全国化工大赛-恒逸石化杯-上海赛科石化年产19.5万吨醋酸乙烯酯项目附录6-换热网络设计说明书.docxVIP

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2019年“东华科技-恒逸石化杯”

第十三届全国大学生化工设计竞赛

上海赛科化工分公司

年产19.5万吨醋酸乙烯酯项目

换热网络设计说明书

烯途行者团队

贺子文罗云波付雨王嘉璐孙文涓

指导老师：程新华谭海燕邵宇

目录

TOC\o1-3\h\z\u第一章概述 3

第二章原始工艺流股提取 4

第三章原始工艺流股的能耗分析 5

第四章改进工艺流股的分析 8

第五章换热网络设计 11

第六章节能对比 14

第一章概述

本项目是为上海赛科石油化工有限责任公司新建一个年产19.5万吨醋酸乙烯酯项目，选址为上海漕泾上海化学工业区。以总厂乙烯作为原料，并从上海华谊化工有限公司外购乙酸，利用本厂空分装置分离出氧气，通过乙烯法制得纯度为99.847%的醋酸乙烯酯（VAC），可以为总厂拓展企业的业务范围，实现多元化经营，也可以为醋酸乙烯酯下游产业链项目提供原料。此项目经济合理、清洁环保，十分有市场前景。因原料的预热、产品的降温、精馏塔都是非常耗能的过程，故运行成本是其中一个很重要的考核参数，其中很重要的一部分是公用工程的消耗，通过换热网络的设计和优化，可以尽可能地实现对内部流股热量的集成和最大化利用，减少公用工程的消耗。

本项目工艺路线由醋酸乙烯反应回收工段和醋酸乙烯精制工段构成。醋酸乙烯反应工段采用乙烯气相法，环保节能。为尽可能地实现流程内部热量的集成和最大化利用，以减少公用工程的消耗，降低能耗。我们运用AspenEnergyAnalyzerV9.0软件来进行换热网络的设计，并且寻找可能节能的措施，以最大限度的降低成本。

从整个工艺流程来看，本项目需要较大量的冷公用工程，包括冷却水、-5℃的制冷系统（冷冻盐水）两个等级，而热公用工程主要用于流股的预热及塔釜的再沸器加热等过程，所使用的热公用工程为0.5MPa、150℃的低压蒸汽、1.0MPa、180℃的中压蒸汽、3.5MPa、242℃的高压蒸汽。

所用公用工程来源均来自上海赛科化工有限公司的资料和数据分析。冷公用工程使用本项目厂区内的循环水站及冷冻站产生，热公用工程由本项目厂区公用工程站提供。为了充分集成过程中的热量，本项目采用了热耦合精馏在变压提酸工段上节省能量，同时设计全厂换热网络来提高能量集成的效果。

第二章原始工艺流股提取

选择相变点进行物流分段，通过AspenEnergyAnalyzer的自动导入功能物流信息进行提取，并手动检查物流信息，增删部分物流，选择公用工程的类型及温度。对第一和第二工段的物流提取信息提取如下所示：

图1：第一工段物流提取信息(热集成优化前)

图2：第二工段物流提取信息（热集成优化前）

注：↓代表热物流，↑代表冷物流。

第三章原始工艺流股的能耗分析

图3：热回收网图络公用工程成本与△Tmin的关系图

在设计换热网络时，△Tmin的选择与换热网络的操作及设备成本有直接关系。由图2-1，我们可以看到，热公用工程和冷公用工程都随△Tmin的增大而增大，而且二者用量平行增加。对于设备费用而言，△Tmin存在一个最佳值，当△Tmin增加时，夹点处换热器面积减少，设备投资费用也迅速下降，但是超过最低值后，由于外加热、冷却单元数增加，设备投资费用又开始增加。

在AspenEnergyAnalyzerV9中评估了最小传热温差对系统经济性的影响，分布获得第一工段和第二工段系统总费用与最小传热温差的关系曲线如图4、图5所示。

图4：第一工段总成本与最小传热温差的关系图（热集成优化前）

由上图可知，传热温差为8℃时总费用最小，因此第一工段选取最小传热温差为8℃。

图5：第二工段总成本与最小传热温差的关系图（热集成优化前）

由上图可知，当最小传热温差△Tmin=1℃时，总成本达到最小，但过小的传热温差容易导致温度交叉的情况出现，这在实际生产中是不便控制且不实际的。

为了使换热器有一定传热温差推动力，本项目取定最小传热温差为9.5℃，通过软件绘出如下温焓图和总组合曲线图。如图6、图7、图8、图9所示：

图6：第一工段物流温焓图（热集成优化前）

图7：第一工段物流总组合曲线图（热集成优化前）

图8：第二工段物流温焓图（热集成优化前）

图9：第二工段物流总组合曲线图（热集成优化前）

第四章改进工艺流股的分析

对上图可知对于第一工段应用夹点分析，对自动生成的优化方案再次进行手动优化后带入第一工段中。由于第二工段夹点附近存在温位相近的平台，经分析，这个平台表示VAC精制塔T0203的塔顶、塔釜相变热，温差仅为12℃。因此可以采用热泵技术，提升塔顶蒸汽的温位，增加系统内