邻苯二甲酸 化工设计

1、目 录2目目 录录第一章第一章 总论总论 .1 11.1 项目概况 .11.2 设计依据 .11.3 设计原则 .11.4 设计内容 .21.5 建设规模及产品方案 .21.6 公用工程及辅助设施 .31.7 能量利用及环境保护 .31.7.1 能量利用.31.7.2 环境保护.41.8 存在问题及建议.4参考文献 .4第第 2 2 章章 工艺流程设计工艺流程设计 .5 52.1 生产方案选择 .52.1.1 产品性质及规格标准 .52.1.2 原料路线确定原则和依据 .52.1.3 工艺技术方案比较和选择理由 .62.1.4 操作条件的确定 .82.2 工艺流程设计 .82.2.1 反应原理

2、 .82.2.2 装置工艺原则流程图 .92.2.3 工艺流程简述 .9参考文献 .10第第 3 3 章章 物料衡算物料衡算 .11113.1 物料衡算概述 .113.2 物料衡算原理 .113.3 全装置的物料衡算 .113.4 主要设备的物料衡算 .123.5 操作条件汇总 .213.6 全装置工艺物料平衡图 PFD 绘制（见附图） .213.7 物料衡算小结 .21参考文献 .21第第 4 4 章章 热量衡算热量衡算 .22224.1 热量衡算概述 .224.2 热量衡算原则 .224.3 全装置的热量衡算 .224.4 主要设备的热量衡算 .234.5 各换热器热负荷及介质用量汇总 .

3、244.6 热量合理利用方案 .24目 录34.7 热量衡算汇总及小结 .24参考文献 .24第第 5 5 章章 设备工艺计算及选型设备工艺计算及选型 .25255.1 设备工艺设计概述 .255.2 反应器设计 .265.2.1 主体尺寸设计.265.2.2 结构设计.275.3 精馏塔设计 .285.4 换热器计算及选型 .355.5 容器设计 .415.6 机泵计算及选型 .435.6.1 机泵概述 .435.6.2 泵选型的原则 .435.6.3 泵选型的基本依据 .445.6.4 选泵的具体操作 .445.6.5 泵选型实例分析 .455.6.6 泵选型结果 .475.7 压缩机的选

4、型.475.7.1 选型原则.475.7.2 压缩机的型式.475.7.3 压缩机的尺寸.475.7.4 压缩比的计算.475.8 各类设备规格表和设备一览表汇总及小结 .48参考文献 .48第第 6 6 章章 原材料、动力消耗定额及消耗量原材料、动力消耗定额及消耗量 .4949第第 7 7 章章 自动控制自动控制 .50507.1 典型设备自控方案概述 .507.1.1 设计依据 .507.1.2 设计采用的规范和标准 .507.1.3 设计范围及分工 .507.1.4 生产安全保护 .507.1.5 仪表的选择 .517.2 反应器的自控 .517.3 精馏塔的自控 .527.4 换热器的

5、自控 .547.4.1 无相变时换热器的自控方案.547.4.2 有相变时的换热器控制方案.547.5 容器的自控 .557.6 机泵的自控 .557.7 压缩机的自控 .56参考文献 .57第第 8 8 章章 车间及设备布置设计车间及设备布置设计 .5858目 录48.1 设计依据 .588.2 设计范围 .588.3 车间平面布置方案 .598.4 设备布置原则 .608.4.1 生产工艺对设备布置的要求.608.4.2 设备安装专业对布置的要求.608.4.3 厂房建筑对设备布置的要求.618.4.4 车间辅助室和生活室的布置.628.4.5 安全、卫生和防腐蚀问题.628.4.6 工艺

6、设备竖面布置应遵守下列原则.628.5 典型设备布置方案 .628.5.1 泵和压缩机.628.5.2 容器.638.5.3 换热器.648.5.4 固定床反应器的布置.658.5.5 塔设备的布置.658.6 车间及设备平立面布置图绘制（见附图） .66参考文献 .66致谢致谢 .6767附录附录 .6868附录 1 9.8 万吨/年苯酐装置原则流程图 .68附录 2 9.8 万吨/年苯酐装置物料流程图（PFD） .68附录 3 9.8 万吨/年苯酐装置工艺管道及仪表流程图（PID） .68附录 3.1 PID 原料预处理流程图 .68附录 3.2 PID 反应分离流程图 .68附录 3.1

7、 PID 苯酐精馏流程图 .68附录 3.1 PID 顺酐精馏流程图 .68附录 3.1 PID 图例图 .68附录 4 9.8 万吨/年苯酐装置设备平面布置图 .68附录 4.1 EL0.000 设备平面布置图 .68附录 4.2 EL5200 设备平面布置图 .68附录 4.2 EL10500 设备平面布置图 .68附录 5 9.8 万吨/年苯酐装置设备立面布置图 .68附录 5.1 塔区设备立面布置图.68附录 5.1 框架平台设备立面布置图.68附录 6 9.8 万吨/年苯酐装置车间布置图 .68中国石油大学（华东）化工设计1第一章 总论1.1 项目概况苯酐是重要的有机化工原料，有 6

8、0以上用于制造氯乙烯增塑剂，30用于聚酯树脂和醇酸树脂，其余 10则用于油漆、染料、医药和农药。近年来 , 由于苯酐的下游产品邻苯二甲酸二丁酯 (DBP) 和二辛酯 (DOP) 大量进口 , 国内的苯酐需求增长逐年放慢。本项目拟采用固定床 65 克工艺生产苯酐。苯酐属芳香族羧酸，可代替邻苯二甲酸使用。是一种重要的基本有机化工原料，用途十分广泛，主要用于制造 DOP、DBP 等增塑剂、聚酯树脂和醇酸树脂，此外，还被大量可应用于涂料、医药、农药、糖精等工业中。我国苯酐最主要的用途是用来生产邻苯二甲酸酯类增塑剂，如邻苯二甲酸二辛酯(pop)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、异辛酯、环己酯和混合酯等，该类

9、增塑剂量用于聚氯乙烯(PVC)塑料制品的加工；其次是用于生产醇酸树脂和氨基树脂涂料；苯酐还可以用于不饱和聚酯的生产，在染料工业中用以合成蒽醌；在颜料生产中合成酞青兰 BS、酞菁蓝 BX、酞菁蓝 B 等颜料；在医药工业中用于制备酚酞；在农药生产中用于亚胺磷等中间体的生产。1.2 设计依据1）2010 级化工设计任务书；2） 中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要 ，2011 年 3 月，中华人民共和国国务院；3） 产业结构调整指导目录（2011 本） ，国家发展改革委员会。4）邻苯二甲酸酐 65g 工艺1.3 设计原则1）贯彻执行执行国家建设执行的基本政策，使设计做到技术先进，经济

10、合理，符合发展需求，环境友好，安全适用。2）严格执行国家和各部委颁发的现行标准和规范。3）坚持求实和革新精神，维护设计的科学性和客观性。4）密切结合企业的实际情况，按照一体化、露天化、轻型化、社会化、国产化的原则，确定必须引进国外工艺技术及关键设备的范围。5）认真贯彻执行国家及地方的环境保护、 “三废”治理、综合利用、劳动保护、安全卫生、消防方面的法律、法规及其与主体工程建设实施“三同时”的原则。6）认真贯彻工艺与装备并举的方针，大力加强工艺流程与装备的配套开发、设计。中国石油大学（华东）化工设计27）加强经济观点，处理好技术与经济的关系，以效益（经济效益、社会效益和环境效益）为中心。1.4

11、设计内容本项目设计一套 8 万吨年邻苯二甲酸酐装置工艺设计。本项目设计分厂同时配有原料和产品罐区、自备电站、配套公用工程、污水预处理厂、循环水厂等，并建有通讯及交通运输设备以及综合楼等配套设施。从原料空气和邻二甲苯经过一系列的化工过程生产出主产品邻苯二甲酸酐和副产品顺酐等其他产品，完成整套装置的初步设计，最终提交设计说明书（生产方法选择、物料衡算、能量衡算、操作条件确定、设备选型等等）和主要图纸（包括原则流程图、工艺物料流程图、PID 流程图、车间布置图、设备平立面布置图） 。详细设计过程1、查阅文献，了解设计内容，确定设计基础数据，完成文献综述；2、生产方案确定及工艺流程设计，绘制工艺原则流

12、程图；3、主要设备及全装置的物料衡算，列出物料平衡表等表格，绘制 PFD；4、主要设备及全装置的热量衡算（包括热负荷及传热剂用量的计算） ，列出热量平衡表等表格；5、主要设备的工艺计算与选型，列出各类设备规格表及设备一览表；6、确定自控方案，绘制工艺管道及仪表流程图（PID） ；7、进行车间及设备布置设计，绘制车间平面布置图及设备平、立面布置图；8、设计总结，编写初步设计说明书。1.5 建设规模及产品方案本项目包括一套 8 万吨年邻苯二甲酸酐装置工艺设计。1、原料及其组成：（1）工业级邻二甲苯：邻二甲苯97%，其它3%（均为 m%） ；（2）空气：其组成见表 1-1表表 1-11-1 原料空气

13、组成原料空气组成空气组分N2O2H2O合计组成，mol%77.020.03.0100.02、产品及其规格：主产品：邻苯二甲酸酐，纯度99.5%（m%） ；副产品：顺丁烯二酸酐，纯度92.0%（m%） 。 3、各产品的选择性见表 1-2表表 1-21-2 各产品的选择性各产品的选择性产品苯酐顺酐柠糠酐苯酞COCO2合计中国石油大学（华东）化工设计3选择性，m %84.09.00.40.54.61.5100.01.6 公用工程及辅助设施本项目公用工程及辅助设施见表 1-3表表 1-3 项目公用工程及辅助工程项目公用工程及辅助工程工程名称内容及规模主体工程8 万吨年邻苯二甲酸酐装置工艺设计熔盐载热体

14、Hitech 导热盐，各组成的质量比为 40%NaNO2，7%NaNO3，53%KNO3；混合物熔点 143，平均比热 Cp=2.5 kJ/kg，密度 1850 kg/m3给水依托厂区现有给水系统排水厂内“雨污分流”，污水通过自建排污管网纳入现有污水处理场供电依托现有供电系统贮运设置原料及产品罐区：1 个 3000m3 的工业级邻二甲苯原料罐；1 个 2500 m 3 的邻苯二甲酸酐产品罐；1 个 250 m 3 的顺丁烯二酸酐产品罐公辅工程其他一座 2000m3/h 的循环水场；配套建设综合楼（控制室）环保工程自建 1000m3/d 规模的污水预处理站；600m3 的初期雨水收集池绿化工程绿

15、化面积 4000m21.7 能量利用及环境保护本工程合理利用现有装置的链条关系综合处理部分污染物，在采取了清洁生产工艺及一系列的“三废”处理措施后，污染物均能满足达标排放，对环境的影响满足相关功能区划的要求。该项目建设符合国家产业政策，从环境保护的角度，该项目建设可行。1.7.1 能量利用在项目的建设和管理方面都要注意采取高效节能措施，措施主要包括：（1）优化全厂总工艺流程，设计好需用公用工程最少的热交换网络，节省蒸汽量与冷却水量。并且尽量使其他技术的选择在总体上满足全厂流程最优化的要求。（2）合理安排全厂蒸汽平衡和热交换网络，利用装置剩余热量对需热物流加热。同时对全厂各系统用汽加以优化，使全

16、厂用汽与产汽之间基本达到平衡。（3）对装置及系统产生的凝结水、锅炉排污和生产污水进行深度利用，处理后的回收水用作循环水补水；对于能够进行一水多用的设备及工艺尽量做到一水多用，从而节省水耗量，降低能耗。（4）减少新鲜水用量，减少排污，清污分流。污水处理场进水分为高浓度污水和低浓度污水，高浓度污水处理后排放，低浓度污水处理后回用。（5）换热器采用高效、低压降换热器提高效率，减少能耗；在机泵的选用上选用高效机泵和高效节能电机，提高设备效率；并根据情况选用液力透平回收高压液体的能量。中国石油大学（华东）化工设计4（6）选用高效变压器和电器设备，合理选则机泵和驱动电机的容量。（7）采用先进的自动控制系统

17、，使得各系统在优化条件下操作，提高全厂的用能水平。（8）加强设备及管道的隔热和保温等措施，对所有高温设备及管线均选用优质保温材料，减少散热，提高装置及系统的热回收率。1.7.2 环境保护在环境保护方面本项目需要的主要是如下几个方面：（1）废水治理尾气洗涤液进入沉降池，一部分自身循环，一部分进入废水处理装置进行处理。车间地面冲洗水、生活废水等汇集于水池，经物化、生化处理后达标排放。（2）噪声处理主要源于各设备在运转过程中由振动、摩擦、碰撞而产生的机械噪声和由排风、排气等产生的气体动力噪声。措施为尽量选用低噪声设备，并采用降低噪音的措施达到国家要求标准。并在磨粉机、粉碎机、振动筛的基础设置隔振垫或

18、安装消声器，使噪声在原基础上降低或在其生产岗位上设置隔声操作室，以改善操作人员劳动环境。（3）工厂绿化在厂区进行绿化设计，一是能治理污染，净化空气，调节温度、吸附灰尘，隔离噪音等；二是将厂区绿化的非常漂亮，建成花园式的工厂，使环境清新优美，冬暖夏凉，增进员工的身体健康，使他们一进厂区，就有一个好心情，忘掉不快，减轻压力，干劲倍增。1.8 存在问题及建议设计过程未对换热网络进行优化，对装置的各设备都未进行校核，虽满足设计要求但不是最优等。参考文献中国石油大学（华东）化工设计5第 2 章 工艺流程设计2.1 生产方案选择2.1.1 产品性质及规格标准本项目主要产品是邻苯二甲酸酐，产品纯度99.5%

19、，具体性质见表 2-1；副产品是顺丁烯二酸酐，纯度92.0%（m%） ，具体性质见表 2-2。表 2-1 邻苯二甲酸酐物性表主要产品苯酐纯度99.5%分子式C8H4O3；C6H4(CO)2O外观与性状白色针状结晶分子量148.11蒸汽压0.13kPa/96.5 闪点：151.7熔 点131.2 沸点：295溶解性不溶于冷水，溶于热水、乙醇、乙醚、苯等多数有机溶剂密 度相对密度(水=1)1.53；相对密度(空气=1)5.10稳定性稳定危险标记20（腐蚀品）主要用途用于制造增塑剂、苯二甲酸二丁酯、树酯和染料等表 2-2 顺丁烯二酸酐物性表副产品顺酐纯度92.0%分子式C4H2O3外观与性状无色针状

20、结晶分子量9806蒸汽压0.02kPa/20 闪点：110熔 点52.8 沸点：202溶解性溶于水、丙酮、苯、氯仿等多数有机溶剂密 度相对密度(水=1)1.48；相对密度(空气=1)3.38稳定性-危险标记-主要用途塑料工业用于制造增塑剂。造纸工业用于制造纸张处理剂。合成树脂工业用于制造不饱和聚酯树脂、醇酸树脂等2.1.2 原料路线确定原则和依据在选择生产方法和工艺流程时，应该着重考虑以下三个原则。（1)先进性。项目应尽可能采用先进技术和高新技术。衡量技术先进性的指标有产品质量性能、产品使用寿命、单位产品物耗能耗、劳动生产率、装备现代化水平等。中国石油大学（华东）化工设计6（2)适用性。项目所

21、采用的工艺技术应该与国内的资源条件、经济发展水平和管理水平相适应。具体体现在：采用的工艺路线要与可能得到的原材料、燃料、主要辅助材料或半成品相适应；采用的技术与可能得到的设备要适应，包括国内和国外设备、主机和辅机；采用的技术、设备与当地劳动力素质和管理水平相适应；采用的技术与环境保护要求相适应，应尽可能采用环保型生产技术。（3)可靠性。项目所采用的技术和设备质量应该可靠，并且经过生产实践检验，证明是成熟的技术。在引进国外先进技术时，要特别注意技术的可靠性、成熟性和相关条件的配合。（4)安全性。项目所采用的技术在正常使用过程中应能保证生产安全运行。（5)经济合理性。在注重所采用的技术设备先进适用

22、、安全可靠的同时，应着重分析所采用的技术是否经济合理，是否有利于降低投资和产品成本，提高综合经济效益。技术的采用不应为追求先进而先进，要综合考虑技术系统的整体效益，对于影响产品性能质量的关键部分，工艺过程必须严格要求。关键工艺部分，如果专业设备和控制系统国内不能保证供应，则成套引进先进技术和关键设备就是必要的。2.1.3 工艺技术方案比较和选择理由苯酐的生产有萘氧化法和邻二甲氧化法两种工艺路线。在国内 80 年代以前，萘氧化法占主导地位，但由于萘原料的来源受到限制，从而影响到了苯酐的正常发展；随着我国石油化学工业的发展，新建生产装置，大都采用邻二甲苯法。1）萘氧化法萘氧化反应发生在仪位，在缓和

23、条件下，萘氧化生成醌；在强烈条件下，萘氧化生成苯酐。此法以萘为原料，经空气催化氧化而得，其反应式如下：此法有分为固定床法和流化床法两种，所用催化剂是钒系催化剂。国内主要采用流化床法，国外主要采用固定床法。流化床法工艺过程：首先用蒸汽将萘熔化为液体，再用泵打入内装有 0402 催化剂(V 一 KSi 系列)的氧化炉底部，升温至，萘即被气化并分布至整个床层；320340经过滤净化的空气以的通入量，由鼓风机送入反应器底部，确保使催化剂处36000/mh于流化状态，萘在 的温度范围内被空气氧化生成苯酐气体；含有苯酐气体的空气混合气经冷凝器、热熔冷凝器冷却，液体进入粗苯酐贮罐，所得粗苯酐经蒸馏塔加热、硫

24、酸处理、碳酸钠中和后，再经真空精馏、冷凝、相分离、结晶、制片而得纯苯酐成品，含量 I997。苯酐尾气中含有顺丁烯二酸酐(顺酐)副产物，利用中国石油大学（华东）化工设计7其溶于水的特性，在水洗塔内用水循环吸收至一定浓度后，再用蒸发器进行真空提浓、真空蒸馏即可回收副产品顺丁烯二酸酐，尾气放空。一般生产 It 苯酐可回收50kg 顺丁烯二酸酐。2）邻二甲苯氧化法此法以邻二甲苯为原料，在催化剂作用下，用空气氧化邻二甲苯制备苯酐，其反应式如下：此外，副反应生成苯甲酸、顺丁烯二酸酐等。该反应为强放热反应，因此选择适宜的催化剂(高活性和高选择性)和移出反应热以抑制深度氧化反应，是工业过程的关键，该方法一般采

25、用的是以五氧化二钒为主的钒系催化剂，由此而开发了多种不同的生产方法。1974 年，开发成功了高负荷表面涂层的钒系催化剂，催化剂载体是惰性的无孔瓷球、刚玉球和碳化硅球等。近来，又选用环状载体制备催化剂。这种新型催化剂可以减少因内扩散引起的深度氧化反应，从而提高了苯酐的收率、选择性和催化剂的负荷。反应器多采用列管式固定床。工业上由邻二甲苯制苯酐主要有 3 条工艺路线，即固定床气相氧化法、流化床气相氧化法和固定床液相氧化法。其中固定床气相氧化法根据采用的催化剂和反应条件的不同，又分低温低空速法、高温高空速法和低温高空速法。目前苯酐生产工艺中，主要采用低温高空速法，以 BASF 法、Von Heyde

26、n 法的应用最为广泛，其中 Chauny法也被日益受到重视；其次是流化床气相氧化法。新建工厂大都采用固定床低温高空速法节能新工艺。国内引进的邻二甲苯法装置，也都是采用 BASF 公司低温高空速法。3）BASF法此法系德国 BASF 公司开发的技术，最初为低温低空速法；1968 年改为低温高空速法；近年来，又开发成功 60g 苯酐新工艺。其工艺过程为：将已过滤净化的空气压缩预热后，与经预热并借助热空气喷射而气化的邻二甲苯混合，进入内装有活性组分为、厂 2o 及 TiO 的环形高负荷型催化剂的列管式反应器中，在催化剂的作用下，邻二甲苯被空气氧化为苯酐气体。苯酐和空气的混合气，经冷凝器冷凝后送到分离

27、系统，使合成的苯酐经高效热熔冷凝器冷凝和热熔，被热熔为粗苯酐进入贮槽，然后由贮槽泵入预分解器，在分解器内被溶解的少量邻苯二甲酸，经脱水转化为苯酐；然后用泵将其打到连续蒸馏系统，在第一蒸馏塔内将顺酐和苯二甲酸在减压下从塔顶馏出，塔底物再经蒸发器进入第二蒸馏塔，经减压蒸馏、冷凝而得苯酐成品，含量993。从热熔冷凝器出来的废气，含有少量副产品和痕量苯酐，经水洗塔洗涤，或通过焚烧中国石油大学（华东）化工设计8消除，洗涤水中主要含有顺酐，通过加工可以回收，生产 It 苯酐，可副产工业级顺酐约 50kg，洗涤液循环使用，使过程无废水排出。4）Von Heyden法此法由原联邦德国 Von Heyden 化

28、学公司开发，也属低温高空速法，其工艺流程与BASF 法大致相似。工艺过程为：先将过滤净化的压缩空气预热至 140160C，并与气化的邻二甲苯(或萘)混合进入内装有球形或环形催化剂(v O 型)的立管式反应器中，管外用熔盐循环除去反应热，确保反应系统保持恒温，并利用反应热产生高压蒸汽，用于振动汽轮机及用作蒸馏工序热源；反应产生的苯酐蒸气馏出物，经预冷进入转换冷凝器，在此冷凝沉积于器壁，然后经周期性的熔融送入贮槽，最后经预热处理进行真空蒸馏而得精品苯酐；反应产生的废气，经水洗或焚烧后放人大气，洗涤液可用于回收顺酐， 每生产 1t 苯酐可回收顺酐 40-50kg2.1.4 操作条件的确定2.2 工艺

29、流程设计2.2.1 反应原理主反应：副反应：中国石油大学（华东）化工设计9810226.585C HOCOH O2.2.2 装置工艺原则流程图图 2-1 邻苯二甲酸酐的工艺流程图2.2.3 工艺流程简述本设计采用目前国内外最常用的邻二甲苯固定床氧化法。空气经过滤净化 , 预热后与汽化了的邻二甲苯混合进入反应器，管外用循环的熔盐移去反应热并维持反应温度，移出的热量用于产生高压蒸汽。反应器出来的气体经冷却器进入切换闪蒸罐，粗苯酐凝结在冷凝面上。定期熔融下来送至贮槽。废气经水洗涤后排空。粗苯酐在预分解器中经热处理后送至精馏系统，除去低沸点和高沸点的杂质，得到纯苯酐产品。普通的邻二甲苯固定床氧化法制备

30、苯酐的精馏残渣中含有大量的苯酐。一般回收苯酐的方法是将精馏塔底物送往薄膜蒸发器经蒸发后含苯酐的轻组分返回精馏塔底部，重质馏分（尚含有 50的苯酐）通入小直径塔内，在塔下部向该馏分的液流喷水，使中国石油大学（华东）化工设计10得到的固体粒状物沉降下来，送去焚烧。但该法苯酐回收率低，费用高，生成大量污水，造成设备腐蚀，又因精馏分直接返回精馏塔底，增加杂质含量，影响苯酐产品纯度。而且苯酐和其他副产物的沸点相差较大，一般都在几十度以上。分离完全可以在一个塔内进行。这样既缩短了流程，节约了成本，又不降低分离要求。参考文献中国石油大学（华东）化工设计11第 3 章 物料衡算3.1 物料衡算概述在进行化工厂

31、设计时，首先要按照确定的设计基础（工厂、装置规模、工艺流程、原料、辅助原料、产品及主要副产品的规格、厂区的自然条件等）进行设备的物料衡算（即工艺计算） ，并依此进行装置的物料衡算。3.2 物料衡算原理物料衡算的理论基础是质量守恒定理。它是研究某一体系内进出物料量及组成的变化。进行物料衡算时，必须先确定衡算的体系。对一般体系，均可用如下表示： ( 积累量)输入量)输出量)生成量)消耗量)在稳定状态（及系统中积累量为 0 时）可表示为：( 输入量)输出量)生成量)消耗量)当系统没有发生化学反应时，可表示为：( 输入量)输出量)3.3 全装置的物料衡算根据 Aspen Plus 模拟的结果进行全装置

32、的物料衡算，为能直观的表示出整个装置的物料平衡，首先对整个装置的流程进行衡算，全装置模拟图如图 3-1 所示，物料衡算如表 3-1 所示。图 3-1 邻苯二甲酸酐全装置工艺流程中国石油大学（华东）化工设计12表 3-1 邻苯二甲酸酐全装置物料衡算质量流量物料名称kg/ht/d104t/a邻二甲苯8682.6208.46.9空气155810.43739.5124.6水3000.072.02.4入方合计167493.14019.8134.0尾气152755.23666.1122.2苯酐9990.6239.88.0顺酐1062.525.50.8废液3684.888.42.9出方合计167493.14

33、019.8134.03.4 主要设备的物料衡算（1）反应器装置物料衡算，反应装置图如 3-2 所示；反应装置物料衡算如表 3-2所示。图 3-2 邻苯二甲酸酐反应器工艺流程中国石油大学（华东）化工设计13表 3-2 邻苯二甲酸酐反应器物料衡算入方出方空气邻二甲苯反应产物组分分子量 g/molkg/hm%kmol/hmol%kg/hm%kmol/hmol%kg/hm%kmol/hmol%邻二甲苯10600008682.64181.7810000氮气28117882.130.764208.050.770000117882.130.724208.050.76氧气3234974.690.2210930

34、.2000025140.350.15785.670.14水182953.610.02163.950.0300007667.100.05425.590.08苯酐148000000009942.730.0667.130.01顺酐98000000001064.980.0110.860.00柠糠酐1120000000046.750.000.420.00苯酞1340000000059.240.000.440.00一氧化碳2800000000544.280.0019.430.00二氧化碳44000000002145.500.0148.750.01合计155810.421546518682.64181.78

35、1164493.0615566.331质量流率总计kg/h164493.06164493.06（2）闪蒸罐物料衡算，闪蒸装置图如 3-3 所示；闪蒸装置物料衡算如表 3-3 所示。中国石油大学（华东）化工设计14图 3-3 邻苯二甲酸酐闪蒸罐工艺流程表 3-3 邻苯二甲酸酐闪蒸罐物料衡算入方出方反应产物酸性气体粗苯酐组分分子量 g/molkg/hm%kmol/hmol%kg/hm%kmol/hmol%kg/hm%kmol/hmol%邻二甲苯1060000000.0000000氮气28117882.130.724208.050.76117881.890.774208.040.770.240.00

36、0.010.00氧气3225140.350.15785.670.1425140.160.16785.660.140.180.000.010.00水187667.100.05425.590.087122.360.05395.350.07544.740.0530.240.28苯酐1489942.730.0667.130.012.070.000.010.009940.660.8567.110.62顺酐981064.980.0110.860.0025.660.000.260.001039.330.0910.600.10柠糠酐11246.750.000.420.000.700.000.010.0046.

37、050.000.410.00中国石油大学（华东）化工设计15苯酞13459.240.000.440.000.770.000.010.0058.470.010.440.00一氧化碳28544.280.0019.430.00544.280.0019.430.000.000.000.000.00二氧化碳442145.500.0148.750.012145.240.0148.740.010.260.000.010.00合计164493.0615566.331152863.1315457.52111629.931108.821质量流率总计kg/h164493.06164493.06（3）水洗塔及分割器物

38、料衡算，闪蒸装置图如 3-4 所示；闪蒸装置物料衡算如表 3-4 所示。图 3-4 邻苯二甲酸酐水洗塔及分割器工艺流程中国石油大学（华东）化工设计16表 3-4 邻苯二甲酸酐水洗塔及分割器物料衡算入方出方酸性气体水尾气脱酸顺酐组分分子量g/molkg/hm%kmol/hmol%kg/hm%kmol/hmol%kg/hm%kmol/hmol%kg/hm%kmol/hmol%邻二甲苯106000.000000.00000000000氮气28117881.890.774208.040.770.000.000.000.00117881.950.774208.040.770.000.000.000.00

39、氧气3225140.160.16785.660.140.000.000.000.0025140.160.16785.660.140.000.000.000.00水187122.360.05395.350.073000.001.00166.531.007032.430.05390.360.073089.770.99171.511.00苯酐1482.070.000.010.000.000.000.000.001.200.000.010.000.870.000.010.00顺酐9825.660.000.260.000.000.000.000.008.490.000.090.0017.170.010.

40、180.00柠糠酐1120.700.000.010.000.000.000.000.000.590.000.010.000.100.000.000.00苯酞1340.770.000.010.000.000.000.000.000.770.000.010.000.000.000.000.00一氧化碳28544.280.0019.430.000.000.000.000.00544.280.0019.430.000.000.000.000.00二氧化碳442145.240.0148.740.010.000.000.000.002145.340.0148.740.010.000.000.000.00合

41、计152863.1315457.5213000.001166.531152755.2015452.3413107.921171.691中国石油大学（华东）化工设计17质量流率总计kg/h155863.13155863.13（4）苯酐精馏塔物料衡算，苯酐精馏图如 3-5 所示，苯酐精馏物料衡算如表 3-5 所示。图 3-5 邻苯二甲酸酐苯酐精馏塔工艺流程中国石油大学（华东）化工设计18表 3-5 邻苯二甲酸酐苯酐精馏塔物料衡算入方出方粗苯酐苯酐粗顺酐组分分子量 g/molkg/hm%kmol/hmol%kg/hm%kmol/hmol%kg/hm%kmol/hmol%邻二甲苯106000000.0

42、000.0000000氮气280.240.000.010.000.000.0000.000.000.240.000.010.00氧气320.180.000.010.000.000.0000.000.000.180.000.010.00水18544.740.0530.240.280.000.0000.000.00544.740.3330.240.73苯酐1489940.660.8567.110.629940.660.99567.110.990.000.000.000.00顺酐981039.330.0910.600.100.000.0000.000.001039.330.6310.600.26柠糠

43、酐11246.050.000.410.000.000.0000.000.0046.050.030.410.01苯酞13458.470.010.440.0049.950.0050.370.018.520.010.060.00一氧化碳280.000.000.000.000.000.0000.000.000.000.000.000.00二氧化碳440.260.000.010.000.000.0000.000.000.260.000.010.00合计11629.931108.8219990.611.0067.491.001639.311.0041.331.00质量流率总计kg/h11629.93116

44、29.93中国石油大学（华东）化工设计19（5）顺酐精馏塔物料衡算，顺酐精馏装置图如 3-6 所示，顺酐物料衡算如表 3-6所示。图 3-6 邻苯二甲酸酐顺酐精馏塔工艺流程中国石油大学（华东）化工设计20表 3-6 邻苯二甲酸酐顺酐精馏塔物料衡算入方出方脱酸顺酐粗顺酐废液顺酐组分分子量g/molkg/hm%kmol/hmol%kg/hm%kmol/hmol%kg/hm%kmol/hmol%kg/hm%kmol/hmol%邻二甲苯10600000000000000.00000氮气280.000.000.000.000.240.000.010.000.240.000.010.000.000.000

45、0.000.00氧气320.000.000.000.000.180.000.010.000.180.000.010.000.000.0000.000.00水183089.770.99171.511.00544.740.3330.240.733634.500.99201.751.000.010.0000.000.00苯酐1480.870.000.010.000.000.000.000.000.000.000.000.000.870.0010.010.00顺酐9817.170.010.180.001039.330.6310.600.260.010.000.000.001056.480.99410.

46、771.00柠糠酐1120.100.000.000.0046.050.030.410.0141.080.010.370.005.070.0050.050.00苯酞1340.000.000.000.008.520.010.060.008.520.000.060.000.000.0000.000.00一氧化碳280.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.0000.000.00二氧化碳440.000.000.000.000.260.000.010.000.260.000.010.000.000.0000.000.00合计3107.92

47、1171.6911639.31141.3313684.801.00202.201.001062.431.0010.831.00质量流率总计kg/h4747.234747.23中国石油大学（华东）化工设计213.5 操作条件汇总t/p/kPaT空气 /P空气/kPaT邻二甲苯/P邻二甲苯/KPa反应器380101.325进料330250135101.325t顶/P顶/kPat底/P底/kPa回流比 RN理N进T10144101.32544101.325-4-T102133.8630239.4630102013T10363.7620155.2920318103.6 全装置工艺物料平衡图 PFD 绘

48、制（见附图）3.7 物料衡算小结参考文献中国石油大学（华东）化工设计22第 4 章 热量衡算4.1 热量衡算概述能量消耗费用是化工产品的主要成本之一，为了使生产保持在适宜的工艺条件下进行，必须掌握物料带入或带出体系的能量，控制能量的供给速率和放热速率。为此，需要对各生产体系进行能量衡算。能量衡算可为提高能量的利用率，降低能耗提供主要依据，且对于生产工艺条件的确定、设备的设计是不可缺少的化工基本计算。4.2 热量衡算原则能量衡算的理论基础是基于热力学第一定律。它是研究某一体系内进出能量的变化。进行能量衡算时，必须先确定能量衡算的体系。对于一般体系，热量衡算的文字表达式为：( (输入系统的能量)输

49、出系统的能量)系统积累的能量)对于稳态体系，系统积累的能量为 0，上式可表示为：( (输入系统的能量)输出系统的能量)4.3 全装置的热量衡算为直观显示本装置能量耗算情况。我们对全装置的能量消耗进行衡算，整个装置的能量衡算见表 4-1。表 4-1 邻苯二甲酸酐全装置能量衡算流量温度压力能量项目kg/hMPaGcal/h空气155810.42250.1-9.88邻二甲苯8682.64250.1-0.48水3000.00250.1-11.38反应放热-23.93邻二甲苯加热器-0.44空气加热器-5.59苯酐再沸器-7.40顺酐再沸器-7.77压缩机轴功率-6.71闪蒸罐相变热-0.33反应产物冷

50、却器-15.95苯酐塔冷凝器-6.12顺酐塔冷凝器-6.13苯酐冷却器-0.76顺酐冷却器-0.06入方合计167493.06-47.11尾气152755.0443.90.1-26.96出方苯酐9990.76239.463180.03-7.32中国石油大学（华东）化工设计23顺酐1062.45155.287750.02-1.20废液3684.8063.7687510.02-11.64散热(损失)-0.00合计167493.06-47.114.4 主要设备的热量衡算为使每个装置的能量耗算情况更加明确，我们分别对每个装置进行能量衡算，反应器，闪蒸罐，水洗塔及分割器，苯酐，顺酐精馏塔的热量衡算见表

51、4-2，4-3，4-4，4-5，4-6。表 4-2 邻苯二甲酸酐反应器热量衡算流量温度压力能量项目kg/hMPaGcal/h空气155810.418330.125340.252.42邻二甲苯8682.641350.1-0.04反应放热-3800.1-23.93入方合计164493.058-21.56出料164493.0583800.1-21.56散热(损失)-0.00出方合计164493.058-21.56表 4-3 邻苯二甲酸酐闪蒸罐热量衡算流量温度压力能量项目kg/hMPaGcal/h进料164493.06440.013-37.51入方合计164493.06-37.51塔顶152863.1

52、3440.1-27.26塔底11629.93440.1-10.58散热(损失)-0.33出方合计164493.06-37.51表 4-4 邻苯二甲酸酐水洗塔及分割器热量衡算流量温度压力能量项目kg/hMPaGcal/h酸性气体152863.13440.1-27.26水3000.00250.1-11.38入方合计155863.13-38.63尾气152755.2043.919350.1-26.96脱酸顺酐3107.9244.10.1-11.677散热(损失)0.00出方合计155863.13-38.63表 4-5 邻苯二甲酸酐苯酐精馏塔热量衡算项目流量温度压力能量中国石油大学（华东）化工设计24

53、kg/hMPaGcal/h进料11629.93 44.0 0.1-10.580 冷凝器-133.9 0.03-6.117 再沸器-239.5 0.037.399 入方合计11629.93 -9.299 塔顶1639.31 133.9 0.03-2.740 塔底9990.61 239.5 0.03-6.558 散热(损失)-0.000 出方合计11629.93 -9.299 表 4-6 邻苯二甲酸酐顺酐精馏塔热量衡算流量温度压力能量项目kg/hMPaGcal/h脱酸顺酐3107.92 44.1 0.1-11.677 粗顺酐1639.31 133.9 0.03-2.740 冷凝器-63.8 0.0

54、2-6.134 再沸器-155.3 0.027.774 入方合计4747.23 -12.778 塔顶3684.80 63.8 0.02-11.643 塔底1062.43 155.3 0.02-1.135 散热(损失)-0.000 出方合计4747.23 -12.778 4.5 各换热器热负荷及介质用量汇总4.6 热量合理利用方案4.7 热量衡算汇总及小结参考文献中国石油大学（华东）化工设计25第 5 章 设备工艺计算及选型5.1 设备工艺设计概述 本章对邻苯二甲酸酐制备单元的设备进行设计、选型。邻苯二级酸酐制备单元工艺要求严格，流程中各设备的介质组成不一，含有苯等多种危险品。对设备的的设计选型

55、提出了较高的要求。本设计中对标准设备，如泵、换热器等进行了计算和选型，对非标设备如塔、反应器、容器等进行了工艺计算并确定了其规格尺寸，为后续设备专业的设计提供了主要依据。设备选型与设计在工艺设计中确定了生产工艺流程后，就要根据工厂生产规模和工艺过程的要求，选择设备型号和数量，并对一些标准和非标准设备进行设计。设备和工艺的选择是相互依存、紧密相连的。设备选择的重点因设计形式的不同而不同，应该选择能满足生产工艺要求、达到生产能力的最适用的设备。对主要设备方案选择时应满足以下基本要求：主要设备方案应与拟选项的建设规模和生产工艺相适应，满足投产后生产(或使用)的要求；主要设备之间、主要设备与辅助设备之

56、间的能力相互配套；设备质量合格、性能成熟，以保证生产的稳定和产品质量；设备选择应在保证质量和性能的前提下，力求经济合理；选用设备时，应符合国家有关部门颁布的相关技术标准要求。设备选型的依据是企业对生产产品的工艺要求。设备选型重点要考虑设备的使用性能、经济性、可靠性和可维修性等：设备的使用性能包括设备要满足产品生产工艺的技术要求，设备的生产率，与其他系统的配套性、灵活性及其对环境的污染情况等；选择设备时，既要使设备的购置费用不高，又要使设备的维修费较为节省。任何设备都要消耗能量，但应使能源消耗较少，并能节省劳动力。设备要有一定的自然寿命，即耐用性；设备维修的难易程度用维修性表示。一般说来，设计合

57、理，结构比较简单，零部件组装合理，维修时零部件易拆易装，检查容易，零件的通用性、标准性及互换性好，那么维修性就好；设备的可靠性是指机器设备的精度、准确度的保持性，机器零件的耐用性、执行功能的可靠程度，操作是否安全等。合理地选择设备，可以使有限的投资发挥最大的技术经济效益，设备选型应该遵循生产上适用、技术上先进、经济上合理的原则，考虑生产率、工艺性、可靠性、维修性、经济性、安全性、环境保护性等因素进行设备选型。设备选择方案评价的方法有工程经济相关理论、全寿命周期成本评价法(LCC)、量本利分析法等。工艺技术方案的评价对工艺技术方案进行比选的内容主要有技术的先进程度、可靠程度，技术对产品质量性能的

58、保证程度，技术对原料的适应程度，工艺流程的合理性，技术获得的难易程度，对环境的影响程度，技术转让费或专利费等技术经济指标。中国石油大学（华东）化工设计265.2 反应器设计5.2.1 主体尺寸设计1）催化剂的装填量及管数反应器的体积流量为 109755.946m3/h。体积空速为 2800h-1，则催化剂藏量为：3 m39.22800109755.946V选取工业上所用的 36mm2.5mm，长 3.7 的列管单管催化剂体积为：332201079.27.3031.0785.04mLdV所需管数： 3039.2140502.79 10VNV圆整为 N=14051列管以正三角形排列取管束中心线上管

59、排的管数为，则 TN1.1nc 1.114051130nc 取 ，取管心距0.0432m0.0361.21.2db00t1.25d1.25 0.0360.045m则反应器内径：,Dt nc 12b0.045 (130 1)2 0.04325.89m 查得标准得 D=6m。固操作气速为：22/3600109755.946/36001.08/0.250.256Vum sD2）熔融盐的进料量：取熔融盐的入口温度为 150，出口温度为 350。由 aspen模拟得反应器的放热量为 27833.221KW。查数据得熔融盐的平均比热 Cp=2.5 kJ/kg，密度 1850 kg/m3 。所以熔融盐的质量

60、流量为Q27833.221W55.666kg/s200399.19 kg/h=55.67kg/sCpt2.5 (350 150) 3）反应器的换热面积已知,查得该反应体系的热点温度为 450，所以Q27833.221 KW08.156tm中国石油大学（华东）化工设计27查得 所以12Cm1350WK2 m118.91500156.08100027833.221KtmQA4）催化剂的装填高度取催化剂形状为挤条（短） ，则孔隙率为 0.33，则催化剂装填高度为 2.8m在催化剂床层上下各装有 150mm 高的 10mm 惰性瓷球，床层上下用格栅板固定。反应时物流从上至下，催化剂床层必须紧密固定。5