邻苯二甲酸 化工设计Word下载.docx
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邻二甲苯≥97%，其它≤3%（均为m%）；
（2）空气：
其组成见表1-1
表1-1原料空气组成
空气组分
N2
O2
H2O
合计
组成，mol%
77.0
20.0
3.0
100.0
2、产品及其规格：
主产品：
邻苯二甲酸酐，纯度≥99.5%（m%）；
副产品：
顺丁烯二酸酐，纯度≥92.0%（m%）。
3、各产品的选择性见表1-2
表1-2各产品的选择性
产品
苯酐
顺酐
柠糠酐
苯酞
CO
CO2
选择性，m%
84.0
9.0
0.4
0.5
4.6
1.5
1.6公用工程及辅助设施
本项目公用工程及辅助设施见表1-3
表1-3项目公用工程及辅助工程
工程名称
内容及规模
主体工程
8万吨∕年邻苯二甲酸酐装置工艺设计
熔盐载热体
Hitech导热盐，各组成的质量比为40%NaNO2，7%NaNO3，53%KNO3；
混合物熔点143℃，平均比热Cp=2.5kJ/kg·
℃，密度1850kg/m3
公辅工程
给水
依托厂区现有给水系统
排水
厂内“雨污分流”，污水通过自建排污管网纳入现有污水处理场
供电
依托现有供电系统
贮运
设置原料及产品罐区：
1个3000m3的工业级邻二甲苯原料罐；
1个2500m3的邻苯二甲酸酐产品罐；
1个250m3的顺丁烯二酸酐产品罐
其他
一座2000m3/h的循环水场；
配套建设综合楼（控制室）
环保工程
自建1000m3/d规模的污水预处理站；
600m3的初期雨水收集池
绿化工程
绿化面积4000m2
1.7能量利用及环境保护
本工程合理利用现有装置的链条关系综合处理部分污染物，在采取了清洁生产工艺及一系列的“三废”处理措施后，污染物均能满足达标排放，对环境的影响满足相关功能区划的要求。
该项目建设符合国家产业政策，从环境保护的角度，该项目建设可行。
1.7.1能量利用
在项目的建设和管理方面都要注意采取高效节能措施，措施主要包括：
（1）优化全厂总工艺流程，设计好需用公用工程最少的热交换网络，节省蒸汽量与冷却水量。
并且尽量使其他技术的选择在总体上满足全厂流程最优化的要求。
（2）合理安排全厂蒸汽平衡和热交换网络，利用装置剩余热量对需热物流加热。
同时对全厂各系统用汽加以优化，使全厂用汽与产汽之间基本达到平衡。
（3）对装置及系统产生的凝结水、锅炉排污和生产污水进行深度利用，处理后的回收水用作循环水补水；
对于能够进行一水多用的设备及工艺尽量做到一水多用，从而节省水耗量，降低能耗。
（4）减少新鲜水用量，减少排污，清污分流。
污水处理场进水分为高浓度污水和低浓度污水，高浓度污水处理后排放，低浓度污水处理后回用。
（5）换热器采用高效、低压降换热器提高效率，减少能耗；
在机泵的选用上选用高效机泵和高效节能电机，提高设备效率；
并根据情况选用液力透平回收高压液体的能量。
（6）选用高效变压器和电器设备，合理选则机泵和驱动电机的容量。
（7）采用先进的自动控制系统，使得各系统在优化条件下操作，提高全厂的用能水平。
（8）加强设备及管道的隔热和保温等措施，对所有高温设备及管线均选用优质保温材料，减少散热，提高装置及系统的热回收率。
1.7.2环境保护
在环境保护方面本项目需要的主要是如下几个方面：
（1）废水治理
尾气洗涤液进入沉降池，一部分自身循环，一部分进入废水处理装置进行处理。
车间地面冲洗水、生活废水等汇集于水池，经物化、生化处理后达标排放。
（2）噪声处理
主要源于各设备在运转过程中由振动、摩擦、碰撞而产生的机械噪声和由排风、排气等产生的气体动力噪声。
措施为尽量选用低噪声设备，并采用降低噪音的措施达到国家要求标准。
并在磨粉机、粉碎机、振动筛的基础设置隔振垫或安装消声器，使噪声在原基础上降低或在其生产岗位上设置隔声操作室，以改善操作人员劳动环境。
（3）工厂绿化
在厂区进行绿化设计，一是能治理污染，净化空气，调节温度、吸附灰尘，隔离噪音等；
二是将厂区绿化的非常漂亮，建成花园式的工厂，使环境清新优美，冬暖夏凉，增进员工的身体健康，使他们一进厂区，就有一个好心情，忘掉不快，减轻压力，干劲倍增。
1.8存在问题及建议
设计过程未对换热网络进行优化，对装置的各设备都未进行校核，虽满足设计要求但不是最优等。
参考文献
第2章工艺流程设计
2.1生产方案选择
2.1.1产品性质及规格标准
本项目主要产品是邻苯二甲酸酐，产品纯度≥99.5%，具体性质见表2-1；
副产品是顺丁烯二酸酐，纯度≥92.0%（m%），具体性质见表2-2。
表2-1邻苯二甲酸酐物性表
主要
纯度
99.5%
分子式
C8H4O3；
C6H4（CO）2O
外观与性状
白色针状结晶
分子量
148.11
蒸汽压
0.13kPa/96.5℃闪点：
151.7℃
熔点
131.2℃沸点：
295℃
溶解性
不溶于冷水，溶于热水、乙醇、乙醚、苯等多数有机溶剂
密度
相对密度（水=1）1.53；
相对密度（空气=1）5.10
稳定性
稳定
危险标记
20（腐蚀品）
主要用途
用于制造增塑剂、苯二甲酸二丁酯、树酯和染料等
表2-2顺丁烯二酸酐物性表
副产品
92.0%
C4H2O3
无色针状结晶
98．06
0.02kPa/20℃闪点：
110℃
52.8℃沸点：
202℃
溶于水、丙酮、苯、氯仿等多数有机溶剂
相对密度（水=1）1.48；
相对密度（空气=1）3.38
------------
---------------
塑料工业用于制造增塑剂。
造纸工业用于制造纸张处理剂。
合成树脂工业用于制造不饱和聚酯树脂、醇酸树脂等
2.1.2原料路线确定原则和依据
在选择生产方法和工艺流程时，应该着重考虑以下三个原则。
（1）先进性。
项目应尽可能采用先进技术和高新技术。
衡量技术先进性的指标有产品质量性能、产品使用寿命、单位产品物耗能耗、劳动生产率、装备现代化水平等。
（2）适用性。
项目所采用的工艺技术应该与国内的资源条件、经济发展水平和管理水平相适应。
具体体现在：
①采用的工艺路线要与可能得到的原材料、燃料、主要辅助材料或半成品相适应；
②采用的技术与可能得到的设备要适应，包括国内和国外设备、主机和辅机；
③采用的技术、设备与当地劳动力素质和管理水平相适应；
④采用的技术与环境保护要求相适应，应尽可能采用环保型生产技术。
（3）可靠性。
项目所采用的技术和设备质量应该可靠，并且经过生产实践检验，证明是成熟的技术。
在引进国外先进技术时，要特别注意技术的可靠性、成熟性和相关条件的配合。
（4）安全性。
项目所采用的技术在正常使用过程中应能保证生产安全运行。
（5）经济合理性。
在注重所采用的技术设备先进适用、安全可靠的同时，应着重分析所采用的技术是否经济合理，是否有利于降低投资和产品成本，提高综合经济效益。
技术的采用不应为追求先进而先进，要综合考虑技术系统的整体效益，对于影响产品性能质量的关键部分，工艺过程必须严格要求。
关键工艺部分，如果专业设备和控制系统国内不能保证供应，则成套引进先进技术和关键设备就是必要的。
2.1.3工艺技术方案比较和选择理由
苯酐的生产有萘氧化法和邻二甲氧化法两种工艺路线。
在国内80年代以前，萘氧化法占主导地位，但由于萘原料的来源受到限制，从而影响到了苯酐的正常发展；
随着我国石油化学工业的发展，新建生产装置，大都采用邻二甲苯法。
1）萘氧化法
萘氧化反应发生在仪位，在缓和条件下，萘氧化生成醌；
在强烈条件下，萘氧化生成苯酐。
此法以萘为原料，经空气催化氧化而得，其反应式如下：
此法有分为固定床法和流化床法两种，所用催化剂是钒系催化剂。
国内主要采用流化床法，国外主要采用固定床法。
流化床法工艺过程：
首先用蒸汽将萘熔化为液体，再用泵打入内装有0402催化剂（V一K—Si系列）的氧化炉底部，升温至
，萘即被气化并分布至整个床层；
经过滤净化的空气以
的通入量，由鼓风机送入反应器底部，确保使催化剂处于流化状态，萘在的温度范围内被空气氧化生成苯酐气体；
含有苯酐气体的空气混合气经冷凝器、热熔冷凝器冷却，液体进入粗苯酐贮罐，所得粗苯酐经蒸馏塔加热、硫酸处理、碳酸钠中和后，再经真空精馏、冷凝、相分离、结晶、制片而得纯苯酐成品，含量I>
99．7％。
苯酐尾气中含有顺丁烯二酸酐（顺酐）副产物，利用
其溶于水的特性，在水洗塔内用水循环吸收至一定浓度后，再用蒸发器进行真空提浓、真空蒸馏即可回收副产品顺丁烯二酸酐，尾气放空。
一般生产It苯酐可回收50kg顺丁烯二酸酐。
2）邻二甲苯氧化法
此法以邻二甲苯为原料，在催化剂作用下，用空气氧化邻二甲苯制备苯酐，其反应式如下：
此外，副反应生成苯甲酸、顺丁烯二酸酐等。
该反应为强放热反应，因此选择适宜的催化剂（高活性和高选择性）和移出反应热以抑制深度氧化反应，是工业过程的关键，该方法一般采用的是以五氧化二钒为主的钒系催化剂，由此而开发了多种不同的生产方法。
1974年，开发成功了高负荷表面涂层的钒系催化剂，催化剂载体是惰性的无孔瓷球、刚玉球和碳化硅球等。
近来，又选用环状载体制备催化剂。
这种新型催化剂可以减少因内扩散引起的深度氧化反应，从而提高了苯酐的收率、选择性和催化剂的负荷。
反应器多采用列管式固定床。
工业上由邻二甲苯制苯酐主要有3条工艺路线，即固定床气相氧化法、流化床气相氧化法和固定床液相氧化法。
其中固定床气相氧化法根据采用的催化剂和反应条件的不同，又分低温低空速法、高温高空速法和低温高空速法。
目前苯酐生产工艺中，主要采用低温高空速法，以BASF法、VonHeyden法的应用最为广泛，其中Chauny法也被日益受到重视；
其次是流化床气相氧化法。
新建工厂大都采用固定床低温高空速法节能新工艺。
国内引进的邻二甲苯法装置，也都是采用BASF公司低温高空速法。
3）BASF法
此法系德国BASF公司开发的技术，最初为低温低空速法；
1968年改为低温高空速法；
近年来，又开发成功60g苯酐新工艺。
其工艺过程为：
将已过滤净化的空气压缩预热后，与经预热并借助热空气喷射而气化的邻二甲苯混合，进入内装有活性组分为、厂2o及TiO的环形高负荷型催化剂的列管式反应器中，在催化剂的作用下，邻二甲苯被空气氧化为苯酐气体。
苯酐和空气的混合气，经冷凝器冷凝后送到分离系统，使合成的苯酐经高效热熔冷凝器冷凝和热熔，被热熔为粗苯酐进入贮槽，然后由贮槽泵入预分解器，在分解器内被溶解的少量邻苯二甲酸，经脱水转化为苯酐；
然后用泵将其打到连续蒸馏系统，在第一蒸馏塔内将顺酐和苯二甲酸在减压下从塔顶馏出，塔底物再经蒸发器进入第二蒸馏塔，经减压蒸馏、冷凝而得苯酐成品，含量
99．3％。
从热熔冷凝器出来的废气，含有少量副产品和痕量苯酐，经水洗塔洗涤，或通过焚烧消除，洗涤水中主要含有顺酐，通过加工可以回收，生产It苯酐，可副产工业级顺酐约50kg，洗涤液循环使用，使过程无废水排出。
4）VonHeyden法
此法由原联邦德国VonHeyden化学公司开发，也属低温高空速法，其工艺流程与BASF法大致相似。
工艺过程为：
先将过滤净化的压缩空气预热至140~160~C，并与气化的邻二甲苯（或萘）混合进入内装有球形或环形催化剂（vO型）的立管式反应器中，管外用熔盐循环除去反应热，确保反应系统保持恒温，并利用反应热产生高压蒸汽，用于振动汽轮机及用作蒸馏工序热源；
反应产生的苯酐蒸气馏出物，经预冷进入转换冷凝器，在此冷凝沉积于器壁，然后经周期性的熔融送入贮槽，最后经预热处理进行真空蒸馏而得精品苯酐；
反应产生的废气，经水洗或焚烧后放人大气，洗涤液可用于回收顺酐，每生产1t苯酐可回收顺酐40-50kg
2.1.4操作条件的确定
2.2工艺流程设计
2.2.1反应原理
主反应：
副反应：
2.2.2装置工艺原则流程图
图2-1邻苯二甲酸酐的工艺流程图
2.2.3工艺流程简述
本设计采用目前国内外最常用的邻二甲苯固定床氧化法。
空气经过滤净化,预热后与汽化了的邻二甲苯混合进入反应器，管外用循环的熔盐移去反应热并维持反应温度，移出的热量用于产生高压蒸汽。
反应器出来的气体经冷却器进入切换闪蒸罐，粗苯酐凝结在冷凝面上。
定期熔融下来送至贮槽。
废气经水洗涤后排空。
粗苯酐在预分解器中经热处理后送至精馏系统，除去低沸点和高沸点的杂质，得到纯苯酐产品。
普通的邻二甲苯固定床氧化法制备苯酐的精馏残渣中含有大量的苯酐。
一般回收苯酐的方法是将精馏塔底物送往薄膜蒸发器经蒸发后含苯酐的轻组分返回精馏塔底部，重质馏分（尚含有50％的苯酐）通入小直径塔内，在塔下部向该馏分的液流喷水，使得到的固体粒状物沉降下来，送去焚烧。
但该法苯酐回收率低，费用高，生成大量污水，造成设备腐蚀，又因精馏分直接返回精馏塔底，增加杂质含量，影响苯酐产品纯度。
而且苯酐和其他副产物的沸点相差较大，一般都在几十度以上。
分离完全可以在一个塔内进行。
这样既缩短了流程，节约了成本，又不降低分离要求。
第3章物料衡算
3.1物料衡算概述
在进行化工厂设计时，首先要按照确定的设计基础（工厂、装置规模、工艺流程、原料、辅助原料、产品及主要副产品的规格、厂区的自然条件等）进行设备的物料衡算（即工艺计算），并依此进行装置的物料衡算。
3.2物料衡算原理
物料衡算的理论基础是质量守恒定理。
它是研究某一体系内进出物料量及组成的变化。
进行物料衡算时，必须先确定衡算的体系。
对一般体系，均可用如下表示：
在稳定状态（及系统中积累量为0时）可表示为：
当系统没有发生化学反应时，可表示为：
3.3全装置的物料衡算
根据AspenPlus模拟的结果进行全装置的物料衡算，为能直观的表示出整个装置的物料平衡，首先对整个装置的流程进行衡算，全装置模拟图如图3-1所示，物料衡算如表3-1所示。
图3-1邻苯二甲酸酐全装置工艺流程
表3-1邻苯二甲酸酐全装置物料衡算
物料名称
质量流量
kg/h
t/d
104t/a
入
方
邻二甲苯
8682.6
208.4
6.9
空气
155810.4
3739.5
124.6
水
3000.0
72.0
2.4
167493.1
4019.8
134.0
出
尾气
152755.2
3666.1
122.2
9990.6
239.8
8.0
1062.5
25.5
0.8
废液
3684.8
88.4
2.9
3.4主要设备的物料衡算
（1）反应器装置物料衡算，反应装置图如3-2所示；
反应装置物料衡算如表3-2所示。
图3-2邻苯二甲酸酐反应器工艺流程
表3-2邻苯二甲酸酐反应器物料衡算
组分
分子量g/mol
入方
出方
反应产物
m%
kmol/h
mol%
106
8682.64
1
81.78
氮气
28
117882.13
0.76
4208.05
0.77
0.72
氧气
32
34974.69
0.22
1093
0.2
25140.35
0.15
785.67
0.14
18
2953.61
0.02
163.95
0.03
7667.10
0.05
425.59
0.08
148
9942.73
0.06
67.13
0.01
98
1064.98
10.86
0.00
112
46.75
0.42
134
59.24
0.44
一氧化碳
544.28
19.43
二氧化碳
44
2145.50
48.75
155810.42
5465
164493.06
5566.33
质量流率总计
（2）闪蒸罐物料衡算，闪蒸装置图如3-3所示；
闪蒸装置物料衡算如表3-3所示。
图3-3邻苯二甲酸酐闪蒸罐工艺流程
表3-3邻苯二甲酸酐闪蒸罐物料衡算
酸性气体
粗苯酐
117881.89
4208.04
0.24
25140.16
0.16
785.66
0.18
7122.36
395.35
0.07
544.74
30.24
0.28
2.07
9940.66
0.85
67.11
0.62
25.66
0.26
1039.33
0.09
10.60
0.10
0.70
46.05
0.41
58.47
2145.24
48.74
152863.13
5457.52
11629.93
108.82
164493.
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