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苯酐生产流程模拟
Aspenplus大作业综述
题目:
邻二甲苯制苯酐生产工艺流程模拟综述
学生某X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
2014年5月12日
摘要
苯酐是重要的有机化工原料,主要用于增塑剂、涂染料、聚酯、不饱和聚脂树脂、醇酸树脂等领域,因此苯酐的生产是现在企业的重要工艺流程之一,而提高产率也是此行业的最为关注的问题。
根据市场预测,由于目前原料邻二甲苯的供应比较紧X,价格居高不下,导致苯酐的生产成本又面临考验。
由此可见,提高苯酐的生产产量将会大大的提高各化工企业的竞争实力,满足市场的要求,进行苯酐生产工艺的设计与改进对于国内外市场都具有重要的意义。
本设计生产大约40000吨/y高纯度的苯酐,是选用的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酐及副产品顺酐和苯甲酸,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,粗苯酐加热后进入到精馏塔中进行精馏得到收率为99.8%的苯酐。
随着计算技术和计算机技术的发展,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作为辅助设计的主要工具,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验该流程是否可行。
ABSTRACT
Phthalicanhydrideisanimportantorganicchemicalrawmaterials,mainlyusedinthefieldsplasticizers,dyescoatedpolyester,unsaturatedpolyesterresins,alkydresins,etc.,andthereforetheproductionofphthalicanhydrideisnowoneoftheimportantbusinessprocesses,andimproveproductivityrateistheissueofmostconcerninthisindustry.Accordingtomarketforecasts,thesupplyofrawmaterialsduetothecurrenttighto-xylene,highprices,leadingtotheproductioncostsofPAisfacingchallenges.Thus,toimprovetheyieldofphthalicanhydrideproductionwillgreatlyimprovethepetitivenessofthevariouschemicalpaniestomeetmarketrequirements,phthalicanhydrideproductionprocessdesignandimprovementhasimportantimplicationsfordomesticandinternationalmarkets.
Thedesignandproductionofabout40,000t/yofhighpurityphthalicanhydride,isthechoiceofafixedbedoxidationofo-xylene,thebasicprincipleismeasuredaftero-xylenewasmeasuredwithpreheatedairandheating,contactmixerafterenteringthevaporizedreactionby-productsandmaleicanhydrideandbenzoicacidinthefixed-bedreactor,throughthegascoolerenteringtheflashtankofwaterdistilledoffmostoftheunreactedstartingmaterialandgenerationofCO2,H2Oandothergases,heatingthecrudephthalicanhydrideafterenteringintothedistillationcolumnisrectifiedtoobtainayieldof99.8%ofphthalicanhydride.
Withthedevelopmentofputertechnologyandputertechnology,chemicalprocesssimulationsoftwarehasbeeincreasinglysophisticated,puter-aideddesignarebeingincreasinglywidespread.Duringchemicalengineeringdesign,systemsimulationusingprocessmaterialbalanceandheatbalance,investmentandcostestimatesandotherissuesandtheuseofprocesssimulationsoftwareforoveralloptimizationhasbeeincreasinglymon.Inthispaper,usingthemostpopularASPENchemicalprocesssimulationsoftwareasoneofthemaintoolsaideddesign,materialsandprocess-relatedandenergyaccountancybasicallygivesthesoftwareandthedesignprocessofconvergencetocalculatewhetherornottotheinspectionprocessisfeasible.
第1章引言6
第2章组分7
2.1邻二甲苯7
2.2空气7
2.3苯酐8
2.4苯酞8
2.5顺酐8
2.6苯甲酸9
第3章邻二甲苯生产苯酐工艺过程介绍10
第4章物性方法11
第5章反应动力学12
第6章邻苯二甲酸酐生产过程模拟13
第7章模拟结果验证16
第8章结论17
参考文献18
第1章引言
化工过程设计是一门将一个化学新产品、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分的判断依据,是我们进行化工企业项目开发的一个必要前期工作。
化工过程设计主要包括:
新(或新产品)工艺过程的提出;将实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);项目投资的估算;工业过程的优化(包括能量的节省、环境的保护等)。
目前化工过程模拟已成为普遍采用的手段,广泛应用于化工过程的研究、开发、设计、生产操作的控制和优化、操作培训及技术改造。
流程模拟系统迅速准确,不仅可以节约时间和成本,还可以提高产品产量和质量,降低消耗。
化工过程模拟技术主要的模拟软件有AspenPlus、PROⅡ、Chemcad、Hysys等系统。
本文利用Aspen软件对邻二甲苯固定床氧化法生产苯酐工艺流程进行模拟,并进行评估分析。
苯酐是一种重要的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。
目前绝大部分苯酐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萘的工艺。
邻苯法工艺利用邻二甲苯在固定床列管反应器内选择性氧化生成苯酐。
本文主要是简单的进行ASPEN模拟流程模拟苯酐的合成与分离以及一些简单的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,并且伴随副反应的发生。
主反应C8H10+3O2→C8H4O3+3H2O
副反应2C8H10+15O2→2C4H2O3+8CO2+8H2O
C8H10+3O2→C7H6O2+CO2+2H2O
2C8H10+21O2→16CO2+10H2O
2C8H4O3+15O2→16CO2+4H2O
C4H2O3+3O2→4CO2+H2O
2C7H6O2+15O2→14CO2+6H2O
主要组分有原料邻二甲苯(C8H10),空气(O2和不参加反应的N2);目的产物苯酐(C8H4O3);副产物、顺酐、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-Xylene,它是生产苯酐(邻苯二甲酸酐,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%左右用于生产苯酐。
邻二甲苯与苯酐之间的关系可谓息息相关,相互依存。
邻二甲苯是从炼厂或烯烃装置生产芳烃中C6~C8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馏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的浓度含量会随着季节和地区而发生变化。
表达分子式:
Air等效分子量:
28.959始沸点:
-194.35℃(101.325kPa)露点:
-191.41℃(101.325kPa)气体密度:
1.2931g/L(101.325kPa,干燥空气)。
空气主要由78%的氮气、21%的氧气、0.94%的稀有气体,0.03%的二氧化碳,0.03%的其它气体和水蒸气、杂质物质、杂质气体共同组成;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%氮气的混合物。
2.3苯酐
苯酐又名邻苯二甲酸酐,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130.8℃,沸点284.5℃,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、苯和吡啶,微溶于乙醚。
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,也是一种重要的染料中间体。
近年来,随着国内涂料行业的发展,醇酸树脂漆、氨基树脂漆等以醇酸树脂为原料的涂料产品正在持续发展,今后该领域的苯酐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,必将有效带动苯酐需求的增长,进而推动苯酐产能的提高。
2.4苯酞
即邻羟甲基苯甲酸内酯,英文名称Phthalide分子式(Formula)C8H6O2,针状或片状结晶。
溶于醇、醚和热水,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1,4-二氯蒽醌、1
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