年产吨苯酐的车间工艺设计

第一章文献综述

1.1苯好简述

苯酢，全称为邻苯二甲酸酢（PhthalicAnhydride）,常温下为一种白色针状结晶（产

业苯好为白色片状晶体），易燃，在沸点以下易升华，有特殊轻微的刺激性气味。苯酢能

引起人们呼吸器官的过敏性症状，苯酎的粉尘或蒸汽对皮肤、眼睛及呼吸道有刺激作用，

特别对湿润的组织刺激更大。苯酊主要用于生产PVC增塑剂、不饱和聚酯、醇酸树脂以

及染料、涂料、农药、医药和仪器添加剂、食用糖精等，是一种重要的有机化工原料。在

PVC生产中，增塑剂最大用量已凌驾5（）%,随着塑料产业的快速生长，使苯肝的需求随

之增长，推动了国内外苯酢生产的快速生长。

最早的苯酢生产始于1872年，其时德国BASF公司以蔡为原料,铭酸氧化生产苯酢,

后又改用发烟硫酸氧化生产苯酊，但收率极低，仅有15%。自1917年世界开始以氧化钢

为催化剂，用禁生产苯酊后，苯酊的生产逐步走向产业化、范围化，并先后形成了蔡法、

邻法两种比力成熟的工艺⑴。

1.2苯好的性质⑵

苯酎，常温下为一种白色针状结晶（产业苯酊为白色片状晶体），易燃，在沸点以

下易升华，有特殊轻微的刺激性气味。

分子式C8H4。3,相对密度1.527（4.0℃）,熔点131.6℃,沸点295℃（升华），闪点（开

杯）151.7C,燃点584C。

微溶于热水和乙醛，溶于乙醇、苯和毗咤。

1.3苯好的合成要领比力及选取

合成苯好的主要工艺路线

.1蔡法⑴

.1.1反响原理

票与空气在催化剂作用下气相氧化生成苯酊。

0

QQ+9/202rV^o+2C02+2H20

0

.1.2工艺流程

空气经净化、压缩预热后进入流化床反响器底部，喷入液体茶，蔡汽化后与空气般杂,

通过流化状态的催化剂层，产生放热反响生成苯好。反响器内装有列管冷却器，用水为热

载体移出反响热。反响气体经三级旋风疏散器，把气体携带的催化剂疏散下来后，进入液

体冷凝器，有4（）%—60%的粗苯酢以液态冷凝下来，气体再进入切换冷凝器（又称热融箱）

进一步疏散粗苯酢，粗采肝经预剖析后进行精储得到苯酊制品。尾气经洗涤后排放，洗涤

液用水稀释后排放或送去进行催化点火。

.2邻法

.2.1反响原理⑴

邻二甲苯与空气在催化剂作用下气相氧化生成苯酎。

O

OC+3-0^+3出。

O

.2.2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骰杂进入牢固床反响器进行

放热反响，反响管外用循环的熔盐移出反响热并维持反响温度，熔盐所带出的反响热用于

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）。反响器出来的气体经

预冷器进入翅片管内通冷油的切换冷凝器，将荒酊凝结在翅片上，然后再定期通入热油将

苯酊熔融下来，经热处理惩罚后送连续精微系统撤除低沸点和高涨点杂质，得到苯酊制品。

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

送到顺酎采取装置或点火装置，也可采取处理惩罚制取富马酸川。

目前，全球苯酢生产所采取的工艺路线有蔡流化床氧化和蔡/邻二甲苯牢固床氧化，其

中邻二甲苯牢固床氧化技能约占世界总生产能力的90%以上。蔡流化床氧化工艺在外洋

已逐步淘汰，但在我国的笨酎生产中仍占有一定比例。邻二甲苯牢固床气相氧化技能主要

2

BASF,Wackcr-Chcmic>ElfAtochcm/日触和AlusuisseItalia等几种典范的生产工艺。

BASF工艺：

BASF工艺于1976年产业化生产，总生产能力凌驾100xl04t/a,BASF工艺的单台反

响器最大生产能力为4.5XI0"t/ao经净化预热后的空气与气化的邻二甲苯般杂进入列管式

牢固床反响器，在帆-钛环形催化剂外貌进行反响，反响温度为360℃,空速为30()()h」，

反响热由熔盐导出。粗苯肝在微负压下采取高温或同时添加少量化学品撤除某些杂质后送

入精储塔精制。BASF工艺能有效地采取顺酎，禁酊的质量收率凌驾105%⑶。

Wacker-Chemie工艺：

近年来各国新建的苯好生产装置根本上都采取Wacker-Chemie工艺，至今世界上已有

11()套以上的装置采取此工艺，总生产能力为160x1()4t/a,单台反响器的最大生产能力为

4.5xl()4t/a。该工艺所采取的催化剂适用于邻二甲苯、蔡以及邻二甲苯和蔡的毅杂料，设计

的催化剂负荷为邻二甲苯lOOg/n?空气(标准态)，紫酎的质量收率为114%〜115%(以蔡

为原料时，苯酊收率为97%〜99%),催化剂寿命大于3年⑶。

ElfAlochem/日触工艺：

ElfAtochem公司于1970年开始开发低能耗工艺，1986年该公司决定采取日触公司寿

命长、选择性高的苯酊催化剂，并与日触公司配合开发了ElfAtochcm/日触工艺。采取该工

艺的总生产能力约4()xl()4t/a。该工艺与BASF工艺相似，工艺尾气全部催化点火处理惩罚，

有机杂质含量低，无大气污染⑶。

AlusuisseItalia匚艺：

意大利的Alusuisse公司于1986年开发了AlusuisseItalia低空晚比工艺，空气对邻二

甲苯的质量比淘汰到9.5:1,而原料气浓度可提高到邻二甲苯I34g/m3空气标准态。到1996

年世界各地共有11套装置采取该工艺，总生产能力为24.9x104也⑶。

合成工艺路线阐发及技能经济评价

票法作为最早生产苯酊的要领，也是最早形成产业化生产的要领，其原料为焦油装。

我国在1953年开始蔡法生产苯酎，其时是以蔡为原料，牢固床气相氧化法生产紫酎。1958

年我国又开发了流化床工艺，并在此底子上建立了多套产业生产装置。由于我国蔡流化床

法生长较快，到1988年大部分工场仍在采取蔡流化床法生产苯酢，其时祭法产量高达总

产量的90%。随着石油产业的生长以及邻法技能的开发，禁法的劣势显露出来：原料焦油

票供给日趋紧张，代价不绝上扬，单台反响器生产能力较低，这些都不可制止地造成了蔡

法的高能耗⑴c

3

・3反响器的改造⑶

高效催化剂的开发，使邻二甲苯在空气中的浓度可提高到120g/m3（标准态），并充实

利用放出的反响热，使能耗大大地低落，苯酊的生产本钱大幅下降。反响器的相应改造包

罗：采取外循环反响器，反响器趋于大型化、双填充催化剂的牢固床反响器。日触公司开

发的双层反响器能优化反响器中的温度漫衍，低落热点温度，并延长催化剂的使用寿命；

BASF公司在主反响器后设置一个后继反响器，使邻二甲苯完全氧化，改进了环保状况；

Lurgi公司开发出的反响器采取反向进料和有效的撤热步伐，低落了反响器“飞温”的可能

性。

总之，苯酊生产商都在积极研制高收率、高选择性和高负荷的催化剂，进行反响动力

学和反响机理的研究，用数学模拟法放大反响器，提高了单台反响器的生产能力，进一步

地低落了能耗和本钱，提高了操纵的宁静性和自动化水平。

随着苯酢生产的快速生长，苯酢市场的竞争也越来越猛烈。目前，我国邻法苯酢的生

产已处于国际领先职位。但是我国对付催化剂的研发却一直处于相对落后的状态，致使国

内一些厂家（如周村、白龙、哈尔滨等）一直在使用进口催化剂进行苯酊的生产。面对

技能相对先进的国际市场，我们应加快催化剂的国产化步调，同时大型苯酊氧化反响器的

国产化步调也要加快⑴。为了提高自身的竞争力，各生产厂家应在增强工艺改造的同时，

还要不绝开发新技能，以提高单台反响器的产能，低落产物的能耗，力求在大量进口产物

打击下在国内苯酎市场站稳脚跟并冲向国际市场，使我国的苯酊行业走向一个光辉的阶段。

合成工艺路线选取

我的内容主要是凭据所查资料并总结，做出苯酊的一条生产线，并对主要反响器进行

设计。由于石油邻二甲苯资源比力富厚，理论收率高，价廉，选择性高成为现代生产苯好

的首选原料，所以决定按以下技能路线进行研究：

0

o+3HO

3O22

0

筹划年产量为40000吨，年事情时数为每年8000h,产物流量5000kg/h,产物纯度（质

量分数）大于99.9%,精谯阶段产物采取率为92%。

5

第二章工艺流程

2.1原料名称及规格⑷

邻二甲苯（96%）,产业级（国内一些大型石化企业生产）。

空气，（21%氧气、78%氮气）。

催化剂，V2O5・TiO2系列负载型催化剂。

2.2主要设备

牢固床反响器，离心泵，空气压缩机，精微塔，冷凝器，预热器，储罐。

2.3工艺流程简述⑶

苯酎生产工艺系统包罗氧化反响部分、冷凝水洗部分、苯酢精制部分。

氧化部分

邻二甲苯通过换热器预热，经净化换热器加热后在汽化器内骰杂均匀并完全雾化，进

入反响器反响。反响器内埋填化热列管，用熔盐循环移去反响热，热的熔盐产生高压蒸汽。

冷凝水洗部分

反响气体冷却后在切换冷凝器中凝华，然后再融化，苯好粗产物流到储罐中。从冷凝

器中排出的尾气为未反响的空气和反响生成的一氧化碳、二氧化碳及少量有机物，经水洗

塔洗涤采取有机物后排放C洗涤水中主要含有顺酸（顺丁烯二酸），通过加工可经济的采

取，使历程无废水排出。

精制部分

粗品苯酊经高压蒸汽预热后，进入第一精偏塔，顺酎及少量的苯甲酸作为塔顶储出物

而疏散出来，使苯酊得到进一步提纯，塔底产物为苯酎。塔底苯酎进入第二个精镯塔，在

热虹吸式再沸器和重力及真空作用下回流循环纯化，脱除重组分杂志后，苯酎从塔顶流出。

2.4生产流程

6

邻二甲苯

7

第三章物料衡算

3.1物料衡算概述

为了弄清生产历程中原料、制品以及损失的物料数量，必须要进行物料衡算。

物料衡算是设备热量衡算乃至整个工艺设计的底子，一般在以下几种情况下需进行物

料衡算。

⑴对某个操纵历程作物料衡算；

⑵对已有的设备：一个设备、一套设备或整个车间作物料衡算；

⑶设计一套新的装置或一个新的车间时，一般均需做出全面的物料衡算。

因此正确的物料衡算结果为正确的设备热量衡算和设备工艺设计提供可靠的包管，在

整个设备设计历程中具有重要的意义⑸。

3.2物料衡算的盘算依据⑹

物料衡算为质量守怛定律的一种体现形式，即

工仇=EG0+ZGA

式中，Za—输入物料的总和；

ZG。一输出物料的总和；

Za—累计的物料量。

式为总物料衡算式。当历程没有化学反响时，它也适用于物料中

任一组分的衡算；但有化学反响时，它适用于任一元素的衡算。若历程中累积的物料量为

零，则该式可简化为

上式所描述的历程属于定态历程，一般连续不绝的流水作业（即连续操纵）为定态历

程，其特点是在设备的各个差别位置，物料的流速、浓度、温度、压强等参数可各自不相

同，但在同一位置上这些参数随差别时间而变。若历程中有物料累积，则属于非定态历程,

一般间歇操纵（即分批操纵）属于非定态历程，在设备的同一位置上诸参数随时间而变。

式Za=ZG0+ZGA或式Za中各股物料数量可用质量或物质量权衡。对

付液体及处于恒温、恒压下的理想气体还可用体积权衡。常用质量分率体现溶液或固体般

杂物的浓度（即组成）,对理想看殳杂气体还可用体积分率（或摩尔分率）体现浓度C

8

3.3物料衡算的盘算范畴和盘算基准

作物料衡算时需要确定一个盘算范畴，即从哪里开始作为进料，从哪里作为出料。凭

据实际需要来确定盘算范畴，可以是某一设备或一套设备。对分批操纵，可从开始加料到

最终出料作为盘算范畴，有时也取整个历程中的某一阶段作为物料衡算的范畴C

作物料衡算时也要选定一个盘算基准。例如分批操纵可以分批投料量或每昼夜的处理

惩罚量作为盘算基准。连续生产可以用每小时、每天或每分钟的投料量作为盘算基准。凭

据需要有时也采取每吨产物或原料作为盘算基准，大概用每千摩尔（kmol）的投料量作为

盘算基准。基准的选择是跟据物料衡算的目的和盘算的方便来考虑决定"81。

3.4盘算任务

生产任务和涉及的主要反响方程

年产4万吨的苯酎工场。由生产工艺可知操纵方法为连续操纵。

反响历程中涉及的反响方程见表3-邛9⑼。

表3-1反响方程式

序号产物反应式

0

邻苯二甲酸酊

1二收+3。2-8。+3H2。

0

0

2马来酸好^O+4HO4CO

I工产。2T2+2

0

COOH

Q|+2HO+CO

122

3苯甲酸5/3。2-

0

小产3收f^O+3HO3CO

2+2

4柠糠酢1

0

,CH3

(QO+H2°

5甲苯甲醛0Gi

9

操纵流程

原料净化一A原料预热一反应一》产物分离一A产品净化

___________

反响器参数网

反响床层温度：360-380C；

反响压力：0.1013MPa；

原料：产业级邻二甲苯，洁净空气；

进料量：4700kg/h；

转化率：99.8%；

苯好选择性：约0.9；

催化剂：低温高空速、V2O5-TiO2负载在惰性载体上的催化剂;

空邻比：9.5:1；

主要副产物：马来酸酎、苯甲酸、柠糠酎、苯猷、二氧化碳：

凭据催化剂厂商提供的数据，反响器出口气体组成见表3-2”支

表3-2反响器出口气体组成

产物名称出口气体组成（质量）

苯醉92.8〜93.5%

苯酉太0.1-0.14%

马来酸好5.0〜6.0%

柠糠酊0.3-0.45%

苯甲酸0.3〜().45%

原质料和动力的消耗定额和消耗量

10

原料及动力消耗量见表3-3叫

表3-3原料及动力消耗

序号名称单耗烦）年耗量/t

1邻二甲苯（96%）0.9839200

2催化剂0.0002510

3熔盐0.001560

4水15600000

5电335kW-h/t14200000kWh

6空气11m3/t440000m3

物料衡算历程及物料衡算表

连续操纵历程以小时为衡算基准。由所查文献可知：主反响为反响1,副反响为反响

2、3、4,反响5、6、7可忽略。

确定已知变量参数（查文献）（4,9-刈：

邻二甲苯转化率99.8%,苯酎选择性0.9；

反响器出口组成：

苯酎93.0%（质量分数,下同）,马来酸酎6.0%,苯甲酸0.4%,柠糠酎0.35%；

进料：

邻二甲苯4700kg/h,洁净空气44650kg/h。

原料中含杂质的埴4700x4%=188kg/h

参加主反响的邻二甲苯的量4700x96%x99.8%x0.9=4052.68kg/h

生成苯酎的量4052.68^106x148=5658.46kg/h

生成马来酸好的量5658.46^93%x6.0%=365.06kg/h

生成苯甲酸的量5658.46^93%x（）.4%=24.34kg/h

生成柠糠酊的量5658.46-93%x0.35%=2l.29kg/h

消耗氧气的量：

反响14052.68m06x3x32=3670.35kg/h

反响2365.06：98x15-^2x32=894.02kg/h

反响324.34X22x13-4x32=20.75kg/h

反响421.29^112x6x32=36.50kg/h

总共消耒毛氧气的量3670.35+894.02+36.50+20.75=4621.62kg/h

11

生成二氧化碳的量；

反响2365.06:98x4x44=655.62kg/h

反响324.34*22x44=8.78kg/h

反响421.294-112x3x44=25.09kg/h

总共生成二氧化碳的量655.62+8.78+25.09=689.49kg/h

生成水的量：

反响14052.68^106x3x18=2064.57kg/h

反响2365.06:98x4x18=268.21kg/h

反响324.34722x5:2x18=8.98kg/h

反响421.29^112x3x18=10.26kg/h

总共生成水的量2064.57+268.21+8.98+10.26=2352.02kg/h

反响后空气的量44650-4621.62+689.49=40717.87kg/h

物料衡算表如表3-4所示。

表3.4物料衡算单位：kg/h

项目进料反响产物笨好粗品苯肝产物

邻二甲苯4700197.0300

空气4465040717.8700

苯好05658.465658.465205.78

马来酸酢0365.06365.060

苯甲酸024.3424.340

柠糠酊021.2921.290

水02352.0200

其他013.9313.935.22

总计49350493506083.085211

12

第四章热量衡算

4.1热量衡算方程式

热量衡算按能量守恒定律，在无轴功条件下，进入系统的热量与离开热量应该平衡，

在实际中对传热设备的热量衡算可由下式体现®1

。|++。3=。4+2+。6

式中，0一所处理惩罚的物料带入设备中的热量公；

加热剂或冷却剂与设备和物料通报的热量（标记规定加热剂参加热量为

Q2—

“+”冷却剂吸收热量）kJ;

Q-历程的热效应（标记规定历程放热为“十”，历程吸热为“一”）以；

Q-离开设备物料带走的热量AJ；

Q-设备各部件所消耗的热量口；

Q-设备向四周散失的热量，又称热损失。。

热量衡算的时间基准可与物料衡算相同，即对间歇生产可以每日或每批处理惩罚物料

作基准。对连续生产以每小时作基准。但不管是间歇照旧连续生产，盘算传热面积的热负

荷，必须以每小时作基准，而该时间必须是稳定传热时间。热量衡算温度基准，一般规定

以25c或0C,也可以进料温度作基准。

4.22与£的盘算

。1与。4均可用下式盘算：

QK2）=ZG£/T°）

式中，G,—i物料质量依；

Cp,—i物料平均等压比热容心/依UC；

t—物料的温度。C；

to—盘算基准温度℃。

4.3历程热效应&的盘算

历程热效应可分为两类,一类是化学历程热效应即化学反响热效应•另一类是物理历

13

程热效应，即物理状态变革热，如溶解、结晶、蒸发、冷凝、熔融、升华及浓度变革等吸

入或放出热量。纯物理历程无化学反响热效应，但物料经历化学变革历程，除化学反响热

效应外，往往陪同物料状态变革热效应，则两者应结合在一起考虑，可用下式盘算：

a=er+eP

式中，Q,一化学反响热效应kJ；

Qf—物理历程热效应kL

Q-化学反响热效应，可通过标准化学反响热端皿，按下式盘算：

式中，档一标准化学反响热心/，m/;

GA—参加化学反响的A物质量必；

例八一A物质分子量。

4.4所需数据

热量衡算所需数据如下-a⑵⑷：

1.空气：

空气的组成比力庞大，为方便盘算，把空气的组成近似为21%氧气和79%氮气。

氧气：

比热容：Cp=0.919kJ/(kg℃)

标准生成热：=OkJ/mol

氮气：

比热容：=1.039/7/(版・℃)

标准生成热：或=0kJ/mol

2.二氧化碳：

比热容：3=0.843V/(kg•℃)

标准生成热：力=393.5\kJ/mol

3.水:

14

比热容：液=4.183〃/(侬・℃)

Cp气=1867kJ/(kg・℃)

标准生成热：仁液=285.830//mol

力气=241.826AJ/mol

汽化热：△”7=2260〃/依

4.邻二甲苯：

比热容：g液=1.756口/(依・℃)

C，气=1.257口/(烟・℃)

标准生成热：*.液=24.4V/nu)l

夕；气=19.IV/mol

汽化热：=347kJIkg

5.苯醉：

比热容：Cp=1.08V/(^-℃)

标准生成热：嫉=460.1kJ/mol

汽化热利用基团孝敬法估算"小AvH=1000x0530+2^

M

其中，〃，一分子中i种基团的个数；

加一i种基团的孝敬值，kJ/mol；

M一化合物的摩尔质量，kg/kmol©

通过参考文献[⑷可知，=。/-的基团孝敬值为2.544//W/,=C=的基团孝敬值为

3.059kJ/mol,-CO—酮的基团孝敬值为6.645O/，〃R,-O-的基团孝敬值为4.682。/〃以/

人〃1000x(15.30+2也A)

\vH=-----------------

M

1000x[l5.30+4x(=C/7-)+2x(=C=)+2x(-C(9-fils])+(-(?-)]

一M

1OOPx(15.30+4x2.544+2x3.059+2x6.645+4.682)

148

=334.905〃/依

15

熔化热利用基团孝敬法估算“：J5”入r.。。十乙，，心〃

M

其中，〃，一分子中i种基团的个数；

Az-i种基团的孝敬值，kJImol；

M—化合物的摩尔质量，kg/kmol.

通过参考文献“4】可知，=C”-的基团孝敬值为1.101〃/加3，=C=的基团孝敬值为

2394kJ"，-CO-酮的基团孝敬值为3.624//团3，-。-的基团孝敬值为5.879//〃/

人„1000x(-0.88+2〃,A)

NnH=------------------

M

100()x[-0.88+4x(=CH-)+2x(=C=)+2x(-CO-酮)+(-O-)]

1000x(-0.884-4x1.1014-2x2.394+2x3.624+5.879)

148

=144.858V

6.马来酸酎：

比热容利用Missenard法估算।川：Cp=^n.a/M

式中，用一化合物的摩尔质量，kg/kmol；

〃，一分子中i种基团的个数；

a-i种基团的摩尔热容，kJ/(kmol•℃)0

通过参考文献[⑷知，=CT/-的摩尔热容为28.1kJ/(kmoTC),-。0-酮的摩尔热容

46.1kJl(kmob℃),一0-的摩尔热容31.0〃/(如加/•C)

Cp=[2x(=CH-)+(-0-)+2x(-CO-酮)]/M

=(2x28.1+31.0+2x46.1)/98

=L83AJ/(依•℃)

标准生成热：4}=469.8ZrJ/^/

汽化热利用基团孝敬法估算：

通过参考文献〔四知，二C”-的基团孝敬值为2.544//〃?”，-CO-酮的基团孝敬值

为6.645kJ/mol,-。-的基团孝敬值为4.682kJ/mol

16

A„1000x(15.30十2〃公。

\vH=-----------------

M

1000x[15.30+2x(=C/7-)+2x(-CO-酮)+(—。一)]

=M

1000x(15.30+2x2.544+2x6.645+4.682)

:98

=391.429//依

熔化热利用基团孝敬法估算：

通过参考文献【⑷知，=C7/-的基团孝敬值为1.101//〃/,-CO-酮的基团孝敬值

为3.624kJ/mol,一。一的基团孝敬值为5879kJImol

...1000x(-0.88+£〃△)

△mH=-----------------

M

\000X[-0.88+2X(=C”—)+2X(-CO—酮)+(―O—)]

一M

1000x(-0.88+2xl.l01+2x3.624+5.879)

~98

=147.439〃/依

7.苯甲酸：

比热容：6=1.203口/(版・℃)

标准生成热：*=385.20/〃7。/

汽化热利用基团孝敬法估算：

通过参考文献a】知，=C”-的基团孝敬值为2.544〃/〃?。/,=c=的基团孝敬值为

3.059//〃/,一COO”的基团孝敬值为19.537心/加/

人„1000x(15.30+

AvH=-----------------

M

1000x(15.30+5x(=CH-)+(=C=)+(-COOH)]

_1000x(15.30+5x2.544+3.059+19,537)

122

=414.885V

熔化热利用基团孝敬法估算：

通过参考文献〔⑷知,=CH-的基团孝敬值为1.1010/%/,=c=的基团孝敬值为

2394kJ/mol,-COOH的基团孝敬值为W^SXkJIniol

A„1000x(-0.88+Z/必,)

△mH=------------------

M

1000x(-0.88+5x(=CH-)+(=C=)+(-COOH)]

一M

1OOPx(-0.88+5x1.1()1+2.394+11.()51)

-122

=148.115V/^

8.柠糠配

比热容利用Missenard法估算：

通过参考文献四知，=C=的摩尔热容为8.4口/(版〃.℃),CH,-的摩尔热容

48.4kJ/(kmol」C),-O-的摩尔热容31.0V/(W/-℃),=CH-的摩尔热容

28.1//3〃〃•℃),一CO-酮的摩尔热容46.1kJ/(kmol,℃)

Cp=[(=C=)+(=CH-)+(。/一)(一。一)+(-CO一酮)]/M

=(8.4+28.1+48.4+31.0+2x46.1)/112

=1.858V/(^-℃)

标准燃烧热利用卡拉奇法估算[叫g；=109.07,7-^KA

其中，〃一化合物燃烧时的电子转移数；

△一取代基和键的校正值〃//次〃；

K一分子中同样取代基的数目；

夕：一标准燃烧热kJ/molo

通过参考文献IM知，段酸好的△值为41.9,核环上的双键的△值为27.2

错=109.07x9x2+27.2+41.9=2032.36々/mol

标准生成热用公式*+/=》呢,转换，

其中，武一元素的标准燃烧热，kJ/mol；

〃一化合物中同种元素的原子数；

磷,淄一分别为同一化合物的标准生成热和燃烧热。

通过参考文献“4】知，C原子的元素的标准燃烧热395.15//机o/,H原子的元素的标准

燃烧热143.15//〃〃

=5x395.15+4x143.15-2032.36=515.99V//77^/

18

汽化热利用基团孝敬法估算；

通过参考文献I川知，=C=的基团孝敬值为3.1)59股/m〃，C”3-的基团孝敬值为

2.373//〃?”，-。-的基团孝敬值为4.682以/〃73，=677-的基团孝敬值为2.544以/〃7〃，

-CO-酮的基团孝敬值为6.645V/W

人„100()x(15.30+22)

AvH=-----------------

M

1000*[15.30+(="-)+(=C=)+2x(-CO-酮)+(-。一)+(-C%)]

1000x(15.30+2.544+3.059+2x6.645+4.682+2.373)

=H2

=368.286。/依

熔化热利用基团孝敬法估算：

通过参考文献【川知，=C=的基团孝敬值为2394kJ/mol,C”,-的基团孝敬值为

0.908V/W,一。-的基团孝敬值为5.879。/mo/,="一的基团孝敬值为1.101kJ/mol,

-CO-酮的基团孝敬值为3.624V/W

人„1000x(—0.88+Eg

△mH=------------------

M

1000X[—0.88+(=。0一)+(=C=)+2X(—CO—酮)+(—0—)+(一叽)]

-M

1000X(-0.88+1.101+2.394+2x3.6244-5.879+0.908)

一H2

=148.661。/依

4.5关于热量衡算的具体盘算

在本次盘算中，对反响釜进行热量衡算。

由该反响工艺要求可知，该反响历程可以分二个阶段进行热量衡算：升温至360C的

预热阶段，360c.380℃之间的反响阶段(以kg/h为基准)。

热平衡式：Q2=Q、+Q5+Q「Q3—Ql

假设：。5+。6=10%。2；

基准温度为25℃。

热平衡式可写成：2=2+10%e2-2；-Q

即Q,=QQ3-QI

-0.9

19

预热阶段的热量衡算（3）

由生产工艺知，该阶段是在2=25℃的情况下，将4700kg邻二甲苯，44650kg空气通

过换热器预热到360C,以到达反响所需的温度。

由公式。0）=工01（1。）+2,可得。

。邻二甲第二G邻二甲茶x，邻二甲茶xa_%)+Qp

=4700x1.756x(144.4-25)+4700x347+4700x1.257x(360-l44.4)

=9.854X105+1.631X106+1.274X106

=3.89x106心/〃

。空气二°乳气xCp氧气x(f—o)+G阿气x氧气x(t-t0)

=44650x21%x0.919x(360-25)+44650x79%x1.039x(360-25)

=2.887x106+l2.277xlO6

=15.164X106)U//7

则

QAl.=Q»彩二母装+Q气

=3.89xl06+i5J64xl06

=19.054X106V//2

反响阶段的热量衡算（。,）

该历程为预热到360c的邻二甲苯和空气般杂均匀后，通过装有催化剂的牢固床反响

器，在360℃-380℃之间迅速反响。

反响1：

紫酊+3x—3xq；敏气-q：邻二甲米

=460.1+3x241.826-3x0-19.1

=1166.478。/〃?。/

1000G茉酊0

QL“木酊吟

1000x5658.46一“仙。

=--------------x1166.478

148

=44.598xl06V//i

反响2：

*2=瑞面+4x《水+4x*二氧化碳一~-x气一若翎二甲苯

乙

=469.8+4x241.826+4x393.51--xO-19.1

2

=2992.0440/〃/5

20

l00°G.

Qr2=62

1000x365.%2992.044

98

11.146X106V//?

反响3：

《3=2xq；苯甲酸+5xq；水+2x若一氧化碳：~~2'x氧气一2x邻二甲苯

13

=2x385.2+5x241.826+2x393.51—x0-2x19.1

2

=2728.35灯/mH

_1000G笨甲酸0

=1000X24.34X2728J5

122

=0.544X106H//?

反响4：

《4=媪候射+3x夕；水+3x二氧化蹂-6xq；氧气一心邻二甲米

=515.99+3x241.826+3x393.51-6x0-19.1

=2402.898。/〃〃”

O=1000G柠犍肝°

匕4—“q,4

“柠则

J。。。⑶以2402.898

112

=0.457X106V//?

则

Qr=Qr\+02+03+Qr4

=(44.598+11.146+0.544+0.457)x106

=56.745xlO6V/A

因为Q〃=o

所以

Q、=Qr+Qp

=56.745xio6+o

=56.745x1()6〃//?

离开设备的物料带走的热量（。4）

离开反响器的物料主要是未反响的氧气、氮气、二氧化碳、水蒸气、米酎、顺酎、苯

21

甲酸和柠糠酊。

假设：离开反响器的气体的温度为380℃；

基准温度为25℃。

由公式Q(0)=ZG，aTo)+Q〃可得。

会反应氧气=G未反应氧弋xC,未反应氧气x«-幻

=(44650x21%-4621.62)x0.919x(380-25)

=1.551X106V//?

。氮气二G氮气XCp氮气Xa-%)

=44650X79%x1.039x(38()-25)

=13.010X106U/A

Q二氧化碳二G二氧化碳xq二氧化碳x。-4))

=689.49X0.843x(380-25)

=0.206X106V//?

。水=0小9水X(，TO)+Q,冰

=2352.02x1.867x(380-100)+2352.02x4.183x(1(X)-25)+2352.02x2260

=1.230xl()6+0.738x10ft+5.316xI06

=7.284x1()6///?

。米酊二G笨前x笨肝x(f)+0P翠肝

=5658.46xl.08x(380-25)+(334.905+144.858)x5658.46

=2.169X106+2.715X106

=4.884x1060/〃

Q国酊=G顺酊xCpmx(/-o)+Q即酊

=365.06x1.83x(380-25)+(391.429+147.439)x365.06

=0.237x1()6+().197xl()6

=0.434X106U//?

。笨甲酸=G米甲酸xC滋甲酸x(r-幻+0茉甲酸

=24.34x1.203x(380-25)+(414.885+148.115)x24.34

=0.104x10’+0.137x10'

=0.241x103人

22

Q打裸附=G杆糅卅*°。行牒酊*Q-%)+Qp泞稗附

=21.29x1.858x(380-25)+368.286x21.29

=0.140xl05+0.784xl04

=0.2184x)0'灯/〃

则

C=以反应氧气+。氯气+。二氧化碳+。水+Q紫酊+。顺肝+。笨甲酸+。柠棣舒

=(1.551+13.010+0.206+7.284+4.884+0.434+0.0241+0.0218)x106

=27.415灯//?

设备和物料通报的热量(&)

由热平衡方程可知

「

Qc-0-Q0.9Q

(27.415-56.745-19.054)xIO6

=0^9

=-53.76x10%///?

4.6换热器面积求算

预热器面积求算

预热物料到360℃,可选用熔盐做加热剂，设加热剂的进口温度为400℃,出口温度

为200℃,取总加热系数⑻K=3500W/(〃/.℃)

预热邻二甲苯；

=3.89x103/G1080.556AW

Ar,-维_(200-25)-(400-360)_

91.463℃

,M~=,200-25

In-LIn----------

A/2400-360

由公式Q=K4A却可知

Q1080.556

传热面积八=三3=3.375〃/

KM3.500x91.463

预热空气:

^=15J64xlO^//z=4212.222W

Ar,-的_(200-25)-(400-360)

=91.463℃

△4=In200-25

400-360

23

由公式Q=KA△幻可知I

4212.222

传热面积A==13.158/n2

KM3.500x91.463

反响器换热面积求算

随着反响的进行放出大量的反响热，为维持反响温度在360℃・380℃之间，需要在反

响管壳程用熔盐做载热体，移出多余的反响热。设载热体的入口温度为150℃,出口温度

为350℃,取总加热系数⑻K=8000W/（m2•℃）

6

Q2=53.76xlOV//z=l4933.333ZW

Ar,-A/(380-150)-(360-350)

2=70.164℃

,AA-=,380-150

In-LIn--------------

M360-350

由公式Q=KAA却可知

Q_14933.333

传热面积A==26.604/

KAtm_8.00x70.164

综上所述，可得以下热量衡算数据表4-1：

表4—1热量衡算数据表

历程热量/kJ传热面积/n?

6

预热阶段的热量衡算（。）19.054x1013.185+3.375

6

反响阶段的热量衡算（Qj）56745x10

离开设备的物料带走的热量（Q4）27.415X106

6

设备和物料通报的热量（Q?）-53.76x1026.604

24

第五章精微塔的工艺设计及选型

精储塔是化工生产中常用的典范设备，本设计涉及苯酢的精僧提纯，在主要设备的设

计及盘算部分，选择精储塔作为东西进行盘算。精微塔的工艺设计盘算，包罗塔高、塔径、

塔板各部分尺寸的设计