优质文档年产四万吨苯酐生产工艺设计李 健(安徽工程大学机电学院，芜湖，241000) 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，经气化后和空气混合进入反响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响、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构造图。关键词：邻二甲苯、苯酐、工艺设计Process design for producing 40000 tons of PA per yearLi JianAnhui Polytechnic university of Electrical and Mechanical College,Wuhu,Zip:241000Abstract The design of the product is phthalic anhydride. The current PA design is Fixed Fluidized Bed Design based on anhydride or OX,as well as the mixture of anhydrideand OX,and the naphthalene fluidized bed.This thesis is intended to take the O-xylene as its raw materials and get it gasified,and then enter catalytic reactor,mixing with air,to catalyze phthalic anhydride. The unrefined PA gas would first be gathered in condenser,finally be refined in fractionating tower after Processing.The process includes oxidation,condensation recovery,distillation,packaging and waste gas treatment.Process design include:process design, material balance,energy balance,chemical engineering process calculations and other equipment, plant selection.Blueprints include production flow chart,factory layout plan,the blueprint of structure of the rectifier. Key words: O-xylene, PA, process design目 录引 言6第1章 概述71.1 苯酐的性质和用途71.1.1 一般性状71.1.2 物理性质71.1.3 毒性防护81.1.4 苯酐及其衍生物的用途81.2 苯酐的生产方法概述9 苯酐生产工艺技术91.2.2 邻法制苯酐几种工艺简介111.2.3 国内工艺现状121.3 苯酐市场状况及生产规模121.4 苯酐市场需求状况分析13第2章 工艺设计142.1 苯酐生产工艺原料142.2 反响原理142.3 苯酐生产工艺催化剂152.3.1 苯酐催化剂的选择152.3.2 苯酐催化剂的填装和操作162.4 苯酐工艺流程设计172.4.1 氧化反响172.4.2 冷凝回收172.4.3 尾气洗涤182.4.4 预处理182.4.5 精馏182.4.6 结片包装192.4.7 废液燃烧192.5 工艺流程方块图19第3章 物料衡算203.1 反响器中氧化反响的物料衡算203.1.1 氧化反响过程的衡算基准203.1.2 氧化反响过程的物料衡算图203.1.3 氧化反响过程的物料衡算：203.2 冷凝工段物料衡算243.3 精馏工段物料衡算253.3.1 物料衡算方框图：253.3.2 轻组分塔物料衡算25第4章 能量衡算284.1 反响过程的能量方框图284.2 反响器能量横算过程284.2.1 Q1和Q4的计算284.2.2 过程Q3的计算294.2.3 Q5的计算304.2.4 Q2的计算304.3 反响器能量衡算表30第5章 精馏塔的计算和设计315.1 确定操作条件315.2 根底数据整理315.3 塔板数确实定335.4 塔径的计算及板间距离确实定345.4.1 精馏段345.4.2 提馏段355.5 塔高的计算365.6 溢流堰长计算365.7 塔体厚度的计算365.8 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386.1 主要附件设备选择386.2 反响器组设计386.2.1 固定床列管反响器设计：386.2.2 熔盐循环泵：396.2.3 电加热器396.2.4 熔盐冷却器396.2.5 蒸汽过热器396.2.6 邻二甲苯汽化器396.2.7 熔盐调整阀39结论和展望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 反响过程物料衡算图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 反响工段能量衡算图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 各催化剂参数比拟15表3-1 副反响转化率21表3-2 反响过程物料衡算表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 反响工段能量衡算表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PAPhthalic anhydride，是一种重要的根本有机化工原料，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。原料气体和净化后的空气完全混合送入气相列管式固定床反响器中，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响。热的生成气体离开反响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。粗苯酐还须要经过二级精馏才能到达产品的要求投入市场销售。第1章 概述1.1 苯酐的性质和用途1.1.1 一般性状苯酐全称为邻苯二甲酸酐Phthalic annychide，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，有特殊稍微的刺激性气味；苯酐有毒，能引起支气管炎，眼炎，肺气肿等病症，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： 148.12C A S 号： 85-44-9沸 点： 284.5 101KPa凝 固 点： 131.11 (枯燥空气)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： 稳定危急标记： 20(腐蚀品)2 苯酐的热力学常数 比 热 容： 0.4229 J/g.K (90K) 0.7637 J/g.K (200K) 1.0999 J/g.K (300K)熔 融 热： 23.446 kJ/mol (131)升 华 热： 88.76 kJ/mol (131)燃 烧 热： 3264.9 kJ/mol (25 气体) 3259.9 kJ/mol (25 固体)生 成 热： -373.6 kJ/mol (25 气体) -460.7 kJ/mol (25 固体)绝 对 熵： 179.6 kJ/(mol.) (25)生成自由能： -332.6 kJ/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 ,K 810 压力pc ,MPa 4.61 密度c ,g/cm3 0.402 压缩因子Zc 0.261.1.3 毒性防护和苯甲酸同样对皮肤，粘膜有局部刺激性，有时会引起紧要的炎症和发疱，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)，危急