PRODUKSJON AV FENOL
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Rating 3.69 (8 Votes)

ASPEN Plus Prosessimulering

For ASPEN-simuleringer av fenolproduksjonsprosessen vil vi bruke en zeolittkatalysator. Materialet dissocieres til ion under prosessen og oppløses derfor. EPNRTL eiendomsmetoden ble ansatt i implementeringen av simuleringen gjennom hele rapporten.

Forutsetninger

  • Katalysatoroppløselighet
  • Den anvendte zeolittkatalysatoren var ikke veldefinert. Derfor var det behov for å gjøre meningsfulle forutsetninger. Dette skyldes at oppløseligheten av katalysatoren vil påvirke separasjonsseksjonen av prosessen, dvs. kan føre til tilstopping av røret og destillasjonskolonnebrettene. Fra IUPAC-analysen var de fleste katalysatordelene oppløselige.

  • Acetonminimering
  • Forutsetninger måtte gjøres i forhold til løsningsmidlet som kreves for prosessen. Fra analysen av vann, aceton og benzenblandingene i reaktoren var det nødvendig å opprettholde blandbar enkeltfaseoppløsning ved 22 psi.

  • Hydrogenperoksidkvalitet
  • Kommercielt oppnådd hydrogenperoksid har additiver for å forbedre deres stabilitet. Mengden av stabilisatorene vil alltid øke med økningen i styrken av hydrogenperoksidet. Analysen forutsetter at hydrogenperoksidet ikke inneholder stabilisatorer for å unngå at de er til stede i systemet.

    .
  • Avfallsbehandling
  • Prosjektet vil anta at avfallshåndtering allerede eksisterer eller vil bli inkludert på grunn av arten av de kjemiske prosessene som utføres.

Simulering i ASPEN pluss

Diskusjon

Reaktoren er der den primære prosessen med propylen og benzen reagerer derfor må modelleres som spesifisert i komponentlisten. Alkylerings- og transalkyleringsreaktorene er modellert separat. Et temperaturområde på 300-400 oC og trykk på 25 atm blir vedtatt.

Ved bruk av likevektstilstanden anses ikke trykk som reaksjonen skjer ved likevektstrykk, men er avhengig av temperatur og benzen / propylenforholdet. ASPEN Plus har syv reaktormodeller tilgjengelig.

Den likevektsavhengige RGIBBS-reaktoren utføres ved å blande bestanddelene av stoffet der fritt enthalpi av produktet er i sin lowset

Temperaturtilnærming for hver reaksjon blir implementert mens strømningshastigheten for matestrømmen holdes til en verdi på 1 kmol / time, og tilførselsstrømmen omfatter propylen og benzen. Temperaturen til reaktoren er satt til 350 oC og trykk ved 25 atm. Effektene av variasjon av temperatur og selektiviteten i konverteringene overvåkes.

Beregningene er basert på følgende formel

% Selektivitet av kumen = Fcumeneprodukt / (Fpropylbenet-Fpropyleneprod) x 100%

% Konvertering av propylen = (FpropylinnvunnetPropyleneprod) / Fpropylinnvunnet x 100%

% Selectivity of m-DIPB = Fmdipbproduct / (Fpropylenefeed-Fpropyleneprod) x 100%

% Selektivitet av p-DIPB = Fpdipbproduct / (Fpropylenefeed-Fpropyleneprod) x 100%

Hvor

Fcumeneproduct = molar strømningshastighet av kumen i produkt

Fpropylenefeed = molar strømningshastighet av propylen i mate

Fpropyleneprod = molar strømningshastighet av propylen i produkt

Fmdipbproduct = molstrømningshastighet av m-DIPB i produkt

Fpdipbproduct = molstrømningshastighet av p-DIPB i substans.

RSTOIC-reaktormodeller ble tilpasset for å finne standard reaksjonsvarmen for de forskjellige reaksjonene

Reaksjonsnummer Standard reaksjonsvarme
1 -23.670
2 -24.321
3 0
4 0.649
5 0.649
6 -0.325
7 -0.324

Påvirkning av temperatur og benzen / propylenkonsentrasjon på reaksjonen.

Omdannelsen av propylen økte med tilsetning av benzen / propylenkonsentrasjonen for en gitt temperatur. Dette skyldes den reduserte andelen propylen i fôret. Omdannelsen av propylen ble funnet å avta med hver tilsetning av varme påført for en konstant benzen / propylenkonsentrasjon som et resultat av at reaksjonen var eksoterm. Til slutt økte selektiviteten til kumen med hver økning i benzen / propylenkonsentrasjon ved en gitt temperatur ettersom polyalkyleringsreaksjonene ble redusert på grunn av overskytende mengde benzen. Økningen i temperaturen øker selektiviteten til Cumene for hvilken som helst statisk benzen / propylenkonsentrasjon som transalkyleringsreaksjoner som er endoterme oppstår ved høye temperaturer.

  • Virkning av økning / reduksjon i temperatur og benzen: propylenkonsentrasjon ved omdannelse av propylen.
  • Virkning av økning / reduksjon i temperatur og benzen: propylenkonsentrasjon på cumenens selektivitet
  • Virkning av økning / reduksjon i temperatur og benzen: propylenkonsentrasjon på selektiviteten av m-DIPB og p-

Denne prosessen med fenolproduksjon innebærer at renset eller resirkulert kumen blir oksydert. Cumen blir matet i en strøm inn i oksydasjonsbeholderen som opprettholdes ved 110-115 oC og pH-området fra 6.0 til 8.0. Denne blandingen holdes utsatt for trykkluft inntil minst 20-25% av kumenet omdannes til kumenhydroperoksid

Denne råblandingen konsentreres til 80% injiseres deretter til en reaktor hvor Cumen-hydroperoksidet spaltes til fenol og aceton ved rundt 70 oC og atmosfæretrykket. Reaksjonen krever en liten mengde svovelsyre for å finne sted.

Strømmen blir da rettet til separasjonsprosessen, men først blir den vasket i vann, og acetonet fjernes som overhead i den første kolonne. Blandingen renses deretter ved suksessiv destillasjon. I den første kolonnen overføres uomsatt kumene til resirkuleringsstrømmen. Denne cumenet behandles før den sendes tilbake til strømmen.

Renseprosessen er gjennom katalytisk hydrogenering av metylstyren til kumen; Dette oppnås ved nøye fraksjonering hvor metylstyren oppnås som et biprodukt.

Reaksjonen av fenol var i to trinn. Den første reaksjonen er produksjon av kumenhydroperoksid med to råvarer, dvs. kumen og oksygen. Reaksjonen finner sted i oksiderende tårn ved 110-115 oC og pH-området 6.0 til 8.0. Mellomproduktet som er kumenhydroperoksid, anvendes som en reaktant i den andre reaktoren, reaktoren som er ment å brukes, er kontinuerlig omrørt tankreaktor (CSTR). Det meste av konverteringen skjer her, dvs. om 90%. Ved separasjonsprosessen fjernes sideproduktet og avfallet for å få primærproduktet, dvs. fenol.

Grunnleggende prosessflytdiagram og bakgrunn

Figur 5: Blokkdiagram for prosessen med fenol

For å gjøre en simulering består fenolproduksjonsprosessen av to prosesser, dvs. oksidasjon og spaltning av Cumene

Hock prosess (oksidasjon av kumen)

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

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

Spaltningsreaksjon

(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'er 3

Aspen prosess flytdiagram

Tabell av destillat i forskjellige stadier

Fra diagrammet har prosessen seks trinn

  • Oksidasjon av kumen for å oppnå hydroperoksid
  • Cumenhydroperoksydkonsentrasjon
  • Spaltning (dekomponering av kumenhydroperoksid)
  • Effluent nøytralisering
  • rensing
  • Avløpsbehandling

ASPEN pluss rapport

  • Pumpe (p-201)
  • For å øke trykket av benzen til 3000 kPa

  • Pumpe (p-202)
  • For å øke trykket av propylentilførsel til 3000 kPa

  • Varmeapparat
  • Fordampes og overheater blandingen av fôret til 350 oC

  • Reactor
  • Der konverteringen av de begrensende reaktantene finner sted.

    C 3H 6+C 6H 6-> C 9H 12
  • Flash fartøy
  • Kombinasjonen av varmeveksleren og en flash-trommel. Formålet med å senke temperatur og trykk for å skille inert propan og uomsatt propylen fra kumen og benzen.

Håndberegning av reaktanter i reaktoren.

Material- og energibalanse

Reaksjonen i den første reaktoren viser at den ene kmol av C 6H 5CH (CH 3) 2og en kmol av O 2vil produsere en kmole C 6H 5C (CH 3) 2OOH. Også i nærvær av svovelsyre (H 2SO 4), en kmol C 6H 5C (CH 3) 2OOH vil spalte en kmol C 6H 5OH og en kmole CH 3COCH'er 3. Ved å bruke følgende standardforhold kan vi beregne massene involvert i produksjon av fenol.

Massetilførselshastighet = Masseutgangshastighet

Fenolproduksjon i et år = 136363.64 tonn / år

= 15.56663 tonn / h

= 15566.63 kg / h

= 165.6 kmol / h

Fraksjon av sammensetningen av produktet i kumenhydroksyoksidet i blandingen i den første reaktoren

X3cumene = 0.6

X3cumene hydroperoxide = 0.3

X3oxygen = 0.1

Konverteringsfaktor:

X-reaktor 2 = 90%

For å oppnå molarhastigheten i reaktor 1 beregner vi først

Molekylbalanse på reaktor 2 (surgjøringsmiddel).

Fenolbalanse:

N3X3fenol = N4X4fenol - ar2 N4X4fenol

=> 165.6 kmole / h

a = 1

0 = N4X4fenol - r2 r2

= 165.6 Kmole / h

Acetonbalanse:

N3X3acetone = N4X4acetone–ar2

N4X4acetone = 165.6 kmole / h

Kumenperoksidbalanse:

N3X3cumene hydroperoxide = -XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

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

= 184 kmol / h

Totalt antall mol i matereaktoren 2, N3

N3X3cumene hydroperoxide = 184 kmole / h

X3cumenehydroperoksid = 0.3 N3 (0.3) = 184 kmol / h

N3 = 613.3 kmole / h

Finne massestrømningshastighet for fôr i reaktor 2.

F3 = N3X3 cumene(MR cumene) + N3X3 cumenehydroperoksid (Mr kumenhydroperoksid) + N3X3oxygen (Mr oksygen)

= 613.33 (0.6) 120 613.33 0.3 150 613.33 0.1 32 73722.26 XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX XNUMX

Verdiene som er oppnådd indikerer at reaktor 2 vil kreve 73722.26 kg / h av Cumenehydroperoksidet og Cumen og oksygen for å produsere 15566.63kg / h fenol ved omsetningshastigheten av 90%.

For å fullføre materialet og energibalansen i systemet (hysys) er det behov for å tegne konverteringskamrene og deres respektive inngangs- og utgangsstrømmer.

Sammenligning av ASPEN pluss resultater og håndberegningsresultater

Fra dataene i ASPEN pluss-rapporten kan vi konkludere med at håndberegningen gir en klar indikasjon på stoffet som skal brukes. Simuleringen gir en ideell tilstand av prosjektet.

Forventet inngang og utgang

Det primære målet med designprosessen er å analysere kostnaden og grunnlaget for produksjonen av 100000 metriske tonn karbonsyre årlig. Fra kjemiske bøkene er molekylvekten av Cumene 120.20 g mol-1 og den har tetthet 862 kg / m3. Mens benzen har en tetthet på 876 kg / m3 og molekylvekt av 78.11 g / mol. Endelig har propylen en tetthet på 1.81kg / m3 og en molekylvekt 42.08g / mol. Konklusivt fenol har en tetthet på 1070kg / m3 mens molarmassen er 94.11g / mol [9]. Ved å ta hensyn til disse tetthetene og molarmassene, vil følgende innspillskrav bli gjort nødvendige: 255050 metriske tonn Cumene, 728545 tonn propylen og 392490 tonn benzen til å produsere. Disse verdiene estimeres til nærmeste fem tonn.

Økonomisk kostnad analyse

Ved evaluering av alternativene gjør vi lønnsomhetsanalysen basert på antall økonomiske kriterier, dvs. tilbakebetalingstid, kontantstrømanalyse og intern avkastning. Vi bruker tilsvarende årlige driftskostnader i analysen

Lønnsomhetsanalyse

EAOC = - (produktverdi - kostpris - andre driftskostnader - kapitalkostnad annuitet)

Når verdien av EAOC er negativ, indikerer det lønnsomhet. Kostnaden for Cumene nad benzen ble oppnådd fra kjemisk markedsføringsreporter. Capital cost annuity (en årlig kostnad) er en engangs faste kostnader som majorly innebærer bygging av anlegget. Det er definert som

kapitalkostnad annuitet = FCI ((i (1 + i) n/ (1 + i) n-1)

Hvor

FCI er den installerte kostnaden for alt utstyr;

jeg er renten, i = 0.15;

n er plantelivet for regnskapsmessige formål, n = 10.

Lønnsomhetsdiskusjon

For industriell bruk kan planen benyttes til å forbruke $ 25 millioner i faste kostnader pluss $ 127.6 millioner / år i direkte kapitalutgifter [7]. De statiske kostnadene vil bli påløpt ved kjøp av utstyr som; kjeler, en forvarmer, en reaktor, en varmeapparat, kjølere, refluxer, kompressor, kondensatorer, kolonner og kondakuumer [7]. De fleste direkte kapitalkostnader vil oppstå ved kjøp av råvarer. Som kan prognostiseres til å koste $ 1.37, $ 1.12, $ 1.20 og $ 3.30 pr. Kg for cumen, propylen, benzen og DIPB, antas de grunnleggende materialene å forårsake en årlig utgift på $ 133419932 $ 45552468, $ 79919133 og $ 12521737 i verbatim som tabulert nedenfor.

Råmateriale Kostnad per kg ($) Årlig kostnad ($)
Cumene 1.37 133419932
propylen 1.12 45552468
benzen 1.20 79919133
DIPB 3.30 12521737

Produksjonsmål

Landbygg og maskiner

Beskrivelse Måling / kvantitet Kostnad
Dekket område Sq. Ft. 500
Avdekket område Sq. Ft. 500
Totalt areal Sq. Ft. 1000
Leide lokaler 2000
reaktorer 1 34255.03
Miksere 1 34255.03
Separasjonsmaskiner 1 34255.03

Anslått kostnad per år

Totalt tilbakebetalt kostnad per år 26951.26
Avskrivninger på maskiner og utstyr 372.34
Renter på total investering @ 10% 595.74
total 27919.34
salgs~~POS=TRUNC
Sak Antall Verdi ($)
fenol 100,000 34255.03
Totalt 34255.03

lønnsomhet

Årlig bruttoavkastning 6335.69
Prosent av fortjeneste på salg 18.50%
Årlig fast kostnad 8668.01
Årlig salg 34255.03
Årlig variabel kostnad 18283.25
Break-even punkt 54.27%

Sikkerhetsproblemer og fare

Helse og sikkerhet

Behovet for sikkerhetsstyring gjøres nødvendig ved tilstedeværelsen av brannfarlige og giftige materialer. Prosessen bør vurdere kontroll av prosesskvalitet og avvik i prosessene.

Prosess Sikkerhetsdokumentasjon

benzen

Denne kjemikalien er svært farlig ved innånding. Det er også irriterende for både hud og øyne. Når det spilles i stor mengde, bør det forhindres i å komme i kontakt med varme eller en antennekilde. Beskyttelsesutstyr skal brukes som sprutbriller, laboratoriejakker og hansker. Det anses også å være kreftfremkallende.

hydrogenperoksid

Det har en hud- og øyeirritasjonseffekt. Det er også etsende for hud og øyne i tilfelle kontakt. Det kan også forårsake skade på vev og luftveier. Kan forårsake forbrenning og gi oksygen for å opprettholde branner. Personlig verneutstyr, dvs. hansker, ansiktsskjold, støvler, åndedrettsvern og full dress bør brukes.

fenol

Det er farlig ved kontakt eller innånding. Det irriterer både huden og øyet. Eksponering kan også føre til skade på lunger, nyre og sentralnervesystemet. Personlig beskyttelse bør omfatte et syntetisk forkle, damp, sprutbriller, hansker og støvsugere.

Brennbarhetsgrenser

Benzen har en brennbarhetsgrense på 1.2 prosent til 11.5 volumprosent i oksygen. Benzen som er til stede i avløpsdamp krever kontrollmekanisme for å unngå branner. En kontrollert naturgass mates inn i

Hazopanalyse

Prosessen med fenolproduksjon er eksoterm, derfor er det avsetning for et kjølesystem. Avbrudd i kjølesystemet øker temperaturen på reaktorene. Disse endringer i temperatur kan resultere i en bølgeløsning som i siste instans kan ta fart på fartøyene. De nevnte interessepunktene er kjølevannsledningen, monomervannledningen, reaktorkaret og omrøringsmotoren. Fra Hazop-analysen kan vi få følgende modifikasjoner:

  • Innføring av et høytemperatur overvåkingssystem for å varsle operatører
  • Installasjon av kjølevannsmåler og alarm for umiddelbar indikasjon ved tap av kjølevann.
  • Avsetning for høy temperaturavstenging, som vil stenge systemet ved overoppheting av reaktoren.
  • Installasjon av en tilbakeslagsventil for å hindre kjølevannets tilbakestrømning.

Hazop-rapporten kan presenteres som:

Miljøspørsmål

Flere produksjonselementer må vurderes for å gjøre planten miljøvennlig. Flare bør inkluderes for å hindre at organiske forbindelser slippes ut i luften. Eventuelle resulterende gassutstrømninger kombineres, renses og føres gjennom flare for filtrering av organiske forbindelser. Metan er inkludert som en kontrollert tilførsel for å redusere brennbarheten i systemet.

De kjemiske prosessene som er involvert i produksjonen av fenol har flere miljøpåvirkninger. Disse effektene på miljøet skyldes de forskjellige typer avfall som genereres under hele prosessen. Disse avfallene er

  • acetofenon
  • Syret vann

Disse avfallene genereres på de forskjellige stadier av prosessen og har forskjellige innvirkning på miljøet. Acetofenon er et viktig biprodukt av hele systemet.

Syret vann frigjøres fra prosessene som oppstår i separasjonskammeret. Dette avfallet genereres når pH-verdien av vann senkes og forfaller ved nedbør. Vannet forstyrrer økosystemet og signifikant næringsstrøm som fører til død av ferskvannsfisk og plante som avhenger av PH-forhold.

Egenskaper av det surgjorte vannet inkluderer:

Fysiske egenskaper dato
Kjemisk formel H2O
Fysisk tilstand ved romtemperatur Flytende
lukt -
Utseende Fargeløs væske
Kokepunkt 100 ° C
Smeltepunkt 0 ° C
Relativ tetthet 1g / cm3
Molar masse X
løselighet Infinite
viskositet 8.90 x 10-4 Pa.s
pH 3.0

Av disse miljøforholdene er det tydelig at anlegget krever mye vann for resirkuleringsprosessen, derfor ville det være tilrådelig at det ligger nær en vannkilde. Denne plasseringen støttes også av det faktum at transport til det internasjonale markedet vil bli gjort enkelt ved vannveier. utslipp brukes til å sikre drivstoff-rik drift og muliggjøre flaring.

Fabrikkens grunnoppsett

Oppsettet er utformet slik at det er mulig for inngangen til materiale og forlater produktet på en enkel måte. Fabrikken ligger i sentrum av oppsettet for å gjøre det tilgjengelig fra alle deler av campus.

Referanser

[1] ncfb informasjon, "Fenol," US National Library of Medicine, Rockville Pike.

[2] c. hagl, "FT-NIR-analyse av Hock-prosessen for produksjon av fenol og aceton" Thermo Fisher Scientific Inc, Madison, 2008.

[3] a. coker, "fenol, aceton, kumen," nexant, 2012.

[4] L. Pellegrini, S. Bonomi og G. Biardi, "DYNAMISK SIMULERING AV KLEAVAGE AVSNITT I EN PHENOL PLANT FOR SIKKERHETSANALYSE" Institutt for kjemi, materialer og kjemisk teknologi Politecnico i Milano, Milano, 2001.

[5] M. Ceasar, "PEP-prosessmodul som bruker Zeolite CATALYST," 1999.

[6] WH Organisasjon, "Cumene" Verdens helseorganisasjon, New York City, 1999.

[7] e. Canada, "Fenol," Miljø Canada, Ottawa, 2000.

[8] e. berube, "Produksjonen av fenoloksidaser ved hvitrotte sopp i nedsenket flytende kultur" McGill University, 2003.

[9] Wolfgang Schmidt "Prosessimulering - et effektivt og kompetent verktøy innen miljøteknologi" kjemstasjoner Deutschland GmbH.

[10] NIRLIPT MAHAPATRA "Design og simulering av cumene plante ved hjelp av aspen

I tillegg til"National Institute of Technology Rourkela 2010

pin It
Vedlegg:
filetBeskrivelseFilstørrelse
Last ned denne filen (production_of_phenol.pdf)PRODUKSJON AV FENOLPRODUKSJON AV FENOL880 kB

Flere eksempler på skrifter

Spesialtilbud!
Bruk Kupong: UREKA15 å få 15.0% av.

Alle nye ordrer på:

Skrive, omskrive og redigere

Bestill nå