畢業(yè)設(shè)計(jì)--年產(chǎn)5.5萬(wàn)噸苯酐生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

1、<p>　　年產(chǎn)5.5萬(wàn)噸苯酐生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　苯酐是重要的有機(jī)化工原料之一，用于生產(chǎn)增塑劑、醇酸樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂、染料及顏料、醫(yī)藥及農(nóng)藥等。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。本設(shè)計(jì)采用鄰二甲苯氧

2、化連續(xù)式生產(chǎn)鄰苯二甲酸酐，該法工藝比較成熟，資料較多，故采用該工藝。</p><p>　　本設(shè)計(jì)確定生產(chǎn)6000噸鄰苯二甲酸酐的合理生產(chǎn)工藝；完成年產(chǎn)6000噸苯酐生產(chǎn)的全部工藝計(jì)算（物料衡算，熱量衡算），根據(jù)工藝計(jì)算確定生產(chǎn)設(shè)備的工藝尺寸；繪制工藝流程簡(jiǎn)圖、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖和設(shè)備圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞：苯酐鄰二甲苯 氧化 工藝設(shè)計(jì)</p><p>　

3、　Production Technology Design of 55000 Tons of Phthalic Anhydride with an Annual Output </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Phthalic anhydride is one of the important organic chemical

4、 raw materials for the production of plasticizers, alkyd resins, unsaturated polyester resins, dyes and pigments, pharmaceuticals and pesticides. At present, the global phthalic anhydride production process used in napht

5、halene fluidized bed oxidation and naphthalene / o-xylene fixed bed oxidation, which o-xylene fixed bed oxidation technology accounts for about 90% of the world's total production capacity. The design of o-xylene oxi

6、datio</p><p>　　The design to determine the production of 6,000 tons of phthalic anhydride reasonable production process; complete with an annual output of 6,000 tons of phthalic anhydride production of all t

7、he process calculation (material accounting, heat balance), according to the process to determine the production process equipment size; Schematic diagram, process diagram and equipment diagram with control points.</p

8、><p>　　Keywords：Phthalic anhydride O-xylene Oxidation </p><p>　　Process Design</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1 </b></p>&l

9、t;p>　　第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)2</p><p>　　第1.1節(jié)設(shè)計(jì)題目2</p><p>　　第1.2節(jié)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容2</p><p>　　第1.3節(jié)產(chǎn)品主要規(guī)格與參數(shù)2</p><p>　　第1.4節(jié) 生產(chǎn)條件2</p><p>　　第1.5節(jié) 基礎(chǔ)條件3</p><p

10、>　　第二章 物料衡算4</p><p>　　第2.1節(jié) 反應(yīng)器中氧化反應(yīng)的物料衡算4</p><p>　　第2.2節(jié) 冷凝工段的物料衡算7</p><p>　　第2.3節(jié) 精餾工段物料衡算8</p><p>　　第2.5節(jié) 輕組分塔物料衡算8</p><p>　　第三章 能量衡算11</p&g

11、t;<p>　　第3.1節(jié) 反應(yīng)器能量衡算過(guò)程11</p><p>　　第3.2節(jié) 反應(yīng)器能量衡算表12</p><p>　　第四章 主要設(shè)備選型及計(jì)算14</p><p>　　第4.1節(jié) 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理14</p><p>　　第4.2節(jié) 塔板數(shù)的確定16</p><p>　　第4.3節(jié)

12、 塔徑的計(jì)算及半間距離的確定17</p><p>　　第4.4節(jié) 塔高的計(jì)算18</p><p>　　第4.5節(jié) 溢流堰長(zhǎng)計(jì)算19</p><p>　　第4.6節(jié) 塔體厚度的計(jì)算19</p><p>　　第4.7節(jié) 塔設(shè)備計(jì)算結(jié)果列表19</p><p>　　第六章 經(jīng)濟(jì)計(jì)算21</p>&

13、lt;p>　　第七章 設(shè)計(jì)說(shuō)明22</p><p><b>　　結(jié) 論23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　苯酐生產(chǎn)工藝有三種：固定床氧化法、流化床氣相氧化法和液相法。本文

14、主要介紹的鄰法固定床氧化技術(shù)是世界苯酐生產(chǎn)最常用的，大約占苯酐生產(chǎn)總能力的80%以上。鄰二甲苯氧化法 [3]反應(yīng)器多數(shù)為列管固定床。將過(guò)濾后的無(wú)塵氣壓縮、預(yù)熱，與氣化的鄰二甲苯爭(zhēng)氣混合進(jìn)入反應(yīng)器，進(jìn)行氧化反應(yīng)、反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入蒸氣生成器，被冷卻的反應(yīng)氣進(jìn)一步冷卻回收粗苯酐。粗苯酐經(jīng)減壓粗餾，由塔頂分離出低沸點(diǎn)的順丁烯二酸酐，甲基順丁烯二酸酐及苯甲酸等；塔底物料經(jīng)真空精餾，得到苯酐產(chǎn)品。</p><p><b&g

15、t;　　設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　年產(chǎn)5.5萬(wàn)噸苯酐工藝設(shè)計(jì)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)主要內(nèi)容</b></p><p>　　1.裝置的物料衡算；</p><p>　　2.裝置的熱量衡算；</p

16、><p>　　3.裝置的熱量衡算；</p><p>　　4.管道及儀表流程圖(PID圖)（1張）；</p><p>　　5.設(shè)備布置圖（1張）；</p><p>　　6.管道布置圖（1張）；</p><p>　　7.成本核算及初步；</p><p><b>　　8.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；</b

17、></p><p><b>　　產(chǎn)品主要規(guī)格與參數(shù)</b></p><p><b>　　生產(chǎn)條件</b></p><p>　　1、連續(xù)生產(chǎn)，四個(gè)班組三班倒；</p><p>　　2、年操作日為333日，8000 h；</p><p>　　3、精制采用連續(xù)精餾。</

18、p><p><b>　　基礎(chǔ)條件</b></p><p>　　1.建設(shè)地點(diǎn)（地址與其它限制性要求）：建設(shè)地點(diǎn)選至在江蘇省內(nèi)，具體地點(diǎn)自定。</p><p>　　2.工藝參數(shù)：轉(zhuǎn)化率為99.8%，生成苯酐的選擇性為0.8；空氣與鄰二甲苯進(jìn)料比為9.5:1</p><p><b>　　第二章 物料衡算</b>

19、;</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，苯酐生產(chǎn)能力為5.5萬(wàn)噸/年，產(chǎn)品純度達(dá)到99wt%</p><p>　　按照8000小時(shí)開(kāi)工計(jì)算，每小時(shí)的生產(chǎn)能力：55000×1000×99%/8000= 6806.25kg/h</p><p>　　第2.1節(jié) 反應(yīng)器中氧化反應(yīng)的物料衡算</p><p><b>　　主反

20、應(yīng)中：</b></p><p>　　(1)鄰二甲苯消耗量：</p><p>　　x = 4874.7466kg/h </p><p><b>　　氧氣消耗量：</b></p><p>　　y = 4414.8648kg/h </p><p><b>　　水的生成量：</

21、b></p><p>　　z = 2483.3615kg/h </p><p>　　（2） 鄰二甲苯轉(zhuǎn)化率為99.8%，選擇性為0.8，所以：鄰二甲苯的進(jìn)料量為：4874.7466/0.8/99.8%=6105.6445 kg/h</p><p>　　（3）設(shè)計(jì)進(jìn)料空鄰比為9.5:1，所以空氣進(jìn)料量計(jì)算：</p><p>　　w空 =

22、58003.6227kg/h

23、

24、 </p><p>　　空氣中 O2所占的比例為21%，所以工藝空氣中氧氣的進(jìn)料量：</p><p>　　w氧 =58003.6227×21% </p><p>　　=12180.7608kg/h。 </p><p>　　進(jìn)

25、而得出空氣中不參與反應(yīng)的惰性氣體（主要為氮?dú)猓┛偟倪M(jìn)料量：</p><p>　　w惰 = 58003.6227-12180.7608</p><p>　　= 45242.8257kg/h</p><p>　　通過(guò)苯酐反應(yīng)原理可知，在反應(yīng)器中，苯酐與空氣接觸還發(fā)生一系列的副反應(yīng)[4]，由上面計(jì)算可知，鄰二甲苯氧化部分除了生成苯酐，還約有20%發(fā)生了副反應(yīng)。本次設(shè)計(jì)對(duì)副

26、反應(yīng)只考慮占總比例較大部分反應(yīng)。根據(jù)工廠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)在該溫度段所得數(shù)據(jù)，具體給出鄰二甲苯對(duì)各副產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率如下表：</p><p>　　表2-1 副反應(yīng)轉(zhuǎn)化率</p><p>　　根據(jù)上表給出數(shù)據(jù)，對(duì)各副反應(yīng)進(jìn)行計(jì)算：</p><p>　?。?）CH3C6H4CH3+7.5O2→C4H2O3（順酐）+4CO2+4H2O</p><p>　　=43

27、6.0369 kg/h</p><p>　　=783.0866 kg/h</p><p>　　= 302.3536kg/h</p><p>　　= 1067.8454 kg/h</p><p>　?。?）CH3C6H4CH3+3O2→C6H5COOH（苯甲酸）+CO2+2H2O</p><p>　　=314.1912

28、kg/h</p><p>　　= 113.3149 kg/h</p><p>　　= 92.7122kg/h</p><p>　　= 247.2324 kg/h</p><p>　?。?）CH3C6H4CH3+2O2→C8H6O2（苯酞）+2H2O</p><p>　　=150.2089 kg/h</p>

29、<p>　　=40.3546 kg/h</p><p>　　=71.7415 kg/h </p><p>　?。?）CH3C6H4CH3+4.5O2→C5H5O3（檸槺酐）+3CO+3H2O</p><p>　　= 88.3433 kg/h </p><p>　　=65.6711 kg/h</p><p>

30、;　　= 42.2171 kg/h</p><p>　　= 112.5791 kg/h</p><p>　?。?）CH3C6H4CH3+6.5O2→8CO+5H2O</p><p>　　= 159.6709 kg/h</p><p>　　= 64.1535 kg/h </p><p>　　= 148.2659kg/h&

31、lt;/p><p>　?。?）CH3C6H4CH3+10.5O2→8CO2+5H2O</p><p>　　=653.5839 kg/h</p><p>　　= 167.1095 kg/h</p><p>　　=623.8756 kg/h </p><p>　　綜合以上計(jì)算數(shù)據(jù)，可以得出：</p><

32、;p>　　反應(yīng)器中氧氣總的消耗量：</p><p>　　= 6686.4047 kg/h, </p><p>　　所以剩余氣體中氧氣含量：</p><p>　　= 12180.7608-6686.4047</p><p>　　= 5494.3561 kg/h。</p><p>　　反應(yīng)器內(nèi)所有反應(yīng)產(chǎn)生的水的含量：

33、</p><p>　　wH2O = 2493.3615+w1H2O+w2H2O+w3H2O+w4H2O+w5H2O+w6H2O</p><p>　　= 3192.262 kg/h</p><p>　　反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的CO： </p><p>　　wCO = w1CO+w2CO </p><p>　　=248.3439 k

34、g/h</p><p>　　反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的CO2： </p><p>　　wCO2 = w1CO2+w2CO2+w3CO2</p><p>　　= 1549.9954kg/h </p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算及總結(jié)，列出反應(yīng)器內(nèi)物料衡算表：</p><p>　　表2-2 反應(yīng)過(guò)程物料衡算表</p>&

35、lt;p>　　第2.2節(jié) 冷凝工段的物料衡算</p><p>　　反應(yīng)生成氣體經(jīng)冷凝器冷卻到165-175℃后[5]，再經(jīng)預(yù)冷凝來(lái)到切換冷凝器，水冷凝成液體排出，含有雜質(zhì)的粗苯酐冷凝在冷凝器的翅片管內(nèi)，準(zhǔn)備進(jìn)入精餾工段，不凝有機(jī)氣體進(jìn)入尾氣洗滌裝置，經(jīng)過(guò)三級(jí)洗滌，尾氣中順酐大部分被吸收，剩余尾氣直接排放出去，根據(jù)工廠實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及文獻(xiàn)資料給出物料平衡表格如下圖：</p><p>　　

36、表2-3 冷凝工段物料衡算表</p><p>　　第2.3節(jié) 精餾工段物料衡算</p><p>　　由于粗苯酐中所含的蒽醌及其同系物等重組分含量極少[6]，在反應(yīng)工段中沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行物料的計(jì)算，且沸點(diǎn)與苯酐相差很大，極易除去，對(duì)產(chǎn)品影響不大，而且粗苯酐中的雜質(zhì)經(jīng)過(guò)輕組分塔精餾后基本除去，能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。所以本次設(shè)計(jì)對(duì)苯酐精餾工段中的重組分塔只作介紹，不作計(jì)算。進(jìn)而在本章中對(duì)苯酐精餾工段進(jìn)行物

37、料衡算時(shí)，可以近似認(rèn)為從輕組分塔塔底提取的苯酐熔液即為產(chǎn)品苯酐（即物流3）。同樣的，在本次設(shè)計(jì)中對(duì)精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算章節(jié)也只考慮其中的輕組分塔。</p><p>　　第2.5節(jié) 輕組分塔物料衡算</p><p>　　經(jīng)過(guò)冷凝工段，粗苯酐熱熔后送入預(yù)處理槽加熱，然后由輕組分塔進(jìn)料泵送入輕組分塔。預(yù)處理工段中：</p><p>　　粗苯酐的雜質(zhì)苯酞經(jīng)高溫全部分解成苯酐和水

38、：</p><p>　　C8H6O2 + O2 → C8H4O3 + H2O</p><p>　　由苯酞分解生成的苯酐為：0.4838kmol</p><p>　　則經(jīng)過(guò)預(yù)處理段后苯酐：F1=6806.25/148+0.4838</p><p>　　=46.4720kmol </p><p&

39、gt;　　粗苯酐中含量較少的鄰二甲苯、檸槺酐、苯甲酸也基本除去[7]，為了后面精餾計(jì)算方便，可假設(shè)粗苯酐經(jīng)過(guò)預(yù)處理蒸餾后，雜質(zhì)中的鄰二甲苯、檸槺酐、苯甲酸、苯酞以及苯酞高溫分解產(chǎn)物水一起除去，通過(guò)泵送入尾氣洗滌裝置。 </p><p>　　所以進(jìn)入輕組分塔的原料物流：</p><p>　　純苯酐的物料流量：F1=46.4720kmol/h </p>

40、;<p>　　順酐的物料流量：F2=324.7050/98=3.3133kmol/h </p><p>　　進(jìn)入精餾塔粗苯酐總物料：F=F1+F2 =49.7853kmol/h</p><p>　　物流1流量即為粗苯酐總的物料流量：F=49.7853kmol/h</p><p>　　對(duì)該段精餾，進(jìn)料組成： </p><p&

41、gt;<b>　　xF1= </b></p><p><b>　　xF2=</b></p><p>　　物料1的平均摩爾質(zhì)量：</p><p>　　MF=0.9334×148+0.0666×98</p><p>　　=138.1432+6.5268</p><

42、p><b>　　=144.67</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)對(duì)精餾要求：塔頂x1≤0.1488；塔底x1≥0.998，列出物料橫算式：</p><p>　　F=D+W （1）</p><p>　　F1=Dxd1+Wxw1 （2）

43、 </p><p>　　F2=Dxd2+Wxw2（3）</p><p>　　先將已知數(shù)據(jù)代人式（1）、（2）式：</p><p>　　49.7853=D+W</p><p>　　46.4720=0.1498D+0.998W</p><p><b>　　解得：</b></p

44、><p>　　D=3.7889 kmol/h</p><p>　　W=45.9964 kmol/h</p><p>　　所以苯酐： </p><p>　　F1D=0.1488×3.7889</p><p>　　=0.5638kmol/h</p><p>　　F1W=0.998

45、15;45.9964</p><p>　　=45.9044 kmol/h</p><p><b>　　由：</b></p><p>　　xd2=1-0.1498</p><p><b>　　=0.8502</b></p><p>　　xw2=1-0.998 </p>

46、;<p><b>　　=0.002</b></p><p><b>　　所以順酐： </b></p><p>　　F2D=3.7889×0.8502</p><p>　　=3.2213 kmol/h</p><p>　　F2W=45.9964×0.002</

47、p><p>　　=0.0920 kmol/h</p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算列出精餾物料平衡表：</p><p>　　表2-4 精餾工段物料衡算表</p><p><b>　　第三章 能量衡算</b></p><p>　　根據(jù)熱力學(xué)第一定律，即能量守恒與轉(zhuǎn)化定律，對(duì)化工過(guò)程進(jìn)行能量計(jì)算。化工生產(chǎn)中消

48、耗的能量形式有機(jī)械能[8]，電能和熱能等等，其中以熱能為主要形式，因此化工過(guò)程中的能量衡算重點(diǎn)是熱量衡算。本章具體對(duì)苯酐氧化反應(yīng)器進(jìn)行能量衡算如下：</p><p>　　熱量衡算方程式： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5</p><p>　　其中式中： Q1——初始物料帶入設(shè)備中的熱量，kJ</p><p>　　Q2——加熱劑或冷卻劑與設(shè)備和物料傳遞的熱

49、量，kJ</p><p>　　Q3——物理變化及化學(xué)變化的熱效應(yīng)，kJ</p><p>　　Q4——離開(kāi)設(shè)備物料帶走的熱量，kJ</p><p>　　Q5——反應(yīng)器系統(tǒng)熱量損失，kJ</p><p>　　第3.1節(jié) 反應(yīng)器能量衡算過(guò)程</p><p>　　3.1.1 Q1與Q4計(jì)算</p><p&g

50、t;　　已知Q=∑Mi×Ci（t1-t2） </p><p>　　式中：Mi——反應(yīng)物體系中組分的質(zhì)量，kg；</p><p>　　Ci——組分i在0-T℃時(shí)的平均比熱容，KJ/kg*K；</p><p>　　t1，t2——反應(yīng)物系在反應(yīng)前后的溫度，℃。</p><p>　　物料進(jìn)入設(shè)備時(shí)的溫度為145℃，

51、熱量衡算的基準(zhǔn)為145℃，△T=0,則：</p><p><b>　　Q1=0</b></p><p>　　查得各物項(xiàng)平均比熱容數(shù)據(jù)： （kJ/kg.℃）</p><p>　　表3-1 各物相平均比熱容</p><p>　　所以： </p><p>　　=12.2112×6

52、.96×(370-145)+5494.3561×1.15×225+45242.8257×1.06×225+6806.25×5.23×225+436.0369×4.93×225+88.3433×4.52×225+150.2089×4.91×225+314.1912×5.18×225+2486

53、.3184×4.18×225+248.3439×1.11×225+1549.9954×1.45×225</p><p>　　=19122.7392+1421664.641+10790413.93+8009254.688+483673.9313+89495.1361+165943.2823+366189.8436+2338382.455+62023.889

54、0+505685.9993</p><p>　　=24251850.53kJ</p><p>　　3.1.2Q3的計(jì)算</p><p>　　主反應(yīng)：C8H10+3O2→C8H4O3+3H2O +1302.2kJ</p><p>　　Q3-1=6806.25/148×103×1302.2</p><p&g

55、t;　　=5.9886×107kJ/h </p><p>　　副反應(yīng)：CH3C6H4CH3+7.5O2→C4H2O3（順酐）+4CO2+4H2O +3177.9kJ</p><p>　　Q3-2=436.0369/98×103×3177.9</p><p>　　=1.4140×107kJ/h</p><

56、p>　　CH3C6H4CH3+3O2→C6H5COOH（苯甲酸）+CO2+2H2O +1339.8kJ</p><p>　　Q3-3=314.1912/122×103×1339.8</p><p>　　=3.4504×106kJ/h</p><p>　　CH3C6H4CH3+2O2→C8H6O2（苯酞）+2H2O +83

57、7.4kJ</p><p>　　Q3-4=150.2089/134×103×837.4</p><p>　　=9.3869×105kJ/h</p><p>　　CH3C6H4CH3+4.5O2→C5H5O3（檸槺酐）+3CO+3H2O +1674.8kJ</p><p>　　Q3-5=88.3433/113

58、×103×1674.8</p><p>　　=1.3094×106kJ/h</p><p>　　CH3C6H4CH3+6.5O2→8CO+5H2O +2177.2kJ</p><p>　　Q3-6=(248.3439/28-88.3433*3/113)×103×2177.2</p><p&g

59、t;　　=0.74×103×2177.2</p><p>　　=1.6111×106kJ/h</p><p>　　CH3C6H4CH3+10.5O2→8CO2+5H2O +4576.4kJ</p><p>　　Q3-7=(1549.9954/44-314.1912/122-436.0369×4/98) ×103

60、×</p><p>　　=1.69×103×4576.4</p><p>　　=7.7341×105kJ/h</p><p><b>　　綜上：</b></p><p>　　Q3 = Q3-1+Q3-2+Q3-3+Q3-4+Q3-5+Q3-6+Q3-7</p><

61、;p>　　=8.9070×107kJ/h</p><p>　　3.1.3 Q5的計(jì)算</p><p>　　該反應(yīng)中的熱損失按5%計(jì)算，即：</p><p>　　Q5=5%×（Q1+Q3）</p><p>　　=5%×（0+8.9070×107）</p><p>　　=4.

62、4535×106kJ/h</p><p>　　3.1.4 Q2的計(jì)算</p><p>　　Q2=Q4+Q5-Q1-Q3</p><p>　　=24251850.53+4.4535×106-0-8.9070×107</p><p>　　=6.0365×107kJ/h </p><p

63、>　　第3.2節(jié) 反應(yīng)器能量衡算表</p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算列出氧化反應(yīng)工段能量衡算表格如下：</p><p>　　表3-2 反應(yīng)工段能量衡算表</p><p>　?。ㄎ諢崃繛椤?”，釋放熱量為“-”）</p><p>　　第四章 主要設(shè)備選型及計(jì)算</p><p>　　順酐為揮發(fā)組分，所以根據(jù)物料衡

64、算得摩爾分率：</p><p><b>　　進(jìn)料：</b></p><p>　　塔頂：=0.8502</p><p>　　塔底：=0.002 </p><p>　　該設(shè)計(jì)根據(jù)工廠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)文獻(xiàn)給出實(shí)際回流比R=2（R=1.3Rmin），及以下操作條件： </p>&

65、lt;p>　　塔頂壓力：10.0kPa；</p><p>　　塔底壓力：30.0kPa；</p><p>　　塔頂溫度：117.02℃；</p><p>　　塔底溫度：237.02℃；</p><p>　　進(jìn)料溫度：225℃；</p><p>　　塔板效率：ET=0.5 </p><p>

66、;　　第4.1節(jié) 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整理</p><p><b>　?。?）精餾段：</b></p><p>　　圖4-1 精餾段物流圖</p><p><b>　　平均溫度：℃</b></p><p><b>　　平均壓力：pa</b></p><p>　　根

67、據(jù)物料衡算，列出精餾段物料流率表如下：</p><p>　　表4-1　精餾段物料流率</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積： V0=Nm3/h</p><p>　　操作狀況下的體積： V1=</p><p>　　=600.7719 Nm3/h</p><p>　　氣體負(fù)荷： Vn= m3/s</p>&

68、lt;p><b>　　氣體密度：</b></p><p>　　液體負(fù)荷： Ln=</p><p>　　171.01℃時(shí) 苯酐的密度為1455kg/m3</p><p><b>　?。?）提餾段：</b></p><p><b>　　平均溫度：℃</b></p>

69、;<p><b>　　入料壓力：</b></p><p>　　平均壓力： 22.5kPa</p><p>　　根據(jù)物料衡算列出提餾段內(nèi)回流如下圖：</p><p>　　表4-2 提餾段內(nèi)回流</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積：Nm3/h </p><p><b>

70、;　　操作狀態(tài)下的體積：</b></p><p><b>　　=375.5081</b></p><p>　　氣體負(fù)荷：Vm=m3/s</p><p>　　氣體密度 =kg/m3</p><p>　　第4.2節(jié) 塔板數(shù)的確定</p><p>　　由于進(jìn)料中順酐的摩爾分率很小，無(wú)法用

71、常規(guī)的作圖法求解塔板數(shù)。所以這里采用假設(shè)全回流計(jì)算理論最少塔板數(shù)Nmin，下面應(yīng)用芬斯克方程式有[9]：</p><p>　　查得全塔平均相對(duì)揮發(fā)度=3.7，及精餾段平均響度揮發(fā)度4.5</p><p>　　所以全塔的最少理論板層數(shù)：</p><p><b>　　=5.1</b></p><p>　　精餾段最少理論板層數(shù)

72、： </p><p><b>　　=1.7</b></p><p>　　由： =0.17</p><p>　　對(duì)應(yīng)吉利蘭圖查得： =0.48</p><p>　　所以對(duì)全塔： =</p><p>　　解得全塔理論板數(shù)： N= 11.7</p><p>&l

73、t;b>　　對(duì)精餾段： </b></p><p>　　解得精餾段理論塔板數(shù)： N2=5.1</p><p>　　所以提餾段理論塔板數(shù)： N3=6.6</p><p>　　所以得到實(shí)際板層數(shù)： </p><p>　　精餾段：N精=5.1/0.5=10.211</p><p>　　提餾段：N提=6.6/

74、0.5=13.214</p><p>　　全塔實(shí)際板層數(shù)： N總=25</p><p>　　實(shí)際進(jìn)料板： NT=12 </p><p>　　第4.3節(jié) 塔徑的計(jì)算及半間距離的確定</p><p>　　由于浮閥塔塔板效率高[10]，生產(chǎn)能力大，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，塔的造價(jià)低，所以本次設(shè)計(jì)采用的是F1型浮閥塔，設(shè)全塔選用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，板間距HT=0.3

75、5m，且因?yàn)樵擁橍闇p壓塔，所以設(shè)計(jì)溢流堰高h(yuǎn)c=0.025m</p><p>　　4.3.1 精餾段</p><p>　　(1)精餾段功能參數(shù)：() =0.217</p><p>　　塔板間的有效高度H0=HT-hC=0.325m</p><p><b>　　由史密斯圖查得：，</b></p><

76、;p>　　(2)塔頂溫度117.02℃下=26.86mN/m，=30.21mN/m，</p><p>　　所以=26.86×0.79+30.21× 0.21=27.5635mN/m</p><p>　　進(jìn)料層溫度225℃下=16.125mN/m，=21.37mN/m</p><p>　　所以=16.125×0.054+21.37&

77、#215;0.946=21.0868mN/m</p><p>　　所以精餾段液相平均表面張力24.3252mN/m</p><p>　　(3)計(jì)算出操作物系的負(fù)荷因子C==</p><p><b>　　所以最大空塔氣速</b></p><p>　　設(shè)計(jì)氣速：取安全系數(shù)為0.7，則U=0.70.71.1007=0.7705

78、m/s</p><p><b>　　(4)塔徑D=m</b></p><p>　　4.3.2 提餾段</p><p>　　(1)精餾段功能參數(shù)為：（）=0.088</p><p>　　塔板間有效高度：H0=0.320m</p><p>　　由史密斯圖得負(fù)荷系數(shù)：=0.051</p>

79、<p>　　(2)塔底溫度237.02℃下=15.681mN/m，=20.27mN/m</p><p>　　所以=15.681×0.0013+20.27×0.9987=20.2640mN/m</p><p>　　所以提餾段液相平均表面張力=20.6754mN/m</p><p>　　(3)計(jì)算出操作物系的負(fù)荷因子0.0513</

80、p><p><b>　　所以最大空塔氣速：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)氣速：取安全系數(shù)為0.7，則U=0.70.70.5859=0.4101m/s</p><p><b>　　(4)塔徑</b></p><p>　　對(duì)全塔，取圓整D=600mm</p><p><b&

81、gt;　　塔截面積</b></p><p>　　第4.4節(jié) 塔高的計(jì)算</p><p><b>　　精餾段有效高度：</b></p><p><b>　　提餾段有效高度：</b></p><p>　　在進(jìn)料板上方開(kāi)一人孔，其高度為0.8m</p><p>　　所

82、以精餾塔的有效高度為</p><p>　　第4.5節(jié) 溢流堰長(zhǎng)計(jì)算</p><p>　　上面計(jì)算得出的塔徑為600mm，遠(yuǎn)小于2m，所以溢流方式采用單溢流[12]。堰長(zhǎng)一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，對(duì)于此次塔設(shè)備的弓形降液管，堰長(zhǎng)：</p><p>　　第4.6節(jié) 塔體厚度的計(jì)算</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中精餾操作為減壓操作，塔體材料選用[12]Q2

83、35-A，該材料的許用應(yīng)力： ，厚度附加量2mm</p><p>　　塔體內(nèi)液柱高度[13]：</p><p>　　液柱靜壓力：(可忽略)</p><p><b>　　計(jì)算壓力：</b></p><p><b>　　塔體計(jì)算厚度：</b></p><p><b>　

84、　塔體設(shè)計(jì)厚度：</b></p><p>　　塔體名義厚度：4mm</p><p>　　塔體有效厚度：2mm</p><p>　　第4.7節(jié) 塔設(shè)備計(jì)算結(jié)果列表</p><p>　　表4-3 塔設(shè)備計(jì)算結(jié)果列表</p><p><b>　　第六章 經(jīng)濟(jì)計(jì)算</b></p>

85、<p>　　擬定的生產(chǎn)裝置投資是根據(jù)這些年對(duì)鄰二甲苯酸酐工程項(xiàng)目的投資價(jià)格指數(shù)，用裝置能力指數(shù)和價(jià)格指數(shù)推算的[14]，生產(chǎn)裝置以外的配套工程投資由工程量逐項(xiàng)估算的，總固定投資的估算。</p><p><b>　　表6-1總固定資產(chǎn)</b></p><p><b>　　表6-2生產(chǎn)成本表</b></p><p>

86、;<b>　　表6-3經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)表</b></p><p><b>　　第七章 設(shè)計(jì)說(shuō)明</b></p><p>　　本文采用固定床法生產(chǎn)苯酐，主要包括預(yù)熱、混合、氧化、冷卻、精餾5個(gè)單元?？諝庥晒娘L(fēng)機(jī)進(jìn)入，與預(yù)熱后的鄰二甲苯混合進(jìn)入固定床反應(yīng)器氧化。反應(yīng)后的粗產(chǎn)品經(jīng)冷凝進(jìn)入精餾塔塔頂冷凝器冷凝塔頂上升的蒸汽，大部分回流到塔內(nèi)，塔頂流出產(chǎn)品為順酐，

87、塔底為苯酐產(chǎn)品，</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)題目是年產(chǎn)6000噸苯酐生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)。首先通過(guò)大量的資料結(jié)合國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)實(shí)狀況確定了相應(yīng)的工藝流程。在工藝要求下，進(jìn)行整個(gè)生產(chǎn)流程的物料衡算及部分流程的熱量衡算。然后在工藝計(jì)算的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)流程的主要設(shè)備進(jìn)行了設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算[15]，并根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)用CAD等相應(yīng)的軟件畫(huà)了苯酐生產(chǎn)工藝

88、流程簡(jiǎn)圖、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、設(shè)備設(shè)計(jì)圖、設(shè)備車(chē)間布置圖等相關(guān)圖紙。為以后基層工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王俐．苯酐生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展[J]．精細(xì)石油化工進(jìn)展,2002,3（2）:48-54</p><p>　　[2] 于振云．苯酐的合成及其衍生物的應(yīng)用[J]．化工中間體，200

89、3,18（19）:19-21</p><p>　　[3] 李雅麗．鄰苯二甲酸酐生產(chǎn)技術(shù)及市場(chǎng)動(dòng)態(tài)[J]．石油化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2005,21（2）:44-48</p><p>　　[4] 馬偉棉．苯酐生產(chǎn)工藝進(jìn)展[J]．河北化工，2006,29（9）:21-22</p><p>　　[5] 方爭(zhēng)群．苯酐生產(chǎn)現(xiàn)狀及展望[J]．當(dāng)代石油石化，2001,（6）:17-21&l

90、t;/p><p>　　[6] 高楓．苯酐的技術(shù)進(jìn)展和市場(chǎng)分析[J]．精細(xì)化工原料及中間體，2006,（2）:14-17</p><p>　　[7] 俞偉民．鄰二甲苯氧化法制苯酐用催化劑的進(jìn)展[J]．化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，1998,19（2）:28-30</p><p>　　[8] 王繼強(qiáng),曹軍,石海峰．R-HYHL-IV與BASF04-28型苯酐催化劑比較與分析[J]．&

91、lt;/p><p>　　貴州化工，2004,29（3）:12-13</p><p>　　[9] 翟輝．新型苯酐催化劑的工業(yè)應(yīng)用[J]．齊魯石油化工，2008,36（3）:196-198</p><p>　　[10] 胡波,吳保軍,盛丁杰．苯酐催化劑穩(wěn)定性的分析[J]．石油化工，2004,33（5）</p><p>　　[11] Dr. Fritz

92、 Naumann ,Catalysts Global Business Management, 3rd BASF</p><p>　　Global PA-Catalyst Forum, 2003</p><p>　　[12] BASF, Hydrocarbon Processing,1981,60(11):199</p><p>　　[13] 趙國(guó)方．化工工藝設(shè)計(jì)概

93、論[M]．北京：原子能出版社，1990 </p><p>　　[14] 賈紹義,柴誠(chéng)敬．化工原理課程設(shè)計(jì)[M]．天津：天津大學(xué)出版社，2002</p><p>　　[15] 湯善哺,盛谷．化工制圖[M]．北京：高等教育出版社，1965</p><p><b>

94、　　感 謝</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)能夠圓滿的完成，首先感謝**老師從選題目到論文完成為此所付出的心血和精力。*老師的這種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和一絲不茍的工作精神讓我終生受益，也是我求學(xué)和工作的一生榜樣。在此論文完成之際，我對(duì)霍老師表示由衷的感謝。</p><p>　　感謝在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)我有過(guò)幫助的所有同學(xué)。沒(méi)有他們的指導(dǎo)和幫助，我的設(shè)計(jì)不會(huì)如此順利完成。</