年产10000吨苯酚生产工艺设计开题报告

一、毕业论文内容及研究意义1. 内容设计过程中，查阅本论文的相关资料，了解苯酚合成工艺的进展，明确论文 的目的和意义。本文主要介绍合成苯酚各种工艺方法。目前，苯酚主要通过化学合成方法得 到，国内外厂家主要是采用异丙苯法和磺化法制苯酚1。除此以外，在生产中还 有其他工艺，如甲苯-苯甲酸法和氯苯法等。本文重点对异丙苯法进行了介绍， 并将它的反应原理，生产工艺和方法分别进行了比较。在以后的论文撰写过程中，将对异丙苯氧化合成苯酚的具体工艺流程，以及 对吸收塔设备的各个部件进行设计，并将此反应过程中物料和能量进行衡算。同 时我们将在论文中设计吸收塔设备的内容和步骤，塔设备的强度和稳定性计算。 并用 AutoCAD 将化工工艺流程设计和设备设计，且对吸收塔和厂区设备布置图 进行绘制，在最后将阐述苯酚的发展前景2。2. 研究意义苯酚是重要的化工产品，本文介绍了苯酚的性质和用途，以及苯酚的生产、 市场需求和生产规模，发展前景。通过设计年产 10000 吨异丙苯法法生产苯酚工 艺的最优方案。学习有关设计方面的知识，设备计算和化工原理基础数据的计算， 以及用 AutoCAD 绘图的知识 3 。二、毕业设计研究现状和发展趋势1. 研究现状国内现有生产厂家 20多家，年生产能力 20 多万吨。其中异丙苯法约占 70% 以上，主要生产厂家有上海高桥石化公司、燕山石化公司、吉化集团公司、哈尔 滨华宇股份有限公司等；磺化法约占 26.7%，主要厂家有锦西化工总厂、太原化 工厂、包头第一化工厂等；煤焦油精制法能力较小，主要是由各大钢铁公司焦化 厂生产。以前我国苯酚生产主要是磺化法和煤焦油精制法，一般生产规模较小、 产量低、成本高、环境污染严重。当时主要原料纯苯、硫酸、烧碱等供应紧张， 不能满足苯酚生产的需要，影响了生产能力的发挥。由于我国苯酚的产量不能满 足国内实际生产的需求，因而每年都得大量进口，且进口量呈不断增加的趋势， 因此许多生产厂家准备新建或扩建苯酚生产能力。我国苯酚主要生产公司和生产 能力见表 1-14。表 1-1 我国苯酚主要生产公司和生产能力主要生产公司生产能力（万吨/年）生产工艺北京燕山石油化公有限公司21.6异丙苯法中沙天津石化21异丙苯法上海高桥石油化工公司17.5异丙苯法吉林化学工业（集团）公司染料厂7.2异丙苯法世界苯酚生产主要集中在美国、西欧和日本。目前世界苯酚生产能力为 1090 万吨以上。我国苯酚生产能力为 86.5 万以上。占世界苯酚生产能力的 7.9%。苯 酚合成方法近10 种，早期从磺化法和煤焦油精制法为主。随着天然原料的减少， 以异丙苯法和磺化法为主。由于煤焦油精制法生产过程污染严重，许多国家都已 经放弃。目前以异丙苯为原料的氧化合成法为主5。在进口的同时，我国苯酚也有少量出口。2003 年出口量约为857 吨，比 2002 年增长156.2%。主要出口国家为印度（占总出口量的 63.24%）、朝鲜（占 16.43%）、 伊朗（占总出口量的5.72%）和菲律宾（占总出口量的 3.50%），以上4个国家的出口 量占总出口量的 88.9%6。我国苯酚生产工艺路线采用异丙苯法和磺化法，国内外多采用异丙苯法生产 苯酚，同时得到的丙酮也是重要的化工原料。异丙苯法于 20 世纪 50 年代初期工业化，由美国联合化学公司开发。20 世 纪 60 年代以后，几乎所有新建的大规模生产苯酚的装置都采用这一条合成路线， 在我国此法也占主导地位。其原因是：生产可同时得到苯酚、丙酮及少量a-甲基 苯乙烯、苯乙酮等副产物；并且产品纯度高、投资低。目前世界苯酚产量中采用 异丙苯工艺的占 90%。是几种生产工艺中最具竞争力的一种。异丙苯法包括 3 步反应：第1 步：丙烯和苯进行烷基化反应得到异丙苯，第 2步：用空气或氧气将异 丙苯氧化，生成过氧化氢异丙苯（CHP）,第3步：将过氧化氢异丙苯分解，生成 苯酚和丙酮7。其中步骤一是最重要的反应，也是近几年技术发展最大的部分，目前使用较 为广泛的是固体磷酸法生产异丙苯制苯酚，但该方法对反应器腐蚀严重，正逐渐 被更为先进的沸石分子筛法生产异丙苯制苯酚取代。出于对环保的考虑，许多苯酚装置配有特殊的水处理装置，以便从废水中回 收丙酮和苯酚。由于在生产中生成过氧化氢异丙苯这种不稳定的过氧化氢，在一 定条件下其可剧烈分解，因此，该工艺装置在设计时需着重考虑安全问题8。2.发展趋势苯酚是化学工业中的一种重要的基本有机合成原料，它广泛的应用于塑料、 合成纤维、医药、农药和染料中间体等的工业生产中。其主要用途是制造酚醛树脂、双酚A（BPA）、己内酰胺和苯胺。苯酚的最终消费主要集中在汽车、家电、 建材以及运输（保温）等领域在PC树脂和酚醛树脂的消费方面9。2010年我国苯酚表观消费量达到127.1万t,同比增长16.4%，主要来源于 下游双酚A的增长。从20082010年，我国双酚A生产能力，从28.6万t/a快 速增加到60万t/a,对苯酚的理论年需求也由25万t增加到52.4万t。2010年来 自双酚 A 的苯酚需求，比例从之前的 12%提高到 22%左右。而酚醛树脂、医农 药等其他领域，在受到低附加值的成本压力，和环保整治力度加强等外在影响下， 预计对苯酚的需求增长有限10。国内产量增幅较大2010年，我国苯酚产能为86.5万t/a，同比增长32%, 产能增长主要来自于中沙天津石化装置的投产和高桥石化装置改造。由于我国苯 酚的产量不能满足国内实际生产的需求，因而每年都得大量进口，且进口量呈不 断增加的趋势。进口产品主要来自于荷兰（占总进口量的 20.5%）、韩国（占总进口 量的15.83%）、中国台湾省（占总进口量的15.32%）、美国（占总进口量12.84%）、 意大利（占总进口量的 12.01%）、西班牙（占总进口量的 8.34%）、日本（占总进口量 的 6.60%）、香港（占总进口量的 4.07%），以上进口几个国家和地区的进口量占到 总量的 95.51%。进口方式以一般贸易为主， 2003 年进口量达到 24.75 万吨，约 占总进口量的 76.7%。未来形势我国宏观经济形势前景依然严峻；一是投资快速增长背后存在隐 忧；二是国内经济通胀压力使得消费者信心指数不足。化工产业链疲软态势还将 可能延续。专家分析，2011年酚醛树脂、双酚A等行业仍显疲软，预计需求难 有明显好转。加上纯苯、丙烯等原料价格上涨，生产企业的成本压力增强，对后 期苯酚市场的走势形成制约。3.工艺方法对比3.1 异丙苯法11此法合成苯酚并联产丙酮的工艺最早由苏联开发并于1949年实现工业化。 其合成原理如下：CHh2cCH3H3PO4CH3CH3CH3CH3CH3O2Na2CO323”o O HCH3OHch3I 3chC 3O O H由于此法可以利用石油炼制过程中副产的丙烯及苯作原料，在生产苯酚 的同时联产丙酮，装置的一次性投资和生产成本都较低，而且收率较高，污 染少，因而得到迅速发展，成为合成苯酚的主要方法。目前，世界上由异丙 苯法合成苯酚的产量已占苯酚总产量的 90%以上，在中国目前绝大部分苯酚 生产厂家也是用此法来生产。但此法从原料到最终产品要经过三步化学反应， 工艺流程长，而且反应中有过氧化物存在，不稳定，较难控制，因而使此法受 到了一定的限制，由此决定了其工业生产装置必须具有相当大的规模才能确保 获得较好的经济效益。3.2 磺化法1932 年美国 Monsanto 公司采用磺化碱熔法并实现了工业化，是最古老的合成路线。其原理如下：+ H2SO4SO3Hh2o汽 Na2COr?SO3NaIl 3+ CO2+ h2oONa十 CO?+ H?O ”OHNaHCO3此法工艺成熟，设备简单，生产规模可大可小，特别适合于进行小规模生产。 但生产过程中需消耗大量的酸和碱，而且设备腐蚀和三废污染问题严重，生产成 本高，正在逐步被淘汰。我国仍然有少数厂家沿用此法，技术改造问题迫在眉睫。3.3 氯苯法12 这是一种以苯为原料，经氯化得到中间产品氯苯，再经水解合成苯酚的方法 根据制备氯苯和水解工艺的不同，又可分为拉西一虎克法和氯苯碱性水解法。拉西一虎克法于 30年代由德国开发，其合成原理如下:+ HCl+ 1 2 O2 CU + Al23 . 275七Cl+ h2oH2O磷酸钙，磷灰石400-500COH+ HCl氯苯碱性水解法于20年代由美国Dow化学公司开发，其合成原理如下:+ Cl2+ 2NaH+ HClOH+ HCl+ NaCl+ H2+ NaCl氯苯法收率较高，但同样存在物料损耗大、能耗高、设备腐蚀严重、生 产条件苛刻、污染严重等弊病，亦属于淘汰之列。3.4 环己烷氧化法13美国 Monsanto 公司在澳大利亚建厂时曾采用此法生产苯酚，但后来改用 异丙苯法生产苯酚。此法先由苯加氢得到环己烷，然后将环己烷氧化为环己酮 和环己醇的泯合物，最后将该混合物脱氢而得到苯酚，反应选择性较高。 其合成原理如下:3H2Pd-Ni+ 2OH3H2H当丙酮需求量不大时，此法有一定的吸引力，但由于环己烷自身氧化较困难， 产物难分离，副产物较难处理而无法与异丙苯法竞争，近年来也很少有对此法进 行进一步研究的报道。3.5 甲苯-苯甲酸法14 其合成原理如下：甲苯一苯甲酸法合成苯酚的第一步是甲苯在催化剂作用下被空气氧化为苯甲酸，反应温度为140200C，压强为2.5-3.OMPa，总的反应式为：2CH33 O2催化剂 140C,2.5MPa2COOH+2 H2O反应历程为自由基反应。苯甲酸液相空气催化氧化合成苯酚的总反应式为：COOH+ O2催化剂+ 2 CO2从热力学角度分析，苯甲酸液相空气催化氧化合成苯酚的反应恰变小于零吉布斯自由能变也小于零，为强放热反应，反应可以自发进行。3.6 重氮盐水解法15芳香烃经硝化、还原、重氮化得到重氮盐，然后水解得到酚HNO3H2SO4NO2Fe,HClNH2NaNO2 -H2SO4n2hso4HOa OH三、毕业设计研究方案及工作计划1. 研究方案第一阶段：查阅文献得到研究体系主要物料的物性及主要工艺方法1.1 苯酚的性质1.2 异丙苯工艺生产方法第二阶段：确定设计方案2.1 苯酚的生产2.2 原料选择2.3 异丙苯法生产工艺第三阶段：设计计算3.1 设计方案的确定3.2 苯酚的物料平衡计算3.3 苯酚的热量平衡计算第四阶段：塔设备设计与厂区设计4.1 塔设备的分类4.2 设备设计计算程序及步骤4.3 厂区设计2. 工作计划2月20日2月27日：查阅本设计的资料和各种相关文献； 2月28日3月5日：理解苯酚生产工艺的进展，明确设计的目的和意义； 3月6日3月18日：撰写开题报告和英文翻译；3月19日3月25日：修改开题报告和英文翻译，进行第一轮答辩；4 月 1 日 4 月 7 日：整理资料，为撰写毕业论文初稿做准备；4 月 8 日 5 月 8 日：撰写毕业论文初稿；5 月 9 日 5 月 15 日：修改毕业设计初稿；5 月 15 日：答辩。四、主要参考文献1 GB339-889.工业合成苯酚S.国家技术监督局，2009,(1):32-33.2 陈声宗.化工设计M.北京：化学工业出版社，2008,(1):67-69.刘智等.工业芳烃化学M.北京：北京工业出版社,2007,(2):103-105.4 党红翌等.苯酚制备工艺进展J.齐鲁石油化工,2005，27(2): 127-130.5 A.P.Gelbein, et al. Make Phenol from Benzoic AidJ. Hydrogen Processing， 2010,57(11):125-127.6 邹彬,胡炎等. 苯酚生产工艺的研究发展. 石油化工, 2009,(5)38-41.7 曹钢.异丙苯法生产苯酚丙酮M.北京：北京化学工业出版社,2007:63-67.8 L.Von.Dierendonek， et al. Phenol and Its DerivativesJ. Andy. Chem. Series ， 2006， (23):133-136.9 张威.苯酚的深加工与应用J.辽宁化工,2008,(5):15-18.10 Stobaugh.R.B. Phenol: How Where ， Who-FutureJ. Hydrogen processing ， 2010， 45(l):143-145.11 杨悟子.有机化学J.上海:华东理工大学出版社,2007,(2): 27-29.12 郭灿城.有机化学M.北京:科学出版社,2010： 35-38.13 杨华.苯酚精制方法综述J.化工发展,2009,(5):11-13.14 党红翌，张瑛.齐鲁石油化工M.天津大学化工学院，2006,(2):38-40.15 Warren.W.Kaeding. How to Make Phenol from tolueneJ. Hydrogen Processing,2011， 43(11):173-175.