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1、年产44万吨精对苯二甲酸（PTA）工段设计年产44万吨精对苯二甲酸（PTA）工段设计摘 要 本文以44万吨PTA生产装置氧化工段流程为对象，建立了氧化工段核心流程以及氧化工段全流程的严格机理模型。PTA（精对苯二甲酸）是合成聚酯纤维和塑料的重要原料，主要采用对二甲苯（PX）空气氧化法和加氢精制生产。复杂工业过程的建设，模拟和优化一直是过程系统工程（PSE)领域的核心研究内容。本文详细论述了工艺路线论证，工艺流程设计，全流程的物料衡算，热量衡算，主要设备的选型，车间布置设计，自动控制与优化，公用工程（劳动保护、安全生产、三废处理）,工程设计概算，以及在本设计过程中所遇到的问题和针对问题提出的建议
2、等内容。关键词：PTA 工段设计 加氢精制Annual output of 44 tons of purified terephthalic acid (PTA) Section of DesignABSTRACTIn the thesis,the steady state simulation and oplimization of PTA oxidation process are studied. PTA(purified terephthalic acid ) is producing compound polyester pibre and plastic importance ma
3、terials, mainly paraxylene(PX) production by air oxidation and by hydro-refining .Modeling,simulation and optimization are the key to process systems engineering. This article discusses in detail the expound of technological line, the design of the process flows, the whole process of material balanc
4、e,energybalance, the selection of the main equipment, general layout of the shop, automatic control and optimization, utilities system(labor protection, safety in production, waste treatment), engineering estimates, along with the problems in the design process and some suggestions for these problem
5、s are made.Keywords: purified terephthalic acid the design of the section hydro-refining 目 录摘 要IABSTRACTII目 录III1 绪论11.1设计依据11.2项目概况11.3 PTA的概况11.4 PTA生产原理21.4.1精PTA生产工艺21.4.2 PTA生产技术选择21.4.3 PTA工艺路线论证31.5 工艺流程设计41.5.1工艺流程简述41.5.2 工艺流程简图51.6 国内外市场情况51.6.1国外市场情况51.6.2国内市场情况61.7 PTA国内外生产工艺技术发展情况71.7.1
6、国外生产工艺技术发展情况71.7.2国内生产工艺技术发展情况81.8三废处理82 物料衡算102.1反应方程中的各物质的物料衡算102.1.1 有关物料衡算技术数据102.1.2氧化部分物料衡算102.1.3 反应主要副产物的分配122.1.4母液循环的组成122.1.5加氢精制物料衡算123 热量衡算143.1反应方程中的各物质的热量衡算144 工艺设备技术方案164.1概述164.2关键设备选择164.2.1反应器的选型164.2.2关键设备的选择164.3主要设备一览表175 工段工艺流程优化195.1优化氧化反应条件195.1.1改善加氢精制反应条件195.1.2增大母液循环，降低原料
7、和能量消耗195.1.3 PTA母液固体回收利用195.1.4节能改进195.2优化工艺、改进设备205.2.1改进氧化反应器205.2.2工艺流程改进205.2.3提高仪表控制水平206 车间布置设计216.1车间布置设计依据216.2车间布置设计概述216.3车间布置设计方案216.3.1 分区说明216.3.2布置概念227 自动控制与优化237.1概述237.2涉及范围237.3生产装置对自动控制的要求238 公用工程248.1劳动保护248.1.1劳动保护的目的248.1.2劳动保护的基本内容248.2安全生产258.2.1安全生产基本简介258.2.2安全生产的本质258.2.3安
8、全生产的基本原则258.3三废排放及处理269 工程设计概算279.1物料的费用279.2投资总额2710 结束语28参考文献29附录一30附录二31附录三32311 绪论1.1设计依据本设计依据材料下达任务书进行编制。参照松三菱PX高温氧化技术，英国石油（BP）、美国Amoco公司、英国ICI公司和日本三井油化公司的有关资料设计而成。1.2项目概况本项目为精对苯二甲酸（简称PTA）的合成设计，年产量为44万吨。制取精对苯二甲酸根据氧化反应温度不同，PTA生产工艺可分为三种：高温液相氧化工艺、中温液相氧化工艺、低温液相氧化工艺。1.3 PTA的概况PTA是精对苯二甲酸（Pure Terepht
9、halic Aicd）的英文缩写，相对分子量为166.13，结构式HOOCC6H4COOH，常温下是白色晶体，常压下在300以上升华，无毒、无味，是重要的大宗化工原料之一。PTA是聚酯纤维和非纤维聚合物的重要基础原料，PTA的下游加工产品主要是聚酯，也就是其主要用途是生产聚酯纤维（涤纶）、聚酯瓶片和聚酯薄膜，在生产和日常生活中发挥很大的作用。 精对苯二甲酸（PTA）产品质量指标表1-1项目单位典型指标测试方法外观白色结晶粉末酸值mg KOH/g675±2DPT Method 140灰份wt ppm<6DPT Method 160铁wt ppm<1DPT Method 37
10、0总 金 属 含 量 (Co, Cr, Mo, Ni, Ti) wt ppm<4DPT Method 3604-羧基苯甲醛（4-CBA）wt ppm<20DPT Method 190对甲基苯甲酸（pt 酸）wt ppm150DPT Method 520水份wt%0.2DPT Method 5602N KOH 溶液中色值Hazen 单位<10DPT Method 260b 值<1.2DPT Method 270粒径m115±15DPT Method 3901.4 PTA生产原理1.4.1精PTA生产工艺采用催化氧化法将对二甲苯（PX）氧化成粗TA，再以
11、加氢还原法除去杂质，将CTA精制成PTA。这种工艺在PTA生产中居主导地位，代表性的生产厂商有：英国石油（BP）、杜邦（Dupont）、三井油化（MPC）、道化学因卡（Dow-INCA）、三菱化学（MCC）和因特奎萨（Interquisa）等。 1.4.2 PTA生产技术选择PTA生产技术采用两步法。 采用直接氧化法生产PYA的工艺原理是在氧化单元中以对二甲苯(PX)为原料、醋酸为溶剂、以醋酸钴、醋酸锰为催化剂、溴化氢为促进剂，在一定的温度和压力条件下(190-205，1.27-2.45MPa)在反应器内与氧反应生成粗对苯二甲酸(PYA)，反应过程为剧烈的放热反应。精制单元采用加氢还原法除去反
12、应副产物。加氢反应在正常操作温度288，操作压力8288MPa(表)条件下，在碳钯催化剂的作用下，将TA中的对羧基苯甲醛(4CBA)等杂质还原成易溶于水的PT酸(POL)。最终产品为精对苯二甲酸(PTA)。1.4.2.1 PTA生产原理反应方程式：(1-1)1.4.2.2 CTA精制原理：(1-2)1.4.3 PTA工艺路线论证1.4.3.1 PTA工艺种类TA精制工艺发展较为成熟，不同生产商在精制部分生产工艺基本相似，主要区别在于氧化部分。PX氧化是PTA生产的核心部分，也是各专利商竞争的焦点所在，氧化部分直接决定TA生产的产质耗水平。依据氧化反应温度的不同，目前国际上主要PTA生产工艺可分
13、为：高温氧化工艺、中温氧化工艺、低温氧化工艺。 1.高温氧化工艺最早由美国Mid-Century公司于1955年提出。氧化单元是以PX为原料，以钴、锰金属盐为催化剂，溴化物为促进剂，醋酸为溶剂，在反应温度224，压力2.5MPa的条件下，空气液相氧化生成TA。该工艺于1958年由日本三井油化公司和美国Amoco公司首次在世界上实现工业化。但是由于高温氧化的反应条件比较苛刻，原料PX和溶剂醋酸在反应器内的燃烧损失大，副反应较多，产物收率低，而且设备腐蚀严重，目前该工艺已经进行了改进，变为中温氧化工艺。 2.中温氧化工艺中温氧化工艺以BP-Amoco工艺、Invista工艺和日本三井油化工艺为代表
14、，氧化反应温度在190-205。日本三井油化工艺经过不断的优化，采用高催化剂操作，目前反应温度已降至185，使醋酸和PX的消耗大大降低。Invista工艺装置操作更稳定，能耗和物耗更低，单套装置生产能力更大，使其更具有竞争力近期国内新建装置所选择的专利技术大部分为Invista工艺。 3.低温氧化工艺低温氧化工艺以Eastman-Lurgi8的PTA专利技术为代表。其主要特点是采用鼓泡塔反应器，不用搅拌桨，反应温度在155-165，反应压力较低，反应过程缓和，PX和溶剂醋酸燃烧消耗低，因反应釜内压力低，空压机能耗低。并且Eastman生产工艺技术省去了精制单元，它是在氧化反应得到TA后，TA经一系列工艺处理后进人3台串联的后氧化器(可称为熟化器)，在较高的温度下使它深度氧化和再结晶，去除TA中的4-CBA和PT酸等杂质。由最后一级结晶器出来的浆料经过滤、干燥后即得到EPTA产品。得到的产品中4-CBA含量高于一般的PTA，称为EPTA(中纯度对苯二甲酸)。 1.4.3.2 PTA工艺选择本设计采用高温氧化工艺，其特点是采用对二甲苯在醋酸溶剂中进行液相氧化制取
