苯酐生产过程的虚拟模拟.docx

十阂Zr也，号（华东）CHINAUNIVERSITYOFPETROLEUMAspenplus大作业综述题目：邻二甲苯制苯好生产工艺流程模拟综述学生姓名刘国栋侯凯学院化学工程学院专业班级化工卓越11级1班指导教师孙兰义2023年5月12日摘要苯酊是重要的有机化工原料，重要用于增塑剂、涂染料、聚酯、不饱和聚脂树脂、醇酸树脂等领域，因此苯酊的生产是目前企业日勺重要工艺流程之一，而提高产率也是此行业日勺最为关注的问题。根据市场预测，由于目前原料邻二甲苯的供应比较紧张，价格居高不下，导致苯酊I勺生产成本又面临考验。由此可见，提高苯酎啊生产产量将会大大的提高各化工企业的竞争实力，满足市场的规定，进行苯酊生产工艺B设计与改善对于国内外市场都具有重要B意义。本设计生产大概40000吨/y高纯度0苯酊，是选用日勺是邻二甲苯固定床氧化，其基本原理是经计量的邻二甲苯预热后与经计量和加热的空气，在混合器中接触汽化后进入固定床反应器内反应生成苯酊及副产品顺醉和苯甲酸，反应气经水冷却器冷却进入闪蒸罐蒸出大部分未反应的原料和生成的CO2,H2O等气体，粗苯好加热后进入到精储塔中进行精储得到收率为99.8%B<J苯酎。伴随计算技术和计算机技术0发展,化工流程过程模拟软件也越来越成熟，计算机辅助设计也日趋广泛。在进行化工设计时，采用流程系统模拟物料衡算和热量衡算，投资和成本估算等问题以及采用流程模拟软件进行整体优化也越来越普遍。本文采用国际上最流行的化工过程模拟软件之一的ASPEN作为辅助设计的重要工具，与过程有关的物料和能量的衡算基本上有该软件给出，并以设计流程计算的收敛与否来检查该流程与否可行。ABSTRACTPhthalicanhydrideisanimportantorganicchemicalrawmaterials,mainlyusedinthefieldsplasticizers,dyescoatedpolyester,unsaturatedpolyesterresins,alkydresins,etc.,andthereforetheproductionofphthalicanhydrideisnowoneoftheimportantbusinessprocesses,andimproveproductivityrateistheissueofmostconcerninthisindustry.Accordingtomarketforecasts,thesupplyofrawmaterialsduetothecurrenttighto-xylene,highprices,leadingtotheproductioncostsofPAisfacingchallenges.Thus,toimprovetheyieldofphthalicanhydrideproductionwillgreatlyimprovethecompetitivenessofthevariouschemicalcompaniestomeetmarketrequirements,phthalicanhydrideproductionprocessdesignandimprovementhasimportantimplicationsfordomesticandinternationalmarkets.Thedesignandproductionofabout40,000t/yofhighpurityphthalicanhydride,isthechoiceofafixedbedoxidationofo-xylene,thebasicprincipleismeasuredaftero-xylenewasmeasuredwithpreheatedairandheating,contactmixerafterenteringthevaporizedreactionby-productsandmaleicanhydrideandbenzoicacidinthefixed-bedreactor,throughthegascoolerenteringtheflashtankofwaterdistilledoffmostoftheunreactedstartingmaterialandgenerationofCO2,H2Oandothergases,heatingthecrudephthalicanhydrideafterenteringintothedistillationcolumnisrectifiedtoobtainayieldof99.8%ofphthalicanhydride.Withthedevelopmentofcomputertechnologyandcomputertechnology,chemicalprocesssimulationsoftwarehasbecomeincreasinglysophisticated,computer-aideddesignarebecomingincreasinglywidespread.Duringchemicalengineeringdesign,systemsimulationusingprocessmaterialbalanceandheatbalance,investmentandcostestimatesandotherissuesandtheuseofprocesssimulationsoftwareforoveralloptimizationhasbecomeincreasinglycommon.Inthispaper,usingthemostpopularASPENchemicalprocesssimulationsoftwareasoneofthemaintoolsaideddesign,materialsandprocess-relatedandenergyaccountancybasicallygivesthesoftwareandthedesignprocessofconvergencetocalculatewhetherornottotheinspectionprocessisfeasible.目录1 JI口6第2章组分61.1 邻二甲苯71.2 空气71.3 苯好81.4 苯醐81.5 顺酢91.6 苯甲酸9第3章邻二甲苯生产苯好工艺过程简介10第4章物性措施11第5章反应动力学12第6章邻苯二甲酸好生产过程模拟13第7章模拟成果验证16第8章结论17参照文献18第1章引言化工过程设计是一门将一种化学新产品、新工艺或对旧工艺改造从理论运用到工业实践的学科，它为化学新产品、新工艺以及旧工艺改造在工业上运用的可行性提供了较充足的判断根据，是我们进行化工企业项目开发的一种必要前期工作。化工过程设计重要包括：新（或新产品）工艺过程的提出；将试验过程放大到工业过程（即工业流程的设计、各个工业装置的设计和工业操作条件的制定）；项目投资0估算；工业过程B优化（包括能量日勺节省、环境B保护等）。目前化工过程模拟已成为普遍采用日勺手段，广泛应用于化工过程0研究、开发、设计、生产操作0控制和优化、操作培训及技术改造。流程模拟系统迅速精确，不仅可以节省时间和成本，还可以提高产品产量和质量，减少消耗。化工过程模拟技术重要的模拟软件有ASPenPlus、PRoII、Chemcad、Hysys等系统。本文运用ASPen软件对邻二甲苯固定床氧化法生产苯酎工艺流程进行模拟，并进行评估分析。苯酊是一种重要B有机化工原料和中间体,广泛应用于增塑剂、不饱和树脂、聚酯和染料的生产。目前绝大部分苯酊是通过邻二甲苯工艺路线生产，邻二甲苯工艺已基本替代了基于秦的工艺。邻苯法工艺运用邻二甲苯在固定床列管反应器内选择性氧化生成苯酊。本文重要是简朴的进行ASPEN模拟流程模拟苯酎的J合成与分离以及某些简朴B塔板设计和工艺分析等过程。第2章组分空气经预热后与气化了aJ邻二甲苯混合进入反应器，邻二甲苯转化成苯配，并且伴随副反应H¾发生。主反应C8H10+302fC8H4O3+3H2O副反应2C8H10+1502-*2C4H2O3+8CO2+8H2OC8H10+3O2fC7H6O2+C02+2H2O2C8H10+21O2-16CO2+10H2O2C8H4O3+1502-16CO2+4H2OC4H2O3+302-4CO2+H202C7H6O2+1502-14CO2+6H2O重要组分有原料邻二甲苯（C8H10）,空气（02和不参与反应0N2）；目B¾产物苯酢（C8H4O3）；副产物、顺肝、苯甲酸、水、二氧化碳。2.1 邻二甲苯邻二甲苯，又名1,2-二甲苯，英文名称为O-XyIene,它是生产苯好（邻苯二甲酸酊，PA）.染料、杀虫剂等的化工原料。邻二甲苯衍生物是邻苯二甲醛,可用于制备邻苯二甲酸酯增塑剂。其中邻二甲苯90%左右用于生产苯酎。邻二甲苯与苯酎之间0关系可谓息息有关，互相依存。邻二甲苯是从炼厂或烯煌装置生产芳烧中C6C8物流转化生产的几种二甲苯异构体之一。混合二甲苯物流含邻、间和对二甲苯。这些组分可用抽提蒸储分离或将它们异构化为对二甲苯。2.2 空气空气是构造地球大气层的混合气体，它透明、无色、无味，组份浓度相对稳定，只有其中二氧化碳和水蒸气B浓度含量会伴随季节和地区而发生变化。体现分子式：Air等效分子量：28.959始沸点：-194.35°C(101.325kPa)露点：-191.4C(101.325kPa)气体密度：1.2931g/L(IOL325kPa,干燥空气)。空气重要由78%的氮气、21%的氧气、0.94%的稀有气体，0.03%的二氧化碳，0.03%的其他气体和水蒸气、杂质物质、杂质气体共同构成；可近似看做氧气与氮气的混合物。本次模拟即是将空气看做由21%(体积分数)氧气和79%氮气B混合物。2.3 苯醉苯酊又名邻苯二甲酸酊，英文简写为PA。呈白色鳞片状固体或粉末，或白色针状晶体，具有轻微的气味，低毒，比重1.527(4),熔点130.8C,沸点284.5oC,易升华，稍溶于冷水，易溶于热水并水解为邻苯二甲酸，溶于乙醇、苯和毗咤，微溶于乙酸。广泛用于制造增塑剂(邻苯二甲酸酯)、不饱和聚酯、醇酸树脂等，也是一种重要B染料中间体。近年来，伴随国内涂料行业日勺发展，醵酸树脂漆、氨基树脂漆等以静酸树脂为原料的涂料产品正在持续发展，此后该领域的苯好需求将会出现较大增幅。再加之国内不饱和聚酯树脂市场呈逐年递增趋势，必将有效带动苯酊需求的增长，进而推进苯好产能的提高。2.4 苯Si即邻羟甲基苯甲酸内醋，英文名称PhthaIide分子式(FormUIa)C8H6O2,针状或片状结晶。溶于薛、雄和热水，极微溶于冷水。用作精细化学品的中间体。用于生产染料中间体1,4.二氯意醍、1.氯意醍，抗凝血药苯基苛满二酮，杀菌剂四氯苯酗，抗焦急药多虑平等。用作有机合成中间体，用于合成多虑平药物及染料还原棕BR等2.5 顺好顺丁烯二酸酊（MA）,简称顺酢又称马来酸酢，是顺丁烯二酸I付酸酥，室温下为有酸味的无色或白色固体，分子式为C4H2O3。为白色片状结晶，有强烈B刺激气味、比重1.48、易升华、遇水易潮解生成马来酸重要用于制造聚酯树脂、醉酸树脂、农药、富马酸、纸张处理剂等。2.6 苯甲酸苯甲酸（C7H6O2）又称安息香酸，是苯环上的一种氢被竣基（-COOH）取代形成的化合物。苯甲酸一般常作为药物或防腐剂使用，有克制真菌、细菌、霉菌生长的作用，药用时一般涂在皮肤上，用以治疗癣类aJ皮肤疾病。用于合成纤维、树脂、涂料、橡胶、烟草工业。第3章邻二甲苯生产苯醉工艺过程简介本流程是每年消耗4万吨邻二甲苯生产邻苯二甲酸酎的流程工艺。空气经离心压缩机压缩到约300kPa,使用高温蒸汽换热器加热到320,这种高温的压缩空气与同样温度0气态邻二甲苯混合进入固定床反应器进行反应。由于反应放热，在此过程中需要不停地与循环水进行换热，使温度不至于过高发生诸多副反应。在反应中，邻二甲苯是以多种氧化反应以产生期望的产品，副产品是顺酊和少许B苯甲酸。反应后的流体离开反应器的温度和压力是320和300KPa,通过换热器将温度和压力降下来进入闪蒸罐进行初步分离，将空气中未反应的N2以及副反应产生的二氧化碳等排出，得到粗苯酊产品，经粗苯酊加热后进入精储塔进行精储，以便得到产率为99.8%的苯酎。第4章物性措施此流程选用B¾PENG-ROB物性方程作为热力学模型，PENG-ROB物性方程合用于所有温度及压力下的非极性或极性较弱的混合物体系，而本流程中具有02、N2、CO2是非极性物质，顺肝、邻二甲苯、苯肝是极性较弱的物质，H20、苯甲酸属记性较强的物质，这些物质总体上极性不是太强，属极性较弱的混合物，因此，选用PENG-ROB物性方程。第5章反应动力学为了安全地操作，反应混合物必须保持较低B爆炸极限如下。同步。为了防止副反应大量发生，我们在保证转化率和反应速率的前提下，尽量采用较低B¾温度。空气经预热后与气化了的邻二甲苯混合进入反应器，邻二甲苯转化成苯配，并且伴随副反应时发生。主反应C8H10+3O2fC8H4O3+3H2O(1)副反应C8H4O3+1502-16CO2+4H2O(2)2C8H10+21O216CO2+10H2O(3)2C8H10÷15022C4H2O3+8CO2+8H2(4)C4H2O3+302->4CO2+H20(5)C8H10+3O2fC7H6O2+CO2+2H2O(6)2C7H6O2+1502-14CO2+6H2O(7)这些反应动力学体现式的形式:(8)Ko的I单位为kmol/m3/h>EaB单位为kcal/kmol,P的J单位为atm。这些反应的常数,经查阅文献可得ReactionNumberko&1212.60×101127,000o-yleneoxygen21.15×101231,000phthalicanhydrideoxygen31.73×10828,600o-yleneoxygen41.50×1027,900o-xyleneoxygen57.76×10n30,400maleicanhydrideoxygen63.5O×1O0927,000o-yleneoxygen75.00×10n29,500benzoicacidoxygen第6章邻苯二甲酸醉生产过程模拟6.1 有关的工艺流程数据(a)反应过程反应床层温度：300350°C；反应压力：200-300KPa原料：工业级邻二甲苯；进料量：4545kgh催化剂：低温高空速、V205一Ti02负载在惰性载体上B催化剂空气进料量：45Th重要副产物：顺醉、苯甲酸、二氧化碳、水流程数据：邻二甲苯先预热到320、空气送到空气加热器加热到320°Co在汽化器中，空气与邻二甲苯混合汽化后进入固定床反应器。反应后生成的苯好反应气在气体冷却器中降至45,然后进入闪蒸罐。(b)分离过程粗苯好先在热处理釜预热至180C,然后送入蒸储塔进行减压蒸储。轻组分由塔顶蒸出.5 kPa O10 kPa第一精微塔：理论板数：14；塔顶压力：IOkPa;全塔压降:第二精储塔：理论板数：18；塔顶压力：IOkPa;全塔压降:6.2 项目设备的选用1、鼓风机风量：18503.5182立方米h,驱动方式：蒸汽透平，出口压力：300KPa;出口温度：162.8机械效率：80%o2、离心泵：温度为25。O0C,压力为300KPa,机械效率65机3、平推流反应器反应器列管数：13400根，25×3000mmo反应器温度：320oC<,反应器压力：3atm4、闪蒸罐采用flash2闪蒸罐温度：50；压力：Iatll1。分离设备的设计1.顺丁烯二酸醉分离塔：回流比R=2.22，塔板数N=14,进料塔板位置7,冷凝器热负荷Q冷凝器=-599.50242KM再沸器热负荷Q再沸器=659.617882KW塔径D:750-90Omm。2.苯甲酸分离塔：回流比R=30,塔板数N=18,进料塔板位置7,冷凝器热负荷Q冷凝器=-143.5483599.50242KW,再沸器热负荷Q再沸器=156.432326KW塔径D:1200mm。6.4敏捷度分析Sensitivity Results CurveSLl- lo0CJD GCAL/HR2.04.06.08.010.012.0VARY1T10112FEEDSSTAGE图1塔顶热负荷随进料位置日勺曲线图GSenSitlVityReSUltSCIJrVeoOWGCAUHR2.04.06.08.010.012.0VARY1T10112FEEDSSTAGE图2塔底热负荷随进料位置日勺曲线图第7章模拟成果验证邻苯二甲酸醉在模拟产品中的纯度为99.9%,到达与文献中规定的最小99.7%。顺丁烯二酸酊在最终产品中的质量分数不大于文献规定的0.05%。本次模拟所有产品均到达规定。第8章结论由于对ASPEN流程模拟不熟悉，因此在模拟过程中有诸多误区以及不清晰的地方，经反复调试才将摸你完毕，是产品达标。反应器的外取热状况还没措施详细的体现清晰，反应后出来的流体温度达不到规定。闪蒸罐的分利比较模糊，原因是文献中的条件太少无法模拟，只能根据常识进行参数设定。反应器产品与原料换热模拟不通，换热器数据较少，模拟难度较大。试验中邻苯二甲酸酊的收率到达99.9%,收率很高，符合规定。参照文献1 .米镇涛化学工艺学（第二版）化学工业出版社。2 .化工物性数据手册3 .4 .苯好生产技术进展；王俐；中国石化集团北京化工研究院，北京