年产四万吨苯酐生产工艺设计李健(安徽工程大学机电学院，芜湖，241000)摘要本次设计产品的为苯酐。
目前生产工艺有萘或邻二甲苯以及萘和邻二甲苯混合原料的固定床氧化工艺和萘流化床氧化工艺。
该设计的苯酐生产艺是以邻二甲苯为原料，经气化后与空气混合进入反应器催化氧化生成粗苯酐，气体粗苯酐在切换冷凝器冷凝收集，再经预处理后送入精馏塔精馏，得到产品。
该工艺流程主要包括氧化反应、冷凝回收、精馏、产品包装和废液尾气处理。
工艺设计内容包括：工艺流程设计、物料衡算、能量衡算、精馏塔设计工艺计算以及生产装置中其他设备的选择等。
图纸包括生产流程图、工厂布置图以及塔设备结构图。
关键词：邻二甲苯、苯酐、工艺设计Process design for producing 40000 tons of PA per yearLi Jian（Anhui Polytechnic university of Electrical and Mechanical College,Wuhu,Zip:241000）AbstractThe design of the product is phthalic anhydride. The current PA design is Fixed Fluidized Bed Design based on anhydride or OX,as well as the mixture of anhydrideand OX,and the naphthalene fluidized bed.This thesis is intended to take the O-xylene as its raw materials and get it gasified,and then enter catalytic reactor,mixing with air,to catalyze phthalic anhydride. The unrefined PA gas would first be gathered in condenser,finally be refined in fractionating tower after Processing.The process includes oxidation,condensation recovery,distillation,packaging and waste gas treatment.Process design include:process design, material balance,energy balance,chemical engineering process calculations and other equipment, plant selection.Blueprints include production flow chart,factory layout plan,the blueprint of structure of the rectifier.Key words: O-xylene, PA, process design-2-目录引言 (6)第1章概述 (7)1.1 苯酐的性质与用途 (7)1.1.1 一般性状 (7)1.1.2 物理性质 (7)1.1.3 毒性防护 (8)1.1.4 苯酐及其衍生物的用途 (8)1.2 苯酐的生产方法概述 (9)1.2.1 苯酐生产工艺技术 (9)1.2.2 邻法制苯酐几种工艺简介 (10)1.2.3 国内工艺现状 (11)1.3 苯酐市场状况及生产规模 (12)1.4 苯酐市场需求状况分析 (13)第2章工艺设计 (14)2.1 苯酐生产工艺原料 (14)2.2 反应原理 (14)2.3 苯酐生产工艺催化剂 (15)2.3.1 苯酐催化剂的选择 (15)2.3.2 苯酐催化剂的填装与操作 (16)2.4 苯酐工艺流程设计 (17)2.4.1 氧化反应 (17)2.4.2 冷凝回收 (17)2.4.3 尾气洗涤 (18)2.4.4 预处理 (18)2.4.5 精馏 (18)2.4.6 结片包装 (19)2.4.7 废液焚烧 (19)2.5 工艺流程方块图 (19)第3章物料衡算 (20)3.1 反应器中氧化反应的物料衡算 (20)3.1.1 氧化反应过程的衡算基准 (20)3.1.2 氧化反应过程的物料衡算图 (20)3.1.3 氧化反应过程的物料衡算： (20)3.2 冷凝工段物料衡算 (24)3.3 精馏工段物料衡算 (25)3.3.1 物料衡算方框图： (25)3.3.2 轻组分塔物料衡算 (26)第4章能量衡算 (28)4.1 反应过程的能量方框图 (28)4.2 反应器能量横算过程 (28)4.2.1 Q1和Q4的计算 (28)4.2.2 过程Q3的计算 (29)4.2.3 Q5的计算 (30)4.2.4 Q2的计算 (30)4.3 反应器能量衡算表 (30)第5章精馏塔的计算与设计 (31)5.1 确定操作条件 (31)5.2 基础数据整理 (31)5.3 塔板数的确定 (33)5.4 塔径的计算及板间距离的确定 (34)5.4.1 精馏段 (34)5.4.2 提馏段 (35)5.5 塔高的计算 (36)5.6 溢流堰长计算 (36)5.7 塔体厚度的计算 (36)5.8 塔设备计算结果列表 (37)第6章苯酐生产装置其他主要设备选择 (38)6.1 主要附件设备选择 (38)6.2 反应器组设计 (38)6.2.1 固定床列管反应器设计： (38)6.2.2 熔盐循环泵： (39)6.2.3 电加热器 (39)6.2.4 熔盐冷却器 (39)6.2.5 蒸汽过热器 (39)6.2.6 邻二甲苯汽化器 (39)6.2.7 熔盐调节阀 (39)结论与展望 (40)致谢 (41)参考文献 (42)附录 (43)-4-插图清单图2-1 工艺流程方块图 (19)图3-1 反应过程物料衡算图 (20)图3-2 冷凝工段物料衡算图 (24)图3-3 精馏工段物料衡算图 (25)图4-1 反应工段能量衡算图 (29)图5-1 精馏段物流图 (31)图5-2 提馏段物料图 (32)表格清单表1-1全球苯酐产量 (12)表2-1各催化剂参数比较 (16)表3-1副反应转化率 (21)表3-2反应过程物料衡算表 (24)表3-3冷凝工段物料衡算表 (25)表3-4精馏工段物料衡算表 (27)表4-1各物相平均比热容 (29)表4-2反应工段能量衡算表 (30)表5-1精馏段物料流率 (32)表5-2提馏段内回流 (33)表5-3塔设备计算结果列表 (37)引言邻苯二甲酸酐，简称苯酐，英文缩写PA（Phthalic anhydride），是一种重要的基本有机化工原料，被认为是十大有机化工原料之一。
苯酐主要用于制造增塑剂、聚酯树脂和醇酸树脂，此外，还可用于生产涂料、医药、农药、糖精等。
我国苯酐最主要的用途是生产邻苯二甲酸酯类增塑剂，如邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、混合酯等，该类增塑剂大量用于聚氯乙烯塑料制品的加工；其次是用于生产醇酸树脂和氨基树脂涂料。
苯酐还可以用于不饱和聚酯的生产，在染料工业中用以合成蒽醌，在颜料生产中合成酞青兰BS、酞菁蓝CT、酞菁蓝B等颜料；在医药工业中用于制备酚酞，在农药生产中用于亚胺磷等中间体的生产。
本次设计以邻二甲苯为原料，V2O5-TiO2为主要活性组分高负荷催化剂的苯酐生产工艺。
原料气体与净化后的空气完全混合送入气相列管式固定床反应器中，在催化剂的催化作用下，邻二甲苯氧化生成苯酐气体，并且发生一些列的副反应。
热的生成气体离开反应器后在气体冷却器中，然后进入苯酐切换冷凝器凝固成粗苯酐产物。
粗苯酐还需要经过二级精馏才能达到产品的要求投入市场销售。
-6-第1章概述1.1 苯酐的性质与用途1.1.1 一般性状苯酐全称为邻苯二甲酸酐（Phthalic annychide，缩写PA），常温下为一种白色针状结晶（工业苯酐为白色片状晶体）；不溶于冷水，溶于热水、乙醇、乙醚、苯等多数有机溶剂；易燃，在沸点以下易升华，有特殊轻微的刺激性气味；苯酐有毒，能引起支气管炎，眼炎，肺气肿等症状，对皮肤有刺激作用。
1.1.2 物理性质（1）苯酐的物理常数分子式：C8H4O3；C6H4(CO)2O分子量：148.12C A S 号：85-44-9沸点：284.5℃（101KPa）凝固点：131.11℃ (干燥空气)熔点：130.5℃三相点：131.00℃自燃点：584℃密度：相对密度(水=1)：1.53；相对密度(空气=1)：5.10闪点：151.7℃（开杯）蒸汽压：0.13kPa/96.5℃溶解性：不溶于冷水，溶于热水、乙醇、乙醚、苯等多数有机溶剂熔融色度（色度号）≤100热稳定色度（色度号）≤150结晶点≥130.0℃纯度≥99.5%游离酸含量≤0.5%稳定性：稳定危险标记：20(腐蚀品)（2）苯酐的热力学常数比热容：0.4229 J/g.K (90K)0.7637 J/g.K (200K)1.0999 J/g.K (300K)熔融热：23.446 kJ/mol (131℃)升华热：88.76 kJ/mol (131℃)燃烧热：3264.9 kJ/mol (25℃气体)3259.9 kJ/mol (25℃固体)生成热：-373.6 kJ/mol (25℃气体)-460.7 kJ/mol (25℃固体)绝对熵：179.6 kJ/(mol.℃) (25℃)生成自由能：-332.6 kJ/mol (25℃)溶解热：43.96℃（在25℃水中）水合常数：0.607 (25℃)临界常数：温度t c ,K 810压力p c ,MPa 4.61密度ρc ,g/cm3 0.402压缩因子Z c 0.261.1.3 毒性防护与苯甲酸同样对皮肤，粘膜有局部刺激性，有时会引起严重的炎症和发疱，并且有不少形成难以治愈的溃疡，其毒性略比苯甲酸小，毒性LD50为对大鼠经口大鼠经口4020(mg/kg)，危险标记为20(腐蚀品)。
空气中最高容许浓度2ppm。
生产中可采用水喷淋捕集法减少车间空气中邻苯二甲酸酐的浓度，操作人员应配戴好劳保用具。
1.1.4 苯酐及其衍生物的用途(1) 苯酐的用途苯酐是基础有机合成原料的重要品种，也是四大有机酸酐中生产与消费量最大品种。
是重要的医药、农药中间体，主要用语生产邻苯二甲酸酯类增塑剂，如邻苯二甲酸二丁酯、二辛酯、异辛酯、环已酯和丁卞酯等。
邻苯二甲酸酐与多元醇(如甘油、季戊四醇)缩聚生成聚芳酯树脂，用于油漆工业；若与乙二醇和不饱和酸缩聚，则生成不饱和聚酯树脂，可制造绝缘漆和玻璃纤维增强塑料。