年产10万吨异丙苯生产流程设计方案.doc

一、背景 设计背景 某公司依照对市场的预测，酚衍生的可塑剂的市场需求将大大增加，为了知足这部份市场需求，此公司决定投资一个新的石碳酸厂，而石碳酸需要异丙基苯作为原料，因此需要成立一个新的异丙基苯生产流程。 异丙基苯的年产为10万公吨；利用该公司的催化剂；原料利用含5%丙烷的丙烯进料，如此比较纯的原料每桶能够节约美元；完成一个完整的大体设计，并作经济评判；整个生产进程要尽可能地节能。 要求 以苯和丙烯为原料，利用公司的新催化剂，做一个优化的基础设计。 对生产进程作经济评判，利用以下的信息： 税后最低预期资本回收率 = 9% 每一年 折旧 = MACRS 边际税率 = 35% 建设周期 = 2 年 工厂生命周期 = 10年（从开始运行起） 二、进程设计分析 异丙苯生产进程的分析 2.1.1异丙苯的合成 工业上用苯和丙烯生产异丙苯的方式有两种：一种为三氯化铝法，一种为固体硫酸法。 以三氯化铝法作催化剂生产异丙苯时，在反映中起催化作用的不是三氯化铝，而是由三氯化铝、烷基苯和氯化氢生成络合物。烃化反映是一个气相反映，络合物在反映液有必然的溶解度，在超过饱和浓度时，反映体系的络合物形成单独的一相，适应上称为 非均相烃化反映，其工艺称为非均相三氯化铝法（亦称SD法）。采纳络合物浓度低于饱和溶解度的工艺，称为均相法（亦称Monsanto法），这是美国Monsanto公司开发的新工艺，在1985年实现工业化。两种方式没有本质的区别，其反映机理相同。 由美国环球油品公司（UOP）以磷酸作催化剂生产异丙苯的方式称UOP法。目前世界上有27套装置采纳这一工艺，其产量约占异丙苯总产量的80％左右（不包括中国、独联体和东欧），是生产异丙苯的要紧方式。 1985年CDTECH开发了催化精馏法生产异丙苯工艺并进行了中试。尽管这是一个很有前途的新工艺，但目前尚未见到工业化的报导。 本设计采纳UOP法生产异丙苯的工艺。 那个反映同时伴有副反映，物性数据和反映方程式如下： 表-1 反映系统中组分的物性参数 分子量 沸点（℃） 标准生成含kcal/mol 苯 丙烯 异丙苯 二异丙基苯 C3H6(气相) + C6H6 (液态) ——> C9H12(液态) deta H = kcal/mol r1 = k1 cp cb mol/g cat sec k1 = * 104 expRT) C3H6（气态） + C9H12(液态) ——> C12H18(液态) deta H = kcal/mol r2 = k2 cp cc mol/g cat sec k2 = * 106 expRT) *以上物性数据均来至Aspen plus 版的数据库 反映进程的分析 一、反映是个吸热进程，反映进程中所需要的热量由进料和壳程流体提供，因此反映器前应该有预热部份。 二、k = 生成物物质量/反映物物质量 由此定一个温度（至少应该气化，提高催化剂的效率）。 3、反映是一个体积减小的反映，增加压力能够增加转化率，选择相应的压力。 4、而且，反映物在反映器中的停留时刻需要进一步计算取得。 五、烯烃在高温下会发生聚合，因此苯应该过量，对丙烯进行稀释，以避免丙烯的聚合。而且异丙苯生成后，会继续与丙烯结合成二异丙苯，需要使苯过量，减少这种副反映 2.1.3异丙苯产品分离进程分析 由前面分析可知，在异丙苯的合成进程中，由于苯的大大过量和作为稀释剂丙烷的存在，反映器出口含有大量未反映的原料和稀释剂，还有生成的少量多烃化物。因此必需对反映产物进行分离。 在本设计中，第一用一个精馏塔将产物中水、丙烷和部份苯分离出来，另外一部份苯、多烷基化合物和异丙苯再进行分离出多烷基化合物和异丙苯，多烷基化合物和异丙苯最后进入一精馏塔分离出异丙苯，异丙苯的纯度为%。 3．异丙苯生产进程的设计 反映系统 甲方公司已经开发出了反映器如下： 壳管固定床反映器，并假设以下的装配数据： 催化剂颗粒直径：dp = 3 mm 催化剂颗粒密度：p(cat) = 1600kg/m^3 间隙比 e = 固定管到管壁的传热系数： h = 60 W/m^c 利用象换热器一样的标准管布局 2.1.2反映条件 UOP法采纳塔式固定床反映器，苯和分辨称为液相进料，但也有气相存在，出口那么为气液混合物，反映温度操纵在350℃ 苯和丙烯的比（mol）操纵在2：1，苯的大量过量是为了减少二异丙苯的生