年产10万吨环己酮生产工艺的设计-毕业论文

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摘要
环己酮是一种重要的化工原料和工业溶剂，广泛应用于涂料、纤维、农药、印刷、橡胶和有机溶剂等领域。

本设计综述了环己酮国内外的研究进展、市场情况及其下游产业的发展现状。

对环己酮的工艺方法进行了各方面的比较，最终选取了环己烯水合法生产工艺。

本设计采用环己烯为原料，将工艺分为三个工段，第一个工段是环己烯水合法制环己醇和环己醇的精制；第二个工段是环己醇脱氢法制环己酮以及环己酮产品的提纯；第三个是回收工段，由于环己烯的单程转化率较低，因此需要对环己烯溶液进行回收来循环利用。

其中，环己烯水合工艺使用改性的HZSM -5分子筛催化剂，而环己醇脱氢工艺使用铜-硅催化剂。

设计过程中进行了主要工段的物料衡算和热量衡算，对环己酮精馏塔进行了一系列的工艺计算，并选取了适合的附属设备，叙述了厂址概况和原料来源、厂区布置以及环境保护等内容。

最终绘制了该工艺的PFD图、PID图、车间主要设备布置图和主要设备结构图，初步确定了工艺。

关键词：环己烯水合法；环己醇脱氢；环己酮；精馏；工艺计算
Cyclohexanone production process design with annual output of
100,000 tons
Abstract
Cyclohexanone is an important chemical raw material and industrial solvent, widely used in coatings, fibers, pesticides, printing, rubber and organic solvents. This design summarizes the research progress, market situation and development status of downstream industries of cyclohexanone at home and abroad. The technical methods of cyclohexanone were compared in various aspects, and finally the cyclohexanone hydrated production process was selected.
This design uses cyclohexene as the raw material and divides the process into three stages. The first stage is the refining of cyclohexanol and cyclohexanol by the cyclohexene hydration; the second stage is the cyclohexanone produced by the cyclohexanol dehydrogenation method. And the purification of cyclohexanone products; the third is the recovery section, because the cyclohexene conversion rate is low in one pass, the cyclohexene solution needs to be recovered for recycling. Among them, the cyclohexene hydration process uses a modified HZSM-5 molecular sieve catalyst, and the cyclohexanol dehydrogenation process uses a copper-silicon catalyst.
In the design process, the material balance and heat balance of the main section were carried out, a series of process calculations were carried out on the cyclohexanone rectification tower, and suitable auxiliary equipment was selected. Environmental protection and other content. Finally, the PFD diagram, PID diagram, main equipment layout and main equipment structure diagram of the process were drawn, and the process was preliminarily determined.
Keywords: Cyclohexene hydration; Cyclohexanol dehydrogenation; Cyclohexanone; Distillation; Process calculation
目录
1前言 (1)
1.1环己酮的研究进展和意义 (1)
1.1.1环己酮的性质与用途 (1)
1.1.2国内外研究进展 (1)
1.1.3研究意义 (1)
1.2市场分析 (2)
1.2.1国外市场 (2)
1.2.2国内市场 (2)
1.3下游产业的发展现状 (5)
2工艺选择 (6)
2.1工艺方法的介绍 (6)
2.1.1苯酚加氢法 (6)
2.1.2环己烷液相氧化法 (6)
2.1.3环己烯水合法 (7)
2.2工艺方法的比较与确定 (7)
2.2.1环己酮的质量比较 (7)
2.2.2原料消耗比较 (8)
2.2.3工艺安全性比较 (8)
2.2.4环保情况比较 (9)
2.2.5工艺方法的确定 (9)
2.2.6催化剂的选用 (9)
2.3工艺流程 (10)
2.3.1环己烯水合法制环己醇工段 (10)
2.3.2环己醇催化脱氢制环己酮工段 (11)
2.3.3环己烯溶液回收工段 (11)
3物料衡算 (12)
3.1生产条件 (12)
3.2物料物性参数 (12)
3.3环己烯水合反应器物料衡算 (12)
3.4环己醇精馏塔物料衡算 (14)
3.5环己醇脱氢反应器物料衡算 (15)
3.6轻塔物料衡算 (17)
3.7环己酮精馏塔物料衡算 (18)
3.8比例因子 (19)
4热量衡算 (20)
4.1环己酮精馏塔 (20)
4.1.1操作压力 (20)
4.1.2操作温度 (20)
4.1.3饱和蒸气压 (22)
4.1.4平均摩尔质量 (22)
4.1.5平均密度 (23)
4.1.6平均表面张力 (25)
4.1.7平均粘度 (26)
4.1.8比热容 (27)
4.1.9气化潜热 (28)
4.1.10热量衡算 (28)
4.2环己烯水合反应器热量衡算 (29)
4.2.1原料进入热量 (29)
4.2.2产物流出热量 (29)
4.3环己醇脱氢反应器热量衡算 (30)
4.3.1原料进入热量 (30)
4.3.2产物流出热量 (30)
5环己酮精馏塔工艺设计 (32)
5.1环己酮精馏塔的塔径 (32)
5.1.1相对挥发度 (32)
5.1.2最小回流比 (32)
5.1.3平衡级数和进料位置的确定 (32)
5.1.4实际塔板数和进料板位置 (35)
5.1.5全塔气液相负荷 (35)
5.1.6塔径的计算 (36)
5.2溢流装置 (37)
5.2.1堰长 (37)
5.2.2弓形降液管的宽度及横截面积 (38)
5.2.3降液管底隙高度 (38)
5.3塔板布置 (39)
5.3.1塔板类型 (39)
5.3.2塔板的布置 (39)
5.3.3筛孔数n与开孔率φ (39)
5.4流体力学验算 (40)
5.4.1塔板压降 (40)
5.4.2雾沫夹带量ev的验算 (42)
5.4.3漏液的验算 (43)
5.4.4液泛的验算 (43)
5.5塔板负荷性能图 (44)
5.5.1液沫夹带线 (44)
5.5.2液泛线 (45)
5.5.3液相负荷上限线 (46)
5.5.4漏液线 (46)
5.5.5液相负荷下限线 (47)
5.5.6负荷性能图 (47)
5.5.7操作弹性 (48)
5.6塔体总高度 (48)
5.6.1塔顶封头 (48)
5.6.2塔顶空间 (49)
5.6.3塔底空间 (49)
5.6.4人孔布置 (49)
5.6.5进料板处板间距 (49)
5.6.6裙座 (49)
6附属设备的选取 (51)
6.1塔的接管 (51)
6.1.1进料管 (51)
6.1.2回流管 (51)
6.1.3塔底出料管 (51)
6.1.4塔顶蒸汽出料管 (52)
6.1.5塔底蒸汽进气管 (52)
6.2进料泵的选取 (52)
6.2.1流体阻力损失 (53)
6.2.2泵的扬程 (53)
6.3冷凝器的选取 (54)
6.3.1热负荷及冷凝水的用量 (54)
6.3.2平均温差及换热面积 (54)
6.3.3冷凝器的选取 (54)
6.4再沸器的选取 (55)
6.4.1热负荷 (55)
6.4.2平均温差及换热面积 (55)
6.4.3再沸器的选取 (55)
7厂址概况和原料来源 (56)
7.1厂址概况 (56)
7.2公共工程 (56)
7.3交通运输 (56)
7.4气候条件 (56)
7.5原料来源 (57)
8车间布置 (58)
8.1车间布置依据 (58)
8.2生产工艺对设备布置的要求 (58)
8.3车间的布置 (59)
9自动控制方案 (60)
9.1泵的控制方案 (60)
9.2压缩机的控制方案 (60)
9.3换热器的控制方案 (61)
9.4塔设备的控制方案 (62)
9.4.1压力控制 (62)
9.4.2液位控制 (62)
9.4.3温度控制 (63)
9.5储罐的控制方案 (63)
9.5.1回流罐的控制 (63)
9.6反应器的控制方案 (64)
9.6.1反应压力的控制 (64)
9.6.2反应温度控制 (64)
10环境保护 (65)
10.1废水处理 (65)
10.2废气处理 (65)
10.3废固处理 (65)
10.4噪声处理 (65)
参考文献 (66)
谢辞 (67)
附录 (68)
1前言
1.1环己酮的研究进展和意义
1.1.1环己酮的性质与用途
环己酮是一种无色透明液体，泥土味。

微溶于水，易溶于乙醇和乙醚等普通有机物。

工业上生产锦纶单体己内酰胺和聚酰胺常用环己酮作重要的中间体。

环己酮溶液的高溶解度和低挥发性，让它成为众多物质的理想溶剂，被广泛应用于在涂料、油墨、农药、胶黏剂、感光材料等方面[1,2]。

1.1.2国内外研究进展
在上一世纪中，科学家们对环己酮生产方法的研究颇多。

20世纪40年代，美国杜邦公司最早提出了钴盐法，由于该方法对设备的要求不严格，易于实现工业化，备受瑞士Inventa、德国BASF和日本宇部兴产等企业的青睐。

20世纪50年代，巴登苯胺纯碱公司提出苯酚加氢法，因为未能解决反应步骤复杂、成本高等问题而匆匆落下帷幕。

20世纪60年代中期，美国S.D.公司基于钴盐法提出了硼酸法工艺生产。

该方法醇酮收率高，产品质量好，但存在转化率低，工艺流程复杂等问题。

对此，法国RHONE-POULENE进行技术革新，1968年开发了环己烷无催化氧化法，该方法氧化条件温和，副产物较少，不产生结渣，生产连续性好[3]。

国内外均有大量公司采用环己烷无催化氧化法进行工业化生产，例如：法国隆波利公司、辽阳石化公司、宏业化工有限公司等。

20世纪80年代，日本Asa—hi公司研究出生产环己醇、环己酮的环己烯水合工艺。

由于制备简单，性能稳定，易于分离，可重复使用等优点，该技术被石家庄焦化集团和中国神马高价购进并投入生产，其中石家庄焦化集团开展了世界第一个10万t/a的环己酮项目，它的装置规模与国内目前最大的10万t/a以苯为原料的环己烷法生产环己酮的工业装置规模是一致的。

阳原集团太原化工新材料有限公司年产20万吨的环己酮项目也采用了这一路线，并已试车成功[4]。

1.1.3研究意义
环己酮是生产尼龙、己二酸和己内酰胺的重要中间体。

其本身的行业发展依托于下游产品的发展。

随着下游需求的上涨，对环己酮的需求量也越来越大，环己酮有巨大的发展空间。

1.2市场分析
1.2.1国外市场
2013年，国外生产能力约为538.7万吨，其中，美国巴斯夫是国外最大的环己酮生产企业，年产能为55万吨，占国外产能的10%。

另外美国霍尼韦尔、比利时巴斯夫、韩国Capron、荷兰帝斯曼等也是国外生产环己酮的大宗企业。

中国是世界上最大环己酮的生产国，占世界总产能的27.07%，2013年全球环己酮产能分布情况如图1.1所示：
图1.1 2013年世界环己酮产能分布比例
我国环己酮产量和产能的快速增长，进口量不断缩小，国内环己酮市场的供需基本平衡。

然而国外己内酰胺对环己酮的需求猛增，尤其是日本和韩国，但环己酮的市场在非洲、南美、大西洋等地方却存在大片空白，因此我们需要提高自身的技术含量，开拓国际市场，环己酮的出口或将成为市场的突破口。

1.2.2国内市场
国内环己酮产业是随着CPL产业发展起来的。

它得益于CPL生产工艺的大转型，CPL生产工艺不再使用过去的苯酚法，改用为环己烷法，从而带动了环己酮行业的发展。

目前，国内主要生产环己酮的企业有20家，总产能为381万t/a。

国内主要环己酮生产企业情况见表1.1。

表 1.1我国主要环己酮生产企业情况[5]
序号生产企业产能备注
1江苏海力化工有限公司40
配套己二酸和己内酰胺10
2山东海力化工股份有限公司30自用生产己内酰胺，部分外销生产
己二酸
18
3中石化巴陵石化公司30自用生产己内酰胺4湖北三宁化工股份有限公司20自用生产己内酰胺5阳煤集团太原化工新材料有限公司20配套己二酸和己内酰胺6浙江恒逸集团有限公司20自用生产己内酰胺7福清天辰耀隆新材料有限公司20自用生产己内酰胺
8山西兰花科技创业股份有限公司新
材料分公司
20配套己内酰胺
9福建申远新材料有限公司20自用为主
10南京化学工业有限公司16产品主供南京帝斯曼
11山东华鲁恒升化工股份有限公16生产己二酸，少量外销
12江苏威名石化有限公司15自用为主
13浙江巨化集团14主供生产己内酰胺
14南京帝斯曼东方化工有限公司12自用生产己内酰胺
15山东方明化工有限公司10自用生产己内酰胺
16鲁西化工集团股份有限公司10主供生产己内酰胺，少量外销17山西潞宝兴海新材料有限公司10配套己内酰胺
18山东洪达化工有限公司10产品全部外销
19石家庄焦化化工集团10产品全部外销
20河北旭阳焦化有限公司10产品全部外销
从上表中可看出，目前国内大部分环己酮的生产企业的产品主要是用于己内酰胺和己二酸的生产，例如：华鲁恒升、湖北三宁、巴陵、恒逸、海力化工、兰花科创、山西潞宝、阳煤太原化工新材料等。

在下游市场的需求上升和环己酮合成的新技术不断取得成功的情况下，环己酮产能大增，已是我国大宗的石油化工品之一。

2012至2018环己酮的产能和产量的走势如下图1.2所示：
图 1.2环己酮的产能和产量的走势
在下游市场的需求波动下，2016年，环己酮的产量跃升至260万吨。

到2018年，环己酮产量达295万吨。

由于环己醇法制己二酸新工艺的出现，2014~2016年，环己酮产能增长相对缓慢，而环己醇的产能则迅速增长[6]。

2018年，我国环己酮的产能达370万吨。

国内环己酮供不应求的情况在
2017年凸显，2013~2017年国内进出口情况如图1.3所示：
由上图可以看到，在2013~2016年间，国内环己酮的进口量均少于1万t/a ，呈逐年下降趋势，国内产量不断增长，出口量在2万t/a 徘徊。

2017年环己酮进口量突增，而岀口量下降近20%，国内供不应求，需要通过进口来弥补市场空缺。

价格方面，2014~2018年国内环己酮价格走势见图1.4所示[5]：
图 1. 4国内环己酮价格走势
2017~2018年国内环己酮价格在1.1万元/t上下震荡，最高达到1.4万元/t，基本走出了2016年8000元/t的价格低谷。

而原料苯的价格始终在低位处小幅震荡，下游化纤市场价格维持高位，环己酮市场向好。

1.3下游产业的发展现状
环己酮的下游产业主要有己内酰胺、己二酸、醛酮树脂、邻苯基苯酚等。

未来一段时间内，国内环己酮的产能会进一步增加，进口量会逐渐减少，国内供需会回复到一个平衡的状态，未来环己酮的供需关系将变化不大。

在下游产业中，己内酰胺占主导地位。

受益于国内纺织品行业的持续发展，近年来尼龙-6聚合装置必将不断增加，己内酰胺的需求量也会随之持续快速上涨。

而己二酸行业处于优胜劣汰、市场竞争激烈的格局中。

醛酮树脂的研究起步晚，发展快，由于具有高硬度、良好的耐候性及抗氧性等特点，醛酮树脂在粘合剂、涂料、油墨等领域得到迅速发展[7]。

另一方面，水果蔬菜防腐剂、抗氧剂等的需求增长带动了邻苯基苯酚产量的快速增长。

此外，环己酮还被用于各种涂料、树脂溶剂及稀释剂等领域。

2工艺选择
2.1工艺方法的介绍
工业上，环己酮的生产工艺方法主要有3种，分别是：苯酚加氢法、环己烷液相氧化法和环己烯水合法。

2.1.1苯酚加氢法
苯酚先在镍催化剂的作用下与氢气反应生成环己醇；然后环己醇再发生脱氢反应生成环己酮，反应式如式(1)、式（2）：
(1)
(2)
该工艺的产率高达90％~95％，产品纯度高。

但是从最初的原料苯到最终产品环己酮的过程中会产生许多中间产物，反应步骤多，能耗高。

2.1.2环己烷液相氧化法
环己烷液相氧化流程简图如图2.1所示：
图 2. 1环己烷液相氧化过程[8]
2.1.2.1催化氧化法
（1）钴盐催化氧化法
第一步：环己烷与氧气发生反应生成过氧化物；第二步：生成的过氧化物在钴盐催化剂的作用下，可以在碱性水溶液中迅速分解为环己醇和环己酮。

其反应式如式（3）、（4）、（5）：
C6H12+O2→C6H11OOH(3)
C6H11OOH C o 2+
→C6H10O+H2O(4)
C6H11OOH C o 2+
→C6H11OH+H2O(5)
该方法的反应条件较为温和，对设备的要求简单，易于工业化。

但在实际生
产中，会生成许多副产物。

（2）硼酸催化氧化法
环己烷在偏硼酸催化剂的作用下氧化生成环己基过氧化氢，其生成物与硼酸反应生成稳定的硼酸环己醇酯，再经过水解得到环己醇。

与钴盐催化氧化法相比，该方法提高了转化率和选择性，但同时也增加了水解工序和硼酸回收工序。

2.1.2.2无催化氧化法
环己烷与氧气生成环己基过氧化氢，经浓缩后的生成物被金属氧化物催化，在低温和无氧碱性条件下，最后得到环己醇和环己酮的混合物。

该方法的优点是副产物少，不产生结渣，连续生产性好。

但其工艺路线长，投资大，能耗高[9]。

2.1.3环己烯水合法
以苯为原料，在钌系催化剂的作用下进行部分加氢，生成环己烯和少量的环己烷，然后环己烯在催化剂作用下进行脱水反应生成环己醇。

环己醇在催化剂作用下进行脱氢反应生成环己酮。

该方法的系统安全性较高，性能稳定，易分离。

但反应速率慢、平衡转化率低。

2.2工艺方法的比较与确定
虽然苯酚加氢法制得的环己酮纯度高、质量好，但无经济性，故本设计中的环己酮生产工艺将不考虑采用苯酚加氢法。

下面将从四个方面来对环己烷液相氧化法与环己烯水合法进行比较，即：环己酮的质量、原料消耗、工艺安全性和环保情况。

2.2.1环己酮的质量比较
己内酰胺装置中环己酮优等品的要求见表2.1：
表 2.1己内酰胺装置中环己酮优等品的要求
物质环己酮环己醇水不挥发物链烷酮醛
质量分数≥99.8%≤0.1%≤0.1%≤0.02%≤50mg/kg≤50mg/kg
采用两种不同的环己酮生产工艺的生产厂家的产品组分比较见表2.2：
表 2.2产品组分比较
环己烯法环己烷法
厂家1厂家1厂家2厂家3
组分含量/mg▪kg-1
含量
/mg▪kg-1
含量
/mg▪kg-1
含量/mg▪kg-1
戊醛0016.7150丁基环己烷037.50 78.70 238.12
2-庚酮057.18 11.43 25.88 戊基环己烷012.21 7.96 62.28 戊醇00 24.75 0
环戊醇00 21.96 157.91 2-甲基环己酮073.23 142.66 74.55 环己醇78.21303.54 32.78 244.36
环己酮99.98%99.91%99.93%99.88%
质量评价(是否符
合质量最高要求)
符合不符合不符合不符合环己烯法产品环己酮质量评价过关，产生的链烷酮、醛等有机杂质种类少，环己酮含量高于环己烷液相氧化法；而采用环己烷液相氧化法的三个厂家的产品中的有机杂质均有超标，环己酮的质量分数少于99.98%，无法满足己内酰胺装置中对环己酮优等品的要求。

2.2.2原料消耗比较
苯和氢气是环己烯水合法与环己烷液相氧化法的主要原料，下面以10万t /a 规模进行比较，原料消耗定额对比见表2.3：
表2.3 原料消耗定额对比
名称规格
消耗定额
环己烷液相氧化法环己烯法
苯纯苯960～1000kg980～1000kg
氢气100%900m3680m3
烧碱100%126kg0
从上表可以看出，环己烷法中可转化为产物的苯为75%～82.9%，产率低。

环己烯法的氢和碱消耗都比环己烷法低，其中的碱消耗几乎为零，苯的转化率为99.5%，其中有80%转化为环己酮，综合产率高。

副产品环己烷可作为商品出售，具有明显的经济效益。

2.2.3工艺安全性比较
环己烷是一种高度易燃易爆的液体，尽可能避免与空气混合在一起，降低危险事故发生的可能性。

而环己烷液相氧化法中需通入空气进行环己烷的氧化，反应器中的温度高，大量的环己烷气化，极有可能会发生爆炸，工艺安全性低。

环己烯法是在液相中进行的，反应条件温和，且反应系统中没有通入空气的高风险的氧化过程，因此环己烯水合法的系统安全性明显高于环己烷液相氧化法。

2.2.4环保情况比较
环己烷液相氧化法中每生产10万t/a的环己酮就有约7t/h的皂化废碱液生成，带来很大的环保压力。

并且目前国内现行的碱中和法不适用于处理如此大规模的废碱液，这就需要购入新装置进行设计处理，从而增加了项目投资。

环己烯的工艺过程中没有难以处理的皂化废碱液，碳的利用率几乎为100%，三废排放量极少，部分废气和废液还可以用作清洁燃料，因此环己烯水合工艺更清洁、更经济。

2.2.5工艺方法的确定
本设计将以环己烯为原料，采用环己烯水合法来生产环己酮。

此方法较环己烷法具有以下优势[10]：
①环己酮产品质量可以达到优等品级别；
②苯转化率高，副产品环己烷经济效益好；
③反应条件温和，工艺安全性高；
④不产生皂化废碱液，部分废弃物可作清洁燃料，经济环保。

2.2.6催化剂的选用
2.2.6.1环己烯水合反应催化剂的选用
沸石分子筛具有许多特性，比如：适当的酸度，不溶于水，并且热稳定性好。

在工业生产中，环己烯水合反应有很多种类的沸石分子筛催化剂都可以适合，但HZSM-5催化剂是最为成熟的、催化性能最好的。

HZSM-5孔道均匀、择行性好、稳定性高、并且具有适当的酸性，但存在环己烯转化率低的问题[11]。

为此，国内外众多科学家通过采用多种的手段和方法对其进行改性，研究发现采用磷钨酸对HZSM-5分子筛进行改性，能够提升环己烯的转化率。

故在环己烯水合反应过程中所采用的催化剂是改性HZSM-5分子筛。

2.2.6.2环己醇脱水反应催化剂的选用
目前，氧化铜系催化剂是环己醇脱氢催化剂载体中研究最多的，其中SiO2载体最受喜爱。

SiO2载体具有两个特性：①SiO2具有较大的比表面积，使得铜原子的细小颗粒可以分散在其中；②在SiO2碱性制备的条件中，其载体表面的酸性可以被碱中和。

因此以SiO2为载体的催化剂，有较高的活性和选择性[12]。

故在环己醇脱水反应过程中所采用的催化剂是铜-硅催化剂。

2.3工艺流程
图2.2为该工艺生产流程图：
图 2.2环己烯水合法生产环己酮工艺流程方案图
原料环己烯与水以体积比2:5进入混合器中进行混合，将原料混匀后，打入预热器中进行预热，预热器出口温度为120℃，反应物在预热器预热之后，进入水合反应器中，加入改性的HZSM-5分子筛催化剂，设定反应温度为120℃，反应压力为0.5MPa。

反应后生成环己醇和少量副产物以及未反应的环己烯和水经过冷凝器，将温度降至50℃后，进入油水分离器，待两相分离后，油相进入环己醇精馏塔。

环己醇精馏塔塔顶的馏出液将进入环己烯精馏塔中，环己烯经提纯后可作为原料循环利用。

从塔底出来的含有少量环己烯的环己醇将进入环己醇脱氢反应器中进行反应。

经加热到250℃后，汽化的环己醇进入脱氢反应器中并加入铜-硅催化剂，在250℃、常压的条件下进行脱氢反应。

脱氢反应产生的氢气进行压缩与回收，而其他产物则进入轻塔，轻组分水、环己烯从塔顶出来经冷凝后形成废水送至三废处理车间，而釜液则进入环己酮精馏塔，环己酮作为产品从塔顶分离出来进入环己酮贮槽，釜液返回环己醇精馏塔，环己醇经过精馏后从塔底出来再进入环己醇脱氢反应器中继续作为反应原料循环利用。

2.3.1环己烯水合法制环己醇工段
该工段除了有环己烯水合反应还包括环己醇的精制。

原料工业级环己烯和水混合后，在原料预热器（E0101）的作用下，达到反应所需的温度，经泵（P0101）进入水合反应器（R0101）中反应，生成物经过冷却器（E0102）冷却后，液油水混合相进入油水分离器（V0101），油相经过泵（P0102）加压后进入环己醇精馏塔（T0101），塔顶经冷凝器（E0102）冷凝后的环己烯至环己烯溶液回收工段，从塔底出来的含有少量环己烯的环己醇后进入下一个工段。

2.3.2环己醇催化脱氢制环己酮工段
该工段包括环己醇脱氢反应和环己酮的精制。

自环己醇精馏塔（T0102）塔底出来的环己醇经泵（P0201）加压至换热器（E0201）加热至250℃后，汽化的环己醇进入脱氢反应器（R0201）中反应，生成的氢气从反应器顶部出来，经压缩后送至氢气储罐作为燃料。

其他的生成物经冷却器（E0201）冷却后，从反应器底部出来进入产品贮藏罐（V0201），经泵（P0202）加压进入轻塔（T0201），馏出液经冷凝器（E0202）冷凝后送至三废处理车间，釜液则进入环己酮精馏塔（T0202）。

环己酮作为产品从环己酮精馏塔塔顶分离出来进入环己酮贮槽（V0202），釜液经泵（P0206）加压后送回环己醇精馏塔（T0102）继续将环己醇进行分离提纯后循环利用。

2.3.3环己烯溶液回收工段
回收工段包括杂质甲基环戊烯的脱除和原料环己烯的精制。

自环己醇精馏塔（T0102）塔顶出来的物质经泵（P0301）进入环己烯第一精馏塔（T0301）中，环己烯作为重组分从釜液流出经泵（P0303）加压进入环己烯第二精馏塔（T0302）继续提纯，从塔顶出来的甲基环戊烯与少部分的环己烯经冷凝后形成废水，送至三废处理车间。

大部分的环己烯从环己烯第二精馏塔塔顶出来经冷凝后送至环己烯储罐循环利用，釜液中含有大部分的环己醇则送至环己醇精馏塔（T0101）进一步提纯后继续作为原料循环使用。

3物料衡算
物料衡算的计算基础是质量守恒定律。

即进入系统的全部物料量等于从系统中离开的物料量、在系统中的损失量以及积存于系统中的物料质量之和。

可用下式表示：
∑G
进=∑G
出
+∑G
损
+∑G
累积
式中：
∑G
进
——进入系统的总物料量；
∑G
出
——离开系统的总物料量；
∑G
损
——损失的物料量总和；
∑G
累积
——在系统中的物料累积量。

本设计工艺为稳态过程，则上式可以简化为：
∑G
进=∑G
出
3.1生产条件
从任务书中可知：环己酮的目标年产量是10万吨。

考虑设备保养、维修等情况，开工因子一般取0.7~0.8，则全年按照365天计算，实际工作日只有260~300天。

本设计开工天数选取300 天，则开工时数为300×24=7200小时。

3.2物料物性参数
物料的物性参数列于表3.1中：
表 3.1原料及产物的主要物性参数
物质分子式分子量沸点/℃
氢气H22-252.77甲基环戊烯C6H108265.67环己烯C6H108282.8
水H2O18100
环己酮C6H10O98155.6
环己醇C6H12O100160.84
苯酚C6H6O94182
3.3环己烯水合反应器物料衡算
环己烯水合反应器的物质进出情况如图3.1所示：
图 3.1环己烯水合反应器物质进出情况
由环己烯水合的生产工艺可知，反应器中发生以下化学反应： 主反应：C 6H 10+H 2O→C 6H 11OH
副反应：C 6H 10→CH 3C 5H 7（甲基环戊烯）
根据文献可知[13]，为保证较高的选择性，本设计取环己烯转化率为27%，环己醇的选择性为99%，甲基环戊烯选择性为1%。

原料环己烯纯度99%，环己烯与水的进料体积比为2:5。

为简化计算，本设计选1000kg/h 环己烯原料为计算基准，最终得到产品环己酮假设为Xkg/h ，则最终各物料流量的比例系数为：
A=((100000×1000)/(7200 ×X))=13888.8889X 。

进入反应器中纯环己烯的量： 1000×99%=990kg/h=12.0732kmol/h 原料环己烯中所含杂质： 1000×1%=10kg/h
由V=m
ρ，ρ环己烯=0.81g/cm 3， 则V 环己烯=m 环己烯
ρ
环己烯
=
9900.81×10
3
=1.222m 3/h
又由于进料量中环己烯与水的体积比为2:5，有V 环己烯V 水
=2
5
故V 水=1.222÷0.4=3.055m 3/h 进入反应器中水的量：
m 水=ρ水×V 水=1×103×3.055=3055kg/h ，即为169.7222 kmol/h 反应器中参加反应的总环己烯的量： 990×27%=267.3kg/h=3.2598kmol/h 反应中水的消耗量：
3.2598×99%=3.2272kmol/h=58.0896kg/h 产物中各组分情况如下： 未反应的环己烯量：
990-267.3=722.7 kg/h=8.8134kmol/h 由各物质的选择性，有 生成环己醇的量；
3.2598×99%=3.2272 kmol/h =322.72kg/h 生成甲基环戊烯的量：
3.2598×1%=0.0326kmol/h=2.6732kg/h。