碳酸二甲酯化工廠的設計(帶CAD圖紙)
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本 科 畢 業(yè) 設 計
題 目 年產1.5萬噸碳酸二甲酯化工廠的設計
學 院
專 業(yè)
班 級
學 號
學生姓名
指導教師
完成日期
摘要:通過分析國內外碳酸二甲酯生產工藝的現(xiàn)狀,采用尿素醇解法來生產碳酸二甲酯,針對目前生產工藝中存在的幾個難點問題進行工藝的改進,采用Aspen軟件對年產1.5萬噸碳酸二甲酯生產工藝進行了模擬計算,經過改進后的生產工藝可使碳酸二甲酯的純度達到99.8%,通過分析目前市場行情估算整個項目的經濟投資,通過Aspen軟件對整個流程進行物料衡算,熱量衡算,設備的計算等。
關鍵詞:碳酸二甲酯;尿素醇解法;生產工藝;Aspen軟件;經濟分析;
Abstract: Analyse DMC production technology at home and abroad, using Urea alcoholysis to produce DMC. To improve technology to solve some promble which exist presently. Using Aspen software to simulate technology flow of DMC. After the production technololy’s ameliorate, the DMC content is reach at 99.8%. Estimate economy of the whole project through market analysis. Using Aspen software to get material balance, heat balance and equipment data etc.
Keywords: DMC; Urea alcoholysis;Production technology; Aspen software; Economy analysis
摘要:通過分析國內外碳酸二甲酯生產工藝的現(xiàn)狀,采用尿素醇解法來生產碳酸二甲酯,針對目前生產工藝中存在的幾個難點問題進行工藝的改進,采用Aspen軟件對年產1.5萬噸碳酸二甲酯生產工藝進行了模擬計算,經過改進后的生產工藝可使碳酸二甲酯的純度達到99.8%,通過分析目前市場行情估算整個項目的經濟投資,通過Aspen軟件對整個流程進行物料衡算,熱量衡算,設備的計算等。
關鍵詞:碳酸二甲酯;尿素醇解法;生產工藝;Aspen軟件;經濟分析;
Abstract: Analyse DMC production technology at home and abroad, using Urea alcoholysis to produce DMC. To improve technology to solve some promble which exist presently. Using Aspen software to simulate technology flow of DMC. After the production technololy’s ameliorate, the DMC content is reach at 99.8%. Estimate economy of the whole project through market analysis. Using Aspen software to get material balance, heat balance and equipment data etc.
Keywords: DMC; Urea alcoholysis;Production technology; Aspen software; Economy analysis
目 錄
1 總論 1
1.1 碳酸二甲酯的性質和用途 1
1.2 碳酸二甲酯的市場分析 1
1.2.1國外產能情況及需求預測 1
1.2.2國內產能情況及需求預測 1
1.2.3廠址選擇 1
2 碳酸二甲酯生產工藝 2
2.1工藝方案的選擇 2
2.2 碳酸二甲酯生產工藝 2
2.2.1 反應流程 2
2.2.2反應條件及能耗 3
2.2.3反應主要設備 3
2.2.4催化劑的比較與選擇 3
2.2.5 膜的要求 3
2.2.6膜的選擇 4
3 投資與經濟分析 6
3.1總投資 6
3.1.1總設備投資費用計算 6
3.1.2其它固定資產投資 8
3.1.3 固定資產折舊費 8
3.1.4 維修費用 9
3.1.5 原料費用 9
3.1.6 人事費用 9
3.1.7能源的消耗 11
3.1.8 無形資產 12
3.1.9 總投資費用 12
3.2總收益估算 12
3.2.1 投資額的確定 12
3.3資金籌措 13
3.4經濟分析 13
3.4.1投資回收期 13
3.4.2 投資凈現(xiàn)值 13
3.4.3 內部收益率 13
4 物料衡算 13
4.1流程簡述 13
4.2碳酸二甲酯合成及分離工段 13
4.3反應精餾塔物料衡算 14
4.4共沸精餾塔物料衡算 15
4.5 膜分離器物料衡算 15
4.6萃取精餾塔物料衡算 16
4.7萃取劑回收塔物料衡算 16
4.8 DMC精制塔物料衡算 17
4.9甲醇精制塔物料衡算 18
4.10總流程物料衡算 18
5 熱量衡算 20
5.1 HEATER1熱量衡算 20
5.2 HEATER2熱量衡算 20
5.3 CONDENSE熱量衡算 21
5.4 HEATX1熱量衡算 22
5.5 HEATX2熱量衡算 22
5.6 SEP1熱量衡算 23
5.7 SEP2熱量衡算 23
5.8 T1熱量衡算 24
5.9 T2熱量衡算 25
5.10 T3熱量衡算 25
5.11 T4熱量衡算 26
5.12 T5熱量衡算 27
6 主要設備設計與選型 28
6.1 泵的選型舉例 28
6.2 換熱器的選型舉例 34
6.3 精餾塔的設計舉例 36
6.3.1精餾塔T1設計數據 36
6.3.2 精餾塔T2設計數據 38
6.3.3 精餾塔T5設計數據 40
6.2 非標準設備設計 43
6.2.1 反應精餾塔 43
6.2.2 尿素熔融裝置 44
6.3 設備一覽表 45
7 管道特性表 47
參考文獻 49
謝 辭 51
附圖一:帶控制點工藝流程圖
附圖二:反應精餾塔裝置圖
附圖三:萃取精餾塔裝置圖
附圖四:尿素熔融裝置圖
附圖五:換熱器裝置圖
附圖六:總廠平面圖
1
摘要:通過分析國內外碳酸二甲酯生產工藝的現(xiàn)狀,采用尿素醇解法來生產碳酸二甲酯,針對目前生產工藝中存在的幾個難點問題進行工藝的改進,采用Aspen軟件對年產1.5萬噸碳酸二甲酯生產工藝進行了模擬計算,經過改進后的生產工藝可使碳酸二甲酯的純度達到99.8%,通過分析目前市場行情估算整個項目的經濟投資,通過Aspen軟件對整個流程進行物料衡算,熱量衡算,設備的計算等。
關鍵詞:碳酸二甲酯;尿素醇解法;生產工藝;Aspen軟件;經濟分析;
Abstract: Analyse DMC production technology at home and abroad, using Urea alcoholysis to produce DMC. To improve technology to solve some promble which exist presently. Using Aspen software to simulate technology flow of DMC. After the production technololy’s ameliorate, the DMC content is reach at 99.8%. Estimate economy of the whole project through market analysis. Using Aspen software to get material balance, heat balance and equipment data etc.
Keywords: DMC; Urea alcoholysis;Production technology; Aspen software; Economy analysis
目 錄
1 總論 1
1.1 碳酸二甲酯的性質和用途 1
1.2 碳酸二甲酯的市場分析 1
1.2.1國外產能情況及需求預測 1
1.2.2國內產能情況及需求預測 1
1.2.3廠址選擇 1
2 碳酸二甲酯生產工藝 2
2.1工藝方案的選擇 2
2.2 碳酸二甲酯生產工藝 2
2.2.1 反應流程 2
2.2.2反應條件及能耗 3
2.2.3反應主要設備 3
2.2.4催化劑的比較與選擇 3
2.2.5 膜的要求 3
2.2.6膜的選擇 4
3 投資與經濟分析 6
3.1總投資 6
3.1.1總設備投資費用計算 6
3.1.2其它固定資產投資 8
3.1.3 固定資產折舊費 8
3.1.4 維修費用 9
3.1.5 原料費用 9
3.1.6 人事費用 9
3.1.7能源的消耗 11
3.1.8 無形資產 12
3.1.9 總投資費用 12
3.2總收益估算 12
3.2.1 投資額的確定 12
3.3資金籌措 13
3.4經濟分析 13
3.4.1投資回收期 13
3.4.2 投資凈現(xiàn)值 13
3.4.3 內部收益率 13
4 物料衡算 13
4.1流程簡述 13
4.2碳酸二甲酯合成及分離工段 13
4.3反應精餾塔物料衡算 14
4.4共沸精餾塔物料衡算 15
4.5 膜分離器物料衡算 15
4.6萃取精餾塔物料衡算 16
4.7萃取劑回收塔物料衡算 16
4.8 DMC精制塔物料衡算 17
4.9甲醇精制塔物料衡算 18
4.10總流程物料衡算 18
5 熱量衡算 20
5.1 HEATER1熱量衡算 20
5.2 HEATER2熱量衡算 20
5.3 CONDENSE熱量衡算 21
5.4 HEATX1熱量衡算 22
5.5 HEATX2熱量衡算 22
5.6 SEP1熱量衡算 23
5.7 SEP2熱量衡算 23
5.8 T1熱量衡算 24
5.9 T2熱量衡算 25
5.10 T3熱量衡算 25
5.11 T4熱量衡算 26
5.12 T5熱量衡算 27
6 主要設備設計與選型 28
6.1 泵的選型舉例 28
6.2 換熱器的選型舉例 34
6.3 精餾塔的設計舉例 36
6.3.1精餾塔T1設計數據 36
6.3.2 精餾塔T2設計數據 38
6.3.3 精餾塔T5設計數據 40
6.2 非標準設備設計 43
6.2.1 反應精餾塔 43
6.2.2 尿素熔融裝置 44
6.3 設備一覽表 45
7 管道特性表 47
參考文獻 49
謝 辭 51
附圖一:帶控制點工藝流程圖
附圖二:反應精餾塔裝置圖
附圖三:萃取精餾塔裝置圖
附圖四:尿素熔融裝置圖
附圖五:換熱器裝置圖
附圖六:總廠平面圖
年產1.5萬噸碳酸二甲酯化工廠的設計
1 總論
1.1 碳酸二甲酯的性質和用途
碳酸二甲酯(Dimethyl Carbonate,簡稱DMC):化學式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;可與含活潑氫基團的醇、酚、胺、酯等化合物反應;與二元醇或二元酚反應生成聚碳酸酯。DMC分子中含有羰基、甲基、甲氧基等基團,具有良好的反應性能[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 碳酸二甲酯的市場分析
1.2.1國外產能情況及需求預測
國外生產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的生產能力約130kt/a ,年產量不足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品,其余10%-20%用作溶劑。
1.2.2國內產能情況及需求預測
我國目前DMC生產企業(yè)有10余家,生產能力均不大。近幾年來,由于DMC下游產品——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發(fā)展迅速,帶動了DMC市場需求量的走高,2005年,DMC國際市場需求量約13萬噸,國內為3~4萬噸。預計國內外DMC的需求將以10~20%的速度遞增,到2010年國內需求量將達10萬噸以上,國外將達到20~30萬噸。
1.2.3廠址選擇
本項目廠址選擇在山東省濰坊壽光市經濟開發(fā)區(qū)的科技工業(yè)園內。壽光開發(fā)區(qū)先后與美國、日本、韓國、澳大 利亞、臺灣、香港等20多個國家和地區(qū)的客商建立了穩(wěn)固的合作關系,新批進區(qū)項目75個,項目投入7.2億元,區(qū)內工業(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、墨龍集團等先后進區(qū)落戶。形成了以鹽化工、生物醫(yī)藥、石油機械、服裝、印染、食品加工為主體的工業(yè)體系。為鼓勵更多的客商投資,壽光經濟開發(fā)區(qū)規(guī)劃建設了新城創(chuàng)業(yè)園、科技工業(yè)園兩大園區(qū)[9-11]。
2 碳酸二甲酯生產工藝
2.1工藝方案的選擇
目前國內外生產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。通過對國內外工藝的比較可知,尿素直接醇解法有如下特點:(1)原料廉價易得;(2)工藝簡單,易于操作;(3)反應產生的氨氣可以回收利用,對環(huán)境友好,綠色無污染;(4)反應過程無水生產,避免了甲醇-DMC-水復雜體系的分離問題,使后續(xù)分離提純簡單化,節(jié)省投資。(5)雖然反應第二步中G>0,在熱力學[12-20]上為非自發(fā)反應,但可以通過提高溫度,增大壓強來提高其轉化率。由實驗可知反應溫度在185℃,壓力1.2MPa時,尿素和甲醇在反應精餾塔中反應,在此條件下尿素的轉化率可以達到100%,碳酸二甲酯的選擇性大于98%,DMC的單程收率大于50%。
2.2 碳酸二甲酯生產工藝
2.2.1 反應流程
圖2-1為其流程示意圖:
1-反應精餾塔;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號為反應精餾塔,尿素和甲醇分別以熔融和氣相狀態(tài)從反應精餾塔的上端和下端進入塔內。兩者在塔內的固定床上逆流接觸產生反應,其中未反應的部分在塔底列管式反應器上繼續(xù)發(fā)生反應;反應精餾塔可以將反應產生的DMC精餾出去,因此可以打破反應的平衡從而提高反應轉化率,增加其收率;反應精餾塔上端為一個全凝器,在全凝器上端可采出氨氣,下端采出口采出的DMC和甲醇混合物經過2號共沸精餾塔,塔頂采出DMC和甲醇的共沸物,塔底采出交純的甲醇,共沸物再經過4號膜分離器再次提濃,打破DMC和甲醇的二元共沸點,此時DMC的濃度可達40%,再經過分離車間提純。6號為萃取精餾塔,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。萃取精餾得到的產物再經過7號萃取劑回收塔和8號DMC精制塔最后得到含量為99.9%的DMC產品。
注:具體工藝流程圖見附圖一。
2.2.2反應條件及能耗
催化劑:雙金屬催化劑ZnO-La2O3,用量占尿素質量的27%;
反應原料: 甲醇尿素15.85:1進料;
反應條件:185℃,1.2MPa;
反應工藝:反應精餾(采用熱耦合工藝);
分離工藝: 膜分離,常壓萃取精餾分離;
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反應主要設備
尿素醇解法生產碳酸二甲酯反應精餾塔,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ZnO2-La2O3催化劑用于乙醇脫氫法生產有如下特點:
(1)ZnO2-La2O3價格相比與有機錫便宜,并且容易與產品分離,分離后的ZnO2-La2O3可以再次烘培可以重復利用;
(2)催化劑不含有毒元素;
(3)副產物少,但有氨基甲酸甲酯和氨甲酸甲酯,容易分離;
(4)轉化率低于均相催化,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復合膜、有機/無機復合膜或無機膜。優(yōu)先透酯膜和優(yōu)先透水膜都采用有機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
由于在反應過程中為反應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,在用精餾塔將其提純。
2.2.6.1 膜的分離原理
膜是一種起分子級分離過濾作用的介質,當溶液或混和氣體與膜接觸時,在壓力,或電場作用,或溫差作用下,某些物質可以透過膜,而另些物質則被選擇性的攔截,從而使溶液中不同組分,或混和氣體的不同組分被分離,這種分離是分子級的分離。分離機理主要為篩分:膜表面有微孔,流體流經膜一側的表面時,部分較小的分子隨部分溶劑穿過膜到達另一側,形成透析液,而大分子則被截留在原來的一側,形成截留液,從而達到了將大分子溶質與小分子溶質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
名稱
規(guī)格
KRISTAL﹡膜型號
600B
材料
改性聚醚砜
外徑/內徑/膜壁厚度(㎜)
1.15/0.6/0.27
公稱截留分子量
60,000
拉伸強度(MPa)
3~4
纖維長度
2m(根據應用而定) ﹡
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
600B
膜型號
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℃
流動模式
外壓式
純水初始通量立方米/膜組/小時(@1bar,30℃)
9
運行PH范圍
2~11
清洗PH范圍
2~12
常用跨膜壓力TMP(bar)
0.2~2.3
25℃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)
2.5
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)定無機材質為膜材質,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、高機械強度、可用蒸氣殺菌、高通量、高組裝密度等特點。特別適合于乳化液廢水等高粘度、高含固量苛刻工業(yè)流體的分離應用,目前已在金屬/表面處理工程,化學工程工業(yè),食品和飲料/制糖業(yè),廢物/廢水處理,工業(yè)過程中的化學品回用,生物制藥/生命科學,乳業(yè)等行業(yè)得到廣泛應用。
表2-3 InoCep陶瓷中空纖維膜組件的規(guī)格
型號/規(guī)格
MM5
膜表面極性
無極性
有效膜面積(m2)
5
膜芯長度(mm)
560
膜芯直徑(mm)
260
纖維數量
1800
最大操作壓力(bar)
6
運行溫度(℃)
-5~110
適用PH范圍
1.5~11
過濾形式
內壓式
膜殼材料
SS316
進水連接尺寸
8
出水連接尺寸
1.5
密封材料
硅膠圈
凈重kg
28
膜內純水流速(m/s)
0.5
設計進水流量(m3/h)
42
2.2.7 流程特色
碳酸二甲酯的生產一直存在原料劇毒,生產成本高,操作工藝復雜,分離困難等限制其發(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,且生產過成中無水生成,降低了分離的難度;通過使用反應精餾塔,設備結構緊湊,布局適合尿素和甲醇合成碳酸二甲酯的生產,反應轉化率高,生產過程安全易控,操作方便,使生產流程更為簡捷。通過使用蒸氣滲透膜分離技術,不需要引入共沸劑。分離采用萃取精餾分離得到最優(yōu)級產品,分離工藝簡單易控。通過使用雙金屬ZnO-La2O3提高轉化率和選擇性,提高原子利用率,降低生產成本。
3 投資與經濟分析
3.1總投資
3.1.1總設備投資費用計算
根據生產發(fā)展的需求[21-24],可以得到所需要的所有設備主要有一下這些,將他們價格列表如下所示:
表3-1 設備投資費用一欄表
設備名稱及技術規(guī)格
型號、規(guī)格
數量
單價/萬元
總計/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
23.752
DMC精餾塔
DN1000×18000
1
8.353
8.353
尿素熔融器
1
30.400
30.400
反應精餾塔
DN1200×36000
1
239.807
239.807
氨氣吸收塔
DN1500×18000
1
31.212
31.212
換熱器
JB800-125.0-1.60-4
2
5.625
11.25
JB400-28.4-0.6-2
1
1.278
1.278
JB1000-301.5-1.60-6
1
13.567
13.567
JB900-246.4-1.00-4
2
11.088
22.176
JB800-189.6-2.50-4
2
8.532
17.064
JB800-138.0-0.60-1
1
6.210
6.210
JB600-94.5-1.6-6
1
4.253
4.253
JB500-58.3-1.6-4
1
2.623
2.623
JB600-64.0-1.6-4
2
2.880
5.76
JB600-109.3-1.6-2
1
4.918
4.918
JB800-134.3-1.0-2
1
6.044
6.044
JB400-25.3-0.6-3
1
1.138
1.138
JB400-38.3-0.6-4
1
1.724
1.724
壓縮機
ZW-26.4/30
1
11.800
11.800
6M5.5-35.8/30
1
17.840
17.840
ZW-30.5/12
1
11.400
11.400
甲醇儲罐
φ10000球
1
113.114
113.114
氨水儲罐
φ11000球
1
136.818
136.818
儲罐
φ3000×5000
2
57.004
114.008
粗甲醇儲罐
φ10000球
1
113.114
113.114
回流罐
φ3000×5000
6
57.004
342.024
DMC儲罐
φ10000球
1
113.114
113.114
離心泵
IS65-40-250
4
0.392
1.568
IS80-50-200
1
0.383
0.383
IS200-150-315
1
1.319
1.319
IS200-150-250
1
1.040
1.040
IS100-80-160
1
0.640
0.640
IS80-50-250
2
1.024
2.048
IS50-32-125
2
0.333
0.666
IS65-40-200
1
0.290
0.290
IS50-32-200
1
0.205
0.205
IS50-32-160
2
0.190
0.380
總計
1525.299
注:中低壓碳鋼以18000/t 計,高壓碳鋼以20000/t 計。
3.1.2其它固定資產投資
表3-2其它固定資產投資表
要素
成本/萬元
要素
成本/萬元
設備安裝
686.385
車輛
170
儀表
228.795
辦公設備
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、生活設施
280
其他
250萬元
小結
3496.138萬元
注:設備的安裝費為該設備的45%;控制儀表費為15%。
3.1.3 固定資產折舊費
固定資產折舊率與服務壽命和殘值有關,服務壽命是指該資產能夠經濟合理使用的時間,在估計服務壽命時間應同時考慮到功能性折舊與實質性折舊。一般房屋建筑物的使用年限為20年,而機器設備為15年,運輸其中設備包括電子設備為5年。殘值是指固定資產報廢時的殘余價值。一般,殘值=殘值率×原值,殘值率一般取3%-5%,這里殘值率取4%,則每年的折舊費用為原值×(1-殘值率)/折舊年限。
表3-3 折舊與攤銷表
序號
項目
原值/萬元
殘值率/%
設備殘值率/萬元
折舊年限
折舊(萬元/年)
1
生產設備
1525.299
4
61.012
15
112.637
2
建筑
1180
4
47.2
20
56.64
3
車輛
170
4
6.8
10
16.32
4
辦公設備
200
4
8
15
12.8
5
其他
250
4
10
15
16
5
累計折舊
214.398
3.1.4 維修費用
在生產過程中,不可避免地會出現(xiàn)故障,需要定期檢修,一般維修費用占固定資本的3~10%,我們取5%,故維修費用=5%×(1525.299+3496.138)萬=251.072萬元。
3.1.5 原料費用
表3-4 原料費用表
成本項目
用量/噸
單價/元/噸
總價/萬元
甲醇
11653.2
2200
2563.66
尿素
10436.04
1520
1586.277
鄰二甲苯
28.5225
7000
19.965
ZnO-La2O3
0.3915
20000
0.783
合計
4170.729
3.1.6 人事費用
表3-5 部門人員和工資費用表
序號
崗位名稱
定員
工資(含年終獎金)/(萬/年)
1
總經理
1
15
2
總經理助理
1
12
3
總工程師
1
12
4
副總經理
1
10
5
客戶
服務部
經理
1
6
職員
2
6
6
人力
資源部
經理
1
6
職員
2
6
7
財務部
經理
1
8
職員
4
12
8
后勤部
主管
1
6
后勤
保安
6
12
廚師
4
12
保潔
3
6
9
銷售部
經理
1
6
職員
10
25
10
市場部
經理
1
6
職員
2
6
11
物流部
經理
1
6
職員
2
6
12
企宣部
經理
1
6
職員
2
6
13
生產部
經理
1
6
合成
車間
工藝員
1
4
操作工
6
15
提濃車間
工藝員
1
4
操作工
6
15
精制車間
工藝員
1
4
操作工
6
15
公用工程人員
4
10
儲運人員
8
20
監(jiān)測員
4
12
維修中心人員
8
20
14
質檢部
經理
1
6
職員
4
12
15
產品
研發(fā)部
經理
1
6
研發(fā)人員
8
32
16
合計
109
375
表3-6 員工福利估計表
序號
類別
占技術工工資總額比例
小計(萬元)
1
養(yǎng)老保險金
10%
37.500
2
失業(yè)保險金
1.5%
5.625
3
醫(yī)療保險金
5%
18.750
4
生育保險
0.5%
1.875
5
工傷保險
1.5%
5.625
6
住房公積金
4%
15.000
7
總計
22.5%
84.375
3.1.7能源的消耗
在該廠生產過程中,總共用到兩種能量的消耗,主要是水和電,他們的用量與價格見下表:
表 3-7 能量的消耗
項目
年用量
單價
總價(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
964.5
3.1.8 無形資產
3.1.8.1技術轉讓費
該項目中設計涉及到的專利轉讓費估計為200萬元。
3.1.8.2土地購置費
根據我們的廠區(qū)設計可以得到我們廠區(qū)的面積為25200平方米。同時又由于我們的廠址所在地的地價為15元/立方米,因此可知該項目工廠的土地購置費為378萬元。
3.1.9 總投資費用
表 3-8 總投資費用表
總投資
要素
成本/萬元
固定資產投資
主要設備
1525.299
其它固定資產投資
3496.138
無形資產投資
技術轉讓費
200.000
土地購置費
378.000
其他費用
固定資產折舊費
214.398
維修費用
251.072
原料費用
4170.729
人事費用
459.375
能源的消耗
964.5
“三廢”處理費
4.500
總計
11664.011
3.2總收益估算
項目收益主要為產品碳酸二甲酯和副產品氨水。
表3-9 產品收益表
產品
產量/噸
價格/(元/噸)
收益/萬元
碳酸二甲酯
15000
7000
10500.000
氨水
34402.5
650
2236.163
總計
12736.163
3.2.1 投資額的確定
一般化工項目的資金回攏期為3個月,即流動資金一般取一年成本的25%,達產期年成產成本為7615.854萬元,即可得到流動資金為1903.964萬元。
表3-10 投資額的確定
項目
金額(萬元)
成本
7615.854
固定資產投資
5021.437
流動資金
1903.964
總投資額
6925.177
注:總投資額=固定資產投資額+流動資金。
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經濟分析
3.4.1投資回收期
Pt=5.04年
3.4.2 投資凈現(xiàn)值
NPV=8429.502(萬元)
3.4.3 內部收益率
IRR= 24.54%
4 物料衡算
4.1流程簡述
本廠主要生產碳酸二甲酯(1.5萬噸/年),同時副產氨水。由尿素和甲醇為原料,在反應精餾塔內反應。從塔頂采出碳酸二甲酯和甲醇的共沸物,經過膜分離器提濃跨過共沸點,產物通過萃取精餾塔,兩個碳酸二甲酯精餾塔,最終生產純度為99.9%碳酸二甲酯。整個生產工藝包括碳酸二甲酯的合成以及產品的分離精制兩個階段。
4.2碳酸二甲酯合成及分離工段
尿素和甲醇為原料,經反應精餾塔一步反應直接得到碳酸二甲酯和氨氣,氨氣從反應精餾塔塔頂餾出,產物依次通過共沸精餾塔、膜分離器、萃取精餾塔、在經過碳酸二甲酯精制精餾塔,最終生產純度為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反應精餾塔物料衡算
表4-1 反應精餾塔物料衡算表
Stream No.
IN
OUT
1
NH3
DMC-MEOH
Phase
VAPOR
VAPOR
VAPOR
Temperature ℃
185
185
185
Pressure atm
11.843
11.843
11.843
Component
Kg/hr
Mass Flow
Mass Flow
Mass Flow
UREA
1449.45
0
0
H2O
0
0.2442813
0
CH3OH
22978.68
42.8988205
21406.5114
DMC
0
0.42529668
2126.05808
NH3
0
812.290883
0.08123721
鄰二甲苯
0
0
0
MC
0
0
37.177171
CH3NHCOOCH3
0
0
2.442813
Total
24428.13
855.8593
23572.27
24428.13
24428.13
4.4共沸精餾塔物料衡算
表4-2 共沸精餾塔物料衡算表
Stream No.
IN
OUT
3
4
9
Phase
VAPOR
LIQUID
LIQUID
Temperature ℃
166.774
60.2854
64.2234
Pressure atm
0.987
0.987
0.987
Component
Mass Flow
Mass Flow
Mass Flow
UREA
0
0
0
H2O
0
0
0
CH3OH
28454.0202
10264.4076
18189.6126
DMC
2423.96315
2423.9631
1.2161e-35
NH3
0.08123721
0.08052202
0.00071519
鄰二甲苯
0
0
0
MC
37.177171
0.00989444
37.167277
CH3NHCOOCH3
2.442813
0.08658291
2.35623011
Total
30917.68
12688.55
18229.14
30917.68
30917.69
4.5 膜分離器物料衡算
表4-3 膜分離器物料衡算表
Stream No.
IN
OUT
5
CIRCLE1
6
IC-GAS
Phase
VAPOR
VAPOR
VAPOR-LIQUID
VAPOR
Temperature ℃
105
105
105
105
Pressure atm
3.948
3.948
3.948
3.948
Component
Mass Flow
Mass Flow
Mass Flow
Mass Flow
UREA
0
0
0
0
H2O
0
0
0
0
CH3OH
10264.4076
7047.50881
3194.28364
22.5816967
DMC
2423.9631
297.905071
2125.81564
0.24239631
NH3
0.08052202
0
0
0.08052202
鄰二甲苯
0
0
0
0
MC
0.00989444
0
0
0.00989444
CH3NHCOOCH3
0.08658291
0
0
0.08658291
Total
12688.55
7345.414
5320.099
23.00109
12688.55
12688.51
4.6萃取精餾塔物料衡算
表4-4 萃取精餾塔物料衡算表
Stream No.
IN
OUT
16
IN-OX
8
11
Phase
LIQUID
LIQUID
LIQUID
LIQUID
Temperature ℃
36.382
150
23.942
74.964
Pressure atm
0.997
1.184
1
1
Component
Mass Flow
Mass Flow
Mass Flow
Mass Flow
UREA
0
0
0
0
H2O
0
0
0
0
CH3OH
4246.17527
0
3194.27137
1051.9039
DMC
3333.9594
0
39.2667635
3294.69263
NH3
0
0
0
0
鄰二甲苯
0.04777558
4784.763
7.25563301
4777.55514
MC
0
0
0
0
CH3NHCOOCH3
0
0
0
0
Total
7580.182
4784.763
3240.794
9124.152
12364.95
12364.95
4.7萃取劑回收塔物料衡算
表4-5 萃取回收塔物料衡算表
Stream No.
IN
OUT
1
NH3
DMC-MEOH
Phase
VAPOR
VAPOR
VAPOR
Temperature ℃
LIQUID
LIQUID
LIQUID
Pressure atm
1
1
1.1
Component
Mass Flow
Mass Flow
Mass Flow
UREA
1449.45
0
0
H2O
0
0.2442813
0
CH3OH
22978.68
42.8988205
21406.5114
DMC
0
0.42529668
2126.05808
NH3
0
812.290883
0.08123721
鄰二甲苯
0
0
0
MC
0
0
37.177171
CH3NHCOOCH3
0
0
2.442813
Total
24428.13
855.8593
23572.27
24428.13
24428.13
4.8 DMC精制塔物料衡算
表4-6 DMC精制塔物料衡算表
Stream No.
IN
OUT
12
13
CIRCLE2
Phase
LIQUID
LIQUID
LIQUID
Temperature ℃
70.678
90.218
63.426
Pressure atm
1
1
1
Component
Mass Flow
Mass Flow
Mass Flow
UREA
0
0
0
H2O
0
0
0
CH3OH
1051.9039
0.00052287
1051.89162
DMC
3291.39794
2083.28635
1208.14376
NH3
0
0
0
鄰二甲苯
0.04777555
0
0.04777558
MC
0
0
0
CH3NHCOOCH3
0
0
0
Total
4343.35
2083.287
2260.083
4343.35
4343.37
4.9甲醇精制塔物料衡算
表4-7 甲醇精制塔物料衡算表
Stream No.
IN
OUT
15
MEOH
10
Phase
LIQUID
LIQUID
LIQUID
Temperature ℃
58.197
15.085
98.285
Pressure atm
1.974
1.97384653
1.974
Component
Mass Flow
Mass Flow
Mass Flow
UREA
0
0
0
H2O
0
0
0
CH3OH
21383.884
21360.4052
23.4788668
DMC
39.2667635
39.2667635
0
NH3
0.00071519
0.00071519
0
鄰二甲苯
7.25563301
6.83697073
0.41866227
MC
37.167277
0
37.1672547
CH3NHCOOCH3
2.35623011
0.03139798
2.32483202
Total
21469.93
21406.54
63.38962
21469.93
21469.93
4.10總流程物料衡算
表4-8 總流程物料衡算
Stream No.
IN
OUT
FEED1
FEED2
IN-OX
NH3
IC-GAS
OUT-OX
MEOH
PRODUCT
WASTE
Phase
LIQUID
LIQUID
LIQUID
VAPOR
VAPOR
LIQUID
LIQUID
LIQUID
LIQUID
Temperature ℃
25
25
150
185
105
147.718226
15.0853318
32
23
Pressure atm
0.9867
0.987
1.184
11.843
3.948
1.1
1.974
0.803
1.776
Component
Mass Flow
Mass Flow
Mass Flow
Mass Flow
Mass Flow
Mass Flow
Mass Flow
Mass Flow
Mass Flow
UREA
1449.45
0
0
0
0
0
0
0
0
H2O
0
0
0
0.2442813
0
0
0
0
0
CH3OH
0
22978.68
0
42.8988205
22.5816967
6.8294e-08
21360.4052
0.00052287
23.4788668
DMC
0
0
0
0.42529668
0.24239631
3.29469263
39.2667635
2083.28635
1.7726e-19
NH3
0
0
0
812.290883
0.08052202
0
0.00071519
0
3.9644e-15
鄰二甲苯
0
0
4784.763
0
0
4777.50737
6.83697073
1.1541e-32
0.41866227
MC
0
0
0
0
0.00989444
0
2.0432e-05
0
37.1672547
CH3NHCOOCH3
0
0
0
0
0.08658291
0
0.03139798
0
2.32483202
Total
1449.45
22978.68
4784.763
855.8593
23.00109
4780.802
21406.54
2083.287
63.38962
29212.89
29212.88
5 熱量衡算
5.1 HEATER1熱量衡算
表5-1 HEATER1熱量衡算表[25-27]
Stream No.
IN
OUT
17
1
Temperature ℃
25
132
Pressure bar
1
12
Vapor Frac
0
0
Mole Flow kmol/hr
741.274038
741.274038
Mass Flow kg/hr
24428.13
24428.13
Volume Flow cum/hr
29.7419752
2353.05724
Enthalpy MMkcal/hr
-42.790028
-34.390942
△H MMkcal/hr
8.399
Heat Duty of HEATER1
MMkcal/hr
8.399
5.2 HEATER2熱量衡算
表5-2 HEATER2熱量衡算表
Stream No.
IN
OUT
4
5
Temperature ℃
60.285
105
Pressure bar
1
4
Vapor Frac
0
1
Mole Flow kmol/hr
347.255872
347.255872
Mass Flow kg/hr
12688.5477
12688.5477
Volume Flow cum/hr
15.9499096
2729.48662
Enthalpy MMkcal/hr
-21.920702
-18.695505
△H MMkcal/hr
3.225
Heat Duty of HEATER2
MMkcal/hr
3.225
5.3 CONDENSE熱量衡算
表5-3 CONDENSE熱量衡算表
Stream No.
IN
OUT
6
7
Temperature ℃
105
25
Pressure bar
4
1
Vapor Frac
0.839
0
Mole Flow kmol/hr
123.289523
123.289523
Mass Flow kg/hr
5320.09929
5320.09929
Volume Flow cum/hr
814.161701
5.96037123
Enthalpy MMkcal/hr
-8.0224852
-9.1518234
△H MMkcal/hr
-1.12934
Heat Duty of HEATER2
MMkcal/hr
-1.12934
5.4 HEATX1熱量衡算
表5-4 HEATX1熱量衡算表
Stream No.
IN
OUT
10
WATER
14
WASTE
Temperature ℃
98.285
15
42.745
23
Pressure bar
2
2
1
1.8
Vapor Frac
0
0
0
0
Mole Flow kmol/hr
1.25791562
4
4
1.25791562
Mass Flow kg/hr
63.3896158
72.06112
72.06112
63.3896158
Volume Flow cum/hr
0.08033903
0.07183810
0.07483047
0.07337794
Enthalpy MMkcal/hr
-0.0680461
-0.2735994
-0.2708176
-0.0708279
△H MMkcal/hr
0.000
Heat Duty of HEATX1
MMkcal/hr
0.002
5.5 HEATX2熱量衡算
表5-5 HEATX2熱量衡算表
Stream No.
IN
OUT
13
WATER2
OUT
PRODUCT
Temperature ℃
90.218
15
27.521
32
Pressure bar
1.013
1.013
0.811
0.813
Vapor Frac
0
0
0
0
Mole Flow kmol/hr
23.1273829
170
170
23.1273829
Mass Flow kg/hr
2083.28687
3062.5976
3062.5976
2083.28687
Volume Flow cum/hr
2.19727409
3.0531194
3.10890774
2.0252716
Enthalpy MMkcal/hr
-3.2960665
-11.627975
-11.575325
-3.3487171
△H MMkcal/hr
0.000
Heat Duty of HEATX2
MMkcal/hr
0.05
5.6 SEP1熱量衡算
表5-6 SEP1熱量衡算表
Stream No.
IN
OUT
2
H3N
DMC-MEOH
Temperature ℃
185
185
185
Pressure bar
12
12
12
Vapor Frac
1
1
1
Mole Flow kmol/hr
741.256119
49.0531812
692.202938
Mass Flow kg/hr
24428.13
855.859281
23572.2707
Volume Flow cum/hr
2353.00036
155.711569
2197.2888
Enthalpy MMkcal/hr
-34.430083
-0.5164954
-33.913587
△H MMkcal/hr
0.000
Heat Duty of SEP1
MMkcal/hr
0.000
5.7 SEP2熱量衡算
表5-7 SEP2熱量衡算表
Stream No.
IN
OUT
5
6
CIRCLE1
IC-GAS
Temperature ℃
105
105
105
105
Pressure bar
4
4
4
4
Vapor Frac
1
0.8397
1
1
Mole Flow kmol/hr
347.255872
123.289523
223.252032
0.71327318
Mass Flow kg/hr
12688.5477
5320.09929
7345.41388
23.0010924
Volume Flow cum/hr
2729.48662
814.161701
1754.79685
5.60644116
Enthalpy MMkcal/hr
-18.695505
-8.0224852
-10.802306
-0.0336482
△H MMkcal/hr
-0.16293
Heat Duty of SEP2
MMkcal/hr
-0.16293
5.8 T1熱量衡算
表5-8 T1熱量衡算
Stream No.
IN
OUT
3
4
9
Temperature ℃
166.774
60.285
64.223
Pressure bar
1
1
1
Vapor Frac
1
0
0
Mole Flow kmol/hr
915.45497
347.255872
568.199098
Mass Flow kg/hr
30917.6846
12688.5477
18229.1369
Volume Flow cum/hr
33484.343
15.9499096
24.3237136
Enthalpy MMkcal/hr
-44.715893
-21.920702
-31.801583
△H MMkcal/hr
-9.007
設備名稱
塔底再沸器
塔頂冷凝器
負荷 MMkcal/hr
0.100
-9.107
Q=-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
Stream No.
IN
OUT
15
10
MEOH
Temperature ℃
58.197
98.285
15.085
Pressure bar
2
2
2
Vapor Frac
0.0008
0
0
Mole Flow kmol/hr
668.392994
1.25791562
667.135079
Mass Flow kg/hr
21469.9306
63.3896158
21406.541
Volume Flow cum/hr
35.5670399
0.08033903
26.4173516
Enthalpy MMkcal/hr
-37.547903
-0.0680461
-38.210552
△H MMkcal/hr
-0.731
設備名稱
塔底再沸器
塔頂冷凝器
負荷 MMkcal/hr
12.433
-13.164
Q=-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
Stream No.
IN
OUT
16
IN-OX
8
11
Temperature ℃
36.382
150
23.942
74.964
Pressure bar
1
1.12
1.013
1.013
Vapor Frac
0
0
0
0
Mole Flow kmol/hr
169.530405
45.0681
100.193896
114.404609
Mass Flow kg/hr
7580.18244
4784.763
3240.79377
9124.15168
Volume Flow cum/hr
8.53638166
6.25232482
4.0394276
10.2484426
Enthalpy MMkcal/hr
-12.9370
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類型:共享資源
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