气相法均苯四甲酸二酐生产工艺及其冷凝态收集方法

摘要

均苯四甲酸二酐(英文缩写PMDA)是有机合成工业的重要原料，也是发展新型化工材料和高附加值精细化工产品的基本原料，用途广泛。目前国内外生产厂家普遍采用气相氧化法生产均苯四甲酸二酐。气相氧化法是将空气与汽化后的均四甲苯混合进入含有催化剂的氧化反应器进行氧化反应，反应产物经换热冷却后，均苯四甲酸二酐直接从气相中凝华捕集。在气相氧化法中，均四甲苯氧化生成均苯四甲酸二酐的同时，还发生一些副反应，生成一些部分氧化和过度氧化的副产物。如何实现气相均苯四甲酸二酐的高收率回收，并与其它副产物的有效分离，提高均苯四甲酸二酐产品的纯度，已经成为气相氧化法生产均苯四甲酸二酐的关键环节。 论文依托某厂的均苯四甲酸二酐生产工艺，首先从传统的气相法均苯四甲酸二酐捕集工艺出发，详细介绍了某厂气相法制取均苯四甲酸二酐的工艺流程，给出了均苯四甲酸二酐生产的工艺物流状况，并详细的研究和计算了催化剂的床层体积、反应器的流动形式及其他工艺参数。 针对现有气相均苯四甲酸二酐捕集工艺存在的问题，论文首次提出了气相均苯四甲酸二酐的冷凝态捕集方法：利用冷凝态物质的高汽化潜热，在收集气相均苯四甲酸二酐产品过程中引入冷凝态物质，快速凝华均苯四甲酸二酐，然后通过旋风器分离收集均苯四甲酸二酐产品。在安全性方面，分析了爆炸极限和闪点等重要参考指数；在可行性方面，综合了安全因素、热力学物性、经济花费等三大因素，得出一些正构烷烃适合作为冷凝态物质；在装置方面，探讨并设计了三种凝华换热器的模型。 本文进一步从这种新的收集方法出发，设计了一套完整的冷凝态物质凝华收集气相均苯四甲酸二酐的工艺。利用化工软件对此工艺进行了模拟计算，得出结果： 1，使用冷凝剂甲(△vapH(160℃)=4903cal·mol-1)可使均苯四甲酸二酐回收率达98.42％以上；如果将第二次气固分离出来的均苯四甲酸二酐加入到反应尾气中进行循环的话，其回收率达99.98％以上；每回收100t均苯四甲酸二酐，需要一次投入此冷凝剂114.7077t；对于年产100t的生产线，需要补充0.0229t/a冷剂。 2，使用冷凝剂乙(△vapH(160℃)=3534cal·mol-1)，每回收100t均苯四甲酸二酐，需要冷凝剂127.32t。 3，使用冷凝剂丙(△vapH(160℃)=6389cal·mol-1)，每回收100t均苯四甲酸二酐，需要冷凝剂97.81t。 在理论模拟计算上表明，引入冷凝态剂，所需经济花费不大，又可达到均苯四甲酸二酐产品凝华结晶快速且纯度很高，产品收集过程顺利，可以实现连续性生产，年产量得到较大提高，另外还减少了过程能耗，改善了环境，减少了占地。 最后，本文又首次对设计的工艺进行了灵敏度分析。通过综合考虑工艺路线的各个组成部分，确定了其中的敏感位置以及相应的参数。并在模拟计算分析过程中，改变这些敏感位置的参数，考察了原先设计的操作点附近参数的变化对产品纯度和收率的影响，从而为实际工艺操作指明了方向。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

第一章前言

1.1论文的目的与意义

1.2论文的研究内容

第二章文献综述

2.1均苯四甲酸二酐的性质和用途

2.2均苯四甲酸二酐的生产方法

2.2.1 2,4-二甲苯氯甲基化法

2.2.2偏三甲苯烷基化法

2.2.3偏三甲苯羰基化法

2.2.4均四甲苯法

2.3均四甲苯气相催化氧化的技术进展

2.3.1催化剂

2.3.2分离技术进展

2.4均苯四甲酸二酐的收集技术进展

2.4.1直接接触法收集

2.4.2间接接触法收集

2.4.3其他收集方法

2.4.4粗酐精致

第三章某厂均苯四甲酸二酐生产工艺

3.1均酐生产工艺流程

3.1.1氧化工段

3.1.2水解工段

3.1.3精制工段

3.2均苯四甲酸二酐生产工艺物流

3.3 反应器

3.3.1催化剂床层体积

3.3.2反应器形式

3.3.3反应器列管数

3.3.4传热总系数的计算

3.3.5平均传热温差的计算

3.3.6传热血积的校核

3.3.7床层压降

3.3.8壳程压力降

3.4主要操作参数与设备一览表

3.4.1主要设备一览表

3.4.2主要操作参数

3.5 小结

第四章冷凝态法气相均酐收集方法

4.1前言

4.2气相均苯四甲酸二酐冷凝态收集方法的提出

4.2.1早期用到的冷剂模型

4.2.2 UCC的冷凝态技术

4.2.3冷凝态操作的提出

4.3冷凝态剂的选择

4.3.1基本物性

4.3.2冷凝态剂的安全性考察

4.4凝华换热器的设计

4.4.1喷嘴的选择

4.4.2换热器的设计

4.5小结

第五章收集工艺路线的设计及计算

5.1引言

5.2凝华换热器的参数设计

5.2.1产品气入口温度

5.2.2冷凝态剂入口温度

5.3完整的冷凝态剂收集气相均苯四甲酸二酐工艺流程设计及模拟计算

5.3.1冷凝态法收集气相均苯四甲酸二酐工艺

5.3.2凝华换热器的热量交换基本计算

5.3.3完整的冷凝态法收集气相均苯四甲酸二酐工艺计算

5.4小结

第六章冷凝态法收集气相均苯四甲酸二酐工艺灵敏度分析

6.1引言

6.2冷凝态法收集气相均苯四甲酸二酐灵敏度分析

6.2.1冷凝态法收集气相均苯四甲酸二酐灵敏度模型

6.2.2冷凝态法灵敏度分析模拟计算

6.3小结

第七章结论与展望

参考文献

致谢