苯胺.doc

第一章 文献综述1.1 引言苯胺是重要的有机化工原料之一1，广泛的应用于有机化工原料和化工生产工业，制得的化工产品和中间体有三百多种，在燃料、医药、农药、炸药、香料、橡胶硫化促进剂等行业具有广泛的应用，开发利用前景十分广泛，尤其是作为生产聚氨脂产品主要原料MDI（二苯基甲基二异氰酸脂）的重要原料，今年MDI的快速发展，使苯胺需求增长很快。故苯胺具有很大的市场潜力。此外，苯胺还可以用作溶剂和其他化工原料，开发利用前景十分广阔。1.2 苯胺的性质苯胺无色至浅黄色透明液体，在空气中氧的影响下，在光的照射或高温下，苯胺易被氧化：无色-黄色-棕色-黑色。其相对密度1.02，凝固点-6.2 ，沸点184.4 ，自燃点：620 （空气中） 530 （氧气中）。蒸汽压133.3 Pa（34.8 ），蒸汽相对密度3.22。呈弱碱性，常温下微溶于水，与醇，醚，苯等多种有机溶剂混溶。苯胺俗称阿尼林油，是重要的有机化工原料。纯苯胺为无色透明油状液体，暴露空气中或见光会逐渐变成棕色。因此在储存和运输苯胺的时候常常采用氮气作为保护气。苯胺能随水蒸气挥发，能与醇、醚、苯、硝基苯及其他多种有机溶剂混溶。苯胺有很强的毒性，能渗透皮肤至血液，口服15滴致死。生产过程中废水、废气和废渣中苯胺的含量都有相应的标准，应严格控制三废中苯胺含量1.3 苯胺的用途苯胺是一种基本的有机化工原料。据不完全统计，以苯胺为原料可以制造合成300多种产品和中间体，在许多领域中具有广泛的应用2。1) 应用于生产异氰酸脂（MDI），MDI主要用于制人造革、聚氨酯软质或硬质泡沫塑料（主要用于家具、汽车、建筑及冰箱等工业绝缘保温材料）。2) 应用于生产橡胶助剂，在橡胶行业，主要是用于生产防老剂如RD、4010-NA，促进剂如M和DM等，另外可用于橡胶抗氧剂、抗臭氧剂、硫化剂、稳定剂及活性剂等。3) 在染料及医药、农药、等方面的应用，染料行业消耗苯胺量主要有染料和碱性染料。在医药中用于生产乙酰苯胺、氨基比林、安乃近、磺胺类药物及甜味剂等。农药方面主要用于生产除草剂、杀虫剂、动物驱虫剂、落叶剂等。4) 在其他方面苯胺N-烷基衍生物作为加铅汽油防爆剂，苯胺盐可以作为发动机染料添加剂用作防止汽化和结冰及防锈，另外，在精细化工中苯胺及其衍生物也有着广泛的用途。1.4 苯胺的主要生产方法1.4.1 硝基苯铁粉还原法采用间歇法，将反应物投入反应釜中，在盐酸介质，约100下，硝基苯用铁粉还原生产苯胺和氧化铁，产品经蒸馏得到粗苯胺，再经精馏得到成品，一般收率在95%98%，铁粉质量的好坏直接影响到苯胺的产率。此法为苯胺的经典方法，但由于设备存在设备复杂、污染环境、能量消耗大、分离产品困难等缺点，逐渐被淘汰。但仍有部分中小型企业仍采用该法。 1.4.2 苯酚氨化法 氨经混合，汽化，预热后，进入反应器中，温度370，压力1.7Mpa，催化剂氧化铝硅胶。产物制得苯胺，同时联产二苯胺。该法工艺简单，催化剂价格低，寿命长，产品质量优。不足之处，基建投资大，能耗高。1.4.3 硝基苯催化加氢法该法是目前工业生产苯胺的主要方法，有固定床气相催化加氢法、流化床气相催化加氢法、液相加氢工艺三种方法。1.4.3.1 固定床气相催化加氢工艺固定床气相催化加氢法在200300,13Mpa条件下，经预热的氢和硝基苯反应生产粗苯胺，然后经脱水、精馏制成。该工艺具有技术成熟，反应温度低，设备及操作简单，投资少和产品质量好等优点。缺点，压力较高，易发生局部过热而引起副反应和催化剂失灵，需定期更换催化剂。国外大多数厂家均采用此法。国内只有万华聚氨酯股份公司采用该法。1.4.3.2 流化床气相催化加氢工艺该工艺硝基苯的转化率99.5%， 苯胺总收率98%，产品凝固点-6.2 。该工艺有效改善了传热状况，较好控制了反应温度，避免了局部过热，减少了副反应，延长了催化剂寿命，并可在不中断生产条件下由反应器中出取出一批部分失活的催化剂和补充新鲜的催化剂，同时还可以在反应器内部加装废热锅炉等装置，以充分利用反应热。该工艺缺点是操作比较复杂，加上流态化复杂性和反应器机构复杂，致使操作维修费用比较高，目前我国除烟台万华集团采用固定床气相催化加氢工艺外，均采用该工艺生产。目前典型的流化床气相催化加氢工艺是由德国巴斯夫公司开发并工业化应用。该公司使用催化剂（其中Cu 质量百分含量为15%），以锌和钡为助催化剂，在过量氢气存在下，温度250300 ，压力为4001000 kPa 进行加氢反应，氢气和硝基苯摩尔比为10:1，由反应器底部充入混合气体，再送入装有催化剂的流化床，此时反应温度为270 左右，另外在反应器的一些关键不稳处安装管式网络，这样热交换流体在此网络里循环流动去除反应热，一般6个月更新一次催化剂，由反应器排出的废气中含有苯胺和水，可将其送入产物冷凝器，从冷凝器中排出的氢气经过浓缩后再循环送至反应系统中。2004年清华大学公开了硝基苯气相加氢制备苯胺装置及方法的专利3。主要包括流化床反应器及其底部的反应原料气体入口；设置在该入口上部的第1气体分布器；设置在反应器轴向高度中部的将反应器分为2个催化剂密相区的第2气体分布器；设置在反应器内2个催化剂密相区中的换热器；设置在所述反应器外部或内部的分别与上下2个催化剂密相区相连的催化剂溢流装置以及气固分离装置；以及利用上述装置制备苯胺的方法，主要包括控制氢气与硝基苯的摩尔比，控制反应器2个催化剂密相区的温度等步骤。该项技术具有反应器操作弹性大，硝基苯转化率高、产生苯胺的选择性高、产品纯度高、催化剂用量少、能耗低等优点。1.4.3.3 硝基苯液相催化加氢工艺为了解决反应温度高等问题，英国ICI 公司和美国杜邦公司等相继开发出硝基苯液相催化加氢工艺，反应温度和压力分别为90200 ，100600 kPa，一般使用淤浆和流化床反应器，ICI开发技术使用大量苯胺作为溶剂，通过反应压力将反应混合进行浓缩，从而去除反应热，该工艺采用的催化剂为以硅藻土为载体的镍催化剂。杜邦公司的液相加氢技术使用以碳为载体的铂/钯催化剂，以铁为改性剂，使用改性剂可以延长催化剂使用寿命，提高活性，并使之不受芳环的加氢反应引起损害，反应在一个活塞式流动床反应器内进行。国内对此工艺也进行研究开发，兰州大学以活性镍或镍-镧系元素为催化剂，在温和条件下使硝基化合物液相加氢成为相应芳香胺。青岛化工学院纳米材料研究所用电弧等离子法制备纳米镍用于催化硝基苯加氢反应，用该法制备超细微粒催化剂拓展了催化剂制备和应用。天津大学开发出一种功能性磷树脂，把Pd、Pt 或Ni负载于该树脂上制成催化剂，用于硝基苯液相催化加氢。液相工艺通过不回收气体来节能，并在反应器内产生较高的时空产率。但是由于液相催化加氢工艺多涉及贵金属催化剂和高活性制备复杂的催化剂，使生产成本有一定风险，因此目前尚未达到工业化生产阶段。1.5 苯胺生产中的主要危险介质分析1.5.1 硝基苯硝基苯的分子式为, 相对分子质量为123. 11, 淡黄色透明油状液体,有苦杏仁味, 能溶于苯、乙醇及乙醚, 难溶于水。有毒, 多量吸入蒸气或经皮肤吸收都会引起中毒, 在车间空气中的最高允许浓度为5 mg/m3。常用的理化数据:相对密度1.205(25 ),熔点5.7 ,沸点210.9 , 闪点87. 8 (闭杯),爆炸下1.8% (93. 3 ) , 自燃点482 , 蒸气密度4. 25 g/L 。危险特性:有毒,遇火种、高热能引起燃烧爆炸,与硝酸反应强烈。储运注意事项:储存于通风阴凉的仓间内,远离火种、热源,避免日光曝晒并且与氧化剂、硝酸分开存放;搬运时轻装轻卸,防止破漏,引起中毒;误触皮肤立即用肥皂水洗涤。1.5.2 氢气氢气为无色无臭气体, 极微溶于水、乙醇、乙醚, 无毒、无腐蚀性, 极易燃烧, 燃烧时发出青色火焰,并发生爆鸣,燃烧温度可达2000 ,氢氧混合燃烧火焰温度为2100 2500 ,与氟、氯等能起猛烈的化学反应。理化常数:密度0.0899 g/L,熔点-259.18 ,沸点-252.8 ,自燃点400 ,爆炸极限4.1%74.2%,最易引爆体积分数24%,产生大量爆炸压力的体积分数32.3%,最大爆炸压力0. 73 MPa,最小引燃能量0.019 MJ,临界温度-239 ,临界压力1.307 MPa。危险特性: 与空气混合能成为爆炸性混合物, 遇火星、高热能引起燃烧爆炸。在室内使用或储存氢气, 当有漏气时, 氢气上升滞留屋顶, 不易自然排出, 遇到火星时会引起爆炸。储运注意事项: 氢气应用耐高压的钢瓶盛装; 储存于阴凉通风的仓间内, 仓温不宜超过30 , 远离火种、热源, 切忌阳光直射; 应与氧气、压缩空气、氧化剂、氟、氯等分仓间存放, 严禁混储、混运。1.5.3 苯胺苯胺为无色或淡黄色油状液体, 呈弱碱性, 具有特殊臭味, 微溶于水, 能溶于醇及醚, 露置在空气中将逐渐变为深棕色, 能被皮肤吸收而引起中毒, 在车间空气中的最高容许质量浓度为5 mg/m3。理化常数: 相对密度1.02(水1.20 ),凝固点-6.2 ,沸点184.4 ,闪点70 (闭杯),自燃点为615 ,爆炸下限1.3%,燃烧热3.39 MJ/mol, 蒸气密度3.33 g/L。危险特性:具有很高的毒性,易经皮肤吸收以及经呼吸道吸入而中毒；中毒现象为头晕、乏力、嘴唇发黑、指甲发黑,甚至呕吐；饮酒后更容易引起中毒,事先服用牛奶则有解毒作用; 苯胺可燃，遇明火、强氧化剂、高温有火灾危险。储运注意事项：储存于阴凉通风的库房内,远离火种、热源并且与氧化剂及食用原料隔离存放。1.6总结苯胺生产过程中反应物以及生成物均是易燃易爆，有毒有害，且反应为高放热反应，是安全生产十分重要的典型化工生产装置。为了保证生产的安全，必须保证工艺管线和生产设备的密闭化，实现动密封和静密封泄漏率为零；保证生产过程中的关键零部位如调节阀、现实仪表都能正常显示，避免因仪表失灵造成事故；平时进行高纯度氮气储备，必备不时之需；严格控制工艺指标，严格执行工艺规程和操作法，严格遵守巡回检查制度，保持生产设备安全稳定长周期运行。第二章 工艺路线2.1概述苯胺属基本有机化工中间体，硝基苯气相加氢法合成苯胺是一种先进的生产方法，尤其在我国它有着得天独厚的优越条件。该工艺具有连续化实现小设备大生产；合理的利用装置的能源；生产的产品质量高、稳定；更环保等优点。另外苯胺有很强的毒性，被归为高毒性，高危害的范畴。而以往的工艺往往是采用间歇人工加料的方法，因此其中毒的人员屡见不鲜。采用流化床气相加氢可以封闭连续生产，从而可以使人员中毒的可能降至最低限度。在流化床反应器引进我国以前，苯胺的生产均采用铁粉还原。人工定时将铁粉加入反应器，间歇出料，生成的苯胺，氧化铁和铁粉经过分离，得到产品苯胺和副产品氧化铁。此工艺路线有着很多的致命缺陷：间歇人工进料，不可能达到大产量；副产品氧化铁在我国没有更高的分离提纯技术，只能做廉价的染料，是远远达不到磁性材料紧缺和电子行业中紧缺的氧化铁的质量标准，从而造成副产品不能充分利用。但在许多发达国家依然有许多用铁粉换原来合成苯胺的工艺，其纯熟的氧化铁提纯技术可以副产大量高质量的氧化铁，以满足高科技行业的需要。在本次设计中拟采用的是成套成型的硝基苯气相加氢合成苯胺的技术，这样做从工厂的角度来讲质量更有了保障，风险较小。在设计中参阅了大量的相关资料。2.2 原料与产品的性质2.2.1原料硝基苯性质 硝基苯是一种重要的基本有机合成原料。纯硝基苯是无色油状液体，工业上因含有杂质而呈微黄色，具有苦杏仁特殊臭味。熔点5.7oC,凝固点5.85oC,沸点210.9OC，相对密度1.2037（20OC），能溶于水，易溶于有机溶剂。其水溶液有甜味，能随水蒸气蒸发。易燃易爆。硝基苯有毒，对人的血液有毒害作用，能通过人的呼吸系统和皮肤引起中毒。在空气中最高容许浓度为5mg/m3。急性中毒，起初表现为全身不适、头痛、晕眩等。2.2.2产品苯胺性质苯胺俗称阿尼林油，是重要的有机化工原料。纯苯胺为无色透明油状液体，暴露空气中或见光会逐渐变成棕色。因此在储存和运输苯胺的时候常常采用氮气作为保护气。苯胺能随水蒸气挥发，能与醇、醚、苯、硝基苯及其他多种有机溶剂混溶。苯胺有很强的毒性，能渗透皮肤至血液，口服15滴致死。生产过程中废水、废气和废渣中苯胺的含量都有相应的标准，应严格控制三废中苯胺含量。2.2.3主要原料质量标准4为保证生产MDI级苯胺产品，本工艺对原料有严格要求。其中氢气来自外管，催化剂外购，硝基苯则取自硝基苯单元装置。其主要质量标准见表2-1。表2-1主要原料的质量标准一览表序号原料名称技术标准规格备注1硝基苯GB9335-88外观：浅黄色液体凝固点（oC）5.5纯度%99.8硝基甲苯总量%0.1水分%0.1优级品2催化剂NHQ019-95外观：浅蓝色至蓝色微球型颗粒铜含量（干品）%1520水分%5.00粒度（通过40120木筛）85.00%3氢气GB3638-83纯度：98%体积比氧含量：0.5%体积比氮含量：1.5%体积比水分：无游离水2.2.4MDI级苯胺产品的质量标准见表1-2。表2-2 苯胺产品的质量标准表名称项目单位指标试验方法备注苯胺外观无色至浅黄色透明液体，无悬浮物目视色度（铂-钴）色号150GB3143纯度%（A/A）99.90PU/T01-088环己胺%（A/A）0.015PU/T01-088环己醇%（A/A）0.015PU/T01-088甲基苯胺%（A/A）0.010PU/T01-088高沸点%（A/A）0.0050PU/T01-088硝基苯mg/kg0.050PU/T01-088水分%0.100GB6283氧气含量%（A/A）0.03PU/T01-0882.3 工艺流程叙述2.3.1 加氢工序来自界区外的氢气经过氢换热器和预热后的硝基苯混合后进入汽化器汽化段汽化和过热段后进行加氢反应，在流化床中硝基苯和氢气在220OC300OC的条件下，在催化剂的作用下进行反应，同时放出大量的反应热，流化床通过换热器将反映热取出，产生蒸汽，流化床出料经氢气换热器与循环氢加热后用水冷却，将产生的苯胺和水冷凝并与氢气分离。在采用分离器分离出粗苯胺和水。根据产量的不同，设计不同的流化床，同时配合不同规模的循环氢流量，满足需求。苯胺催化剂采用间歇再生的方法，根据产品质量要求和原料情况，单程反应催化剂寿命在120天200天。2.3.2 精馏工序加氢反应得到的粗苯胺经脱水塔脱出水后进入精馏塔，经精馏塔精馏后塔釜得到成品苯胺，塔釜焦油定期排至残液蒸馏锅蒸馏回收其中的苯胺后最为固定排出装置。2.3.3废水处理工序苯胺水在与苯胺回收塔顶烝出物料换热后进入苯胺回收塔，在苯胺回收塔中通过共沸蒸馏回收苯胺，塔釜废水控制苯胺含量在500ppm以下后排除装置。2.4 产品及原料的贮存、运输方式及其有关的安全措施和注意事项2.4.1 贮存和运输方式原料硝基苯由硝基苯装置内的硝基苯输送泵输入本装置内的硝基苯贮罐。本装置设置两个苯胺成品贮罐，由成品输送泵输出至成品包装库的成品包装贮罐，进行包装（界区内只考虑一天的贮存量）。2.4.2安全措施和注意事项原料硝基苯和成品苯胺应贮存于通风阴凉的仓库内，远离火种、热源、避免日光暴晒，应与氧化剂、食品原料分开堆放，搬运时应穿戴防毒面具，轻装轻卸，防止泄露，引起中毒，误触皮肤，如接触皮肤立即用肥皂水洗涤。整个苯胺装置从运输、存放、及使用都必须防止物料的泄露，使危害人员的可能性降至最低限度，硝基苯、苯胺的贮罐和设备应防静电、防雷。2.5 三废排放及治理方案25.1 三废排放标准及检查 （1）废水每生产一吨苯胺，约产生400g含近3.5%饱和苯胺废水，经共沸蒸馏，回收苯胺排放含量小于500ppm的苯胺废水，符合一级排放标准。定期分析储罐中苯胺的含量，合格后利用泵将废水送往污水间生化处理。（2）废渣每生产一吨苯胺，约有5kg废渣，排渣入箱后外买或做焚烧处理。（3）废水每生产一吨苯胺有100m的废水需要排放。定期检查氨气含量，当氢气含量小于80%时排放废气。2.5.2三废排放及治理一览表见2-3 表2-3三废排放及治理一览表 名称成分排放量 处理方法一级排放量1废水含苯胺3.5%400kg/t共沸蒸馏500mg/L2废渣苯胺少量5kg/t外买（焚烧）3 废渣氢气、水蒸气、苯胺100m/间断排空2.6 主要设备的选型2.6.1 流化床反应器的选用苯胺装置采用硝基苯加氢的反应工艺，其反应器就是流化床。国内的流化床最早是由南京化工厂开发，经多年改进、扩大，现已具备3万吨/每年的单位生产能力，大规模（年产3万吨以上）的流化床目前国内均采用清华大学技术，本装置的流化床拟用南京化工厂技术，达到单台2万吨以上的生产能力。2.6.2 循环氢压缩 硝基苯加氢反应是在流化床中，高氢油比（摩尔比12:1-15:1）的条件下进行的，反应氢气远远过量，这就需要循环氢压缩机使大量的氢气在反应器中循环使用，氢气压缩机的功率在150kw以下在规范的布置和要求较低,同时检修较为方便，整体上比较经济，本装置选用132kw，循环量40m/ min的循环氢压机，根据产量在2万吨/每年，设置4台氢压机（其中一台备用）。2.6.3 精馏塔 本装置的产品质量要求较高，要求生产出MID级苯胺，这就要求将流化床反应器生成除苯胺以外的杂质去除干净，对精馏塔提出了较高的要求。2.7 原料、动力消耗（综合一览表） 表2-5原料及动力消耗一览表序号原料消耗水电蒸气备注硝基苯氢气催化剂理论消耗1323kg65kg历史先进1337kg70kg0.23kg12.93t134.2kwh0.015t实际消耗1338kg70kg0.23kg14.1t143kwh0.015t2.8 工程技术方案2.8.1 建筑本装置中，联合装置、综合楼拟采用钢筋混凝土厂房。苯胺包装棚拟采用轻质单层钢制造。2.8.2 自控由于该工程测量、控制点的数量初步估计在500个以下，所以拟采用国产品牌DCS（Ditributed Control System）控制系统。为进一步提高DCS控制系统的可靠性，除了DCS系统的电源系统、主控制系统、通讯单元和系统总线全部冗余外。DCS系统配合五台操作员站和一台工程书站用。生产装置共设一个中央控制室，五台操作员站安放在内。中央控制室旁有一个机柜室，DCS的现场控制站。仪表柜及不断电源（UPS）等安装在里面。贮运系统、苯胺装置（含苯胺精制）的生产现场均有防火、防爆要求，在该区域内安装的仪表有防爆要求。拟选用隔爆型仪表以满足生产现场的防爆要求。中央控制室和机柜室设在防爆区外，无防爆要求。2.8.3 电器装置设置高压变电和低压配电，装置内的用电负荷等级为二级。根据规范要求设置防雷、照明和静电接地。2.8.4 给水排水本装置根据规范要求设置明沟排水，装置排水设置清污分流，两套排水系统，循环水合消防水。2.8.5平面布置简述苯胺装置的平面设置大多是联产上一阶段的硝基苯装置，因此苯胺装置要考虑到硝基苯-苯胺联产车间。基本平面布置遵循的几个原则：（1）泵区由于震动较大，对产房建筑影响较大。因此泵区应排布在一楼专设泵区。每个管线应备用一台。（2）罐区集中布置有利于土地的充分利用和设备的检修，由于储罐的大小不一放置在区内，应专设罐区。（3）塔设备，流化床反应器布置在装置区周边，高设置放置厂房外有利于吊装，维修和操作。（4）换热器和中间缓冲或者分离设备应布置在区域内部，根据物料、管道的走向和位差的要求布置在相应的高度。（5）综合行政办公楼布置在装置区对面。（6）机电室布置装置区内。（7）易燃易爆的装置按国家相应行业规范标准。第三章 物料衡算3.1. 概述 物料衡算是用物料平衡的方法依据质量守衡来求取产量和消耗量及各管线的物流量。从整体车间的大物流着手可以方便的求取各主要设备及管道的相应流量5。物料衡算是设计工程项目“三算”中的基础，准确的物料衡算可以更好的提高产品的收率，以及设备改造等方面提供重要的依据。也直接影响到能量衡算的热负荷，设备计算的处理量。苯胺车间由于反应的单一性，而且分离的困难不是很大。所以物流管线比较清楚，计算不是很繁琐。整体思路：整车间求原料和产品及三废量，再则求出反应器的反应量。最后求取精制工段的个分离器的进出口量，符合物料衡算的一般规则。其中苯胺脱水塔和苯胺回收塔中有两股循环流，需要从产品反应堆和设定工艺精馏回流比来完成。3.2 原料与产品年产：2万吨/年；年生产时间：8000小时。.产品苯胺（14）： (t/h)其中含：苯胺 (kg/h) 水 (kg/h).原料硝基苯(2) (kg/h)其中含：硝基苯 (kg/h)水 (kg/h) .原料氢气 (1) (kg/h)其中含：氢气 (kg/h) 氮气 (kg/h)全车间原料与产品物质表见表3-1。表3-1 产品及原料物质表序号（14）流量kg/h重量%流量kg/h重量%流量kg/h重量%苯胺2497.599.9水6.690.22.50.1硝基苯3338.399.8氢气171.598注：原料氢气；原料硝基苯；（14）产品流量、3.3 排放空气由于反应过程中，氢气中夹带的氮气和氧气以及不参与反应体系的杂质气体会随着循环在反应系统中不断的积聚。这除了不利于生产反应的正常进行外，大量的氧气会使得氢气含量下降至爆炸极限范围内而成为潜在危险。所以必须在反应体系中，定时的排放气体，使得氢气在反应体系中的含量保持在一定的水平以上。1）理论生成苯胺量按照原料消耗量计算苯胺和水的生成量 123 6 93 363338.3 kg/h ？ ？ ？其中含：苯胺 (kg/h) 水 (kg/h)2）排空废气工艺操作中规定当气体中（mol）时，即需要排放废气。其中排空废气中含有80%是氢气，氧气和氮气以及惰性气体，少量苯胺和水蒸气。其含量可以根据道尔顿分压定律6按照理想气体计算：由于反应器流出的物质难以冷却至常温，所以计算取40 近似计算。其中：苯胺40 的饱和蒸汽压是0.2 kPa； 水40 的饱和蒸汽压是7375.8 kPa排放废气中含：苯胺水蒸气氢气80%氮气1-0.197%-7.28%-80%=12.52%尾气排放的指标是100 m3/t，按照理想气体计算总排放量有 (mol/h)其中含：苯胺 (kg/h)水 (kg/h)氢气 (kg/h)氮气 (kg/h)3.4 进出全车间物流物料衡算全车间做物料衡算，可以在求得三废排放量的同时，控制原料的进入量，来达到高效生产的目的7，其物料流向图见图3-1排放废气（5）废渣（16）产品苯胺（14）废水（19）2万吨/年苯胺车间硝基苯（2）氢气（1）图3-1全车间物质流向图1）废水排出量废水（19） (kg/h)废水中含苯胺量为500 ppm,苯胺 (kg/h)2）废渣排出量废渣（16） (kg/h)其中含：苯胺 (kg/h) 焦油 (kg/h) 三废排放量见表3-2。表3-2 三废排放物料衡算表序号（16）（19）流量kg/h重量%流量kg/h重量%流量kg/h重量%苯胺2.050.1974.81200.480.05水14.637.28966.699.95氮气3.512.52氢气17.8580焦油 19.280注：废气排放；(16)废渣排放；(19)废水流量。3.5 产品精制分离工段物料衡算精馏分离工段的物料衡算是把反应器出口流出物质和最后产品看成一个整体，这样可以在达到产品质量和排放标准的前提下，求得反应器所需要的反应能力。物质流程图见图3-2。产品精制分离工段反应器进口（7）排放废气（5）废渣（16）产品苯胺（14）废水（19）图3-2精制工段物质流向图反应器进口（7）=（5） +（14）+（16）+（19）苯胺 (kg/h)水 (kg/h)焦油 19.25 (kg/h)3.6 苯胺水分离器苯胺水分离器主要目的是为了达到初步分离苯胺和水的设备，其最大的分离能力是饱和焦油苯胺和水的相互溶解度。根据物料平衡和苯胺在水及水在苯胺中的饱和溶解度可以分别求出苯胺水分离器的水层和苯胺层各自的组分含量，如图3-3。苯胺水分离器反应器进口（7）水层（8）苯胺层（9）图3-3苯胺水分离器物质流向图40苯胺在水中的饱和溶解度为3.83%，水在苯胺中的饱和溶解度为5.71%根据物料平衡，列方程组求解：设水层流出流量为X (kg/h)，苯胺层流出流量为Y (kg/h)有： 求得 (kg/h) (kg/h)1）水层出料中苯胺 (kg/h) 水 (kg/h) 2）.苯胺层出料中苯胺 (kg/h) 水 (kg/h) 焦油19.25 (kg/h)苯胺水分离器物料衡算见表3-3。表3-3苯胺水分离器物料衡算表序号流量kg/h重量%流量kg/h重量%流量kg/h重量%苯胺2504.871.4132.643.832438.993.6水983.828.04819.5696.17149.6563焦油19.250.5519.250.77注：苯胺水分离器粗苯胺进料；水层出料；苯胺层出料。3.7 苯胺回收塔苯胺回收塔的作用是降低排放废水中的苯胺含量，使所排放的废水达到排放标准，并且回收部分苯胺。苯胺回收塔的组分要求并不高，此塔只有提馏段。根据苯胺回收塔的出他组分要求，通过物料衡算，可以求得进塔组分和含量，见图3-4图3-4苯胺回收塔物质流向图按照苯胺回收塔的指定回收工艺回流比，进塔无聊总量的回收循环，作为废水排出设备，并且排出废水要求苯胺含量低于500 ppm。进料（18） (kg/h)回收（20）= (kg/h)1）按照进料苯胺水为40 的饱和苯胺水溶液计算，溶解度为3.83%有：进料（18）苯胺 (kg/h)水 (kg/h) 2）回收苯胺（20）中含：苯胺 (kg/h) 水 (kg/h) 苯胺回收塔物料衡算见表3-4。表3-4苯胺回收塔物质流向图序号（18）（19）（20）流量kg/h重量%流量kg/h重量%流量kg/h重量%苯胺55.563.830.480.0555.0812.85水1395.196.17966.6799.95428.4787.15注：（18）苯胺水；（19）废水；（20）回收苯胺。3.8 残液蒸馏锅残液蒸馏锅8作用是回收精馏塔塔底排焦中的苯胺，利用共沸蒸馏的原理尽可能的使焦油少带走苯胺。残液蒸馏锅采用间接操作，根据精馏塔釜出料和废渣的量计算出蒸馏回收循环苯胺的量，见图2-5。图3-5残液蒸馏锅物流图1）工艺允许10%20%的苯胺作为废渣焦油排出，因此精馏塔塔釜出料（15）为 (kg/h)。其中：含苯胺 (kg/h) 焦油19.25 (kg/h) 2）根据物料平衡，残液蒸馏锅蒸出苯胺（17）=（15）-（16）有：苯胺 (kg/h)残液蒸馏锅物料衡算见表3-5。表3-5残叶蒸馏物物料衡算表序号（15）（16）（17）流量kg/h重量%流量kg/h重量%流量kg/h重量%苯胺221.35924.8120216.54100焦油19.25819.2580注：（15）苯胺蒸馏塔塔釜出料；（16）废渣；（17）苯胺。3.9 苯胺精馏塔苯胺精馏塔是产品苯胺的最终精致设备，对塔顶苯胺产品的组分要求严格，而对塔底的排焦要求则不高。因此，苯胺精馏塔只要径流段来确保产品苯胺的质量。可根据产品的含量和进料含量求得排焦量，如图3-6。图3-6 苯胺精馏塔物料流向图1）产品苯胺（14）含：苯胺2497.5 (kg/h) 水2.5 (kg/h) 2）排焦（15）含：苯胺221.35(kg/h) 焦油19.25 (kg/h) 3）苯胺精馏塔进料（13）=（14）+（15）含：苯胺 (kg/h) 水2.5 (kg/h) 焦油19.25 (kg/h) 苯胺精馏塔物料衡算见表2-6。表2-6 苯胺精馏塔物料衡算表序号（13）（14）（15）流量kg/h重量%流量kg/h重量%流量kg/h重量%苯胺2718.8599.22497.599.9221.3592水2.50.0912.50.1焦油19.250.70919.258注：（13）粗苯胺；（14）产品苯胺；（15）排焦。3.10 苯胺脱水塔苯胺脱水塔是在苯胺水分离初步分离出的苯胺的基础上涌径流的方法进一步的脱除其中的水分，起到初馏的作用。因此，苯胺脱水塔出料中的苯胺中组分水的含量直接影响产品的质量，保证产品的质量。苯胺精馏塔只有提馏段，其物料衡是借助经验设定适合的回流比来进行的，见图3-7。图3-7 脱水塔物流图操作规定进料中至少90%的苯胺从塔釜流出，10%随循环水会到苯胺水罐分离。1）塔釜流出液（13）含：苯胺 (kg/h)2）苯胺脱水塔进料（11）含：苯