enarZH-CNfrdeiwjanofaptruessv
ПРОИЗВОДСТВО ФЕНОЛА
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 4.00 (7 Голосов)

ASPEN Plus Процесс моделирования

Для моделирования процесса производства фенола в ASPEN мы будем использовать цеолитный катализатор. Материал диссоциирует на ион во время процесса и, следовательно, растворяется. Метод свойства EPNRTL использовался при реализации моделирования во всем отчете.

Предположения

  • Растворимость катализатора
  • Используемый цеолитный катализатор не был четко определен. Следовательно, была необходимость сделать значимые предположения. Это связано с тем, что растворимость катализатора будет влиять на разделительную секцию процесса, то есть может привести к засорению трубы и тарелок дистилляционной колонны. Из анализа IUPAC, большинство частей катализаторов были растворимы.

  • Минимизация ацетона
  • Предположения должны были быть сделаны в отношении растворителя, необходимого для процесса. Из анализа смесей воды, ацетона и бензола в реакторе было необходимо поддерживать смешиваемый однофазный раствор при 22 фунтов на квадратный дюйм.

  • Качество перекиси водорода
  • Коммерчески полученные перекись водорода имеют добавки для повышения их стабильности. Количество стабилизаторов всегда будет увеличиваться с увеличением прочности перекиси водорода. Анализ предполагает, что перекись водорода не содержит стабилизаторов, чтобы избежать их присутствия в системе.

    .
  • Обращения с отходами
  • Проект будет предполагать, что обработка отходов уже существует или будет включена из-за характера проводимых химических процессов.

Симуляция в ASPEN plus

Обсуждение

Реактор - это место, где первичный процесс реакции пропилена и бензола должен моделироваться, как указано в списке компонентов. Реакторы алкилирования и трансалкилирования моделируются отдельно. Диапазон температур 300-400 oC и давление 25 атм принимаются.

Использование условий равновесного давления не рассматривается, так как реакция происходит при равновесном давлении, но зависит от температуры и соотношения бензол / пропилен. ASPEN Plus предлагает семь моделей реакторов.

Равновесный зависимый реактор RGIBBS выполняется для определения составляющих вещества, где свободная энтальпия продукта находится на низком уровне.

Температурный подход для каждой реакции реализуется, в то время как мольная скорость потока потока сырья поддерживается на уровне 1 кмоль / час, а поток сырья содержит пропилен и бензол. Температура реактора установлена ​​на 350 oC, а давление на 25 атм. Эффекты изменения температуры и селективности в конверсиях контролируются.

Сделанные расчеты основаны на следующей формуле

% Селективность кумола = Fcumeneproduct / (Fpropylenefeed-Fpropyleneprod) x 100%

% Конверсии пропилена = (FpropylenefeedFpropyleneprod) / Fpropylenefeed x 100%

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

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

где

Fcumeneproduct = молярная скорость потока кумола в продукте

Fpropylenefeed = молярная скорость потока пропилена в сырье

Fpropyleneprod = молярная скорость потока пропилена в продукте

Fmdipbproduct = молярная скорость потока m-DIPB в продукте

Fpdipbproduct = молярная скорость потока p-DIPB в веществе.

Модели реакторов RSTOIC были адаптированы для определения стандартной теплоты реакции для различных реакций.

Номер реакции Стандартная теплота реакции
1 -23.670
2 -24.321
3 0
4 0.649
5 0.649
6 -0.325
7 -0.324

Влияние температуры и концентрации бензола / пропилена на реакцию.

Конверсия пропилена увеличивается с добавлением концентрации бензол / пропилен для данной температуры. Это связано с уменьшением доли пропилена в сырье. Обнаружено, что конверсия пропилена уменьшается с каждым добавлением тепла для постоянной концентрации бензола / пропилена в результате экзотермической реакции. Наконец, селективность кумола возрастала с каждым увеличением концентрации бензола / пропилена при данной температуре, поскольку реакции полиалкилирования уменьшались из-за избыточного количества бензола. Повышение температуры увеличивает селективность кумола в отношении любой статической концентрации бензола / пропилена, например, реакции трансалкилирования, являющиеся эндотермическими, происходят при высоких температурах.

  • Влияние повышения / снижения температуры и концентрации бензола: пропилена на конверсию пропилена.
  • Влияние повышения / снижения температуры и концентрации бензола: пропилена на селективность кумола
  • Влияние повышения / снижения температуры и концентрации бензола: пропилена на селективность м-ДИПБ и п-

Этот процесс производства фенола включает окисление очищенного или переработанного кумола. Кумол подается потоком в окислительный сосуд, который поддерживается при температуре 110-115 oC и диапазоне pH от 6.0 до 8.0. Эта смесь подвергается воздействию сжатого воздуха до тех пор, пока по крайней мере 20-25% кумола не превратится в гидропероксид кумола

Эта неочищенная смесь концентрируется до 80%, а затем вводится в реактор, где гидропероксид кумола расщепляется до фенола и ацетона при температуре около 70 oC и атмосферном давлении. Для проведения реакции требуется небольшое количество серной кислоты.

Затем поток направляется в процесс разделения, но сначала его промывают водой, а ацетон удаляют в качестве верхнего погона в первой колонне. Затем смесь очищают путем последовательной перегонки. В первом столбце непрореагировавший кумол переносится в рециркуляционный поток. Этот кумол обрабатывается перед отправкой обратно в поток подачи.

Процесс очистки происходит путем каталитического гидрирования метилстирола до кумола; это достигается путем тщательного фракционирования, где метилстирол получается в качестве побочного продукта.

Реакция фенола проходила в две стадии. Первая реакция - это производство гидропероксида кумола из двух видов сырья: кумола и кислорода. Реакция протекает в окислительной колонне при температуре 110-115 oC и диапазоне рН от 6.0 до 8.0. Промежуточный продукт, который представляет собой гидропероксид кумола, используется в качестве реагента во втором реакторе, реактор, предназначенный для использования, представляет собой реактор с непрерывным перемешиванием (CSTR). Большая часть конверсии происходит здесь, т.е. около 90%. В процессе разделения побочный продукт и отходы удаляются, чтобы получить основной продукт, то есть фенол.

Основная технологическая схема и фон

Рисунок 5: Блок-схема процесса фенола

Таким образом, чтобы сделать моделирование, процесс производства фенола состоит из двух процессов: окисления и расщепления кумола.

Хоккейный процесс (окисление кумола)

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

Реакция расщепления

(СН 3) 2C 6H 3CH 2ОН → С 6H 4(C 2H 3) CH 3+ H 2O

C 6H 5C (CH 3) 2OOH → C 6H 5ОН + СН 3СОСН 3

Схема технологического процесса Aspen

Таблица дистиллята на разных стадиях

Из диаграммы процесс состоит из шести шагов

  • Окисление кумола для получения гидропероксида
  • Концентрация гидропероксида кумола
  • Расщепление (разложение гидропероксида кумола)
  • Нейтрализация сточных вод
  • очистка
  • Очистка сточных вод

ASPEN plus отчет

  • Насос (p-201)
  • Повысить давление подачи бензола до 3000 кПа

  • Насос (p-202)
  • Повысить давление подачи пропилена до 3000 кПа

  • подогреватель
  • Испаряется и перегревает смесь сырья до 350 oC

  • Реактор
  • Где происходит конверсия ограничивающих реагентов.

    C 3H 6+C 6H 6-> C 9H 12
  • Вспышка судна
  • Сочетание теплообменника и флеш-барабана. Предназначен для снижения температуры и давления для отделения инертного пропана и непрореагировавшего пропилена от кумола и бензола.

Ручной расчет реагентов в реакторе.

Материально-энергетический баланс

Реакция в первом реакторе показывает, что на 1 кмоль C 6H 5CH (CH 3) 2и один кмоль O 2будет производить один кмоль C 6H 5C (CH 3) 2OOH. Также в присутствии серной кислоты (Н 2SO 4), одна кмоль C 6H 5C (CH 3) 2OOH расщепит один кмоль C 6H 5ОН и один кмоль СН 3СОСН 3, Используя следующее стандартное соотношение, мы можем рассчитать массы, участвующие в производстве фенола.

Скорость ввода массы = Скорость выхода массы

Производство фенола в год = 136363.64 тонн / год

= 15.56663 тонн / ч

= 15566.63 кг / ч

= 165.6 км / ч

Фракция состава продукта в гидроперекиси кумола в смеси в первом реакторе

X3cumene = 0.6

X3cumene гидропероксид = 0.3

X3oxygen = 0.1

Фактор общения:

X реактор 2 = 90%

Чтобы получить молярную скорость в реакторе 1, сначала рассчитаем

Молекулярный баланс на реакторе 2 (подкислитель).

Фенол Баланс:

N3X3фенол = N4X4фенол - ar2 N4X4фенол

=> 165.6 км / ч

a = 1

0 = N4X4фенол - r2 r2

= 165.6 Кмоль / ч

Ацетон Баланс:

N3X3acetone = N4X4acetone–ar2

N4X4acetone = 165.6 км / ч

Баланс перекиси кумола:

N3X3cumene гидропероксид = -ar2 / Xreactor2

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

= 184 км / ч

Общее количество моль в реакторе питания 2, N3

N3X3cumene гидропероксид = 184 кмоль / ч

X3cumene гидропероксид = 0.3 N3 (0.3) = 184 кмоль / ч

N3 = 613.3 км / ч

Нахождение массового расхода сырья в реакторе 2.

F3 = N3X3 кумола(Мистер кумола) + N3X3 кумолагидроперекись (г-н гидропероксид кумола) + N3X3oxygen (Mr кислород)

=> (613.33) (0.6) (120) + (613.33) (0.3) (150) + (613.33) (0.1) (32) = 73722.26 кг / ч

Полученные значения показывают, что реактор 2 потребует 73722.26 кг / ч гидропероксида кумола и кумола и кислорода для получения 15566.63 кг / ч фенола при скорости конверсии 90%.

Чтобы полностью выполнить материальный и энергетический баланс в системе (hysys), необходимо нарисовать конверсионные камеры и их соответствующие входные и выходные потоки.

Сравнение результатов ASPEN plus и результатов ручного расчета

Из данных, представленных в отчете ASPEN plus, мы можем сделать вывод, что ручной расчет дает четкое представление о веществе, которое будет использоваться. Симуляция обеспечивает идеальное состояние проекта.

Ожидаемый ввод и вывод

Основной целью процесса проектирования является анализ затрат и основ производства 100000 метрических тонн карболовой кислоты в год. Из книг по химии молекулярная масса кумола составляет 120.20 г моль-1, а плотность 862 кг / м3. При этом бензол имеет плотность 876, кг / м 3 и молекулярную массу 78.11, г / моль. Наконец, пропилен обладает плотностью 1.81kg / m3 и молекулярной массой 42.08g / моль. Наконец, фенол имеет плотность 1070kg / m3, в то время как его молярная масса составляет 94.11g / mol [9]. С учетом этих плотностей и молярных масс будут необходимы следующие входные требования: 255050 метрические тонны кумола, 728545 тонны пропилена и 392490 тонны бензола для производства. Эти значения оцениваются с точностью до пяти метрических тонн.

Анализ экономических затрат

Оценивая альтернативы, мы проводим анализ прибыльности на основе ряда экономических критериев, таких как период окупаемости, анализ денежных потоков и внутренняя норма прибыли. Мы применяем эквивалентные годовые эксплуатационные расходы в анализе

Анализ рентабельности

EAOC = - (стоимость продукта - стоимость сырья - прочие эксплуатационные расходы - аннуитет капитальных затрат)

Когда значение EAOC отрицательно, это указывает на прибыльность. Стоимость кумола над бензолом была получена от химического маркетингового репортера. Капитальные затраты аннуитета (ежегодные затраты) - это единовременные фиксированные затраты, которые в основном влекут за собой строительство завода. Определяется как

аннуитет капитальных затрат = FCI ((i (1 + i) n/ (1 + я) n-1)

где

FCI - это установленная стоимость всего оборудования;

i - процентная ставка, i = 0.15;

n - срок службы завода для целей бухгалтерского учета, n = 10.

Обсуждение рентабельности

Для промышленного применения план может быть приблизительно рассчитан на потребление фиксированных затрат в размере 25 млн. Долл. США плюс прямые капитальные затраты в размере 127.6 млн. Долл. США в год [7]. Статические затраты будут начислены за счет покупки оборудования, такого как; котлы, предварительный нагреватель, реактор, нагреватель, охладители, обратные холодильники, компрессор, конденсаторы, колонны и кондоминиумы [7]. Большая часть прямых капитальных затрат будет связана с покупкой сырья. По прогнозам, стоимость ксума, пропилена, бензола и DIPB может составлять $ 1.37, $ 1.12, $ 1.20 и $ 3.30 за кг соответственно, поэтому основные материалы, по прогнозам, будут вызывать ежегодные расходы $ 133419932 $ 45552468, $ 79919133 и $ 12521737 дословно, как показано в таблице ниже.

Сырье Стоимость за кг ($) Годовая стоимость ($)
кумола 1.37 133419932
пропилен 1.12 45552468
бензол 1.20 79919133
DIPB 3.30 12521737

Производственные цели

Земля Строительство и Машиностроение

Описание Измерение / количество Цены
Крытая площадь Площадь Ft. 500
Открытая площадь Площадь Ft. 500
Общая площадь Площадь Ft. 1000
Арендуемые помещения 2000
Реакторы 1 34255.03
Смесители 1 34255.03
Сепарационные машины 1 34255.03

Ориентировочная стоимость за год

Общая периодическая стоимость за год 26951.26
Амортизация на машины и оборудование 372.34
Процент на общую сумму инвестиций @ 10% 595.74
общий 27919.34
Sales
Товары Количество Значение ($)
Фенол 100,000 34255.03
Всего 34255.03

рентабельность

Годовая валовая прибыль 6335.69
Процент прибыли от продаж 18.50%
Годовая фиксированная стоимость 8668.01
Ежегодная распродажа 34255.03
Годовая переменная стоимость 18283.25
Точка равновесия 54.27%

Вопросы безопасности и опасности

Здоровье и безопасность

Необходимость управления безопасностью становится необходимой благодаря наличию легковоспламеняющихся и токсичных материалов. Процесс должен учитывать контроль качества процесса и отклонений внутри процессов.

Документация по безопасности процесса

Бензол

Этот химикат очень опасен при вдыхании. Это также раздражает кожу и глаза. При проливе в больших количествах следует избегать контакта с теплом или источником возгорания. Защитное снаряжение следует носить как защитные очки, халаты и перчатки. Он также считается канцерогенным.

Пероксид водорода

Обладает раздражающим действием на кожу и глаза. Это также разъедает кожу и глаза в случае контакта. Это также может привести к повреждению тканей и дыхательных путей. Может вызвать сгорание и обеспечить кислород для поддержания огня. Необходимо носить средства индивидуальной защиты, такие как перчатки, защитная маска, ботинки, респиратор и полный костюм.

Фенол

Это опасно в случае контакта или вдыхания. Это раздражает как кожу, так и глаза. Воздействие также может привести к повреждению легких, почек и центральной нервной системы. Средства индивидуальной защиты должны включать в себя синтетический фартук, пар, защитные очки, перчатки и респираторы.

Пределы воспламеняемости

Бензол имеет предел воспламеняемости от 1.2 процентов до 11.5 процентов по объему в кислороде. Бензол, присутствующий в отходящих парах, требует механизма контроля, чтобы избежать пожаров. Контролируемая подача природного газа в

Анализ Хазопа

Процесс производства фенола является экзотермическим, поэтому существует система охлаждения. Прерывание в системе охлаждения повышает температуру реакторов. Это изменение температуры может привести к неконтролируемой реакции, которая может в конечном итоге разорвать сосуды. Отмеченные пункты интереса - линия охлаждающей воды, линия подачи мономера, корпус реактора и двигатель перемешивания. Из анализа Хазопа мы можем получить следующие модификации:

  • Внедрение системы мониторинга высокой температуры для предупреждения операторов
  • Установка счетчика охлаждающей воды и сигнализации для немедленной индикации потери охлаждающей воды.
  • Предусмотрена остановка при высокой температуре, которая отключит систему в случае перегрева реактора.
  • Установка обратного клапана для предотвращения обратного потока охлаждающей воды.

Отчет Хазопа может быть представлен как:

Окружающая среда

Несколько элементов производства должны быть рассмотрены, чтобы сделать завод экологически чистым. Вспышка должна быть включена, чтобы предотвратить выброс органических веществ в воздух. Все полученные газовые отходы объединяются, очищаются и пропускаются через факел для фильтрации органических соединений. Метан включен в качестве контролируемой подачи для снижения воспламеняемости системы.

Химические процессы, участвующие в производстве фенола, оказывают несколько воздействий на окружающую среду. Это воздействие на окружающую среду связано с различными видами отходов, образующихся в течение всего процесса. Эти отходы

  • ацетофенона
  • Подкисленная вода

Эти отходы образуются на разных этапах процесса и оказывают различное воздействие на окружающую среду. Ацетофенон является основным побочным продуктом всей системы.

Подкисленная вода выделяется из процессов, происходящих в сепарационной камере. Эти отходы образуются, когда рН воды снижается и вследствие осаждения. Вода нарушает экосистему и значительный поток питательных веществ, что приводит к гибели пресноводных рыб и растений, которые зависят от условий PH.

Свойства подкисленной воды включают в себя:

Физические свойства дата
Химическая формула H2O
Физическое состояние при комнатной температуре жидкость
запах -
Внешний вид Бесцветная жидкость
Точка кипения 100 ° C
Температура плавления 0 ° C
Относительная плотность 1g / cm3
Молярная масса X
растворимость Бесконечный
Вязкость 8.90 x 10-4 Pa.s
pH 3.0

Из этих условий окружающей среды очевидно, что завод нуждается в большом количестве воды для процесса переработки, поэтому было бы целесообразно располагать его вблизи источника воды. Это местоположение также подтверждается тем фактом, что водные пути облегчат транспортировку на международный рынок. сточные воды используются для обеспечения работы с высоким расходом топлива и обеспечения сжигания на факеле.

Планировка территории завода

Компоновка спроектирована таким образом, чтобы обеспечить удобный вход и выход материала. Завод расположен в центре макета, чтобы сделать его доступным из всех частей кампуса.

дело

[1] информация ncfb, "фенол," Национальная медицинская библиотека США, Роквилл Пайк.

[2] c. град, «FT-NIR анализ процесса Хока для производства фенола и ацетона» Thermo Fisher Scientific Inc, Мэдисон, 2008.

[3] а. коксования, «фенол, ацетон, кумол» Nexant, 2012.

[4] Л. Пеллегрини, С. Бономи и Г. Биарди, «ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗДЕЛА РАЗДЕЛА В ФЕНОЛЬНОМ ЗАВОДЕ ДЛЯ АНАЛИЗА БЕЗОПАСНОСТИ» Кафедра химии, материаловедения и химического машиностроения г. Милана, Милан, 2001.

[5] М. Цезарь, «Технологический модуль PEP, использующий цеолитный катализатор» 1999.

[6] WH Организация, «Кумола» Всемирная организация здравоохранения, Нью-Йорк, 1999.

[7] e. Канада, "фенол," Окружающая среда Канада, Оттава, 2000.

[8] e. Berube, «Получение фенолоксидаз грибами белой гнили в погруженной жидкой культуре» Университет Макгилла, 2003.

[9] Вольфганг Шмидт «Моделирование процессов - эффективный и эффективный инструмент в области экологических технологий» химические станции Deutschland GmbH.

[10] НИРЛИПТ МАХАПАТРА «Разработка и моделирование кумола с использованием осины

Дополнительная Национальный технологический институт Руркела 2010

Приколи это
Вложения:
филеОписаниеРазмер файла
Скачать этот файл (production_of_phenol.pdf)ПРОИЗВОДСТВО ФЕНОЛАПРОИЗВОДСТВО ФЕНОЛА880 XNUMX

Больше образцов письма

Специальное предложение!
использование КУПОН: UREKA15 для удаления 15.0%.

Все новые заказы на:

Написание, переписать и редактировать

Заказать