PRODUKTION AV FENOL
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Betyg 3.67 (9 röster)

ASPEN Plus Process Simulering

För ASPEN-simuleringar av fenolproduktionsprocessen använder vi en zeolitkatalysator. Materialet dissocierar till jon under processen och löses därmed. EPNRTL-fastighetsmetoden användes vid genomförandet av simuleringen genom hela rapporten.

antaganden

  • Katalysatorlöslighet
  • Den använda zeolitkatalysatorn var inte väldefinierad. Därför var det nödvändigt att göra meningsfulla antaganden. Detta beror på att lösligheten hos katalysatorn kommer att påverka separationssektionen av processen, dvs kan resultera i igensättning av röret och destillationskolonnbrickorna. Från IUPAC-analysen var de flesta katalysatordelarna lösliga.

  • Acetonminimering
  • Förutsättningar måste göras med hänsyn till det lösningsmedel som krävs för processen. Från analysen av vatten, aceton och bensenblandningarna i reaktorn var det nödvändigt att bibehålla den blandbara enfaslösningen vid 22 psi.

  • Väteperoxidkvalitet
  • Kommersiellt erhållen väteperoxid har additiv för att förbättra deras stabilitet. Mängden stabilisatorer kommer alltid att öka med ökningen av väteperoxidens hållfasthet. Analysen förutsätter att väteperoxiden inte innehåller stabilisatorer för att undvika att de är närvarande i systemet.

    .
  • Avfallshantering
  • Projektet antar att avfallshantering redan existerar eller kommer att ingå på grund av karaktären av de kemiska processer som genomförs.

Simulering i ASPEN plus

Diskussion

Reaktorn är där den primära processen av propylen och bensen reagerar följaktligen måste modelleras såsom anges i komponentlistan. Alkylerings- och transalkyleringsreaktorerna modelleras separat. Ett temperaturintervall av 300-400 oC och tryck av 25-atm antas.

Med jämviktstillståndet beaktas inte tryck eftersom reaktionen sker vid jämviktstryck men är beroende av temperatur och bensen / propenförhållandet. ASPEN Plus har sju reaktormodeller tillgängliga.

Den jämviktsberoende RGIBBS-reaktorn exekveras för att fastställa substanserna i substansen, där fri enthalpi av produkten ligger vid dess lowset

Temperaturinriktningen för varje reaktion implementeras medan matningsströmmen molflödeshastighet bibehålls till ett värde av 1 kmol / h och matningsströmmen innefattar propylen och bensen. Reaktorns temperatur ställs till 350 oC och trycket vid 25 atm. Effekterna av variation av temperatur och selektiviteten i omvandlingar övervakas.

Beräkningarna görs baseras på följande formel

% Cumenens selektivitet = Fcumeneprodukt / (Fpropylbenet-Fpropyleneprod) x 100%

% Omvandling av propylen = (Fpropyl-fenedipropyleneprod) / Fpropylbenet x 100%

% Selektivitet hos m-DIPB = Fmdipbprodukt / (Fpropylbenet-Fpropyleneprod) x 100%

% Selektivitet av p-DIPB = Fpdipbprodukt / (Fpropylbenet-Fpropyleneprod) x 100%

Var

Fcumeneproduct = molar flödeshastighet av kumen i produkt

Fpropylenefeed = molär flödeshastighet av propen i matning

Fpropyleneprod = molflödeshastighet av propen i produkt

Fmdipbproduct = molflödeshastighet av m-DIPB i produkt

Fpdipbproduct = molflödeshastighet av p-DIPB i substans.

RSTOIC-reaktormodeller anpassades för att hitta standardvärme av reaktion för de olika reaktionerna

Reaktionsnummer Standardvärme för reaktion
1 -23.670
2 -24.321
3 0
4 0.649
5 0.649
6 -0.325
7 -0.324

Påverkan av temperatur och bensen / propen koncentration på reaktionen.

Omvandlingen av propylen ökade med tillsats av bensen / propylenkoncentrationen för en given temperatur. Detta beror på den reducerade andelen propylen i foderet. Omvandlingen av propen visade sig minska med varje tillsats av värme som applicerades för en konstant bensen / propylenkoncentration som ett resultat av att reaktionen var exoterm. Slutligen ökade selektiviteten hos kumen med varje ökning av bensen / propylenkoncentration vid en given temperatur då polyalkyleringsreaktionerna reducerades på grund av den överskottsmängden bensen. Ökningen i temperatur ökar selektiviteten hos Cumene för vilken som helst statisk bensen / propylenkoncentration som transalkyleringsreaktionerna är endoterma vid höga temperaturer.

  • Påverkan av ökning / minskning av temperatur och bensen: propenkoncentration vid omvandling av propylen.
  • Påverkan av ökning / minskning av temperatur och bensen: propenkoncentration på kumenens selektivitet
  • Påverkan av ökning / minskning av temperatur och bensen: propenkoncentration på selektiviteten hos m-DIPB och p-

Denna process av fenolproduktion innebär att renad eller återvunnen kumen oxideras. Cumen matas i en ström in i oxidationskärlet som hålls vid 110-115 oC och pH-intervallet 6.0 till 8.0. Denna blandning bibehålls exponerad för tryckluft tills åtminstone 20-25% av kumenet omvandlas till kumenhydroperoxid

Denna råa blandning koncentreras till 80% injiceras sedan till en reaktor där kumenhydroperoxiden klyvas till fenol och aceton vid omkring 70 oC och atmosfärstrycket. Reaktionen kräver en liten mängd svavelsyra för att kunna äga rum.

Strömmen riktas därefter till separationsprocessen, men först tvättas den i vatten, och acetonen avlägsnas som överhuvudet i den första kolonnen. Blandningen renas sedan genom successiv destillation. I den första kolumnen överförs den oreagerade kumenen till recirkulationsströmmen. Denna kumen behandlas innan den skickas tillbaka till flödesströmmen.

Reningsprocessen är genom katalytisk hydrogenering av metylstyren till kumen; Detta uppnås genom noggrann fraktionering där metylstyren erhålles som en biprodukt.

Reaktionen av fenol var i två steg. Den första reaktionen är produktionen av kumenhydroperoxid med två råmaterial, dvs kumen och syre. Reaktionen äger rum i oxidationstornet vid 110-115 oC och pH-intervallet 6.0 till 8.0. Den mellanprodukt som är kumenhydroperoxid användes som en reaktant i den andra reaktorn, reaktorn avsedd att användas är kontinuerlig omrörd tankreaktor (CSTR). Det mesta av omvandlingen sker här, dvs om 90%. I separationsprocessen tas sidoprodukten och avfallet bort för att få primärprodukten, dvs fenol.

Grundläggande processflödesdiagram och bakgrund

Figur 5: Blockschema för fenolprocessen

För att göra en simulering består fenolproduktionsprocessen av två processer, dvs oxidation och klyvning av kumen

Hock-processen (oxidation av kumen)

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

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

Klyvningsreaktion

(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 3RÖD 3

Aspen processflödesdiagram

Tabell av destillat i olika steg

Från diagrammet har processen sex steg

  • Oxidering av kumen för att erhålla hydroperoxid
  • Cumenhydroperoxidkoncentration
  • Klyvning (sönderdelning av kumenhydroperoxid)
  • Effluentneutralisering
  • Rening
  • Effluentbehandling

ASPEN plus rapport

  • Pump (p-201)
  • För att öka trycket av bensenfoder till 3000 kPa

  • Pump (p-202)
  • För att öka trycket av propylenmatning till 3000 kPa

  • Värmare
  • Förångar och överhettar blandningen av matningen till 350 oC

  • Reaktor
  • Där omvandlingen av de begränsande reaktanterna äger rum.

    C 3H 6+C 6H 6-> C 9H 12
  • Flash-kärl
  • Kombinationen av värmeväxlaren och en flash-trumma. Siktat på att sänka temperaturen och trycket för att separera inert propan och oreagerad propylen från kumen och bensen.

Handberäkning av reaktanter i reaktorn.

Material- och energibalans

Reaktionen i den första reaktorn visar att den ena kmolen av C 6H 5CH (CH 3) 2och en kmol av O 2kommer att producera en kmole C 6H 5C (CH 3) 2OOH. Också i närvaro av svavelsyra (H 2SO 4), en kmol C 6H 5C (CH 3) 2OOH kommer klyvning en kmol C 6H 5OH och en kmol CH 3RÖD 3. Med hjälp av följande standardförhållande kan vi beräkna massorna som är involverade i produktionen av fenol.

Mängden massinmatning = Massutgångens hastighet

Fenolproduktion på ett år = 136363.64 ton / år

= 15.56663 ton / h

= 15566.63 kg / h

= 165.6 kmole / h

Fraktion av produktens sammansättning i kumenhydroperoxiden i blandningen i den första reaktorn

X3cumene = 0.6

X3cumenehydroperoxid = 0.3

X3oxygen = 0.1

Omvandlingsfaktor:

X-reaktor 2 = 90%

För att erhålla molarhastigheten i reaktor 1 beräknar vi först

Molekylbalans på reaktor 2 (surgörare).

Fenolbalans:

N3X3FENOL = N4X4FENOL - AR2 N4X4FENOL

=> 165.6 kmol / h

a = 1

0 = N4X4fenol - r2 r2

= 165.6 Kmole / h

Acetonbalans:

N3X3acetone = N4X4acetone–ar2

N4X4acetone = 165.6 kmole / h

Kumenperoxidbalans:

N3X3cumenhydroperoxid = -XXXUMX / Xreactor2

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

= 184 kmole / h

Totalt antal mol i matningsreaktorn 2, N3

N3X3cumenehydroperoxid = 184 kmole / h

X3cumenehydroperoxid = 0.3 N3 (0.3) = 184 kmole / h

N3 = 613.3 kmole / h

Hitta massflödeshastighet för matning i reaktor 2.

F3 = N3X3 kumen(Herr kumen) + N3X3 kumenhydroperoxid (Mr kumenhydroxid) + N3X3oxygen (Mr syre)

= 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

De erhållna värdena indikerar att reaktorn 2 skulle kräva 73722.26 kg / h av kumenhydroxid och kumen och syre för att producera 15566.63kg / h fenol vid omvandlingshastigheten av 90%.

För att fullt ut kunna utföra material- och energibalansen i systemet (hysys) finns det ett behov av att rita konverteringskamrarna och deras respektive ingångs- och utgångsströmmar.

Jämförelse mellan ASPEN plus resultat och handberäkningsresultat

Från uppgifterna i ASPEN plus-rapporten kan vi dra slutsatsen att handberäkningen ger en tydlig indikation på ämnet som ska användas. Simuleringen ger ett idealiskt villkor för projektet.

Förväntad ingång och utgång

Det primära målet med designprocessen är att analysera kostnaden och grunden för produktionen av 100000-metaller ton karbonsyra årligen. Från de kemiska böckerna är molekylvikten av Cumene 120.20 g mol-1 och den har densitet av 862 kg / m3. Medan bensen har en densitet av 876 kg / m3 och molekylvikt av 78.11 g / mol. Slutligen har propylen en densitet av 1.81kg / m3 och en molekylvikt av 42.08g / mol. Konklusivt fenol har en densitet av 1070kg / m3 medan dess molära massa är 94.11g / mol [9]. När man tänker på dessa tätheter och molar massor kommer följande ingående krav att krävas: 255050 ton Cumene, 728545 ton propen och 392490 ton bensen för att tillverka. Dessa värden beräknas till närmaste fem ton.

Ekonomisk Kostnadsanalys

Vid utvärderingen av alternativen gör vi lönsamhetsanalysen baserat på antalet ekonomiska kriterier, dvs återbetalningsperiod, kassaflödesanalys och intern avkastning. Vi tillämpar motsvarande årliga driftskostnader i analysen

Lönsamhetsanalys

EAOC = - (produktvärde - matningskostnad - övriga driftskostnader - kapitalkostnad livränta)

När värdet av EAOC är negativt, indikerar det lönsamhet. Kostnaden för Cumene nad bensen erhölls från kemisk marknadsföringsreporter. Kapitalkostnad livränta (en årlig kostnad) är en engångskostnad som i stor utsträckning medför byggandet av fabriken. Det definieras som

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

Var

FCI är den installerade kostnaden för all utrustning;

jag är räntesatsen, i = 0.15;

n är växtlivet i redovisningssyfte, n = 10.

Lönsamhetsdiskussion

För industriell tillämpning kan planen approximeras för att konsumera $ 25 miljoner i fasta kostnader plus $ 127.6 miljoner / år i direkta investeringar [7]. De statiska kostnaderna uppkommer genom inköp av utrustning som; pannor, en förvärmare, en reaktor, en värmare, kylare, återflöden, en kompressor, kondensatorer, kolonner och kondakuum [7]. De flesta av de direkta kapitalkostnaderna kommer att härröra från inköp av råvaror. Vilket kan prognostiseras till kostnad av $ 1.37, $ 1.12, $ 1.20 och $ 3.30 per kg respektive för kumen, propen, bensen och DIPB, förutses de grundläggande materialen att orsaka en årlig utgift på $ 133419932 $ 45552468, $ 79919133 och $ 12521737 i ordspråk som tabulerat nedan.

Råmaterial Kostnad per kg ($) Årlig kostnad ($)
kumen 1.37 133419932
propen 1.12 45552468
bensen 1.20 79919133
DIPB 3.30 12521737

Produktionsmål

Landbyggnad och maskiner

Beskrivning Mätning / kvantitet Pris
Täckt område Sq. Ft. 500
Avtäckt område Sq. Ft. 500
Totalarea Sq. Ft. 1000
Hyrda lokaler 2000
reaktorer 1 34255.03
Blandare 1 34255.03
Separationsmaskiner 1 34255.03

Beräknad kostnad per år

Total återkommande kostnad per år 26951.26
Avskrivningar på maskiner och inventarier 372.34
Ränta på totala investeringar @ 10% 595.74
Totalt 27919.34
Försäljning
Punkt Antal Värde ($)
Fenol 100,000 34255.03
Totalt 34255.03

lönsamhet

Årlig bruttovinst 6335.69
Procentandel av vinst på försäljning 18.50%
Årlig fast kostnad 8668.01
Årlig försäljning 34255.03
Årlig rörlig kostnad 18283.25
Break-even punkt 54.27%

Säkerhetsproblem och fara

Hälsa och säkerhet

Behovet av säkerhetshantering är nödvändig genom förekomsten av brandfarliga och toxiska material. Processen bör överväga kontroll av processkvalitet och avvikelser inom processerna.

Processäkerhetsdokumentation

Bensen

Denna kemikalie är mycket farlig vid inandning. Det är också irriterande för både hud och ögon. När det spills i stor utsträckning bör det förhindras att komma i kontakt med värme eller en antändningskälla. Skyddshandskar bör bäras som stänkglas, labrockar och handskar. Det anses också vara cancerframkallande.

Väteperoxid

Det har en hud- och ögonirritationseffekt. Det är också frätande för hud och ögon vid kontakt. Det kan också orsaka skador på vävnad och luftvägar. Kan orsaka förbränning och ge syre för att upprätthålla bränder. Personlig skyddsutrustning, dvs. handskar, ansiktssköld, stövlar, ångorr och fulldräkt ska bäras.

Fenol

Det är farligt vid kontakt eller inandning. Det irriterar både huden och ögat. Exponering kan också leda till skador på lungan, njurarna och centrala nervsystemet. Personligt skydd bör innehålla ett syntetiskt förkläde, ånga, stänkglasögon, handskar och dammsugare.

Brännbarhetsgränser

Bensen har en antändbarhetsgräns på 1.2-procent till 11.5-volymprocent i syre. Bensen är närvarande i avloppsånga kräver kontrollmekanism för att undvika bränder. En kontrollerad naturgas matas in i

Hazopanalys

Processen med fenolproduktion är exoterm, därför finns det ett kylsystem. Avbrott i kylsystemet ökar reaktorns temperatur. Dessa temperaturförändringar kan resultera i en omgående reaktion som i slutändan kan ta bort fartygen. De noterade intressanta punkterna är kylvattenledningen, monomermatningslinjen, reaktorkärlet och omrörningsmotorn. Från Hazop-analysen kan vi få följande ändringar:

  • Införande av ett högtemperaturövervakningssystem för att varna operatörer
  • Installation av kylvattenmätare och larm för omedelbar indikation vid kylvattenförlust.
  • Avsättning för högtemperaturavstängning, som stänger av systemet vid överhettning av reaktorn.
  • Installation av en backventil för att förhindra omloppsvatten i kylvattnet.

Hazop-rapporten kan presenteras som:

Miljöfrågor

Flera produktionselement måste beaktas för att göra växten miljövänlig. Flare bör ingå för att förhindra att organiska föreningar släpps ut i luften. Eventuella resulterande gasutflöden kombineras, renas och passeras genom flaren för filtrering av organiska föreningar. Metan ingår som ett kontrollerat flöde för att minska systemets brännbarhet.

De kemiska processer som är involverade i produktionen av fenol har flera effekter på miljön. Dessa effekter på miljön beror på de olika typerna av avfall som genereras under hela processen. Dessa avfall är

  • acetofenon
  • Syrat vatten

Dessa avfall genereras i olika stadier av processen och har olika inverkan på miljön. Acetofenon är en viktig biprodukt av hela systemet.

Syrat vatten frigörs från de processer som uppstår i separationskammaren. Detta avfall genereras när pH-värdet av vatten sänks och förfallit avsatt genom nederbörd. Vattnet stör miljön och ett väsentligt näringsflöde som leder till att sötvattenfisk och växt dödas, vilket beror på PH-förhållanden.

Egenskaper hos det surgjorda vattnet innefattar:

Fysikaliska egenskaper datum
Kemisk formel H2O
Fysikaliskt tillstånd vid rumstemperatur Flytande
Odör -
Utseende Färglös vätska
Kokpunkt 100 ° C
Smältpunkt 0 ° C
Relativ densitet 1g / cm3
Molmassa X
löslighet Oändlig
Viskositet 8.90 x 10-4 Pa.s
pH 3.0

Av dessa miljöförhållanden är det uppenbart att anläggningen kräver mycket vatten för återvinningsprocessen och därför skulle vara tillrådligt som ligger nära en vattenkälla. Denna plats stöds också av det faktum att transport till den internationella marknaden kommer att göras enkelt med vattenvägar. avloppsvatten används för att säkerställa bränsle-rik drift och möjliggöra flaring.

Grundplanen på fabriken

Layouten är utformad så att den tillåter ingången till material och lämnar produkten på ett bekvämt sätt. Fabriken ligger i mitten av layouten för att göra den tillgänglig från alla delar av campus.

referenser

[1] ncfb information, "fenol," US National Library of Medicine, Rockville Pike.

[2] c. hagel, "FT-NIR-analys av Hock-processen för produktion av fenol och aceton" Thermo Fisher Scientific Inc, Madison, 2008.

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

[4] L. Pellegrini, S. Bonomi och G. Biardi, "DYNAMISK SIMULERING AV KLEAVAGE AVSNITT I EN FENOLPLAN FÖR SÄKERHETSANALYS" Institutionen för kemi, material och kemiteknik Politecnico Milano, Milano, 2001.

[5] M. Ceasar, Kikik diek die dieikik 1999.

[6] WH Organisation, "Kumen," Världshälsoorganisationen, New York City, 1999.

[7] e. Kanada, "fenol," Miljö Kanada, Ottawa, 2000.

[8] e. Berube, "Framställning av fenoloxidaser med vitrotssvampar i nedsänkt flytande odling" McGill University, 2003.

[9] Wolfgang Schmidt "Process Simulation - ett effektivt och kompetent verktyg inom miljöteknik" kemstationer Deutschland GmbH.

Ikikik not dieikkik diek die die not not not die die not die die diek die not die not not notnkikant noteningenk notkk notikj die not overkk not die die not dieikk not "Design och simulering av cumenplanta med hjälp av asp

Plus"National Institute of Technology Rourkela 2010

bilagor:
FilBeskrivningFilstorlek
Hämta den här filen (production_of_phenol.pdf)PRODUKTION AV FENOLPRODUKTION AV FENOL880 kB

Fler provskrivningar

Specialerbjudande!
Använda kupong: UREKA15 för att få 15.0% av.

Alla nya order på:

Skrivning, omskrivning och redigering

Beställ nu