原酸异丙酯、亚磷酸三异丙酯、三异丙醇铝以及医药和农药等。作为溶剂，可用于生产涂料、油墨、萃取剂、气溶胶剂等。还可用作防冻剂、清洁剂、调和汽油的添加剂、颜料生产的分散剂、印染工业的固定剂、玻璃和透明塑料的防雾剂等.
　　3．用作油井水基压裂液的消泡剂，空气形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧化剂能发生强烈反应。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源引着回燃。若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。
2.3 异丙醇的市场分析
2.3.1异丙醇的国际发展现状
2005 年, 世界异丙醇的总消费量为177.7 万t,其中北美、西欧和亚洲地区是最主要的三个消费地区, 消费量合计达到162.3 万t, 约占世界异丙醇总消费量的91.33%, 其中北美地区的消费量为55.1 万t, 约占世界总消费量的31.01%; 西欧地区的消费量为48.2 万t, 约占总消费量的27.12%;亚洲地区的消费量为59.0 万t, 约占总消费量的33.20%。产品主要用于溶剂和化学中间体, 其中溶剂对异丙醇的消费量约占总消费量的55.66%, 化学中间体( 包括异丙胺、MIBK、MIBC、DIBK、醋酸异丙酯等) 约占16.77%, 家用、化妆品以及个人防护用品等约占7.09%, 丙酮约占7.03%, 医药约占4.16%, 其他方面约占9.29%。
世界各主要地区异丙醇的消费结构有所不同。北美地区直接用作溶剂的异丙醇约占总消费量的56.08%, 用作化学中间体的约占25.59%; 西欧地区直接用作溶剂的异丙醇约占总消费量的39 . 42%, 用作化学中间体的约占24.27%; 亚洲地区直接用作溶剂的异丙醇约占总消费量的67.80%, 用作化学中间体的约占6.78%。
预计2005—2010 年, 世界异丙醇的需求量将以年均约2.3%的速度增长, 2010 年总需求量将达到约199.5 万t, 其中中东欧地区需求量的年均增长率最大, 为4.5%; 其次是亚洲地区, 需求量的年均增长率将达到约3.8%。世界主要地区异丙醇的消费结构以及需求预测情况见表
表2-3 世界各地区异丙醇的消费现状及预测
国家和地区
2005年
2010年
2005-2010年消费量的年均增长率/%
消费量/万t
所占比例%
消费量/万t
所占比例%
北美
55.1
31.01
58.9
29.52
1.3
1.2
1.5
4.5
3.8
3.1
2.3
中南美
8.1
4.56
8.6
4.31
西欧
48.2
27.12
52.0
26.07
中东欧
3.7
2.08
4.6
2.31
亚洲
59.0
33.20
71.2
35.69
其他
3.6
2.03
4.2
2.10
合计
77.7
100．00
199.5
100.00

2.3.2异丙醇的国内发展现状
目前, 我国异丙醇主要用作油墨、涂料和制药工业过程中的溶剂或萃取剂, 其消费量约占异丙醇总消费量的60%。在涂料中, 异丙醇主要用在如硝化纤维素清漆中作惰性溶剂以减少贮存和运输过程中的可燃性等; 在制药方面, 主要用作抗生素、维生素萃取剂和药品胶囊清洗剂等; 在油墨中, 主要用作水基涂料的助剂和稀释剂。醇溶油墨能够解决甲苯类油墨对健康所产生的危害以及溶剂残留影响包装食品质量等问题, 近年来醇溶油墨已经发展成为一种趋势。目前, 我国已经成为世界第二大涂料生产国家, 而且近几年来,我国涂料工业合资合作和结构调整的步伐明显加快, 涂料向高档化方向发展, 国外许多大型涂料生产商纷纷在我国投资建设高档涂料生产装置,加上交通、汽车和建筑等行业快速发展的拉动,我国涂料行业对异丙醇的需求呈现较快的增长势头。在油墨方面, 2004 年我国油墨的总产量为23.8 万t, 2006 年增长到34.8 万t, 年均增长率达到20.9%。随着国内包装品、广告、出版等行业迅速发展, 对油墨等的需求也大幅度增加, 相应对异丙醇的需求量也将不断增加; 我国制药行业是我国传统的精细化工领域, 随着世界经济的一体化, 出口形势看好。由此可见, 在今后几年,我国异丙醇在溶剂方面的应用仍将大发展, 预计到2010 年对异丙醇的需求量将达到约20.0 万t。
近年来, 我国异丙醇的消费一直保持高速增长势头。1997 年我国异丙醇的表观消费量只有9.61 万t, 2002 年增加到14.31 万t, 1997—2002年表观消费量的年均增长率为8.29%。2004 年我国异丙醇的表观消费量为18.68 万t, 2006 年增加到20.96 万t, 比2005 年增长约5.70%, 2001—2006 年的表观消费量的年均增长率约为9.26%。我国异丙醇的供需情况见表所示。

表2-4 我国异丙醇的供需情况
年份
产量/万t
进口量/万t
出口量/万t
表观消费量/万t
表观消费量比上年增长/%
2000
6.10
5.46
0.30
11.26
4.26
2001
6.7
6.87
0.11
13.46
19.54
2002
6.9
7.61
0.20
14.31
6.31
2003
8.17
10.33
0.09
18.41
28.65
2004
8.20
10.73
0.25
18.68
1.47
2005
9.10
11.19
0.46
19.83
6.16
2006
11.50
9.58
0.12
20.96
5.70

第三章 工艺技术方案
3.1 概述
目前，工业上异丙醇的生产方法主要是丙烯水合法，可分为丙烯间接水合法和丙烯直接水合法两种。丙烯间接水合法因“三废”污染、设备腐蚀严重和生产成本高等问题，20世纪80年代后该法被逐渐淘汰。丙烯直接水合法，它是丙烯在催化剂存在下直接发生水合反应生成异丙醇。由使用的催化剂不同分为三种方法，即气相直接水合法、液相直接水合法、气液混相直接水合法。

3.2 工艺选择
3.2.1气相直接水合法
气相直接水合法是目前世界上生产异丙醇的主要方法之一，气相直接水合使用磷酸/硅藻土为催化剂，在反应温度180～260℃，压力2.0～2.5MPa，n（丙烯）:n（水）=1:0.7条件下进行直接反应，生成粗异丙醇溶液，再入共沸塔分离提浓。丙烯单程转化率为5%～7%，异丙醇选择性为98%。
优点：该法与间接水合法相比，选择性好，副产物少，丙烯总转化率达97%，生成异丙醇的选择性高达98%。反应条件缓和，反应压力低，流程简单，投资少，同时对设备腐蚀、环境问题较丙烯间接水合法有了很大的改善。
缺点：该法为防止磷酸溶出，需要把水转为气态，采用了对平衡不利的高温低压反应条件，使丙烯单程转化率低，大量未反应的丙烯需循环使用，耗能量大；为了减少副产物的生产量，需用高浓度丙烯（≥99%）做原料；同时磷酸不断流失，生产上需补加磷酸。
3.2.2液相直接水合法
该法使用活性、选择性良好的钨系杂多酸催化剂，催化剂溶于来自精制工序的循环工艺水中，在反应温度240～280℃，压力20.0MPa条件下，n（丙烯）:n（水）=1:27，进行接触反应，生成异丙醇水溶液，再入共沸塔分离提浓。
优点：催化剂活性高，丙烯和杂多酸阴离子能形成活性络合物，与传统的丙烯间接水合法相比，在相同的氢离子浓度的情况下，反应速度增大数倍，产品选择性好，改进了催化剂的流失问题，催化剂较稳定、可循环使用、寿命长、无公害。
缺点：该法水烯比大，导致粗产品中含大量水，蒸馏热量消耗量大，反应压力过高，设备投资高。
3.2.3气-液混相直接水合法
该法采用强酸性阳离子交换树脂催化剂，要求丙烯纯度在92%以上、反应温度135～160℃、压力6.0～8.0MPa条件下、n（丙烯）:n（水）=1:15。由于反应采用了中压、低温的有利于化学平衡的工艺条件，故能得到较高的丙烯转化率，丙烯的单程转化率70%左右，异丙醇选择性大于96%。
优点：无需高纯度丙烯及大量未反应的丙烯循环。反应条件相对缓和，温度、压力以及水烯比适中，丙烯转化率高，能耗低。
缺点：树脂催化剂不耐高温，温度不能超过175℃，且树脂催化剂存在流失问题，寿命较短。
3.2.4丙烯直接水合法生产工艺分析比较
对于丙烯直接水合反应过程，在低温、高压的条件下，丙烯的平衡转化率高。然而，温度较低时反应速率太慢；提高反应温度，虽可以加快反应速度，但会对反应带来不利影响：① 丙烯转化率低；② 异丙醇选择性降低。提高压力，可以提高丙烯转化率，原因是只有溶解于水中的丙烯才能在催化剂表面起反应，压力增高会增加丙烯在水中的溶解度，但压力过高会增加设备投资和操作费用。因此，在上述已经工业化的丙烯直接水合生产技术中，以气液混相法生产技术反应条件缓和、丙烯转化率高，异丙醇时空产率高等优点受到人们的广泛注意和使用。
3.3 工艺介绍
通过对三种丙烯直接水合生产工艺的各自特点进行对比分析，可以看出无论是从收率、生产成本、装置投资，还是从安全操作、环保的角度看，气液混相法更为理想。所以本次我们所采用的工艺就是气液相直接水合法。该工艺具有如下优点：（1）采用新型催化剂，提高了低碳烯烃的选择性。（2）生产过程能耗低，充分利用能量，进行循环利用，经济效益显著。（3）对三废进行综合处理，采用新型处理方式，污染大大降低，对环境友好。
3.3.1催化剂介绍
催化研究表明，不同类型的沸石上丙烯水合反应的性能有很大的差别，目前研究所用的沸石包括：β、L、超稳Y、丝光、ZSM-5、ZSM一20、ZSM-35、ZSM-50等，其中对β沸石的研究比较集中。对丙烯水合动力学研究表明，β沸石催化剂的反应活性在0．1MPa、140℃与0．3MPa、160℃时达到最大，但在更高反应温度以上，由于平衡转化率下降而活性降低，反应温度在140℃以下时，异丙醇有高选择性，但随温度上升而单调下降。在丙烯水合反应中，沸石分子筛的水吸附量越小，活性越高，即越是采用疏水性催化剂，对烯烃水合反应越有利。其原因是由于在疏水性沸石催化剂中抑制了水的凝结，而对酸中心吸附烯烃分子的影响变小，或者说疏水性沸石避免了吸附水所造成的酸强度下降。
以改性β沸石为基础，选用适当的调变方法，合理调整其酸量和酸强度，通过离子交换制成含金属离子的改性β沸石丙烯水合催化剂。在反应温度140～160℃、压力8．0MPa、n(水)：n(丙烯)=20：1、丙烯液态空速大的条件下，丙烯单程转化率≥50％、异丙醇选择性≥98％，产品时空产率达到600kg异丙醇／t催化剂·h，高于目前国内外各种工艺的技术水平。该催化剂还通过了2000h水热稳定性试验、再生性能优良，并配套开发出中压丙烯水合全流程工艺。水合反应在滴流床反应器内进行，整个工艺过程采用了分段进料、无氧水技术、催化剂活化和新开工工艺等多项专利技术。DICP中压丙烯水合工艺技术环境友好、无三废排放、产品质量优良。有学者指出对催化剂进行预处理可以提高活性，利用极性含氧脂肪族碳水化合物，最好是水合反应的产物醇或者醚，浸渍β沸石催化剂，可以提高催化剂的催化活性。
3.4 工艺流程设计
本工艺生产烯烃可分为如下单元：反应段、产品分离段。
3.5 工艺流程图

图3-1 气-液混相直接水合法制异丙醇工艺流程图
原料丙烯通过压缩机压缩并换热达到120℃，8MP，将工业用水通过压缩机并换热达到94℃，8MP，然后将丙烯蒸汽与工业用水进入反应器与催化剂充分接触，在反应器内充分反应。
反应产物混合后反应后经过换热器进入脱丙烯塔，将反应后混合物中的丙烯全部脱去，丙烯重新加热压缩进入反应器。混合物进入干燥塔脱去混合物中的大部分水，水也可以进行回收利用。剩下的混合物进行间歇精馏脱去混合物中的正丙醇，正丙醇可以回收用作燃料。最后两个精馏塔是共沸精馏，第三种组分是乙二醇，使它们共沸从第一个塔的塔顶脱去异丙醚和少部分的水。最后的一个塔是乙二醇回收塔，回收混合液中的乙二醇重新进行共沸精馏。最终得到98%的异丙醇。

第四章 物料衡算
4.1 概论
物料衡算是推导描述物质运动规律数学模型的直接而简便的方法。所谓物料衡算是指在质量守恒基础上，对任一过程单元按单位时间内，体系所含物料总质量必等于进入体系的总质量减去从体系流出的总质量所进行的运算。简言之，即质量守恒原理在一个过程单元中的应用。物料衡算可得到一组代数方程或微分方程。对于体系内任一点的参数完全不随时间而变化，且只含一个因变量的连续稳定过程，所得代数方程就是该过程的数学模型。
物料衡算可对一个工厂生产的全过程，一个工序或一台装置做出。对于现有生产过程。物料衡算提供表示生产运作正常与否、问题所在和改进途径的参考数据；对于新建装置和生产过程，则可为设备设计、过程优化、过程控制和经济评估等提供必要数据。
4.2 衡算方法
物料衡算是根据质量守恒定律，利用某进出化工过程中某些已知物流的流量和组成，通过建立有关物料的平衡式和约束式，求出其他未知物流的流量和组成的过程。系统中物料衡算一般表达式为：
系统中的积累＝输入－输出＋生成－消耗
式中，生成或消耗项是由于化学反应而生成或消耗的量；积累量可以是正值，也可以是负值，当系统中积累量不为零时称为非稳定状态过程；积累量为零时，称为稳定状态过程。稳定状态过程时，可以简化为：
输入＝输出－生成＋消耗
对无化学反应的稳定过程，又可表示为：
输入＝输出
4.3 全厂物料衡算
我公司异丙醇工艺，其工艺流程分为反应段、产品分离段。以下计算使用ASPEN PLUS处理原始数据。

4.3.1 反应段物料衡算
表4-1 反应器物料衡算
数据项

物料
H2O-1
H2O-2
C3H6-1
C3H6-2
C3H6-3
MIX-1
MIX-2
Mass Flow kg/hr

PROPY-01
0 

0 

23000
23000
11040
11040
11040
WATER
82000
82000
0
0
0
76929
76929
ISOPR-01
0
0
0
0
0
16423.30
16423.30
1-PRO-01
0
0
0
0
0
328.47
328.47
DIISO-01
0
0
0
0
0
279.23
279.23
ETHYL-01
0
0
0
0
0
0
0
Mass Frac

PROPY-01
0
0
1.00
1.00
1.00
0.105
0.105
WATER
1.00
1.00
0
0
0
0.7327
0.7327
ISOPR-01
0
0
0
0
0
0.1564
0.1564
1-PRO-01
0
0
0
0
0
0.0031
0.0031
DIISO-01
0
0
0
0
0
0.0027
0.0027
ETHYL-01
0
0
0
0
0
0
0
Total Flow kmol/hr
4551.692
4551.692
546.57
546.57
262.35
4814.05
4814.05
Total Flow kg/hr
82000
82000
23000
23000
11040
1.05E+5
1.05E+5
Total Flow l/min
1375.588
1375.588
576.97
3722.12
1695.73
2337.82
2144.03
Temperature C
25
94
25
120
100
150
100
Pressure MPa
8
8
8
8
8
8
8
4.3.2 产品分离段物料衡算
表4-2 分离精馏塔物料衡算
数据项

物料
H2O-3
C3H7O-1
C3H7O-2
C6H14O
MIX-3
MIX-4
MIX-5
MIX-6
Mass Flow kg/hr

PROPY-01
0
0
0
0
0
0
0
0
WATER
76882.15
328.4661
29.32795
17.52181
76929
46.85
46.85
29.33
ISOPR-01
0
0
16423.30
0
16423.30
16423.3
16423.3
16423.3
1-PRO-01
0
0
0
0
328.47
328.47
0
0
DIISO-01
0
0
0
279.2330
279.23
279.23
279.23
0
ETHYL-01
0
0
0
0
0
0
0
500
Mass Frac

PROPY-01
0
0
0
0
0
0
0
0
WATER
1.00
0
0.00178
0.059
0.8187
0.00274
0.00279
0.00173
ISOPR-01
0
1.00
0.9982
0
0.1748
0.9616
0.9805
0.969
1-PRO-01
0
0
0
0
0.00349
0.019
0
0
DIISO-01
0
0
0
0.9409
0.00297
0.016
0.017
0
ETHYL-01
0
0
0
0
0
0
0
0.029
Total Flow kmol/hr
4267.603
5.465696
274.9128
3.705456
4551.69
284.08
278.61
282.97
Total Flow kg/hr
76882.15
328.4661
16452.63
296.7548
93960.00
17077.9
16749.39
16952.63
Total Flow l/min
1395.995
7.487537
405.9053
7.705312
1797.864
406.74
399.28
399.34
Temperature C
100.00
100.00
116.7284
116.7284
100
100
100
100.08
Pressure MPa
8
8
8
8
8
8
8
8

第五章 设备选型及典型设备设计
5.1 反应器设计
5.1.1 概述
流化床反应器是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。在用于气固系统时，又称沸腾床反应器。流化床反应器在现代工业中的早期应用为20世纪20年代出现的粉煤气化的温克勒炉；但现代流化反应技术的开拓，是以40年代石油催化裂化为代表的。目前，流化床反应器已在化工、石油、冶金、核工业等部门得到广泛应用。
5.1.2 结构形式
流化床反应器的结构有两种形式：①有固体物料连续进料和出料装置，用于固相加工过程或催化剂迅速失活的流体相加工过程。例如催化裂化过程，催化剂在几分钟内即显著失活，须用上述装置不断予以分离后进行再生。②无固体物料连续进料和出料装置，用于固体颗粒性状在相当长时间（如半年或一年）内，不发生明显变化的反应过程。
5.1.3 流化床反应器设计
5.1.3.1 操作工艺参数
反应温度为：150℃
反应压力为：8MPa
丙烯操作空速为：1～5h-1
改性β沸石催化剂粒径范围为：30～140μm
丙烯原料中水含量为8%，
丙烯处理量23000kg/h
5.1.4反应器结构设计
已知丙烯以576.97L/min的流速通入，其空速WHSV=0.25h-1。
（1）根据本项目设计产量为10万吨每年，甲醇的进料流量：V=26.93m3/h；反应器的有效体积VR=m3=107.72m3，假设反应器的有效体积为实际体积的75%，则反应器的实际体积V0=m3=143.63m3。
(2) 反应器直径、高度和封头的确定
设反应器的直径为D，反应器高度H，则长径比r=H/D，其值一般为1-3，综合考虑单位体积内的传质面积、反应停留时间、加工难度以及设备费用等因素，选定r=3。对于气体参加的反应可获得较大的传热面积，停留时间可以保证，设备费用也在允许范围之内。
H=rD=3D；V=(π/4)D2H；由V0=143.63m3带入以上两式可得D=5.764m，经圆整后，查阅相关标准HG21607-96，并考虑本反应器内部有旋风分离器、催化剂快速分离装置、多孔网板等结构，取D=6000mm；H=3×D=18000mm。
查阅相关行业标准HG21607-96，查得封头的公称直径为6000mm，选用浅碟型封头TH，厚度为25mm，封头上方安有安全阀。
反应器的实际体积为V=(π/4)D2H=π/4×62×18m3=508.94m3。
(3) 催化剂的用量
已知丙烯0.1mL/min的流量时催化剂的用量为10g，同理，按比例放大当丙烯的体积流量为V=26.93m3/h，催化剂的质量：
m=t=13.75t
(4)反应器材料
反应器选用的材料为碳素钢Q235-B
5.2 精馏塔的设计
5.2.1塔类型的选型
最常见的塔设备为板式塔和填料塔两大类。如何从中选取一个合适的类型有很多方面需要考虑，很难简单的进行判断。考虑操作性能和成本费用，两种塔可以进行如表所示：
表5-1 填料塔和板式塔的比较
项目
塔型
板式塔
填料塔
塔径
一般推荐使用塔径大于
800mm的大塔
适宜于大小塔径的塔，
但对大塔要解决液体再分布的问题
压力降
压力降一般比填料塔大
压力降小，较适于要求压力降小的场合
空塔气速
空塔气速大
空塔气速较大
塔效率
效率较稳定，
大塔板效率比小塔有所提高
分离效率较高，塔径Φ1.5m以下效率高，塔径增大，效率常会下降
液气比
适应范围较大
对液体喷淋量有一定要求
持液量
较大
较小
材质要求
一般用金属材料制作
可用非金属耐腐蚀材料
造价
直径大时一般比填料塔造价低
Φ800mm以下，一般比板式塔便宜，
直径增大，造价显著增加
重量
较轻
较重
安装维修
较容易
较困难
类型选择时需要考虑多方面的因素，如物料性质、操作条件、塔设备的性能，以及塔的制造、安装、运转和维修等。对于真空精馏和常压精馏，通常填料塔塔效率优于板式塔，应优先考虑选用填料塔，其原因在于填料充分利用了塔内空间，提供的传质面积很大，使得汽液两相能够充分接触传质。而对于加压精馏，若没有特殊情况，一般不采用填料塔。这是因为填料塔的投资大，耐波动能力差。
具体来讲，应着重考虑以下几个方面：
(1) 与物性有关的因素
易起泡的物系，如处理量不大时，以选用填料塔为宜。因为填料能使泡沫破裂，在板式塔中则易引起液泛。
具有腐蚀性的介质，可选用填料塔。如必须用板式塔，宜选用结构简单、造价便宜的筛板塔盘、穿流式塔盘或舌形塔盘，以便及时更换。
具有热敏性的物料须减压操作，以防过热引起分解或聚合，故应选用压力降较小的塔型。
粘性较大的物系，可以选用大尺寸填料。板式塔的传质效率太差。
含有悬浮物的物料，应选择液流通道大的塔型，以板式塔为宜。
操作过程中有热效应的系统，用板式塔为宜。
(2) 操作条件有关的因素
若气相传质阻力大，宜采用填料塔。
大的液体负荷，可选用填料塔。
液气比波动的适应性，板式塔优于填料塔。
操作弹性，板式塔较填料塔大，其中以浮阀塔最大，泡罩塔次之。
(3) 其他因素
对于多数情况，塔径大于800mm地，宜用板式塔，小于800mm时，则可用填料塔。但也有例外，鲍尔环及某些新型填料在大塔中的使用效果可优于板式塔。
一般填料塔比板式塔重。
填料塔用于吸收和解吸过程，可以达到很好的传质效果，它具有通量大、阻力小、传质效率高等性能。因此实际过程中，吸收、解吸和气体洗涤过程绝大多数都使用填料塔。
(4) 厂实际情况的选择
反应器的分离过程要求高，塔板数较多，生产较为稳定，负荷变化大，对操作弹性的要求高。综合考虑塔板的效率、分离效果和设备的成本、维修等，我们优先选择板式塔，板式塔塔板类型选择浮阀板，具体特点如表所示：
表5-2 浮阀塔特点
名称
塔板
效率
处理
能力
操作
弹性
压降
结构
成本
优点
缺点
浮阀板
1.2-1.3
1.5
9
0.8
简单
0.7-0.9
效率高、
操作范围宽
浮阀
易脱落
5.2.2塔设计说明书
5.2.2.1精馏塔1
（1）MIX-2的进料流量：V=164.7404m3/h；精馏塔的有效体积VR=658.9615m3，假设精馏塔的有效体积为实际体积的75%，则精馏塔的实际体积V0=878.6154m3。
(2)精馏塔直径、高度和封头的确定
设精馏塔的直径为D，精馏塔高度H，则长径比r=H/D，其值一般为1-3，综合考虑单位体积内的传质面积、精馏停留时间、加工难度以及设备费用等因素，选定r=3。对于气体参加的反应可获得较大的传热面积，停留时间可以保证，设备费用也