تولید فنل
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 امتیاز 3.67 (رای 9)

شبیه سازی پردازش ASPEN Plus

برای ASPEN شبیه سازی فرآیند تولید فنل، از یک کاتالیزور زئولیت استفاده خواهیم کرد. ماده در طی فرایند به یون تبدیل می شود و از این رو حل می شود. روش مالکیت EPNRTL در اجرای شبیه سازی در طول گزارش استفاده شد.

فرضیات

  • حلالیت کاتالیزور
  • کاتالیزور زئولیت به خوبی تعریف نشده بود. از این رو، نیاز به پیش بینی های معنی دار وجود دارد. این به این دلیل است که محلول کاتالیزور بخش جداسازی فرایند را تحت تاثیر قرار می دهد، یعنی می تواند منجر به مسدود شدن لوله و سینی های ستون تقطیر شود. از تجزیه و تحلیل IUPAC، بیشتر قطعات کاتالیزور محلول بودند.

  • کاهش استون
  • پیش فرض ها باید در رابطه با حلال مورد نیاز برای این فرآیند ساخته شود. از تجزیه و تحلیل آب، استون و مخلوط های بنزن در راکتور، لازم بود که محلول تک فاز همزاد در 22 psi را حفظ کند.

  • کیفیت پراکسید هیدروژن
  • پراکسید هیدروژن به دست آمده از مواد افزودنی برای افزایش ثبات آنها است. مقدار تثبیت کننده ها همیشه با افزایش قدرت پراکسید هیدروژن افزایش می یابد. تجزیه و تحلیل فرض می کند که پراکسید هیدروژن حاوی تثبیت کننده ها نیست، به طوری که اجتناب از حضور در سیستم باشد.

    .
  • درمان ضایعات
  • این پروژه فرض می کند که در حال حاضر زباله های موجود وجود دارد و یا به دلیل ماهیت فرایندهای شیمیایی انجام می شود.

شبیه سازی در ASPEN plus

بحث

این راکتور، جایی است که فرآیند اولیه پروپیلن و بنزن واکنش نشان می دهد، باید به صورت لیست شده در لیست اجزای تشکیل شده باشد. راکتورهای آلکیله سازی و ترانالکلی کردن به طور جداگانه مدل سازی می شوند. محدوده دماي 300-400 ° C و فشار 25 atm اتخاذ مي شود.

با استفاده از فشار حالت تعادل به عنوان واکنش در فشار تعادل اتفاق نمی افتد، اما وابسته به درجه حرارت و نسبت بنزن / پروپیلن است. ASPEN Plus دارای هفت مدل راکتور موجود است.

راکتور RGIBBS وابسته به تعادل در شکل دادن به اجزای ماده است که در آن انالپتیک آزاد محصول در آن قرار دارد

رویکرد دما برای هر واکنش در حال اجرا است در حالیکه جریان جریان مولکول خوراکی با ارزش یک کیلومتر / ساعت حفظ می شود و جریان خوراک شامل پروپیلن و بنزن است. دمای راکتور در 350 ° C و فشار در 25 atm قرار دارد. اثرات تغییر درجه حرارت و انتخابی در تبدیل، نظارت می شود.

محاسبات انجام شده بر اساس فرمول زیر است

٪ Selectivity of cumene = Fcumeneproduct / (Fpropylenefeed-Fpropyleneprod) x 100٪

درصد تبدیل پروپیلن = (FpropylenefeedFpropyleneprod) / Fpropylenefeed x 100٪

٪ انتخابی m-DIPB = Fmdipbproduct / (Fpropylenefeed-Fpropyleneprod) x 100٪

درصد انتخابی p-DIPB = Fpdipbproduct / (Fpropylenefeed-Fpropyleneprod) x 100٪

جایی که

Fcumeneproduct = جریان جریان مولی cumene در محصول

Fpropylenefeed = جریان مولی پروپیلن در خوراک

Fpropyleneprod = میزان جریان مولی پروپیلن در محصول

Fmdipbproduct = جریان مولی m-DIPB در محصول

Fpdipbproduct = جریان جریان مولد p-DIPB در ماده.

مدل های RSTOIC راکتور در پیدا کردن گرمای استاندارد واکنش برای واکنش های مختلف اقتباس شده است

شماره واکنش گرمای استاندارد واکنش
1 -23.670
2 -24.321
3 0
4 0.649
5 0.649
6 -0.325
7 -0.324

تاثیر دما و غلظت بنزن / پروپیلن بر واکنش.

تبدیل پروپیلن با افزودن غلظت بنزن / پروپیلن برای یک دمای معین افزایش می یابد. این به دلیل کاهش نسبت پروپیلن در خوراک است. در نتیجه واکنش اگزوترمی، تبدیل پروپیلن با هر افزایشی از گرما که برای افزایش غلظت بنزن / پروپیلن ثابت است کاهش می یابد. در نهایت، انتخابی Cumene با هر افزایش غلظت بنزن / پروپیلن در یک دمای معین افزایش می یابد، زیرا واکنش پلی آلکیل کردن به دلیل مقدار بیش از حد بنزن کاهش می یابد. افزایش دما، انتخابی Cumene را برای هر بوته ای بنزن / پروپیلن افزایش می دهد، مانند واکنش های ترانس آلکیل سازی که در دمای بالا اتفاق می افتد.

  • تاثیر افزایش / کاهش دما و بنزن: غلظت پروپیلن بر تبدیل پروپیلن.
  • اثر افزایش / کاهش دما و بنزن: غلظت پروپیلن بر انتخابی کومان
  • تأثیر افزایش / کاهش دما و بنزن: غلظت پروپیلن بر روی selectivity m-DIPB و p-

این فرآیند تولید فنل شامل احیاء یا بازیافت کومن اکسید شده است. Cumene در یک جریان به داخل رگ اکسیداسیون تغذیه می شود که در 110-115 oC و pH محدوده 6.0 به 8.0 نگهداری می شود. این مخلوط در معرض هوای فشرده قرار می گیرد تا زمانی که حداقل 20-25٪ از کومان به هیدروپراکسید کومن تبدیل شود

این مخلوط خام به 80٪ متمرکز شده و سپس به یک رآکتور تزریق می شود که در آن هیدروپراکسید کومن به فنول و استون تقریبا حدود 70 ° C و فشار اتمسفر تقسیم می شود. این واکنش نیاز به مقدار کمی اسید سولفوریک دارد.

جریان سپس به فرآیند جداسازی هدایت می شود، اما ابتدا در آب شسته می شود و استون به عنوان سربار در ستون اول حذف می شود. سپس مخلوط با تقطیر متوالی تمیز می شود. در ستون اول، Cumene واکنش داده نشده به جریان بازیافت منتقل می شود. این cumene قبل از ارسال آن به جریان خوراک درمان می شود.

فرایند تصفیه، از طریق هیدروژنه کاتالیزوری از متیل استایرن به کومان است؛ این از طریق تقسیم دقیق حاصل می شود که متیل استایرن به عنوان یک محصول جانبی به دست می آید.

واکنش فنل در دو مرحله انجام شد. اولین واکنش تولید هیدروپراکسید کومن توسط دو ماده خام یعنی کومان و اکسیژن است. واکنش در برج اکسید کننده در 110-115 oC و pH محدوده 6.0 به 8.0 صورت می گیرد. محصول متوسط ​​که هیدروپراکسید کومن به عنوان یک واکنش دهنده در راکتور دوم مورد استفاده قرار می گیرد، رآکتور مورد نظر برای استفاده، راکتور مخزن مشتق شده (CSTR) است. بیشتر این تبدیل در اینجا اتفاق می افتد یعنی حدود 90٪. در فرایند جداسازی، محصول جانبی و زباله ها به منظور تولید محصول اصلی یعنی فنول حذف می شوند.

نمودار جریان فرآیند پایه و پس زمینه

شکل 5: نمودار بلوک برای فرآیند فنل

بنابراین برای شبیه سازی، فرآیند تولید فنل متشکل از دو فرآیند یعنی اکسیداسیون و تجزیه کومن است

فرایند هک (اکسیداسیون کومن)

C 6H 5CH (CH 3) 2+O 2C 6H 5C (CH 3) 2اوه

C 6H 5CH (CH 3) 2+ 1.5O2 → (CH 3) 2C 6H 3CH 2OH

واکنش شکاف

(CH 3) 2C 6H 3CH 2OH → C 6H 4(C 2H 3) CH 3+ H 2O

C 6H 5C (CH 3) 2OOH → C 6H 5OH + CH 3COCH 3

نمودار روند روند آسپن

جدول تقطیر در مراحل مختلف

از نمودار این روند شش مرحله دارد

  • اکسیداسیون کومن برای تولید هیدروپراکسید
  • غلظت هیدروپراکسید کومن
  • انهدام (تجزیه هیدروپراکسید کومن)
  • خنثی سازی فاضلاب
  • پاکسازی
  • درمان فاضلاب

ASPEN plus گزارش

  • پمپ (p-201)
  • برای افزایش فشار بنزن به 3000 kPa

  • پمپ (p-202)
  • برای افزایش فشار پروپیلن به 3000 kPa

  • بخاری
  • مخلوط مواد خوراکی را به 350 oC بخار می بخشد و سوپرایز می کند

  • راکتور
  • جایی که تبدیل واکنش های محدود کننده انجام می شود.

    C 3H 6+C 6H 6-> C 9H 12
  • فلش مموری
  • ترکیبی از مبدل حرارتی و یک درام فلش با هدف کاهش دما و فشار برای جدا کردن پروپان پروتئین و پروپیلن بدون واکنش از کومن و بنزن.

محاسبه دستی از واکنش دهنده ها در راکتور.

تعادل مواد و انرژی

واکنش در راکتور اول نشان می دهد که یک کومول C 6H 5CH (CH 3) 2و یک کیلومتر از O 2یک کولول C تولید می کند 6H 5C (CH 3) 2اوه همچنین در حضور اسید سولفوریک (H 2SO 4)، یک کیلومتر از سی 6H 5C (CH 3) 2OOH یک kmole C را تخریب می کند 6H 5OH و یک کیلومتر از CH 3COCH 3. با استفاده از رابطه استاندارد زیر می توان توده هایی را که در تولید فنل دخیل هستند محاسبه کنیم.

نرخ ورودی توده = نرخ خروجی توده

تولید فنل در یک سال = 136363.64 تن در سال

= 15.56663 تن در ساعت

= 15566.63 کیلوگرم در ساعت

= 165.6 kmole / h

درصد ترکيب محصول در پراکسيد هيدروژن کومان در مخلوط در راکتور اول

X3cumene = 0.6

X3cumene هیدروژن پراکسید = 0.3

X3oxygen = 0.1

تبدیل تبدیل:

راکتور X 2 = 90٪

برای به دست آوردن مقدار مولی در 1 راکتور، ابتدا محاسبه کنیم

تعادل مولکول در راکتور 2 (اسیدی کننده).

تعادل فنل:

N3X3phenol = N4X4 فنول - ar2 N4X4 فنول

=> 165.6 kmole / h

a = 1

0 = N4X4 فنول - r2 r2

= 165.6 کیلومتر / ساعت

تعادل استون:

N3X3acetone = N4X4acetone–ar2

N4X4acetone = 165.6 kmole / h

تعادل پراکسید کومن:

N3X3cumene هیدروژن پراکسید = -ar2 / Xreactor2

= - (-1) (165.6) / (0.9)

= 184 kmole / h

تعداد کل مول در راکتور فید 2، N3

N3X3cumene هیدروژن پراکسید = 184 kmole / ساعت

X3cumene هیدروژن پراکسید = 0.3 N3 (0.3) = 184 کیلومترول / ساعت

N3 = 613.3 kmole / h

پیدا کردن جریان جرم برای خوراک در 2 راکتور.

F3 = N3X3 cumene(آقای cumene) + N3X3 cumeneپراکسید هیدروژن (آقای پراکسید هیدروژن کومن) + N3X3oxygen (آقای اکسیژن)

= (613.33) (0.6) (120) + (613.33) (0.3) (150) + (613.33) (0.1) (32) = 73722.26 کیلوگرم در ساعت

مقادیر به دست آمده نشان می دهد که 2 راکتور 73722.26 کیلوگرم ساعت هیدروژن پراکسید کومن و کومن و اکسیژن برای تولید 15566.63kg / h فنول با نرخ تبدیل 90٪ نیاز دارد.

برای به طور کامل انجام تعادل مواد و انرژی در سیستم (hysys) نیاز به کشیدن اتاق های تبدیل و جریان ورودی و خروجی مربوطه آنها وجود دارد.

مقایسه نتایج ASPEN plus و نتایج محاسبات دستی

از داده ها در گزارش ASPEN plus می توان نتیجه گرفت که محاسبه دست نشان دهنده واضح بودن مواد مورد استفاده می باشد. شبیه سازی وضعیت ایده آل پروژه را فراهم می کند.

ورودی و خروجی انتظار می رود

هدف اصلی فرآیند طراحی، تجزیه و تحلیل هزینه ها و اصول تولید اسید کاربولیک 100000 سالانه می باشد. از کتاب های شیمیایی، وزن مولکولی Cumene 120.20 g mol-1 است و دارای تراکم 862 کیلوگرم / m3 می باشد. در حالی که بنزن دارای تراکم 876 کیلوگرم / m3 و وزن مولکولی 78.11 g / mol است. در نهایت پروپیلن دارای تراکم 1.81kg / m3 و وزن مولکولی 42.08g / mol است. در نهایت فنول دارای تراکم 1070kg / m3 است در حالی که جرم مولی آن 94.11g / mol [9] است. قرار دادن این تراکم و توده های مولی در ذهن، نیازهای ورودی زیر لازم است: 255050 متریک تن Cumene، 728545 تن پروپیلن و 392490 تن بنزن برای ساخت. این مقادیر به نزدیکترین پنج متریک تخمین زده می شود.

تجزیه و تحلیل هزینه های اقتصادی

در ارزیابی گزینه ها، تجزیه و تحلیل سودآوری بر اساس تعداد معیارهای اقتصادی یعنی دوره بازپرداخت، تحلیل جریان نقدی و نرخ بازده داخلی انجام می شود. ما هزینه عملیاتی معادل سالانه را در تجزیه و تحلیل اعمال می کنیم

تجزیه و تحلیل سودآوری

EAOC = - (ارزش محصول - هزینه تغذیه - سایر هزینه های عملیاتی - سالیانه هزینه سرمایه)

هنگامی که ارزش EAOC منفی است، نشان دهنده سودآوری است. هزینه کومن ناد بنزن از خبرنگار بازاریابی شیمیایی به دست آمد. هزينه هزينه سرمايه (هزينه ساليانه) هزينه ثابت يک بار است که عمدتا به ساخت کارخانه مربوط مي شود. این تعریف شده است

سالیانه هزینه سرمایه = FCI ((i (1 + i) n/ (1 + I) n-1)

جایی که

FCI هزینه نصب تمام تجهیزات است

من نرخ بهره است، i = 0.15؛

n زندگی گیاهی برای اهداف حسابداری است، n = 10.

بحث سودآوری

برای برنامه های کاربردی صنعتی، این طرح می تواند تقریبی باشد تا هزینه های ثابت 25 میلیون دلار را به همراه هزینه های 127.6 میلیون سال در هزینه های مستقیم سرمایه [7] مصرف کند. هزینه های ایستا از طریق خرید تجهیزات مانند؛ دیگهای بخار، پیش گرم کننده، راکتور، بخاری، کولر، رفلکس، کمپرسور، کندانسور، ستون ها و کابین ها [7]. اکثر هزینه های مستقیم سرمایه حاصل از خرید مواد خام است. کدامیک می تواند به هزینه های $ 1.37، $ 1.12، $ 1.20 و $ 3.30 در هر کیلوگرم به ترتیب برای کامن، پروپیلن، بنزن و DIPB پیش بینی شود که هزینه های سالانه 133419932 $ 45552468، $ 79919133 و $ 12521737 به صورت مقدماتی به صورت جدول زیر است.

مواد اولیه هزینه هر کیلوگرم ($) هزینه سالانه ($)
کومن 1.37 133419932
پروپیلن 1.12 45552468
انواع مواد نفتی قابل اشتعال 1.20 79919133
DIPB 3.30 12521737

اهداف تولید

زمین و ماشین آلات

شرح اندازه گیری / مقدار هزینه
منطقه تحت پوشش مربع فوت 500
ناحیه کشف شده مربع فوت 500
مساحت کل مربع فوت 1000
مسکن اجاره ای 2000
راکتور 1 34255.03
میکسر 1 34255.03
دستگاه های جداسازی 1 34255.03

هزینه تخمینی در هر سال

مجموع هزینه های تکراری در هر سال 26951.26
استهلاک ماشین آلات و تجهیزات 372.34
علاقه به کل سرمایه گذاری @ 10٪ 595.74
جمع 27919.34
حراجی
مورد مقدار ارزش ($)
فنل 100,000 34255.03
جمع 34255.03

سودآوری

سود ناخالص سالانه 6335.69
درصد سود در فروش 18.50٪
هزینه سالانه ثابت 8668.01
فروش سالیانه 34255.03
هزینه متغیر سالانه 18283.25
نقطه ناپایدار 54.27٪

مسائل ایمنی و خطر

سلامت و امنیت

نیاز به مدیریت ایمنی با حضور مواد قابل اشتعال و سمی ضروری است. این فرایند باید کنترل کیفیت فرآیند و انحرافات درون فرایندها را در نظر بگیرد.

مستندات ایمنی فرایند

بنزن

این ماده شیمیایی هنگام استنشاق بسیار خطرناک است. همچنین برای پوست و چشم ها نیز مضر است. هنگامی که مقدار زیادی از آن ریخته شود باید از تماس با گرما یا منبع احتراق جلوگیری شود. ابزار حفاظتی باید مانند عینک ایمنی، کت آزمایشگاهی و دستکش استفاده شود. همچنین در نظر گرفته می شود سرطانزا است.

آب اکسیژنه

این دارای اثر تحریک پوست و چشم است. همچنین در صورت تماس با پوست و چشم نیز خورنده است. همچنین می تواند باعث آسیب بافتی و دستگاه تنفسی شود. می تواند باعث احتراق و ارائه اکسیژن برای حفظ آتش سوزی. تجهیزات حفاظتی شخصی یعنی دستکش، محافظ صورت، چکمه، تنفس بخار و کت و شلوار کامل باید پوشانده شود.

فنل

در صورت تماس یا استنشاق خطرناک است. هر دو پوست و چشم را تحریک می کند. قرار گرفتن در معرض همچنین می تواند به ریه، کلیه و آسیب سیستم عصبی مرکزی منجر شود. حفاظت شخصی باید شامل یک قبضه مصنوعی، بخار، عینک ایمنی، دستکش و ماسک گردنده باشد.

محدودیت اشتعال پذیری

بنزن دارای حد قابل اشتعال از 1.2 درصد به 11.5 درصد در حجم در اکسیژن است. بنزن موجود در بخار فاضلاب نیاز به کنترل مکانیسم برای جلوگیری از آتش سوزی دارد. گاز طبیعی کنترل شده به داخل

تجزیه و تحلیل هازپ

فرایند تولید فنل اکسوترمی است، بنابراین یک سیستم خنک کننده وجود دارد. وقفه در سیستم خنک کننده درجه حرارت راکتور را افزایش می دهد. این تغییر دما می تواند به یک واکنش فرار تبدیل شود که در نهایت می تواند عروق را جذب کند. موارد ذکر شده عبارتند از: خط خنک کننده آب، خط مشتقات مونومر، مخزن راکتور و موتور همزن. از تجزیه و تحلیل Hazop ما می توانیم تغییرات زیر را دریافت کنید:

  • معرفی یک سیستم نظارت بر درجه حرارت بالا برای هشدار دادن به اپراتورها
  • نصب و راه اندازی متر آب خنک کننده و زنگ برای نشان دادن فوری در از دست دادن آب خنک کننده.
  • فراهم کردن یک خاموش کردن دمای بالا، که سیستم را در صورت بروز بیش از حد رآکتور بسته می کند.
  • نصب یک سوپاپ برای جلوگیری از جریان معکوس آب خنک کننده.

گزارش Hazop را می توان به صورت زیر ارائه کرد:

مسائل زیست محیطی

به منظور ایجاد سازگار با محیط زیست، باید چندین عنصر تولید را در نظر گرفت. برای جلوگیری از انتشار مواد آلی در هوا، باید فلاپی را در نظر گرفت. هر فاضلاب حاصل از گاز، برای فیلتر کردن ترکیبات آلی، ترکیب، خالص و عبور می کند. متان به عنوان یک خوراک کنترل شده برای کاهش اشتعال پذیری سیستم گنجانده شده است.

فرایندهای شیمیایی که در تولید فنل دخیل هستند تاثیر چندانی بر محیط زیست ندارد. این اثرات بر محیط زیست به علت انواع مختلف زباله تولید شده در طول کل فرآیند است. این زباله ها هستند

  • استئفنون
  • آب اسیدی شده

این زباله ها در مراحل مختلف فرایند تولید می شوند و اثرات متفاوتی بر محیط زیست دارند. استئفنون یک محصول عمده کل سیستم است.

آب اسیدی شده از فرآیندهای موجود در محفظه جداسازی آزاد می شود. این زباله زمانی ایجاد می شود که pH PH کاهش می یابد و به دلیل رسوب آن از طریق باران. آب اکوسیستم و جریانهای مغذی قابل توجهی را که منجر به مرگ ماهیان و گیاهان آب شیرین می شود و به شرایط PH بستگی دارد.

خواص آب اسیدی شده عبارتند از:

مشخصات فیزیکی داده ها
فرمول شیمیایی H2O
حالت فیزیکی در دمای اتاق مایع
بو -
ظاهر مایع بی رنگ
نقطه جوش 100 ° C
نقطه ذوب 0 ° C
چگالی نسبی 1g / cm3
توده مولر X
حلالیت نا محدود
ویسکوزیته 8.90 x 10-4 Pa.s
pH 3.0

از این شرایط محیطی، آشکار است که این گیاه نیاز به آب زیادی برای فرآیند بازیافت دارد، بنابراین توصیه می شود که در نزدیکی یک منبع آب واقع شود. این محل همچنین توسط این واقعیت پشتیبانی می شود که حمل و نقل به بازار بین المللی خواهد شد آسان توسط آبراه ساخته شده است. فاضلاب برای اطمینان از عملکرد غنی از سوخت استفاده می شود و فایده را فعال می کند.

طرح زمینی کارخانه

طرح بندی این شیوه طراحی شده است تا اجازه ورود مواد را بدهد و محصول را از راه مناسب ترک کند. این کارخانه در مرکز طرح قرار دارد تا از تمامی قسمتهای دانشگاه به آن دسترسی پیدا کند.

منابع

[1] اطلاعات ncfb "فنل" کتابخانه ملی پزشکی آمریکا، Rockville Pike.

[2] c تگرگ، "تجزیه و تحلیل FT-NIR فرایند هک برای تولید فنل و استون" Thermo Fisher Scientific inc، Madison، 2008.

[3] a کوکر "فنول، استون، کومان" nexant، 2012

[4] L. Pellegrini، S. Bonomi، و G. Biardi، "شبيه سازي ديونماي بخش جداسازي در يک کارخانه فنول براي تجزيه و تحليل امنيت" گروه شیمی، مواد و مهندسی شیمی Politecnico میلان، میلان، 2001.

[5] M. Ceasar، "ماژول فرایند PEP با استفاده از Zeolite CATALYST" 1999.

[6] WH سازمان، "cumene" سازمان بهداشت جهانی، نیویورک، 1999.

[7] e کانادا، کانادا "فنل" محیط زیست کانادا، اتاوا، 2000.

[8] e Berube "تولید فنل اکسیداز توسط قارچ سفید پوسیدگی در کشت مایع غوطه ور" دانشگاه مک گیل، 2003.

[9] ولفگانگ اشمیت "شبیه سازی فرآیند - یک ابزار کارآمد و توانمند در فن آوری محیط زیست" chemistations Deutschland GmbH.

[10] NIRLIPT MAHAPATRA "طراحی و شبیه سازی گیاه cumene با استفاده از آسپرین

بیشتر"موسسه ملی فناوری Rourkela 2010

پیوست ها:
پروندهشرححجم فایل
این فایل را دانلود کنید (production_of_phenol.pdf)تولید فنلتولید فنل880 کیلوبایت

نمونه های بیشتر نمونه

پیشنهاد ویژه!
استفاده کنید کوپن: UREKA15 برای دریافت 15.0٪ تخفیف بگیرید

همه سفارشات جدید در:

نوشتن، بازنویسی و ویرایش

سفارش