12万吨年液相法生产异丙苯工艺计算机辅助设计(附件)
本文用Aspen plus软件对12万吨/年液相法生产异丙苯工艺进行了辅助设计，主要对反应和精馏部分进行了物料衡算和能量衡算，并对精馏塔进行了设备设计计算。本次设计选用中试成功的新型MCM-49催化剂用于苯与丙烯液相烷基化反应，最佳反应工艺条件为：反应温度为120℃、压力为3 MPa，苯烯摩尔比为4。选用吉林石化生产异丙苯的四段绝热反应器；苯塔理论板数为30，塔径为2200mm；异丙苯塔理论板数为31，塔径为1400mm。关键词：异丙苯；烷基化；Aspen Plus；精馏塔目 录
1 引言 1
2 文献综述 2
2.1 异丙苯的性质 2
2.2 国外异丙苯合成工艺 2
2.2.1 三氯化铝法 2
2.2.2 固体磷酸法 2
2.2.3 沸石分子筛催化生产工艺 2
2.3 国内对合成异丙苯工艺的研究进展 4
2.3.1 烷基化反应机理 4
2.3.2 研究工艺进展 5
2.3.3 液相法反应器的选择 5
2.4 异丙苯的合成工艺流程 6
2.5 设计软件的比较 7
2.6 Aspen Plus用于液相法生产异丙烷的设计 7
3 工艺流程设计 8
3.1 原料及产品规格 8
3.2 工艺条件选择 8
3.3 反应原理 8
3.4 工艺流程 9
3.5 反应器计算 10
3.6 苯塔设计 14
3.6.1 苯塔DSTWU模型计算 15
3.6.2 苯塔RadFrac模块计算 17
3.7 异丙苯塔设计 22
3.7.1 异丙苯塔DSTWU模型计算 22
3.7.2 异丙苯塔RadFrac模块计算 24
4 苯塔尺寸设计 28
4.1 塔板的选择 28
4.2 溢流装置计算 29
4.3 塔板计算与布置 31
4.3.1 浮阀塔板计算 31
4.3.2 浮阀塔排列 31
4.4 人孔或手孔的选用 32
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
TWU模型计算 22
3.7.2 异丙苯塔RadFrac模块计算 24
4 苯塔尺寸设计 28
4.1 塔板的选择 28
4.2 溢流装置计算 29
4.3 塔板计算与布置 31
4.3.1 浮阀塔板计算 31
4.3.2 浮阀塔排列 31
4.4 人孔或手孔的选用 32
4.5 筒体高度设计 33
4.6 接管计算 34
4.7 裙座等附件的设计 35
4.8 附属设备设计 37
4.8.1 冷凝器的选择 37
4.8.2 再沸器的的选择 38
4.9 苯塔计算汇总 39
4.10 异丙苯塔设计 39
5 工艺流程图 41
5.1 工艺流程图（附图1） 41
5.2 苯塔装配简图（附图2） 41
5.3 异丙苯塔装配简图（附图3） 41
结 论 42
致 谢 43
参考文献 44
1 引言
异丙苯是工业上制备苯酚和丙酮的重要化工原料，可用作油漆、清漆和搪瓷珐琅的稀释剂，也可用于制造聚合和氧化催化剂等[1]。作为基本工业原料和溶剂，苯酚、丙酮的需求量日益增多，使得异丙苯的需求逐年递增，因此提高生产效率和生产规模非常重要。异丙苯的生产主要以苯和丙烯为原料，采用固定床反应器，改性MCM-49分子筛为催化剂的工艺路线。Aspen Plus是基于稳态化工模拟、优化、灵敏度分析和经济评价的大型化工流程模拟软件，可用于液相法固定床反应器生产异丙苯工艺路线生产进行模拟，可对反应器设计的影响因素进行分析和经济评估。
2 文献综述
2 .1 异丙苯的性质
异丙苯又名丙基苯或枯烯，分子式：C9H12，分子量：120.19，沸点：152.4℃，熔点：-96.0℃，相对密度：0.864。常温常压下为无色液体，具有特殊芳香气味，不溶于水，可溶于醇、苯、四氯化碳、乙醚等多种有机溶剂，易燃，遇明火、高温高热、氧化剂时，会引起爆炸。
2.2 国外异丙苯合成工艺
2.2.1 三氯化铝法
三氯化铝法[2]有SD和Monsanto两种工艺。SD法由美国科学技术公司开发，主催化剂AlCl3，助催化剂HCl、氯乙烷等。Monsanto法是SD法的改进工艺，Monsanto工艺采用的催化剂三氯化铝络合物溶于苯中形成均相体系，在均相体系中进行烷基化反应有利于异丙苯的生成。三氯化铝法的优点是反应条件温和，进料苯烯比低，且催化剂既可催化苯与丙烯烷基化合成异丙苯，又可催化二异丙苯、三异丙苯烷基转移生成异丙苯，异丙苯收率高，产物质量好，早期被广泛应用在异丙苯工业化生产中。三氯化铝法同时存在流程长，腐蚀性强，污染严重，物耗能耗高等缺点，三氯化铝法几乎已经被淘汰。
2.2.2 固体磷酸法
固体磷酸法[3]简称SPA法，由UOP公司开发，后经kellog工程公司改进。SPA法将固体磷酸加载在硅藻土上作为催化剂，采用固定床反应器，丙烯分段进料，催化剂分层装填。工艺条件为：反应压力3.0~4.1MPa，反应温度180~230℃，苯烯摩尔比5~7，质量空速1~2h-1，反应过程中需要连续注入少量水以保持催化活性，产物含4~5%的多异丙苯。该工艺较三氯化铝法流程相对简单，腐蚀性和污染性小，但催化剂无催化烷基转移功能，产品质量较差，异丙苯收率仅为94.7~96.0%，不能满足工业需求。
2.2.3 沸石分子筛催化生产工艺
分子筛催化剂催化烷基化反应成为当今主要用于制备异丙苯的工艺路线。现在实现工业化的制备方法为：UOP、Mobil/Badger、Dow/Kellogg、Enichem、CDTech。
（1）UOP工艺
UOP公司于20世纪90年代初期UOP公司又成功开发了“Q-MAX”工艺，此工艺在不断地的改造，产能有了很大的提高。“Q-MAX”工艺采用苯和丙烯为原料，丙烯多段进料，采用液相固定床工艺。催化剂采用MgAPSO-31，该催化剂具有特殊的三维十二元环孔结构，再生性能良好，使用周期高达18个月，寿命超过5年，可同时用于催化烷基化和转烷基反应。UOP公司随后又推出了一种更具竞争力的催化剂QZ-2000。该催化剂允许在低循环苯量下反应，所得异丙苯纯度高达99.96-99.97%，收率接近99.7%。
（2）Mobil/Badger工艺
埃克森美孚公司(Exxon-Mobil)于20世纪90年代成功开发出Mobil/Badge
1 引言 1
2 文献综述 2
2.1 异丙苯的性质 2
2.2 国外异丙苯合成工艺 2
2.2.1 三氯化铝法 2
2.2.2 固体磷酸法 2
2.2.3 沸石分子筛催化生产工艺 2
2.3 国内对合成异丙苯工艺的研究进展 4
2.3.1 烷基化反应机理 4
2.3.2 研究工艺进展 5
2.3.3 液相法反应器的选择 5
2.4 异丙苯的合成工艺流程 6
2.5 设计软件的比较 7
2.6 Aspen Plus用于液相法生产异丙烷的设计 7
3 工艺流程设计 8
3.1 原料及产品规格 8
3.2 工艺条件选择 8
3.3 反应原理 8
3.4 工艺流程 9
3.5 反应器计算 10
3.6 苯塔设计 14
3.6.1 苯塔DSTWU模型计算 15
3.6.2 苯塔RadFrac模块计算 17
3.7 异丙苯塔设计 22
3.7.1 异丙苯塔DSTWU模型计算 22
3.7.2 异丙苯塔RadFrac模块计算 24
4 苯塔尺寸设计 28
4.1 塔板的选择 28
4.2 溢流装置计算 29
4.3 塔板计算与布置 31
4.3.1 浮阀塔板计算 31
4.3.2 浮阀塔排列 31
4.4 人孔或手孔的选用 32
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
TWU模型计算 22
3.7.2 异丙苯塔RadFrac模块计算 24
4 苯塔尺寸设计 28
4.1 塔板的选择 28
4.2 溢流装置计算 29
4.3 塔板计算与布置 31
4.3.1 浮阀塔板计算 31
4.3.2 浮阀塔排列 31
4.4 人孔或手孔的选用 32
4.5 筒体高度设计 33
4.6 接管计算 34
4.7 裙座等附件的设计 35
4.8 附属设备设计 37
4.8.1 冷凝器的选择 37
4.8.2 再沸器的的选择 38
4.9 苯塔计算汇总 39
4.10 异丙苯塔设计 39
5 工艺流程图 41
5.1 工艺流程图（附图1） 41
5.2 苯塔装配简图（附图2） 41
5.3 异丙苯塔装配简图（附图3） 41
结 论 42
致 谢 43
参考文献 44
1 引言
异丙苯是工业上制备苯酚和丙酮的重要化工原料，可用作油漆、清漆和搪瓷珐琅的稀释剂，也可用于制造聚合和氧化催化剂等[1]。作为基本工业原料和溶剂，苯酚、丙酮的需求量日益增多，使得异丙苯的需求逐年递增，因此提高生产效率和生产规模非常重要。异丙苯的生产主要以苯和丙烯为原料，采用固定床反应器，改性MCM-49分子筛为催化剂的工艺路线。Aspen Plus是基于稳态化工模拟、优化、灵敏度分析和经济评价的大型化工流程模拟软件，可用于液相法固定床反应器生产异丙苯工艺路线生产进行模拟，可对反应器设计的影响因素进行分析和经济评估。
2 文献综述
2 .1 异丙苯的性质
异丙苯又名丙基苯或枯烯，分子式：C9H12，分子量：120.19，沸点：152.4℃，熔点：-96.0℃，相对密度：0.864。常温常压下为无色液体，具有特殊芳香气味，不溶于水，可溶于醇、苯、四氯化碳、乙醚等多种有机溶剂，易燃，遇明火、高温高热、氧化剂时，会引起爆炸。
2.2 国外异丙苯合成工艺
2.2.1 三氯化铝法
三氯化铝法[2]有SD和Monsanto两种工艺。SD法由美国科学技术公司开发，主催化剂AlCl3，助催化剂HCl、氯乙烷等。Monsanto法是SD法的改进工艺，Monsanto工艺采用的催化剂三氯化铝络合物溶于苯中形成均相体系，在均相体系中进行烷基化反应有利于异丙苯的生成。三氯化铝法的优点是反应条件温和，进料苯烯比低，且催化剂既可催化苯与丙烯烷基化合成异丙苯，又可催化二异丙苯、三异丙苯烷基转移生成异丙苯，异丙苯收率高，产物质量好，早期被广泛应用在异丙苯工业化生产中。三氯化铝法同时存在流程长，腐蚀性强，污染严重，物耗能耗高等缺点，三氯化铝法几乎已经被淘汰。
2.2.2 固体磷酸法
固体磷酸法[3]简称SPA法，由UOP公司开发，后经kellog工程公司改进。SPA法将固体磷酸加载在硅藻土上作为催化剂，采用固定床反应器，丙烯分段进料，催化剂分层装填。工艺条件为：反应压力3.0~4.1MPa，反应温度180~230℃，苯烯摩尔比5~7，质量空速1~2h-1，反应过程中需要连续注入少量水以保持催化活性，产物含4~5%的多异丙苯。该工艺较三氯化铝法流程相对简单，腐蚀性和污染性小，但催化剂无催化烷基转移功能，产品质量较差，异丙苯收率仅为94.7~96.0%，不能满足工业需求。
2.2.3 沸石分子筛催化生产工艺
分子筛催化剂催化烷基化反应成为当今主要用于制备异丙苯的工艺路线。现在实现工业化的制备方法为：UOP、Mobil/Badger、Dow/Kellogg、Enichem、CDTech。
（1）UOP工艺
UOP公司于20世纪90年代初期UOP公司又成功开发了“Q-MAX”工艺，此工艺在不断地的改造，产能有了很大的提高。“Q-MAX”工艺采用苯和丙烯为原料，丙烯多段进料，采用液相固定床工艺。催化剂采用MgAPSO-31，该催化剂具有特殊的三维十二元环孔结构，再生性能良好，使用周期高达18个月，寿命超过5年，可同时用于催化烷基化和转烷基反应。UOP公司随后又推出了一种更具竞争力的催化剂QZ-2000。该催化剂允许在低循环苯量下反应，所得异丙苯纯度高达99.96-99.97%，收率接近99.7%。
（2）Mobil/Badger工艺
埃克森美孚公司(Exxon-Mobil)于20世纪90年代成功开发出Mobil/Badge
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