工艺设计精制塔

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1、化工设计4万吨/年邻苯二甲酸酐装置设计工艺设计：精制塔T102名：柳锋学 号：10414033 班 级：过控101指导教师：张晓琳刖言邻法反应原理邻二甲苯与空气在催化剂作用下气相氧化生成苯酐。0；叫+30 2込2ch3OPro +3h oO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

2、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。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

3、生产能力超过100x104 t/a， BASF工艺的单台反应器最大生产能力为4.5x104 t/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360C，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%。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 160x104 t/a，单台反应器

4、的最大生产能力为4.5x104 t/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。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 40x104 t/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

5、染。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. 9x104 t/a。目录1. 设计任务书12. ASPLEN软件的功能概述 23.1进料33.2塔板43.3热力学方法的选择53.4优化64. 使用aspen plus模拟结果7总结8参考文献9化工设计课程设计任务书指导教师张晓琳学生姓名柳锋设计题目4万吨/年邻苯二甲酸酐装置设计题目背景及内容

6、：苯酐是重要的有机化工原料，在国内主要用于邻苯二甲酸酐类增塑剂 等的制造。从供需情况看，随着我国经济的高速发展，对增塑剂需求量越 来越供不应求，市场对苯酐的需求量逐年增长，大量苯酐依赖于进口，而 国内苯酐厂能明显不足。因此，提高苯酐装置的国产化，并对装置进行优 化设计，减少能耗，降低生产成本以提高其国际竞争力迫在眉睫。该设计采用邻二甲苯为原料的固定床氧化技术，并运用ASPENPLUS 对工艺流程进行模拟与优化设计，找出最佳操作条件，减少成本。其工艺 流程主要包括氧化反应部分和精制部分。原始依据：该装置年产4万吨/年邻苯二甲酸酐，年工作时数为每年8000h，产品 流量5000kg/h，产品纯度（

7、质量分数）大于99.9%。原料：1.邻二甲苯：纯度96%，2空气组成：O，21%； N，78.05%； Ar，0.95%2 23催化剂：VO-TiO252重点部分：（每人一个）6工艺设计：反应器；1方案设计，项目建议书，经济评7设备设计：分离塔T101；价；8设备设计：精制塔T102；2工艺设计：全局工艺设计；9设备设计：分离塔T101冷凝器；3自动控制，工艺流程图；10.设备设计：精制塔T102冷凝器4工艺设计：分离塔T101；5工艺设计：精制塔T102；（柳锋）2. ASPLEN软件的功能概述ASPEN PLUS是世界性标准流程模拟软件，也是国际上功能最强 的商品化流程模拟软件，这套软件系

8、统已广泛应用于石油化工、气体 加工、煤炭、医药、冶金、环境保护、动力、节能、食品加工等许多 工业领域。使用ASPEN PLUS工作页面可以建立、显示模拟流程图及 PFDSTYLE绘图。这款流程模拟软件主要具有以下六项功能：建立 基本流程模拟模型、灵敏度分析、设计规定、物性分析、物性估计以 及物性数据回归。在Aspen Plus中关于精馏的模块有：（1）简捷法模型：包括DSTWU （简捷法精馏设计模型）、Distl （简 捷法精馏核算模型）、SCFrac （简捷法多塔蒸馏模型）；（2）严格法模型：Radfrac （严格法精馏模型）、MultiFrac （严格法 多塔精馏模型）、PetroFrac

9、 （严格法分馏塔）、Rate Frac （精馏的核 算与设计模型）、Ext ract （严格萃取塔模型）。例如ASPEN PLUS的RADFRAC模块是一个严格模型，可用于模拟 所有类型的多级气、液分离操作，如普通精馏、吸收、再沸吸收、汽 提、再沸汽提、萃取、萃取蒸馏和共沸蒸馏等。适用体系包括气一液 两相传质体系，气一液一液三相传质体系，窄沸程和宽沸程传质体系 等。对气、液两相存在强非理想物系和理想物系都有良好的模拟效果。 使用ASPEN中的灵敏度分析工具可以方便地确定过程对关键操作变 量和设计变量的响应，即一个或多个流程变量变化对其他流程变量造 成的影响。使用灵敏度分析工具，进行不同工艺参数

10、条件下的对象特性的研究，从而得出最佳的操作参数。Aspen plus分析模拟102塔:图中标示的1的为进料，进料为苯酐，苯甲酸，邻苯二甲酸，经过精 制塔，2为塔顶出料，含有苯甲酸以及极少量的邻苯二甲酸，3为塔底 出料为邻苯二甲酸。3.1进料进料状态如下图所示：Compos-itio nMole-Flow kmol/hr匚 omporiE ntValuePRODUCT40.583BEN 匚 OOH0.0272 BEN 匚 OOH0.885Total: 41.495PRODUCT（苯酐）分子式C8H403摩尔流量为40.583kmol/hrBENCOOH （苯甲酸）分子式为C7H602 摩尔流量为

11、0.027kmol/hr2BENC00H（邻苯二甲酸）分子式为C8H6O4 摩尔流量为0.885kmol/hr3.2模拟塔进料板位置:pColumn specification;30kPaT30kPaTPreure specificationsConcleriEee:Reboiler p已eu巳理论板数为15块板进料板为第10块板回流比为1根据老师给的模拟资料初定板数和回流比。第一块板的压力为30kpa,全塔压降为30kpa全塔能量核算：Results匚ondener duty:Reboiler (duty:Feed :tage temperature:Bottom tagetemperatu

12、re:Feed quality:290.223kJ/sec519.463IcJ/sec269.198C 2c5.55C 270.104-0314528Top Etage temperatue:3.3热力学方法的选择如何选择热力学方法对非极性或弱极性物系，可采用状态方程法。该法利用状态方程 计算所需的全部性质和气液平衡常数。对极性物系，采用状态方程活度系数方程相结合的组合法，即气 相米用状态方程法，液相逸度米用活度系数法计算，液相的其他性质 采用状态方程或经验关联式法。过程模拟者必须选择合适的热力学模型在使用模拟软件进行流 程模拟时，用户定义了一个流程以后，模拟软件一般会自行处理流程 结构分析和

13、模拟算法方面的问题，而热力学模型的选择则需要用户做 决定流程模拟中几乎所有单元操作模型都需要热力学性质的计算，迄 今为止，还没有任何一个热力学模型能适用于所有的物系和所有的过 程。流程模拟中要用到多个热力学模型，热力学模型的恰当选择和正 确使用决定着计算结果的准确性、可靠性和模拟成功与否。3.4优化Sensitivity S-3 Results Summary0.20.30.40.50.6VARY 1 T102 PARAM D:F070.80.9000904.使用aspen plus模拟结果Heat and Material Balance Tab leStream ID123FromT102

14、T102ToT102Ph aseLIQUIDLIQUIDLIQUIDSubstream: MIXEDMole Flowkmol/hrPRODUCT4 0.583 007.5 655 103 3.017 49BENCOOH.02 700 00.02 699 643.59 876 E-62BENCOOH.88 500 00.70 649 27.17 850 73Total Flowkmol/hr4 1.495 008.2 990 003 3.196 00Total Flowkg /hr9 989.4 851 954.8 928 034.5 93Total Flowl/hr1 598 3.723 1

15、64.2 481 337 6.84TemperatureC2 40.40 002 65.54 492 70.10 40PressurekPa3 0.000 003 目.000)03 0.000 00Vapor Frac0.00.00.0Liqu id Frac1.0 000 001.0 000 001.0 000 00So lid Frac0.00.00.0EnthalpyJ/kmol-4.854 8E+8-4.818 7E+8-4.615 2E+8EnthalpyJ/kg-2.016 6E+6-2.045 7E+6-1.906 8E+6EnthalpyMMBtu /hr-19.093 80-

16、3.7 903 72-14.521 23EntropyJ/kmol-K-1.408 3E+6-1.308 3E+6-1.386 4E+6EntropyJ/kg-K-5 849.7 32-5554.1 69-5727.9 09Densitykmol/cum2.5 960 802.6 227 402.4 816 03Densitylb/cuft3 9.016 163 8.568 383 7.496 41Average MW2 40.73 952 35.55 752 42.03 50Liq Vol 6 0Fl/hr1 219 2.402 353.7 649 838.6 36总结又一次经历几周的时间进

17、行课程设计，从刚布置任务就本以为 看起来很少的任务量可以轻松完成，最后还是全是花费在学习aspen plus应用软件上。aspen plus应用软件是我第一次使用到的化工计算 软件，从一开始的安装就给我个下马威，安装过程出现了很多困难， 通过多名同学调试帮忙之下才顺利安装成功。安装成功是一回事，使 用还是需要新的功夫，对我这样英文不好的学生简直太费劲，里面很 多单词需要自己去查询，过程中同样出现很多问题。最后通过指导老 师的指导，课件的学习，同学的帮助才对此软件有了操作基础。才勉 勉强强的使用aspen plus，整个设计过程，谢谢张晓琳老师的热心辅导，通过各种途径将知 识传授给我们，并认真谨慎的帮助解决设计中存在的各类问题，对我 们在设计中存在的疑难问题提供了大量的信息，并耐心给我们讲解和 解答，力求作到设计的合理性和可行性。虽然本次课程设计并不是很好，但是通过学习，努力，不断完善 自己将来每一个作品。参考文献1 马伟棉.苯酐生产工艺进展J.河北化工,2006, 9（9）: 21-22.2 大连理工大学编 化工原理（上册）M.高等教育出版社，2009.11 大连理工大学编 化工原理（下册）M.高等教育出版社，2009.11