工藝設(shè)計(jì)精制塔

1、化工設(shè)計(jì)4萬(wàn)噸/年鄰苯二甲酸酐裝置設(shè)計(jì) 工藝設(shè)計(jì)：精制塔T102 姓 名：柳鋒 學(xué) 號(hào)： 班 級(jí)：過(guò)控101指導(dǎo)教師：張曉琳前言鄰法反應(yīng)原理鄰二甲苯與空氣在催化劑作用下氣相氧化生成苯酐。工藝流程過(guò)濾、凈化后的空氣經(jīng)過(guò)壓縮，預(yù)熱后與汽化的鄰二甲苯混合進(jìn)入固定床反應(yīng)器進(jìn)行放熱反應(yīng)，反應(yīng)管外用循環(huán)的熔鹽移出反應(yīng)熱并維持反應(yīng)溫度，熔鹽所帶出的反應(yīng)熱用于生產(chǎn)高壓蒸汽（ 高壓蒸汽可用于生產(chǎn)的其他環(huán)節(jié)也可用于發(fā)電）。反應(yīng)器出來(lái)的氣體經(jīng)預(yù)冷器進(jìn)入翅片管內(nèi)通冷油的切換冷凝器，將苯酐凝結(jié)在翅片上，然后再定期通入熱油將苯酐熔融下來(lái)，經(jīng)熱處理后送連續(xù)精餾系統(tǒng)除去低沸點(diǎn)和高漲點(diǎn)雜質(zhì)，得到苯酐成品。從切換冷凝器出來(lái)的尾氣

2、經(jīng)兩段高效洗滌后排放至大氣中。含有機(jī)酸濃度達(dá)30的循環(huán)液送到順酐回收裝置或焚燒裝置，也可回收處理制取富馬酸。目前，全球苯酐生產(chǎn)所采用的工藝路線有萘流化床氧化和萘/鄰二甲苯固定床氧化，其中鄰二甲苯固定床氧化技術(shù)約占世界總生產(chǎn)能力的90% 以上。萘流化床氧化工藝在國(guó)外已逐步淘汰，但在我國(guó)的苯酐生產(chǎn)中仍占有一定比例。鄰二甲苯固定床氣相氧化技術(shù)主要BASF，Wacker-Chemie，ElfAtochem/日觸和Alusuisse Italia 等幾種典型的生產(chǎn)工藝。BASF工藝：BASF工藝于1976 年工業(yè)化生產(chǎn)，總生產(chǎn)能力超過(guò)100104 t/a，BASF工藝的單臺(tái)反應(yīng)器最大生產(chǎn)能力為4.510

3、4 t/a。經(jīng)凈化預(yù)熱后的空氣與氣化的鄰二甲苯混合進(jìn)入列管式固定床反應(yīng)器，在釩-鈦環(huán)形催化劑表面進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為360，空速為3000h- 1，反應(yīng)熱由熔鹽導(dǎo)出。粗苯酐在微負(fù)壓下采用高溫或同時(shí)添加少量化學(xué)品除去某些雜質(zhì)后送入精餾塔精制。BASF工藝能有效地回收順酐，苯酐的質(zhì)量收率超過(guò)105%。Wacker-Chemie 工藝：近年來(lái)各國(guó)新建的苯酐生產(chǎn)裝置基本上都采用Wacker-Chemie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4.5104 t/a。該工藝所采用的催化劑適用于鄰二甲苯、萘以及鄰二甲苯和萘的混合料，設(shè)計(jì)的

4、催化劑負(fù)荷為鄰二甲苯100g/m3空氣（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)），苯酐的質(zhì)量收率為114%115%（以萘為原料時(shí)，苯酐收率為97% 99%），催化劑壽命大于3 年。ElfAtochem/日觸工藝：ElfAtochem公司于1970 年開(kāi)始開(kāi)發(fā)低能耗工藝，1986 年該公司決定采用日觸公司壽命長(zhǎng)、選擇性高的苯酐催化劑，并與日觸公司共同開(kāi)發(fā)了ElfAtochem/日觸工藝。采用該工藝的總生產(chǎn)能力約40104 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(wú)大氣污染。Alusuisse Italia 工藝：意大利的Alusuisse公司于1986 年開(kāi)發(fā)了Alusuisse Itali

5、a低空烴比工藝，空氣對(duì)鄰二甲苯的質(zhì)量比減少到9.5:1，而原料氣濃度可提高到鄰二甲苯134g/m3 空氣標(biāo)準(zhǔn)態(tài)。到1996 年世界各地共有11 套裝置采用該工藝，總生產(chǎn)能力為24. 9104 t/a。目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū).12ASPLEN軟件的功能概述.3.1進(jìn)料.33.2 塔板.43.3 熱力學(xué)方法的選擇.53.4 優(yōu)化.64. 使用aspen plus模擬結(jié)果.7總結(jié).8參考文獻(xiàn).9指導(dǎo)教師張曉琳學(xué)生姓名柳鋒設(shè)計(jì)題目4萬(wàn)噸/年鄰苯二甲酸酐裝置設(shè)計(jì)題目背景及內(nèi)容：苯酐是重要的有機(jī)化工原料，在國(guó)內(nèi)主要用于鄰苯二甲酸酐類(lèi)增塑劑等的制造。從供需情況看，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)增塑劑需求量越來(lái)越供不應(yīng)

6、求，市場(chǎng)對(duì)苯酐的需求量逐年增長(zhǎng)，大量苯酐依賴(lài)于進(jìn)口，而國(guó)內(nèi)苯酐廠能明顯不足。因此，提高苯酐裝置的國(guó)產(chǎn)化，并對(duì)裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少能耗，降低生產(chǎn)成本以提高其國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力迫在眉睫。該設(shè)計(jì)采用鄰二甲苯為原料的固定床氧化技術(shù)，并運(yùn)用ASPENPLUS對(duì)工藝流程進(jìn)行模擬與優(yōu)化設(shè)計(jì)，找出最佳操作條件，減少成本。其工藝流程主要包括氧化反應(yīng)部分和精制部分。原始依據(jù)：該裝置年產(chǎn)4萬(wàn)噸/年鄰苯二甲酸酐，年工作時(shí)數(shù)為每年8000h，產(chǎn)品流量5000kg/h，產(chǎn)品純度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）大于99.9%。原料：1.鄰二甲苯：純度96%，2.空氣組成：O2，21%；N2，78.05%；Ar，0.95%3.催化劑：V2O5-TiO

7、2重點(diǎn)部分：（每人一個(gè)）1. 方案設(shè)計(jì)，項(xiàng)目建議書(shū)，經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)； 2. 工藝設(shè)計(jì)：全局工藝設(shè)計(jì)；3.自動(dòng)控制，工藝流程圖；4.工藝設(shè)計(jì)：分離塔T101；5.工藝設(shè)計(jì)：精制塔T102；（柳鋒）6.工藝設(shè)計(jì)：反應(yīng)器;7.設(shè)備設(shè)計(jì)：分離塔T101；8.設(shè)備設(shè)計(jì)：精制塔T102；9.設(shè)備設(shè)計(jì)：分離塔T101冷凝器；10.設(shè)備設(shè)計(jì)：精制塔T102冷凝器化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) ASPLEN軟件的功能概述 ASPEN PLUS是世界性標(biāo)準(zhǔn)流程模擬軟件，也是國(guó)際上功能最強(qiáng)的商品化流程模擬軟件，這套軟件系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于石油化工、氣體加工、煤炭、醫(yī)藥、冶金、環(huán)境保護(hù)、動(dòng)力、節(jié)能、食品加工等許多工業(yè)領(lǐng)域。使用ASPE

8、N PLUS工作頁(yè)面可以建立、顯示模擬流程圖及PFDSTYLE繪圖。這款流程模擬軟件主要具有以下六項(xiàng)功能：建立基本流程模擬模型、靈敏度分析、設(shè)計(jì)規(guī)定、物性分析、物性估計(jì)以及物性數(shù)據(jù)回歸。 在Aspen Plus中關(guān)于精餾的模塊有：（1）簡(jiǎn)捷法模型：包括DSTWU（簡(jiǎn)捷法精餾設(shè)計(jì)模型）、Distl（簡(jiǎn)捷法精餾核算模型）、SCFrac（簡(jiǎn)捷法多塔蒸餾模型）；（2）嚴(yán)格法模型：Radfrac（嚴(yán)格法精餾模型）、MultiFrac（嚴(yán)格法多塔精餾模型）、PetroFrac（嚴(yán)格法分餾塔）、Rate Frac（精餾的核算與設(shè)計(jì)模型）、Ext ract（嚴(yán)格萃取塔模型）。例如ASPEN PLUS的RADF

9、RAC模塊是一個(gè)嚴(yán)格模型，可用于模擬所有類(lèi)型的多級(jí)氣、液分離操作，如普通精餾、吸收、再沸吸收、汽提、再沸汽提、萃取、萃取蒸餾和共沸蒸餾等。適用體系包括氣液兩相傳質(zhì)體系，氣液液三相傳質(zhì)體系，窄沸程和寬沸程傳質(zhì)體系等。對(duì)氣、液兩相存在強(qiáng)非理想物系和理想物系都有良好的模擬效果。使用ASPEN中的靈敏度分析工具可以方便地確定過(guò)程對(duì)關(guān)鍵操作變量和設(shè)計(jì)變量的響應(yīng)，即一個(gè)或多個(gè)流程變量變化對(duì)其他流程變量造成的影響。使用靈敏度分析工具，進(jìn)行不同工藝參數(shù)條件下的對(duì)象特性的研究，從而得出最佳的操作參數(shù)。Aspen plus分析模擬102塔：圖中標(biāo)示的1的為進(jìn)料，進(jìn)料為苯酐，苯甲酸，鄰苯二甲酸，經(jīng)過(guò)精制塔，2為塔頂

10、出料，含有苯甲酸以及極少量的鄰苯二甲酸，3為塔底出料為鄰苯二甲酸。3.1 進(jìn)料進(jìn)料狀態(tài)如下圖所示：PRODUCT(苯酐) 分子式C8H4O3 摩爾流量為40.583kmol/hrBENCOOH（苯甲酸） 分子式為C7H6O2 摩爾流量為0.027kmol/hr2BENCOOH（鄰苯二甲酸）分子式為C8H6O4 摩爾流量為0.885kmol/hr3.2模擬塔進(jìn)料板位置： 理論板數(shù)為15塊板 進(jìn)料板為第10塊板 回流比為1 根據(jù)老師給的模擬資料初定板數(shù)和回流比。 第一塊板的壓力為30kpa,全塔壓降為30kpa 全塔能量核算：3.3 熱力學(xué)方法的選擇如何選擇熱力學(xué)方法 對(duì)非極性或弱極性物系，可采用

11、狀態(tài)方程法。該法利用狀態(tài)方程計(jì)算所需的全部性質(zhì)和氣液平衡常數(shù)。 對(duì)極性物系，采用狀態(tài)方程活度系數(shù)方程相結(jié)合的組合法，即氣相采用狀態(tài)方程法，液相逸度采用活度系數(shù)法計(jì)算，液相的其他性質(zhì)采用狀態(tài)方程或經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式法。 過(guò)程模擬者必須選擇合適的熱力學(xué)模型在使用模擬軟件進(jìn)行流程模擬時(shí)，用戶(hù)定義了一個(gè)流程以后，模擬軟件一般會(huì)自行處理流程結(jié)構(gòu)分析和模擬算法方面的問(wèn)題，而熱力學(xué)模型的選擇則需要用戶(hù)做決定流程模擬中幾乎所有單元操作模型都需要熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算，迄今為止，還沒(méi)有任何一個(gè)熱力學(xué)模型能適用于所有的物系和所有的過(guò)程。流程模擬中要用到多個(gè)熱力學(xué)模型，熱力學(xué)模型的恰當(dāng)選擇和正確使用決定著計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性、可靠性

12、和模擬成功與否。3.4 優(yōu)化4. 使用aspen plus模擬結(jié)果1 0.000 00總結(jié) 又一次經(jīng)歷幾周的時(shí)間進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，從剛布置任務(wù)就本以為看起來(lái)很少的任務(wù)量可以輕松完成，最后還是全是花費(fèi)在學(xué)習(xí)aspen plus 應(yīng)用軟件上。aspen plus 應(yīng)用軟件是我第一次使用到的化工計(jì)算軟件，從一開(kāi)始的安裝就給我個(gè)下馬威，安裝過(guò)程出現(xiàn)了很多困難，通過(guò)多名同學(xué)調(diào)試幫忙之下才順利安裝成功。安裝成功是一回事，使用還是需要新的功夫，對(duì)我這樣英文不好的學(xué)生簡(jiǎn)直太費(fèi)勁，里面很多單詞需要自己去查詢(xún)，過(guò)程中同樣出現(xiàn)很多問(wèn)題。最后通過(guò)指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，課件的學(xué)習(xí)，同學(xué)的幫助才對(duì)此軟件有了操作基礎(chǔ)。才勉勉強(qiáng)強(qiáng)的使用aspen plus， 整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，謝謝張曉琳老師的熱心輔導(dǎo)，通過(guò)各種途徑將知識(shí)傳授給我們，并認(rèn)真謹(jǐn)慎的幫助解決設(shè)計(jì)中存在的各類(lèi)問(wèn)題，對(duì)我們?cè)谠O(shè)計(jì)中存在的疑難問(wèn)