年产40万吨对二甲苯设计
摘要
聚酯纤维的迅速发展，拉动了其上游原料精对二苯甲酸的消耗，进而又拉动了PTA的上游原料对二甲苯的市场严重供不应求，产品需要大量进口[6]。2012年，世界二甲苯的装置生产能力约4000万吨/年，70%以上的装置在亚洲地区，新建产能也大都集中在亚洲，主要为韩国和中国。甲苯歧化反应是甲苯经过歧化反应生成苯和二甲苯。烷基转移反应是指苯与C 9、C10芳烃之间的烷基转移反应。该工艺的特点是将产量相对过剩的甲苯和或价值相对较低的C9、C10转化成苯和二甲苯，是工业上增产二甲苯的主要手段。本课题年产40万吨对二甲苯设计，采用甲苯甲醇烷基化法生产二甲苯，在ZSM-5催化剂作用下甲苯与甲醇反应，直接生成对二甲苯。其过程可分为对二甲苯的合成和合成产物的分离，来得到纯度高的对二甲苯。
关键词：年产40万吨 甲醇烷基化法 二甲苯
目录
1 绪论 3
1.1 二甲苯的性质及用途 3
1.1.1 二甲苯的性质 3
1.1.2 对二甲苯的用途 3
1.2 二甲苯产业的国内外发展现状 5
1.2.1 二甲苯产业的国内现状 5
1.2.2 二甲苯产业的国外现状 5
1.3 二甲苯的主要生产工艺 5
1.3.1 甲苯歧化和烷基转移 5
1.3.2 二甲苯异构化 6
1.3.3 甲苯甲醇烷基化 6
1.3.4 混合二甲苯分离 7
2 二甲苯的工艺流程 8
2.1 生产方法 8
2.2 工艺说明 9
2.2.1 工艺流程图 9
2.2.2 工艺流程简述 9
2.2.3 有关化学方程式 10
2.2.4 采用的催化剂 12
3 物料衡算 12
3.1 搜集计算数据 13
3.2 单元系统物料衡算 14
3.2.1 甲苯甲醇烷基化反应器1 14
3.2.2 甲苯甲醇烷基化反应器2 16
3.2.3 气液分离器 17
3.2.4 层析器 18
3.2.5 甲醇塔 19
3.2.6 二甲苯精制塔 19
4 热量衡算 20
4.1 单元设备热量衡算 21
4.1.1 甲苯甲醇烷基化反应器1 21
4.1.2 甲苯甲醇烷基化反应器2 22
4.1.3 层析器 22
4.1.4 甲醇塔 23
4.1.5 二甲苯精制塔 24
5 设备选型及计算 24
5.1 甲苯甲醇烷基化反应器1的工艺计算 24
5.1.1 催化剂用量 25
5.1.2 反应器1尺寸计算 25
5.1.3 反应器1压降校核 26
5.1.4 反应器壁厚 27
5.1.5 筒体法兰的设计 28
5.1.6 螺栓根径和螺栓个数的设计 29
5.1.7 人孔的设计 29
5.1.8 反应器支座设计 30
5.2 反应器1结果汇总 31
5.3 塔设备的工艺计算 32
5.2.1 塔盘设计 32
5.2.2 塔板负荷性能图 37
5.2.3 塔高的设计 40
5.4 塔设计结果汇总 42
6 车间布置 42
6.1 化工车间设计依据 42
6.1.1 常用设计标准、规范和规定 42
6.2 化工车间布置 43
6.2.1 车间布置原则 43
6.2.1 车间布置的步骤和方法 43
6.3 车间典型设备布置设计 43
6.3.1 反应器的布置 43
6.3.2 塔的布置方式 44
6.3.3 换热器布置 44
6.4 车间平面布置图 45
结 论 46
参 考 文 献 47
1 绪论
1.1 二甲苯的性质及用途
1.1.1 二甲苯的性质
a)对二甲苯的物理性质
无色透明液体，具有芳香气味。比重0.861，熔点13.2℃，沸点138.5℃，闪点25℃，能与乙醇、乙醚、丙酮等有机溶剂混溶。可燃，低毒化合物，性略高于乙醇，其蒸汽与空气可形成爆炸性混合物，爆炸极限1.1%～7.0%（体积分数）。
b) 对二甲苯的化学性质
（1）对金属无腐蚀性，用稀硝酸氧化生成对甲基苯甲酸，继续氧化生成对苯二甲酸。与其他氧化剂的作用和邻二甲苯类似。对二甲苯在碳酸钠水溶液和空气存在下，于250℃，6 MPa下生成对甲基苯甲酸、对苯二甲酸、乙醛。用钴盐作催化剂，120℃经空气液相氧化生成对甲基苯甲酸。氯化反应与其他二甲苯类似。对二甲苯热解生成甲烷、氢、甲苯、对联甲苯、2，6-二甲基蒽。
（2）稳定性：稳定
（3）禁配物：强氧化剂、酸类、卤素等
（4）聚合危害：不聚合
（5）常见化学反应：甲基能被常见氧化剂氧化。如用稀硝酸氧化生成对甲基苯甲酸，继续氧化生成对苯二甲酸；用酸性高锰酸钾也能将甲基氧化成羧基。甲基上的氢原子能被卤素取代。
1.1.2 对二甲苯的用途
对二甲苯与老百姓的生活密不可分。二甲苯广泛存在于汽油中。在汽油中的含量约6%～10%，是汽油高性能抗爆性的重要组分，没有它，就不能生产高品质的汽油。二甲苯为基础有机化工原料之一，主要生产对苯二甲酸（PTA）及对苯二甲酸二甲酯（DMT），分别占二甲苯消费量的80%和12%左右，这两种单体又是生产聚酯纤维和聚酯塑料的原料。全球产量的98%左右用于生产聚酯[3]。聚酯的绝大部分用于生产涤纶，涤纶是目前生产和消费最多的化纤品。我国是化纤大国，合成纤维生产需要大量二甲苯[5]。部分聚酯用于制造饮料瓶，我们日常消费的可乐、汽水、果汁，都可以是用聚酯瓶包装的。除此之外，对二甲苯在医药、香料、油墨、农药、染料以及溶剂等领域有广泛的用途[4]。对二甲苯系列产品关系如图1-1。对二甲苯的广泛用途使它长期处于供不应求状态，所以，二甲苯装置的建设还有很大的空间。
