化工生产技术课件08第八章课件.ppt

化工生产技术 第八章 顺丁烯二酸酐生产技术 知识目标 了解顺丁烯二酸酐产品规格、性质、用途和工业生产方法； 了解顺丁烯二酸酐生产中主要设备结构、控制方法及三废治理、安全卫生防护； 理解顺丁烯二酸酐生产过程的原理及工艺参数条件分析方法； 掌握顺丁烯二酸酐生产工艺过程分析及工艺流程图的阅读分析。 能力目标 第一节 概述 顺丁烯二酸酐(maleie anhydride)又名马来酸酐或2，5-呋喃二酮，简称顺酐，是一种重要的有机化工原料和精细化工产品，是目前世界上仅次于苯酐和醋酐的第三大酸酐。由于其深加工产品种类多、用途广，自20世纪50年代顺酐实现工业化生产以来，世界顺酐的生产发展十分迅速。 原料路线和生产方法 苯氧化法 碳四馏分氧化法 正丁烷氧化法 苯酐副产法 第二节 苯氧化法生产顺丁烯二酸酐 一、工艺原理 反应特点 2．热力学和动力学分析 二、工艺条件和控制 三、工艺流程 高纯度原料苯(硝化级)经蒸发器蒸发后与空气混合，进入热交换器。预热后的原料气进入列管式固定床反应器1，在催化剂作用下发生氧化反应，生成顺酐，控制反应温度为623~723K，空速为2000~4000h-1，停留时间0.1~0.2 s。借助反应器管间循环熔盐导出反应热，并利用废热锅炉回收余热，副产高压蒸汽。 自反应器出来的反应产物通过三级冷却。第一级为废热锅炉冷却，同时产生蒸汽；第二级为热交换器冷却，同时预热原料气；第三级为反应产物在冷却器中用温水冷却冷凝，以防止顺酐冷凝成固体堵塞冷却器。被冷凝的顺酐(约占总量的60％)在分离器2分出后进入粗顺酐贮槽6，气体送入水洗塔3，用水或顺丁烯二酸水溶液吸收未冷凝的顺酐。水吸收后尾气送燃烧，吸收液送入脱水塔4。经脱水后的粗顺酐入粗顺酐槽6。脱水顺酐和冷凝顺酐由粗顺酐贮槽送入蒸馏塔5进行精制，即可得到熔融态顺丁烯二酸酐产品。 第三节 正丁烷氧化法生产顺丁烯二酸酐 工艺原理 热力学和动力学分析 （1）热力学分析 正丁烷与空气的反应，为热力学不可逆反应，不受化学平衡限制。理论上可达100％的单程转化率。为了保证较高的选择性，转化率须控制在一定范围内，否则会造成深度氧化而降低目的产物的产率。丁烷氧化制顺酐，一般控制丁烷的转化率在85％~90％左右，以保证生成的顺酐不继续深度氧化。因此必须选择性能良好的催化剂仍是至关重要的。 从上述反应方程可知，主、副反应均为强放热反应，氧化深度越大，放出的反应热越多。因此，在氧化反应过程中，反应热的及时转移同样非常重要。 （2）动力学分析 正丁烷与空气的反应过程是气态物料通过固体催化剂所构成的床层进行氧化反应，其过程同样包括扩散、吸附、表面反应、脱附和扩散等五个基本步骤。反应速度的影响因素主要有催化剂的宏观结构、表面活性、流体流动的特征和分子扩散速度等。 （3）催化剂 正丁烷氧化制顺酐的催化剂是以V-P-O为主要组分，并添加各种助催化剂。一般的助催化剂组分有：Fe、Co、Ni、W、Cd、Zn、Bi、Li、Cu、Zr、Cr、Mn、Mo、B、Si、Sn、U、Ba及稀土元素Ce、Sm、Th、Pr、Nd等氧化物，主要在于提高催化剂的活性、选择性或调节催化剂表面酸碱度及V-P配位络合状态。 工艺条件和控制 1．反应温度 在一定空速和进料浓度条件下，反应温度对正丁烷氧化制顺酐的转化率和选择性影响如图8—2所示。由图可见，转化率随温度的升高而增加。反应选择性随温度的升高而下降，这是因为随着温度的上升，容易发生深度氧化反应生成一氧化碳和二氧化碳。 2．空速 空速对正丁烷氧化反应的影响如图8-3所示。由图可见，空速太低时，反应停留时间太长，虽然转化率高，但容易造成深度氧化，收率降低；空速过高时，反应停留时间太短，反应转化率太低，同样造成收率降低。但由于空速增加，生成顺酐的反应选择性和催化剂生产能力增加。因此，适宜空速的选择需综合考虑如原料消耗、设备投资、三废处理要求等多方面因素。 3．原料气中正丁烷浓度 原料气中正丁烷浓度对反应的影响见表8—1。由表中数据可以看出，随着原料气中正丁烷浓度的增加，正丁烷的转化率和顺酐收率均有所下降，而生成顺酐的反应选择性在正丁烷浓度(体积分数)为1.2％~2.2％范围内变化不明显。当正丁烷浓度为2.6％时，生成一氧化碳和二氧化碳的副反应有较大增加。另外，随着正丁烷浓度增加，催化剂的生产能力有明显增加。但当正丁烷浓度进入爆炸极限内时，操作不安全。工业生产上一般控制正丁烷浓度在1.5％~1.7％，若采用流化床催化氧化，则比采用固定床反应器的正丁烷进料浓度高，甚至可在爆炸范围内操作。 三、主要设备 丁烷氧化制顺酐气—固相催化氧化反应器常用的有固定床反应器、流化床反应器。由于氧化反应放热量很大，需要及时移出，故一般采用换热式反应器。 1．固定床反应