年產(chǎn)5噸環(huán)己烷程設(shè)計(jì)課件

1、年產(chǎn)5噸環(huán)己烷過(guò)程設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師：李秀喜副教授學(xué) 生：黃 艷 張燦陽(yáng) 內(nèi)容項(xiàng)目背景產(chǎn)品概述產(chǎn)品工藝及發(fā)展工藝優(yōu)化經(jīng)濟(jì)核算項(xiàng)目背景設(shè)計(jì)目標(biāo)：設(shè)計(jì)規(guī)模：年產(chǎn)5萬(wàn)噸環(huán)己烷產(chǎn)品要求：純度（質(zhì)量）99.9設(shè)計(jì)任務(wù)： 根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品要求，對(duì)環(huán)己烷生產(chǎn)工藝進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，具體任務(wù)如下：根據(jù)現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料設(shè)計(jì)出年產(chǎn)5萬(wàn)噸環(huán)己烷的生產(chǎn)工藝流程用Aspen plus 對(duì)流程進(jìn)行模擬，改進(jìn)舊有工藝對(duì)整個(gè)流程的投入和產(chǎn)出做經(jīng)濟(jì)核算產(chǎn)品概述性質(zhì)與用途： 環(huán)己烷，用于生產(chǎn)環(huán)己醇、環(huán)己酮和己二酸的原料，用作有機(jī)溶劑等。環(huán)己酮進(jìn)一步生產(chǎn)己內(nèi)酰胺、聚酰胺6纖維（尼龍6）。尼龍6具有廣泛用途，民用和工業(yè)中都有廣泛的用途。 環(huán)己烷

2、對(duì)酸、堿比較穩(wěn)定，與中等濃度的硝酸或混酸在低溫下不發(fā)生反應(yīng)，與稀硝酸生成硝基環(huán)己烷。在鉑或鈀催化下，生成苯。 環(huán)己烷也可以發(fā)生氧化反應(yīng)，在不同的條件下所得的主要產(chǎn)物不同。在鈀、鉬、鉻、錳的氧化物存在下，進(jìn)行氣相氧化則得到順丁烯二酸。在日光或紫外光照射下與鹵素作用生成鹵化物。 產(chǎn)品工藝及發(fā)展現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的環(huán)己烷制備方法，主要分為苯加氫法和新型工藝法兩種，現(xiàn)在企業(yè)幾乎全部采用的苯加氫方法。苯加氫制備環(huán)己烷又分為氣相和液相兩種。 苯加氫法氣相法工藝特點(diǎn)是, 氣相苯加氫工藝混合均勻, 轉(zhuǎn)化率和收率均很高, 但反應(yīng)激烈, 易出現(xiàn)“飛溫”現(xiàn)象, 操作上不易控制。典型工藝有: Bexane、ARCO、UOP、H

3、oudry 和Hytoray 法等。液相法工藝特點(diǎn)是, 液相苯加氫工藝相比氣相而言, 反應(yīng)穩(wěn)定、緩和, 轉(zhuǎn)化率和收率也很高, 但液相反應(yīng)必須有后反應(yīng), 能耗也較高, 液相反應(yīng)的氫氣利用率僅為85 %。 典型工藝有IFP 法、Arosat 法和BP 法。新型技術(shù)催化蒸餾工藝 反應(yīng)器和精餾塔外耦合工藝 石油餾分分離法 催化劑的發(fā)展 工藝優(yōu)化原有法國(guó) IFP 生產(chǎn)工藝工藝流程圖： 缺點(diǎn)產(chǎn)率不高，操作安全系數(shù)不高能源的浪費(fèi)，工藝復(fù)雜，對(duì)廢熱沒(méi)有充分的利用催化劑的活性不高，溫度控制不靈敏，易造成催化劑失活采用流程本流程采用南風(fēng)化工2003年新建，2007年優(yōu)化的流程： 優(yōu)點(diǎn) 采用雙反應(yīng)器設(shè)計(jì), 反應(yīng)完全

4、, 環(huán)己烷直接分離得到成品, 循環(huán)氫濃度可控制較低, 減少放空損失; 使用南化集團(tuán)研究院開發(fā)并生產(chǎn)的高性能NCHl-1 型鉑系苯加氫催化劑, 是國(guó)內(nèi)首家采用國(guó)產(chǎn)鉑系苯加氫催化劑的生產(chǎn)裝置; 為避免鉑催化劑失活、中毒, 配置了苯干燥和脫硫反應(yīng)器, 以延長(zhǎng)鉑催化劑的使用壽命。但是同樣存在很多問(wèn)題。存在問(wèn)題因循環(huán)氫壓縮機(jī)的電機(jī)功率偏小, 在循環(huán)氫體積分?jǐn)?shù)過(guò)低 ,。需要更換循環(huán)氫壓縮機(jī)的電機(jī), 以降低氫耗。尾氣中的氫含量應(yīng)采用自動(dòng)控制, 穩(wěn)定反應(yīng)器的氫油比, 從而避免反應(yīng)器飛溫和氫氣資源的浪費(fèi), 達(dá)到安全穩(wěn)定操作的目的。 工藝流程方塊圖 ：H2 N2 CH4分離系統(tǒng)環(huán)己烷產(chǎn)品燃燒系統(tǒng)H2 CH4尾氣排

5、放C6H6分離系統(tǒng)燃燒系統(tǒng)分離系統(tǒng)原料苯經(jīng)進(jìn)料熱交換器送至苯干燥塔除水, 合格的苯經(jīng)苯預(yù)熱器送至苯蒸發(fā)器。新鮮氫、循環(huán)氫和來(lái)自脫氫工序的氫氣共3股氫氣的混合物作為苯蒸發(fā)器氫氣進(jìn)料, 苯蒸發(fā)器頂部苯、氫混合氣進(jìn)入加氫主反應(yīng)器, 經(jīng)脫硫反應(yīng)器脫除生成的硫化氫, 未反應(yīng)的苯在裝有鉑催化劑的絕熱式后反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)一步反應(yīng)完全, 生成環(huán)己烷。 后反應(yīng)器出來(lái)的混合氣體先后經(jīng)苯預(yù)熱器、苯進(jìn)料換熱器和成品冷凝器冷凝冷卻,在環(huán)己烷氣液分離器中進(jìn)行氣液分離, 得到產(chǎn)品環(huán)己烷。絕大部分氣相經(jīng)循環(huán)氫壓機(jī)去苯蒸發(fā)器作為氫氣進(jìn)料, 少部分氣體經(jīng)深冷器深冷后, 經(jīng)吸附排空。 流程概述 ：分析這是一個(gè)體積縮小和產(chǎn)生大量熱的放熱的

6、可逆平衡反應(yīng)。因此，根據(jù)勒夏特列原理，溫度越低，越有利于反應(yīng)向正反應(yīng)進(jìn)行，壓強(qiáng)越大，越有利于生成環(huán)己烷。但是溫度過(guò)低或是壓強(qiáng)過(guò)大，不利于催化劑起作用，綜上所述，我們選用溫度190230和2.3MPa2.5MPa 下進(jìn)行工藝的優(yōu)化。改造后的流程：預(yù)處理及回流反應(yīng)系統(tǒng)分離系統(tǒng)流程特點(diǎn)采用雙反應(yīng)器設(shè)計(jì), 反應(yīng)完全, 環(huán)己烷直接分離得到成品, 循環(huán)氫濃度可控制較低, 減少放空損失;使用南化集團(tuán)研究院開發(fā)并生產(chǎn)的高性能NCHl- 1 型鉑系苯加氫催化劑, 是國(guó)內(nèi)首家采用國(guó)產(chǎn)鉑系苯加氫催化劑的生產(chǎn)裝置;為避免鉑催化劑失活、中毒, 配置了苯干燥和脫硫反應(yīng)器, 以延長(zhǎng)鉑催化劑的使用壽命。溫度對(duì)鉑系苯加氫催化劑

7、的影響 熱點(diǎn)溫度苯轉(zhuǎn)化率%環(huán)己烷選擇性%液體空速/h45086.3297.332.642092.2699.712.032099.8199.992.0因此，苯加氫反應(yīng)器中的溫度過(guò)高，對(duì)催化劑的活性影響很大，降低了苯轉(zhuǎn)化率，環(huán)己烷選擇性，所以必須采取合適的反應(yīng)溫度經(jīng)分析, 苯干燥塔傳質(zhì)效果差的主要原因在于進(jìn)口溫度過(guò)高, 再沸器無(wú)調(diào)節(jié)余量。在低生產(chǎn)負(fù)荷時(shí), 苯干燥塔的進(jìn)料溫度過(guò)高,操作沒(méi)有調(diào)節(jié)余量。 為此, 給苯預(yù)熱器增加苯加料旁路管線, 使未經(jīng)加熱的苯與被加熱的苯在混合器中充分混合, 再加入苯干燥塔; 同時(shí)配置調(diào)節(jié)閥和溫度測(cè)量點(diǎn), 根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的變動(dòng)及時(shí)調(diào)節(jié)冷熱苯的比例, 確保苯干燥塔的進(jìn)料溫度,

8、 使苯干燥塔能夠正常操作。 改造后, 苯干燥塔的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到要求,見(jiàn)表。類別塔頂溫度塔底溫度苯中水，10- 6改造前8688700改造后657982催化劑的選用：催化劑AL2O3苯轉(zhuǎn)化率%環(huán)己烷選擇性%1:299.2499.961:499.1399.961:991.5599.98純催化劑99.8199.99試驗(yàn)表明, 催化劑與三氧化鋁按1：2-1：4 的配比使用, 對(duì)苯的轉(zhuǎn)化率、環(huán)己烷的選擇性影響不明顯, 見(jiàn)表5。而反應(yīng)帶也可由原來(lái)的31mm 延長(zhǎng)到60-90 mm。經(jīng)熱核算, 滿負(fù)荷生產(chǎn), 熱油進(jìn)口溫度控制在190時(shí), 可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)帶的熱平衡。反應(yīng)階段模擬氫氣環(huán)己烷氫氣苯環(huán)己烷苯Aij11

9、25.1350Aij581.1809 Aij-104.8214 Aji1601.3070 Aji1313.6823 Aji216.3372 Bij-5.9440 Bij0 Bij0 Bji702030 Cij0.3000 Bji0 Cij0.4347 Bji0 Cij0.3100 各組分相互作用參數(shù) 組分摩爾流量（Kmol/h）摩爾百分含量（%）H2369.00 2.8534 C6H663.73 0.4928 C6H12422.74 3.2690 WATER(H2O)2375.72 18.3711 H2S39.30 0.3039 CO2115.42 0.8925 CO230.84 1.7851

10、 C3H6-273.64 0.5695 Total12931.81100T()410P(atm)1反應(yīng)工段出口物流模擬結(jié)果 分離系統(tǒng) 反應(yīng)產(chǎn)物的沸點(diǎn)和流量 組分氫氮甲烷環(huán)己烷流量（kmol/h）32.8628.28218.78671.441沸點(diǎn)（ ）-252.8-195.8-161.580.7由表可知，氮、氫和甲烷的沸點(diǎn)和環(huán)己烷相差很大，應(yīng)該最先分離；然后除去輕組分雜質(zhì)， 最后除重組分雜質(zhì)。 選擇的分離方案流程 分離階段模擬塔T303T304T305板數(shù)102212進(jìn)料位置492塔頂壓力/atm1.21.31.2塔壓降/atm0.20.30.2回流比4.277.324.9分離塔工藝參數(shù) 模擬結(jié)

11、果產(chǎn)物和副產(chǎn)物 產(chǎn)品Mol流量Kmol/h質(zhì)量流量Kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)%回收率%年產(chǎn)量萬(wàn)噸/年環(huán)己烷377.93 20090.54 99.789.416.07 H2S18.24 497.47 9995.40.40 分離系統(tǒng)的物料平衡 分子式分子量沸點(diǎn)密度分離系統(tǒng)進(jìn)料 物流kg/Nm3kmol/hMol%kg/h wt%H22.016-252.750.089832.86225.0166.251.00N228.02-195.781.05078.2826.30231.983.51CH416.03-161.490.715618.78614.30301.334.56C6H678.1180.1879C6H12

12、84.1680.787971.44754.386012.4790.93 合 計(jì)131.371100.006612.03100.00溫度密度kg/m3狀態(tài)6011.64/741g/l壓力MPa粘度Pas2.47經(jīng)濟(jì)核算 設(shè)備費(fèi)用設(shè)備名稱設(shè)備尺寸費(fèi)用/萬(wàn)元流化床反應(yīng)器R101直徑2.4m高1.5m65流化床反應(yīng)器R102直徑1.5高度140板間距直徑塔高塔板數(shù)氣液分離器T3013.1水吸收塔T3020.6m3.2m8m104.5乙腈分離塔T4010.6m2.4m9.2m124氫腈酸分離塔T5010.6m1.4m8m102丙烯腈成品塔T6010.61.422m326換熱器名稱殼程直徑長(zhǎng)度換熱面積E1

13、011.2 m2.8m60.2m22.8E1020.8 m2.2 m51.2 m22.5E1030.8 m2.2 m51.2 m22.5E2013.2 m3.8 m152 m23.6E6013.8 m4.4 m450m210.2塔全凝器和再沸器T302、T401、T501、T60178所有泵P301、P401、P5018.4總費(fèi)用232.6設(shè)備安裝費(fèi)用：按設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用的50計(jì)算，設(shè)備安裝費(fèi)用共計(jì)116.3萬(wàn)元。土地費(fèi)用：無(wú)形資產(chǎn)獲取費(fèi)用：催化劑專利使用費(fèi)：100萬(wàn)；小試與中試實(shí)驗(yàn)費(fèi)用：200萬(wàn)。總計(jì)300萬(wàn)。綜上，建設(shè)項(xiàng)目投資總計(jì)為：（232.6+116.3）6.7+8400+300=13737.3萬(wàn)元。原料成本：原料總費(fèi)用為183.028.7+87.413.3=萬(wàn)元/a。公用工程：公用工程費(fèi)用為1062萬(wàn)元/a。 工資福利費(fèi)用 ：直接工資福利總計(jì)為636(1+14%)725萬(wàn)元/a。銷售費(fèi)用：市場(chǎng)銷售，日常辦公，廣告等其它費(fèi)用，預(yù)計(jì)1000萬(wàn)元/a 保險(xiǎn)費(fèi)用：總計(jì) (200+50+20)2406.5萬(wàn)元。維修費(fèi)用：維修費(fèi)用每年按照設(shè)備