年產(chǎn)40000噸苯酐生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)說(shuō)明書.doc

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1、武夷學(xué)院 目 錄 1. 概 述 5 1.1 苯酐簡(jiǎn)述 5 1.2 苯酐的一般性狀[2] 5 1.3 苯酐的生產(chǎn)方法概述 6 1.3.1 萘法概況 7 1.3.2 鄰法概況 7 1.3.1 鄰法制苯酐幾種工藝簡(jiǎn)介 8 1.3.3 國(guó)內(nèi)工藝現(xiàn)狀 10 2. 工藝流程 10 2.1原料名稱及規(guī)格[4] 10 2.2 反應(yīng)原理 10 2.3 苯酐生產(chǎn)工藝催化劑 11 2.3.1 苯酐催化劑的選擇 11 2.4 工藝流程簡(jiǎn)述[4] 12 2.4.1 氧化部分 12 2.4.2 冷凝回收 13 2.4.3 尾氣洗滌 13 2.4.4 預(yù)處理 13 2.4.5

2、 結(jié)片包裝 14 2.4.6 廢液焚燒 14 2.5 工藝流程方塊圖 15 3. 物料衡算 15 3.1 反應(yīng)器中氧化反應(yīng)的物料衡算 16 3.1.1 氧化反應(yīng)過(guò)程的衡算基準(zhǔn) 16 3.1.2 氧化反應(yīng)過(guò)程的物料衡算圖 16 3.1.3 氧化反應(yīng)過(guò)程的物料衡算： 16 3.2 冷凝工段物料衡算 20 3.3 精餾工段物料衡算 21 3.3.1 物料衡算： 21 3.3.2 輕組分塔物料衡算 22 4. 能量衡算 23 4.1 熱量衡算方程式 24 4.1 反應(yīng)過(guò)程的能量方框圖 24 4.2 反應(yīng)器能量橫算過(guò)程 24 4.2.1 Q1和Q4的計(jì)算 24 4.2.

3、2 過(guò)程Q3的計(jì)算 25 4.2.3 Q5的計(jì)算 26 4.2.4 Q2的計(jì)算 26 4.3 反應(yīng)器能量衡算表 26 5. 精餾塔的工藝設(shè)計(jì)及選型 27 5.1 確定操作條件 27 5.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理 27 5.3 塔板數(shù)的確定 30 5.4 塔徑的計(jì)算及板間距離的確定 31 5.4.1 精餾段 31 5.4.2 提餾段 31 5.5 塔高的計(jì)算 32 5.6 溢流堰長(zhǎng)計(jì)算 32 5.7 塔體厚度的計(jì)算 32 5.8 塔設(shè)備計(jì)算結(jié)果列表 33 6. 苯酐生產(chǎn)裝置其他主要設(shè)備選擇 34 6.1 主要附件設(shè)備選擇 34 6.2 反應(yīng)器組設(shè)計(jì) 35 6.2.

4、1 固定床列管反應(yīng)器設(shè)計(jì)： 35 6.2.2 熔鹽循環(huán)泵： 35 6.2.3 電加熱器 35 6.2.4 熔鹽冷卻器 35 6.2.5 蒸汽過(guò)熱器 36 6.2.6 鄰二甲苯汽化器 36 6.2.7 熔鹽調(diào)節(jié)閥 36 參 考 文 獻(xiàn) 37 1. 概 述 1.1 苯酐簡(jiǎn)述 苯酐，鄰苯二甲酸酐，簡(jiǎn)稱苯酐，英文縮寫PA（Phthalicanhydride），是一種重要的基本有機(jī)化工原料，被認(rèn)為是十大有機(jī)化工原料之一。苯酐主要用于制造增塑劑、聚酯樹(shù)脂和醇酸樹(shù)脂，此外，還

5、可用于生產(chǎn)涂料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、糖精等。我國(guó)苯酐最主要的用途是生產(chǎn)鄰苯二甲酸酯類增塑劑，如鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯、混合酯等，該類增塑劑大量用于聚氯乙烯塑料制品的加工；其次是用于生產(chǎn)醇酸樹(shù)脂和氨基樹(shù)脂涂料。苯酐還可以用于不飽和聚酯的生產(chǎn)，在染料工業(yè)中用以合成蒽醌，在顏料生產(chǎn)中合成酞青蘭BS、酞菁藍(lán)CT、酞菁藍(lán)B等顏料；在醫(yī)藥工業(yè)中用于制備酚酞，在農(nóng)藥生產(chǎn)中用于亞胺磷等中間體的生產(chǎn)。常溫下為一種白色針狀結(jié)晶（ 工業(yè)苯酐為白色片狀晶體），易燃，在沸點(diǎn)以下易升華，有特殊輕微的刺激性氣味。苯酐能引起人們呼吸器官的過(guò)敏性癥狀，苯酐的粉塵或蒸汽對(duì)皮膚、眼睛及呼吸道有刺激作用，特別對(duì)潮濕的組織刺激更大

6、。 1.2 苯酐的一般性狀[2] 苯酐，常溫下為一種白色針狀結(jié)晶（ 工業(yè)苯酐為白色片狀晶體），易燃，沸點(diǎn)以下易升華，有特殊輕微刺激性氣味。分子式C8H4O3，相對(duì)密度1.527(4.0℃)，熔點(diǎn)131.6℃，沸點(diǎn)295℃（升華），閃點(diǎn)（開(kāi)杯）151.7℃，燃點(diǎn)584℃。微溶于熱水和乙醚，溶于乙醇、苯和吡啶。 （1）苯酐的物理常數(shù)如下： 分子式：C8H4O3；C6H4(CO)2O 分子量：148.12CAS號(hào)：85-44-9 沸點(diǎn)：284.5℃（101KPa） 凝固點(diǎn)：131.11℃(干燥空氣) 熔點(diǎn)：130.5℃三相點(diǎn)：131.00℃ 自燃點(diǎn)：584℃ 密度：相對(duì)密度(水=

7、1)：1.53； 相對(duì)密度(空氣=1)：5.10 閃點(diǎn)：151.7℃（開(kāi)杯） 蒸汽壓：0.13 kPa/96.5℃ 溶解性：不溶于冷水，溶于熱水、乙醇、乙醚、苯等多數(shù)有機(jī)溶劑 熔融色度（色度號(hào)）≤100 熱穩(wěn)定色度（色度號(hào)）≤150 結(jié)晶點(diǎn)≥130.0℃ 純度≥99.5% 游離酸含量≤0.5% 穩(wěn)定性：穩(wěn)定 危險(xiǎn)標(biāo)記：20(腐蝕品) （2）苯酐的熱力學(xué)常數(shù) 比熱容：0.4229 J/g.K(90K) 0.7637 J/g.K(200K) 1.0999 J/g.K(300K) 熔融熱：23.446 kJ/mol(

8、131℃) 升華熱：88.76 kJ/mol(131℃) 燃燒熱：3264.9 kJ/mol(25℃氣體) 3259.9 kJ/mol(25℃固體) 生成熱：-373.6 kJ/mol(25℃氣體) -460.7 kJ/mol(25℃固體) 絕對(duì)熵：179.6 kJ/(mol.℃)(25℃) 生成自由能：-332.6kJ/mol(25℃) 溶解熱：43.96℃（在25℃水中） 水合常數(shù)：0.607(25℃) 臨界常數(shù)：溫度tc,K:810 壓力pc,Mpa:4.61

9、 密度ρc,g/cm3:0.402 壓縮因子Zc:0.26 1.3 苯酐的生產(chǎn)方法概述 目前，全球苯酐生產(chǎn)所采用的工藝路線有萘流化床氧化和萘/鄰二甲苯固定床氧化，其中鄰二甲苯固定床氧化技術(shù)約占世界總生產(chǎn)能力的90%以上。鄰二甲苯固定床氧化技術(shù)占美國(guó)總生產(chǎn)能力的82%，西歐的86%和日本的58%。由于萘法生產(chǎn)方法受到原料、消耗、成本等方面的限制，所以該生產(chǎn)方法受到了影響，萘流化床氧化工藝在國(guó)外已逐步淘汰，但是在我國(guó)的苯酐生產(chǎn)中仍占有一定比例。隨著我國(guó)石化工業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展和苯酐裝置的技術(shù)引進(jìn)，目前我國(guó)較大規(guī)模的苯酐生產(chǎn)都采用鄰苯氧化法。我國(guó)現(xiàn)

10、有的苯酐生產(chǎn)廠，萘法約占18%，鄰苯氧化法約占82%；苯酐總生產(chǎn)能力，萘法占13%-15%，鄰法占85%-87%[3]。 1.3.1 萘法概況 萘法作為最早生產(chǎn)苯酐的方法，也是最早形成工業(yè)化生產(chǎn)的方法，其原料為焦油萘。空氣經(jīng)凈化、壓縮預(yù)熱后進(jìn)入流化床反應(yīng)器底部，噴入液體萘，萘汽化后與空氣混合，通過(guò)流化狀態(tài)的催化劑層，發(fā)生放熱反應(yīng)生成苯酐。反應(yīng)器內(nèi)裝有列管式冷卻器，用水為熱載體移出反應(yīng)熱。反應(yīng)氣體經(jīng)三級(jí)旋風(fēng)分離器，把氣體攜帶的催化劑分離下來(lái)后，進(jìn)入液體冷凝器，有40%－60%的粗苯酐以液態(tài)冷凝下來(lái)，氣體再進(jìn)入切換冷凝器（又稱熱融箱）進(jìn)一步分離粗苯酐，粗苯酐經(jīng)預(yù)分解后進(jìn)行精餾得到苯酐成品。尾氣

11、經(jīng)洗滌后排放，洗滌液用水稀釋后排放或送去進(jìn)行催化焚燒。我國(guó)在1953年開(kāi)始萘法生產(chǎn)苯酐，當(dāng)時(shí)是以萘為原料，固定床氣相氧化法生產(chǎn)苯酐。1958年我國(guó)又開(kāi)發(fā)了流化床工藝，并在此基礎(chǔ)上建設(shè)了多套工業(yè)生產(chǎn)裝置。在生產(chǎn)中工藝不斷被改進(jìn)，如投料方式發(fā)展為霧化進(jìn)萘、氣固分離采用國(guó)產(chǎn)高效耐磨旋風(fēng)分離器等，這些改進(jìn)不僅使產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量大為提高，同時(shí)也大大降低了萘法的能耗。由于我國(guó)萘流化床法發(fā)展較快，到1988年大部分工廠仍在采用萘流化床法生產(chǎn)苯酐，當(dāng)時(shí)萘法產(chǎn)量高達(dá)總產(chǎn)量的90%。隨著我國(guó)石油工業(yè)的發(fā)展以及鄰法技術(shù)的開(kāi)發(fā)，萘法的劣勢(shì)顯露出來(lái)：原料焦油萘供應(yīng)日趨緊張，價(jià)格不斷上揚(yáng)，單臺(tái)反應(yīng)器生產(chǎn)能力較低，這些都不

12、可避免地造成了萘法的高能耗。由于萘法生產(chǎn)在降低能耗上沒(méi)有再出現(xiàn)大的進(jìn)展，在大量低價(jià)位鄰法苯酐的沖擊下，使萘法的利潤(rùn)空間越來(lái)越小，為了提高自身的經(jīng)濟(jì)效益，眾多的萘法廠家開(kāi)始進(jìn)行工藝改造，轉(zhuǎn)向鄰法生產(chǎn)，到1999年萘法產(chǎn)量已不足10%，到了21世紀(jì)，萘法在我國(guó)已逐漸被淘汰掉。 1.3.2 鄰法概況 隨著苯酐產(chǎn)量的迅速增長(zhǎng)，焦油萘越來(lái)越不能滿足生產(chǎn)的需要，而隨著石油工業(yè)的發(fā)展，又提供了大量廉價(jià)的鄰二甲苯，擴(kuò)大了苯酐的原料來(lái)源。過(guò)濾、凈化后的空氣經(jīng)過(guò)壓縮，預(yù)熱后與汽化的鄰二甲苯混合進(jìn)入固定床反應(yīng)器進(jìn)行放熱反應(yīng)，反應(yīng)管外用循環(huán)的熔鹽移出反應(yīng)熱并維持反應(yīng)溫度，熔鹽所帶出的反應(yīng)熱用于生產(chǎn)高壓蒸氣（高壓

13、蒸氣可用于生產(chǎn)的其他環(huán)節(jié)也可用于發(fā)電）。反應(yīng)器出來(lái)的氣體經(jīng)預(yù)冷器進(jìn)入翅片管內(nèi)通冷油的切換冷凝器，將苯酐凝結(jié)在翅片上，然后再定期通入熱油將苯酐熔融下來(lái)，經(jīng)熱處理后送連續(xù)精餾系統(tǒng)除去低沸點(diǎn)和高漲點(diǎn)雜質(zhì)，得到苯酐成品。從切換冷凝器出來(lái)的尾氣經(jīng)兩段高效洗滌后排放至大氣中。含有機(jī)酸濃度達(dá)30％的循環(huán)液送到順酐回收裝置或焚燒裝置，也可回收處1964年，美國(guó)在工業(yè)上首次采用鄰二甲苯為原料氣相氧化生產(chǎn)苯酐。由于石油鄰二甲苯資源比較豐富，理論收率高（鄰二甲苯制取苯酐理論收率為139.6wt%，萘為115.6wt%）。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，生產(chǎn)苯酐的原料從萘轉(zhuǎn)向鄰二甲苯。隨著催化劑研發(fā)的重大進(jìn)展以及參加反應(yīng)的空

14、氣和鄰二甲苯比例的降低，再加上生產(chǎn)設(shè)備大型化的實(shí)現(xiàn)等一系列新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，進(jìn)一步加速了原料的轉(zhuǎn)換進(jìn)程。自80年代以來(lái)，世界各國(guó)相繼開(kāi)發(fā)了“70 g工藝”、“80 g工藝”、“90 g工藝”，并正向著更高負(fù)荷的技術(shù)進(jìn)軍。我國(guó)在70年代開(kāi)發(fā)并建成了以鄰二甲苯為原料的“40 g工藝”固定床氣相催化氧化法生產(chǎn)苯酐的工業(yè)裝置，80年代又分別從德國(guó)引進(jìn)兩套4萬(wàn)t/a和一套2萬(wàn)t/a鄰法苯酐生產(chǎn)裝置。我國(guó)苯酐的生產(chǎn)逐漸轉(zhuǎn)向了鄰法，萘法則慢慢被淘汰。1992年國(guó)內(nèi)苯酐生產(chǎn)能力達(dá)25.95萬(wàn)t，鄰法占60%以上，1999年，生產(chǎn)能力近40萬(wàn)t，鄰法已占90%以上，2003年，苯酐產(chǎn)能約為76.5萬(wàn)t，幾乎全

15、部為鄰法產(chǎn)品，而且此時(shí)生產(chǎn)廠家也超過(guò)了四十多家，并不斷有新的鄰法裝置建成、投產(chǎn)。近幾年，各廠家也都在為提高自身產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力而不斷地在節(jié)能降耗等方面改進(jìn)、完善著自已的工藝，這就使得鄰法工藝更加成熟，更加先進(jìn)。 萘法與鄰法之間的比較： (a)原料供應(yīng) 隨著石油工業(yè)的發(fā)展，提供了廉價(jià)的鄰二甲苯，而其鄰二甲苯的資源較為豐富，因此，從原料方面來(lái)講，鄰法較萘法優(yōu)越。 (b)消耗方面 鄰法較萘法制苯酐理論收率高，鄰法制苯酐理論收率為139.6%，而萘法則是115.6%，因此，鄰法較萘法生產(chǎn)苯酐從消耗上講，成本應(yīng)該較低。 (c)單套反應(yīng)系統(tǒng)生產(chǎn)能力 從規(guī)模經(jīng)濟(jì)的角度，反應(yīng)能力大意味著生產(chǎn)成

16、本低。苯酐單套裝置生產(chǎn)能力，美國(guó)平均位90kt/a，最大為118kt/a，均為鄰法；德國(guó)鄰法裝置平均能力為85kt/a，英、法、意等國(guó)單套鄰法裝置能力也達(dá)到了80~90kt/a；日本鄰法單套裝置能力平均為60kt/a，最大90kt/a，萘法以30kt/a為主，由此可見(jiàn)鄰法生產(chǎn)苯酐成本較低[4]。 1.3.1 鄰法制苯酐幾種工藝簡(jiǎn)介 鄰二甲苯固定床氣相氧化法主要有BASF,Vom-Heyden,ElfAtochem/日觸和Alus-uisse Italia等幾種典型的生產(chǎn)工藝。 (1) BASF工藝 此法系德國(guó)BASF公司開(kāi)發(fā)的技術(shù)，最初為低溫低空速法，1968年改為低溫高空速法。BAS

17、F工藝于1976年工業(yè)化生產(chǎn)，總生產(chǎn)能力超過(guò)100萬(wàn)噸/年，BASF工藝的單臺(tái)反應(yīng)器最大生產(chǎn)能力為45kt/a；收率達(dá)109%；尾氣回收5%順酐；整個(gè)過(guò)程無(wú)廢水；從切換冷凝器中出來(lái)的廢氣回收順酐后催化焚燒排空。經(jīng)凈化預(yù)熱后的空氣與氣化的鄰二甲苯混合進(jìn)入列管式固定床反應(yīng)器，在釩-鈦環(huán)形催化劑表面進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為360℃，空速為3000/h，反應(yīng)熱由熔鹽導(dǎo)出。粗苯酐在微負(fù)壓下采用高溫或同時(shí)添加少量化學(xué)品除去某些雜質(zhì)后送入精餾塔精制。 (2) Von-Heyden工藝 近年來(lái)各國(guó)新建的苯酐生產(chǎn)裝置基本上都采用Von-Heyden工藝，至今世界上已有110套以上的裝置采用此工藝，總生產(chǎn)能力為1

18、60萬(wàn)噸/年，單臺(tái)反應(yīng)器的最大生產(chǎn)能力為50kt/a；裝置可以使用鄰二甲苯也可以使用萘為原料，裝置具有很大的原料靈活性；該工藝有三種V-Ti系催化劑，分別用于鄰二甲苯、萘及兩者的混合物，催化劑壽命大于3年，且不需要加SO2；進(jìn)料比為80g鄰苯/ m3 空氣；順酐收率為114%-115%，以萘為原料時(shí)為97%-99%。該工藝所采用的催化劑適用于鄰二甲苯、萘以及鄰二甲苯和萘的混合料，設(shè)計(jì)的催化劑負(fù)荷為鄰二甲苯100g/ m3空氣（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)）；工藝中產(chǎn)生的廢氣，經(jīng)水洗或焚燒排空，洗液可用于回收順酐，生產(chǎn)1t苯酐可回收順酐40-50kg，該工藝與BASF工藝相近。 (3) ElfAtochem /日觸

19、工藝 ElfAtochem公司于1970年開(kāi)始開(kāi)發(fā)低能耗工藝，1986年該公司決定采用日觸公司壽命長(zhǎng)、選擇性高的苯酐催化劑，并與日觸公司共同開(kāi)發(fā)了ElfAtochem/日觸工藝。該工藝的總生產(chǎn)能力約40萬(wàn)噸/年，單臺(tái)反應(yīng)器最大生產(chǎn)能力為20kt/a，以鄰二甲苯為原料，該工藝最多的特點(diǎn)是改變了尾氣處理工藝和進(jìn)料中氧濃度，開(kāi)創(chuàng)了尾氣循環(huán)工藝，將部分尾氣循環(huán)到進(jìn)料中，使進(jìn)料中氧濃度由21%降到10%，進(jìn)料鄰二甲苯濃度增至83 g/m3；催化劑壽命3年；苯酐收率為128.9%；不參加循環(huán)的尾氣通過(guò)催化焚燒回收熱能；催化劑以釩為主，選用Ti、Nb、P、K、Cs、Na以及稀土元素等氧化物為助催化劑，以特

20、制的碳化硅球?yàn)檩d體。該工藝與BASF工藝相似，工藝尾氣全部催化焚燒處理，有機(jī)雜質(zhì)含量低，無(wú)大氣污染。 (4) Alusuisse Italia工藝 意大利的Alusuisse公司于1986年開(kāi)發(fā)了Alusuisse Italia低空烴比工藝，該工藝特點(diǎn)是使用大型反應(yīng)器，設(shè)備利用率高，提高了40%，空氣對(duì)鄰二甲苯的質(zhì)量比由20:1減少到9.5:1，而原料氣濃度可提高到鄰二甲苯134g/m3空氣（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)），因而設(shè)備體積小，生產(chǎn)率高，并實(shí)現(xiàn)50%的粗苯酐以液態(tài)回收，以減少熱熔冷凝器的換熱面積。到1996年，世界各地共有11套裝置采用該工藝，總生產(chǎn)能力為24.9萬(wàn)噸/年[5]。 (5) 主要生

21、產(chǎn)工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較 Von-Heyden工藝特點(diǎn)是低能耗，高負(fù)荷，生產(chǎn)能力大，催化劑活化時(shí)不必使用SO2。BASF工藝的技術(shù)特點(diǎn)是低反應(yīng)溫度和高空速，水洗回收副產(chǎn)品順酐，生產(chǎn)費(fèi)用低，無(wú)廢水排出，采用蒸汽透平，輸出中壓空氣。日觸工藝的特點(diǎn)是低空烴比，操作安全性能好；負(fù)荷高，空氣量相應(yīng)減少，總能耗下降，因此該工藝具有投資較低，能耗少，成本低和無(wú)污染的優(yōu)勢(shì)。Alusuisse Italia工藝工藝的設(shè)備投資較少。 1.3.3 國(guó)內(nèi)工藝現(xiàn)狀 我國(guó)苯酐生產(chǎn)裝置規(guī)模較大的為鄰法，而且絕大部分引進(jìn)裝置，如金陵石化、齊魯石化90年代投產(chǎn)的40kt/a苯酐裝置是引進(jìn)德國(guó)BASF的技術(shù)，哈石化引進(jìn)的是德

22、國(guó)Davy的技術(shù)，三者都是大型固定床的低能耗反應(yīng)器，催化劑為60g工藝。目前，金陵石化公司的苯酐裝置經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)改造，解決了裝置技術(shù)薄弱環(huán)節(jié)，采用進(jìn)料更高負(fù)荷催化劑，；哈石化的苯酐裝置反應(yīng)器的反應(yīng)管有10320根，可裝13t左右的催化劑；吉化40kt/a的苯酐裝置引進(jìn)的是意大利Alussuisse工藝，反應(yīng)器大而且苯酐進(jìn)料濃度高，技術(shù)處于國(guó)內(nèi)較先進(jìn)的水平，而計(jì)劃引進(jìn)的金陵石化、錦化苯酐項(xiàng)目都引進(jìn)德國(guó)技術(shù)，建設(shè)40kt/a的苯酐裝置，因此我國(guó)的苯酐生產(chǎn)工藝與所引進(jìn)的技術(shù)很接近，我國(guó)的苯酐生產(chǎn)工藝技術(shù)已經(jīng)擁有國(guó)際較先進(jìn)的水平。 2. 工藝流程 2.1原料名稱及規(guī)格[4] 生產(chǎn)能力：年產(chǎn)4萬(wàn)

23、噸鄰苯二甲酸酐車間工藝設(shè)計(jì) 生產(chǎn)時(shí)間：8000h/年 產(chǎn)品流量：5000kg/h 產(chǎn)品純度：≥99.9% 產(chǎn)品回收率：95% 主要原材料的規(guī)格及來(lái)源 鄰二甲苯（96%），主要生產(chǎn)企業(yè)為一些國(guó)內(nèi)大型石化企業(yè)。催化劑為V2O5-TiO2系列負(fù)載型催化劑。 設(shè)計(jì)階段：初步設(shè)計(jì) 2.2 反應(yīng)原理 鄰二甲苯和空氣的氣態(tài)混合物在滿足催化劑活性的合理溫度條件下，在催化劑表面發(fā)生主反應(yīng)生成苯酐，副反應(yīng)生成順酐、苯甲酸、檸糠酐和苯酞等副產(chǎn)物。部分過(guò)氧化生成CO2和CO。 用于鄰二甲苯部分氧化的催化劑是V-Ti系表面涂層催化劑。載體是瓷環(huán)。催化劑的活性和選擇性、反應(yīng)控制溫度、鄰二甲苯純度、空間

24、速度，對(duì)于鄰二甲苯部分氧化生成苯酐的產(chǎn)率具有決定性的影響。 以鄰二甲苯為原料氣相催化氧化法制取苯酐的反應(yīng)歷程包括一系列平行和串聯(lián)反應(yīng)。主要反應(yīng)式如下[11]： 主反應(yīng)： 主要副反應(yīng)： 2.3 苯酐生產(chǎn)工藝催化劑 2.3.1 苯酐催化劑的選擇 自50年代起，相繼開(kāi)發(fā)出多種形式的鄰二甲苯氧化用催化劑，其中最成功的工業(yè)應(yīng)用最廣泛的是以V2O5-TiO2為主要活性組分的高負(fù)荷催化劑[10]。當(dāng)今世界苯酐生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)展主要體現(xiàn)在高收率、高選

25、擇性、高負(fù)荷催化劑的開(kāi)發(fā)和現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的改進(jìn)上。例如BASF開(kāi)發(fā)了多種牌號(hào)的催化劑（04-28、29、32、40、66 等），從BASF在華公開(kāi)CN1795049 專利透露的苯酐生產(chǎn)用催化劑看，采用的是活性逐漸增加的3層以上催化體系。通常最上部催化劑區(qū)的床長(zhǎng)度為80-160cm，其催化劑比表面積為5-30m2/g；中部催化劑區(qū)的床長(zhǎng)度50-160cm，其催化劑比表面積為10-40 m2/g；最下部催化劑區(qū)的床長(zhǎng)度為40-90 cm,其催化劑比表面積為15-50 m2/g。活性低的催化劑比表面積小，而且負(fù)載活性組分量也少，其中以重量計(jì)，V2O5為6％-11％，Sb2O3為0％-3％，堿金屬為0.

26、1％-1％；活性高的催化劑V2O5為5％-15％，Sb2O3為0％-3％，堿金屬為0.0％-0.4％，還有0％-0.4％的磷[7]。 目前國(guó)內(nèi)知名的增塑劑及苯酐企業(yè)已經(jīng)成功應(yīng)用了04-28、04-66、R-HYHL-IV等BASF系列催化劑產(chǎn)品，幾種催化劑性能、特點(diǎn)、優(yōu)劣各有千秋，但是他們的主要成份都是V2O5-TiO2，并且催化劑載體都是瓷環(huán)[8]。 2.4 工藝流程簡(jiǎn)述[4] 苯酐生產(chǎn)工藝系統(tǒng)包括氧化反應(yīng)部分、冷凝水洗部分、苯酐精制部分。 2.4.1 氧化部分 鄰二甲苯通過(guò)換熱器預(yù)熱，經(jīng)凈化換熱器加熱后在汽化器內(nèi)混合均勻并完全霧化，進(jìn)入反應(yīng)器反應(yīng)。反應(yīng)器內(nèi)埋填化熱列管，用熔鹽循環(huán)

27、移去反應(yīng)熱，熱的熔鹽產(chǎn)生高壓蒸汽。鄰二甲苯部分氧化生成苯酐所必需的工藝空氣由空氣鼓風(fēng)機(jī)壓縮供給。工藝空氣經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器除去其中的灰塵等，這些灰塵可能降低催化劑的活性。通過(guò)過(guò)濾器后，純凈的空氣經(jīng)過(guò)入口側(cè)的進(jìn)氣消音器被鼓風(fēng)機(jī)壓縮至0.055 MpaG?？諝夤娘L(fēng)機(jī)是單級(jí)電動(dòng)離心式壓縮機(jī)。通過(guò)出氣消音器的壓縮空氣進(jìn)入空氣預(yù)熱器。被加熱空氣的出口溫度大約為185℃。工藝空氣通過(guò)空氣預(yù)熱器進(jìn)入鄰二甲苯氣化器。 來(lái)源于鄰二甲苯罐的鄰二甲苯通過(guò)鄰二甲苯泵輸送到汽化器，在進(jìn)入汽化器前鄰二甲苯先后通過(guò)鄰二甲苯過(guò)濾器和鄰二甲苯加熱器，在進(jìn)入氣化器前鄰二甲苯先后通過(guò)鄰二甲苯過(guò)濾器和鄰二甲苯加熱器。位于鄰二甲苯管線上

28、的鄰二甲苯過(guò)濾器是一種雙切換過(guò)濾器，這樣鄰二甲苯中的顆粒將被完全過(guò)濾出。通過(guò)鄰二甲苯預(yù)熱器將鄰二甲苯加熱到145℃，殼側(cè)的加熱蒸汽為0.6MpaG飽和蒸汽。上述工藝物料和工藝空氣分別進(jìn)入鄰二甲苯氣化器。鄰二甲苯的流量根據(jù)空氣流量調(diào)節(jié)，空氣量在壓力補(bǔ)償下指示，裝置鄰二甲苯負(fù)荷為80g。 在汽化器中，鄰二甲苯通過(guò)噴嘴注入并與工藝空氣完全混合直接進(jìn)入苯酐反應(yīng)器中，反應(yīng)混合物從上到下流經(jīng)反應(yīng)器。在氣相中，鄰二甲苯在V-Ti催化劑的表面被選擇性氧化反應(yīng)生成苯酐。該反應(yīng)式強(qiáng)放熱反應(yīng)。部分反應(yīng)熱將反應(yīng)溫度加熱到370℃，大部分反應(yīng)熱經(jīng)循環(huán)的熔鹽移出。 苯酐反應(yīng)器為列管式反應(yīng)器，在反應(yīng)器殼側(cè)的傳熱介質(zhì)

29、為熔鹽。熔鹽通過(guò)熔鹽泵進(jìn)行循環(huán)，流經(jīng)反應(yīng)器同時(shí)吸收反應(yīng)放出的熱量。部分循環(huán)的熔鹽從鹽浴流經(jīng)外部的熔鹽冷卻器，熔鹽冷卻器有序流動(dòng)以維持鹽浴溫度的恒定。電加熱器在開(kāi)車時(shí)給鹽浴提供熱量并在停車期間保持足夠的鹽浴溫度。反應(yīng)器鹽浴的溫度，是由熔鹽控制閥調(diào)節(jié)通過(guò)熔鹽冷卻器的循環(huán)流量來(lái)控制的，熔鹽冷卻器鍋爐給水的量通過(guò)液位來(lái)進(jìn)行控制。帶外部加熱的熔鹽槽主要用于熔鹽的初次裝填和反應(yīng)器熔鹽的排放。 2.4.2 冷凝回收 熱的生成氣體離開(kāi)反應(yīng)器后在氣體冷卻器中被冷卻到165-175℃，然后進(jìn)入苯酐切換冷凝器凝固成反應(yīng)產(chǎn)物。反應(yīng)氣進(jìn)入切換冷凝器，其中四臺(tái)切換冷凝器中的三臺(tái)通入反應(yīng)氣體進(jìn)行凝華，另一臺(tái)處于熱熔或再

30、冷卻，并且根據(jù)固定的周期切換操作。 在切換冷凝器凝華階段，通過(guò)冷油冷卻器冷卻的導(dǎo)熱油被通入切換冷凝器的翅片管。苯酐凝華在翅片管的外表面。循環(huán)的導(dǎo)熱油的供給溫度合理選擇，以保證出切換冷凝器的氣體溫度大約為60℃。當(dāng)苯酐凝華結(jié)束后，通過(guò)熱油加熱器加熱的熱油被通入切換冷凝器的翅片管。粗苯酐被熱熔，收集在切換冷凝器底部然后流入粗苯酐貯罐中。粗苯酐通過(guò)粗苯酐送料泵進(jìn)入苯酐精制單元。導(dǎo)熱油流經(jīng)兩個(gè)循環(huán)回路，這兩個(gè)循環(huán)回路的油貯存罐分別是冷油罐和熱油罐，且兩貯罐相互連通。冷油通過(guò)冷油泵經(jīng)冷油冷卻器再流經(jīng)切換冷凝器回到冷油罐。通過(guò)冷油冷卻器的冷油溫度約為54℃。熱油通過(guò)熱油泵經(jīng)熱油加熱器再流經(jīng)切換冷凝器后回

31、到熱油罐。通過(guò)熱油加熱器的熱油溫度約為180℃。熱熔后，切換冷凝器被冷油冷卻然后準(zhǔn)備下一次苯酐凝華捕集。在開(kāi)始下一次凝華捕集之前，切換冷凝器需要大約40分鐘冷卻。 2.4.3 尾氣洗滌 從切換冷凝器排除的尾氣和精餾蒸汽噴射器過(guò)來(lái)的廢氣一起進(jìn)入尾氣洗滌塔，在洗滌塔中尾氣中的有機(jī)物通過(guò)洗滌水循環(huán)泵，經(jīng)過(guò)三級(jí)洗滌后被除去，經(jīng)洗滌后的尾氣直接向高空排入大氣。廢氣中被除去的主要有機(jī)物是順酐。三級(jí)洗滌回路中順酐的質(zhì)量濃度分別為2%，6%和17%(最大25%)。洗滌塔的補(bǔ)充水通過(guò)液位控制系統(tǒng)補(bǔ)充到洗滌塔內(nèi)。酸水被臨時(shí)貯存在酸水貯罐中，然后通過(guò)酸水輸送泵送至廢液焚燒爐。酸水正常的輸送量為1.5m3/h。

32、 2.4.4 預(yù)處理 粗苯酐輸送到熱處理單元，在第一處理段，粗苯酐加熱器將粗苯酐從160℃加熱到250℃進(jìn)行熱處理。在催化劑使用的末期，有必要將粗苯酐加熱到280℃進(jìn)行熱處理。粗苯酐加熱器的加熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油。導(dǎo)熱油通過(guò)熱油爐的循環(huán)泵進(jìn)行循環(huán)，熱油的溫度大約為300℃。 粗苯酐從苯酐緩沖罐通過(guò)重力流入第一處理槽，最終溢流到第二處理槽。碳酸鈉溶液通過(guò)計(jì)量泵從碳酸鈉溶解槽注入第一處理槽，醛類和其它重組分轉(zhuǎn)化為樹(shù)脂以便于精餾分離。同時(shí)水蒸氣、順酐和其他低沸點(diǎn)物質(zhì)也從粗苯酐中抽取出。 通過(guò)重力流入第一處理段，粗苯酐加熱器將粗苯酐從160℃加熱到250℃進(jìn)行熱處理，最終流入第二處理槽。水蒸氣、順酐和

33、其他低沸點(diǎn)物質(zhì)從粗苯酐中抽取出。 熱處理的真空度通過(guò)噴射泵來(lái)實(shí)現(xiàn)，真空度大約為-0.02MpaG。熱處理的停留時(shí)間大約為18h。被加熱的氣相產(chǎn)品在苯酐冷凝器中部分冷凝，然后回到第一處理槽。不凝氣被噴射泵吸收，然后送到尾氣洗滌塔前的工藝氣體進(jìn)口管線。 2.4.5 結(jié)片包裝 該工段根據(jù)用戶需要經(jīng)結(jié)片機(jī)結(jié)片后再由包裝機(jī)包裝成成品。從結(jié)片機(jī)給料泵來(lái)的液體苯酐產(chǎn)品，經(jīng)結(jié)片機(jī)結(jié)成片狀的固體苯酐，再經(jīng)稱量包裝機(jī)包裝后通過(guò)皮帶輸送機(jī)送至產(chǎn)品臨時(shí)堆放倉(cāng)庫(kù)待售。結(jié)片機(jī)為一個(gè)經(jīng)拋光的并可以調(diào)轉(zhuǎn)數(shù)的不銹鋼滾筒，其內(nèi)部通冷卻水，滾筒下部的一部分侵入苯酐料盤內(nèi)，轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒在苯酐料盤沾上一層苯酐，經(jīng)冷卻變?yōu)橐粚咏Y(jié)片。

34、滾筒一側(cè)裝有一把固定的與滾筒同長(zhǎng)度的刮刀，當(dāng)滾筒上的苯酐結(jié)片轉(zhuǎn)至刮刀處時(shí)，被刮刀將結(jié)片刮下，落入結(jié)片機(jī)下方的排放空中，經(jīng)滑槽進(jìn)入半自動(dòng)包裝碼垛機(jī)，碼完的貨垛由非防爆內(nèi)燃機(jī)叉車送入成品庫(kù)待銷。 2.4.6 廢液焚燒 廢液焚燒裝置主要是處理來(lái)自尾氣洗滌塔產(chǎn)生的順?biāo)釓U水。由于廢水中的有機(jī)組分含量相對(duì)比較少，廢水的熱值低，本身不能進(jìn)行燃燒，所以采用天然氣作為主要燃料進(jìn)行燃燒，將廢水噴入焚燒爐中，由過(guò)熱蒸汽進(jìn)行霧化。在焚燒爐中，廢液所含的有機(jī)物在高溫下全部分解成CO2和H2O。 2.5 工藝流程方塊圖 鄰二甲苯 結(jié)片 包裝 天 然 氣

35、 苯 酐 產(chǎn) 品 副產(chǎn)蒸汽 精 餾 廢液焚燒 循環(huán)油 副產(chǎn)蒸汽 列 管 式 氧 化 反 應(yīng) 器 鼓風(fēng)系統(tǒng) 原料 熱 油 爐 廢氣 冷凝回收粗苯酐置 加熱蒸汽 循環(huán)冷油 尾 氣 洗 滌 預(yù) 處 理 天 然 氣 圖2-1 工藝流程方塊圖 3. 物料衡算 物料衡算的準(zhǔn)則就是質(zhì)量守恒定律，即“進(jìn)入一個(gè)系統(tǒng)的全部物料必等于離開(kāi)這個(gè)系統(tǒng)的全部物料，再加上過(guò)程損失量和在系統(tǒng)中積累量”。依據(jù)質(zhì)量守恒定律，對(duì)研究系統(tǒng)作物料衡算，可由下式表示[13]： ∑G進(jìn)=

36、∑G出+∑G損+∑G積 其中式中： ∑G進(jìn) ——輸入物料量總和； ∑G出 ——輸出物料量總和； ∑G損 ——總的物料損失量； ∑G積 ——系統(tǒng)中的積累量。 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，苯酐生產(chǎn)能力為40000噸/年，產(chǎn)品純度達(dá)到99.9wt% 按照8000小時(shí)開(kāi)工計(jì)算，每小時(shí)的生產(chǎn)能力：40000100099.9%/8000= 4995kg/h 3.1 反應(yīng)器中氧化反應(yīng)的物料衡算 3.1.1 氧化反應(yīng)過(guò)程的衡算基準(zhǔn) 本次設(shè)計(jì)以每小

37、時(shí)生產(chǎn)4995 kg為基準(zhǔn)，進(jìn)料量4700 kg/h，轉(zhuǎn)化率99.9%；生成苯酐的選擇性約為0.8；空氣與鄰二甲苯進(jìn)料比為9.5:1；主要副產(chǎn)品為苯酞、順酐、苯甲酸、檸槺酐、二氧化碳、一氧化碳等。 3.1.2 氧化反應(yīng)過(guò)程的物料衡算圖 畫出衡算方框圖，標(biāo)出有關(guān)計(jì)算目標(biāo)，然后進(jìn)行計(jì)算： 固 定 床 反 應(yīng) 器 鄰二甲苯 空 氣 苯酐 水 一氧化碳 二氧化碳 順 酐 苯甲酸 苯 酞 檸糠酐 圖3-1 反應(yīng)過(guò)程物料衡算圖 3.1.3 氧化反應(yīng)過(guò)程的物料衡算： 鄰二甲苯與空氣催化氧化的主

38、反應(yīng)式： 106 32 148 18 x 3y 4995 z 所以主反應(yīng)中： (1)鄰二甲苯消耗量： x = 3577.5 kg/h 氧氣消耗量： y = 3240 kg/h 水的生成量： z = 1822.5 kg/h （2） 鄰二甲苯轉(zhuǎn)化率為99.9%，且鄰二甲苯的進(jìn)氣量為4700kg/h，所

39、以： 鄰二甲苯生產(chǎn)苯酐的選擇性為：3577.5/4700/99.9%=76.27%。 （3）設(shè)計(jì)進(jìn)料空鄰比為9.5:1，所以空氣進(jìn)料量計(jì)算： w空 = 44650 kg/h

40、

41、

42、

43、

44、

45、

46、

47、

48、

49、 空氣中 O2所占的比例為21%，所以工藝空氣中氧氣的進(jìn)料量： w氧 = 4465021% = 9376.5kg/h。 進(jìn)而得出空氣中不參與反應(yīng)的惰性氣體（主要為氮?dú)猓┛偟倪M(jìn)料量： w惰 = 44650-9376.5 = 35273.5kg/h 通過(guò)對(duì)苯酐反應(yīng)原理的了解，在反應(yīng)器中，苯酐與空氣接觸還發(fā)生一系列的副反應(yīng)，由上面計(jì)算可知，鄰二甲苯氧化部分除了生成

50、苯酐，還約有23.7%發(fā)生了副反應(yīng)。本次設(shè)計(jì)對(duì)副反應(yīng)只考慮占總比例較大部分反應(yīng)。根據(jù)工廠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)在該溫度段所得數(shù)據(jù)，具體給出鄰二甲苯對(duì)各副產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率如下表： 表3-1 副反應(yīng)轉(zhuǎn)化率 副產(chǎn)物 順酐 苯甲酸 苯酞 檸糠酐 二氧化碳 一氧化碳 轉(zhuǎn)化率% 9.18 5.32 2.31 1.62 3.83 1.47 根據(jù)上表給出數(shù)據(jù)，對(duì)各副反應(yīng)進(jìn)行計(jì)算： （1）CH3C6H4CH3+7.5O2→C4H2O3（順酐）+4CO2+4H2O = 398.0956 kg/h

51、 = 714.9472 kg/h = 292.4784 kg/h = 974.9280 kg/h （2）CH3C6H4CH3+3O2→C6H5COOH（苯甲酸）+CO2+2H2O = 287.2124 kg/h = 103.5826 kg/h = 84.7512 kg/h = 226.0032 kg/h （3）CH3C6

52、H4CH3+2O2→C8H6O2（苯酞）+2H2O = 136.9748 kg/h = 36.7992 kg/h = 65.4208 kg/h （4）CH3C6H4CH3+4.5O2→C5H5O3（檸槺酐）+3CO+3H2O = 81.0097 kg/h = 60.2196 kg/h = 38.7126 kg/h = 103.2286 kg/h

53、 （5）CH3C6H4CH3+6.5O2→8CO+5H2O = 145.4095 kg/h = 58.5440 kg/h = 135.3017 kg/h （6）CH3C6H4CH3+10.5O2→8CO2+5H2O = 596.5735 kg/h = 152.5330 kg/h = 569.4565 kg/h 綜合以上計(jì)算數(shù)據(jù)，可以得出：

54、反應(yīng)器中氧氣總的消耗量： = 5314.3383 kg/h, 所以剩余氣體中氧氣含量： = 9376.5-5314.3383 = 4062.1612 kg/h。 反應(yīng)器內(nèi)所有反應(yīng)產(chǎn)生的水的含量： wH2O = 1822.5+w1H2O+w2H2O+w3H2O+w4H2O+w5H2O+w6H2O = 2486.3184 kg/h 反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的CO： wCO = w1CO+w2CO = 205.9291 kg/h 反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的CO2： wCO2 = w1CO2+w2CO2+

55、w3CO2 = 1415.1033 kg/h 3.2 冷凝工段物料衡算 畫出物料方框圖： 切 換 冷 凝 器 尾氣洗滌排放工段 預(yù)處理工段 反應(yīng)生成的氣體 不凝有機(jī)氣體 粗苯酐 圖3-2 冷凝工段物料衡算圖 反應(yīng)生成氣體經(jīng)冷凝器冷卻到165-175℃后，再經(jīng)預(yù)冷凝來(lái)到切換冷凝器，水冷凝成液體排出，含有雜質(zhì)的粗苯酐冷凝在冷凝器的翅片管內(nèi)，準(zhǔn)備進(jìn)入精餾工段，不凝有機(jī)氣體進(jìn)入尾氣洗滌裝置，經(jīng)過(guò)三級(jí)洗滌，尾氣中順酐大部分被吸收，剩余尾氣直接排放出去，根據(jù)工廠實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及文獻(xiàn)資料給出物料平衡表格如下圖：

56、 表3-3 冷凝工段物料衡算表 序號(hào) 組 分 進(jìn)kg/h 出1（排出或進(jìn)入氣塔）kg/h 出2（進(jìn)入精餾段）kg/h 1 鄰二甲苯 9.4000 6.8023 2.5977 2 O2 4062.1612 4062.1612 0 3 惰性氣體 35273.5000 35273.5000 0 4 CO 205.9291 205.9291 0 5 CO2 1415.1033 1415.1033 0 6 苯酐 4995.0000 0 4995.00

57、00 7 順酐 398.0956 101.6445 296.4511 8 苯甲酸 287.2124 245.5203 41.6921 9 苯酞 136.9748 77.8633 59.1115 10 檸糠酐 81.0097 47.1341 33.8756 11 H2O 2486.3184 2486.3184 0 合計(jì) — 49350.7045 43931.9765 5418.7280 3.3 精餾工段物料衡算 3.3.1 物料衡算： 由于粗苯酐中所含的蒽醌及其同系物等重組分含量極少，在反應(yīng)工段中沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行物料的計(jì)算，且沸點(diǎn)

58、與苯酐相差很大，極易除去，對(duì)產(chǎn)品影響不大，而且粗苯酐中的雜質(zhì)經(jīng)過(guò)輕組分塔精餾后基本除去，能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。所以本次設(shè)計(jì)對(duì)苯酐精餾工段中的重組分塔只作介紹，不作計(jì)算。進(jìn)而在本章中對(duì)苯酐精餾工段進(jìn)行物料衡算時(shí)，可以近似認(rèn)為從輕組分塔塔底提取的苯酐熔液即為產(chǎn)品苯酐（即物流3）。同樣的，在本次設(shè)計(jì)中對(duì)精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算章節(jié)也只考慮其中的輕組分塔。 3.3.2 輕組分塔物料衡算 經(jīng)過(guò)冷凝工段，粗苯酐熱熔后送入預(yù)處理槽加熱，然后由輕組分塔進(jìn)料泵送入輕組分塔。預(yù)處理工段中： 粗苯酐的雜質(zhì)苯酞經(jīng)高溫全部分解成苯酐和水： C8H6O2 + O2 → C8H4O3 + H2

59、O 由苯酞分解生成的苯酐為： 0.4411kmol 則經(jīng)過(guò)預(yù)處理段后苯酐：F1=33.7500+0.4411 =34.1911kmol 粗苯酐中含量較少的鄰二甲苯、檸槺酐、苯甲酸也基本除去，為了后面精餾計(jì)算方便，可假設(shè)粗苯酐經(jīng)過(guò)預(yù)處理蒸餾后，雜質(zhì)中的鄰二甲苯、檸槺酐、苯甲酸、苯酞以及苯酞高溫分解產(chǎn)物水一起除去，通過(guò)泵送入尾氣洗滌裝置。 所以進(jìn)入輕組分塔的原料物流： 純苯酐的物料流量： F1=34.1911kmol/h 順酐的物料流量： F2=296.4511/98=3.0250kmol/h 進(jìn)入精餾塔粗苯酐

60、總物料： F=F1+F2 =37.2161kmol/h 物流1流量即為粗苯酐總的物料流量F=37.2161kmol/h 對(duì)該段精餾，進(jìn)料組成： xF1= xF2= 物料1的平均摩爾質(zhì)量： MF=0.91148+0.0998 =143.5 本次設(shè)計(jì)對(duì)精餾要求：塔頂x1≤0.1488；塔底x1≥0.998，列出物料橫算式： F=D+W （1） F1

61、=Dxd1+Wxw1 （2） F2=Dxd2+Wxw2 （3） 先將已知數(shù)據(jù)代人式（1）、（2）式： 37.2161=D+W 34.1911=0.1498D+0.998W 解得： D=3.4788 kmol/h

62、 W=33.7373 kmol/h 所以苯酐： F1D=0.14883.4788 =0.5176 kmol/h F1W=0.99833.7373 =33.6698 kmol/h 由： xd2=1-0.1498 =0.8502 xw2=1-0.998 =0.002 所以順酐： F2D=3.47880.8502 =2.9577 kmol/h F2W=33.73730.002 =0

63、.0675 kmol/h 根據(jù)以上計(jì)算列出精餾物料平衡表： 表3-4 精餾工段物料衡算表 物 流 表 1 2 3 摩爾流量 kmol/h 37.2161 3.4788 33.7373 質(zhì)量流量 kg/h 5349.7339 359.4409 4989.7454 苯酐 kg/h 5060.2828 76.6048 4983.1304 順酐 kg/h 289.4511 282.8361 6.6150 4. 能量衡算 4.1 熱量衡算方程式 化工計(jì)算中的能量衡算是根據(jù)熱力學(xué)第一定律，即能量守恒與轉(zhuǎn)化定律，對(duì)化工過(guò)程進(jìn)行能量計(jì)算?；どa(chǎn)中

64、消耗的能量形式有機(jī)械能，電能和熱能等等，其中以熱能為主要形式，因此化工過(guò)程中的能量衡算重點(diǎn)是熱量衡算。本章具體對(duì)苯酐氧化反應(yīng)器進(jìn)行能量衡算如下： 熱量衡算方程式： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5 其中式中： Q1——初始物料帶入設(shè)備中的熱量，kJ Q2——加熱劑或冷卻劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量kJ Q3——物理變化及化學(xué)變化的熱效應(yīng)，kJ Q4——離開(kāi)設(shè)備物料帶走的熱量，kJ Q5——反應(yīng)器系

65、統(tǒng)熱量損失，kJ 4.1 反應(yīng)過(guò)程的能量方框圖 固 定 床 反 應(yīng) 器 Q 鄰二甲苯 工藝空氣 145℃ 苯酐 鄰二甲苯酐 苯甲酸 苯酞 檸槺酐 水 二氧化碳 一氧化碳 圖4-1 反應(yīng)工段能量衡算圖 4.2 反應(yīng)器能量橫算過(guò)程 根據(jù)圖4-1及能量守恒可知：Q2=Q4+Q5-Q1-Q3 4.2.1 Q1和Q4的計(jì)算 Q=∑MiCi（t1-t2） （Q1和Q4的計(jì)算都適用） 式中：Mi——反應(yīng)物體系中組分的質(zhì)量，kg； Ci——組分i在0-T℃時(shí)的平均比熱容，KJ/kg.K； t1，t2——反應(yīng)物系在反應(yīng)前后的溫度，℃。 物料進(jìn)入設(shè)備時(shí)的溫度為145℃，熱量衡算的基準(zhǔn)為145℃，△T=0,則： Q1=