年產(chǎn)1萬(wàn)噸異丙苯反應(yīng)及烴化液的工藝設(shè)計(jì)

1、年產(chǎn)1萬(wàn)噸異丙苯反應(yīng)及烴化液工藝設(shè)計(jì)【摘要】苯酚是重要的有機(jī)合成原料之一。丙酮也是一種重要的有機(jī)合成化工原料，廣泛應(yīng)用于醋酸纖維素、無(wú)煙火藥、油漆、涂料和藥物方面，它還是一種良好的溶劑。天然丙酮滿足不了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，大多合成。制備丙酮的方法有多種，如異丙醇法、發(fā)酵法、異丙苯法等。目前，異丙苯法是生產(chǎn)苯酚和丙酮的最主要的方法。本設(shè)計(jì)是年產(chǎn)1萬(wàn)噸的異丙苯反應(yīng)及烴化液后處理工藝設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量1萬(wàn)噸，年開(kāi)工7200小時(shí)，設(shè)計(jì)反應(yīng)壓力0.12MPa，設(shè)計(jì)反應(yīng)溫度95。通過(guò)計(jì)算求得裝置的產(chǎn)量等具體參數(shù)，計(jì)算出所需設(shè)備的型號(hào)以及具體參數(shù)?！娟P(guān)鍵詞】 異丙苯 烴化反應(yīng) 后處理目 錄引言11、技術(shù)論述21.

2、1生產(chǎn)方法的選擇21.1.1苯酚生產(chǎn)方法的比較31.1.2丙酮生產(chǎn)方法的比較61.2工藝流程的評(píng)述與確定71.2.1催化劑的選擇81.2.2烴化反應(yīng)器的選擇81.2.3烴化反應(yīng)產(chǎn)物的后處理91.2.4三廢處理101.3工藝條件的論述與確定111.3.1配料比111.3.2反應(yīng)壓力111.3.3反應(yīng)溫度111.4工藝流程敘述121.4.1 烴化反應(yīng)121.4.2 尾氣處理121.4.3 烴化液的處理121.5安全環(huán)保措131.5.1 安全措施131.5.2 三廢處理132、工藝設(shè)計(jì)計(jì)算142.1物料衡算152.1.1烴化塔物料衡算152.1.2烴化塔氣液分離計(jì)算192.1.3第一尾氣冷凝器的物料

3、衡算222.2熱量衡算252.2.1烴化塔的熱量衡算262.2.2第一尾氣冷凝器熱量衡算282.2.3烴化液冷卻器熱量衡算292.3設(shè)備工藝設(shè)計(jì)計(jì)算302.3.1烴化反應(yīng)器工藝計(jì)算302.3.1.1塔徑D302.3.1.2 塔高H302.3.2 反應(yīng)器換熱器計(jì)算312.3.3烴化液冷卻器計(jì)算312.3.4烴化塔第一尾氣冷凝器計(jì)322.3.5沉降罐估算322.3.6事故放料罐選332.3.7烴化反應(yīng)器接管計(jì)算332.3.8 泵的選擇34主要參考文獻(xiàn)36致謝37工藝流程圖38引 言苯酚是重要的有機(jī)合成原料之一，廣泛應(yīng)用于合成塑料（如酚醛樹(shù)脂）、纖維（如錦綸、聚酰胺纖維）醫(yī)藥、農(nóng)藥和燃料中間體等工業(yè)

4、生產(chǎn)中。隨著有機(jī)合成工業(yè)，特別是塑料和合成纖維工業(yè)的迅速發(fā)展，苯酚的需求量逐年增加。苯酚的生產(chǎn)最早起源于從煤焦油中提取天然苯酚，所以苯酚又叫石碳酸。這是由朗格在1834年發(fā)現(xiàn)的。在第一次世界大戰(zhàn)前，生產(chǎn)苯酚主要采用這種方法。后來(lái)由于酚醛樹(shù)脂用途日益發(fā)展，苯酚的需求量猛增，天然苯酚遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求，合成苯酚應(yīng)運(yùn)而生。丙酮也是一種重要的有機(jī)合成化工原料，廣泛應(yīng)用于醋酸纖維素、無(wú)煙火藥、油漆、涂料和藥物方面，它還是一種良好的溶劑。天然丙酮滿足不了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，大多合成。制備丙酮的方法有多種，如異丙醇法、發(fā)酵法、異丙苯法等。在異丙苯法問(wèn)世之前，主要用發(fā)酵和異丙醇法生產(chǎn)。目前，異丙苯法是生產(chǎn)苯酚和丙酮

5、的最主要的方法。異丙苯法生產(chǎn)苯酚和丙酮的工藝路線最早由前蘇聯(lián)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，于1949年建成了第一座異丙苯法合成苯酚丙酮的工廠。1954年開(kāi)始，美國(guó)市場(chǎng)出現(xiàn)了異丙苯法合成的苯酚。發(fā)展到20世紀(jì)60年代中期，異丙苯法合成苯酚量已經(jīng)占世界苯酚總產(chǎn)量的50%，目前已占90%以上。我國(guó)對(duì)異丙苯法合成苯酚丙酮的研究是從1958年開(kāi)始的，并在1970年實(shí)現(xiàn)了萬(wàn)噸規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)十幾年來(lái)我國(guó)廣大科技人員的努力，已基本掌握了異丙苯法生產(chǎn)苯酚丙酮的技術(shù)，形成了具有自己特色的工藝流程。通過(guò)研究計(jì)算年產(chǎn)1萬(wàn)噸苯酚丙酮裝置，采用催化劑主要是金屬鹵化物AlCl3，同時(shí)采用一個(gè)反應(yīng)器的流程。烴化反應(yīng)中的AlCl3用量選用

6、3%。烴化液的組成大約為：異丙苯30%、苯60%、其他10%。本設(shè)計(jì)采用壓力：0.12MPa。本設(shè)計(jì)確定反應(yīng)溫度控制在95。氣體空塔速度：0.15 ms，設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度：200 Kgh-1m-3，丙烯轉(zhuǎn)化率：96 %(mol)，苯轉(zhuǎn)化率：35 %(mol)。主、副反應(yīng)分配率：異丙苯（主反應(yīng)）95%(mol)，二異丙苯（副反應(yīng)）3.5%(mol)，三異丙苯（副反應(yīng)）1.5%(mol)。通過(guò)計(jì)算本設(shè)計(jì)完全滿足了生產(chǎn)要求，并符合安全環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。1、技術(shù)論述1.1生產(chǎn)方法的選擇1.1.1苯酚生產(chǎn)方法的比較（1）磺化法磺化法是最早合成苯酚的方法，1923年美國(guó)孟山都公司研制投產(chǎn)。具體方法是將苯與濃硫酸發(fā)生磺

7、化反應(yīng)生成苯磺酸，再與亞硫酸鈉反應(yīng)生成苯磺酸鈉，然后用氫氧化鈉堿熔生成苯酚鈉，最后經(jīng)酸化生成苯酚、反應(yīng)方程式如下;SO3H 磺 化 H2SO4 + H2OSO3Na SO3H2 + Na2SO3 2 + SO2 + H2O 320 350 SO3NaONa + 2 NaOH(S) + Na2SO3 + H2O 堿 熔OHONa 酸 化2 + SO2 + H2O 2 + Na2SO3此種方法設(shè)備簡(jiǎn)單，產(chǎn)率較高，適合于中小規(guī)模的生產(chǎn)。但需要消耗大量的濃硫酸和燒堿，而且對(duì)設(shè)備的腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重，且副產(chǎn)大量的亞硫酸鈉，利用價(jià)值很小，且造成很大的污染。因此，這種方法在國(guó)際上已經(jīng)淘汰，不再發(fā)展。（2）氯化法1

8、924年，美國(guó)道化學(xué)公司研制成功了用氯苯水解法合成苯酚。方法是苯被氯氣氯化生成氯苯，氯苯再在高溫高壓和催化劑的作用下被稀堿液水解得苯酚鈉，苯酚鈉再經(jīng)酸化既得苯酚。反應(yīng)方程式如下：Cl + Cl2 + HCl 水 解ClONa +2 NaOH + NaCl + H2O 酸 化OHONa + HCl + NaCl此種方法需要大量的氯，這些氯主要來(lái)源于電解食鹽水，因此耗能較大：反應(yīng)中有HCl存在，腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重：水解條件相當(dāng)苛刻，溫度要達(dá)到400，壓強(qiáng)高達(dá)30Mpa,能耗大。雖然在污染問(wèn)題上得到了一定的改善，取代了磺化法，但仍舊沒(méi)有被廣泛采用。（3）拉西法（氧氯化法）這種方法首先由德國(guó)的拉西研究的，故

9、稱(chēng)拉西法。它是對(duì)氯化法的改良。具體方法是將鹽酸、空氣和苯的混合物通過(guò)固體氯化銅催化劑進(jìn)行氧氯化反應(yīng)，生成氯苯，再用過(guò)熱水蒸氣將氯苯水解成苯酚和鹽酸。在第二個(gè)反應(yīng)中生成的鹽酸，可供第一個(gè)反應(yīng)使用。反應(yīng)方程式如下： CuCl2（S）Cl + HCl +1/2 O2 + H2O 水 解ClOH + H2O（g） + HCl此種方法操作條件溫和，但HCl有水存在時(shí)腐蝕性特別嚴(yán)重，溫度大于150時(shí)，用搪瓷材料防腐已經(jīng)不夠了，維修費(fèi)用較高,所以應(yīng)用不廣泛。（4）環(huán)己烷法美國(guó)科學(xué)設(shè)計(jì)公司采用苯和氫生成環(huán)己烷，環(huán)己烷在催化劑的作用下被空氣氧化成環(huán)己醇，環(huán)己醇再脫氫生成苯酚。反應(yīng)方程式如下： Ni + 3H2

10、催化劑OH + 1/2 O2 NiOHOH + 3H2 此法所需的氫由脫氫反應(yīng)生成，并循環(huán)使用，原料只需要苯和空氣，來(lái)源豐富。這種方法如果工業(yè)化成功，將是很好的方法。澳大利亞的孟山都公司小試成功，建成了2萬(wàn)噸/年的工廠，但后來(lái)又改成了異丙苯法，此法沒(méi)有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。（5）苯直接氧化法苯在催化劑作用下直接被氧化生成苯酚。反應(yīng)方程式如下 催化劑OH + 1/2 O2 此法一步完成，反應(yīng)簡(jiǎn)單，但催化劑選擇性低，中間產(chǎn)品復(fù)雜，且產(chǎn)品收率較低。研究多年，未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。如果能找到合適的催化劑和反應(yīng)條件，將是種理想的的方法。（6）甲苯氧化法 這是唯一不以苯為原料的方法，1955年美國(guó)道化學(xué)公司開(kāi)發(fā)的。方法是以

11、甲苯為原料，鈷鹽做催化劑，用空氣氧化生成苯甲酸，再以銅鹽為催化劑，將苯甲酸用空氣進(jìn)行液相氧化得到苯酚。反應(yīng)方程式如下：COOHCH3 O2，鈷鹽催化劑 140，2atm OHCOOH O2，Cu鹽催化劑 240 +CO21978年美國(guó)魯姆斯公司提出了以甲苯為原料的氣相苯甲酸脫羧基法制苯酚的新工藝，它克服了液相法副產(chǎn)焦油和殘?jiān)嗟娜秉c(diǎn)。國(guó)際上此法與異丙苯法是目前競(jìng)爭(zhēng)最激烈的。但在理論上，脫羧降解要盡量少用，因?yàn)槟茉蠢貌缓侠怼Ｔ趪?guó)外，甲苯較便宜，比苯便宜20%30%，它的成本較低，具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。而在我國(guó)。甲苯和苯價(jià)格相當(dāng)，此法使用較少。（7）異丙苯法異丙苯法發(fā)展比較晚，但是發(fā)展最快，近幾十年

12、來(lái)得到了迅速的發(fā)展。具體方法是苯和丙烯以AlCl3 或固體磷酸為催化劑，進(jìn)行烷基化反應(yīng)（工業(yè)上又稱(chēng)烴化反應(yīng)）生成異丙苯，異丙苯在液相加熱，通入空氣，進(jìn)行催化氧化而生成過(guò)氧化氫異丙苯，再用酸分解成苯酚和丙酮。具體反應(yīng)方程式如下： 烴化反應(yīng) CH3 CH AlCl3 或 H3PO4 CH3CHCH2 CH3 氧化反應(yīng) CH3 CH3COOHCH O2 催化劑 CH3 CH3 酸分解 CH3 OOH COOH H+ H3C-C-CH3 CH3 此種方法腐蝕明顯減輕，污染也減輕，技術(shù)也相當(dāng)成熟。最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以聯(lián)產(chǎn)丙酮，它也是重要的有機(jī)原料之一，并且原料苯和丙烯來(lái)源豐富可以利用石油煉制的副產(chǎn)物，經(jīng)濟(jì)

13、合理。 1.1.2 丙酮生產(chǎn)方法的比較 生產(chǎn)丙酮的方法基本上分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是以植物為原料的發(fā)酵法；一類(lèi)是以石油為原料的合成法。直到20世紀(jì)30年代，淀粉仍然是生產(chǎn)丙酮的原料。一般情況下，每生產(chǎn)1噸丙酮大約需要1112噸的淀粉或6066噸的糖蜜。由于發(fā)酵法生產(chǎn)丙酮需要大量的含淀粉植物，但是原料來(lái)源有限，所以逐漸被以石油為原料的合成法替代。目前使用的合成法主要有異丙醇法、液化石油氣氧化法、丙烯醇法、異丙苯法等。（1）異丙醇法將異丙醇催化脫氫或催化氧化脫氫生成丙酮。反應(yīng)方程式如下：異丙醇催化脫氫：OH ZnO OH3C-CH-CH3 CH3CCH3 + H2 350400異丙醇催化氧化脫氫： OH

14、 催化劑 OCH3-CH-CH3 + O2 CH3CCH3 + H2O丙酮收率為85%90%，收率低是此法的一個(gè)缺點(diǎn)。（2）液化石油氣氧化法采用液化石油氣（丙烷-丁烷）為原料，將它與空氣按一定的比例混合，在加熱加壓下反應(yīng)，產(chǎn)物除了丙酮外，還得到醇、醛、酸等有機(jī)化合物。缺點(diǎn)是收率低，耗能大。（3）丙烯醛異丙醇法丙烯在銅催化劑下氣相氧化生成丙烯醛，丙烯醛與異丙醇在MgO-ZnO混合催化劑作用下反應(yīng)得到丙烯醇和丙酮，異丙醇用空氣氧化生成丙酮和過(guò)氧化氫，最后用鎢酸作催化劑由過(guò)氧化氫與丙烯醇制取甘油。具體反應(yīng)方程式如下： Cu CH2CHCH3 + O2 CH2CH-CHO + H2O OH Mg-Zn

15、O O CH2CH-CHO + CH3-CH-CH3 CH2CHCH2OH +CH3CCHOH OCH3-CH-CH3 + O2 CH3CCH +H2O2CH2OH|CHOH （甘油）|CH2OH CH2CHCH2OH + H2O2 鎢酸 理論上每生產(chǎn)1mol甘油就可以得到2mol丙酮（4）異丙苯法 反應(yīng)過(guò)程在苯酚的生產(chǎn)方法中介紹過(guò)了。以上介紹的幾種生產(chǎn)丙酮的方法各有特點(diǎn)，發(fā)酵法較落后，但在有副產(chǎn)的蜜糖的情況下仍可以采用。在合成法中以異丙醇和異丙苯法為常見(jiàn)，異丙苯法可以在一個(gè)裝置中同時(shí)生產(chǎn)苯酚和丙酮，也成為生產(chǎn)丙酮的主要方法。通過(guò)以上幾種方法的對(duì)比，可以確定采用異丙苯法來(lái)合成苯酚和丙酮1.2工

16、藝流程的評(píng)述與確定異丙苯法生產(chǎn)苯酚丙酮的過(guò)程可分為四個(gè)工序：烴化 丙烯、苯合成異丙苯的過(guò)程 氧化 異丙苯氧化生成過(guò)氧化異丙苯的過(guò)程 酸分解 在酸的作用下，過(guò)氧化氫異丙苯分解生成苯酚和丙酮的過(guò)程 精制分離 精制苯酚和丙酮的過(guò)程本設(shè)計(jì)重點(diǎn)在烴化工序。烴化的工藝過(guò)程大致由五個(gè)部分組成：催化劑的制備；原料預(yù)處理；烴化反應(yīng)器；烴化反應(yīng)產(chǎn)物的后處理；三廢處理。烴化工序工藝流程的確定主要是催化劑和反應(yīng)器的選擇。1.2.1催化劑的選擇所用的催化劑主要是金屬鹵化物（如AlCl3）和強(qiáng)無(wú)機(jī)酸（如固體磷酸）,在工業(yè)上采用的催化劑就是這兩種。這兩種方法在工藝條件和工藝流程等方面都有很大的差別，各有優(yōu)缺點(diǎn)。（1）磷酸氣

17、相法 它是20世紀(jì)40年代開(kāi)發(fā)的，采用固體磷酸催化劑生產(chǎn)異丙苯的工藝流程主要是美國(guó)環(huán)球油品公司開(kāi)發(fā)的技術(shù)。此法的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)強(qiáng)腐蝕，無(wú)污水對(duì)環(huán)境保護(hù)有利；設(shè)備材質(zhì)防腐要求不高，易解決；流程簡(jiǎn)單，設(shè)備臺(tái)數(shù)少；單位產(chǎn)品耗能低；易于大型化。它的不足之處在于選擇性低，收率低，因?yàn)榱姿岱](méi)有反烴化方應(yīng)，使生成的副產(chǎn)物多；在高溫高壓下反應(yīng)，要求設(shè)備、泵等密封嚴(yán)密，并且要耐高溫，加工難度大，投資高；催化劑易失活，要求反復(fù)再生。 磷酸法對(duì)于裝置規(guī)模較大時(shí)（年產(chǎn)10萬(wàn)噸以上），它的優(yōu)越性才突出，而且此法對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求也高。對(duì)于本設(shè)計(jì)規(guī)模較小，優(yōu)越性不太突出，并且國(guó)內(nèi)的設(shè)備材質(zhì)等也難以滿足要求，所以不采用此法。（2）

18、液相三氯化鋁法這種方法也是40年代開(kāi)發(fā)的。催化劑是AlCl3的一種絡(luò)合物，由烷基苯、AlCl3和鹽酸組成。此法技術(shù)成熟，工藝條件溫和。 它的優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了磷酸法的不足，收率較高些，有反烴化的效果。但一直存在著設(shè)備腐蝕和污水處理的問(wèn)題。本設(shè)計(jì)就是采用此法。1.2.2 烴化反應(yīng)器的選擇 在采用烴化反應(yīng)器的型式時(shí)必須考慮以下幾點(diǎn)：本反應(yīng)是氣液非均相反應(yīng)，要保證氣液充分接觸，使反應(yīng)順利進(jìn)行；反應(yīng)很易達(dá)到平衡，混反影響不大；反應(yīng)液有強(qiáng)烈的腐蝕性；AlCl3絡(luò)合物在高溫下長(zhǎng)期使用，易生成樹(shù)脂，堵塞管道。 如果采用填料塔，氣液相接觸較好，有利于傳質(zhì)，接觸面更新較快，有利于反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。但反應(yīng)溫度不可避免局部過(guò)

19、高，AlCl3 絡(luò)合物就會(huì)結(jié)成樹(shù)脂，堵塞填料，所以不用填料塔。 如果采用有攪拌器的反應(yīng)槽，攪拌對(duì)傳質(zhì)和表面更新都有利，但是有反應(yīng)AlCl3+3H2OAl(OH)3+HCl,有HCl存在，腐蝕嚴(yán)重，而且對(duì)攪拌器不好防腐，所以也不采用這種方法。 根據(jù)以上幾個(gè)特點(diǎn)，采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的鼓泡空塔，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不易堵塞，易于作防腐處理。由于烴化液和AlCl3絡(luò)合物得比重差不大，采用氣態(tài)丙烯鼓泡進(jìn)料的辦法就可以使絡(luò)合物在整個(gè)反應(yīng)區(qū)域內(nèi)分布得比較均勻，也可使苯和丙烯充分接觸。采用氣態(tài)丙烯還有一個(gè)主要因素是保證苯過(guò)量，丙烯不足，從而減少多烷基苯的生成。對(duì)于反應(yīng)的換熱裝置也不裝在內(nèi)部，而是在塔外（如夾套等），否則要作

20、防腐處理，很復(fù)雜。 目前主要有采用一個(gè)反應(yīng)器和采用兩個(gè)反應(yīng)器的流程。國(guó)內(nèi)烴化流程都是采用一個(gè)反應(yīng)器。烴化反應(yīng)和反烴化反應(yīng)在同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行。缺點(diǎn)是生成的多烷基苯多，不能實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的最佳化。為了避免生成過(guò)多的多烷基苯，必須使反應(yīng)在過(guò)量苯存在下進(jìn)行，這樣造成了反應(yīng)器生產(chǎn)能力下降，也增加了烴化液精餾分離塔的負(fù)荷。為了克服這一缺點(diǎn)，讓烴化反應(yīng)和反烴化反應(yīng)分別在不同的反應(yīng)器中進(jìn)行，即采用兩個(gè)反應(yīng)器。 采用兩個(gè)反應(yīng)器在國(guó)外已經(jīng)工業(yè)化了。一個(gè)進(jìn)行烴化反應(yīng)，一個(gè)進(jìn)行反烴化反應(yīng)。此法優(yōu)點(diǎn)可進(jìn)一步降低AlCl3的消耗定額 異丙苯收率提高，反應(yīng)器成產(chǎn)能力提高。兩個(gè)反應(yīng)分別在兩個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，都可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的最佳化，

21、多異丙苯含量降低，異丙苯收率提高，同時(shí)反應(yīng)器的生產(chǎn)能力也提高了 降低了精餾塔的負(fù)荷，減少了苯干燥塔和脫苯塔的一次投資和操作費(fèi)用。采用兩個(gè)反應(yīng)器，即使丙烯與苯環(huán)的分子比增大，多異丙苯增加也不多，而異丙苯產(chǎn)量可有明顯的提高。這樣苯過(guò)量不大，減少了精餾塔負(fù)荷；同時(shí)因進(jìn)料苯和剩余苯減少，處理它的苯干燥塔和脫苯塔也可以減小，一次投資降低；苯流量小，動(dòng)力操作費(fèi)用也減少。 這些都說(shuō)明采用兩個(gè)反應(yīng)器比采用一個(gè)反應(yīng)器優(yōu)越的多，但在我國(guó)兩個(gè)反應(yīng)器的工藝還不成熟，技術(shù)條件不具備。所以本設(shè)計(jì)采用一個(gè)反應(yīng)器的流程，即鼓泡塔反應(yīng)器，物料并流。1.2.3 烴化反應(yīng)產(chǎn)物的后處理烴化反應(yīng)器出來(lái)的烴化液和三氯化鋁絡(luò)合物必須分離開(kāi)

22、，并將烴化液精制，以得到異丙苯。一般都采用沉降、水洗和中和進(jìn)行處理。（1）反應(yīng)混合物的沉降絡(luò)合物具有較大的比重（烴化液比重是0.86，絡(luò)合物比重是1.21.3），所以采用一般的沉降器就可以將它們分離。原來(lái)采用兩個(gè)沉降器串聯(lián)，反應(yīng)液出料進(jìn)入第一沉降器，沉降下來(lái)的絡(luò)合物返回?zé)N化器。研究發(fā)現(xiàn)采用兩個(gè)沉降器有很多的缺點(diǎn)：設(shè)備龐大，生產(chǎn)能力低。沉降槽內(nèi)絡(luò)合物靠自重回流，流速很慢，約為0.2m/s，所以沉降回流的管子造的都很粗。為了保證沉降時(shí)間足夠，絡(luò)合物能較多的沉降下來(lái)，沉降槽的體積都很大，用兩個(gè)大槽設(shè)備龐大，造價(jià)高，空間占用也大。要保證充分的沉降時(shí)間，就使生產(chǎn)周期延長(zhǎng)，勢(shì)必造成生產(chǎn)能力下降。精制更困難

23、。因?yàn)榈谝怀两挡蹆?nèi)溫度和絡(luò)合物濃度都較高，易生成副產(chǎn)物，而且停留時(shí)間長(zhǎng)，給雜質(zhì)的生成提供了機(jī)會(huì)，給精制帶來(lái)了更大的困難?？梢?jiàn)采用沉降、冷卻、再沉降的流程不合理?，F(xiàn)改為烴化液冷卻到6065，再沉降。先冷卻避免烴化液和絡(luò)合物在高溫下長(zhǎng)時(shí)間的接觸生成更多的副產(chǎn)物。沉降時(shí)間1小時(shí)左右，時(shí)間縮短，生產(chǎn)能力提高。沉降1小時(shí)，能保證充分的沉降，若延長(zhǎng)沉降時(shí)間對(duì)沉降效果的影響并不明顯，反而降低了生產(chǎn)能力。（2）烴化液的水洗和中和烴化液在沉降后還含有少量的三氯化鋁，因?yàn)槿然X在烴化液中有一定的溶解度。為了去除這部分絡(luò)合物，可以采用水洗和堿中和的辦法。水洗（在空塔中水洗）AlCl3 +3H2O Al(OH)3

24、+ 3HCl中和（堿洗）：水洗后的烴化液中基本沒(méi)有三氯化鋁了，但是溶液呈酸性，還需要用氫氧化鈉中和，即堿洗，也采用空塔。1.2.5 三廢處理用三氯化鋁催化劑生產(chǎn)異丙苯的這一工藝流程最大的缺點(diǎn)是，過(guò)程中排出大量的污水，要經(jīng)過(guò)處理才能排放，使得流程復(fù)雜，動(dòng)力消耗增加。污水中主要的有害物質(zhì)是芳烴和Al(OH)3。Al(OH)3的分離很困難，可采用簡(jiǎn)單蒸餾的方法回收芳烴，并把含有Al(OH)3的污水作為浮選劑，這種方法要保證Al(OH)3溶解。廢氣是烴化尾氣，里面沒(méi)反應(yīng)的丙烷送去做燃料。廢渣有焦油，規(guī)模小時(shí)可以燒掉，規(guī)模大時(shí)要分離出來(lái)回收利用。1.3. 工藝條件的論述與確定烴化反應(yīng)是一個(gè)汽液相反應(yīng)，主

25、要工藝條件是反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力和催化劑的用量、原料的配比等。 1.3.1 配料比即丙烯與苯核的分子比，實(shí)際上是反應(yīng)器進(jìn)料中烴基（這里指異丙基，它不只包括丙烯，還包括進(jìn)料中帶入的二異丙苯中的異丙基，因?yàn)樵诜礋N化反應(yīng)中異丙基也起到丙烯的作用）和苯核（苯和異丙苯、多異丙苯中的苯核）分子數(shù)目之比，習(xí)慣稱(chēng)做分子比。烴化生成二異丙苯和三異丙苯的速度比異丙苯的快。隨著分子比的上升，異丙苯增加，但是多異丙苯的含量增加更快，所以不僅造成了多異丙苯的循環(huán)量大，而且也會(huì)增大烴焦油量；若分子比很小，芳烴過(guò)量很多，異丙苯的產(chǎn)量很低，生產(chǎn)能力小，而且有大量的苯?jīng)]有反應(yīng)，苯的轉(zhuǎn)化率太低會(huì)增加精餾系統(tǒng)的負(fù)荷，增大了操作費(fèi)用和

26、一次性投資。為了得到異丙苯和抑制多元異丙苯的生成，采用控制丙烯的含量，讓芳烴過(guò)量，但不能過(guò)量太大。綜合考慮苯的一次轉(zhuǎn)化率、收率、設(shè)備生產(chǎn)能力等因素，工業(yè)生產(chǎn)中所選用的較佳的丙烯/苯=0.40.6。本設(shè)計(jì)采用的分子比是0.5左右，經(jīng)研究得到這時(shí)烴化液的組成大約為：異丙苯30%、苯60%、其他10%。1.3.2反應(yīng)壓力烴化反應(yīng)式：C6H6（l）+CH2CHCH3（g） C6H5（C3H7）（l） 此反應(yīng)是氣相分子數(shù)減少的反應(yīng)，壓力上升有利于丙烯的溶解，也使苯的轉(zhuǎn)化率上升。但因?yàn)槌合聼N化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率已接近100%（以丙烯的轉(zhuǎn)化率計(jì)，因?yàn)楸┎蛔悖?，反?yīng)壓力的影響不顯著。壓力上升時(shí)反應(yīng)液的泡點(diǎn)也上升

27、，使反應(yīng)溫度上升導(dǎo)致催化劑失活，對(duì)烴化反應(yīng)不利，甚至使反應(yīng)不能進(jìn)行，從這方面看加壓不利。為保證溫度不大于120（避免催化劑失活）要求壓力不大于6Kgf/cm2。綜合考慮，稍加一點(diǎn)壓，只是為了克服阻力損失。所以本設(shè)計(jì)采用壓力：0.12MPa。1.3.3 反應(yīng)溫度烴化反應(yīng)是放熱反應(yīng)。根據(jù)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，溫度上升，反應(yīng)平衡常數(shù)下降，但反應(yīng)速率上升，副反應(yīng)速率也上升；溫度下降，反應(yīng)平衡常數(shù)上升，但反應(yīng)速率下降。反應(yīng)溫度對(duì)烴化反應(yīng)的平衡影響不大，提高溫度對(duì)平衡常數(shù)影響不大。溫度低，反應(yīng)速率慢；溫度高，反應(yīng)速率提高，但是副反應(yīng)速率提高更快。當(dāng)溫度大于120時(shí)，催化劑三氯化鋁絡(luò)合物不耐高溫，會(huì)發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)

28、象形成樹(shù)脂，使催化劑失活，反而使反應(yīng)速率急劇下降。溫度高，也可引起丙烯聚合，副反應(yīng)增加。目前烴化反應(yīng)器換熱的方法是用未反應(yīng)的苯汽化帶出反應(yīng)放出的熱。所以反應(yīng)溫度就是在反應(yīng)壓力下一定組成混合物的泡點(diǎn)?；旌衔锏慕M成大約為：異丙苯30%、苯60%、副產(chǎn)品10%，反應(yīng)壓力為0.12 MPa時(shí)混合液的泡點(diǎn)是97.5，一般控制在95100，本設(shè)計(jì)確定反應(yīng)溫度控制在95。1.4 工藝流程敘述1.4.1 烴化反應(yīng)烴化反應(yīng)是在95、0.12MPa下進(jìn)行的，是放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱主要靠苯蒸發(fā)帶出，其余熱利用反應(yīng)器的夾套換熱器與水換熱。1.4.2 尾氣處理從烴化塔T116頂部出來(lái)的氣體叫尾氣，其中有苯、丙烯、異丙苯等組

29、分，尾氣出來(lái)后首先經(jīng)過(guò)第一氣液分離器V117，分離后氣相進(jìn)入第一尾氣冷凝器E120A，氣相出料再經(jīng)過(guò)第二尾氣冷凝器E120B換熱后進(jìn)入第二氣液分離器V121，氣體去尾氣吸收塔。從第一氣液分離器V117，第一尾氣冷凝器E120A，第二氣液分離器V121出來(lái)的液體回流至沉降罐V119。為了保證液體順利回流，在沉降罐V119上部同冷凝器進(jìn)料管連通，保證壓力平衡。1.4.3烴化液的處理從烴化塔出來(lái)的液體叫烴化液，其中含有苯、異丙苯、多異丙苯和AlCl3絡(luò)合物等，經(jīng)過(guò)產(chǎn)品冷卻器E118冷卻后進(jìn)入沉降罐V119，由于烴化液與絡(luò)合物比重不同而分層，沉降在下部的絡(luò)合物通過(guò)出料管回到烴化塔T116循環(huán)使用。絡(luò)合

30、物殘?jiān)ㄟ^(guò)沉降罐V119排渣口定期排掉，進(jìn)行回收處理。烴化液從沉降罐上部溢流出來(lái)進(jìn)入水洗塔T122，從下部進(jìn)料，水從水洗塔上部噴入，逆流洗滌，殘留在烴化液中的三氯化鋁溶解到水中，污水流至污水池V127，烴化液經(jīng)水洗后由塔上部出來(lái)，經(jīng)堿洗泵P123AB同堿混合，堿洗，送入堿洗塔T124，堿洗后的烴化液分層后送到烴化液儲(chǔ)罐中待精餾。分層后的堿液重新抽回堿洗泵P123AB循環(huán)使用，待堿濃度降到小于3.5%時(shí)排放到污水池V127，重新補(bǔ)充新堿。污水送入處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。1.5. 安全環(huán)保措施1.5.1 安全措施生產(chǎn)異丙苯過(guò)程的原料和產(chǎn)品都是易燃易爆物品，所以安全生產(chǎn)是本工序的頭等大事。 嚴(yán)禁煙火。 所

31、有設(shè)備都作接地處理，以防出現(xiàn)靜電火花。 電器儀表都為防爆型。 烴化反應(yīng)器設(shè)有防爆膜，以防溫度、壓力急劇上升時(shí)發(fā)生意外情況。系統(tǒng)設(shè)有事故放料罐，以作應(yīng)急處理。 工廠內(nèi)不得穿化纖制作的服裝，鞋不得釘鐵釘，以防出現(xiàn)靜電火花。1.5.2 三廢處理用三氯化鋁作催化劑這一工藝流程最大的缺點(diǎn)就是排出大量的污水。處理這部分污水使流程復(fù)雜并增加了動(dòng)力消耗。烴化過(guò)程中排出污水來(lái)源于烴化液的水洗、中和、尾氣水洗中和和苯干燥時(shí)排放的水層。污水中主要有害物質(zhì)是芳烴（苯和異丙苯）和Al(OH)3，含量分別在10002000ppm左右。因含Al(OH)3使污水的處理較為困難，因?yàn)锳l(OH)3是一種兩性的氫氧化合物，在強(qiáng)酸

32、或強(qiáng)堿介質(zhì)中呈水溶解狀態(tài)，它能與水、芳烴形成一種乳狀物，比重介于水和芳烴之間，影響了水層和油層的分離和回收，造成污水處理困難。最簡(jiǎn)單的處理方法是采用蒸餾的辦法回收污水中的芳烴，并把含有Al(OH)3的污水作為浮選劑。但是采用這種方法的前提是pH在4左右，這時(shí)Al(OH)3處于溶解狀態(tài)，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，采用這種方法回收芳烴可保持在90%以上。在生產(chǎn)過(guò)程中還要排除廢渣，主要是沉降罐排放出來(lái)的廢絡(luò)合物，這些廢渣進(jìn)入催化劑回收系統(tǒng)。烴化反應(yīng)產(chǎn)生的焦油送去精制分離。尾氣處理方法是將尾氣經(jīng)過(guò)堿洗、水洗后壓縮入燃料系統(tǒng)，即解決了污染問(wèn)題，又節(jié)約了能源。2、工藝設(shè)計(jì)計(jì)算2.1物料衡算物料流程簡(jiǎn)圖：化學(xué)反應(yīng)方程式

33、 主反應(yīng)： C6H6+CH2=CHCH3 C6H5(C3H7) 副反應(yīng)：C6H6+2CH2=CHCH3 C6H4(C3H7)2 C6H6+3CH2=CHCH3 C6H3(C3H7)3有關(guān)物質(zhì)的分子式與分子量列于表1中。表1 物質(zhì)的分子式與分子量表組分分子式分子量丙烯C3H642丙烷C3H844苯C6H678甲苯C7H892三氯化鋁AlCl3133.5異丙苯C6H5(C3H7)120二異丙苯C6H4(C3H7)2162三異丙苯C6H3(C3H7)32042.1.1烴化塔物料衡算衡算基準(zhǔn)：以每小時(shí)物料質(zhì)量為基準(zhǔn)。（1） 生產(chǎn)能力CM產(chǎn)量 CM =10000103/7200=1388.9 kg/h

34、=11.57 kmol/h（2） 進(jìn)料量的計(jì)算 丙烯原料的進(jìn)料量 理論上1mol丙烯生成1mol CM。丙烯進(jìn)轉(zhuǎn)化率（丙烯）分配率（CM）后處理收率=異丙苯產(chǎn)量 丙烯進(jìn) = 11.57/95%/95%/96% =13.35 kmol/h = 560.9 kg/h 丙烷進(jìn) = 丙烯進(jìn)/丙烯純度丙烷純度 = 302.0kg/h=6.86 kmol/h 苯原料進(jìn)料量 苯單耗=0.8噸苯/噸（CM） 消耗苯量=反應(yīng)掉苯量+損失苯量，假設(shè)損失苯量0 苯進(jìn)轉(zhuǎn)化率（苯）=苯單耗CM 苯進(jìn)=1388.90.8/35% =3174.6 kg/h = 40.70 kmol/h 甲苯進(jìn)=苯進(jìn)/苯純度甲苯純度=32.

35、10kg/h=0.35 kmol/h 新催化劑的加入量 已知新Cat量/CM=3噸（AlCl3）/100噸（CM）=0.03 AlCl3新=CM 0.03=1388.90.03=41.67 kg/h =0.31 kmol/h CM新=AlCl3新/ AlCl3純度CM純度=86.17 kg/h =0.53 kmol/h CM新=AlCl3新/ AlCl3純度CM純度=38.84 kg/h =0.19 kmol/h 催化劑的總加入量 假設(shè)循環(huán)Cat的組成與新加入的Cat組成相等。 已知循環(huán)Cat量/CM=35噸（Cat絡(luò)合物）/100噸（CM）=0.35 Cat循=CM 0.35=1388.90

36、.35=486.12 kg/h AlCl3循=Cat循25%=121.53 kg/h =0.91 kmol/h CM循=Cat循51.7%=251.32kg/h =1.55 kmol/h CM循=Cat循23.3%=113.27 kg/h =0.56 kmol/h Cat進(jìn)=AlCl3新+AlCl3循=163.2kg/h =1.22 kmol/h CM進(jìn)=二CM新+CM循=337.49kg/h =2.08 kmol/h CM進(jìn)=三CM新+CM循=152.11 kg/h =0.75 kmol/h（3） 出料量的計(jì)算丙烷和甲苯、AlCl3不參加反應(yīng)。丙烷出 =丙烷進(jìn) =302.0 kg/h =6.

37、86 kmol/h甲苯出 =甲苯進(jìn) =32.1 kg/h =0.35 kmol/hAlCl3出 =AlCl3進(jìn) =163.2 kg/h =1.22 kmol/h丙烯出 =丙烯進(jìn) （1-丙烯轉(zhuǎn)化率）=22.43 kg/h =0.534 kmol/hCM生成=丙烯進(jìn) 丙烯轉(zhuǎn)化率分配率（CM）=12.18 kmol/h =1461.02 kg/hCM生成=丙烯進(jìn) 丙烯轉(zhuǎn)化率分配率（CM）1/2=0.23 kmol/h =36.33 kg/hCM生成=丙烯進(jìn) 丙烯轉(zhuǎn)化率分配率（CM）1/3 =0.064 kmol/h =13.07 kg/h CM出=CM生成=12.18 kmol/h =1461.02

38、 kg/hCM出=CM進(jìn)+CM生成= 2.08+0.23=2.31 kmol/h =374.22 kg/h CM出=CM進(jìn)+CM生成=0.75+0.064=0.814 kmol/h =166.06 Kg/h苯出=苯進(jìn)-苯反應(yīng)=苯進(jìn)-CM生成+CM生成+CM生成=40.70-12.18+0.23+0.064=28.23 kmol/h =2201.63 kg/h說(shuō)明：與按苯的轉(zhuǎn)化率計(jì)算相比有些誤差，誤差出在苯有損失，而在計(jì)算中先把這部分忽略了。整理數(shù)據(jù)列于表2中。表2 烴化塔物料衡算表料股 物 料 量組份 進(jìn)料循環(huán)出料kmol/hmol%kg/h%kmol/hmol%kg/h%kmol/hmol%

39、kg/h%丙烯13.3520.44560.911.880.5341.0222.430.47丙烷6.8610.50302.06.406.8613.07302.06.39苯40.7062.33174.67.228.2353.782201.646.62甲苯0.350.5432.10.680.350.6732.10.68AlCl321.221.87163.23.460.9130.13121.5325.001.222.32163.23.46CM2.083.18337.497.151.5551.33251.3251.702.314.40374.227.92CM0.751.15152.113.220.561

40、8.54113.2723.300.8141.55166.063.52CM12.1823.201461.0230.94合計(jì)65.31100.004722.4100.003.02100.00486.12100.052.498100.004722.66100.002.1.2 烴化塔氣液分離計(jì)算各組分的飽和蒸汽壓列于表3。表3 各組分的飽和蒸汽壓組分Pi0 （MPa）9540丙烯丙烷苯0.15810.0244甲苯0.06420.0079CM0.01750CM0.00280CM0.00280AlCl300注：三異丙苯的飽和蒸汽壓用二異丙苯的代替。認(rèn)為丙烯、丙烷全部氣相出料，三氯化鋁不汽化，40時(shí)CM、C

41、M、 CM全部冷凝。（1） 計(jì)算KiKi = yi / xi = Pi0 / P。K丙烯= K丙烷= KAlCl3=0K苯 = P苯0 / P =0.1581/0.12=1.3175K甲苯 = P甲苯0 / P =0.0642/0.12=0.535KCM = PCM0 / P =0.0175/0.12=0.1458KCM = PCM0 / P =0.0028/0.12=0.0233KCM = PCM0 / P =0.0028/0.12=0.0233（2） 計(jì)算xi 及液化率e設(shè)總出料量為F，液相出料量為L(zhǎng)，汽相出料量為V，總出料組成（摩爾分?jǐn)?shù)，下同）zi，塔頂液相組成xi，汽相組成yi。 F=

42、L+V 則 Fzi=Lxi+V yi液化率e = L / F L = e F則 V = (1e) FF Zi = eFxi + (1e)FKixi Zixi = e + (1-e)Ki假設(shè)e=0.56，通過(guò)計(jì)算得出：x丙烯=0x丙烷=0 Z苯 0.5378x苯 = = =0.4729 e + (1-e)K苯 0.56+（1-0.56）1.3175 Z甲苯 0.0067x甲苯 = = =0.0084 e + (1-e)K甲苯 0.56+（1-0.56）0.535 ZAlCl3 0.0232xAlCl3 = = =0.0416 e + (1-e)KAlCl3 0.56+ （1-0.56）0 ZCM

43、 0.2320xCM = = =0.3729 e + (1-e)KCM 0.56+（1-0.56）0.1458 ZCM 0.0440xCM = = =0.0771 e + (1-e)KCM 0.56+（1-0.56）0.0233 ZCM 0.0155xCM = = =0.0271 e + (1-e)KCM 0.56+（1-0.56）0.0233 xi= x丙烯+x丙烷+ x苯 + x甲苯 +xAlCl3 +xCM +xCM +xCM =0.4729+0.0084+0.0416+0.3729+0.0771+0.0271=1.0000 xi= 1 假設(shè)e=0.56成立。（3） 計(jì)算yiV= (1-e)F =（1-0.56）52.498 = 23.