环己烷一步氧化法制己二酸 年产5万吨 物料衡算.doc

物 料 平 衡 项 目 名 称 环己烷一步氧化法制己二酸 目录 目录 2 1. 物料平衡概述 3 1.1衡算目的与手段 3 1.2衡算基准 3 1.3生产指标及工艺参数 3 1.3.1产品己二酸年产量及产品指标 3 1.3.2 原料环己烷指标 3 1.3.3 工艺参数及控制指标 3 1.4物料衡算简化流程图及说明 4 2.物料衡算过程 5 2.1物料衡算总体思路 5 2.1.1子系统 物料平衡概述 1.1衡算目的与手段 只有经过物料衡算，才能得出进入与离开每一过程或设备的物流组成和各种物料的流量，这就是进行物料衡算的目的。车间物料衡算是车间能量衡算、设备选型、确定原材料消耗定额、进行化工管路设计等各种设计项目的依据。 物料衡算的主要依据是质量守恒定律，化学反应过程严格按照反应物跟生成物的摩尔关系进行衡算。 物料衡算过程我们借助了Aspen plus进行模拟计算。 1.2衡算基准 每年8000小时连续生产。 1.3生产指标及工艺参数 1.3.1产品己二酸年产量及产品指标 表1-1 环己酮生产指标 年产量/万吨 纯度(质量分数)/％ 等级 5 99.8 一等品 1.3.2 原料环己烷指标 表1-2 原料环己烷指标 纯度（质量分数）/％ 等级 99.9 优等品 1.3.3 工艺参数及控制指标 锰卟啉催化剂催化下，环己烷氧化反应单程转化率为36％（摩尔），选择性为60％；催化剂浓度为7.5mg/L。 所选用的空气，氧气浓度为21％。 皂化用碱液中氢氧化钠的质量分数为15％。 环己烷塔塔顶环己烷回收率接近100%。 酯化反应转化率为90% 停留时间4.5h。 1.4物料衡算简化流程图及说明 环己烷绿色催化氧化法生产己二酸的生产流程简图见图1。整个流程分为环己烷氧化、环己烷回收、环己酮环己醇精馏、三酸分离四个工段。 环己烷氧化工段包括环己烷氧化反应系统、萃取槽、皂化系统三部分。其中，环己烷反应系统包括5个氧化釜，该系统作为整体进行物料衡算。新鲜原料与环己烷一塔循环回来的环己烷混合后进入反应系统，在锰卟啉催化剂催化下被氧化分解得到己二酸、环己酮、环己醇以及其他副产物。氧化后，通过闪蒸器、水蒸气蒸馏器分离出大部分己二酸、戊二酸以及丁二酸进入三酸分离装置获得产品己二酸。残余二酸进入皂化系统，皂化系统包括皂化反应器、静置分离槽、水洗分离器等设备。料液流经皂化系统时，首先在皂化反应器中通入碱液，中和掉残余有机酸，静置分离出皂化废液后接着通水水洗，洗掉多余的废碱。 环己烷回收工段通过环己烷塔将未反应的环己烷精馏回收，回收率接近100%。 环己酮精馏工段通过精馏塔，将环己醇与环己酮分离达到一定纯度，作为副产品。 三酸分离工段先将二酸通入酯化釜进行酯化反应转化率达到90%之后进入精馏塔分离出单个二酸酯以及未反应的二酸，其中二酸返回酯化釜继续酯化，分离出的二酸酯分别进入水解釜进行分解，同时连续取出反应生产的醇，使水解反应趋向完全，取出的醇返回到酯化釜。水解反应结束后使二羧酸溶液冷却结晶，然后各自经过过滤器得到纯的相应的单个二羧酸：丁二酸、戊二酸及己二酸 2.物料衡算过程 2.1物料衡算总体思路 考虑到物流的循环关系，我们把整个系统（生产流程）分割为两个可以独立计算的子系 统进行物料衡算。其中环己烷氧化工段和环己烷回收工段作为一个子系统，三酸分离工段作为另外一个子系统。衡算过程根据己二酸年产量等生产指标，利用质量守恒定律，以及计算机模拟的方法得出各物流的组成信息。 物料衡算过程，为了衡算方便，我们在不影响产品生产指标的前提下作出了一些合理的假设。 2.1.1子系统 环己烷新鲜进料量F，循环回流量R， 己二酸出料量 则: (假设己二酸和环己烷在分离过程中的损失忽略不计) 由以上两式得 根据文献资料产物的组成比例得到以下结果，(忽略掉复杂且含量很少的副产物) 己二酸 环己醇 环己酮 戊二酸 丁二酸 摩尔质量g/mol 146.14 100.16 98.14 132.11 118.09 组成比例 0.6000 0.1112 0.2423 0.0294 0.0170 摩尔流量kmol/h 42.7672 7.9290 17.2714 2.0960 1.2152 反应产生的水量，利用反应系统中氢原子的守恒，可以得出 得到反应后水的流量为67.8760kmol/h 蒸汽气提罐中水蒸气采用过量进料，我们参照文献资料取F=245.70kmo/h 2.1.2子系统 三酸分离过程中酯化反应所需乙醇的量， 按照反应时间5小时，醇酸比为4.5：1的条件，可以求出乙醇的用量为 由于在三酸分离过程中乙醇循环使用，可以认为整个过程中乙醇无损失，无需新鲜料液的加入。 其中回流的乙醇流量为 在