产万吨异丙苯生产流程设计方案

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1、1、背景1.1设计背景某公司根据对市场的预测，酚衍生的可塑剂的市场需求将大大增加，为了满足这部分市场需求，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，所以需要建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；使用该公司的催化剂；原料使用含5%丙烷的丙烯进料，这样比较纯的原料每桶可以节约0.095美元；完成一个完整的基本设计，并作经济评价；整个生产过程要尽可能地节能。1.2要求以苯和丙烯为原料，使用公司的新催化剂，做一个优化的基础设计。对生产过程作经济评价，使用以下的信息：税后最低预期资本回收率=9%每年折旧=MACRS边际税率=35%建设周期

2、=2年工厂生命周期=10年（从开始运行起）2、过程设计分析2.1异丙苯生产过程的分析2.1.1异丙苯的合成工业上用苯和丙烯生产异丙苯的方法有两种：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，在反应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。烃化反应是一个气相反应，络合物在反应液有一定的溶解度，在超过饱和浓度时，反应体系的络合物形成单独的一相，习惯上称为非均相烃化反应，其工艺称为非均相三氯化铝法（亦称SD法）。采用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

3、工艺，在1985年实现工业化。两种方法没有本质的区别，其反应机理相同。由美国环球油品公司（UOP）以磷酸作催化剂生产异丙苯的方法称UOP法。目前世界上有27套装置采用这一工艺，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），是生产异丙苯的主要方法。1985年CDTECH开发了催化精馏法生产异丙苯工艺并进行了中试。虽然这是一个很有前途的新工艺，但目前尚未见到工业化的报道。本设计采用UOP法生产异丙苯的工艺。这个反应同时伴有副反应，物性数据和反应方程式如下：表-1反应系统中组分的物性参数分子量沸点（℃）标准生成含kcal/mol苯78.113680.093

4、0.9544282丙烯42.0806-47.6914.8442725异丙苯120.194152.4132.9368491二异丙基苯162.275210.535.3023789C3H6(气相)+C6H6(液态)——>C9H12(液态)detaH=-12.8618516kcal/molr1=k1cpcbmol/gcatseck1=3.5*104exp(-24.90/RT)C3H6（气态）+C9H12(液态)——>C12H18(液态)detaH=-12.4787427kcal/molr2=k2cpccmol/gcatseck2=2.9*106exp(-35.08/RT)*以

5、上物性数据均来至Aspenplus10.2版的数据库2.12反应过程的分析1、反应是个吸热过程，反应过程中所需要的热量由进料和壳程流体提供，所以反应器前应该有预热部分。2、k=生成物物质量/反应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、反应是一个体积减小的反应，增加压力可以增加转化率，选择相应的压力。4、而且，反应物在反应器中的停留时间需要进一步计算得到。5、烯烃在高温下会发生聚合，所以苯应该过量，对丙烯进行稀释，以防止丙烯的聚合。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，减少这种副反应2.1.3异丙苯产品分离过程分析由前面分析可

6、知，在异丙苯的合成过程中，由于苯的大大过量和作为稀释剂丙烷的存在，反应器出口含有大量未反应的原料和稀释剂，还有生成的少量多烃化物。因此必须对反应产物进行分离。在本设计中，首先用一个精馏塔将产物中水、丙烷和部分苯分离出来，另外一部分苯、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99.9%。3．异丙苯生产过程的设计3.1反应系统甲方公司已经开发出了反应器如下：壳管固定床反应器，并假设以下的装配数据：催化剂颗粒直径：dp=3mm催化剂颗粒密度：p(cat)=1600kg/m^3空隙比e=0.50固定

7、管到管壁的传热系数：h=60W/m^c使用象换热器一样的标准管布局2.1.2反应条件UOP法采用塔式固定床反应器，苯和辨别称为液相进料，但也有气相存在，出口则为气液混合物，反应温度控制在350℃左右,反应压力为2.0～5.0MPa，在工艺条件中控制原料的配比很重要，这与三氯化铝法类似，不过对UPO工艺来说，不仅要控制苯和丙烯的比（mol），还要控制作为稀释剂加入的丙烷和丙烯的比（称为烷烯比）。苯和丙烯的比（mol）控制在2：1，苯的大量过量是为了减少二异丙苯的生成（在UOP法中二异丙苯不能反烃化），其另一个作用是丙烯得到充分的稀释，减少丙烯的自聚反应