環(huán)己烷的生產(chǎn)工藝

1、一、弓I言：環(huán)己烷中文名稱：環(huán)己烷；六氫化苯；六亞甲基；六環(huán)烷英文名稱：Cyclohexane結(jié)構(gòu)或分子式：C6H12, C原子以sp3雜化軌道形成a鍵。相對(duì)分子量或原子量：84.16密度（25C）： 0.7739 g/cm3熔點(diǎn)（C）： 6.5沸點(diǎn)（C）： 80.7閃點(diǎn)（C）： -18 （閉式）折射率：1.4264毒性：LD50（mg/kg）規(guī)格：90 %性狀：有汽油氣味的無色流動(dòng)性液體。溶解情況：不溶于水，可與乙醇、乙醚、丙酮、苯等多種有機(jī)溶劑混溶，在甲醇 中的溶解度為100份甲醇可溶解57份環(huán)己烷（25攝氏度）。用途：主要用于制備環(huán)己醇和環(huán)己酮，也用于合成尼龍6。在涂料工業(yè)中廣泛用 作溶

2、劑。是樹脂、脂肪、石蠟油類、丁基橡膠等的極好溶劑。制備或來源：可由苯經(jīng)氫化或石油餾分中回收制得。危險(xiǎn)特性：極易燃，其蒸氣與空氣混合有爆炸性混合物。遇明火、高熱極易燃燒 爆炸。與氧化劑接觸發(fā)生劇烈反應(yīng)，甚至引起燃燒。在火場中，受熱的容器有爆 炸危險(xiǎn)。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇明火會(huì)引著回燃。 有害燃燒產(chǎn)物：一氧化碳滅火方法及滅火劑：噴水冷卻容器，可能的話將容器從火場移至空曠處。處在火 場中的容器若已變色或從安全泄壓裝置中產(chǎn)生聲音，必須馬上撤離。滅火劑：泡 沫、二氧化碳、十粉、砂土。用水滅火無效。椅型構(gòu)象的環(huán)己烷分子。處于直立鍵的氫原子標(biāo)記為紅色，處于平伏鍵的氫原子 標(biāo)記為藍(lán)

3、色。工業(yè)生產(chǎn)中，環(huán)己烷的生產(chǎn)方法分為苯加氫法和石油烴餾分的分餾精制法。 苯加氫法是環(huán)己烷的主要生產(chǎn)方法，可分為液相法和氣相法。液相苯加氫的工藝 特點(diǎn)是反應(yīng)穩(wěn)定、平和，轉(zhuǎn)化率和收率也很高；但必須要有后反應(yīng)，能耗也較 高，氫氣的利用率僅為85% ；典型工藝有IFP法、BP法和Arosat法。二、反應(yīng)原理：氣相苯加氫的工藝特點(diǎn)是工藝氣體混合均勻，轉(zhuǎn)化率和收率均很高，但反應(yīng)激烈，易出現(xiàn)飛溫現(xiàn)象；典型工藝有Brxane，ARCO, UOP，Houdry， Hy-toray法。苯加氫常用的催化劑有竦系和鉑系2大類2。竦系催化劑價(jià)格低， 但耐硫、耐熱差，液體空速低（0. 1nO. 2 h_1），使用壽命短（

4、1年左右），環(huán)己 烷選擇性差，副產(chǎn)蒸汽壓力低等，故多用于中小型生產(chǎn)裝置。與竦系催化劑相比， 鉑系催化劑價(jià)格高，但耐硫性能好，中毒后可再生，耐熱性好，環(huán)己烷選擇性好， 產(chǎn)品不需分離，液體空速可達(dá)1. 02. 0 h，可副產(chǎn)中壓蒸汽，使用壽命一 般可達(dá)5年以上，故多用于大型生產(chǎn)裝置，均為進(jìn)口催化劑。 環(huán)己烷的制備采 用氣相苯加氫工藝，有如下特點(diǎn)：（1）采用雙反應(yīng)器設(shè)計(jì)，反應(yīng)完全，環(huán)己烷直 接分離得到成品，循環(huán)氫濃度可控制較低，減少放空損失；（2）使用南化集團(tuán)研 究院開發(fā)并生產(chǎn)的高性能NCHl-l型鉑系苯加氫催化劑，是國內(nèi)首家采用國產(chǎn)鉑 系苯加氫催化劑的生產(chǎn)裝置；（3）為避免鉑催化。劑失活、中毒，配

5、置了苯干燥 和脫硫反應(yīng)器，以延長鉑催化劑的使用壽命。三、工藝流程環(huán)己烷的生產(chǎn)方法主要是苯加氫法，UOP法是一種比較典型的氣相加氫法， 生產(chǎn)流程圖如圖1.3-1所示，是苯加氫生產(chǎn)環(huán)己烷方法中最早工業(yè)化的方法之一。 此次的設(shè)計(jì)便是采用UOP法，在該流程中，采用三段反應(yīng)生成環(huán)己烷用以提高反 應(yīng)轉(zhuǎn)化率，并使H2處于過量狀態(tài)來使苯盡量反應(yīng)完全。原料苯經(jīng)進(jìn)料熱交換器送至苯干燥塔除水，使苯中含水量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同） 小于或等于100XlO。合格的苯經(jīng)苯預(yù)熱器送至苯蒸發(fā)器，苯蒸發(fā)所需要熱量 由循環(huán)熱油提供。新鮮氫、循環(huán)氫和來自脫氫工序的氫氣共3股氫氣的混合物作 為苯蒸發(fā)器氫氣進(jìn)料，苯蒸發(fā)器頂部苯、氫混合氣進(jìn)入

6、加氫主反應(yīng)器，經(jīng)脫硫反 應(yīng)器脫除生成的硫化氫，未反應(yīng)的苯在裝有鉑催化劑的絕熱式后反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)一步 反應(yīng)完全，生成環(huán)己烷。加氫主反應(yīng)器中反應(yīng)熱由循環(huán)熱油移走，后反應(yīng)器出來 的混合氣體先后經(jīng)苯預(yù)熱器、苯進(jìn)料換熱器和成品冷凝器冷凝冷卻，在環(huán)己烷氣 液分離器中進(jìn)行氣液分離，得到產(chǎn)品環(huán)己烷。絕大部分氣相經(jīng)循環(huán)氫壓機(jī)去苯蒸 發(fā)器作為氫氣進(jìn)料，少部分氣體經(jīng)深冷器深冷后，經(jīng)吸附排空。RKU HXU. E 反應(yīng)器1、E2、E3-枝揍器；VI一 泵；WC1壓建垢Ml,臨P時(shí)混告器;SI, S2, S3分流器：91 黑舞環(huán)己烷生產(chǎn)工藝流程圖c!KTar_|NameC3H6H2SlflS24S5TsmpcrjIiiFt

7、G37.77a才.7弱37.7i025.K637.PressureKPA38.243624.5003824.5003190.7603I24.5COE|忡晚K&MOUHRMQ1T02208削舞*4432JJ*7PRon模擬環(huán)己烷生產(chǎn)工藝流程收斂圖反應(yīng)方程式：3H2+C6H6=C6H12首先將原料苯（物流1）、原料氣（物流4）、循環(huán)氣（物流23）、循環(huán)料（物流 20）混合，在換熱器E1中與中間產(chǎn)物進(jìn)行逆流換熱，在經(jīng)過換熱器E2,控制溫 度至一個(gè)數(shù)值，進(jìn)入反應(yīng)器R1進(jìn)行第一段苯催化加氫反應(yīng)，產(chǎn)品為物流8。物 流8補(bǔ)充部分新鮮苯（物流2）和循環(huán)料（物流19）進(jìn)入反應(yīng)器R2,進(jìn)行第二 段苯催化加氫反應(yīng)，

8、產(chǎn)物為物流9。物流9與部分新鮮苯混合后，經(jīng)過換熱器 E1冷卻后，溫度達(dá)到一個(gè)適當(dāng)?shù)臄?shù)值，進(jìn)入反應(yīng)器R3,進(jìn)行第三段苯催化加氫 反應(yīng)，產(chǎn)物為物流12。物流12經(jīng)過換熱器E3冷卻至低溫之后，進(jìn)入分離器D1 進(jìn)行閃蒸分離，塔頂產(chǎn)物（物流14）主要是氫氣，其一部分作為反應(yīng)循環(huán)氣（物 流22）經(jīng)過壓縮機(jī)加壓之后，作為反應(yīng)原料使用（物流23），另一部分（物流 21）與產(chǎn)品（物流17）混合進(jìn)入下一工段的穩(wěn)定器。塔底產(chǎn)物（物流15）一部 分作為產(chǎn)品（物流17）進(jìn)入下一工段，另一部分（物流16）經(jīng)過泵P1加壓后作 為循環(huán)料（物流19、物流20）分別進(jìn)入第二段反應(yīng)器R2，以改善反應(yīng)速度及混 合器M1。慣上溫度選。

9、C根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)也可以將能量的單位編程kcal的形式。四、物料衡算環(huán)己烷年生產(chǎn)能力為6500 t，年生產(chǎn)時(shí)間為8000 h。 以每日10kg來衡算。原料苯組成見表4-1表4-1原料苯組成苯甲苯wt%99.80000.2000wH%99.83040.1696表4-2新鮮氫組成氫氣氧氣水氮?dú)?8.50000.20000.70000.6000moi%99.86400.01280.07940.0438化學(xué)反應(yīng):C6H6+ 3虬 T C6%選擇性99.5 %(4-1)C6H6 + 5H2 T CH4+C5H12選擇性0.5 %(4-2)C7H8 + 3H2 -C7Hm選擇性99.5 %(4-3)C7H8

10、 + H2 T C6H6+CH4選擇性 0.5 %（4-4）反應(yīng)條件：氫苯比取6:1 （摩爾比），反應(yīng)壓力取0.3 MPa （表壓），反應(yīng)床層溫度180 C，二尾冷物料出口溫度為10 C，苯轉(zhuǎn)化為環(huán)己烷的收率為99.5%。五、熱量衡算汽化器：出口溫度120 。，苯入口溫度25 C，氫氣入口溫度110 C加熱介質(zhì)：0.8皿 的飽和蒸汽（表壓），熱損失：5%求熱負(fù)荷2和蒸汽用量苯進(jìn)料：平均溫度2=72.5 C =345.65 K溫度差 At=120-25=95 C查文獻(xiàn)15，用內(nèi)插法得345.65 K下，苯的定壓熱容：23.1198虹碼加迎-爪）查文獻(xiàn)8，得苯的汽化熱：394苯的分子量=78.11

11、20 g/mf=78.1120 蛔/1日苯的汽化熱=394*78.1120=30776.128 瑚瑚Q二純苯的量xQjx也*4_1翊*純苯的量*汽化趨=97023 x23_1198x95x 4_188+9.7025x 30TT76128= 3_8783xl05kJ/h查文獻(xiàn)8，得甲苯的汽化熱：363凹蛔X92.138虹業(yè)瑚=33446.094日/籃山Q =純甲苯的量x（xArx4_18fi8+純甲苯的量x汽化熟=OOHSxl75x95 x 4_18ti8 + 0_0148x3344ti_094=OOOI57 xltfkl/li0 二 Q + Q 瑚映氫進(jìn)料： 110*120平均溫度 1=2=1

12、15 C=388.15 K溫度差A(yù)t=120 11。=10 C查文獻(xiàn)15，用內(nèi)插法得388.15此下的各物質(zhì)的定壓熱容：環(huán)己烷：34.7213虹甲基環(huán)己烷：43.2112虹碼加爪）甲烷：9.7035虹席（5-K）氧 氣：6.8520虹瑚偵心威）正戊烷：35.7465氮 氣：6.9845虹日佃山一爪）查文獻(xiàn)11，查圖得388.15此下的各物質(zhì)的定壓熱容：氫氣：6.9549一笆） 水：8.2870虹頊偵心-笆）0.8 MPa水蒸氣（表壓）=901.325虹蛔（絕壓）查文獻(xiàn)19，得901.325虹知（絕壓）下，水的汽化潛熱：2030.8907虹內(nèi)隊(duì)觸二環(huán)己烷的量xQrxAfxiafiS=0_4365

13、 x34_7213 xlOx 4_1S8 =634j5450kJ/li=0-00ft2x43-2112xl0 x4.1SSft=03618 kl/h= 0-01x35-74 xlOx=2t8850 kJ/h=0_(B(Bx8U2fi7Dxl0 x4_l&S8=10j5129 u/h=0_010 x6_&520 xl0 x4_18&= 43901 kj/hWgfiyg j/h=5&2150 x649xl0 x4_1868 = lffiBl_4951 kj/h= 0LO541x6Jffi45 xl0 x4_188 = 15LKMB _ kj/h六、設(shè)備選型和依據(jù)七、實(shí)驗(yàn)室和車間的布置八、評(píng)述九、參

14、考文獻(xiàn)唐占忠，張林.苯加氫生產(chǎn)環(huán)己烷技術(shù)展望J.沈陽化工，1993. (4): 1-6.劉良紅，傅送保.苯加氫制備環(huán)己烷工藝進(jìn)展J.化工進(jìn)展，2004, 23(6): 673-676.王玉清.苯加氫制環(huán)己烷工藝及改進(jìn)J.化學(xué)工程與工程技術(shù)，2007, 28(3): 44-46.周光燦.苯加氫反應(yīng)的應(yīng)用探索J.重慶教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2003, 16(6): 56-59.國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)(上冊(cè))M.北京：化 學(xué)工業(yè)出版社，1989, 12.蔣登高等.精細(xì)有機(jī)合成反應(yīng)及工藝M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.夏清，陳常貴.化工原理(上冊(cè))M.天津：天津大學(xué)出版社，2005.

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