年產(chǎn)10萬噸異丙苯生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)方案(已修改)
2025-06-19 01:28 本頁面
【正文】 背景 設(shè)計(jì)背景某公司根據(jù)對市場的預(yù)測，酚衍生的可塑劑的市場需求將大大增加，為了滿足這部分市場需求，此公司決定投資一個新的石碳酸廠，而石碳酸需要異丙基苯作為原料，所以需要建立一個新的異丙基苯生產(chǎn)流程。異丙基苯的年產(chǎn)為10萬公噸；使用該公司的催化劑；原料使用含5%丙烷的丙烯進(jìn)料，；完成一個完整的基本設(shè)計(jì)，并作經(jīng)濟(jì)評價；整個生產(chǎn)過程要盡可能地節(jié)能。 要求 以苯和丙烯為原料，使用公司的新催化劑，做一個優(yōu)化的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。 對生產(chǎn)過程作經(jīng)濟(jì)評價，使用以下的信息： 稅后最低預(yù)期資本回收率 = 9% 每年 折舊 = MACRS 邊際稅率 = 35% 建設(shè)周期 = 2 年工廠生命周期 = 10年（從開始運(yùn)行起）過程設(shè)計(jì)分析 工業(yè)上用苯和丙烯生產(chǎn)異丙苯的方法有兩種：一種為三氯化鋁法，一種為固體硫酸法。 以三氯化鋁法作催化劑生產(chǎn)異丙苯時，在反應(yīng)中起催化作用的不是三氯化鋁，而是由三氯化鋁、烷基苯和氯化氫生成絡(luò)合物。烴化反應(yīng)是一個氣相反應(yīng)，絡(luò)合物在反應(yīng)液有一定的溶解度，在超過飽和濃度時，反應(yīng)體系的絡(luò)合物形成單獨(dú)的一相，習(xí)慣上稱為 非均相烴化反應(yīng)，其工藝稱為非均相三氯化鋁法（亦稱SD法）。采用絡(luò)合物濃度低于飽和溶解度的工藝，稱為均相法（亦稱Monsanto法），這是美國Monsanto公司開發(fā)的新工藝，在1985年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。兩種方法沒有本質(zhì)的區(qū)別，其反應(yīng)機(jī)理相同。 由美國環(huán)球油品公司（UOP）以磷酸作催化劑生產(chǎn)異丙苯的方法稱UOP法。目前世界上有27套裝置采用這一工藝，其產(chǎn)量約占異丙苯總產(chǎn)量的80％左右（不包括中國、獨(dú)聯(lián)體和東歐），是生產(chǎn)異丙苯的主要方法。 1985年CDTECH開發(fā)了催化精餾法生產(chǎn)異丙苯工藝并進(jìn)行了中試。雖然這是一個很有前途的新工藝，但目前尚未見到工業(yè)化的報道。本設(shè)計(jì)采用UOP法生產(chǎn)異丙苯的工藝。這個反應(yīng)同時伴有副反應(yīng)，物性數(shù)據(jù)和反應(yīng)方程式如下：表1 反應(yīng)系統(tǒng)中組分的物性參數(shù)分子量沸點(diǎn)（℃）標(biāo)準(zhǔn)生成含kcal/mol苯丙烯異丙苯二異丙基苯C3H6(氣相) + C6H6 (液態(tài)) —— C9H12(液態(tài))deta H = kcal/molr1 = k1 cp cb mol/g cat seck1 = * 104 exp()C3H6（氣態(tài)） + C9H12(液態(tài)) —— C12H18(液態(tài))deta H = kcal/molr2 = k2 cp cc mol/g cat seck2 = * 106 exp() *以上物性數(shù)據(jù)均來至Aspen plus 版的數(shù)據(jù)庫 反應(yīng)過程的分析反應(yīng)是個吸熱過程，反應(yīng)過程中所需要的熱量由進(jìn)料和殼程流體提供，所以反應(yīng)器前應(yīng)該有預(yù)熱部分。k = 生成物物質(zhì)量/反應(yīng)物物質(zhì)量 由此定一個溫度（至少應(yīng)該氣化，提高催化劑的效率）。反應(yīng)是一個體積減小的反應(yīng)，增加壓力可以增加轉(zhuǎn)化率，選擇相應(yīng)的壓力。而且，反應(yīng)物在反應(yīng)器中的停留時間需要進(jìn)一步計(jì)算得到。烯烴在高溫下會發(fā)生聚合，所以苯應(yīng)該過量，對丙烯進(jìn)行稀釋，以防止丙烯的聚合。而且異丙苯生成后，會繼續(xù)與丙烯結(jié)合成二異丙苯，需要使苯過量，減少這種副反應(yīng) 由前面分析可知，在異丙苯的合成過程中，由于苯的大大過量和作為稀釋劑丙烷的存在，反應(yīng)器出口含有大量未反應(yīng)的原料和稀釋劑，還有生成的少量多烴化物。因此必須對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行分離。在本設(shè)計(jì)中，首先用一個精餾塔將產(chǎn)物中水、丙烷和部分苯分離出來，另外一部分苯、多烷基化合物和異丙苯再進(jìn)行分離出多烷基化合物和異丙苯，多烷基化合物和異丙苯最后進(jìn)入一精餾塔分離出異丙苯，%。3．異丙苯生產(chǎn)過程的設(shè)計(jì)甲方公司已經(jīng)開發(fā)出了反應(yīng)器如下： 殼管固定床反應(yīng)器，并假設(shè)以下的裝配數(shù)據(jù)： 催化劑顆粒直徑：dp = 3 mm 催化劑顆粒密度：p(cat) = 1600kg/m^3 空隙比 e = 固定管到管壁的傳熱系數(shù)： h = 60 W/m^c 使用象換熱器一樣的標(biāo)準(zhǔn)管布局UOP法采用塔式固定床反應(yīng)器，苯和辨別稱為液相進(jìn)料，但也有氣相存在，出口則為氣液混合物，反應(yīng)溫度控制在350℃左右,～，在工藝條件中控制原料的配比很重要，這與三氯化鋁法類似，不過對UPO工藝來說，不僅要控制苯和丙烯的比（mol），還要控制作
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