湖南化工职业技术学院毕业论文设计题目200t/a间苯二甲腈工艺流程设计专业班级化工0910班学生姓名李鹏学号200901021031指导教师王罗强2011年12月前言间苯二甲腈别名异酞腈，是一种重要的化工产品，它是制备精细有机化合物的中间体，它可以合成杀菌剂百菌清，还可以作为塑料、间苯二胺以及合成纤维聚氨基甲酸酯等产品的原料。
本次项目设计是在南天公司70t/a中试生产装置为依据，并在其基础上所作的设计，是对我们在大学中所学专业理论知识和综合运用能力的一次考试和验收，该设计任务富有挑战性。
在设计过程中我们对几种常用的间二甲腈生产方法进行了比较，其中间苯二甲腈最简单、经济的工业生产方法是间二甲苯在催化剂作用下，经气相氨氧化制得。
它具有常压操作，中等反应温度，无需特殊溶剂和污染排放少及投资省等优点，充分体现了现代绿色环保节能减排的环保概念。
在设计的过程中我们组的成员充分发挥了自身的积极性，在自身有优势的方面积极寻找相关的资料和组织资料并对相关设计内容的计算等方面的工作，为本次项目设计任务的顺利完成提供了重要的保障。
本课题设计是以在校学习所学知识为基础，在外实习经验为参考设计完成的。
其内容主要有间苯二腈产品简介、工艺流程设计原理与设计依据、间苯二甲腈生产的各物料衡算、关键设备的设计及三废处理。
同时查阅了相关文献，解决了其遇到的设计问题。
本设计均采用以文献为理论参考，以科学计算为辅及细致绘图为主要设计思路。
本次项目设计的主要目的是对大学几年来所学的知识总结和对相关的实践的初步了解和对以后工作岗位的认识，为更好地能够更快更好地适应以后的实践工作，将我们所学的理论知识与生产实践结合更好地学以致用应用于实际生产中来。
本设计任务是对我们的一次大考验，我也深感肩上责任之重，在本次设计过程中我们团队也采取了行之有效的分工及协作，体验到了团队协作工作的重要性，因而保证了设计工作能有条不紊地进行，并得了一定的成果。
目录第一章项目简介 (4)第一节间苯二甲腈产品简介 (4)第二节间苯二甲腈的生产方法 (5)一几种间苯甲腈的生产方法 (5)二主要的反应 (6)第二章工艺流程设计 (8)第一节设计依据 (8)第二节工艺流程描述 (8)第三节工艺流程示意图 (9)第四节工艺控制参数 (10)第五节催化剂 (12)一催化剂的组成 (12)二催化剂负荷 (13)三催化剂的填充 (13)第六节工艺流程图 (13)第三章间苯二甲腈生产的各物料衡算 (13)第一节主物料的衡算 (13)一、物料参数 (13)二、氨化氧化过程的衡算基准 (13)三、氨化氧化过程的物料衡算方框图 (14)四、氨化氧化过程的物料衡算 (15)第四章关键设备设计 (17)第一节流化床简介 (17)第二节流化床主体尺寸的确定 (17)一设计依据 (17)二床直径和高度的确定 (17)三流化床设计图 (18)第五章三废处理 (19)第一节废水处理 (19)一、废水成份 (19)二、废水处理流程示意框图 (20)第二节废气处理 (20)一氨氧化反应原理 (20)二氨氧化废气 (20)总结 (22)参考文献 (23)第一章项目简介第一节产品简介间苯二甲腈又名异酞腈，是一种重要的化工产品，它是制备有机化合物的中间体，它可合成杀菌剂百菌清，还可作为塑料、间苯二甲胺以及合成纤维聚氨基甲酸酯等产品的原料。
分子式为C8H4N2，纯品为白色针状晶体，熔点：161～162℃，沸点：282℃，比重：1.27，易升华，溶于苯、乙醚、热乙醇和氯仿，微溶于水，不溶于轻油和石油醚。
分子量为128.13。
结构式为：由于芳腈分子中-CN基团的高反应活性以及它能使其它部位活化，通过加氢、水解、缩合、聚合、卤化等反应，可作为染料、农药、医药、聚酯、建材、纺织助剂、油品及燃料添加剂等化工产品的重要中间体，是用途十分广泛的精细化学品。
间苯二甲腈主要用于生产百菌清。
百菌清是一种保护性广谱杀菌剂，它具有高效、低毒、低残留等特点，对多种作物的真菌病害具有良好的防治作用，广泛应用于蔬菜、果树、经济作物和豆类、水稻、小麦等热带作物和森林多种作物病害的防治，并可与多种农药复配；工业上用作涂料、电器、皮革、纸张、布料等物的防霉剂。
国内“六五”期间百菌清被列为国家科技攻关项目，1982年湖南农药厂在长沙化工研究所小试基础上，建成20t/a中试装置，1985年改建成100t/工业性装置。
随后云南化工研究所与云南化工厂合作，建成国内最大百菌数套装置，总产量近l000t1963年美国钻石制碱Diamond Shamrock公司开发成功了间苯二甲腈氯化制百菌清的生产技术，促进了世界对IPN需求和间二甲苯氨氧化工艺及催化剂的开发研究，加快了工业化步伐。
1969年，美国Diamond Shamrock公司和日本昭和电工公司利用SDK氨氧化技术，在日本横滨建成2000t/a间苯二甲腈生产装置开始正式生产间苯二甲腈。
之后日本三菱瓦斯化学公司为充分利用间二甲苯资源与美国Bagder公司合作，采用细颗粒催化剂的流化床工艺建成了4000t/a间二甲腈工业生产装置。
1974年美国Diamond公司5000t/a生产装置问世，意大利、印度、我国台湾省也相继建厂，到1999年世界IPN生产能力约15000t/a左右。
20世纪80年代初我国开始研究其合成方法，并进行工业化实验生产，湖南农药厂最先建成70t/a中试规模生产装置。
目前国内有8家分别建有各种规装置1 0套以上，年生产能力达8000t/a，实际生产中90％的产品用于以上产品用于生产百菌清，少量生产间苯二甲胺，部分产品出口，价格一般在3.2万元/吨左右。
第二节间苯二甲腈的生产方法一几种间苯甲腈的生产方法(1）间二甲苯、氨与空气组成的混合气体在催化剂上通过，在400℃～500 ℃，34.45～206.7kp下进行氨氧化，直接得到间苯二甲腈。
（2）烷基苯和氨用氧化镁、铝矾土或氧化铝作为载体同在高温下气相反应，不排出羧酸和其他中间体，可以直接得到间苯二甲腈。
此方法为Allied Chemical公司和Distillers公司的专利。
（3）间二氯苯和氢氰酸在550℃～580℃，通过NiO-Al2O3催化剂，便得到间苯二甲腈。
（4）间苯二甲酸和对甲基苯磺酸酰胺及脱水剂PCl5（或P2O5）一起，在约200℃加热1小时，就可得到间苯二甲腈。
（5）间苯二甲酸在过量的氨气在气态下通过脱水催化剂，可得到间苯二甲腈。
二、生产原理主要的反应：主要的副反应：由于间二甲苯氨氧化的副反应较为复杂，因此采用合适的催化剂和与其相适应的反应器及其工艺条件就显得尤为重要，必须在保证生成间苯二腈的主反应顺利进行的前提下，尽可能地抑制副反应的发生。
第二章工艺流程设计第一节设计依据本工艺流程采用间二甲苯氨氧化工艺一步制得产品间苯二腈，以湖南南天公司70t/a中试规模生产装置为设计依据.第二节工艺流程描述液氨经蒸发后与间二甲苯一起进入间二甲苯汽化器，气化后的混合物被加热至220℃左右后进入挡板流化床反应器；在反应器的底部通入热空气。
在反应器中，由于催化剂（钒、铬、钼、磷）的存在，间二甲苯发生了氨化化反应，生成间苯二腈。
反应产物经出口冷却器降至一定温度后，进入收集器，形成间苯二腈晶体，再进入产品中间槽，并经离心机洗涤、离心后得到间苯二甲腈滤饼，最后烘干而获得间苯二甲腈成品。
不凝气被吸收塔釜液循环吸收后直接排入大气，污水则去污水处理装置。
第三节 工艺流程示意图以间二甲苯氨氧化法制间苯二甲腈的方框示意图如下：第四节 工艺控制参数1、 反应温度反应温度是对间二甲苯转化率和间苯二腈选择性影响最为显著的工艺参数之一。
,随温度升高,催化剂活性、间二甲苯转化率都提高,产品收率明显提高,产品中单腈含量下降，但副反应也随之加剧，特别是CO 2和CO 量明显增加，而单腈收率则相反。
而且由于该反应为放热反应，所以一定做好温度的控制工作。
在设计中可在流化床中设置U 型冷却水管将反应产生的热量即时有效的带走，严格控制在410一430℃之间，同时还可以起到回收热量提高热量利用率的目的。
反应温度对催化剂和间苯二甲腈质量和收率的影响试验结果反应温度 间二甲苯转化率 间苯二甲腈收率 间苯二甲腈含量 单腈含量 ( ℃) ( %) ( %) ( %) ( %)400 90. 5 65. 7 94. 2 2. 8汽化器流化床反应器 捕集器尾气处理 离心机干燥 粉碎 氨气 空气 间二甲苯二腈 排空410 92. 8 69. 8 96. 3 1. 8 420 96. 9 78. 6 98. 2 0. 2 430 98. 6 78. 7 98. 3 0. 1 440 98. 8 70. 2 97. 8 0. 12、反应压力间二甲苯氨氧化生成间苯二腈系增分子反应，在其他反应条件不变的情况下，间苯二腈的收率随反应压力的降低而增加。
因此，工业上的反应压力接近于常压。
3、 原料配比：间二甲苯:氨:空气工业生产中，在反应温度、线速以及催化剂负一定的条件下，为保证间苯二腈收率维持在较高水平，减少氨耗以及单腈、CO:和CO 生成量，适宜间二甲苯:氨:空气(摩尔比)1：8：40（摩尔比）。
4、反应线速度在其他反应条件不变的前提下，线速大小对间苯二腈收率的影响不明显。
避 免间二甲苯发生探度氧化反应，同时改善催化剂的流化质量和催化反应性能，反应线速一般在0.4一0.61-⋅s m 之间较为适宜。
5、投料量间二甲苯24.5h kg ，氨气19.89h m 3，空气199.5 h m 36、工程设计中主要考虑的问题（1） 反应器型式以及撤热方式间二甲苯氨氧化生成间苯二腈是放热反应若不及时撤除反应热，将导致反应区域温度急骤升高，从而降低目的产物间苯二腈的选择性，而且容易造成催化剂结焦和失活。
为了既能及时从反应区撤除反应热，又能维持适宜的反应温度，本工艺采用流化床反应器。
反应器内装填VCM为工业用催化剂，并设置U型冷却水管以发生蒸汽、回收热量，同时撤除反应热。
这种反应器具有结构简单流化质量好和放大效应不明显等特点。
（2）间苯二腈收集及尾气吸收采用薄壁式冷凝器来收集间苯二腈，再经搅拌、离心过滤和烘干后得到成品。
未凝气体经吸收塔釜液循环吸收后再经催化燃烧后直接排人大气。
该吸收塔选用特殊规格的不锈钢丝网填料，以防止堵塞。
第五节催化剂本次采用的催化剂是VCM工业用催化剂一催化剂的组成VCB1,VCB2和VCM为工业用催化剂,由间苯二甲腈生产厂家提供.采用化学分析方法测定催化剂样品的化学组成,结果如表1所示,其中SiO2含量采用差减法求得.表1 催化剂样品的化学组成(质量分数) %样品V2O5 Cr2O3 MoO3 B2O3 SiO2VCB1 17.1 6.7 0.3 1.8 74.1VCB2 14.9 7.7 0.4 2.1 74.9VCM 4.3 8.1 0.6 0.0 87.03种催化剂均以V和Cr的氧化物为主要活性组分,并以MoO3和/或B2O3作为助剂成分.VCB1, VCB2,VCM中主要活性组分的质量分数分别为23.8%,22.6%和12.4%,即依VCB1,VCB2,VCM顺序减小,此顺序与实际使用中催化剂上间二甲苯氨氧化催化活性顺序一致.进一步分析表明,活性组分以负载的方式分散在SiO2微球表面上,并在微球表面上形成了共融体.比表面及孔径：采用低温N2吸附方法测定了催化剂的比表面积及孔结构.结果如表2 BET表面积/(m2·g-1) 孔体积/(cm3·g-1) 平均孔径/nmVCB1 59.6 0.21 14.2 VCB2 64.7 0.22 13.9 VCM 50.1 0.32 25.2催化剂的结构特征可以看出,VCB1与VCB2的结构特征接近,而VCM则明显不同.孔径分布测定表明,3种催化剂的孔径分布均比较集中,其中VCB1与VCB2的孔径集中在15 nm左右,而VCM孔径集中在40 nm左右.这种大小的孔径远大于反应物分子和产物分子的动力学直径,因此,催化剂孔道对反应组分如m-C6H4(CH3)2和m-C6H4(CN)2分子的扩散产生阻力较小,反应组分在孔道中的扩散不会构成吸附和脱附过程的控制步骤.催化剂活性组分负载在中孔载体上,反应组分在孔道中的扩散将不会构成吸附过程的控制步骤.反应组分在催化剂表面的吸附量和吸附速率与催化剂表面对它的亲合力有关,而与比表面积没有明显相关性. 3 种催化剂对m2C6H4 (CH3 ) 2 的吸附量和吸附速率依VCB1 ,VCB2 ,VCM 的顺序依次增加,而对H2O 和NH3 的吸附能力则相反. 反应过程中VCM上深度氧化产物较多,可能与它对m2C6H4 (CH3 ) 2 吸附能力较强以及对H2O 和NH3 吸附能力较弱有关.二催化剂负荷由于VCM型催化剂适用于较高操作负荷，因此工业上WWH在0.05一0.09hr 范围内，间苯二腈、CO2和CO、HCN等收率维持不变，仅单腈收率有所增加。