(荆鹏飞)年产5000吨邻甲基苯甲酸装置的工艺设计

热烈欢迎各位老师和同学年产5000吨邻甲基苯甲酸装置的工艺设计班级：化学工程与工艺092班学号：20094540218姓名：荆鹏飞指导老师：王延飞（副教授）2013.05.31设计主要内容1前言2工艺概述3物料和热量衡算4工艺设备设计和选型5生产车间布置6经济效益分析7结论8致谢词邻甲基苯甲酸（OTA）的分子式为C8H8O2，结构为:目前，邻甲基苯甲酸（OTA）主要应用于农药、医药及有机化工原料的合成，特别是作为生产除草剂稻无草的主要原料；它也是杀菌剂灭锈胺、苯氧菌酯、肟菌酯及除草剂苄嘧磺隆的中间体；同时邻甲基苯甲酸（OTA）还可以用作农药杀菌剂磷酰胺、香料、氯乙烯聚合引发剂MBPO、间甲酚、彩色胶片显影剂等有机合成中间体。1前言COOHCH3根据溶剂和钴催化剂的不同,分为以下3种合成方法,简单对比见下表：2工艺概述序号合成方法工艺流程环境污染情况生产成本产品质量1硝酸氧化法一般严重很高很差2-1空气液相氧化法（醋酸钴）简单小较高较差2-2空气液相氧化法（环烷酸钴）简单很小一般好钴催化剂CH3CH3+1.5O2COOHCH3+H2O通过比较上述3种合成方法,可以看出用空气液相氧化法（环烷酸钴）生产邻甲基苯甲酸的工艺流程简单、环境污染小、生产成本一般、产品质量好、对设备的腐蚀性小,最适合于工业化生产，并且具有较大的工业应用价值，所以本设计按照方案2-2进行工艺设计。2.1工艺物料流程图2.2生产控制参数（1）投料配比（质量比）邻二甲苯：环烷酸钴=100:0.3；邻甲基苯甲酸（OTA）：氨=1:1.02；邻甲基苯甲酸铵：硝酸溶液（68%）=2:1.03。（2）反应温度、压力和反应时间反应温度：135℃；反应压力：0.3MPa；反应时间：6h。3.1物料衡算物料衡算式：ΣG进=ΣG出+ΣG损+ΣG积式中：ΣG进——输入物料量总和；ΣG出——离开物料量总和；ΣG损——总的损失量；ΣG积——系统中积累量。本工艺为间歇操作，ΣG积=0，衡算基准为Kg/批。本设计包括催化氧化阶段、中和阶段、酸洗阶段、离心阶段和干燥阶段五个部分，各阶段物料衡算表及总物料衡算表如下所示：(1)氧化反应釜物料衡算(Kg/批)输入输出序号物料名称质量序号物料名称质量1邻二甲苯7101.361邻甲基苯甲酸5555.562空气13856.412邻二甲苯2769.533环烷酸钴21.303空气11709.384水735.305环烷酸钴21.306杂质188合计20979.07合计20979.07(2)中和反应釜物料衡算(Kg/批)输入输出序号物料名称质量序号物料名称质量1邻甲基苯甲酸5555.561邻甲基苯甲酸铵6244.502氨708.962水735.303水735.303邻二甲苯2769.534邻二甲苯2769.534剩余的氨13.905杂质6.12合计9769.35合计9769.35(3)酸洗反应釜物料衡算(Kg/批)输入输出序号物料名称质量序号物料名称质量1邻甲基苯甲酸铵6244.501邻甲基苯甲酸5555.562硝酸溶液（68%）4358.792硝酸铵3266.733杂质6.123水735.304水735.304硝酸溶液1569.005杂质218.12合计11344.71合计11344.71(4)离心机的物料衡算(Kg/批)输入输出离心液序号物料名称质量滤饼滤液序号物料名称质量1邻甲基苯甲酸5555.561邻甲基苯甲酸5500.002杂质218.122杂质112.243水735.303水623.584硝酸溶液1569.001邻甲基苯甲酸55.565硝酸铵3266.732硝酸溶液1569.00洗水1水8345.523水8457.244杂质105.885硝酸铵3266.73总计19690.23总计19690.23(5)干燥器的物料衡算(Kg/批)输入输出滤饼序号物料名称质量产品序号物料名称质量1邻甲基苯甲酸5500.001邻甲基苯甲酸5444.452杂质112.242杂质101.023水623.58挥发物1邻甲基苯甲酸55.552杂质11.223水623.58总计6235.82总计6235.82(6)总物料衡算(Kg/批)输入输出序号物料名称质量序号物料名称质量1邻二甲苯7101.361邻甲基苯甲酸5555.562空气13856.412剩余邻二甲苯2769.533环烷酸钴21.303剩余空气11709.384氨708.964环烷酸钴21.305硝酸溶液4358.795剩余氨13.906洗水8345.526剩余硝酸溶液1569.007硝酸铵3266.738杂质112.249水9485.81合计34392.34合计34392.34由以上物料衡算可以得到：每批产品的质量为5444.45㎏（纯产品）。产品中邻甲基苯甲酸的质量分数为W=5444.45/（5444.45+101.02）×100%=98.9%≥98.0%，符合产品质量标准。3.2热量衡算Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6式中：Q1—所处理的物料带入设备总的热量,KJ；Q2—加热剂或冷却剂与设备和物料传递的热量（符号规定加热剂加入热量为“+”，冷却剂吸收热量为“-”）,KJ；Q3—过程的热效率,(符号规定过程放热为“+”；过程吸热为“-”)KJ；Q4—反应终了时物料的焓（输出反应器的物料的焓）KJ；Q5—设备部件所消耗的热量,KJ；Q6—设备向四周散失的热量，又称热损失,KJ；热量衡算的基准以每批处理物料即5555.56Kg/批为基准。热量衡算温度基准一般规定为25℃,热量衡算式中各项计算。从上式中可得：Q2=Q4+Q5+Q6－Q1－Q3注意：本设计主要对催化氧化阶段进行了热量衡算。氧化反应釜热量衡算结果一览表输入(KJ)输出(KJ)Q17.84×106Q41.09×107Q22.28×107Q50Q3-3.06×106Q61.02×106合计1.192×107合计1.192×107从上表中可以看出Q2＞０，说明催化氧化过程需要加热。外界需要输入氧化反应釜的热量为2.28×107KJ。4设备设计和选型（1）氧化反应釜的设计与计算；（2）冷凝器的设计与计算；（3）生产设备一览表（1）氧化反应釜的主要结构尺寸表容积m3釜体材料00Cr17Ni14Mo2高合金钢钢板筒体直径mm夹套直径mm筒体高度m夹套高度m釜体的筒体和封头壁厚mm夹套的筒体和封头壁厚mm1624003242260010(2)冷凝器的设计与计算选择固定管板式列管换热器,其型号为TB/T4717。壳径，mm273管子尺寸，mΦ25×2.5公称压强，kPa1.60×103管长，m3公称面积，m24.8管子总数32管程数2管子排列方法正三角形排列序号设备名称规格、型号和材质数量（个）1氧化反应釜V＝16m3，材质为00Cr17Ni14Mo212中和反应釜V＝6m3，材质为不锈钢13酸洗反应釜V＝4m3，材质为Ocr13不锈钢14冷凝器TB/T471715离心机SS800-N/G16离心泵50F-40A17离心泵50F-1618离心泵50F-16A19干燥器YZG-600210压缩机L2-10/8111空气贮槽V＝50m3，φ3120x11917，不锈钢材质112邻二甲苯贮槽V＝25m3，φ3120x11917，不锈钢材质113邻甲基苯甲酸贮槽V＝15m3，φ2516x6760，不锈钢材质114液氨贮槽V＝5m3，φ1916x5165，材质为16MnR115硝酸贮槽V＝15m3，φ2516x6760，材质为玻璃钢1（3）生产设备一览表5生产车间布置图岗位人数备料投料12氧化阶段9中和阶段6酸洗阶段6离心阶段6干燥阶段6三废处理9产品打包9仓库管理6维修技术人员12总监1总计82估算投资资金/万元1.固定资产投资2132建筑工程350设备17822.工程建设及其他费用1123.流动资金500投资总计27446.1生产班制定员6.2投资估算6经济效益核算序号项目单位单价（元）年消耗生产成本（万元/年）1原辅材料1.1邻二甲苯吨45006391.262876.071.2环烷酸钴吨6500019.17124.612辅助材料2.1包装袋个2200000402.2木托盘个40200083燃料及动力3.1冷却水m33150000453.2电Kwh0.782300000179.43.3蒸汽m380700005604工资及福利费2465制造费3905.1折旧费2805.2修理费505.3摊销费05.4其它800生产总成本5599.086.3生产成本6.4经济效益评价销售收入（万元）利润总额（万元）所得税（万元）年净利润（万元）投资回收期（月）135005156.921289.233867.6920其中：（1）销售收入=产量×价格=5000×27000=13500(万元)，邻甲基苯甲酸单价为27000元/吨。（2）利润总额=销售收入-总成本=13500-8343.08=5156.92(万元)所得税=利润总额×25%=5156.92×25%=1289.23(万元)年净利润=利润总额-所得税=5156.92-1289.23=3867.69(万元)注:所得税按利润总额的25%计。（3）投资回收期=1+（固定资产投资+折旧费）/年净利润=1+(2132.00+280.00)/3867.69=1.62年(即1年8个月)所以,1年8个月即可收回成本。1.本设计采用以环烷酸钴为催化剂的空气液相氧化法来制备邻甲基苯甲酸（OTA）产品。在135℃，0.4MPa下反应6个小时，该工艺流程短，生产技术成熟可靠，对设备要求不高，产品质量和纯度都较高（98%）。2.通过物料衡算、能量衡算，本工艺的水和邻二甲苯可以循环利用，所以可大大地降低原料成本、减少浪费现象。7结论3.此次工艺选择的是搅拌反应釜，选用的材料为00Cr17Ni14Mo2高合金钢钢板，反应釜的容积为16m3,反应釜筒体内径为2400mm，高度为3m。选用框式搅拌器，搅拌器的直径为2320mm。4.采用间歇式生产工艺，设备简单，由经济核算得，项目建成后，总投资8343.08万元，年净利润为3867.69万元，投资回收期为一年零八个月，由此可看出本工艺收益较高，经济效益较好。5.本工艺在三废方面的处理是合理的，不会给环境带来污染，绿色环保。综上所述本工艺设计是可行的，而且很有建设价值。致谢衷心感谢王延飞老师在设计过程中给予我的悉心指导，同时也感谢教研室全体老师在大学四年里对我的帮助。感谢各位评委老师以及各位参加我毕业设计答辩会的同学请大家给予宝贵意见！谢谢！