1万吨年气相氧化甲苯制苯甲醛工艺设计(5)
目前国内主要采用甲苯氯化水解法制苯甲醛，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。
1.4 主要原料及中间产物的性质及用途
1.4.1 甲苯
分子式为C7H8，分子量为92.14。
性质：无色澄清液体，有类似苯的芳香气，强折光性。
能与乙醇、 乙醚、丙酮、氯仿、二硫化碳和冰乙酸混溶，极微溶于水。
对皮肤、粘膜有刺激性，对中枢神经系统有麻醉作用。易燃。蒸气能与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限 1.2%～7.0%（体积）。低毒，半数致死量（大鼠，经口）5000mg/kg。高浓度气体有麻醉性，有刺激性。熔点(℃)：-94.9；相对密度（水=1）：0.87；沸点(℃)：110.6；相对蒸气密度（空气=1）：3.14；饱和蒸气压(kPa)：4.89(30℃)；燃烧热(kJ/mol)：3905.0；临界温度(℃)：318.6；临界压力(MPa)：4.11；辛醇/水分配系数的对数值：2.69；闪点(℃)：4；爆炸上限%(V/V)：7.0；引燃温度(℃)：535；爆炸下限%(V/V)：1.2。
1.4.2 苯甲醛
分子式为C7H6O；C6H5CHO，分子量为106.12。
性质：一种无色或淡黄色液体，具有苦杏仁香，俗称苦杏仁油。
微溶于水，可混溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿与氧化剂能发生强烈反应。
对眼睛、呼吸道粘膜有一定的刺激作用。由于其挥发性低，其刺激作用不足以引致严重危害。遇高热、明火或与氧化剂接触，有引起燃烧的危险。若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。熔点(℃)：-26 ；相对密度：3.66； 沸点(℃)：179.62（1.33kpa） ； 饱和蒸气压(kPa)：0.13kpa（26℃）；闪点(℃)：64 ；折射率：1.5455。
可用作医药、染料、香料的中间体，用于制造三苯甲烷染料、吖啶酮染料、隐性孔雀石绿等。在医药生产中用于制苯基氨基乙酸、苯偶姻、苯甲醛肟、2-苯基苯并咪唑、氯霉素、麻黄素等，也常用作香料及调剂，还用于制肉桂醇、肉桂醛、肉桂酸和苯甲酸苄酯，以及制农药和照相药剂等，用途十分广泛。
1.5 本设计的主要任务和目标
1.5.1 设计的任务
本课题产品为苯甲醛，生产规模：1万吨/年，一年按320天计算。
1.5.2 设计的目标
本课题对苯甲醛的生产进行工艺设计，物料衡算，热量衡算，主要设备的设计和计算，绘制工艺流程图及生产车间布置图，设备的平面、立面布置图。本课题工作量适中，具有一定的广度和深度。
1.5.3 生产工艺条件
反应器
气体空速
反应温度
反应器的结构 R-1101
2000 h-1
反应温度450℃
列管式固定床反应器
2 工艺流程设计
2.1 工艺路线及其基本原理
2.1.1 工艺路线
在高温和固体氧化剂作用作用下，使甲苯蒸汽与氧气发生适度氧化，进而制得苯甲醛的方法。反应分两步进行，第一步是烃类化合物吸附在催化剂表面并且与催化剂发生氧化反应生成产物，同时催化剂被还原；第二步是还原态的催化剂被氧化剂氧化而使催化剂再生。
2.1.2 基本原理
（1） 催化剂
苯甲醛的来源主要是甲苯的液相氧化，但生产过程中存在着设备腐蚀严重、产物纯度低、工艺复杂、污染环境等问题。为克服上述缺陷，近年来，甲苯气相催化氧化制苯甲醛越来越受到重视。
氧分子是最简单的氧化剂，在氧化反应中，活化氧分子是最简单的氧化剂，在氧化反应中，活化氧分子使反应加速进行是催化剂最重要的功能。在多相催化剂上被活化的氧或多或少带有负电荷的氧阴离子，属于亲核物种，因此用于芳烃侧链的氧化。在V2O5催化剂中，V-Ag-O催化剂对苯甲醛有较好的选择性。在固定床反应器中，催化剂表面主要发生非均相气-固反应。甲苯气相选择性氧化制苯甲醛反应遵循Mars-van Krevelen机理。与所有碳氢化合物的氧化反应一样，热力学上均有利于水和CO2的生成。所以，一种有效的催化剂应当能够提供一个由动力学严格控制的反应途径，有利于产生部分氧化产物苯甲醛，防止生成深度氧化产物COx。
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