工藝設計精制塔

1、化工設計4萬噸/年鄰苯二甲酸酐裝置設計 工藝設計：精制塔T102 姓 名：柳鋒 學 號： 班 級：過控101指導教師：張曉琳前言鄰法反應原理鄰二甲苯與空氣在催化劑作用下氣相氧化生成苯酐。工藝流程過濾、凈化后的空氣經(jīng)過壓縮，預熱后與汽化的鄰二甲苯混合進入固定床反應器進行放熱反應，反應管外用循環(huán)的熔鹽移出反應熱并維持反應溫度，熔鹽所帶出的反應熱用于生產(chǎn)高壓蒸汽（ 高壓蒸汽可用于生產(chǎn)的其他環(huán)節(jié)也可用于發(fā)電）。反應器出來的氣體經(jīng)預冷器進入翅片管內(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，經(jīng)熱處理后送連續(xù)精餾系統(tǒng)除去低沸點和高漲點雜質(zhì)，得到苯酐成品。從切換冷凝器出來的尾氣

2、經(jīng)兩段高效洗滌后排放至大氣中。含有機酸濃度達30的循環(huán)液送到順酐回收裝置或焚燒裝置，也可回收處理制取富馬酸。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約占世界總生產(chǎn)能力的90% 以上。萘流化床氧化工藝在國外已逐步淘汰，但在我國的苯酐生產(chǎn)中仍占有一定比例。鄰二甲苯固定床氣相氧化技術主要BASF，Wacker-Chemie，ElfAtochem/日觸和Alusuisse Italia 等幾種典型的生產(chǎn)工藝。BASF工藝：BASF工藝于1976 年工業(yè)化生產(chǎn)，總生產(chǎn)能力超過100104 t/a，BASF工藝的單臺反應器最大生產(chǎn)能力為4.510

3、4 t/a。經(jīng)凈化預熱后的空氣與氣化的鄰二甲苯混合進入列管式固定床反應器，在釩-鈦環(huán)形催化劑表面進行反應，反應溫度為360，空速為3000h- 1，反應熱由熔鹽導出。粗苯酐在微負壓下采用高溫或同時添加少量化學品除去某些雜質(zhì)后送入精餾塔精制。BASF工藝能有效地回收順酐，苯酐的質(zhì)量收率超過105%。Wacker-Chemie 工藝：近年來各國新建的苯酐生產(chǎn)裝置基本上都采用Wacker-Chemie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160104 t/a，單臺反應器的最大生產(chǎn)能力為4.5104 t/a。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，設計的

4、催化劑負荷為鄰二甲苯100g/m3空氣（標準態(tài)），苯酐的質(zhì)量收率為114%115%（以萘為原料時，苯酐收率為97% 99%），催化劑壽命大于3 年。ElfAtochem/日觸工藝：ElfAtochem公司于1970 年開始開發(fā)低能耗工藝，1986 年該公司決定采用日觸公司壽命長、選擇性高的苯酐催化劑，并與日觸公司共同開發(fā)了ElfAtochem/日觸工藝。采用該工藝的總生產(chǎn)能力約40104 t/a。該工藝與BASF工藝相似，工藝尾氣全部催化焚燒處理，有機雜質(zhì)含量低，無大氣污染。Alusuisse Italia 工藝：意大利的Alusuisse公司于1986 年開發(fā)了Alusuisse Itali

5、a低空烴比工藝，空氣對鄰二甲苯的質(zhì)量比減少到9.5:1，而原料氣濃度可提高到鄰二甲苯134g/m3 空氣標準態(tài)。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. 9104 t/a。目錄1設計任務書.12ASPLEN軟件的功能概述.3.1進料.33.2 塔板.43.3 熱力學方法的選擇.53.4 優(yōu)化.64. 使用aspen plus模擬結(jié)果.7總結(jié).8參考文獻.9指導教師張曉琳學生姓名柳鋒設計題目4萬噸/年鄰苯二甲酸酐裝置設計題目背景及內(nèi)容：苯酐是重要的有機化工原料，在國內(nèi)主要用于鄰苯二甲酸酐類增塑劑等的制造。從供需情況看，隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，對增塑劑需求量越來越供不應

6、求，市場對苯酐的需求量逐年增長，大量苯酐依賴于進口，而國內(nèi)苯酐廠能明顯不足。因此，提高苯酐裝置的國產(chǎn)化，并對裝置進行優(yōu)化設計，減少能耗，降低生產(chǎn)成本以提高其國際競爭力迫在眉睫。該設計采用鄰二甲苯為原料的固定床氧化技術，并運用ASPENPLUS對工藝流程進行模擬與優(yōu)化設計，找出最佳操作條件，減少成本。其工藝流程主要包括氧化反應部分和精制部分。原始依據(jù)：該裝置年產(chǎn)4萬噸/年鄰苯二甲酸酐，年工作時數(shù)為每年8000h，產(chǎn)品流量5000kg/h，產(chǎn)品純度（質(zhì)量分數(shù)）大于99.9%。原料：1.鄰二甲苯：純度96%，2.空氣組成：O2，21%；N2，78.05%；Ar，0.95%3.催化劑：V2O5-TiO

7、2重點部分：（每人一個）1. 方案設計，項目建議書，經(jīng)濟評價； 2. 工藝設計：全局工藝設計；3.自動控制，工藝流程圖；4.工藝設計：分離塔T101；5.工藝設計：精制塔T102；（柳鋒）6.工藝設計：反應器;7.設備設計：分離塔T101；8.設備設計：精制塔T102；9.設備設計：分離塔T101冷凝器；10.設備設計：精制塔T102冷凝器化工設計課程設計任務書 ASPLEN軟件的功能概述 ASPEN PLUS是世界性標準流程模擬軟件，也是國際上功能最強的商品化流程模擬軟件，這套軟件系統(tǒng)已廣泛應用于石油化工、氣體加工、煤炭、醫(yī)藥、冶金、環(huán)境保護、動力、節(jié)能、食品加工等許多工業(yè)領域。使用ASPE

8、N PLUS工作頁面可以建立、顯示模擬流程圖及PFDSTYLE繪圖。這款流程模擬軟件主要具有以下六項功能：建立基本流程模擬模型、靈敏度分析、設計規(guī)定、物性分析、物性估計以及物性數(shù)據(jù)回歸。 在Aspen Plus中關于精餾的模塊有：（1）簡捷法模型：包括DSTWU（簡捷法精餾設計模型）、Distl（簡捷法精餾核算模型）、SCFrac（簡捷法多塔蒸餾模型）；（2）嚴格法模型：Radfrac（嚴格法精餾模型）、MultiFrac（嚴格法多塔精餾模型）、PetroFrac（嚴格法分餾塔）、Rate Frac（精餾的核算與設計模型）、Ext ract（嚴格萃取塔模型）。例如ASPEN PLUS的RADF

9、RAC模塊是一個嚴格模型，可用于模擬所有類型的多級氣、液分離操作，如普通精餾、吸收、再沸吸收、汽提、再沸汽提、萃取、萃取蒸餾和共沸蒸餾等。適用體系包括氣液兩相傳質(zhì)體系，氣液液三相傳質(zhì)體系，窄沸程和寬沸程傳質(zhì)體系等。對氣、液兩相存在強非理想物系和理想物系都有良好的模擬效果。使用ASPEN中的靈敏度分析工具可以方便地確定過程對關鍵操作變量和設計變量的響應，即一個或多個流程變量變化對其他流程變量造成的影響。使用靈敏度分析工具，進行不同工藝參數(shù)條件下的對象特性的研究，從而得出最佳的操作參數(shù)。Aspen plus分析模擬102塔：圖中標示的1的為進料，進料為苯酐，苯甲酸，鄰苯二甲酸，經(jīng)過精制塔，2為塔頂

10、出料，含有苯甲酸以及極少量的鄰苯二甲酸，3為塔底出料為鄰苯二甲酸。3.1 進料進料狀態(tài)如下圖所示：PRODUCT(苯酐) 分子式C8H4O3 摩爾流量為40.583kmol/hrBENCOOH（苯甲酸） 分子式為C7H6O2 摩爾流量為0.027kmol/hr2BENCOOH（鄰苯二甲酸）分子式為C8H6O4 摩爾流量為0.885kmol/hr3.2模擬塔進料板位置： 理論板數(shù)為15塊板 進料板為第10塊板 回流比為1 根據(jù)老師給的模擬資料初定板數(shù)和回流比。 第一塊板的壓力為30kpa,全塔壓降為30kpa 全塔能量核算：3.3 熱力學方法的選擇如何選擇熱力學方法 對非極性或弱極性物系，可采用

11、狀態(tài)方程法。該法利用狀態(tài)方程計算所需的全部性質(zhì)和氣液平衡常數(shù)。 對極性物系，采用狀態(tài)方程活度系數(shù)方程相結(jié)合的組合法，即氣相采用狀態(tài)方程法，液相逸度采用活度系數(shù)法計算，液相的其他性質(zhì)采用狀態(tài)方程或經(jīng)驗關聯(lián)式法。 過程模擬者必須選擇合適的熱力學模型在使用模擬軟件進行流程模擬時，用戶定義了一個流程以后，模擬軟件一般會自行處理流程結(jié)構分析和模擬算法方面的問題，而熱力學模型的選擇則需要用戶做決定流程模擬中幾乎所有單元操作模型都需要熱力學性質(zhì)的計算，迄今為止，還沒有任何一個熱力學模型能適用于所有的物系和所有的過程。流程模擬中要用到多個熱力學模型，熱力學模型的恰當選擇和正確使用決定著計算結(jié)果的準確性、可靠性

12、和模擬成功與否。3.4 優(yōu)化4. 使用aspen plus模擬結(jié)果1 0.000 00總結(jié) 又一次經(jīng)歷幾周的時間進行課程設計，從剛布置任務就本以為看起來很少的任務量可以輕松完成，最后還是全是花費在學習aspen plus 應用軟件上。aspen plus 應用軟件是我第一次使用到的化工計算軟件，從一開始的安裝就給我個下馬威，安裝過程出現(xiàn)了很多困難，通過多名同學調(diào)試幫忙之下才順利安裝成功。安裝成功是一回事，使用還是需要新的功夫，對我這樣英文不好的學生簡直太費勁，里面很多單詞需要自己去查詢，過程中同樣出現(xiàn)很多問題。最后通過指導老師的指導，課件的學習，同學的幫助才對此軟件有了操作基礎。才勉勉強強的使用aspen plus， 整個設計過程，謝謝張曉琳老師的熱心輔導，通過各種途徑將知識傳授給我們，并認真謹慎的幫助解決設計中存在的各類問題，對我們在設計中存在的疑難問