甲苯液相氧化新工艺

1、08机电1班 Electrical and Mechanical My class one 工艺背景介绍 实验室研究情况 初步建设方案 目录 工艺背景介绍 实验室研究情况 初步建设方案 目录 总体概况 投资概算及财务评价 环境影响评价及安全注意事项 可行性分析及建议总结 目录 投资概算及财务评价 环境影响评价及安全注意事项 可行性分析及建议总结 目录 总体概况 工艺背景介绍 实验室研究情况 初步建设方案 目录 投资概算及财务评价 环境影响评价及安全注意事项 可行性研究与建议 目录 工艺背景介绍 第一部分 第二部分 Electrical and Mechanical My class one,

2、our home 工艺背景介绍 第一部分 市场需求市场需求 技术现状技术现状 产品介绍产品介绍 第一部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 产品简介： 苯甲醛简介： 工艺简介： 苯甲醛俗称苦杏仁油, 是 精细化工中的重要中间体, 主要应用于染料、香料香 精、医及化妆品等行业。 同样，作为一种重要的有 机中间体，苯甲醛还被广 泛应用于医药，染料，食 品，农药等行业。（应用 广泛） 甲苯液相空气氧化是环境友好的 苯甲醛生产工艺。甲苯液相空气 氧化在生成苯甲酸的同时可副产 附加值更高的苯甲醛。该过程具 有反应条件温和、收率高、安全 性好

3、等优点。 第二部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 工艺背景介绍 第一部分 市场需求市场需求 技术现状技术现状 产品介绍产品介绍 第一部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 技术现状： 70年代末期，进行了甲苯气相空气 氧化制甲苯酸，苯甲醛空气氧化制甲 苯酸，甲苯液相或气相空气氧化制苯 甲醛与苯甲酸的研究，但未见工业化 报道。近年来各国只是在催化剂的组近年来各国只是在催化剂的组 成成（目前提出有Co-Mn-Br，Co-Mn- Li，Co-Mn-Pb，Co-Zn-Br

4、，Mn-Ni- Br及V等体系）、副产物的回收和产副产物的回收和产 品精制等方面对甲苯液相空气氧化法品精制等方面对甲苯液相空气氧化法 进行一些改进进行一些改进，相关报道很多。 第一部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 目前国内主要采用甲苯氯化甲苯氯化 水解法制苯甲醛水解法制苯甲醛。,该工艺流程 长、产物分离困难、产品中含 有氯化物,限制了苯甲醛在医药、 香料和化妆品等行业中的应用。 而甲苯选择性催化氧化工艺甲苯选择性催化氧化工艺因 反应原料甲苯经济易得、产物 中不含氯元素、反应条件不苛 刻等优点,已成为国内外的研究 热点。 第二

5、部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 工艺背景介绍 第一部分 市场需求市场需求 技术现状技术现状 产品介绍产品介绍 第一部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 随着苯甲醛生产工艺需求的日 益增加，在苯甲醛生产新工艺 的开发方面，国内外都做了大 量的研究工作。目前，我国生我国生 产苯甲醛的企业有产苯甲醛的企业有10余家，总余家，总 生产能力为生产能力为12kt。有关资料显。有关资料显 示，我国苯甲醛需求量以每年示，我国苯甲醛需求量以每年 7%以上的速度增长，到以上的速

6、度增长，到2006年年 达达14.5kt左右。左右。 市场需求：市场需求： 第一部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 生产必要性 苯甲醛的主要用途仍是用于合成从医药品到塑料添加剂的各种其 他化合物。苯甲醛也是生产香水、香料和合成某些苯胺染料的重 要中间产物。 扁桃酸的合成以苯甲醛为初始试剂： 氢氰酸先与苯甲醛反应，产物扁桃腈随后水解得到外消旋扁桃酸 （该图例只描述了其中一种对映异构体的生成） 冰河学家LaChepelle和Stillman于1966年报道了苯甲醛和庚醛抑 制冰的结晶，从而阻止浓霜（Depth Hoar）的形成。

7、实验室研究情况 第二部分 第一部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 反应 过程 的研 究 反应副反应副 产物产物 反应条反应条 件研究件研究 实验室研究情况实验室研究情况 反应动反应动 力学力学模模 型型 反应 氧化剂 的研究 对催化对催化 剂的研剂的研 究究 甲苯氧化成为苯甲 醛的过程主要控制 因素就是催化剂的 选择，催化剂选择 得当转化率高，而 且选择性也会高的 第一部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 链引发、链增长、链终止 一、反应过程的研究： 1、链引发

8、： 3 ， （1） 3， （2） 32。 （3） 2、链增长： 22 （4） 2（5） 3、链终止： 链终止是自由基淬灭的过程，自由基 淬灭得越多，链终止得越快，氧化反应 的速度也就越慢。造成链终止的因素主 要是抑制剂、氧化深度和壁面效应等。 第一部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 二、反应副产物： 甲苯液相氧化为苯甲醛反应的副反应是甲苯氧 化为苯甲醇、苯甲酸苯甲醇、苯甲酸等，若想减少副反应物就要选 择合适的氧化剂和催化剂来改进。 三、反应动力学模型： 压力0.6下，得到甲苯氧化动力学方 程为 dc（3）/ kc（3）， dc

9、（）/ kc（3） k1（） 第一部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 甲苯液相氧化制备苯甲醛的机理甲苯液相氧化制备苯甲醛的机理 总反应总反应 从热力学角度来看，甲苯选择性氧化制苯甲醛反应 的焓变小于零焓变小于零， 吉布斯自由能变也小于零吉布斯自由能变也小于零， 为强放 热反应， 反应可以自自发进行发进行， 且低温低温对反应有利。 但是考虑到甲苯分子的惰性，应适当提高反应温度， 以增加其活化分子数，提高甲苯的转化率。 第一部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 四、

10、反应氧化剂的研究： 选择空气中氧气氧气作为氧化剂是最为廉价的， 经济效果最好的，然而用氧气作为氧化剂，会 使反应产生副反应产生副反应，氧化生成苯甲醛、苯甲酸 以及苯甲醇等。 选择选择氧化铬氧化铬- -乙酸酐乙酸酐为氧化剂可以使反应停留 在苯甲醛阶段，但是鉴于成本成本问题，选择此氧 化剂就不如选择空气中的氧气为氧化剂合算。 可以用过氧化氢过氧化氢作为氧化剂，也不会污染环 境，是个很好的氧化剂，但是还是存在副反应副反应 产物产物的问题。 所以综上所述，选择空气为氧化剂选择空气为氧化剂既廉价 又不污染环境，副产物问题可以用催化剂的效 果来控制。 四、反应氧化剂的研究： 第一部分 Electrical

11、 and Mechanical My class one, our home 五、对催化剂的研究：五、对催化剂的研究： 1. 钴基催化剂： Jonestone等在（）2和存在时，用过 氧化氢氧化甲苯，甲苯转化率达到90.6，苯甲醛的选择 性为29.0，但产生超标溴苯或溴化物，限制此过程在工产生超标溴苯或溴化物，限制此过程在工 业上的应用业上的应用。 第一部分 Electrical and Mechanical My class one, our home Kantom等采用含铁钴钼镍成分的主催化剂，以 含钴和铜的有机酸盐为助催化剂，（） 3、2为引发剂，乙酸和丙 酸为溶剂，在60-130，10

12、5-106帕下，反应0.5- 15，甲苯转化率低于甲苯转化率低于25时时，苯甲醛选择性 可达4050 第一部分 Electrical and Mechanical My class one, our home Aprahamian等制备了有机金属复合催化 剂，成分有铬、钴、铁、锰，有机部分是 乙酸、丙酮、萘酚，考察其对甲苯液相空考察其对甲苯液相空 气氧化制苯甲醛的影响气氧化制苯甲醛的影响。 Imamura等以脂肪酸为溶剂，可溶 性钴盐及溴铁作催化剂，研究了液 相氧化甲苯衍生物实验，仍发现当仍发现当 甲苯转化率高时，醛类化合物的选甲苯转化率高时，醛类化合物的选 择性差，苯甲醛收率为择性差，苯甲醛

13、收率为10左右左右。 第一部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 2、八面体分八面体分 子筛催化剂子筛催化剂 八面体分子 筛（ ）具有 八面 体共边组成双 链的孔 道结构，表面表面 酸碱性温和，酸碱性温和， 易离子交换，易离子交换， 而且还含有变而且还含有变 价元素，价元素， 可释放出氧而可释放出氧而 表现出良好的表现出良好的 氧化还原性氧化还原性。 依次考察了 、 、 等八面体分 子筛催化剂。 催化剂的效果： 。 而研究发现是研究发现是 离子交换法制离子交换法制 备的备的La-OMS-2- A催化剂活性最催化剂活性最 好好。 第

14、一部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 钴基催化剂 La-八面体 分子筛 第一部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 六、反应条件研究： 在甲苯0.1mol、氧气流量60mlmin、 La-OMS-2-A催化剂用量0.10g、反应 温度353K、反应时间1.0h、苯甲酸添 加量为0.4(wt)的条件下，甲苯转甲苯转 化率达化率达61，苯甲醛的收率为，苯甲醛的收率为56。 第三部分 初步建初步建 设方案设方案 设备选 用 工艺路 线 第二部分 Electrical a

15、nd Mechanical My class one, our home 初步建设方案 第三部分 初步建初步建 设方案设方案 设备选 用 工艺路 线 第二部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 初步建设方案 第三部分 实验装置及操作： 实验采用等温连续操作方式,先在釜内加入一定量甲苯, 用 油浴加热反应釜, 启动搅拌装置，溶液温度到150后,通入空 气, 调节背压阀13, 使釜内压力稳定, 然后开启计量泵4和进 料泵11, 使甲苯和催化剂连续进入反应器, 打开釜底出料阀, 调整液位, 并连续出料。 第二部分 Electrical

16、and Mechanical My class one, our home 模型的建立： 假设某工业装置为一直径4.1 55m、 高9 m 的反应釜, 依靠两个外部换 热器进行外循环换热以移走反应 热。可认为反应为等温反应。则 作如下假定: ( 1) 气气相为活塞流, 液液相为全混流; ( 2) 反应温度温度保持165 不变； ( 3) 认为只含甲苯和苯甲酸甲苯和苯甲酸, 且可 认为苯甲酸不挥发, ( 4) 可以近似认为生成的水全部汽全部汽 化进入气相化进入气相; ( 5) 压力压力沿反应器高度呈线性变化。 第二部分 Electrical and Mechanical My class one

17、, our home 模型的验证： 该模型能较好地模拟工业生产过程该模型能较好地模拟工业生产过程 。转化率和尾气中氧含量是生产过程 中严格控制的两个指标, 其模拟值与 工业生产值基本相符。同时液相中甲。同时液相中甲 苯浓度、水蒸气压、产汽量及换热器苯浓度、水蒸气压、产汽量及换热器 中冷却水的水温和循环液体温度等的中冷却水的水温和循环液体温度等的 模拟值均与工业值吻合较好模拟值均与工业值吻合较好。因而可 以认为该模型能较好地反映和模拟工 业生产实际操作。 第二部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 实验的结果与讨论： 因此， 大多数

18、实验都选择350-550k之间 。也许高压会抑制一些表面副反应的生， 但同时也可能会阻碍苯甲醛的生成或从表 面及时脱附。因此， 通常还是选择在常压常压 下反应。 第二部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 生产部分： 方案的选择： 甲苯液相空气氧化法： 1.原料：甲苯 2.反应条件：常压反应温度350K、空速2400 h(-1)、空气甲苯摩尔比为4.2的条件 3.催化剂：八面体分子筛（） 4.循环冷却：水,及副产物 第二部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 生产部分

19、：产品展示： 苯甲醛 苯甲酸 第二部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 初步建设方案 副产物（含废料）： 固液污染：甲苯，苯甲酸，苯甲醇以及一些 金属离子 大气污染：这些主要有硫氧化物、一氧化碳、 固体颗粒、以及一些废渣 噪声等非本生产特有污染。 第二部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 甲苯液相氧化制备苯甲醛的工艺流程图： 第二部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 工 艺 流 程 图 反应塔 空气

20、储气罐 甲苯储液罐 流体分离器 空气压缩机 催化剂制备塔 空气过滤器 燃烧式加热器 废气吸收塔 甲苯过滤器 冷却塔 废热锅炉 自来水 干燥器 预热器 成品 第二部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 初步建设方案 第三部分 设备选用设备选用： 设备和原料 液体储罐 气体质量流量计 进料泵 空气压缩机 玻璃搅拌釜 管式换热器 背压阀 风机 废热锅炉 空气净化干燥装置 催化剂处理装置 特别强调特别强调： 风机使用两风机使用两 台，一台为台，一台为 备用防止备用防止AAAA 级停车的发级停车的发 生。生。 第四部分 投资概况与财务预算

21、第四部分 建议总结Proposals 第二部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 投资概况 第四部分- 基础用基础用 费费 工艺设工艺设 备及原备及原 料报价料报价 成本估成本估 算算 项目总项目总 投资投资 第二部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 投资概况 第四部分- 选址： 工厂选址于离市区一定距离的 郊区，占地面积5000，折旧寿 命期10年，项目总投资的70%同 银行贷款。 第二部分 Electrical and Mechanical My class o

22、ne, our home 投资概况 第四部分- 工艺设备及原料报价表 第二部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 投资概况 第四部分- 第二部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 投资概况 第四部分- 资金类型项目类型金额/万 元 总计/ 万元 固 定 资 金 工程费土地费1000 1405 设备及其他 费用 105 工程建设其他费用 200 不可预见费100 建设期利息151.2万元/ 年 151.2 流动资金 171万元/年171 项目总投资一览表项目总投资一览表

23、 第二部分 Electrical and Mechanical My class one, our home 第四部分- 成本估算一览表 序号项目 项目资金金额/(万元/年)备注 1 工 厂 成 本 车 间 成 本 原料及辅助材料 3800可变资金 2燃料及动力消耗140可变资金 3人工费用 319固定资金 4车间经费 76 固定资金 5副产品回收3800可变资金 6企业管理费 26.8可变资金 7工厂折旧费 123.6固定资金 8销售费用 100 9总成本 785固定资金 10经营成本 625.8625.8 经济评价：经济评价： 项目投资总额=固定资产投资+投资方向调节税+建设期 利息+流动

24、资金=固定资产投资+建设期利息+流动资金+ 城市建设税等各种税1405+1000 +151.2+171=2727.2万 元 年销售总额=苯甲醛销售额+苯甲酸销售额 =2800+3800=6600万元 年净利润总额=年利税总额-年所得税总额 =1925.6-636=1290万元 投资回收期=项目投资总额/年净利润总额 =2727.2/1290=2.11年（不包括建设期） 财务评价： 效益分析：效益分析： 生产能力3000t年；生产成本8000元t；销 售价格10000元t；年年销售额销售额6600万元万元；年 实现利税100150万元。 实施条件实施条件：300500t年模型中试，投资在 利旧的

25、基础上300-500万元2.11年收回投资。 3000t年规模生产年规模生产， 总投资总投资2727.2万元万元。 敏感性分析：敏感性分析： 在化工分析与生产过程中，由于原料上涨、银行利率上涨、 产品价格下降、产品滞销等因素会对整体收益带来影响。可能存 在的敏感因素：原料价格、产品价格、产品数量、固定资产投资 、建设工期等。 敏感性分析图敏感性分析图 -经营成本 -基准收益率 -销售收入 资金风险分析：资金风险分析： 1.市场风险市场风险。主要是指由于市场经济环境变化造成经济损 失的可能性。 2.决策风险决策风险。主要是指决策层对企业经营目标和经营方向 不明确，造成决策 失误的可能性。 3.操

26、作风险操作风险。主要是指由于操作失误造成经济损失的可能 性。 (1)管理措施不管理措施不到位到位 (2)人员素质人员素质差差 (3)内控制度流于形式，造成操作内控制度流于形式，造成操作风险风险 4.道德道德风险风险 利税分析 生产规模（t/y）2000 3000 4000 固定资产投资/万元 1405 1405 1405 产品售价/（元/t） 10000 10000 10000 折旧费/(万元/y) 123.6 123.6 123.6 原材料成本/(万元/t) 1.27 1.27 1.27 燃料及动力消耗/（万元/t） 0.047 0.047 0.047 折旧计入成本/（万元/t） 0.062

27、 0.042 0031 管理费计入成本/(万元/t) 0.0134 0.009 0.0067 工资计入成本/(万元/t) 0.16 011 0.08 产品成本/(万元/t) 1.552 1.48 1.44 吨产品增值税/(万元/t) 0.098 0.098 0.098 吨产品利税/(万元/t) 0.96 0.64 0.48 吨产品所得税/(万元/t) 0.318 0212 0.09 吨产品净利润/(万元/t) 0.642 0.428 0.39 从利税分析表可看出，增大生 产规模，工厂的利润会相应增 加，但考虑设备使用期和市场 需求等因素，综合考虑规定工综合考虑规定工 厂的生产规模为厂的生产规模

28、为3000t/y。 盈亏平衡分析盈亏平衡分析 通过分析销售收入、可变成本、固定成本和盈 利等四者关系，求出当销售收入等于生产成本时 售价、销售量和成本三个变量间的最佳盈利方案, 参量为盈亏平衡点的生产销售量BEP。 生产规模生产规模 (t/y)(t/y) 固定成本固定成本 ( (万元万元/年年) 年总固定成本年总固定成本 ( (万元万元/年年) 销售收入减税金销售收入减税金 (万万 元元/年年) 0 0 710 710 0 0 0 710 710 0 2000 2000 710 4814 5604 3000 3000 710 6891 8406 4000 4000 710 9004 11208

29、 从上面这个曲线可以看出，当生产规模大约为1000t1000t时，工厂开始盈利。 第五部分 环境影响评价及安 全注意事项 第五部分 建议总结Proposals 影响因素及解决办法： 1.噪声污染噪声污染：在偏远地区建厂、使用低噪声设备，以及使高 噪声车间尽量集中，使闹静分开，或者设置隔声墙和隔声屏 等方法来降低噪声污染。 2.废液废液：此反应产生的主要副产物为苯甲酸苯甲醇以及一些 金属离子，可以部分回收利用，但不可避免的会在排放的时 候对水质造成污染， 建厂位置所处的河流下游必须人烟稀少，尽量回收利用废液 中的有用物质。 3.废气废气：因此我们会让排气筒符合生产线所需的高度、大小 以及位置，使

30、排放到大气的中废气经过扩散和稀释，符合厂 区和生活区的的现行空气标准。 4.固体废料固体废料 污染因子 环境质量标准 取值时间浓 度 限 值 （mg/m3） 1二氧化硫日平均0.15 1小时平均0.50 2二氧化氮日平均0.12 1小时平均编号 3TSP日平均0.30 环境质量标准 环境空气 空气环境质量标准 污染物PHCODcrSS氨氮 标准值6-9500400- 废水 污水排放标准 单位：除PH。 mg/L 废水 中和调节池 初沉池 生化池 二沉池 活性炭过滤池 污水在治理达标后排入附近的河流中。其中生活污水无需 处理，其他废水先经过中和池调节PH，然后在进行加药沉 淀后，与生活污水一起在

31、总排放口计量后纳管。 序号 设备 声级值dB 1 真空泵 85-90 2 引风机 85-88 3 冷冻机 80-85 噪声 等效连续A声级噪声Leq【dB（A）】 现有噪声来源主要有真空泵、锅炉房引风机、冷冻机等设备噪声， 其噪声源强如表 现有主要噪声设备的噪声级 序号 名称产生量 （t/a） 处置方式 1煤渣125出售给建材厂综合利用 2 生活垃圾16.2委托环卫部门统一清运 3 废包装桶0.5由原料供应商回收 4 废催化剂7.5 作为其他厂家的原料外 卖 5 污水处理站脱水污泥18.5送专业危险废物处理单 位处置 合计167.7 固体废料 固体废弃料主要为煤渣、生活垃圾、废包装桶、废催化

32、剂、污水处理站污泥等。其中产生情况和处置方式 急救措施 消防措施 安全注意事项（员工守则）： 甲苯的处理： 危险特性 泄漏应急处理 防护措施 苯甲醛的操作和储存： 健康危害 操作注意事项 可行性研究与建议 第六部分 可行性研究与建议 第六部分 建议总结Proposals 第六部分 产品应产品应 用价值用价值 生产工生产工 艺技术艺技术 经济投经济投 资收益资收益 环保可环保可 持续发持续发 展展 （1）苯甲醛苯甲醛：产品中产品中61%为苯甲醛为苯甲醛。用于生产间氧基 苯甲醛等。用以调合皂用香精、食用香精等。在我们日 常生活中应用相当广泛，我们的生活日用必须品中广泛 存在。属于不受管制的化学品并

33、且需求量极大。 （2）苯甲酸苯甲酸：产品中产品中39%为苯甲酸为苯甲酸。通常用作定香剂。 可作为膏香用入薰香香精。但其使用受到管制原先大量 使用于防腐剂中，目前国家规定为防腐剂中禁用原料。 在其它方面应用价值不减，与苯甲醛相比应用范围窄小 ，需求量不是很大。 产品应产品应 用价值用价值 生产工生产工 艺技术艺技术 经济投经济投 资收益资收益 环保可环保可 持续发持续发 展展 本工艺采用液相氧化法将原料甲苯氧化为苯甲醛 和苯甲酸。 1.反应条件不苛刻，温度要求不是很高(350- 550),控制温度对设备要求不是很高易于实现， 由于该反应是个分子数不变的反应, 因而压力变 化的作用不是十分显著。一

34、般采用常压常压。 2. 反应原料为空气和甲苯。因此寻找更优良的催 化剂和反应溶剂可使生产工艺更加完善。 3.从原料到产品，虽然苯甲醛产量仅为61%，但 副产物仅有大量的苯甲酸存在，苯甲酸具有应用 价值，并且价格较高。生产工艺技术合理可行。 产品应产品应 用价值用价值 生产工生产工 艺技术艺技术 经济投经济投 资收益资收益 环保可环保可 持续发持续发 展展 根据投资预算，反应原料甲苯8000元每吨，空 气来源广泛，催化剂虽然价格昂贵，但用量适中， 不会使成本过高产品产量大4500吨甲苯可生产 3000吨苯甲荃和2000吨苯甲酸，苯甲醛的市场价 为10000元每吨，苯甲酸的市场价为19000元每吨。 产品收益较大。工厂预算方面较为合理，由于工厂预算方面较为合理，由于 贷款可在贷款可在3-5年内还清，预计在年内还清，预计在3-5年内收回成本，年内收回成本， 其后经济收益加大。其后经济收益加大。 产品应产品应 用价值用价值 生产工生产工 艺技术艺技术 经济投经济投 资收益资收益 环保可环保可 持续发持续发 展展 符合环境友好型生产。生产过程温 度合理、常压下进行、设备符合生 产要求，生产过程中发生爆炸等吧 不安全性事件