(荆鹏飞)年产5000吨邻甲基苯甲酸装置的工艺设计

9
10 11
干燥器
压缩机 空气贮槽
YZG-600
L2-10/8 V＝50m3，φ3120x11917，不锈钢材质
2
1 1
12
13 14 15
邻二甲苯贮槽
邻甲基苯甲酸贮槽 液氨贮槽 硝酸贮槽
V＝25m3，φ3120x11917，不锈钢材质
V＝15m3，φ2516x6760，不锈钢材质 V＝5m3，φ1916x5165，材质为16MnR V＝15m3，φ2516x6760，材质为玻璃钢
1 2 3 4 5 邻甲基苯 甲酸 硝酸铵
质量
5555.56 3266.73
735.30 水 硝酸溶液 1569.00 218.12 杂质 11344.71 合 计
(4)离心机的物料衡算(Kg/批)
输 入 序号 物料名称 1 邻甲基苯 甲酸 离 杂质 心 2 水 液 3 4 硝酸溶液 质量 5555.56 218.12 735.30 1569.00 输 出 序号 物料名称 1 邻甲基苯 甲酸 滤 2 杂质 饼 3 水 1 邻甲基苯 甲酸 滤 2 硝酸溶液 质量 5500.00 112.24 623.58 55.56
2 工艺概述
CH3
钴催化剂
COOH
+
CH3
1.5 O2
+
CH3
H2O
根据溶剂和钴催化剂的不同, 分为以下3种合成方法, 简单对比见下表： 序号 合成方法 工艺 环境污 生产 产品 流程 染情况 成本 质量 1 硝酸氧化法 一般 严重 很高 很差 2-1 空气液相氧化法 （醋酸钴） 2-2 空气液相氧化法 （环烷酸钴） 简单 简单 小 很小 较高 一般 较差 好
合 计
20979.07
(2)中和反应釜物料衡算(Kg/批)
输 入 序号 物料名称 1 2 3 邻甲基苯 甲酸 氨 水 质量 5555.56 708.96 735.30 输 出 序号 物料名称 1 2 3 邻甲基苯 甲酸铵 水 邻二甲苯 质量 6244.50 735.30 2769.53
4
邻二甲苯 合 计
氧化反应釜热量衡算结果一览表
输 入(KJ) Q1 7.84×106
输 出(KJ) Q4 1.09×107
Q2
Q3 合计
2.28×107
-3.06×106 1.192×107
Q5
Q6 合计
0
1.02×106 1.192×107
从上表中可以看出Q2＞０，说明催化氧化过程需要 加热。外界需要输入氧化反应釜的热量为2.28×107KJ。
5.1
5.2 5.3
折旧费
修理费 摊销费
280
50 0
5.4
其它
生产总成本
800
5599.08
6.4 经济效益评价
销售收入 （万元） 13500 利润总额 （万元） 5156.92 所得税 （万元） 1289.23 年净利润 （万元） 3867.69 投资回收 期（月） 20
其中： （1）销售收入=产量×价格=5000×27000=13500 (万元) ，邻甲基苯 甲酸单价为27000元/吨。 （2）利润总额=销售收入-总成本=13500-8343.08=5156.92 (万元) 所得税=利润总额×25%=5156.92×25%=1289.23(万元) 年净利润=利润总额-所得税=5156.92-1289.23=3867.69(万元) 注:所得税按利润总额的25%计。 （3）投资回收期=1+（固定资产投资+折旧费）/年净利润 =1+(2132.00+280.00)/3867.69 =1.62年(即1年8个月) 所以, 1年8个月即可收回成本。
4 设备设计和选型
（1）氧化反应釜的设计与计算；
（2）冷凝器的设计与计算；
（3）生产设备一览表
（1）氧化反应釜的主要结构尺寸表
容积 m3 筒体直径 mm 釜体材料 夹套直径 mm 00Cr17Ni14Mo2 高合金钢钢板
16 2400 3
2600 2
筒体高度 m
釜体的筒体 和封头壁厚 mm
夹套高度 m
1 前言
结构为:
邻甲基苯甲酸（OTA）的分子式为C8H8O2，
COOH CH3
目前，邻甲基苯甲酸（OTA）主要应用于农药、医药 及有机化工原料的合成，特别是作为生产除草剂稻无草的 主要原料；它也是杀菌剂灭锈胺、苯氧菌酯、肟菌酯及除 草剂苄嘧磺隆的中间体；同时邻甲基苯甲酸（OTA）还可 以用作农药杀菌剂磷酰胺、香料、氯乙烯聚合引发剂MBPO、 间甲酚、彩色胶片显影剂等有机合成中间体。
（3）生产设备一览表
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 设备名称 氧化反应釜 中和反应釜 酸洗反应釜 冷凝器 离心机 离心泵 离心泵 离心泵 规格、型号和材质 V＝16m3，材质为00Cr17Ni14Mo2 V＝6m3，材质为不锈钢 V＝4m3，材质为Ocr13不锈钢 TB/T 4717 SS800-N/G 50F-40A 50F-16 50F-16A 数量（个） 1 1 1 1 1 1 1 1
7结 论
1.本设计采用以环烷酸钴为催化剂的空气液相 氧化法来制备邻甲基苯甲酸（OTA）产品。在135℃， 0.4MPa下反应6个小时，该工艺流程短，生产技术 成熟可靠，对设备要求不高，产品质量和纯度都较 高（98%）。 2.通过物料衡算、能量衡算，本工艺的水和邻 二甲苯可以循环利用，所以可大大地降低原料成本、 减少浪费现象。
1 2
3 4 5 6
邻二甲苯 空气
环烷酸钴 氨 硝酸溶液 洗水
7101.36 13856.41
21.30 708.96 4358.79 8345.52
1 2
3 4 5 6 7 8 9
邻甲基苯甲酸 剩余邻二甲苯
剩余空气 环烷酸钴 剩余氨 剩余硝酸溶液 硝酸铵 杂质 水 合 计
5555.56 2769.53
水
5500.00 112.24
623.58
1 2
1
邻甲基苯 甲酸 杂质
邻甲基苯 甲酸
5444.45 101.02
55.55
2
3
饼
挥 发 物
总 计 6235.82
2 3
杂质 水
总 计
11.22 623.58
6235.82
(6)总物料衡算(Kg/批)
输 入 序号 物料名称 质量 序号 输 出 物料名称 质量
11709.38 21.30 13.90 1569.00 3266.73 112.24 9485.81 34392.34
合 计
34392.34
由以上物料衡算可以得到：每批产品的质量为 5444.45㎏（纯产品）。产品中邻甲基苯甲酸的质 量分数为W=5444.45/（5444.45+101.02） ×100%=98.9%≥98.0%，符合产品质量标准。
5 1
硝酸铵 水
3266.73 8345.52
1569.00 8457.24
105.88 3266.73 19690.23
液
3
4 5
水
杂质 硝酸铵
洗 水
总 计 19690.23
总 计
(5)干燥器的物料衡算(Kg/批)
输 入 序号 物料名称 质量 序号 产 品 输 出 质量
物料名称
1
滤
邻甲基苯 甲酸 杂质
ຫໍສະໝຸດ Baidu
9
9 6 12 1 82
3.流动资金
投资总计
500
2744
6.3 生产成本
序号 1 1.1 1.2 2 2.1 2.2 3 3.1 3.2 3.3 4 5 项目 原辅材料 邻二甲苯 环烷酸钴 辅助材料 包装袋 木托盘 燃料及动力 冷却水 电 蒸汽 工资及福利费 制造费 m3 Kwh m3 3 0.78 80 150000 2300000 70000 45 179.4 560 246 390 个 个 2 40 200000 2000 40 8 吨 吨 4500 65000 6391.26 19.17 2876.07 124.61 单位 单价（元） 年消耗 生产成本（万元/年）
3.2 热量衡算
Q 1 + Q 2 + Q 3 = Q 4 + Q5 + Q 6
式中： Q1—所处理的物料带入设备总的热量,KJ； Q2—加热剂或冷却剂与设备和物料传递的热量（符号规定 加热剂加入热量为“+”，冷却剂吸收热量为“-”）,KJ； Q3—过程的热效率,(符号规定过程放热为“+”；过程吸热 为“-”)KJ； Q4—反应终了时物料的焓（输出反应器的物料的焓）KJ； Q5—设备部件所消耗的热量,KJ； Q6—设备向四周散失的热量，又称热损失,KJ； 热量衡算的基准以每批处理物料即5555.56 Kg/批为基准。 热量衡算温度基准一般规定为25℃,热量衡算式中各项计算。 从上式中可得： Q2 = Q4 + Q5 + Q6 －Q1－Q3 注意：本设计主要对催化氧化阶段进行了热量衡算。
1
1 1 1
5 生产车间布置图
6 经济效益核算
6.1 生产班制定员
岗位 人数
6.2 投资估算
估算投资
1.固定资产投资
12 9 6
6 6 6
备料投料 氧化阶段 中和阶段
酸洗阶段 离心阶段 干燥阶段
资金/ 万元
2132
建筑工程
设备 2.工程建设及其他 费用
350
1782 112
三废处理
产品打包 仓库管理 维修技术人员 总监 总计
夹套的筒体 和封头壁厚 mm
24
10
(2)冷凝器的设计与计算
选择固定管板式列管换热器,其型号为TB/T 4717。 壳径，mm 273 公称压强， 1.60×103 kPa 公称面积， 4.8 m2 管程数 2 管子尺寸，m 管长，m 管子总数 Φ 25×2.5 3 32
管子排列方法 正三角形排列
邻二甲苯：环烷酸钴=100:0.3； 邻甲基苯甲酸（OTA）：氨=1:1.02； 邻甲基苯甲酸铵：硝酸溶液（68%）=2:1.03。
（2）反应温度、压力和反应时间
反应温度：135℃； 反应压力：0.3MPa； 反应时间：6h。
3.1 物料衡算
物料衡算式： Σ G进=Σ G出+Σ G损+Σ G积 式中： Σ G进——输入物料量总和； Σ G出——离开物料量总和； Σ G损——总的损失量； Σ G积——系统中积累量。 本工艺为间歇操作，ΣG积=0，衡算基准为Kg/批。 本设计包括催化氧化阶段、中和阶段、酸洗阶 段、离心阶段和干燥阶段五个部分，各阶段物料衡 算表及总物料衡算表如下所示：
致 谢
衷心感谢王延飞老师在设计过程中给予我的悉心 指导，同时也感谢教研室全体老师在大学四年里 对我的帮助。
感谢各位评委老师以及各位参加我毕业设计答 辩会的同学
请大家给予宝贵意见！ 谢谢！
通过比较上述3种合成方法,可以看出用空气液 相氧化法（环烷酸钴）生产邻甲基苯甲酸的工艺流 程简单、环境污染小、生产成本一般、产品质量好、 对设备的腐蚀性小,最适合于工业化生产，并且具 有较大的工业应用价值，所以本设计按照方案2-2 进行工艺设计。
2.1 工艺物料流程图
2.2 生产控制参数
（1）投料配比（质量比）
(1)氧化反应釜物料衡算(Kg/批)
输 入 序号 物料名称 质量 输 出 序号 物料名称 质量
1 2
3
邻二甲苯 空气
环烷酸钴
7101.36 13856.41
21.30
1 2
3 4 5 6
邻甲基苯 甲酸 邻二甲苯
空气 水 环烷酸钴 杂质 合 计
5555.56 2769.53
11709.38 735.30 21.30 188 20979.07
热烈欢迎 各位老师和同学
年产5000吨邻甲基苯甲酸装置 的工艺设计
班 级：化学工程与工艺092班 学 号：20094540218 姓 名：荆 鹏 飞 指导老师：王 延 飞（副教授）
2013.05.31
设计主要内容
1 前言 2 工艺概述 3 物料和热量衡算 4 工艺设备设计和选型 5 生产车间布置 6 经济效益分析 7 结论 8 致谢词
3.此次工艺选择的是搅拌反应釜，选用的材料 为00Cr17Ni14Mo2高合金钢钢板，反应釜的容积为 16m3,反应釜筒体内径为2400mm，高度为3m。选用 框式搅拌器，搅拌器的直径为2320mm。 4.采用间歇式生产工艺，设备简单，由经济核 算得，项目建成后，总投资8343.08万元，年净利 润为3867.69万元，投资回收期为一年零八个月， 由此可看出本工艺收益较高，经济效益较好。 5.本工艺在三废方面的处理是合理的，不会给 环境带来污染，绿色环保。 综上所述本工艺设计是可行的，而且很有建设 价值。
2769.53
4
5
剩余的氨
杂质
13.90
6.12
9769.35
合 计
9769.35
(3)酸洗反应釜物料衡算(Kg/批)
输 入 输 出
序号 物料名称
1 2 3 4 邻甲基苯 甲酸铵 硝酸溶液 （68%） 杂质 水 合 计
质量
6244.50 4358.79 6.12 735.30 11344.71
序号 物料名称