环己烷绿色催化氧化法生产环己酮年产10万吨物料衡算.doc

环己烷绿色催化氧化法生产环己酮 物 料 平 衡项 目 名 称 环己烷绿色催化 氧化法生产环己酮 目 录1.物料平衡概述 ……………………………………………………………… 3 1.1 衡算目的与手段 ………………………………………………………… 31.2 衡算基准 ………………………………………………………………… 31.3 生产指标及工艺参数 …………………………………………………… 3 1.3.1 产品环己酮年产量及产品指标 ………………………………… 3 1.3.2 原料环己烷指标 ………………………………………………… 3 1.3.3 工艺参数及控制指标 …………………………………………… 31.4 物料衡算简化流程图及说明 …………………………………………… 42.物料平衡过程 ………………………………………………………………… 52.1 物料衡算总体思路 ……………………………………………………… 52.2 环己酮精馏子系统物料衡算过程 ……………………………………… 5 2.2.1 物流组成及相关参数 …………………………………………… 5 2.2.2 环己酮精馏子系统物料衡算过程 ……………………………… 62.3 环己烷氧化及回收子系统衡算过程 …………………………………… 7 2.3.1 基本参数与假设 ………………………………………………… 7 2.3.2 环己烷氧化及回收子系统物料衡算过程 ……………………… 73.物料衡算结果 ………………………………………………………………… 9 3.1 环己烷氧化工段 ………………………………………………………… 9 3.1.1 环己烷新鲜进料 ………………………………………………… 9 3.1.2 环己烷氧化反应系统 …………………………………………… 9 3.1.3 萃取槽 …………………………………………………………… 10 3.1.4 皂化系统 ………………………………………………………… 10 3.2 环己烷回收工段 ………………………………………………………… 11 3.2.1 环己烷一塔 ……………………………………………………… 11 3.2.2 环己烷二塔 ……………………………………………………… 11 3.3 环己酮精馏工段 ………………………………………………………… 12 3.3.1 环己酮精馏塔 …………………………………………………… 12 3.3.2 环己醇精馏塔 …………………………………………………… 13 3.3.3 环己醇脱氢反应系统 …………………………………………… 131. 物料平衡概述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计算机进行关联计算我们根据过程或设备的物流进出关系，在微软的办公套件Excel2003中编制了物料衡算自动计算表格，将相关的生产指标、工艺参数、物性数据以及各种合理的估算或经验数据输入到自动计算表格相应位置之后，可动态输出各设备或过程物料衡算的结果衡算基准每年300个工作日，每日24小时连续生产生产指标及工艺参数1.3.1产品环己酮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1099.5一等品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n 钴卟啉催化剂催化下，环己烷氧化反应单程转化率为8.7％（摩尔），选择性为91％；催化剂浓度为3mg/L①n 环己烷氧化产物中，醇酮比为1.2（摩尔比），X油与轻质油质量比约为1.867①n 所选用的贫氧空气，氧气浓度为9％n 水萃取己二酸，萃取率为80％。

①n 皂化用碱液中氢氧化钠的质量分数为15％n 环己烷一塔塔顶约有80％环己烷被蒸出，塔顶环己烷中含环己酮应小于0.1％②n 环己烷二塔塔釜液含环己烷应小于0.05％②n 环己烷脱氢反应温度为350℃，该温度下反应平衡常数为8.5，平衡转化率为94.5％②参考文献：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. 2004.4② 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物料衡算简化流程图及说明 1 2 345678①②③④⑤⑥⑦⑧⑨1－环己烷氧化反应系统；2－萃取槽；3－皂化系统；4－环己烷一塔；5－环己烷二塔；6－环己酮精馏塔；7－环己醇精馏塔；8－环己醇脱氢反应系统；①－原料；②－贫氧空气；③－水；④－己二酸和水；⑤－碱液；⑥－水；⑦－皂化废液和废水；⑧－产品环己酮；⑨－X油；⑩－氢气图1-1 环己酮生产流程简图⑩环己烷绿色催化氧化法生产环己酮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、环己酮精馏三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，2个分解釜，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，在钴卟啉催化剂催化下被氧化分解得到环己酮、环己醇以及其他副产物氧化后，在萃取槽中用水萃取副产物中的己二酸，作为本厂的副产品回收大部分己二酸后料液进入皂化系统，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副产物当中剩下的己二酸以及其他有机酸，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包括环己烷一塔以及环己烷二塔其中环己烷一塔跟环己烷二塔都分别由两个分离能力一样处理量相同的并联操作的塔组成环己烷一塔塔顶馏出物冷凝后部分回流，部分循环至氧化工段与新鲜原料混合给氧化釜进料一塔塔釜液供给环己烷二塔进料，而环己烷二塔塔顶馏出的环己烷循环至一塔与氧化工段送来的料液混合后给一塔进料环己酮精馏工段包括环己酮精馏塔，环己醇精馏塔以及环己醇脱氢反应系统其中，环己酮精馏塔由并联操作的两个塔组成环己酮精馏塔塔顶得到产品环己酮，环己醇精馏塔塔釜得到副产品X油，X油可用作本厂燃料环己醇脱氢反应系统包括蒸发器、过热器、脱氢反应器等设备脱氢后反应气体经冷凝后放出不凝性气体氢气，液体循环输送至环己酮精馏塔作进料。

2. 物料衡算过程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，环己酮精馏工段作为另外一个子系统衡算过程根据环己酮年产量等生产指标，利用质量守恒定律，先计算环己酮精馏子系统；然后根据环己酮精馏子系统的进料组成以及流量进一步衡算环己烷氧化及回收子系统物料衡算过程，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环己酮精馏子系统物料衡算过程678DBF0MNRH图2-1 环己酮精馏子系统6－环己酮精馏塔；7－环己醇精馏塔；8－环己醇脱氢反应系统物流组成及相关参数F0——含环己酮，环己醇，环己烷，轻质油，X油其中，醇酮比为1.2（摩尔），X油与轻质油质量比为1.867（见1.3.3节）D——含环己酮，环己醇，环己烷，轻质油D＝10万吨/年，环己酮质量分数为99.5％，环己醇质量分数为0.2％B——含环己醇，环己酮，X油M——含环己醇，环己酮，X油设定M＝0.999B，M中环己醇质量分数为95％，环己酮质量分数为4.2％N——含X油，环己醇设定N＝0.001B，X中环己醇质量分数为5％。

R——含环己酮，环己醇，X油H——氢气环己醇脱氢反应以氧化锌-碳酸钙（载体）为催化剂，设定反应温度为350℃，该温度下反应平衡转化率为94.5％环己酮精馏子系统物料衡算过程物流M中的环己醇在脱氢反应系统中发生脱氢反应，生成环己酮脱氢反应方程式为：衡算过程不考虑脱氢过程发生的副反应，则有1mol环己醇生成1mol环己酮和1mol氢气，平衡转化率为94.5％ 脱氢反应放出的氢气的质量流量脱氢反应生成的环己酮质量流量未反应的环己醇（R中的环己醇）的质量流量R中的环己酮的质量流量对整个环己酮精馏子系统作物料衡算，则有：（其中D＝10万吨/年＝13888.8889kg/h） …………①设F0中环己酮的质量分数为x，由于醇酮比为1.2（摩尔），则F0中环己醇的质量分数为1.225x把环己酮精馏塔和环己醇精馏塔看作一个整体，对其中的环己醇作物料衡算有： …………②同理，对其中的环己酮作物料衡算有：…………………………………③由上述①②③式联立求解，可得到： 从而得到： 故F0中，环己酮的质量分数为44.7845％环己醇的质量分数为：环己烷与轻质油的质量分数为：X油的质量分数为：轻质油的质量分数为：环己烷的质量分数为：从以上衡算过程得到的流量和质量分数，很容易可以得到进入与离开本子系统中每一过程或设备的物流组成和各种物料的流量。

本子系统各过程或设备物料衡算的详细结果见后面3.3节环己烷氧化及回收子系统衡算过程1 2 345①③④⑤⑦图2-2 环己烷氧化及回收子系统1－环己烷氧化反应系统；2－萃取槽；3－皂化系统；4－环己烷一塔；5－环己烷二塔；①－原料；②－贫氧空气；③－水；④－己二酸和水；⑤－碱液；⑥－水；⑦－皂化废液和废水ACF0EKQGPO基本参数与假设 新鲜环己烷原料的纯度为99.9%（质量分数），假设进料杂质不参与反应，并在皂化系统中被排除系统外 钴卟啉催化剂催化下，环己烷氧化反应单程转化率为8.7％（摩尔），选择性为91％；催化剂浓度为3mg/L贫氧空气的氧气浓度为9％水萃取己二酸，萃取率为80％，皂化用碱液中氢氧化钠的质量分数为15％物流Q中环己烷流量为物流G中环己烷流量的80%Q中环己烷的质量分数为99.9%，环己酮的质量分数为0.09%，轻质油质量分数为0.01%物流P中环己烷的质量分数为99.9。