目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 1.文献综述 3 1.1顺酐简介 3 1.1.1顺酐的基本信息 3 1.2顺酐的理化性质 3 1.3顺酐的毒性 3 1.2顺酐行业现状 4 1.2.1产能产量 4 1.2.2进出口状况 4 1.2.3价格波动与利润走势 4 1.2.4顺酐行业发展趋势 5 1.3顺酐的制备工艺 6 1.3.1按原料分类 6 1.3.2按技术设备分类 7 1.3.3按后处理工艺分类 8 1.4 顺酐的制备原理 9 1.4.1苯氧化法 9 1.4.2丁烷法 11 1.5反应器 14 1.5.1固定床反应器 14 2. Aspen Plus简介 18 2.1.化工过程模拟 18 2.1.1化工过程模拟简介 18 2.1.2化工过程模拟的功能 18 2.1.3化工过程模拟系统的构成 19 2.2.Aspen Plus简介 20 2.2.1 Aspen Plus的主要组成 20 2.2.2 Aspen Plus的主要功能 21 2.2.3 Aspen Plus的主要特点 21 3.工艺流程的选择 24 4.厂址选择 36 4.1厂址选择原则 36 4.2场址概况 36 5.物料和能量的衡算 37 5.1 R1 37 5.2 V1 37 5.3 T1 38 5.4 T2 39 5.5 T3 39 5.6 总物料衡算 40 6.主要设备的工艺设计及选型 42 6.1 塔设计及选型 42 6.1.1塔设计要求 42 6.1.2 塔身的设计 42 6.1.3塔径的确定 44 6.1.4塔的塔盘结构的确定 46 6.1.5塔的塔设计压力与设计温度 46 6.1.6塔的水力学校核 47 6.2 换热器的设计及选型 47 6.2.1换热器设计 47 6.2.2换热器E2设计 48 6.2.3换热器E2校核 51 6.2.4换热器E2设计结果 54 6.3反应器的设计及选型 55 7.设备布置设计 57 8.经济核算 58 8.1 直接费用 58 8.2 间接费用（B） 59 8.3原料消耗 59 8.4 人工费用（Y） 59 8.5销售收入及税金估算 59 8.6 销售收入估算 60 8.7 税金估算 60 8.8经济性评价 60 9.三废处理 62 9.1废气治理 62 9.2 废水治理 62 9.3 废渣治理 63 10.参考文献 64 1.文献综述 1.1顺酐简介 1.1.1顺酐的基本信息 顺酐，即顺丁烯二酸酐（cis-butenedioic·anhydride），又名马来酸酐或失水苹果酸酐，简称顺酐，是一种有机化合物。 顺酐主要由苯或者碳四馏分中的正丁烷或丁烯氧化而制得，是生产不饱和聚酯及有机合成的原料。 顺酐主要用于生产不饱和聚酯树脂（UPR）、醇酸树脂。此外，以顺酐为原料还可以生产1，4丁二醇（BOD）、γ丁内酯（GBL）、四氢呋喃（THF）、富马酸和四氢酸酐等一系列用途广泛的精细化工产品。广泛应用于涂料、油漆、油墨、工程塑料、医药、农药、食品、饲料、油品、添加剂、造纸、纺织等行业。 1.2顺酐的理化性质 分子式为C4H2O3，分子量为98.06。分子结构式为： 常温下顺酐为无色针状结晶体，有强烈刺激气味与酸味，易燃、易升华，可溶于苯、乙醇、丙酮等有机溶剂，易溶于水生成马来酸（顺丁烯二酸）。凝固点52.82℃，沸点202℃，闪点为110℃，自燃温度447℃，相对密度：20℃固态1.48，70℃液态1.30。 顺酐由于含有共轭马来酰基，其中1个乙烯基相连两个羰基，所以化学性质非常活泼，很容易通过光化反应、加成反应、酰胺化反应、酯化反应、磺化反应、水合反应、氧化反应、还原反应、加氢反应等生成众多的下游产品。 1.3顺酐的毒性 吸入、食入、经皮吸收后可引起咽炎、喉炎和支气管炎。可伴有腹痛。眼和皮肤直接接触有明显刺激作用，并引起灼伤。慢性影响：慢性结膜炎，鼻粘膜溃疡和炎症。有致敏性，可引起皮疹和哮喘。 1.2顺酐行业现状 1.2.1产能产量 近年来我国顺酐产能基本维持在180万吨左右，2018年中国顺酐产能达190.2万吨/年，顺酐产量达89万吨/年。近年来苯法顺酐，大批产能闲置或退市，2019年产能规模下降至102.5万吨，未来有进一步下滑的趋势。2020年国内顺酐虽然也受到新冠疫情带来的冲击，但在原料低位利好影响以及需求迅速恢复的带动下，顺酐全年利润重心明显走高，产能布局落地活跃，截至年底，顺酐有效总产能达122.6万吨。 一方面，国内顺酐产能维持在较高水平，且近年来有缓慢增长的趋势，2019年全行业产能达到185.5万吨。另一方面，由于环保、安监等因素打压了开工率，以及国内经济增长的趋缓，需求市场不振，行业产量增长缓慢。两方面的因素造成目前行业产能利用率用较低的局面。 1.2.2进出口状况 自2017年以来，国外市场顺酐出现复苏的迹象。同时受国内顺酐产能供应过剩及政策推动影响，我国顺酐出口步伐加快，其中2018年中国顺酐进口量为0.12万吨，顺酐出口量为4.57万吨；2019年中国顺酐进口量为0.03万吨，顺酐出口量为8.01万吨。2020年顺酐出口贸易受到新冠疫情严重冲击，外贸出口恢复乏力且不稳定性增加，我国顺酐总出口量较2019年下滑明显，但下半年顺酐出口市场有所回暖。 印度、土耳其、俄罗斯、印度尼西亚、巴基斯坦等国是我国顺酐主要出口国。但曾经的最大需求国印度，因国内疫情严重，叠加中印冲突，2020年对其出口量大幅减少，而中东的土耳其、南美洲的巴西，需求相对稳定，尤其是对土耳其的顺酐出口量有明显的增长。 我国顺酐进出口主要国家及地区主要集中在日本、美国、韩国、以及德国地区。 1.2.3价格波动与利润走势 近几年，国内顺酐产品平均价格整体呈现V字形走势，2014年顺酐产品平均价格9647元/吨，到2016年下滑到5646元/吨，随后反弹，到2018年顺酐产品平均价格达到了7954元/吨。2019年受产业景气度的影响，国内顺酐价格大幅回落，年度均价降幅超过10%。 2020年，国内顺酐市场波动幅度较大，市场表现分化明显，年内价格运行区间在4500-11000元/吨左右，涨跌频率和幅度均创近年来之最。上半年顺酐市场价格以持续低位为主，下半年行情走势上扬明显。顺酐价格在3月下旬触及年内低点，明显的两个高点价格是分别出现在9月和11月。 从利润方面来看，2020年苯法顺酐和正丁烷法顺酐两种工艺利润变化明显，全年顺酐盈利呈现明显的低开高走态势，上半年表现不佳，下半年反弹明显。一季度，受新冠疫情影响，顺酐全产业链量价齐跌，终端需求表现低迷，顺酐利润空间快速收窄直至转负，苯法顺酐自年初伊始便陷入亏损状态。4月份上游原料跌幅相较跌幅加大，顺酐各工艺在成本端的压力减轻，行业利润逐步扭亏为盈，尤其是苯法顺酐的上游加氢苯大幅度下挫，生产成本大幅减少，利润直涨之下一度实现了对正丁烷法利润的反超，而市场回暖后的顺酐价格一路上行，利润随之直线上升，苯法顺酐下半年盈利表现长期领先于正丁烷法。 1.2.4顺酐行业发展趋势 1.2.4.1丁烷法代替苯法成为主要趋势 目前国内顺酐生产工艺主要是苯氧化法，我国苯原料供应丰富，调节余地大，加上我国万吨级苯氧化法顺酐生产工艺的国产化技术成熟，因此近期内国内仍应立足于苯氧化法生产技术来发展顺酐的生产，通过不断增加科技投入，改进和完善并提高苯氧化法顺酐工艺技术水平，降低消耗和污染，以提高竞争力。 同时，随着石油价格的上升，苯原料价格高位运行，苯氧化制顺酐成本加重，导致以苯为原料的国内顺酐企业不得不面临生产成本问题。在环保要求的提高和原料苯价格飞涨的形势下，丁烷法催化剂选择性提高，以苯法生产顺酐将被丁烷催化氧化制顺酐取代，将成为主要趋势。因此有关生产厂家应加大与有关科研机构和大专院校的合作，加快各类高性能催化剂的开发和应用，在油汽田伴生气、天然气资源丰富的地方，尽快建设拥有我国自主知识产权并具有一定规模的正丁烷法顺酐生产装置，在国内形成合成工艺多元化的发展态势。 1.2.4.2溶剂吸收法发展潜力较大 在后处理工艺中，溶剂吸收法节省了蒸发脱水的大量消耗，避免生成顺酸和异构化反应，提高了顺酐的回收率并降低了设备投资，和水吸收法工艺相比，其生产费用降低近20%，是目前国内外比较有吸引力的后处理工艺。整体来看，采用正丁烷固定床氧化法和溶剂吸收法后处理方法生产顺酐，可取得较好的经济效益，未来将有很大的发展潜力。 1.2.4.3现代化控制手段加强 顺酐生产是一项较为复杂且系统的工作，整个过程涵盖的内容相对较多，一旦某个环节或是细节出现问题，不但会影响产量，而且还可能引起安全事故。加强顺酐生产工艺与安全防范对策的研究，利用现代化控制手段和全方位的管理系统，对关键设备进行动态化监测，对强化生产主体的安全防范意识，优化顺酐生产工艺流程，提高生产效率和质量等，具有非常重要的现实意义和指导价值。 1.3顺酐的制备工艺 1.3.1按原料分类 顺酐生产工艺路线按照原料不同主要分为四种：苯氧化法、正丁烷氧化法、C4烯烃氧化法和苯酐副产法。其中苯氧化法是最早生产顺酐的工艺，其技术成熟，催化剂选择性高，一直是生产顺酐的主导方法。近些年随着环保要求的提高，苯价格急剧提高，新建项目则开始向正丁烷氧化装置发展。苯酐副产顺酐产量相对较少，仅占顺酐产量的5%左右。C4烯烃氧化法以C4馏分中的正丁烯、丁二烯等为原料，因为副产物较多目前基本被淘汰。 1.3.1.1苯氧化法生产顺酐 苯氧化法是生产顺酐的传统的工艺技术，主要的工艺流程为：将苯蒸汽和空气（或氧气）按照一定的比例混合，在V2O5-M0O3系催化剂下作用，在固定床反应器中氧化生成顺酐混合气，经气体冷却器初步降温后，在部分冷凝器中捕集部分液体粗酐，未被冷凝的气态顺酐用水或者溶剂吸收，经精制制得精酐，液态精顺酐在包装工序冷却压制为成品。苯氧化法主要工艺有Alusuisle/UCB法、美国SD法和日本触媒化学法等。其中Alusuisle/UCB法苯耗最低，而美国SD法的应用最为普及，都是较先进的工艺技术。 1.3.1.2正丁烷法生产顺酐 以正丁烷为原料，V2O5为主活性组分的催化剂作用下，于气相中催化氧化制备顺酐。19世纪70年代美国Monsanto公司率先实现了正丁烷制顺酐的工业生产，此后由于正丁烷价格廉价，低毒环保，且生产装置与苯法基本相同，只需要更换催化剂，此工艺得到迅速的发展，目前世界上正丁烷生产顺酐的比例已在80%左右。 天津市化工设计院消化吸收了国外的生产工艺，采用自主开发的正丁烷氧化技术，设计的第一套2万t/a顺酐生产装置于2003年在新疆吐哈石油天然气化工厂建成投产，其顺酐产品各项技术指标均达到国外同类产品质量要求水平，该装置与引进国外技术的同类装置相比，其投资额至少可节省一半，为我国采用正丁烷氧化法奠定了技术基础。 1.3.1.3丁烯氧化制顺酐 首先由Pero-Tex公司进行工业化生产，是由混合碳四馏分中的丁烯、丁二烯作为主要原料和空气（或氧气）在V2O5-P2O5为主要的活性成分的催化剂上，经气相氧化制取顺酐，顺酐收率达90%以上。除顺酐作为主产物外，还生成CO、CO2、水及少量的丙烯醛、呋喃、乙醛和乙酸等多种副产物，由于该反应为吸热反应且副产物较多，故较少采用。生产装置主要有德国BASF和Bayer公司开发的固定床氧化工艺以及日本三菱化学公司开发的流化床工艺。 3.1.4苯酐副产法制顺酐 在芳烃氧化过程中，用邻二甲苯或萘氧化生成苯酐时，也会得到作为副产物顺酐，其量约为苯酐总产量的5%。邻二甲苯氧化制苯酐过程中，尾气中含有一定量的顺酐，经水吸收后，形成一定含量的顺酸溶液，经过加热脱水和浓缩精制后，最终得到顺酐，每产1t苯酐约0.1t顺酐。生产装置主要有德国BASF公司和比利时联合化学公司（UCB）都开发了制备苯酐尾气回收顺酐的工艺。 1.3.2按技术设备分类 1.3.2.1固定床反应器 具体的工艺过程如下：经过气化之后的正丁烷原料，会与压缩空气进行混合，然后一并被送入到固定床反应器当中，再向反应器内加入熔融状态的硝酸盐混合物，借助熔盐泵的作。