年產(chǎn)40000噸苯酐生產(chǎn)車間工藝的設(shè)計(jì)說明書

1、38/38 . . 目錄TOC o 1-3 u1. 概 述 PAGEREF _Toc27474 51.1苯酐簡述 PAGEREF _Toc10028 51.2 苯酐的一般性狀2 PAGEREF _Toc31458 51.3苯酐的生產(chǎn)方法概述 PAGEREF _Toc8484 61.3.1 萘法概況 PAGEREF _Toc25762 71.3.2 鄰法概況 PAGEREF _Toc26634 71.3.1 鄰法制苯酐幾種工藝簡介 PAGEREF _Toc25114 81.3.3 國工藝現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc23875 102. 工藝流程 PAGEREF _Toc3374 102.1原料

2、名稱與規(guī)格4 PAGEREF _Toc16617 102.2 反應(yīng)原理 PAGEREF _Toc9263 102.3 苯酐生產(chǎn)工藝催化劑 PAGEREF _Toc25639 112.3.1 苯酐催化劑的選擇 PAGEREF _Toc30547 112.4 工藝流程簡述4 PAGEREF _Toc21315 122.4.1 氧化部分 PAGEREF _Toc4870 122.4.2冷凝回收 PAGEREF _Toc23861 132.4.3尾氣洗滌 PAGEREF _Toc5557 132.4.4 預(yù)處理 PAGEREF _Toc19644 132.4.5 結(jié)片包裝 PAGEREF _Toc21

3、763 142.4.6 廢液焚燒 PAGEREF _Toc1868 142.5 工藝流程方塊圖 PAGEREF _Toc21891 153. 物料衡算 PAGEREF _Toc10324 153.1 反應(yīng)器中氧化反應(yīng)的物料衡算 PAGEREF _Toc29041 163.1.1 氧化反應(yīng)過程的衡算基準(zhǔn) PAGEREF _Toc9118 163.1.2 氧化反應(yīng)過程的物料衡算圖 PAGEREF _Toc11773 163.1.3氧化反應(yīng)過程的物料衡算： PAGEREF _Toc4064 163.2 冷凝工段物料衡算 PAGEREF _Toc31780 203.3 精餾工段物料衡算 PAGEREF

4、 _Toc702 213.3.1 物料衡算： PAGEREF _Toc18739 213.3.2 輕組分塔物料衡算 PAGEREF _Toc29115 224. 能量衡算 PAGEREF _Toc9308 234.1 熱量衡算方程式 PAGEREF _Toc26617 244.1 反應(yīng)過程的能量方框圖 PAGEREF _Toc10767 244.2 反應(yīng)器能量橫算過程 PAGEREF _Toc7865 244.2.1 Q1和Q4的計(jì)算 PAGEREF _Toc10989 244.2.2 過程Q3的計(jì)算 PAGEREF _Toc14058 254.2.3 Q5的計(jì)算 PAGEREF _Toc29

5、589 264.2.4 Q2的計(jì)算 PAGEREF _Toc1116 264.3 反應(yīng)器能量衡算表 PAGEREF _Toc925 265. 精餾塔的工藝設(shè)計(jì)與選型PAGEREF _Toc8009 275.1 確定操作條件 PAGEREF _Toc13674 275.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理 PAGEREF _Toc22347 275.3 塔板數(shù)的確定 PAGEREF _Toc9678 305.4 塔徑的計(jì)算與板間距離的確定 PAGEREF _Toc15108 315.4.1 精餾段 PAGEREF _Toc24979 315.4.2 提餾段 PAGEREF _Toc16895 315.5 塔高的計(jì)算

6、 PAGEREF _Toc20573 325.6 溢流堰長計(jì)算 PAGEREF _Toc21137 325.7 塔體厚度的計(jì)算 PAGEREF _Toc20352 325.8 塔設(shè)備計(jì)算結(jié)果列表 PAGEREF _Toc27584 336. 苯酐生產(chǎn)裝置其他主要設(shè)備選擇 PAGEREF _Toc17609 346.1 主要附件設(shè)備選擇 PAGEREF _Toc15234 346.2 反應(yīng)器組設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc28745356.2.1 固定床列管反應(yīng)器設(shè)計(jì)： PAGEREF _Toc27600 356.2.2 熔鹽循環(huán)泵： PAGEREF _Toc15768 356.2.3 電加熱器

7、 PAGEREF _Toc1370 356.2.4 熔鹽冷卻器 PAGEREF _Toc6199 356.2.5 蒸汽過熱器 PAGEREF _Toc31974 366.2.6 鄰二甲苯汽化器 PAGEREF _Toc9206 366.2.7 熔鹽調(diào)節(jié)閥 PAGEREF _Toc26783 36參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc390 371. 概 述1.1苯酐簡述苯酐，鄰苯二甲酸酐，簡稱苯酐，英文縮寫PA（Phthalicanhydride），是一種重要的基本有機(jī)化工原料，被認(rèn)為是十大有機(jī)化工原料之一。苯酐主要用于制造增塑劑、聚酯樹脂和醇酸樹脂，此外，還可用于生產(chǎn)涂料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、糖精等。我

8、國苯酐最主要的用途是生產(chǎn)鄰苯二甲酸酯類增塑劑，如鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯、混合酯等，該類增塑劑大量用于聚氯乙烯塑料制品的加工；其次是用于生產(chǎn)醇酸樹脂和氨基樹脂涂料。苯酐還可以用于不飽和聚酯的生產(chǎn)，在染料工業(yè)中用以合成蒽醌，在顏料生產(chǎn)中合成酞青蘭BS、酞菁藍(lán)CT、酞菁藍(lán)B等顏料；在醫(yī)藥工業(yè)中用于制備酚酞，在農(nóng)藥生產(chǎn)中用于亞胺磷等中間體的生產(chǎn)。常溫下為一種白色針狀結(jié)晶（工業(yè)苯酐為白色片狀晶體），易燃，在沸點(diǎn)以下易升華，有特殊輕微的刺激性氣味。苯酐能引起人們呼吸器官的過敏性癥狀，苯酐的粉塵或蒸汽對皮膚、眼睛與呼吸道有刺激作用，特別對潮濕的組織刺激更大。1.2 苯酐的一般性狀2苯酐，常溫下為

9、一種白色針狀結(jié)晶（工業(yè)苯酐為白色片狀晶體），易燃，沸點(diǎn)以下易升華，有特殊輕微刺激性氣味。分子式C8H4O3，相對密度1.527(4.0)，熔點(diǎn)131.6，沸點(diǎn)295（升華），閃點(diǎn)（開杯）151.7，燃點(diǎn)584。微溶于熱水和乙醚，溶于乙醇、苯和吡啶。（1）苯酐的物理常數(shù)如下：分子式：C8H4O3；C6H4(CO)2O分子量：148.12CAS號：85-44-9沸點(diǎn)：284.5（101KPa）凝固點(diǎn)：131.11(干燥空氣)熔點(diǎn)：130.5三相點(diǎn)：131.00自燃點(diǎn)：584密度：相對密度(水=1)：1.53；相對密度(空氣=1)：5.10閃點(diǎn)：151.7（開杯）蒸汽壓：0.13 kPa/96.5溶

10、解性：不溶于冷水，溶于熱水、乙醇、乙醚、苯等多數(shù)有機(jī)溶劑熔融色度（色度號）100熱穩(wěn)定色度（色度號）150結(jié)晶點(diǎn)130.0純度99.5%游離酸含量0.5%穩(wěn)定性：穩(wěn)定危險(xiǎn)標(biāo)記：20(腐蝕品)（2）苯酐的熱力學(xué)常數(shù)比熱容：0.4229 J/g.K(90K) 0.7637 J/g.K(200K)1.0999 J/g.K(300K)熔融熱：23.446 kJ/mol(131)升華熱：88.76 kJ/mol(131)燃燒熱：3264.9 kJ/mol(25氣體) 3259.9 kJ/mol(25固體)生成熱：-373.6 kJ/mol(25氣體)-460.7 kJ/mol(25固體)絕對熵：179.

11、6 kJ/(mol.)(25)生成自由能：-332.6kJ/mol(25)溶解熱：43.96（在25水中）水合常數(shù)：0.607(25)臨界常數(shù)：溫度tc,K:810壓力pc,Mpa:4.61密度c,g/cm3:0.402壓縮因子Zc:0.261.3苯酐的生產(chǎn)方法概述目前，全球苯酐生產(chǎn)所采用的工藝路線有萘流化床氧化和萘/鄰二甲苯固定床氧化，其中鄰二甲苯固定床氧化技術(shù)約占世界總生產(chǎn)能力的90%以上。鄰二甲苯固定床氧化技術(shù)占美國總生產(chǎn)能力的82%，西歐的86%和日本的58%。由于萘法生產(chǎn)方法受到原料、消耗、成本等方面的限制，所以該生產(chǎn)方法受到了影響，萘流化床氧化工藝在國外已逐步淘汰，但是在我國的苯酐

12、生產(chǎn)中仍占有一定比例。隨著我國石化工業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展和苯酐裝置的技術(shù)引進(jìn)，目前我國較大規(guī)模的苯酐生產(chǎn)都采用鄰苯氧化法。我國現(xiàn)有的苯酐生產(chǎn)廠，萘法約占18%，鄰苯氧化法約占82%；苯酐總生產(chǎn)能力，萘法占13%-15%，鄰法占85%-87%3。1.3.1 萘法概況萘法作為最早生產(chǎn)苯酐的方法，也是最早形成工業(yè)化生產(chǎn)的方法，其原料為焦油萘?？諝饨?jīng)凈化、壓縮預(yù)熱后進(jìn)入流化床反應(yīng)器底部，噴入液體萘，萘汽化后與空氣混合，通過流化狀態(tài)的催化劑層，發(fā)生放熱反應(yīng)生成苯酐。反應(yīng)器裝有列管式冷卻器，用水為熱載體移出反應(yīng)熱。反應(yīng)氣體經(jīng)三級旋風(fēng)分離器，把氣體攜帶的催化劑分離下來后，進(jìn)入液體冷凝器，有40%60%的粗苯酐以液態(tài)

13、冷凝下來，氣體再進(jìn)入切換冷凝器（又稱熱融箱）進(jìn)一步分離粗苯酐，粗苯酐經(jīng)預(yù)分解后進(jìn)行精餾得到苯酐成品。尾氣經(jīng)洗滌后排放，洗滌液用水稀釋后排放或送去進(jìn)行催化焚燒。我國在1953年開始萘法生產(chǎn)苯酐，當(dāng)時是以萘為原料，固定床氣相氧化法生產(chǎn)苯酐。1958年我國又開發(fā)了流化床工藝，并在此基礎(chǔ)上建設(shè)了多套工業(yè)生產(chǎn)裝置。在生產(chǎn)中工藝不斷被改進(jìn)，如投料方式發(fā)展為霧化進(jìn)萘、氣固分離采用國產(chǎn)高效耐磨旋風(fēng)分離器等，這些改進(jìn)不僅使產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量大為提高，同時也大大降低了萘法的能耗。由于我國萘流化床法發(fā)展較快，到1988年大部分工廠仍在采用萘流化床法生產(chǎn)苯酐，當(dāng)時萘法產(chǎn)量高達(dá)總產(chǎn)量的90%。隨著我國石油工業(yè)的發(fā)展以與鄰

14、法技術(shù)的開發(fā)，萘法的劣勢顯露出來：原料焦油萘供應(yīng)日趨緊，價(jià)格不斷上揚(yáng)，單臺反應(yīng)器生產(chǎn)能力較低，這些都不可避免地造成了萘法的高能耗。由于萘法生產(chǎn)在降低能耗上沒有再出現(xiàn)大的進(jìn)展，在大量低價(jià)位鄰法苯酐的沖擊下，使萘法的利潤空間越來越小，為了提高自身的經(jīng)濟(jì)效益，眾多的萘法廠家開始進(jìn)行工藝改造，轉(zhuǎn)向鄰法生產(chǎn)，到1999年萘法產(chǎn)量已不足10%，到了21世紀(jì)，萘法在我國已逐漸被淘汰掉。1.3.2 鄰法概況隨著苯酐產(chǎn)量的迅速增長，焦油萘越來越不能滿足生產(chǎn)的需要，而隨著石油工業(yè)的發(fā)展，又提供了大量廉價(jià)的鄰二甲苯，擴(kuò)大了苯酐的原料來源。過濾、凈化后的空氣經(jīng)過壓縮，預(yù)熱后與汽化的鄰二甲苯混合進(jìn)入固定床反應(yīng)器進(jìn)行放熱

15、反應(yīng)，反應(yīng)管外用循環(huán)的熔鹽移出反應(yīng)熱并維持反應(yīng)溫度，熔鹽所帶出的反應(yīng)熱用于生產(chǎn)高壓蒸氣（高壓蒸氣可用于生產(chǎn)的其他環(huán)節(jié)也可用于發(fā)電）。反應(yīng)器出來的氣體經(jīng)預(yù)冷器進(jìn)入翅片管通冷油的切換冷凝器，將苯酐凝結(jié)在翅片上，然后再定期通入熱油將苯酐熔融下來，經(jīng)熱處理后送連續(xù)精餾系統(tǒng)除去低沸點(diǎn)和高漲點(diǎn)雜質(zhì)，得到苯酐成品。從切換冷凝器出來的尾氣經(jīng)兩段高效洗滌后排放至大氣中。含有機(jī)酸濃度達(dá)30的循環(huán)液送到順酐回收裝置或焚燒裝置，也可回收處1964年，美國在工業(yè)上首次采用鄰二甲苯為原料氣相氧化生產(chǎn)苯酐。由于石油鄰二甲苯資源比較豐富，理論收率高（鄰二甲苯制取苯酐理論收率為139.6wt%，萘為115.6wt%）。從20世

16、紀(jì)60年代開始，生產(chǎn)苯酐的原料從萘轉(zhuǎn)向鄰二甲苯。隨著催化劑研發(fā)的重大進(jìn)展以與參加反應(yīng)的空氣和鄰二甲苯比例的降低，再加上生產(chǎn)設(shè)備大型化的實(shí)現(xiàn)等一系列新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，進(jìn)一步加速了原料的轉(zhuǎn)換進(jìn)程。自80年代以來，世界各國相繼開發(fā)了“70 g工藝”、“80 g工藝”、“90 g工藝”，并正向著更高負(fù)荷的技術(shù)進(jìn)軍。我國在70年代開發(fā)并建成了以鄰二甲苯為原料的“40 g工藝”固定床氣相催化氧化法生產(chǎn)苯酐的工業(yè)裝置，80年代又分別從德國引進(jìn)兩套4萬t/a和一套2萬t/a鄰法苯酐生產(chǎn)裝置。我國苯酐的生產(chǎn)逐漸轉(zhuǎn)向了鄰法，萘法則慢慢被淘汰。1992年國苯酐生產(chǎn)能力達(dá)25.95萬t，鄰法占60%以上，1999年

17、，生產(chǎn)能力近40萬t，鄰法已占90%以上，2003年，苯酐產(chǎn)能約為76.5萬t，幾乎全部為鄰法產(chǎn)品，而且此時生產(chǎn)廠家也超過了四十多家，并不斷有新的鄰法裝置建成、投產(chǎn)。近幾年，各廠家也都在為提高自身產(chǎn)品的競爭力而不斷地在節(jié)能降耗等方面改進(jìn)、完善著自已的工藝，這就使得鄰法工藝更加成熟，更加先進(jìn)。萘法與鄰法之間的比較：(a)原料供應(yīng)隨著石油工業(yè)的發(fā)展，提供了廉價(jià)的鄰二甲苯，而其鄰二甲苯的資源較為豐富，因此，從原料方面來講，鄰法較萘法優(yōu)越。(b)消耗方面鄰法較萘法制苯酐理論收率高，鄰法制苯酐理論收率為139.6%，而萘法則是115.6%，因此，鄰法較萘法生產(chǎn)苯酐從消耗上講，成本應(yīng)該較低。(c)單套反應(yīng)

18、系統(tǒng)生產(chǎn)能力從規(guī)模經(jīng)濟(jì)的角度，反應(yīng)能力大意味著生產(chǎn)成本低。苯酐單套裝置生產(chǎn)能力，美國平均位90kt/a，最大為118kt/a，均為鄰法；德國鄰法裝置平均能力為85kt/a，英、法、意等國單套鄰法裝置能力也達(dá)到了8090kt/a；日本鄰法單套裝置能力平均為60kt/a，最大90kt/a，萘法以30kt/a為主，由此可見鄰法生產(chǎn)苯酐成本較低4。1.3.1 鄰法制苯酐幾種工藝簡介鄰二甲苯固定床氣相氧化法主要有BASF,Vom-Heyden,ElfAtochem/日觸和Alus-uisse Italia等幾種典型的生產(chǎn)工藝。(1) BASF工藝此法系德國BASF公司開發(fā)的技術(shù)，最初為低溫低空速法，19

19、68年改為低溫高空速法。BASF工藝于1976年工業(yè)化生產(chǎn)，總生產(chǎn)能力超過100萬噸/年，BASF工藝的單臺反應(yīng)器最大生產(chǎn)能力為45kt/a；收率達(dá)109%；尾氣回收5%順酐；整個過程無廢水；從切換冷凝器中出來的廢氣回收順酐后催化焚燒排空。經(jīng)凈化預(yù)熱后的空氣與氣化的鄰二甲苯混合進(jìn)入列管式固定床反應(yīng)器，在釩-鈦環(huán)形催化劑表面進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為360，空速為3000/h，反應(yīng)熱由熔鹽導(dǎo)出。粗苯酐在微負(fù)壓下采用高溫或同時添加少量化學(xué)品除去某些雜質(zhì)后送入精餾塔精制。(2) Von-Heyden工藝近年來各國新建的苯酐生產(chǎn)裝置基本上都采用Von-Heyden工藝，至今世界上已有110套以上的裝置采用此

20、工藝，總生產(chǎn)能力為160萬噸/年，單臺反應(yīng)器的最大生產(chǎn)能力為50kt/a；裝置可以使用鄰二甲苯也可以使用萘為原料，裝置具有很大的原料靈活性；該工藝有三種V-Ti系催化劑，分別用于鄰二甲苯、萘與兩者的混合物，催化劑壽命大于3年，且不需要加SO2；進(jìn)料比為80g鄰苯/ m3 空氣；順酐收率為114%-115%，以萘為原料時為97%-99%。該工藝所采用的催化劑適用于鄰二甲苯、萘以與鄰二甲苯和萘的混合料，設(shè)計(jì)的催化劑負(fù)荷為鄰二甲苯100g/ m3空氣（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)）；工藝中產(chǎn)生的廢氣，經(jīng)水洗或焚燒排空，洗液可用于回收順酐，生產(chǎn)1t苯酐可回收順酐40-50kg，該工藝與BASF工藝相近。(3) ElfAto

21、chem /日觸工藝ElfAtochem公司于1970年開始開發(fā)低能耗工藝，1986年該公司決定采用日觸公司壽命長、選擇性高的苯酐催化劑，并與日觸公司共同開發(fā)了ElfAtochem/日觸工藝。該工藝的總生產(chǎn)能力約40萬噸/年，單臺反應(yīng)器最大生產(chǎn)能力為20kt/a，以鄰二甲苯為原料，該工藝最多的特點(diǎn)是改變了尾氣處理工藝和進(jìn)料中氧濃度，開創(chuàng)了尾氣循環(huán)工藝，將部分尾氣循環(huán)到進(jìn)料中，使進(jìn)料中氧濃度由21%降到10%，進(jìn)料鄰二甲苯濃度增至83g/m3；催化劑壽命3年；苯酐收率為128.9%；不參加循環(huán)的尾氣通過催化焚燒回收熱能；催化劑以釩為主，選用Ti、Nb、P、K、Cs、Na以與稀土元素等氧化物為助催

22、化劑，以特制的碳化硅球?yàn)檩d體。該工藝與BASF工藝相似，工藝尾氣全部催化焚燒處理，有機(jī)雜質(zhì)含量低，無大氣污染。(4) Alusuisse Italia工藝意大利的Alusuisse公司于1986年開發(fā)了Alusuisse Italia低空烴比工藝，該工藝特點(diǎn)是使用大型反應(yīng)器，設(shè)備利用率高，提高了40%，空氣對鄰二甲苯的質(zhì)量比由20:1減少到9.5:1，而原料氣濃度可提高到鄰二甲苯134g/m3空氣（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)），因而設(shè)備體積小，生產(chǎn)率高，并實(shí)現(xiàn)50%的粗苯酐以液態(tài)回收，以減少熱熔冷凝器的換熱面積。到1996年，世界各地共有11套裝置采用該工藝，總生產(chǎn)能力為24.9萬噸/年5。(5) 主要生產(chǎn)工藝的

23、技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較 Von-Heyden工藝特點(diǎn)是低能耗，高負(fù)荷，生產(chǎn)能力大，催化劑活化時不必使用SO2。BASF工藝的技術(shù)特點(diǎn)是低反應(yīng)溫度和高空速，水洗回收副產(chǎn)品順酐，生產(chǎn)費(fèi)用低，無廢水排出，采用蒸汽透平，輸出中壓空氣。日觸工藝的特點(diǎn)是低空烴比，操作安全性能好；負(fù)荷高，空氣量相應(yīng)減少，總能耗下降，因此該工藝具有投資較低，能耗少，成本低和無污染的優(yōu)勢。Alusuisse Italia工藝工藝的設(shè)備投資較少。1.3.3 國工藝現(xiàn)狀我國苯酐生產(chǎn)裝置規(guī)模較大的為鄰法，而且絕大部分引進(jìn)裝置，如金陵石化、齊魯石化90年代投產(chǎn)的40kt/a苯酐裝置是引進(jìn)德國BASF的技術(shù)，哈石化引進(jìn)的是德國Davy的技術(shù)，三者

24、都是大型固定床的低能耗反應(yīng)器，催化劑為60g工藝。目前，金陵石化公司的苯酐裝置經(jīng)過多年的技術(shù)改造，解決了裝置技術(shù)薄弱環(huán)節(jié)，采用進(jìn)料更高負(fù)荷催化劑，；哈石化的苯酐裝置反應(yīng)器的反應(yīng)管有10320根，可裝13t左右的催化劑；吉化40kt/a的苯酐裝置引進(jìn)的是意大利Alussuisse工藝，反應(yīng)器大而且苯酐進(jìn)料濃度高，技術(shù)處于國較先進(jìn)的水平，而計(jì)劃引進(jìn)的金陵石化、錦化苯酐項(xiàng)目都引進(jìn)德國技術(shù)，建設(shè)40kt/a的苯酐裝置，因此我國的苯酐生產(chǎn)工藝與所引進(jìn)的技術(shù)很接近，我國的苯酐生產(chǎn)工藝技術(shù)已經(jīng)擁有國際較先進(jìn)的水平。2. 工藝流程2.1原料名稱與規(guī)格4生產(chǎn)能力：年產(chǎn)4萬噸鄰苯二甲酸酐車間工藝設(shè)計(jì)生產(chǎn)時間：80

25、00h/年產(chǎn)品流量：5000kg/h產(chǎn)品純度：99.9%產(chǎn)品回收率：95%主要原材料的規(guī)格與來源鄰二甲苯（96%），主要生產(chǎn)企業(yè)為一些國大型石化企業(yè)。催化劑為V2O5-TiO2系列負(fù)載型催化劑。設(shè)計(jì)階段：初步設(shè)計(jì)2.2 反應(yīng)原理鄰二甲苯和空氣的氣態(tài)混合物在滿足催化劑活性的合理溫度條件下，在催化劑表面發(fā)生主反應(yīng)生成苯酐，副反應(yīng)生成順酐、苯甲酸、檸糠酐和苯酞等副產(chǎn)物。部分過氧化生成CO2和CO。用于鄰二甲苯部分氧化的催化劑是V-Ti系表面涂層催化劑。載體是瓷環(huán)。催化劑的活性和選擇性、反應(yīng)控制溫度、鄰二甲苯純度、空間速度，對于鄰二甲苯部分氧化生成苯酐的產(chǎn)率具有決定性的影響。以鄰二甲苯為原料氣相催化氧

26、化法制取苯酐的反應(yīng)歷程包括一系列平行和串聯(lián)反應(yīng)。主要反應(yīng)式如下11：主反應(yīng)：主要副反應(yīng)：2.3 苯酐生產(chǎn)工藝催化劑2.3.1 苯酐催化劑的選擇自50年代起，相繼開發(fā)出多種形式的鄰二甲苯氧化用催化劑，其中最成功的工業(yè)應(yīng)用最廣泛的是以V2O5-TiO2為主要活性組分的高負(fù)荷催化劑10。當(dāng)今世界苯酐生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)展主要體現(xiàn)在高收率、高選擇性、高負(fù)荷催化劑的開發(fā)和現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的改進(jìn)上。例如BASF開發(fā)了多種牌號的催化劑（04-28、29、32、40、66 等），從BASF在華公開CN1795049 專利透露的苯酐生產(chǎn)用催化劑看，采用的是活性逐漸增加的3層以上催化體系。通常最上部催化劑區(qū)的床長度為80-1

27、60cm，其催化劑比表面積為5-30m2/g；中部催化劑區(qū)的床長度50-160cm，其催化劑比表面積為10-40m2/g；最下部催化劑區(qū)的床長度為40-90cm,其催化劑比表面積為15-50m2/g?；钚缘偷拇呋瘎┍缺砻娣e小，而且負(fù)載活性組分量也少，其中以重量計(jì)，V2O5為6-11，Sb2O3為0-3，堿金屬為0.1-1；活性高的催化劑V2O5為5-15，Sb2O3為0-3，堿金屬為0.0-0.4，還有0-0.4的磷7。目前國知名的增塑劑與苯酐企業(yè)已經(jīng)成功應(yīng)用了04-28、04-66、R-HYHL-IV等BASF系列催化劑產(chǎn)品，幾種催化劑性能、特點(diǎn)、優(yōu)劣各有千秋，但是他們的主要成份都是V2O5

28、-TiO2，并且催化劑載體都是瓷環(huán)8。2.4 工藝流程簡述4苯酐生產(chǎn)工藝系統(tǒng)包括氧化反應(yīng)部分、冷凝水洗部分、苯酐精制部分。2.4.1 氧化部分鄰二甲苯通過換熱器預(yù)熱，經(jīng)凈化換熱器加熱后在汽化器混合均勻并完全霧化，進(jìn)入反應(yīng)器反應(yīng)。反應(yīng)器埋填化熱列管，用熔鹽循環(huán)移去反應(yīng)熱，熱的熔鹽產(chǎn)生高壓蒸汽。鄰二甲苯部分氧化生成苯酐所必需的工藝空氣由空氣鼓風(fēng)機(jī)壓縮供給。工藝空氣經(jīng)過空氣過濾器除去其中的灰塵等，這些灰塵可能降低催化劑的活性。通過過濾器后，純凈的空氣經(jīng)過入口側(cè)的進(jìn)氣消音器被鼓風(fēng)機(jī)壓縮至0.055MpaG。空氣鼓風(fēng)機(jī)是單級電動離心式壓縮機(jī)。通過出氣消音器的壓縮空氣進(jìn)入空氣預(yù)熱器。被加熱空氣的出口溫度大

29、約為185。工藝空氣通過空氣預(yù)熱器進(jìn)入鄰二甲苯氣化器。來源于鄰二甲苯罐的鄰二甲苯通過鄰二甲苯泵輸送到汽化器，在進(jìn)入汽化器前鄰二甲苯先后通過鄰二甲苯過濾器和鄰二甲苯加熱器，在進(jìn)入氣化器前鄰二甲苯先后通過鄰二甲苯過濾器和鄰二甲苯加熱器。位于鄰二甲苯管線上的鄰二甲苯過濾器是一種雙切換過濾器，這樣鄰二甲苯中的顆粒將被完全過濾出。通過鄰二甲苯預(yù)熱器將鄰二甲苯加熱到145，殼側(cè)的加熱蒸汽為0.6MpaG飽和蒸汽。上述工藝物料和工藝空氣分別進(jìn)入鄰二甲苯氣化器。鄰二甲苯的流量根據(jù)空氣流量調(diào)節(jié)，空氣量在壓力補(bǔ)償下指示，裝置鄰二甲苯負(fù)荷為80g。在汽化器中，鄰二甲苯通過噴嘴注入并與工藝空氣完全混合直接進(jìn)入苯酐反應(yīng)

30、器中，反應(yīng)混合物從上到下流經(jīng)反應(yīng)器。在氣相中，鄰二甲苯在V-Ti催化劑的表面被選擇性氧化反應(yīng)生成苯酐。該反應(yīng)式強(qiáng)放熱反應(yīng)。部分反應(yīng)熱將反應(yīng)溫度加熱到370，大部分反應(yīng)熱經(jīng)循環(huán)的熔鹽移出。苯酐反應(yīng)器為列管式反應(yīng)器，在反應(yīng)器殼側(cè)的傳熱介質(zhì)為熔鹽。熔鹽通過熔鹽泵進(jìn)行循環(huán)，流經(jīng)反應(yīng)器同時吸收反應(yīng)放出的熱量。部分循環(huán)的熔鹽從鹽浴流經(jīng)外部的熔鹽冷卻器，熔鹽冷卻器有序流動以維持鹽浴溫度的恒定。電加熱器在開車時給鹽浴提供熱量并在停車期間保持足夠的鹽浴溫度。反應(yīng)器鹽浴的溫度，是由熔鹽控制閥調(diào)節(jié)通過熔鹽冷卻器的循環(huán)流量來控制的，熔鹽冷卻器鍋爐給水的量通過液位來進(jìn)行控制。帶外部加熱的熔鹽槽主要用于熔鹽的初次裝填和反

31、應(yīng)器熔鹽的排放。2.4.2冷凝回收熱的生成氣體離開反應(yīng)器后在氣體冷卻器中被冷卻到165-175，然后進(jìn)入苯酐切換冷凝器凝固成反應(yīng)產(chǎn)物。反應(yīng)氣進(jìn)入切換冷凝器，其中四臺切換冷凝器中的三臺通入反應(yīng)氣體進(jìn)行凝華，另一臺處于熱熔或再冷卻，并且根據(jù)固定的周期切換操作。在切換冷凝器凝華階段，通過冷油冷卻器冷卻的導(dǎo)熱油被通入切換冷凝器的翅片管。苯酐凝華在翅片管的外表面。循環(huán)的導(dǎo)熱油的供給溫度合理選擇，以保證出切換冷凝器的氣體溫度大約為60。當(dāng)苯酐凝華結(jié)束后，通過熱油加熱器加熱的熱油被通入切換冷凝器的翅片管。粗苯酐被熱熔，收集在切換冷凝器底部然后流入粗苯酐貯罐中。粗苯酐通過粗苯酐送料泵進(jìn)入苯酐精制單元。導(dǎo)熱油流

32、經(jīng)兩個循環(huán)回路，這兩個循環(huán)回路的油貯存罐分別是冷油罐和熱油罐，且兩貯罐相互連通。冷油通過冷油泵經(jīng)冷油冷卻器再流經(jīng)切換冷凝器回到冷油罐。通過冷油冷卻器的冷油溫度約為54。熱油通過熱油泵經(jīng)熱油加熱器再流經(jīng)切換冷凝器后回到熱油罐。通過熱油加熱器的熱油溫度約為180。熱熔后，切換冷凝器被冷油冷卻然后準(zhǔn)備下一次苯酐凝華捕集。在開始下一次凝華捕集之前，切換冷凝器需要大約40分鐘冷卻。2.4.3尾氣洗滌從切換冷凝器排除的尾氣和精餾蒸汽噴射器過來的廢氣一起進(jìn)入尾氣洗滌塔，在洗滌塔中尾氣中的有機(jī)物通過洗滌水循環(huán)泵，經(jīng)過三級洗滌后被除去，經(jīng)洗滌后的尾氣直接向高空排入大氣。廢氣中被除去的主要有機(jī)物是順酐。三級洗滌回

33、路中順酐的質(zhì)量濃度分別為2%，6%和17%(最大25%)。洗滌塔的補(bǔ)充水通過液位控制系統(tǒng)補(bǔ)充到洗滌塔。酸水被臨時貯存在酸水貯罐中，然后通過酸水輸送泵送至廢液焚燒爐。酸水正常的輸送量為1.5m3/h。2.4.4 預(yù)處理粗苯酐輸送到熱處理單元，在第一處理段，粗苯酐加熱器將粗苯酐從160加熱到250進(jìn)行熱處理。在催化劑使用的末期，有必要將粗苯酐加熱到280進(jìn)行熱處理。粗苯酐加熱器的加熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油。導(dǎo)熱油通過熱油爐的循環(huán)泵進(jìn)行循環(huán)，熱油的溫度大約為300。粗苯酐從苯酐緩沖罐通過重力流入第一處理槽，最終溢流到第二處理槽。碳酸鈉溶液通過計(jì)量泵從碳酸鈉溶解槽注入第一處理槽，醛類和其它重組分轉(zhuǎn)化為樹脂以便于

34、精餾分離。同時水蒸氣、順酐和其他低沸點(diǎn)物質(zhì)也從粗苯酐中抽取出。通過重力流入第一處理段，粗苯酐加熱器將粗苯酐從160加熱到250進(jìn)行熱處理，最終流入第二處理槽。水蒸氣、順酐和其他低沸點(diǎn)物質(zhì)從粗苯酐中抽取出。熱處理的真空度通過噴射泵來實(shí)現(xiàn)，真空度大約為-0.02MpaG。熱處理的停留時間大約為18h。被加熱的氣相產(chǎn)品在苯酐冷凝器中部分冷凝，然后回到第一處理槽。不凝氣被噴射泵吸收，然后送到尾氣洗滌塔前的工藝氣體進(jìn)口管線。2.4.5 結(jié)片包裝該工段根據(jù)用戶需要經(jīng)結(jié)片機(jī)結(jié)片后再由包裝機(jī)包裝成成品。從結(jié)片機(jī)給料泵來的液體苯酐產(chǎn)品，經(jīng)結(jié)片機(jī)結(jié)成片狀的固體苯酐，再經(jīng)稱量包裝機(jī)包裝后通過皮帶輸送機(jī)送至產(chǎn)品臨時堆

35、放倉庫待售。結(jié)片機(jī)為一個經(jīng)拋光的并可以調(diào)轉(zhuǎn)數(shù)的不銹鋼滾筒，其部通冷卻水，滾筒下部的一部分侵入苯酐料盤，轉(zhuǎn)動的滾筒在苯酐料盤沾上一層苯酐，經(jīng)冷卻變?yōu)橐粚咏Y(jié)片。滾筒一側(cè)裝有一把固定的與滾筒同長度的刮刀，當(dāng)滾筒上的苯酐結(jié)片轉(zhuǎn)至刮刀處時，被刮刀將結(jié)片刮下，落入結(jié)片機(jī)下方的排放空中，經(jīng)滑槽進(jìn)入半自動包裝碼垛機(jī)，碼完的貨垛由非防爆燃機(jī)叉車送入成品庫待銷。2.4.6 廢液焚燒廢液焚燒裝置主要是處理來自尾氣洗滌塔產(chǎn)生的順?biāo)釓U水。由于廢水中的有機(jī)組分含量相對比較少，廢水的熱值低，本身不能進(jìn)行燃燒，所以采用天然氣作為主要燃料進(jìn)行燃燒，將廢水噴入焚燒爐中，由過熱蒸汽進(jìn)行霧化。在焚燒爐中，廢液所含的有機(jī)物在高溫下全部

36、分解成CO2和H2O。2.5 工藝流程方塊圖鄰二甲苯結(jié)片包裝天 然 氣苯 酐產(chǎn) 品副產(chǎn)蒸汽精 餾廢液焚燒循環(huán)油副產(chǎn)蒸汽列 管 式 氧 化 反 應(yīng) 器鼓風(fēng)系統(tǒng)原料熱 油 爐廢氣冷凝回收粗苯酐置加熱蒸汽循環(huán)冷油尾 氣洗 滌預(yù) 處 理天 然 氣圖2-1 工藝流程方塊圖3. 物料衡算物料衡算的準(zhǔn)則就是質(zhì)量守恒定律，即“進(jìn)入一個系統(tǒng)的全部物料必等于離開這個系統(tǒng)的全部物料，再加上過程損失量和在系統(tǒng)中積累量”。依據(jù)質(zhì)量守恒定律，對研究系統(tǒng)作物料衡算，可由下式表示13：G進(jìn)=G出+G損+G積其中式中： G進(jìn)輸入物料量總和； G出輸出物料量總和； G損總的物料損失量； G積系統(tǒng)中的積累量。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，苯酐生產(chǎn)

37、能力為40000噸/年，產(chǎn)品純度達(dá)到99.9wt%按照8000小時開工計(jì)算，每小時的生產(chǎn)能力：40000100099.9%/8000= 4995kg/h3.1 反應(yīng)器中氧化反應(yīng)的物料衡算3.1.1 氧化反應(yīng)過程的衡算基準(zhǔn)本次設(shè)計(jì)以每小時生產(chǎn)4995kg為基準(zhǔn)，進(jìn)料量4700kg/h，轉(zhuǎn)化率99.9%；生成苯酐的選擇性約為0.8；空氣與鄰二甲苯進(jìn)料比為9.5:1；主要副產(chǎn)品為苯酞、順酐、苯甲酸、檸槺酐、二氧化碳、一氧化碳等。3.1.2 氧化反應(yīng)過程的物料衡算圖畫出衡算方框圖，標(biāo)出有關(guān)計(jì)算目標(biāo)，然后進(jìn)行計(jì)算：固 定 床反 應(yīng) 器鄰二甲苯空 氣苯酐 水一氧化碳二氧化碳 順 酐苯甲酸苯 酞 檸糠酐圖3

38、-1 反應(yīng)過程物料衡算圖3.1.3氧化反應(yīng)過程的物料衡算：鄰二甲苯與空氣催化氧化的主反應(yīng)式： 106 32 148 18 x 3y 4995 z所以主反應(yīng)中： (1)鄰二甲苯消耗量： x = 3577.5 kg/h 氧氣消耗量： y = 3240 kg/h 水的生成量： z = 1822.5 kg/h （2）鄰二甲苯轉(zhuǎn)化率為99.9%，且鄰二甲苯的進(jìn)氣量為4700kg/h，所以：鄰二甲苯生產(chǎn)苯酐的選擇性為：3577.5/4700/99.9%=76.27%。（3）設(shè)計(jì)進(jìn)料空鄰比為9.5:1，所以空氣進(jìn)料量計(jì)算： w空 = 44650 kg/h 空氣中 O2所占的比例為21%，所以工藝空氣中氧氣的

39、進(jìn)料量：w氧= 4465021% = 9376.5kg/h。進(jìn)而得出空氣中不參與反應(yīng)的惰性氣體（主要為氮?dú)猓┛偟倪M(jìn)料量： w惰 = 44650-9376.5 = 35273.5kg/h通過對苯酐反應(yīng)原理的了解，在反應(yīng)器中，苯酐與空氣接觸還發(fā)生一系列的副反應(yīng)，由上面計(jì)算可知，鄰二甲苯氧化部分除了生成苯酐，還約有23.7%發(fā)生了副反應(yīng)。本次設(shè)計(jì)對副反應(yīng)只考慮占總比例較大部分反應(yīng)。根據(jù)工廠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)在該溫度段所得數(shù)據(jù)，具體給出鄰二甲苯對各副產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率如下表：表3-1 副反應(yīng)轉(zhuǎn)化率副產(chǎn)物順酐苯甲酸苯酞檸糠酐二氧化碳一氧化碳轉(zhuǎn)化率%9.185.322.311.623.831.47根據(jù)上表給出數(shù)據(jù)，對各副

40、反應(yīng)進(jìn)行計(jì)算：（1）CH3C6H4CH3+7.5O2C4H2O3（順酐）+4CO2+4H2O= 398.0956 kg/h= 714.9472 kg/h= 292.4784 kg/h= 974.9280 kg/h（2）CH3C6H4CH3+3O2C6H5COOH（苯甲酸）+CO2+2H2O= 287.2124 kg/h= 103.5826 kg/h= 84.7512 kg/h= 226.0032 kg/h（3）CH3C6H4CH3+2O2C8H6O2（苯酞）+2H2O= 136.9748 kg/h= 36.7992 kg/h= 65.4208 kg/h （4）CH3C6H4CH3+4.5O2C

41、5H5O3（檸槺酐）+3CO+3H2O= 81.0097 kg/h = 60.2196 kg/h= 38.7126 kg/h= 103.2286 kg/h（5）CH3C6H4CH3+6.5O28CO+5H2O= 145.4095 kg/h= 58.5440 kg/h = 135.3017 kg/h（6）CH3C6H4CH3+10.5O28CO2+5H2O= 596.5735 kg/h= 152.5330 kg/h= 569.4565 kg/h 綜合以上計(jì)算數(shù)據(jù)，可以得出：反應(yīng)器中氧氣總的消耗量： = 5314.3383 kg/h, 所以剩余氣體中氧氣含量：= 9376.5-5314.3383

42、= 4062.1612 kg/h。反應(yīng)器所有反應(yīng)產(chǎn)生的水的含量： wH2O = 1822.5+w1H2O+w2H2O+w3H2O+w4H2O+w5H2O+w6H2O = 2486.3184 kg/h反應(yīng)器產(chǎn)生的CO： wCO = w1CO+w2CO = 205.9291 kg/h反應(yīng)器產(chǎn)生的CO2： wCO2 = w1CO2+w2CO2+w3CO2= 1415.1033 kg/h 3.2 冷凝工段物料衡算畫出物料方框圖：切換冷凝器尾氣洗滌排放工段預(yù)處理工段反應(yīng)生成的氣體不凝有機(jī)氣體粗苯酐圖3-2 冷凝工段物料衡算圖反應(yīng)生成氣體經(jīng)冷凝器冷卻到165-175后，再經(jīng)預(yù)冷凝來到切換冷凝器，水冷凝成液

43、體排出，含有雜質(zhì)的粗苯酐冷凝在冷凝器的翅片管，準(zhǔn)備進(jìn)入精餾工段，不凝有機(jī)氣體進(jìn)入尾氣洗滌裝置，經(jīng)過三級洗滌，尾氣中順酐大部分被吸收，剩余尾氣直接排放出去，根據(jù)工廠實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)與文獻(xiàn)資料給出物料平衡表格如下圖：表3-3 冷凝工段物料衡算表序號組分進(jìn)kg/h出1（排出或進(jìn)入氣塔）kg/h出2（進(jìn)入精餾段）kg/h1鄰二甲苯9.40006.80232.59772O24062.16124062.161203惰性氣體35273.500035273.500004CO205.9291205.929105CO21415.10331415.103306苯酐4995.000004995.00007順酐398.09

44、56101.6445296.45118苯甲酸287.2124245.520341.69219苯酞136.974877.863359.111510檸糠酐81.009747.134133.875611H2O2486.31842486.31840合計(jì)49350.704543931.97655418.72803.3 精餾工段物料衡算3.3.1 物料衡算：由于粗苯酐中所含的蒽醌與其同系物等重組分含量極少，在反應(yīng)工段中沒有對其進(jìn)行物料的計(jì)算，且沸點(diǎn)與苯酐相差很大，極易除去，對產(chǎn)品影響不大，而且粗苯酐中的雜質(zhì)經(jīng)過輕組分塔精餾后基本除去，能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。所以本次設(shè)計(jì)對苯酐精餾工段中的重組分塔只作介紹，不作計(jì)算

45、。進(jìn)而在本章中對苯酐精餾工段進(jìn)行物料衡算時，可以近似認(rèn)為從輕組分塔塔底提取的苯酐熔液即為產(chǎn)品苯酐（即物流3）。同樣的，在本次設(shè)計(jì)中對精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算章節(jié)也只考慮其中的輕組分塔。3.3.2 輕組分塔物料衡算經(jīng)過冷凝工段，粗苯酐熱熔后送入預(yù)處理槽加熱，然后由輕組分塔進(jìn)料泵送入輕組分塔。預(yù)處理工段中：粗苯酐的雜質(zhì)苯酞經(jīng)高溫全部分解成苯酐和水： C8H6O2 + O2 C8H4O3 + H2O由苯酞分解生成的苯酐為： 0.4411kmol則經(jīng)過預(yù)處理段后苯酐：F1=33.7500+0.4411=34.1911kmol 粗苯酐中含量較少的鄰二甲苯、檸槺酐、苯甲酸也基本除去，為了后面精餾計(jì)算方便，可假設(shè)粗

46、苯酐經(jīng)過預(yù)處理蒸餾后，雜質(zhì)中的鄰二甲苯、檸槺酐、苯甲酸、苯酞以與苯酞高溫分解產(chǎn)物水一起除去，通過泵送入尾氣洗滌裝置。所以進(jìn)入輕組分塔的原料物流：純苯酐的物料流量：F1=34.1911kmol/h 順酐的物料流量：F2=296.4511/98=3.0250kmol/h 進(jìn)入精餾塔粗苯酐總物料：F=F1+F2 =37.2161kmol/h物流1流量即為粗苯酐總的物料流量F=37.2161kmol/h對該段精餾，進(jìn)料組成： xF1= xF2=物料1的平均摩爾質(zhì)量：MF=0.91148+0.0998 =143.5本次設(shè)計(jì)對精餾要求：塔頂x10.1488；塔底x10.998，列出物料橫算式： F=D+W

47、 （1） F1=Dxd1+Wxw1（2） F2=Dxd2+Wxw2（3）先將已知數(shù)據(jù)代人式（1）、（2）式： 37.2161=D+W 34.1911=0.1498D+0.998W解得： D=3.4788 kmol/h W=33.7373 kmol/h所以苯酐：F1D=0.14883.4788 =0.5176 kmol/h F1W=0.99833.7373 =33.6698 kmol/h由： xd2=1-0.1498=0.8502 xw2=1-0.998 =0.002所以順酐：F2D=3.47880.8502=2.9577 kmol/h F2W=33.73730.002=0.0675 kmol/

48、h根據(jù)以上計(jì)算列出精餾物料平衡表：表3-4 精餾工段物料衡算表物流表123摩爾流量 kmol/h37.21613.478833.7373質(zhì)量流量 kg/h5349.7339359.44094989.7454苯酐 kg/h5060.282876.60484983.1304順酐 kg/h289.4511282.83616.61504. 能量衡算4.1 熱量衡算方程式化工計(jì)算中的能量衡算是根據(jù)熱力學(xué)第一定律，即能量守恒與轉(zhuǎn)化定律，對化工過程進(jìn)行能量計(jì)算。化工生產(chǎn)中消耗的能量形式有機(jī)械能，電能和熱能等等，其中以熱能為主要形式，因此化工過程中的能量衡算重點(diǎn)是熱量衡算。本章具體對苯酐氧化反應(yīng)器進(jìn)行能量衡算

49、如下：熱量衡算方程式： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5其中式中： Q1初始物料帶入設(shè)備中的熱量，kJ Q2加熱劑或冷卻劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量kJ Q3物理變化與化學(xué)變化的熱效應(yīng)，kJ Q4離開設(shè)備物料帶走的熱量，kJ Q5反應(yīng)器系統(tǒng)熱量損失，kJ4.1 反應(yīng)過程的能量方框圖固 定 床 反 應(yīng) 器Q 鄰二甲苯 工藝空氣 145苯酐 鄰二甲苯酐 苯甲酸 苯酞檸槺酐 水 二氧化碳 一氧化碳圖4-1 反應(yīng)工段能量衡算圖4.2 反應(yīng)器能量橫算過程根據(jù)圖4-1與能量守恒可知：Q2=Q4+Q5-Q1-Q34.2.1 Q1和Q4的計(jì)算Q=MiCi（t1-t2）（Q1和Q4的計(jì)算都適用）式中：Mi反應(yīng)物體系中組

50、分的質(zhì)量，kg； Ci組分i在0-T時的平均比熱容，KJ/kg.K； t1，t2反應(yīng)物系在反應(yīng)前后的溫度，。物料進(jìn)入設(shè)備時的溫度為145，熱量衡算的基準(zhǔn)為145，T=0,則： Q1=0查得各物項(xiàng)平均比熱容數(shù)據(jù)：（kJ/kg.）組分OXO2N2苯酐順酐檸康酐苯酞苯甲酸水COCO2比熱容5.961.151.065.234.934.524.915.184.181.111.45表4-1 各物相平均比熱容所以： =9.40006.96(370-145)+4062.16121.15225+35273.50001.06225+4995.00005.23225+398.09564.52225+81.00974

51、.52225+136.97484.91225+287.21245.18225+2486.31844.18225+205.92911.11225+1415.10331.45225 =19181207.4kJ 4.2.2 過程Q3的計(jì)算過程熱效率可以分為兩類：一類是化學(xué)過程的熱效率即化學(xué)反應(yīng)速率；另一類是物理過程熱效率。物料化學(xué)變化過程，除化學(xué)反應(yīng)外，往往伴隨著物料狀態(tài)變化熱效率，但本工藝流程中物理過程熱效率較低，可以忽略不計(jì)，該過程皆為放熱反應(yīng)，則過程熱效率可以由下式計(jì)算：主反應(yīng)：C8H10+3O2C8H4O3+3H2O +1302.2kJ Q3-1=33.751031302.2=43949.2

52、103kJ/h 副反應(yīng)：CH3C6H4CH3+7.5O2C4H2O3（順酐）+4CO2+4H2O +3177.9kJ Q3-2=4.061033177.9=12902.3103kJ/hCH3C6H4CH3+3O2C6H5COOH（苯甲酸）+CO2+2H2O +1339.8kJ Q3-3=2.351031339.8=3148.5103kJ/hCH3C6H4CH3+2O2C8H6O2（苯酞）+2H2O +837.4kJ Q3-4=1.02103837.4=854.1103kJ/hCH3C6H4CH3+4.5O2C5H5O3（檸槺酐）+3CO+3H2O +1674.8kJ Q3-5=0.721031

53、674.8=1205.9103kJ/hCH3C6H4CH3+6.5O28CO+5H2O +2177.2kJQ3-6=0.641032177.2=1393.4103kJ/hCH3C6H4CH3+10.5O28CO2+5H2O +4576.4kJ Q3-7=1.691034576.4=7734.1103kJ/h繼而得到：Q3 = Q3-1+Q3-2+Q3-3+Q3-4+Q3-5+Q3-6+Q3-7=71187.5103kJ/h4.2.3 Q5的計(jì)算該反應(yīng)中的熱損失按5%計(jì)算，即：Q5=5%（Q1+Q3）=5%（0+71187.5103）=3559375kJ/h4.2.4 Q2的計(jì)算 Q2為熔巖移出

54、反應(yīng)器的熱量，由反應(yīng)器熱量守恒可知：Q2=Q4+Q5-Q1-Q3=51650355.6kJ/h 4.3 反應(yīng)器能量衡算表根據(jù)以上計(jì)算列出氧化反應(yīng)工段能量衡算表格如下：表4-2 反應(yīng)工段能量衡算表（吸收熱量為“+”，釋放熱量為“-”）名稱熱量（kJ/h）輸入物料焓（Q1）0熱交換量（Q2）51650355.6過程熱效率（Q3）-71187500輸出熱料焓（Q4）19181207.4總的熱損失（Q5）-35593755. 精餾塔的工藝設(shè)計(jì)與選型本次設(shè)計(jì)的一部分是設(shè)計(jì)苯酐輕組分塔，塔型選用F1浮閥塔，進(jìn)料為兩組分進(jìn)料連續(xù)型精餾。苯酐為重組分，順酐為輕組分，從塔頂蒸除去，所以該塔又稱為順酐塔。5.1

55、確定操作條件順酐為揮發(fā)組分，所以根據(jù)第3章物料衡算得摩爾份率：進(jìn)料：塔頂：=0.8502塔底：=0.002 該設(shè)計(jì)根據(jù)工廠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)文獻(xiàn)給出實(shí)際回流比R=2（R=1.3Rmin），與以下操作條件：塔頂壓力：10.0kPa；塔底壓力：30.0kPa；塔頂溫度：117.02；塔底溫度：237.02；進(jìn)料溫度：225；塔板效率：ET=0.5 5.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理（1）精餾段：F, xF12nn+1檸槺酐 水 二氧化碳 一氧化碳x1 y2x2 yn xn yn+1V , y1L,xD D,xD圖5-1 精餾段物流圖平均溫度：平均壓力：pa根據(jù)第3章物料衡算，列出精餾段物料流率表如下：表5-1精餾段

56、物料流率物料質(zhì)量流量 kg/h分子量kg/kmol摩爾流量kmol/h回流1704.61209817.3940標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積： V0=Nm3/h操作狀況下的體積： V1= =551.6056 Nm3/h氣體負(fù)荷：Vn= m3/s氣體密度：液體負(fù)荷： Ln= 171.01時苯酐的密度為1455kg/m3（2）提餾段：mm+1 NL VxmF , xFym+1yNxN蒸氣W ,xWxn圖5-2 提餾段物料圖平均溫度：入料壓力：平均壓力： 22.5kPa根據(jù)第3章物料衡算列出提餾段回流如下圖：表5-2 提餾段回流物料質(zhì)量流量kg/h分子量kg/kmol摩爾流量kmol/h回流4394.271098

57、44.8395標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積：Nm3/h 操作狀態(tài)下的體積： =375.5081氣體負(fù)荷：Vm=m3/s氣體密度 =kg/m3查得進(jìn)料狀態(tài)順酐與苯酐混合物在溫度225下，含順酐5.41(wt)%,密度1546kg/m3。塔底含順酐很少，可近似為純苯酐，在塔頂?shù)臏囟扰c壓力狀態(tài)下苯酐的密度為1530kg/m3。液體的平均密度：，液體負(fù)荷m3/s5.3 塔板數(shù)的確定 由于進(jìn)料中順酐的摩爾分率很小，無法用常規(guī)的作圖法求解塔板數(shù)。所以這里采用假設(shè)全回流計(jì)算理論最少塔板數(shù)Nmin，下面應(yīng)用芬斯克方程14式有: 查得全塔平均相對揮發(fā)度=3.7，與精餾段平均響度揮發(fā)度4.5所以全塔的最少理論板層數(shù)： =5.

58、1精餾段最少理論板層數(shù)： =1.7由： =0.17對應(yīng)吉利蘭圖查得： =0.48所以對全塔： =解得全塔理論板數(shù)： N= 11.7對精餾段： 解得精餾段理論塔板數(shù)： N2=5.1所以提餾段理論塔板數(shù)： N3=6.6所以得到實(shí)際板層數(shù)： 精餾段：N精=5.1/0.5=10.211 提餾段：N提=6.6/0.5=13.214全塔實(shí)際板層數(shù)： N總=25實(shí)際進(jìn)料板： NT=12 5.4 塔徑的計(jì)算與板間距離的確定 由于浮閥塔塔板效率高，生產(chǎn)能力大，且結(jié)構(gòu)簡單，塔的造價(jià)低，所以本次設(shè)計(jì)采用的是F1型浮閥塔，設(shè)全塔選用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，板間距HT=0.35m，且因?yàn)樵擁橍闇p壓塔，所以設(shè)計(jì)溢流堰高h(yuǎn)c=0.0

59、25m5.4.1 精餾段(1)精餾段功能參數(shù)：() =0.217塔板間的有效高度H0=HT-hC=0.325m由史密斯圖13查得：，(2)塔頂溫度117.02下=20.14mN/m，=20.21mN/m，所以=20.140.79+20.210.21=20.15mN/m進(jìn)料層溫度225下=17.12mN/m，=19.33mN/m所以=17.120.054+19.330.946=19.21mN/m所以精餾段液相平均表面力19.6mN/m(3)計(jì)算出操作物系的負(fù)荷因子C=所以最大空塔氣速設(shè)計(jì)氣速：取安全系數(shù)為0.7，則U=0.70.70.86=0.607m/s(4)塔徑D=m5.4.2 提餾段(1)

60、精餾段功能參數(shù)為：（） =0.088塔板間有效高度：H0=0.30m由史密斯圖得負(fù)荷系數(shù)：=0.051(2)塔底溫度237.02下=15.81mN/m，=16.27mN/m所以=15.810.0013+17.270.9987=16.27mN/m所以提餾段液相平均表面力=17.74mN/m(3)計(jì)算出操作物系的負(fù)荷因子0.049所以最大空塔氣速：設(shè)計(jì)氣速：取安全系數(shù)為0.7，則U=0.70.70.54=0.378m/s(4)塔徑對全塔，取圓整D=700mm塔截面積5.5 塔高的計(jì)算精餾段有效高度：提餾段有效高度：在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為0.8m所以精餾塔的有效高度為5.6 溢流堰長計(jì)算 上