年产四万吨苯酐生产工艺设计.doc
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年产四万吨苯酐生产工艺设计
摘要
本次设计产品的为苯酐。
目前生产工艺有萘或邻二甲苯以及萘和邻二甲苯混合原料的固定床氧化工艺和萘流化床氧化工艺。
该设计的苯酐生产艺是以邻二甲苯为原料，经气化后与空气混合进入反应器催化氧化生成粗苯酐，气体粗苯酐在切换冷凝器冷凝收集，再经预处理后送入精馏塔精馏，得到产品。
该工艺流程主要包括氧化反应、冷凝回收、精馏、产品包装和废液尾气处理。
工艺设计内容包括：
工艺流程设计、物料衡算、能量衡算、精馏塔设计工艺计算以及生产装置中其他设备的选择等。
图纸包括生产流程图、工厂布置图以及塔设备结构图。
关键词：
邻二甲苯、苯酐、工艺设计
Processdesignforproducing40000tonsofPAperyear
Abstract
Thedesignoftheproductisphthalicanhydride.ThecurrentPAdesignisFixedFluidizedBedDesignbasedonanhydrideorOX,aswellasthemixtureofanhydrideandOX,andthenaphthalenefluidizedbed.
ThisthesisisintendedtotaketheO-xyleneasitsrawmaterialsandgetitgasified,andthenentercatalyticreactor,mixingwithair,tocatalyzephthalicanhydride.TheunrefinedPAgaswouldfirstbegatheredincondenser,finallyberefinedinfractionatingtowerafterProcessing.Theprocessincludesoxidation,condensationrecovery,distillation,packagingandwastegastreatment.
Processdesigninclude:
processdesign,materialbalance,energybalance,chemicalengineeringprocesscalculationsandotherequipment,plantselection.
Blueprintsincludeproductionflowchart,factorylayoutplan,theblueprintofstructureoftherectifier.
Keywords:
O-xylene,PA,processdesign
目录
引言 6
第1章概述 7
1.1苯酐的性质与用途 7
1.1.1一般性状 7
1.1.2物理性质 7
1.1.3毒性防护 8
1.1.4苯酐及其衍生物的用途 8
1.2苯酐的生产方法概述 9
1.2.1苯酐生产工艺技术 9
1.2.2邻法制苯酐几种工艺简介 11
1.2.3国内工艺现状 12
1.3苯酐市场状况及生产规模 12
1.4苯酐市场需求状况分析 13
第2章工艺设计 14
2.1苯酐生产工艺原料 14
2.2反应原理 14
2.3苯酐生产工艺催化剂 15
2.3.1苯酐催化剂的选择 15
2.3.2苯酐催化剂的填装与操作 16
2.4苯酐工艺流程设计 17
2.4.1氧化反应 17
2.4.2冷凝回收 17
2.4.3尾气洗涤 18
2.4.4预处理 18
2.4.5精馏 18
2.4.6结片包装 19
2.4.7废液焚烧 19
2.5工艺流程方块图 19
第3章物料衡算 20
3.1反应器中氧化反应的物料衡算 20
3.1.1氧化反应过程的衡算基准 20
3.1.2氧化反应过程的物料衡算图 20
3.1.3氧化反应过程的物料衡算：
20
3.2冷凝工段物料衡算 24
3.3精馏工段物料衡算 25
3.3.1物料衡算方框图：
25
3.3.2轻组分塔物料衡算 25
第4章能量衡算 28
4.1反应过程的能量方框图 28
4.2反应器能量横算过程 28
4.2.1Q1和Q4的计算 28
4.2.2过程Q3的计算 29
4.2.3Q5的计算 30
4.2.4Q2的计算 30
4.3反应器能量衡算表 30
第5章精馏塔的计算与设计 31
5.1确定操作条件 31
5.2基础数据整理 31
5.3塔板数的确定 33
5.4塔径的计算及板间距离的确定 34
5.4.1精馏段 34
5.4.2提馏段 35
5.5塔高的计算 36
5.6溢流堰长计算 36
5.7塔体厚度的计算 36
5.8塔设备计算结果列表 37
第6章苯酐生产装置其他主要设备选择 38
6.1主要附件设备选择 38
6.2反应器组设计 38
6.2.1固定床列管反应器设计：
38
6.2.2熔盐循环泵：
39
6.2.3电加热器 39
6.2.4熔盐冷却器 39
6.2.5蒸汽过热器 39
6.2.6邻二甲苯汽化器 39
6.2.7熔盐调节阀 39
结论与展望 40
致谢 41
参考文献 42
附录 43
插图清单
图2-1工艺流程方块图 19
图3-1反应过程物料衡算图 20
图3-2冷凝工段物料衡算图 24
图3-3精馏工段物料衡算图 25
图4-1反应工段能量衡算图 29
图5-1精馏段物流图 31
图5-2提馏段物料图 32
表格清单
表1-1全球苯酐产量 12
表2-1各催化剂参数比较 15
表3-1副反应转化率 21
表3-2反应过程物料衡算表 23
表3-3冷凝工段物料衡算表 24
表3-4精馏工段物料衡算表 27
表4-1各物相平均比热容 29
表4-2反应工段能量衡算表 30
表5-1精馏段物料流率 32
表5-2提馏段内回流 33
表5-3塔设备计算结果列表 37
引言
邻苯二甲酸酐，简称苯酐，英文缩写PA（Phthalicanhydride），是一种重要的基本有机化工原料，被认为是十大有机化工原料之一。
苯酐主要用于制造增塑剂、聚酯树脂和醇酸树脂，此外，还可用于生产涂料、医药、农药、糖精等。
我国苯酐最主要的用途是生产邻苯二甲酸酯类增塑剂，如邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、混合酯等，该类增塑剂大量用于聚氯乙烯塑料制品的加工；其次是用于生产醇酸树脂和氨基树脂涂料。
苯酐还可以用于不饱和聚酯的生产，在染料工业中用以合成蒽醌，在颜料生产中合成酞青兰BS、酞菁蓝CT、酞菁蓝B等颜料；在医药工业中用于制备酚酞，在农药生产中用于亚胺磷等中间体的生产。
本次设计以邻二甲苯为原料，V2O5-TiO2为主要活性组分高负荷催化剂的苯酐生产工艺。
原料气体与净化后的空气完全混合送入气相列管式固定床反应器中，在催化剂的催化作用下，邻二甲苯氧化生成苯酐气体，并且发生一些列的副反应。
热的生成气体离开反应器后在气体冷却器中，然后进入苯酐切换冷凝器凝固成粗苯酐产物。
粗苯酐还需要经过二级精馏才能达到产品的要求投入市场销售。
第1章概述
1.1苯酐的性质与用途
1.1.1一般性状
苯酐全称为邻苯二甲酸酐（Phthalicannychide，缩写PA），常温下为一种白色针状结晶（工业苯酐为白色片状晶体）；不溶于冷水，溶于热水、乙醇、乙醚、苯等多数有机溶剂；易燃，在沸点以下易升华，有特殊轻微的刺激性气味；苯酐有毒，能引起支气管炎，眼炎，肺气肿等症状，对皮肤有刺激作用。
1.1.2物理性质
（1）苯酐的物理常数
分子式：
C8H4O3；C6H4（CO）2O
分子量：
148.12
CAS号：
85-44-9
沸点：
284.5℃（101KPa）
凝固点：
131.11℃（干燥空气）
熔点：
130.5℃
三相点：
131.00℃
自燃点：
584℃
密度：
相对密度（水=1）：
1.53；相对密度（空气=1）：
5.10
闪点：
151.7℃（开杯）
蒸汽压：
0.13kPa/96.5℃
溶解性：
不溶于冷水，溶于热水、乙醇、乙醚、苯等多数有机溶剂
熔融色度（色度号）≤100
热稳定色度（色度号）≤150
结晶点≥130.0℃
纯度≥99.5%
游离酸含量≤0.5%
稳定性：
稳定
危险标记：
20（腐蚀品）
（2）苯酐的热力学常数
比热容：
0.4229J/g.K（90K）
0.7637J/g.K（200K）
1.0999J/g.K（300K）
熔融热：
23.446kJ/mol（131℃）
升华热：
88.76kJ/mol（131℃）
燃烧热：
3264.9kJ/mol（25℃气体）
3259.9kJ/mol（25℃固体）
生成热：
-373.6kJ/mol（25℃气体）
-460.7kJ/mol（25℃固体）
绝对熵：
179.6kJ/（mol.℃）（25℃）
生成自由能：
-332.6kJ/mol（25℃）
溶解热：
43.96℃（在25℃水中）
水合常数：
0.607（25℃）
临界常数：
温度tc,K810
压力pc,MPa4.61
密度ρc,g/cm30.402
压缩因子Zc0.26
1.1.3毒性防护
与苯甲酸同样对皮肤，粘膜有局部刺激性，有时会引起严重的炎症和发疱，并且有不少形成难以治愈的溃疡，其毒性略比苯甲酸小，毒性LD50为对大鼠经口大鼠经口4020（mg/kg），危险标记为20（腐蚀品）。
空气中最高容许浓度2ppm。
生产中可采用水喷淋捕集法减少车间空气中邻苯二甲酸酐的浓度，操作人员应配戴好劳保用具。
1.1.4苯酐及其衍生物的用途
（1）苯酐的用途
苯酐是基础有机合成原料的重要品种，也是
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