邻二甲苯气相氧化制取邻苯二甲酸酐
论邻二甲苯法制苯酐工艺氧化反应系统_王毅
6 结语
文章论述了邻二甲苯氧化生产苯酐的反应原 理 、反应特征和影响因素 , 并介绍氧化反应流程 模拟及邻二甲苯氧化制苯酐反应器的特点 。可供 邻二甲苯氧化反应制苯酐系统的工程设计参考 。
参 考 文 献
1 DavyMckee. Basic Data for Reactor Design Reaction Chem istry. Xi’an 1992.
(1) 通常通过反应器的空气流量为每管 310 ～410Nm3 / h, 相应的空速为 1900～2600h- 1 。
(2) 在保持邻空比不变的条件下 , 降低空 速增加停留时间 , 会加深过氧化反应的程度 , 但 反应器的热效应会下降 , 这是由于空速下降后传 热系数较低和停留时间较长 。
邻苯二甲酸酐的制备方法
邻苯二甲酸酐的制备方法
邻苯二甲酸酐是一种重要的有机化合物，它具有广泛的应用，如用于制造染料、涂料、塑料、医药等。
因此，邻苯二甲酸酐的制备方法具有重要的意义。
邻苯二甲酸酐的制备方法主要有两种：一种是由邻苯二甲酸和过氧化氢反应制备，另一种是由邻苯二甲酸和硫酸反应制备。
首先，由邻苯二甲酸和过氧化氢反应制备邻苯二甲酸酐，需要将邻苯二甲酸和过氧化氢混合，然后加入碱性条件，在室温下反应2小时，即可得到邻苯二甲酸酐。
其次，由邻苯二甲酸和硫酸反应制备邻苯二甲酸酐，需要将邻苯二甲酸和硫酸混合，然后
加入碱性条件，在室温下反应2小时，即可得到邻苯二甲酸酐。
最后，邻苯二甲酸酐的制备方法还可以通过其他方法实现，如用硫酸钠和邻苯二甲酸反应，用硝酸钠和邻苯二甲酸反应等。
总之，邻苯二甲酸酐的制备方法有多种，其中最常用的是由邻苯二甲酸和过氧化氢反应制备和由邻苯二甲酸和硫酸反应制备。
此外，还可以通过其他方法实现邻苯二甲酸酐的制备。
化学工艺学课件——17苯酐
化 学 工
杂，催化剂在管内，物料流动状态为平推流，减少返混，苯酐收率较 程
高。以邻二甲苯为原料时，世界各国均采用列管式固定床反应器，因 与
为使用流化床时选择性太低，犬部分氧化成CO2和H2O。
工
艺
教
研
室
化
学
工
艺
学 电
•
早期邻二甲苯氧化制苯酐，为避免爆炸(爆炸下限
子 教
为每标准立方米空气中含44 g邻二甲苯)，进料中
热熔时管内通人190℃的热油，使冷凝在翅片管壁上的苯酐熔融成液体。
转换冷凝器的台数和传热面积随生产能力而定，一般可选3台，两台用
于冷凝，一台用于热熔，切换削期4～5h。转换冷凝器出来的尾气送往
两段高效洗涤塔洗涤后排入大气，循环的部分洗涤液送往顺酐回收装
置回收顺酐。尾气中含有苯酐、顺酐、醛类、一氧化碳、二氧化碳等， 采用催化焚烧技术进行处理。
案 邻二甲苯质量浓度只有40 g／m3(标准状态)，该工
艺称为40g工艺。由于反应物浓度太低，增加了设
备投资和操作费用。20世纪70年代德国Von
Heyden、BASF和法国Rhone-Poulenc等公司开发
成功了60～65g工艺，该工艺的反应混合物组成在
爆炸范围内操作，突破了固定床氧化反应长期在爆
Williams和Badger公司开发的SWB工艺采用流化床空气氧化法，催化
剂为V2O5-K2SO4／SiO2载体，平均粒径45μm，在反应器入口处，
萘在空气中的质量浓度达80～120 g／m3(标准状态)，处在爆炸极限内，
但因流化状态能使原料与床层内反应气体迅速混合均匀，萘得以稀释，
加上有大量催化剂微粒存在，从而可避免爆炸的发生。原料萘先用蒸
邻苯二甲酸酐装置
一、装置说明1．概况苯酐装置引进德国Lurgi石油-天然气化学公司的专利技术，采用xxxx的催化剂，以邻二甲苯为原料进行氧化反应生产高纯度邻苯二甲酸酐(苯酐)。
装置氧化部分正常生产能力年操作7，500小时，邻二甲苯负荷为80g／Nm3air时为40，000t；邻二甲苯负荷达到100g／Nm3air时，反应器的设计能力为50，000t。
装置的精馏部分正常处理能力为50，000t。
结片部分安装了2台生产能力均为4t／h的结片机。
2．产品说明2．1邻苯二甲酸酐的化学和物理数据化学结构式OCOCO分子式 C8H4O3分子量 148.12 g/mol热力学数据：熔点 131.1℃ (WER53)131.6℃ (CRC)沸点(1．013bar) 284.5℃ (WER53)熔化焓 23．56 kJ／mol (WER3)23．26 kJ／mol (CR046)蒸发焓 63．14 kJ／mol (GOT52)65．42 kJ／mol (UER53) 58．28 kJ／mol (CRC) 凝华焓 -88．98 kJ／mol (WER53) 燃烧焓 -3282．2 kJ／mol (SUT) -3260．3 kJ／mol (ULM) 物理数据：固体密度(150℃) 1．593 g／cm3 (ULM) 液体密度(200℃) 1．197 g／cm3 (LUR) 蒸汽压(200℃) O．113 bar (HUE) O．127 bar (CR046) 0．120 bar (SUT) 水中溶解度20℃ 1．64 g／100g溶液100℃ 1．74 g／100g溶液乙醇中溶解度20℃微溶安全数据：在1．013bar空气中爆炸下限 100g／Nm3 (NAB)在1．013bar空气中爆炸上限 650g／Nm3 (NAB)闪点 152 ℃ (NAB)150 ℃ (ULM)自燃温度 580 ℃ (NAB)2．2产品规格(邻苯二甲酸酐)项目指标测试方法苯酐含量≥99．5wt％ GB／T15336—94凝固点≥130．6℃Hazen ≤50(APHA)热稳定色度 ≤150(APHA)游离酸 ≤0．5wt ％二、工艺原理和流程简述1 .邻二甲苯的氧化1．1 反应原理邻二甲苯与空气的混合物在-定温度时会在催化剂V 205-Ti02 催化作用下发生氧化反应生成邻苯二甲酸酐。
苯酐工艺规程
[键入文字]12目录1 苯酐装置简要说明 (3)31.1概况 (3)41.2设计原则及主要工艺技术特点 (3)51.3主要设计指标 (5)62 工艺过程简述及工艺流程简图 (6)72.1工艺原理 (6)82.2工艺过程简述 (9)92.3带有控制点的工艺及设备流程图 (13)103 主要工艺指标和技术经济指标 (13)113.1主要工艺指标 (13)123.2主要技术经济指标 (17)134 主要动力指标 (19)144.1公用工程供应 (19)154.2动力供应控制指标 (20)165 产品、中间产品设计组成及指标 (20)175.1产品 (20)185.2中间产品....................................... 错误！未定义书签。
195.3产品质量规格、技术标准、包装运输、贮存期限 (23)205.4主要用途 (23)215.5工艺沿革，技术依据 (23)226 主要原料及原辅材料质量指标 (24)236.1原料 (24)246.2辅助材料 (25)256.3其他材料 (25)267 主要设备一览表及主要设计参数 (27)277.1反应器 (27)287.2气体冷却器 (29)297.3部分冷凝器 (31)307.4切换冷凝器 (32)317.5汽轮鼓风机组 (32)328 仪表控制、装置和设备的报警联锁 (34)338.1 调节回路表 (34)348.2联锁一览表 (37)359 安全、环保、健康技术规定 (39)369.1安全生产注意事项 (39)379.2防火防爆、防毒、防腐蚀 (40)389.3劳动保护 (42)399.4工业卫生 (42)409.5环境保护 (42)4110 苯酐装置开、停工方案 (43)4210.1开工方案 (43)4310.2停工方案 (54)4411 苯酐装置事故处理 (56)4511.1处理原则 (56)4611.2事故处理方法 (57)4711.3系统停车操作 (58)4811.4正常操作 (58)4911.5不正常现象及其处理方法 (59)5011.6原始记录的内容和记录方法 (63)5111.7生产控制分析和数据统计 (63)5212 交接班内容、巡回检查内容和重点操作的复核内容 (64)5313 安全技术和劳动保护 (65)5414 工业卫生和环境卫生 (68)55附录 (69)56装置设备一览表(附录一) (69)57装置防爆片一览表(附录二) (69)58装置安全阀一览表(附录三) (69)59切换冷凝器程序控制周期表(附录四) (69)60611 苯酐装置简要说明1.1 概况1.1.1 规模及改造情况1.1.1.1 装置设计规模本装置原料萘或萘、邻二甲苯混合，经过固定床空气催化氧化反应，生产邻苯二甲酸酐（简称：苯酐），经过切换冷凝凝华分离和精馏后得到纯度大于99.5%的液体苯酐后去结片包装。
苯酐生产工艺控制中影响产品质量的因素
苯酐生产工艺控制中影响产品质量的因素摘要：随着房地产行业中的工业萘下游产品减水剂的持续减少，工业萘的价格因此发生巨大的变化，由于邻二甲苯是制取苯酐的主要材料，而且邻二甲苯的价格与石油的价格之间有着十分密切的关联，所以苯酐的价格一直都处于较高的状态。
关键词：苯酐生产；生产工艺；产品质量；影响因素苯酐又称邻苯二甲酸酐。
苯酐不仅是有机化工原料的基础，而且在四种酸酐中的生产量和消费量都较大。
苯酐的主要原料是邻二甲苯，邻二甲苯在空气中通过催化剂的催化发生气相氧化反应便生成苯酐。
1、苯酐生产的主要流程苯酐生产的主要流程如下：一、首先需要将制作过程所需的空气先进行过滤，其次利用空气鼓风机将过滤后的空气压缩到0.06MPa，然后再利用预热器中的蒸汽将压缩的空气加热到185℃，最后再将空气运输到气化器中；二、利用低压蒸汽将邻二甲苯加热到145℃，然后再将邻二甲苯送入气化器中与空气完全混合气化；三、将气化器中出来的混合物送入反应器的顶部，再向反应器中加入V-Ti系催化剂[修改]，使邻二甲苯发生氧化反应生产苯酐。
在反应的过程中有一部分反应热会将反应气体加热到360℃到400℃这个范围，但是大部分的反应热会从熔盐[修改]却器中移出，然后再在高压气压[修改]的环境下产生饱和蒸汽。
被部分反应热加热到360℃到400℃的反应气体从反应器底部进入冷却器的时候，其温度将会大幅度的降低[修改]，反应气体经过冷却器冷却之后将会直接进入苯酐冷凝回收阶段。
2、苯酐生产工艺控制中影响产品质量的因素苯酐的实际生产过程中会发生一些可逆的副反应，这些副反应不仅会受到催化剂的活性和选择性的影响，而且也会受到操作参数的控制。
2.1、原料萘对产品质量的影响工业萘中的四氢萘、二甲酚、甲基萘以及灰分等很多杂质都很难被分离出来，所以在制取苯酐[修改]的时候，生成物还有许多的萘醌、苯甲酸以及微量的杂质，通常想要将这些微量的杂质在后面苯酐[修改]的精馏过程分离出来十分困难。
制备邻苯二甲酸酐的反应器设计
制备邻苯二甲酸酐的反应器设计邻苯二甲酸酐是一种重要的有机化合物，被广泛应用于聚酯树脂、染料、增塑剂等领域。
本文将介绍邻苯二甲酸酐的反应器设计，包括反应器类型、操作条件、反应机理及优化措施。
1.反应器类型：邻苯二甲酸酐的合成反应通常采用液相反应器，其中常用的包括批式反应器和连续流动反应器。
批式反应器适用于小规模实验和中试阶段，连续流动反应器适用于大规模工业生产。
对于邻苯二甲酸酐的生产而言，连续流动反应器可提供更高的生产效率和更稳定的反应过程。
2.操作条件：邻苯二甲酸酐的合成反应通常在高温条件下进行，常用的反应温度为300-350℃。
反应压力取决于反应体系的选择，常用的反应压力为2-4MPa。
反应时间较长，通常为4-6小时。
3.反应机理：邻苯二甲酸酐的合成反应是邻苯二甲酸酯与高温、高压的空气氧化反应。
反应机理主要包括以下步骤：（1）邻苯二甲酸酯脱羧：在高温下，邻苯二甲酸酯分解为邻苯二甲酸和酸酐。
（2）邻苯二甲酸氧化：邻苯二甲酸在空气中氧化为邻苯二甲酸酐。
4.优化措施：（1）催化剂选择：合适的催化剂可以提高反应效率和产物纯度。
常用的催化剂包括过渡金属催化剂如钴或锰盐类，以及稀土催化剂。
（2）反应条件优化：通过调节反应温度、反应时间和反应压力等条件来提高产率和选择性。
（3）反应物比例控制：适当的反应物比例可以提高产物的纯度和收率。
常用的反应物比例为1:1.1-1.3（4）床层工艺优化：连续流动反应器中，可通过优化催化剂床层结构和设计，提高反应效率和稳定性。
（5）废气处理：氧化反应中产生大量废气，需要采取适当的废气处理措施，如吸收、净化等。
总结：邻苯二甲酸酐是一种重要的有机化合物，其反应器设计对于合成过程的效率和稳定性至关重要。
通过选择合适的反应器类型、优化操作条件、理解反应机理及采取优化措施，可以提高邻苯二甲酸酐的产率和选择性，实现高效的合成过程。
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1
邻二甲苯气相氧化制取邻苯二甲酸酐
一、实验目的
1、 熟悉气相催化氧化制取含氧有机化合物的原理和方法。
2、 掌握气－固相催化反应的实验技术。
3、 认识催化作用在化学品合成中的重要意义。
二、实验原理
由于邻二甲苯侧链的易氧化特性，将邻二甲苯和空气组成的混合气体通过以五氧化二
钒、二氧化钛为主的催化剂，在360℃以上发生氧化反应，生成主产品邻苯二甲酸酐（俗称
苯酐），同时还生成顺丁烯二酸酐（俗称顺酐）、邻甲基苯甲醛、苯甲酸等副产物。
主反应式：
CH
3
CH
3
C
C
O
OOH2O
O
2
+
+3+1109 kJ/mol
360
℃
3
V-Ti-O
完全氧化反应（燃烧反应）：
CH
3
CH
3
H2O
O
2
+5+4380 kJ/mol
10 1/
2
CO
2
8+
反应历程：
CH
3
CH
3
C
C
O
O
O
H2O
O
2
+
CH3CHOCH3COOH-COOHCOOHO2+O2+CHOCOOHO
2
+
三、实验装置流程及试剂
实验流程图如图1所示。邻二甲苯的气相氧化制邻苯二甲酸酐的反应在管式固定床反应
器内进行，固定床反应器上端（反应器高度的1/4）装填惰性刚玉球，起预热和混合原料气
的作用，下端（反应器高度的3/4）装填催化剂，起氧化反应作用。邻二甲苯经柱塞式计量
泵计量后由进入反应器上端，从空气压缩机出来的空气经转子流量计计量后进入反应器，在
反应器的上端进行预热气化，经过反应器的预热段预热到反应温度，然后通过催化剂床层进
行氧化反应。反应气体从反应器下端出来经过第一捕集器冷却成白色针状晶体并加以收集，
余气经过第二捕集器再次冷凝收集产品。尾气经过第一、第二冷凝器后排空。
实验装置实物图如图2所示。
实验试剂：邻二甲苯（O-xylene），纯度99%。
2
图 1 邻二甲苯的气相氧化流程简图
图 2-14-2 邻二甲苯的气相氧化装置实物图
四、实验操作步骤
1、称取苯酐第一捕集器空瓶重量分别记为W10。
2、安装捕集器，检查各部分仪器连接是否正确，注意各橡皮管是否塞紧，压紧，以防
漏气。
3、启动无油空压机，调节出口压力为0.1 MPa，调节转子流量计，观察气流是否畅通，
接通装置电源，对预热器和反应器进行加热，预热器加热设定温度为180℃，反应器加热设
3
定温度为340－360℃。
4、当预热器和反应器加热到所需要的温度后，记录邻二甲苯进料计量管的刻度读数V1，
开启柱塞式计量泵，按照设定流量（5~15 ml/hr）连续进邻二甲苯（邻二甲苯在空气中的浓
度为10～40克/立方米）。反应器床层温度控制为450±20℃。
5、在反应过程中，要仔细观察反应现象，力争在15~20分钟内稳定催化剂床层温度，
防止催化剂产生飞温，防止反应系统阻塞或泄漏。
6、反应过程中要密切注视各部位的温度控制是否正常，流量是否稳定，每隔5分钟按
要求记录数据（实验记录附后）
7、反应0.5－1.5小时，实验结束，关闭柱塞式计量泵电源，停止邻二甲苯进料，继续
用空气吹扫反应器床层20-30分钟，待温度下降至反应开始前的温度或基本不下降。记录邻
二甲苯进料的刻度读数V2，
8、取下第一捕集器，称其重量，分别记为W1。
9、关闭装置电源，停止加热，待反应器温度下降至250℃后，关闭无油空压机，停止
空气进料。关闭冷凝水。
五、实验数据记录
邻二甲苯的气相氧化制邻苯二甲酸酐实验操作数据列于表2-14-1，实验中间隔五分钟记
录一次。
表2-14-1 邻二甲苯的气相氧化制邻苯二甲酸酐实验操作记录
实验日期 室温 大气压
W10= V1 = V2= W1=
时间 min 空气流量 L/hr 邻二甲苯流量 ml/hr 汽化段温度 ℃ 反应段温度
℃
4
六、实验数据处理
粗品收率计算
%100)()W(W21101
VV
式中：（W1-W10）第一捕集器产品重量。
（V1-V2）为邻二甲苯的进料体积数。
ρ
为邻二甲苯的密度，取0.88 g/ml。
七、实验结果与讨论
1．给出实验结果
2．思考与讨论
（1）反应热点温度对苯酐收率的影响？
（2）影响反应热点温度的因素有哪些？如何才能使反应能够稳定地进行？
（3）反应气体管路堵塞对实验造成的后果如何？
八、实验注意事项
1、反应器热点温度的控制
实验过程中要密切关注反应器床层的温度，温度的控制范围在430~460℃之间，尤其在
氧化反应的初期，当温度在450~460℃，热点温度的升温速度与反应开始前相比没有明显的
降低，将很难在430~460℃范围内稳定温度。此时，可以通过减小邻二甲苯的进料流率或增
大空气流量，来减缓反应放热量。必要的情况下，甚至停止邻二甲苯进料。
在氧化反应过程中，还要时刻关注邻二甲苯进料泵的进料流率，每五分钟对邻二甲苯的
进料流率进行标定并记录，防止因邻二甲苯进料流率的增加而导致反应器飞温，造成事故。
2、保持反应系统气路通畅
由于邻二甲苯氧化生成的产品——苯酐熔点高，常温下为白色针状晶体，因此从反应器
底部出来的反应气经冷却后在进入两个收集产品的捕集器的管路中都会有固体产品粘附于
管壁上，经过较长时间后则会堵塞管路，导致气路不通畅，作为氧化介质的空气则不能进入
反应器，此时则会停止反应。
当反应系统的管路被反应物堵塞之后要及时进行疏通，否则会造成实验的中断，甚至引
发实验事故。
九、参考文献
1．南京工业大学化工学院. 化学工程与工艺实验讲义. 2001.7，p49~51.
2．廖巧丽，米镇涛. 化学工艺学. 北京：化学工业出版社，2001
附录：原料与产品性质
（1）邻二甲苯（O-xylene），分子量106.17，密度0.88，熔点-25 ℃，沸点144 ℃，闪
点29 ℃。无色透明液体，有芳香气味，有毒。不溶于水，溶于乙醇和乙醚，与丙铜、苯、
石油醚和四氯化碳混溶。主要用作有机合成原料和溶剂。
（2）邻苯二甲酸酐，也称苯酐（Phthalic anhydride），分子量152.16，密度1.527（4℃），
熔点131℃，沸点284.5 ℃，闪点151.7 ℃。白色针状晶体。微溶于冷水，易溶于热水并水
解为邻苯二甲酸。溶于乙醇、苯和吡啶。微溶于乙醚。用于制增塑剂、染料、药物、聚酯树
脂、醇酸树脂、塑料和涤纶等。