年产3000吨苯酐的生产工艺设计_(课程设计)

目录第一章前言 (1)1.1苯酐简要介绍 (1)1.2世界苯酐生产消费现状 (1)1.2苯酐的性质 (1)1.3苯酐的合成方法比较及选取 (2)1.3.1合成苯酐的主要工艺路线 (2)1.3.2 合成工艺路线分析及技术经济评价 (2)1.3.3 未来发展方向 (2)1.3.3.1催化剂的改进 (3)1.3.3.2生产工艺的开发 (3)1.3.4合成工艺路线选取 (4)第二章工艺流程 (5)2.1原料名称及规格 (5)2.2主要设备 (6)2.3工艺流程简述 (7)2.3.1 氧化部分 (8)2.3.2 冷凝水洗部分 (8)2.3.3 精制部分 (8)2.3.4制苯酐的反应式 (8)第三章物料衡算 (9)3.1总物料衡算 (9)3.2反应器内的物料衡算 (11)3.3热熔冷凝器的物料衡算 (13)3.4薄壁冷凝器物料衡算 (14)第四章热量衡算 (14)4.1对空气预热及邻二甲苯混合过程进行衡算 (15)4.2混合后预热的热量衡算 (15)4.3反应器的热量衡算 (16)4.4换热器的热量衡算 (16)4.5热熔冷凝器的热量衡算 (16)第五章设备选型计算 (17)5.1鼓风机的选型 (18)5.2空气预热器 (19)5.3一冷器 (19)5.4二冷管 (19)5.5混合预热器 (19)5.6热熔冷凝器 (19)5.7薄壁冷凝器 (19)第六章安全节能 (20)6.1安全要求 (20)6.1节能建议 (20)第七章结束语 (20)第一章前言1.1苯酐简要介绍苯酐，全称为邻苯二甲酸酐（ Phthalic Anhydride）,外观为白色鳞片状或结晶性粉末白色微带其它色调的鳞片状或结晶性粉末熔融色度（色度号）≤ 100 热稳定色度（色度号）≤ 150。

常温下为一种白色针状结晶（工业苯酐为白色片状晶体），易燃，在沸点以下易升华，有特殊轻微的刺激性气味。

苯酐能引起人们呼吸器官的过敏性症状，苯酐的粉尘或蒸汽对皮肤、眼睛及呼吸道有刺激作用，特别对潮湿的组织刺激更大。

苯酐主要用于生产PVC 增塑剂、不饱和聚酯、醇酸树脂以及染料、涂料、农药、医药和仪器添加剂、食用糖精等，是一种重要的有机化工原料。

在PVC 生产中，增塑剂最大用量已超过50％，随着塑料工业的快速发展，使苯酐的需求随之增长，推动了国内外苯酐生产的快速发展。

最早的苯酐生产始于1872 年，当时德国BASF 公司以萘为原料，铬酸氧化生产苯酐，后又改用发烟硫酸氧化生产苯酐，但收率极低，仅有15%。

自1917 年世界开始以氧化钒为催化剂，用萘生产苯酐后，苯酐的生产逐步走向工业化、规模化，并先后形成了萘法、邻法两种比较成熟的工艺[1]。

1.2世界苯酐生产消费现状由于存有对健康产生不利影响的怀疑，近年来欧洲市场对苯酐的需求非常疲软，欧洲供应过剩的状况已经促使巴斯夫公司计划关停位于比利时Feluy的增塑剂和苯酐生产装置；美国Koppers工业公司也已于2004年初关闭了位于英国南安普敦的12 kt ／a的苯酐生产装置；亚洲成为苯酐的生产和消费的活跃地区。

2007年全球苯酐产能约为4 560 kt／a，巴斯夫、埃克森美孚和我国台湾地区的南亚塑胶是三家最大的生产商。

2007年全球主要苯酐生产企业及产能统计见表1。

目前，世界苯酐主要消费地区是北美和亚太地区，苯酐作为一种中间体主要用于生产增塑剂，醇酸树脂和不饱和聚酯树脂。

增塑剂，主要用于PVC化合物，约占全球苯酐消费量的57％；醇酸树脂约占全球苯酐消费量的19％，这些树脂广泛用于溶剂型表面涂料，大多数溶剂型农业覆(盖)膜是由醇酸树脂制得，这些材料近年来一直受到责难，因为它们含有相当大量的有机溶剂，给环境带来污染，涂料生产商正在减少溶剂的使用，而采用水性配方。

展望未来，醇酸树脂仍将适度增长。

1.2苯酐的性质[2]苯酐，常温下为一种白色针状结晶（ 工业苯酐为白色片状晶体），易燃，在沸点以下易升华，有特殊轻微的刺激性气味。

分子式C 8H 4O 3，相对密度1.527(4.0℃)，熔点131.6℃，沸点295℃（升华），闪点（开杯）151.7℃，燃点584℃。

微溶于热水和乙醚，溶于乙醇、苯和吡啶。

1.3苯酐的合成方法比较及选取1.3.1合成苯酐的主要工艺路线1.3.1.1 萘法[1]1.3.1.1.1反应原理萘与空气在催化剂作用下气相氧化生成苯酐。

+O OO 2V 2O 5CO 2O H 29/2++22 1.3.1.1.2 工艺流程空气经净化、压缩预热后进入流化床反应器底部，喷入液体萘，萘汽化后与空气混合，通过流化状态的催化剂层，发生放热反应生成苯酐。

反应器内装有列管冷却器，用水为热载体移出反应热。

反应气体经三级旋风分离器，把气体携带的催化剂分离下来后，进入液体冷凝器，有40%－60%的粗苯酐以液态冷凝下来，气体再进入切换冷凝器（ 又称热融箱）进一步分离粗苯酐，粗苯酐经预分解后进行精馏得到苯酐成品。

尾气经洗涤后排放，洗涤液用水稀释后排放或送去进行催化焚烧。

1.3.1.2邻法1.3.1.2.1 反应原理[1]邻二甲苯与空气在催化剂作用下气相氧化生成苯酐。

CH3CH3+3O23OOOH225+1.3.1.2.2 工艺流程过滤、净化后的空气经过压缩，预热后与汽化的邻二甲苯混合进入固定床反应器进行放热反应，反应管外用循环的熔盐移出反应热并维持反应温度，熔盐所带出的反应热用于生产高压蒸汽（高压蒸汽可用于生产的其他环节也可用于发电）。

反应器出来的气体经预冷器进入翅片管内通冷油的切换冷凝器，将苯酐凝结在翅片上，然后再定期通入热油将苯酐熔融下来，经热处理后送连续精馏系统除去低沸点和高涨点杂质，得到苯酐成品。

从切换冷凝器出来的尾气经两段高效洗涤后排放至大气中。

含有机酸浓度达30％的循环液送到顺酐回收装置或焚烧装置，也可回收处理制取富马酸[1]。

目前，全球苯酐生产所采用的工艺路线有萘流化床氧化和萘/邻二甲苯固定床氧化，其中邻二甲苯固定床氧化技术约占世界总生产能力的90% 以上。

萘流化床氧化工艺在国外已逐步淘汰，但在我国的苯酐生产中仍占有一定比例。

邻二甲苯固定床气相氧化技术主要BASF，Wacker-Chemie，ElfAtochem/日触和Alusuisse Italia 等几种典型的生产工艺。

BASF工艺：BASF工艺于1976 年工业化生产，总生产能力超过100×104t/a，BASF工艺的单台反应器最大生产能力为4.5×104t/a。

经净化预热后的空气与气化的邻二甲苯混合进入列管式固定床反应器，在钒-钛环形催化剂表面进行反应，反应温度为360℃，空速为3000h- 1，反应热由熔盐导出。

粗苯酐在微负压下采用高温或同时添加少量化学品除去某些杂质后送入精馏塔精制。

BASF工艺能有效地回收顺酐，苯酐的质量收率超过105%[3]。

Wacker-Chemie 工艺：近年来各国新建的苯酐生产装置基本上都采用Wacker-Chemie工艺，至今世界上已有110套以上的装置采用此工艺，总生产能力为160×104t/a，单台反应器的最大生产能力为4.5×104t/a。

该工艺所采用的催化剂适用于邻二甲苯、萘以及邻二甲苯和萘的混合料，设计的催化剂负荷为邻二甲苯100g/m3空气（标准态），苯酐的质量收率为114%～115%（以萘为原料时，苯酐收率为97%～ 99%），催化剂寿命大于3 年[3]。

ElfAtochem/日触工艺：ElfAtochem公司于1970 年开始开发低能耗工艺，1986 年该公司决定采用日触公司寿命长、选择性高的苯酐催化剂，并与日触公司共同开发了ElfAtochem/日触工艺。

采用该工艺的总生产能力约40×104t/a。

该工艺与BASF工艺相似，工艺尾气全部催化焚烧处理，有机杂质含量低，无大气污染[3]。

Alusuisse Italia 工艺：意大利的Alusuisse公司于1986 年开发了Alusuisse Italia低空烃比工艺，空气对邻二甲苯的质量比减少到9.5:1，而原料气浓度可提高到邻二甲苯134g/m3空气标准态。

到1996 年世界各地共有11 套装置采用该工艺，总生产能力为24. 9×104 t/a[3]。

1.3.2 合成工艺路线分析及技术经济评价萘法作为最早生产苯酐的方法，也是最早形成工业化生产的方法，其原料为焦油萘。

我国在1953 年开始萘法生产苯酐，当时是以萘为原料，固定床气相氧化法生产苯酐。

1958 年我国又开发了流化床工艺，并在此基础上建设了多套工业生产装置。

由于我国萘流化床法发展较快，到1988 年大部分工厂仍在采用萘流化床法生产苯酐，当时萘法产量高达总产量的90%。

随着石油工业的发展以及邻法技术的开发，萘法的劣势显露出来：原料焦油萘供应日趋紧张，价格不断上扬，单台反应器生产能力较低，这些都不可避免地造成了萘法的高能耗[1]。

随着苯酐产量的迅速增长，焦油萘越来越不能满足生产的需要，而随着石油工业的发展，又提供了大量廉价的邻二甲苯，扩大了苯酐的原料来源。

从20世纪60年代开始，生产苯酐的原料从萘转向邻二甲苯。

随着催化剂研发的重大进展以及参加反应的空气和邻二甲苯比例的降低，再加上生产设备大型化的实现等一系列新技术的开发和应用，进一步加速了原料的转换进程。

近几年，各厂家也都在为提高自身产品的竞争力而不断地在节能降耗等方面改进、完善自己的工艺，这就使得邻法工艺更加成熟，更加先进[1]。

Wacker-Chemie工艺特点是低能耗，高负荷，生产能力大，催化剂活化时不必使用SO。

BASF工艺的技术特点是低反应温度和高空速，水洗回收副产的顺酐，生产费用低，2无废水排出，采用蒸汽透平，输出中压空气。

ElfAtochem/日触工艺的特点是低空烃比，操作安全性能好，负荷高，空气量相应减少，总能耗下降。

因此该工艺具有投资较低、能耗少、成本低和无污染的优势。

Alusuisse Italia工艺的设备投资较少[3]。

1.3.3 未来发展方向近年来世界各苯酐生产公司都致力于改进以邻二甲苯为原料的固定床氧化技术，并在催化剂、生产工艺和反应器设计等方面取得了重要的进展。

1.3.3.1催化剂的改进[3]世界各生产公司着重研制低温、高邻二甲苯浓度、高负荷及高收率的催化剂。

ElfAtochem/日触公司在进料邻二甲苯浓度为85g/m3空气（标准态）时，苯酐质量收率达到114%～115%，目前正在开发110g工艺的催化剂，并进一步开发120g 工艺的催化剂。

BASF公司开发的固定床双层催化剂，第一层：7%（质量分数）V2O5，2.5% Sb2O3，0.16%铷，其它部分为TiO2；第二层：7% V2O5，2.5% Sb2O3，0.5%磷，其它部分为TiO2，当反应温度分别控制在359℃和342℃时，苯酐质量收率达到109.8%。