环己烷一步氧化法制己二酸 年产5万吨 物料衡算

环己烷绿色催化氧化法生产己二酸

物 料 平 衡

项 目

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环己烷一步氧化法制己二酸

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环己烷绿色催化氧化法生产己二酸

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○1 ................................................................................................................ 5 2.1.2子系统○2 ................................................................................................................ 6

3. 物料衡算结果 .............................................................................................................................. 7 3.1 环己烷氧化 ........................................................................................................................ 7

3.1.1环己烷新鲜进料 ...................................................................................................... 7 3.1.2 环己烷氧化反应系统 ............................................................................................. 7 3.2 闪蒸器 ................................................................................................................................ 8 3.3水蒸气气提装置 ................................................................................................................. 8 3.4 静置器 ................................................................................................................................ 9 3.5 皂化系统 ............................................................................................................................ 9 3.6 环己烷塔 .......................................................................................................................... 10 3.7 醇酮精馏塔 ...................................................................................................................... 10 3.8 酯化釜 .............................................................................................................................. 11 3.9 二酸二酯精馏塔(包括塔1和塔2) ................................................................................ 12 3.10 水解分离 ........................................................................................................................ 12

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1. 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 5

纯度(质量分数)/％ 99.8 等级 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）/％ 99.9

等级 优等品 1.3.3 工艺参数及控制指标

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?

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％。

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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。

参考文献： ① 刘小秦. 环己烷仿生催化氧化工业应用研究. 湖南大学博士学位论文. 2004.4 ② 己内酰胺生产与应用编写组编. 己内酰胺生产与应用. 烃加工出版社. 1988.4

1.4物料衡算简化流程图及说明

反应系统

8

10 2 静置 6 皂化系统 7 1 闪蒸 5 3 蒸馏釜 4 水 环己烷塔 醇酮精馏 碱液 9 11 水蒸气 乙醇 分 馏 塔 酯化釜 水 初蒸塔 精馏塔1 精馏塔2 水解釜 水解釜 水解釜 己二酸

戊二酸

结晶器 丁二酸

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

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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○1

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)

摩尔质量g/mol 组成比例 摩尔流量kmol/h 己二酸 环己醇 环己酮 戊二酸 丁二酸 146.14 0.6000 100.16 98.14 132.11 118.09 42.7672 0.1112 0.2423 7.9290 17.2714 5 / 13

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