【正文】 用下氣相氧化 生成苯酐。含有機(jī)酸濃度達(dá) 30％的循環(huán)液送年產(chǎn) 40000 噸苯酐 (安定 )的車間工藝設(shè)計(jì) 3 到順酐回收裝置或焚燒裝置，也可回收處理制取富馬酸 [1]。 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(tái)反應(yīng)器最大生產(chǎn)能力為 104 t/a。 WackerChemie 工藝 ： 近年來 各國新建的苯酐生產(chǎn)裝置基本上都采用 WackerChemie 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(tái)反應(yīng)器的最大生產(chǎn)能力為104 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(jī)雜質(zhì)含量低，無大氣污染 [3]。我國在 1953 年開始萘法生產(chǎn)苯酐，當(dāng)時(shí)是以萘為原料，固定床氣相氧化法生產(chǎn)苯酐。 隨著苯酐產(chǎn)量的迅速增長，焦油萘越來越不能滿足生產(chǎn)的需要，而隨著石油工業(yè)的發(fā)展，又提供了大量廉價(jià)的鄰二甲苯，擴(kuò)大了苯酐的原料來源。 WackerChemie 工藝特點(diǎn)是低能耗，高負(fù)荷，生產(chǎn)能力大，催化劑活化時(shí)不必使用 SO2。 Alusuisse Italia 工藝的設(shè)備投資較少 [3]。 BASF公司開發(fā)的固定床雙層催化劑，第一層： 7%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） V2O5， % Sb2O3， %銣，其它部分為 TiO2；第二層： 7% V2O5， % Sb2O3， %磷，其它部分為 TiO2，當(dāng)反應(yīng)溫度分別控制在 359℃ 和 342℃ 時(shí)，苯酐質(zhì)量收率達(dá)到 %。日本觸媒公司開發(fā)了尾氣部分循環(huán)工藝，這樣強(qiáng)化了操作安全、降低了操作費(fèi)用和投資，苯酐的質(zhì)量收率達(dá)到114%～ 116%。 總之，苯酐生產(chǎn)商都在積極研制高收率、高選擇性和高負(fù)荷的催化劑，進(jìn)行反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)機(jī)理的研究，用數(shù)學(xué)模擬法放大反應(yīng)器，提高了單臺(tái)反應(yīng)器的生產(chǎn)能力，進(jìn)一步地降低了能耗和 成本，提高了操作的安全性和自動(dòng)化水平。面對(duì)技術(shù)相對(duì)先進(jìn)的國際市場(chǎng)，我們應(yīng)加快催化劑的國產(chǎn)化步伐，同時(shí)大型苯酐氧化反應(yīng)器的國產(chǎn)化步伐也要加快 [1]。 第二章 工藝流程 原料名稱及規(guī)格 [4] 鄰二甲苯（ 96%），工業(yè)級(jí)（國內(nèi)一些大型石化企業(yè)生產(chǎn)）。 工藝流程簡(jiǎn)述 [4] 壓縮空氣鄰二甲苯反應(yīng)器分離器排放處理產(chǎn)品廢棄物預(yù)熱能量 苯酐生產(chǎn)工藝系統(tǒng)包括氧化反應(yīng)部分、冷凝水洗部分、苯酐精制部分。從冷凝器中排出的尾氣為未反應(yīng)的空氣和反應(yīng)生成的一氧化碳、二氧化碳及少量有機(jī)物，經(jīng)水洗塔洗滌回收有機(jī)物后排放。 生產(chǎn)流程 成品鄰二甲苯空氣催化氧化冷凝 結(jié)晶 刮片減壓精餾 年產(chǎn) 40000 噸苯酐 (安定 )的車間工藝設(shè)計(jì) 8 第三章 物料衡算 物料衡算概述 為了弄清生產(chǎn)過程中原料、成品以及損失的物料數(shù)量，必須要進(jìn)行物料衡算。 物料衡算的計(jì)算依據(jù) [6] 物料衡算為質(zhì)量守恒定律的一種表現(xiàn)形式，即 I O AG G G??? ? ? 式中 ， IG? —輸入物料的總和； OG? —輸出物料的總和； AG? —累計(jì)的物料量。若過程中有物料累積，則屬于非定態(tài)過 程，一般間歇操作（即分批操作）屬于非定態(tài)過程，在設(shè)備的同一位置上諸參數(shù)隨時(shí)間而變。 物料衡算的計(jì)算范圍和計(jì)算基準(zhǔn) 作物料衡算時(shí)需要確定一個(gè)計(jì)算范圍，即從哪里開始作為進(jìn)料，從哪里作為出料。例如分批操作可以分批投料量或每晝夜的處理量作為計(jì)算基準(zhǔn)。 計(jì)算任務(wù) 生產(chǎn)任務(wù)和涉及的主要反應(yīng)方程 年產(chǎn) 4 萬噸的 苯酐工廠。 表 32 反應(yīng)器出口氣體組成 產(chǎn)物名稱 出口氣體組成（質(zhì)量） 苯 酐 ～ % 苯 酞 ～ % 年產(chǎn) 40000 噸苯酐 (安定 )的車間工藝設(shè)計(jì) 11 馬來酸酐 ～ % 檸糠酐 ～ % 苯甲酸 ～ % 原材料和動(dòng)力的消耗定額和消耗量 原料及動(dòng)力消耗量見表 33[4]。由所查文獻(xiàn)可知：主反應(yīng)為反應(yīng) 1，副反應(yīng)為反應(yīng) 4，反應(yīng) 7 可忽略。93%%=生成苯甲酸的量 247。9815247。112632= kg/h 總共消耗氧氣的量 +++= kg/h 生成二氧化碳的量： 反應(yīng) 2 247。106318= kg/h 反應(yīng) 2 247。112318= kg/h 總共生成水的量 +++=反應(yīng)后空氣的量 +=物料衡算表如表 34 所示。但不管是間歇還是連續(xù)生產(chǎn)，計(jì)算傳熱面積的熱負(fù)荷，必須以每小時(shí)作基準(zhǔn)，而該時(shí)間必須是穩(wěn)定傳熱時(shí)間。純物理過程無化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)，但物料經(jīng)歷化學(xué)變化過程，除化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)外，往往伴隨物料狀態(tài)變化熱效應(yīng)，則兩者應(yīng)結(jié)合在一起考慮，可用下式計(jì)算： 3 r pQ Q Q＝＋ 式中， rQ — 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng) kJ； pQ — 物理過程熱效應(yīng) kJ。 通過參考文獻(xiàn) [14]可知， CH??的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為 /kJ mol ， C??的基團(tuán) 貢獻(xiàn)值為 /kJ mol ， CO??酮的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為 /kJ mol ， O??的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為 /kJ mol 年產(chǎn) 40000 噸苯酐 (安定 )的車間工藝設(shè)計(jì) 16 10 00 ( 15 .30 )10 00 [ 15 .30 4 ( ) 2 ( ) 2 ( ) ( ) ]10 00 ( 15 .30 4 44 2 59 2 45 82 )14833 05 /iinvHMC H C C O OMk J k g? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ???酮 熔化熱利用基團(tuán)貢獻(xiàn)法估算 [14]： 1 0 0 0 ( 0 .8 8 )iinmH M? ? ? ? ??? 其中 ， in －分子中 i種基團(tuán)的個(gè)數(shù)； i? － i種基團(tuán)的貢獻(xiàn)值， /kJ mol ； M －化合物的摩爾質(zhì)量， /kg kmol 。 通過參考文獻(xiàn) [14]知， C 原子的元素的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱 /kJ mol ,H 原子的元素的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱 /kJ mol 0 5 3 9 5 . 1 5 4 1 4 3 . 1 5 2 0 3 2 . 3 6 5 1 5 . 9 9 /fq k J m o l? ? ? ? ? ? 年產(chǎn) 40000 噸苯酐 (安定 )的車間工藝設(shè)計(jì) 19 汽化熱利用基團(tuán)貢獻(xiàn)法估算： 通過參考文獻(xiàn) [14]知， C??的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為 /kJ mol ， 3CH? 的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為 /kJ mol ， O??的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為 /kJ mol ， CH??的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為 /kJ mol ，CO??酮的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為 /kJ mol 310 00 ( 15 .30 )10 00 [ 15 .30 ( ) ( ) 2 ( ) ( ) ( ) ]10 00 ( 15 .30 44 59 2 45 82 73 )11236 86 /iinvHMC H C C O O C HMk J k g? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ???酮 熔化熱利用基團(tuán)貢獻(xiàn)法估算： 通過參考文獻(xiàn) [14]知， C??的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為 /kJ mol ， 3CH? 的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為 /kJ mol ， O??的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為 /kJ mol ， CH??的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為 /kJ mol ，CO??酮的基團(tuán)貢獻(xiàn)值為 /kJ mol 310 00 ( 0. 88 )10 00 [ 0. 88 ( ) ( ) 2 ( ) ( ) ( ) ]10 00 ( 0. 88 1. 10 1 2. 39 4 2 3. 62 4 5. 87 9 0. 90 8 )11214 8. 66 1 /iinmHMCH C CO O CHMk J k g? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ???酮 關(guān)于熱量衡算的具體計(jì)算 在本次計(jì)算中，對(duì)反應(yīng)釜進(jìn)行熱量衡算。 由公式 1 4 0( ) ( )i p i pQ Q G C t t Q? ? ?? 可得。 由公式 1 4 0( ) ( )i p i pQ Q G C t t Q? ? ?? 可得。 從反應(yīng)器出來的氣體主要成分是苯酐、順酐、二氧化碳、水蒸氣未反應(yīng)的氧氣及 氮?dú)?，它們都以氣體形式存在。根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)條件 及各類型塔板的用途和優(yōu)點(diǎn) [15]， 擬 采用板式塔 — 浮閥塔 。 00 液相組成摩爾分?jǐn)?shù)氣相組成摩爾分?jǐn)?shù) 液相組成摩爾分?jǐn)?shù)氣相組成摩爾分?jǐn)?shù)00. 20. 40. 60. 81. 00 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1. 0 圖 51 順酐與苯酐的氣液平衡曲線 圖 52 順酐與苯酐的氣液平衡曲線 （壓力 =） (壓力 =30kPa) 回流比 [4] 回流比的選擇與操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)有密切關(guān)系，影響分離效果及加熱劑和冷卻劑的用量。故本 設(shè)計(jì)取進(jìn)料熱狀況參數(shù) 1q? 。因此要注意不同的場(chǎng)合應(yīng)使用不同的流量單位。 ???? 或： WqFLV ???39。1m m WL qF WL qF W L qF Wy x x? ???? ? ? ? 式中： 39。 各個(gè)方程中參數(shù)的確定 根據(jù)操作條件可得： 1( 39。 39。39。 39。39。39 . 7 64 . 4 5 6 0 . 0 3 4 5 6 0 . 0 8 7 8 8 0 . 0 2 0 5 01 8 . 7 6xy x xx? ? ? ? ? ?? 39。44 3 439。 39。 39。6 0 . 0 0 0 3 8 4 0 . 0 0 1Wxx? ? ? 所以 提餾段理論板層數(shù)為 6 1 5?? 塊。在塔板設(shè)計(jì)中起主導(dǎo)作用，往往是氣液接觸部分的面積，應(yīng)保證有適宜的氣體速度。 年產(chǎn) 40000 噸苯酐 (安定 )的車間工藝設(shè)計(jì) 31 橫坐標(biāo)數(shù)值為 0 . 5 0 . 50 . 4 8 9 1 4 8 0( ) ( ) 0 . 0 3 5 62 5 6 . 8 4 1 4 . 2 2 5h LhVLV ?? ?? 其中， ,hhLV——液相及氣相負(fù)荷， m3/h； ,LV??——液相及氣相密度， kg/m3。 1．堰長 Wl ： 取 ? ，即： 0. 6 0. 5 0. 3Wlm? ? ? 2．出口堰高 Wh ： W L OWh h h?? 采用平直堰，堰上液層高度 OWh 可由下式計(jì)算： ()1000 hOW WLhEl? 年產(chǎn) 40000 噸苯酐 (安定 )的車間工藝設(shè)計(jì) 32 式中， E —— 液流收縮系數(shù)，一般可近似取 1E? ，對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大。003600 hsWWLLh lluu??? ? ? 取降液管底隙處液體流速 39。 則 年產(chǎn) 40000 噸苯酐 (安定 )的車間工藝設(shè)計(jì) 33 孔速00 1 0 . 0 4 . 8 6 5 /4 . 2 2 5VF msu ?? ? ? 每層塔板上的浮閥數(shù)0 22004 0 .0 7 1 3 4 5 1 2 .3 1 33 .1 4 ( 0 .0 3 9 ) 4 .8 6 54SVN d u? ?? ? ? ?????個(gè) 取邊緣寬度 ? ，破沫區(qū)寬度 ? ， 則 塔板上鼓泡區(qū)面積 2 2 22 [ a r c sin ]180a oA R R Rxxx ?? ? ? 其中， 0 . 5 0 0 . 0 3 0 . 2 222CDR W m? ? ? ? ? 0 . 5 0( ) ( 0 . 0 5 0 . 0 8 ) 0 . 1 222dSD W W mx ? ? ? ? ? ? ? 求得， 2 2 22 2 222 [ a r c si n ]180 2 [ a r c si n ]180 2 ( )a ooA R RRmxxx ?? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ?? 浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，取同一橫排的孔心距 100 m mt ??，則可估算排間距00 . 1 0 039。0 0 . 4 8 9 0 . 0 0 3 4 83 6 0 0 3 6 0 0 0 . 3 0 0 . 1 3h WLhml u? ? ?? ? ? ? 取 0 ? 。 4．降液 管底隙高度 0h ： 0 39。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得 20 ? 。 由 上 式可見，計(jì)算塔徑的關(guān)鍵是計(jì)算空塔氣速 u [16]。 板式塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 板式塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括塔 板 、塔徑的設(shè)計(jì)計(jì)算，板上液流形式的選擇、溢流裝置的設(shè)計(jì)，塔板布置、氣體通道的設(shè)計(jì)等工藝計(jì)算。66 5 639。59 . 7 64 . 4 5 6