年产4吨苯酐生产车间工艺设计说明书样本.doc

目 录1. 概 述51.1 苯酐简述51.2 苯酐通常性状251.3 苯酐生产方法概述61.3.1 萘法概况71.3.2 邻法概况71.3.1 邻法制苯酐多个工艺介绍81.3.3 中国工艺现实状况102. 工艺步骤102.1原料名称及规格4102.2 反应原理102.3 苯酐生产工艺催化剂112.3.1 苯酐催化剂选择112.4 工艺步骤简述4122.4.1 氧化部分122.4.2 冷凝回收132.4.3 尾气洗涤132.4.4 预处理132.4.5 结片包装142.4.6 废液焚烧142.5 工艺步骤方块图153. 物料衡算153.1 反应器中氧化反应物料衡算163.1.1 氧化反应过程衡算基准163.1.2 氧化反应过程物料衡算图163.1.3 氧化反应过程物料衡算：163.2 冷凝工段物料衡算203.3 精馏工段物料衡算213.3.1 物料衡算：213.3.2 轻组分塔物料衡算224. 能量衡算234.1 热量衡算方程式244.1 反应过程能量方框图244.2 反应器能量横算过程244.2.1 Q1和Q4计算244.2.2 过程Q3计算254.2.3 Q5计算264.2.4 Q2计算264.3 反应器能量衡算表265. 精馏塔工艺设计及选型275.1 确定操作条件275.2 基础数据整理275.3 塔板数确实定305.4 塔径计算及板间距离确实定315.4.1 精馏段315.4.2 提馏段315.5 塔高计算325.6 溢流堰长计算325.7 塔体厚度计算325.8 塔设备计算结果列表336. 苯酐生产装置其它关键设备选择346.1 关键附件设备选择346.2 反应器组设计356.2.1 固定床列管反应器设计：356.2.2 熔盐循环泵：356.2.3 电加热器356.2.4 熔盐冷却器356.2.5 蒸汽过热器366.2.6 邻二甲苯汽化器366.2.7 熔盐调整阀36参 考 文 献371. 概 述1.1 苯酐简述苯酐，邻苯二甲酸酐，简称苯酐，英文缩写PA（Phthalicanhydride），是一个关键基础有机化工原料，被认为是十大有机化工原料之一。苯酐关键用于制造增塑剂、聚酯树脂和醇酸树脂，另外，还可用于生产涂料、医药、农药、糖精等。中国苯酐最关键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加工；其次是用于生产醇酸树脂和氨基树脂涂料。苯酐还能够用于不饱和聚酯生产，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生产。常温下为一个白色针状结晶（ 工业苯酐为白色片状晶体），易燃，在沸点以下易升华，有特殊轻微刺激性气味。苯酐能引发大家呼吸器官过敏性症状，苯酐粉尘或蒸汽对皮肤、眼睛及呼吸道有刺激作用，尤其对潮湿组织刺激更大。1.2 苯酐通常性状2苯酐，常温下为一个白色针状结晶（ 工业苯酐为白色片状晶体），易燃，沸点以下易升华，有特殊轻微刺激性气味。分子式C8H4O3，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）苯酐物理常数以下：分子式：C8H4O3；C6H4(CO)2O分子量：148.12CAS号：85-44-9沸点：284.5（101KPa）凝固点：131.11(干燥空气)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：0.13 kPa/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：稳定危险标识：20(腐蚀品)（2）苯酐热力学常数比热容：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：-332.6kJ/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:0.261.3 苯酐生产方法概述现在，全球苯酐生产所采取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90%以上。邻二甲苯固定床氧化技术占美国总生产能力82%，西欧86%和日本58%。因为萘法生产方法受到原料、消耗、成本等方面限制，所以该生产方法受到了影响，萘流化床氧化工艺在国外已逐步淘汰，不过在中国苯酐生产中仍占有一定百分比。伴随中国石化工业稳步发展和苯酐装置技术引进，现在中国较大规模苯酐生产全部采取邻苯氧化法。中国现有苯酐生产厂，萘法约占18%，邻苯氧化法约占82%；苯酐总生产能力，萘法占13%-15%，邻法占85%-87%3。1.3.1 萘法概况萘法作为最早生产苯酐方法，也是最早形成工业化生产方法，其原料为焦油萘。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，萘汽化后和空气混合，经过流化状态催化剂层，发生放热反应生成苯酐。反应器内装有列管式冷却器，用水为热载体移出反应热。反应气体经三级旋风分离器，把气体携带催化剂分离下来后，进入液体冷凝器，有40%60%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）深入分离粗苯酐，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。中国在1953年开始萘法生产苯酐，当初是以萘为原料，固定床气相氧化法生产苯酐。1958年中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。在生产中工艺不停被改善，如投料方法发展为雾化进萘、气固分离采取国产高效耐磨旋风分离器等，这些改善不仅使产品产量、质量大为提升，同时也大大降低了萘法能耗。因为中国萘流化床法发展较快，到1988年大部分工厂仍在采取萘流化床法生产苯酐，当初萘法产量高达总产量90%。伴随中国石油工业发展和邻法技术开发，萘法劣势显露出来：原料焦油萘供给日趋担心，价格不停上扬，单台反应器生产能力较低，这些全部不可避免地造成了萘法高能耗。因为萘法生产在降低能耗上没有再出现大进展，在大量低价位邻法苯酐冲击下，使萘法利润空间越来越小，为了提升本身经济效益，众多萘法厂家开始进行工艺改造，转向邻法生产，到1999年萘法产量已不足10%，到了二十一世纪，萘法在中国已逐步被淘汰掉。1.3.2 邻法概况 伴随苯酐产量快速增加，焦油萘越来越不能满足生产需要，而伴随石油工业发展，又提供了大量廉价邻二甲苯，扩大了苯酐原料起源。过滤、净化后空气经过压缩，预热后和汽化邻二甲苯混合进入固定床反应器进行放热反应，反应管外用循环熔盐移出反应热并维持反应温度，熔盐所带出反应热用于生产高压蒸气（高压蒸气可用于生产其它步骤也可用于发电）。反应器出来气体经预冷器进入翅片管内通冷油切换冷凝器，将苯酐凝结在翅片上，然后再定时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。从切换冷凝器出来尾气经两段高效洗涤后排放至大气中。含有机酸浓度达30循环液送到顺酐回收装置或焚烧装置，也可回收处1964年，美国在工业上首次采取邻二甲苯为原料气相氧化生产苯酐。因为石油邻二甲苯资源比较丰富，理论收率高（邻二甲苯制取苯酐理论收率为139.6wt%，萘为115.6wt%）。从20世纪60年代开始，生产苯酐原料从萘转向邻二甲苯。伴随催化剂研发重大进展和参与反应空气和邻二甲苯百分比降低，再加上生产设备大型化实现等一系列新技术开发和应用，深入加速了原料转换进程。自80年代以来，世界各国相继开发了“70 g工艺”、“80 g工艺”、“90 g工艺”，并正向着更高负荷技术进军。中国在70年代开发并建成了以邻二甲苯为原料“40 g工艺”固定床气相催化氧化法生产苯酐工业装置，80年代又分别从德国引进两套4万t/a和一套2万t/a邻法苯酐生产装置。中国苯酐生产逐步转向了邻法，萘法则慢慢被淘汰。1992年中国苯酐生产能力达25.95万t，邻法占60%以上，1999年，生产能力近40万t，邻法已占90%以上，苯酐产能约为76.5万t，几乎全部为邻法产品，而且此时生产厂家也超出了四十多家，并不停有新邻法装置建成、投产。近几年，各厂家也全部在为提升本身产品竞争力而不停地在节能降耗等方面改善、完善着自已工艺，这就使得邻法工艺愈加成熟，愈加优异。萘法和邻法之间比较：(a)原料供给 伴随石油工业发展，提供了廉价邻二甲苯，而其邻二甲苯资源较为丰富，所以，从原料方面来讲，邻法较萘法优越。(b)消耗方面 邻法较萘法制苯酐理论收率高，邻法制苯酐理论收率为139.6%，而萘法则是115.6%，所以，邻法较萘法生产苯酐从消耗上讲，成本应该较低。(c)单套反应系统生产能力 从规模经济角度，反应能力大意味着生产成本低。苯酐单套装置生产能力，美国平均位90kt/a，最大为118kt/a，均为邻法；德国邻法装置平均能力为85kt/a，英、法、意等国单套邻法装置能力也达成了8090kt/a；日本邻法单套装置能力平均为60kt/a，最大90kt/a，萘法以30kt/a为主，由此可见邻法生产苯酐成本较低4。1.3.1 邻法制苯酐多个工艺介绍邻二甲苯固定床气相氧化法关键有BASF,Vom-Heyden,ElfAtochem/日触和Alus-uisse Italia等多个经典生产工艺。(1) BASF工艺此法系德国BASF企业开发技术，最初为低温低空速法，1968年改为低温高空速法。BASF工艺于1976年工业化生产，总生产能力超出100万吨/年，BASF工艺单台反应器最大生产能力为45kt/a；收率达109%；尾气回收5%顺酐；整个过程无废水；从切换冷凝器中出来废气回收顺酐后催化焚烧排空。经净化预热后空气和气化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3000/h，反应热由熔盐导出。粗苯酐在微负压下采取高温或同时添加少许化学品除去一些杂质后送入精馏塔精制。(2) Von-Heyden工艺多年来各国新建苯酐生产装置基础上全部采取Von-Heyden工艺，至今世界上已经有110套以上装置采取此工艺，总生产能力为160万吨/年，单台反应器最大生产能力为50kt/a；装置能够使用邻二甲苯也能够使用萘为原料，装置含有很大原料灵活性；该工艺有三种V-Ti系催化剂，分别用于邻二甲苯、萘及二者混合物，催化剂寿命大于3年，且不需要加SO2；进料比为80g邻苯/ m3 空气；顺酐收率为114%-115%，以萘为原料时为97%-99%。该工艺所采取催化剂适适用于邻二甲苯、萘和邻二甲苯和萘混合料，设计催化剂负荷为邻二甲苯100g/ m3空气（标准态）；工艺中产生废气，经水洗或焚烧排空，洗液可用于回收顺酐，生产1t苯酐可回收顺酐40-50kg，该工艺和BASF工艺相近。(3) ElfAtochem /日触工艺ElfAtochem企业于1970年开始开发低能耗工艺，1986年该企业决定采取日触企业寿命长、选择性高苯酐催化剂，并和日触企业共同开发了ElfAtochem/日触工艺。该工艺总生产能力约40万吨/年，单台反应器最大生产能力为20kt/a，以邻二甲苯为原料，该工艺最多特点是改变了尾气处理工艺和进料中氧浓度，开创了尾气循环工艺，将部分尾气循环到进料中，使进料中氧浓度由21%降到10%，进料邻二甲苯浓度增至83 g/m3；催化剂寿命3年；苯酐收率为128.9%；不参与循环尾气经过催化焚烧回收热能；催化剂以钒为主，选择Ti、Nb、P、K、Cs、Na和稀土元素等氧化物为助催化剂，以特制碳化硅球为载体。该工艺和BASF工艺相同，工艺尾气全部催化焚烧处理，有机杂质含量低，无大气污染。(4) Alusuisse Italia工艺 意大利Alusuisse企业于1986年开发了Alusuisse Italia低空烃比工艺，该工艺特点是使用大型反应器，设备利用率高，提升了40%，空气对邻二甲苯质量比由20:1降低到9.5:1，而原料气浓度可提升到邻二甲苯134g/m3空气（标准态），所以设备体积小，生产率高，并实现50%粗苯酐以液态回收，以降低热熔冷凝器换热面积。到1996年，世界各地共有11套装置采取该工艺，总生产能力为24.9万吨/年5。(5) 关键生产工艺技术经济比较 Von-Heyden工艺特点是低能耗，高负荷，生产能力大，催化剂活化时无须使用SO2。BASF工艺技术特点是低反应温度和高空速，水洗回收副产品顺酐，生产费用低，无废水排出，采取蒸汽透平，输出中压空气。日触工艺特点是低空烃比，操作安全性能好；负荷高，空气量对应降低，总能耗下降，所以该工艺含有投资较低，能耗少，成本低和无污染优势。Alusuisse Italia工艺工艺设备投资较少。1.3.3 中国工艺现实状况中国苯酐生产装置规模较大为邻法，而且绝大部分引进装置，如金陵石化、齐鲁石化90年代投产40kt/a苯酐装置是引进德国BASF技术，哈石化引进是德国Davy技术，三者全部是大型固定床低能耗反应器，催化剂为60g工艺。现在，金陵石化企业苯酐装置经过多年技术改造，处理了装置技术微弱步骤，采取进料更高负荷催化剂，；哈石化苯酐装置反应器反应管有10320根，可装13t左右催化剂；吉化40kt/a苯酐装置引进是意大利Alussuisse工艺，反应器大而且苯酐进料浓度高，技术处于中国较优异水平，而计划引进金陵石化、锦化苯酐项目全部引进德国技术，建设40kt/a苯酐装置，所以中国苯酐生产工艺和所引进技术很靠近，中国苯酐生产工艺技术已经拥有国际较优异水平。2. 工艺步骤2.1原料名称及规格4生产能力：年产4万吨邻苯二甲酸酐车间工艺设计生产时间：8000h/年产品流量：5000kg/h产品纯度：99.9%产品回收率：95%关键原材料规格及起源邻二甲苯（96%），关键生产企业为部分中国大型石化企业。催化剂为V2O5-TiO2系列负载型催化剂。设计阶段：初步设计2.2 反应原理邻二甲苯和空气气态混合物在满足催化剂活性合理温度条件下，在催化剂表面发生主反应生成苯酐，副反应生成顺酐、苯甲酸、柠糠酐和苯酞等副产物。部分过氧化生成CO2和CO。用于邻二甲苯部分氧化催化剂是V-Ti系表面涂层催化剂。载体是瓷环。催化剂活性和选择性、反应控制温度、邻二甲苯纯度、空间速度，对于邻二甲苯部分氧化生成苯酐产率含有决定性影响。以邻二甲苯为原料气相催化氧化法制取苯酐反应历程包含一系列平行和串联反应。关键反应式以下11：主反应：关键副反应： 2.3 苯酐生产工艺催化剂2.3.1 苯酐催化剂选择自50年代起，相继开发出多个形式邻二甲苯氧化用催化剂，其中最成功工业应用最广泛是以V2O5-TiO2为关键活性组分高负荷催化剂10。当今世界苯酐生产技术进展关键表现在高收率、高选择性、高负荷催化剂开发和现有生产工艺改善上。比如BASF开发了多个牌号催化剂（04-28、29、32、40、66 等），从BASF在华公开CN1795049 专利透露苯酐生产用催化剂看，采取是活性逐步增加3层以上催化体系。通常最上部催化剂区床长度为80-160cm，其催化剂比表面积为5-30m2/g；中部催化剂区床长度50-160cm，其催化剂比表面积为10-40 m2/g；最下部催化剂区床长度为40-90 cm,其催化剂比表面积为15-50 m2/g。活性低催化剂比表面积小，而且负载活性组分量也少，其中以重量计，V2O5为6-11，Sb2O3为0-3，碱金属为0.1-1；活性高催化剂V2O5为5-15，Sb2O3为0-3，碱金属为0.0-0.4，还有0-0.4磷7。现在中国著名增塑剂及苯酐企业已经成功应用了04-28、04-66、R-HYHL-IV等BASF系列催化剂产品，多个催化剂性能、特点、优劣各有千秋，不过她们关键成份全部是V2O5-TiO2，而且催化剂载体全部是瓷环8。2.4 工艺步骤简述4苯酐生产工艺系统包含氧化反应部分、冷凝水洗部分、苯酐精制部分。2.4.1 氧化部分邻二甲苯经过换热器预热，经净化换热器加热后在汽化器内混合均匀并完全雾化，进入反应器反应。反应器内埋填化热列管，用熔盐循环移去反应热，热熔盐产生高压蒸汽。邻二甲苯部分氧化生成苯酐所必需工艺空气由空气鼓风机压缩供给。工艺空气经过空气过滤器除去其中灰尘等，这些灰尘可能降低催化剂活性。经过过滤器后，纯净空气经过入口侧进气消音器被鼓风机压缩至0.055 MpaG。空气鼓风机是单级电动离心式压缩机。经过出气消音器压缩空气进入空气预热器。被加热空气出口温度大约为185。工艺空气经过空气预热器进入邻二甲苯气化器。起源于邻二甲苯罐邻二甲苯经过邻二甲苯泵输送到汽化器，在进入汽化器前邻二甲苯前后经过邻二甲苯过滤器和邻二甲苯加热器，在进入气化器前邻二甲苯前后经过邻二甲苯过滤器和邻二甲苯加热器。在邻二甲苯管线上邻二甲苯过滤器是一个双切换过滤器，这么邻二甲苯中颗粒将被完全过滤出。经过邻二甲苯预热器将邻二甲苯加热到145，壳侧加热蒸汽为0.6MpaG饱和蒸汽。上述工艺物料和工艺空气分别进入邻二甲苯气化器。邻二甲苯流量依据空气流量调整，空气量在压力赔偿下指示，装置邻二甲苯负荷为80g。在汽化器中，邻二甲苯经过喷嘴注入并和工艺空气完全混合直接进入苯酐反应器中，反应混合物从上到下流经反应器。在气相中，邻二甲苯在V-Ti催化剂表面被选择性氧化反应生成苯酐。该反应式强放热反应。部分反应热将反应温度加热到370，大部分反应热经循环熔盐移出。 苯酐反应器为列管式反应器，在反应器壳侧传热介质为熔盐。熔盐经过熔盐泵进行循环，流经反应器同时吸收反应放出热量。部分循环熔盐从盐浴流经外部熔盐冷却器，熔盐冷却器有序流动以维持盐浴温度恒定。电加热器在开车时给盐浴提供热量并在停车期间保持足够盐浴温度。反应器盐浴温度，是由熔盐控制阀调整经过熔盐冷却器循环流量来控制，熔盐冷却器锅炉给水量经过液位来进行控制。带外部加热熔盐槽关键用于熔盐首次装填和反应器熔盐排放。2.4.2 冷凝回收热生成气体离开反应器后在气体冷却器中被冷却到165-175，然后进入苯酐切换冷凝器凝固成反应产物。反应气进入切换冷凝器，其中四台切换冷凝器中三台通入反应气体进行凝华，另一台处于热熔或再冷却，而且依据固定周期切换操作。在切换冷凝器凝华阶段，经过冷油冷却器冷却导热油被通入切换冷凝器翅片管。苯酐凝华在翅片管外表面。循环导热油供给温度合理选择，以确保出切换冷凝器气体温度大约为60。当苯酐凝华结束后，经过热油加热器加热热油被通入切换冷凝器翅片管。粗苯酐被热熔，搜集在切换冷凝器底部然后流入粗苯酐贮罐中。粗苯酐经过粗苯酐送料泵进入苯酐精制单元。导热油流经两个循环回路，这两个循环回路油贮存罐分别是冷油罐和热油罐，且两贮罐相互连通。冷油经过冷油泵经冷油冷却器再流经切换冷凝器回到冷油罐。经过冷油冷却器冷油温度约为54。热油经过热油泵经热油加热器再流经切换冷凝器后回到热油罐。经过热油加热器热油温度约为180。热熔后，切换冷凝器被冷油冷却然后准备下一次苯酐凝华捕集。在开始下一次凝华捕集之前，切换冷凝器需要大约40分钟冷却。2.4.3 尾气洗涤从切换冷凝器排除尾气和精馏蒸汽喷射器过来废气一起进入尾气洗涤塔，在洗涤塔中尾气中有机物经过洗涤水循环泵，经过三级洗涤后被除去，经洗涤后尾气直接向高空排入大气。废气中被除去关键有机物是顺酐。三级洗涤回路中顺酐质量浓度分别为2%，6%和17%(最大25%)。洗涤塔补充水经过液位控制系统补充到洗涤塔内。酸水被临时贮存在酸水贮罐中，然后经过酸水输送泵送至废液焚烧炉。酸水正常输送量为1.5m3/h。2.4.4 预处理粗苯酐输送到热处理单元，在第一处理段，粗苯酐加热器将粗苯酐从160加热到250进行热处理。在催化剂使用末期，有必需将粗苯酐加热到280进行热处理。粗苯酐加热器加热介质为导热油。导热油经过热油炉循环泵进行循环，热油温度大约为300。粗苯酐从苯酐缓冲罐经过重力流入第一处理槽，最终溢流到第二处理槽。碳酸钠溶液经过计量泵从碳酸钠溶解槽注入第一处理槽，醛类和其它重组分转化为树脂方便于精馏分离。同时水蒸气、顺酐和其它低沸点物质也从粗苯酐中抽取出。经过重力流入第一处理段，粗苯酐加热器将粗苯酐从160加热到250进行热处理，最终流入第二处理槽。水蒸气、顺酐和其它低沸点物质从粗苯酐中抽取出。热处理真空度经过喷射泵来实现，真空度大约为-0.02MpaG。热处理停留时间大约为18h。被加热气相产品在苯酐冷凝器中部分冷凝，然后回到第一处理槽。不凝气被喷射泵吸收，然后送到尾气洗涤塔前工艺气体进口管线。2.4.5 结片包装该工段依据用户需要经结片机结片后再由包装机包装成成品。从结片机给料泵来液体苯酐产品，经结片机结成片状固体苯酐，再经称量包装机包装后经过皮带输送机送至产品临时堆放仓库待售。结片机为一个经抛光并能够调转数不锈钢滚筒，其内部通冷却水，滚筒下部一部分侵入苯酐料盘内，转动滚筒在苯酐料盘沾上一层苯酐，经冷却变为一层结片。滚筒一侧装有一把固定和滚筒同长度刮刀，当滚筒上苯酐结片转至刮刀处时，被刮刀将结片刮下，落入结片机下方排放空中，经滑槽进入半自动包装码垛机，码完货垛由非防爆内燃机叉车送入成品库待销。2.4.6 废液焚烧废液焚烧装置关键是处理来自尾气洗涤塔产生顺酸废水。因为废水中有机组分含量相对比较少，废水热值低，本身不能进行燃烧，所以采取天然气作为关键燃料进行燃烧，将废水喷入焚烧炉中，由过热蒸汽进行雾化。在焚烧炉中，废液所含有机物在高温下全部分解成CO2和H2O。2.5 工艺步骤方块图邻二甲苯结片包装天 然 气苯 酐产 品副产蒸汽精 馏废液焚烧循环油副产蒸汽列 管 式 氧 化 反 应 器鼓风系统原料热 油 炉废气冷凝回收粗苯酐置加热蒸汽循环冷油尾 气洗 涤预 处 理天 然 气图2-1 工艺步骤方块图3. 物料衡算物料衡算准则就是质量守恒定律，即“进入一个系统全部物料必等于离开这个系统全部物料，再加上过程损失量和在系统中积累量”。依据质量守恒定律，对研究系统作物料衡算，可由下式表示13：G进=G出+G损+G积 其中式中： G进 输入物料量总和； G出 输出物料量总和； G损 总物料损失量； G积 系统中积累量。依据设计任务，苯酐生产能力为40000吨/年，产品纯度达成99.9wt%根据8000小时开工计算，每小时生产能力：40000100099.9%/8000= 4995kg/h3.1 反应器中氧化反应物料衡算3.1.1 氧化反应过程衡算基准此次设计以每小时生产4995 kg为基准，进料量4700 kg/h，转化率99.9%；生成苯酐选择性约为0.8；空气和邻二甲苯进料比为9.5:1；关键副产品为苯酞、顺酐、苯甲酸、柠槺酐、二氧化碳、一氧化碳等。3.1.2 氧化反应过程物料衡算图画出衡算方框图，标出相关计算目标，然后进行计算：固 定 床反 应 器邻二甲苯空 气苯酐 水一氧化碳二氧化碳 顺 酐苯甲酸苯 酞 柠糠酐 图3-1 反应过程物料衡算图3.1.3 氧化反应过程物料衡算：邻二甲苯和空气催化氧化主反应式： 106 32 148 18 x 3y 4995 z所以主反应中： (1)邻二甲苯消耗量： x = 3577.5 kg/h 氧气消耗量： y = 3240 kg/h 水生成量： z = 1822.5 kg/h （2） 邻二甲苯转化率为99.9%，且邻二甲苯进气量为4700kg/h，所以： 邻二甲苯生产苯酐选择性为：3577.5/4700/99.9%=76.27%。（3）设计进料空邻比为9.5:1，所以空气进料量计算： w空 = 44650 kg/h 空气中 O2所占百分比为21%，所以工艺空气中氧气进料量：w氧 = 4465021% = 9376.5kg/h。 进而得出空气中不参与反应惰性气体（关键为氮气）总进料量： w惰 = 44650-9376.5 = 35273.5kg/h经过对苯酐反应原理了解，在反应器中，苯酐和空气接触还发生一系列副反应，由上面计算可知，邻二甲苯氧化部分除了生成苯酐，还约有23.7%发生了副反应。此次设计对副反应只考虑占总百分比较大部分反应。依据工厂实际经验在该温度段所得数据，具体给出邻二甲苯对各副产物转化率以下表： 表3-1 副反应转化率副产物顺酐苯甲酸苯酞柠糠酐二氧化碳一氧化碳转化率%