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5 kt/a異丁醛連續氧化工藝生產異丁酸工業技術

發布時間:2017-04-25 作者:真人娱乐化工  來源:真人娱乐化工
1概述
1.1異丁酸物化性質 
異丁酸化學名稱:2-甲基丙酸。
英文名稱:Isobutyric acid    
分子式:C4H8O2         分子量:88.1
外觀:無色液體             香氣:有刺激性氣味。
熔點(℃):-47              沸點(℃):154.5
相對密度(水=1):0.95       相對蒸氣密度(空氣=1):3.04
折光率:1.3930             飽和蒸氣壓(kPa):0.13(14.7℃)
燃燒熱(kJ/mol):2165.3     臨界溫度(℃):336
臨界壓力(MPa):4.05        閃點(℃):55
引燃溫度(℃):481          爆炸上限%(V/V):9.2
爆炸下限%(V/V): 2.0       溶解性: 可混溶於水、乙醇、乙醚、氯仿             

常室溫下,異丁酸是無色油狀液體。有類似丁酸的刺激性氣味。
 
1.2異丁酸的主要用途
異丁酸又稱2-甲基丙酸,分子式C4H8O2,結構式(CH3)2CHCOOH。異丁酸是一種極其重要的化工原料和有機中間體,以遊離狀態存在於稻穀、豆類和山金車花的根中,其乙酯存在於巴豆油中。異丁酸能發生脂肪酸的一般反應,其分子中含有一個三級碳原子,經堿性髙錳酸鉀氧化,可形成α-羥基酸。異丁酸可除去汽油中具有惡臭的硫化物,其酯可用作合成香精。例如,異丁酸甲酯似杏香,丙酯似菠蘿香,異戊酯似香蕉香。異丁酸是一種重要的化工原料,它的用途十分廣泛。主要應用於酯類產品的合成,其品種多達百餘種,也可作為食品保鮮劑、香料的原料和製藥工業。用作脂類的溶劑,也用於香精、香料的製備和作防腐劑、消毒劑等。異丁酸有一些重要的衍生物,工業上實際用於生產異丁腈的中間體,再轉化為鹽酸異丁脒,它是殺蟲劑二榛農的原料,常用於牛奶製品、烘烤食品、甜沙司醬。
相關資料顯示目前全世界異丁酸的產量30kt/a,主要集中在中歐及美國的各大公司,如德國赫斯特公司、哈斯公司以及伊斯曼公司。近幾年來,采用異丁酸生產異丁腈產品的市場令人看好。異丁腈的最大用途是轉化為異丁脒,它是高效低殘毒有機麟農藥地亞農的中間體,地亞農是有機麟農藥中噸位較大的產品,廣泛用於農業、畜牧業、衛生和貯糧等的防蟲和滅蟲,尤其是對地下害蟲和果樹害蟲防治效果最佳。在國外異丁腈用量增長速度很快,平均以3.5%/a的速度增長。在我國異丁腈用量增長速度也很快,這無疑是促進異丁酸消費量增長的原因。
 
2生產規模、產品方案及工藝流程
2.1建設規模
本裝置年運行時數8000小時。本裝置的公稱生產能力為10kt/a。
2.2裝置構成
本項目裝置組成包括異丁酸合成、精餾裝置及輔助生產設施三部分。
裝置組成詳見表2-1。
表2-1      裝置構成一覽表
序 號 單元編號 單 元 名 稱 備注
一、異丁酸裝置
1 100# 氧化單元 新建
2 200# 精製單元 新建
3 300# 輔助單元 新建
二、罐區
1 400# 罐區及灌裝 新建
三、公用和輔助生產設施
1 500# 車間綜合樓(含控製室、配電室、辦公室等) 新建
 
2.3工藝流程
           C4H8O+ O2→C4H8O2         ∆H=-267KJ/mol
根據相關文獻資料,通過使用共溶劑可減少異丁醛氧化過程中的副產,優選地使用共溶劑丙酮,該溶劑可以為異丁酸、水、或飽和烴。
    本項目采用先進的共溶劑法氧化工藝合成異丁酸。
該工藝特點如下:
1. 副反應少,雜質含量低,產品質量品質好。
2. 異丁酸全程綜合收率高,產品單位生產成本低。
3. 生產過程連續,易於操作控製,自動化水平高。
該技術綜合消耗低、副反應少、產品質量穩定、反應條件溫和,該工藝技術在同行業中處於領先地位,達到國外同類裝置技術水平。

2.3.1工藝流程簡述
2.3.1.1異丁酸氧化單元
從罐區送來的異丁醛、來自增壓機的空氣及氧化助劑定量送到氧化反應器R101A中,並進一步送入反應器R101B中,在特定的溫度和壓力條件下進行氧化反應生成異丁酸粗產品。
氧化反應器R101AB完成異丁醛轉化率大於98%,合成液通過產品中間罐送入產品精製單元。
2.3.1.2精製單元
1)異丁酸脫輕
來自氧化單元的異丁酸合成液送入脫輕塔T201中。
T201塔塔頂餾出物主要是水、丙酮、異丁醇、少量異丁醛等副產物,直接送至焚燒爐,焚燒處理。
塔底物料含有水、異丁酸及重組分,通過泵送入脫水塔。
2)異丁酸脫水
來自T201塔塔釜物料送入T202塔。
T202塔塔頂流出物主要是水、共沸劑。經分液罐分離後,水相由泵送至汙水處理或焚燒,油相作為回流由泵送回塔頂循環使用。
塔底物料含有異丁酸及重組分,通過泵送入後續精製塔。

3)異丁酸精製
脫水後的物料送入塔T203中。塔頂蒸出異丁酸。塔頂餾出物經冷卻後,采出送至產品罐。
塔釜廢液焚燒處理。

 
3原材料要求、消耗及“三廢”排放
3.1原料要求
本項目生產所需主要原料、用量及規格分別見表3-1。
表3-1    主要原料數量表
序號 名   稱 單位 數量 質量標準 來  源 備 注
1 異丁醛 t/a 9000 99.4%  
2 空氣 Nm3/a 10250000  
3 氧化助劑 t/a 200
4 共沸劑 t/a 100 99.5%
3.2 裝置消耗      `
3.2.1原料消耗
原料消耗詳見表3-2。
表3-2  原料消耗定額一覽表         
序號 原料名稱 規格 消耗數量 單位
1 異丁醛IBA 99.4% 0.90 (t/t)
2 空氣(按氧氣計) 99% 205 Nm3/t
3 助劑 0.02 (t/t)
4 共沸劑 99.9% 0.01 (t/t)
3.2.2公用工程消耗
公用工程消耗詳見表3-3。
表3-3  公用工程消耗定額一覽表
序號 名 稱 規  格 數 量 單 位
1 循環水 30℃ 0.5MPa 200 t/t
2 蒸汽 1.0MPa 1 t/t
3 儀表空氣 0.5MPa 80 Nm3/t
4 氮氣 0.5MPa 100 Nm3/t
5 動力電 380V 50 kwh/t
3.3工藝裝置“三廢”排放
本項目生產過程中“三廢”排放見表3-4。
表3-4   “三廢”排放表
“三廢”名稱 排放點 排放量(Nm3/h) 有害物濃度
(ppm) 排放去向 備注
合成尾氣 氧化反應器 ≤300.0 ≤10 焚燒爐  
廢水 脫水塔 ≤0.15 ≤3000 生化處理或焚燒爐  
廢液 T-201/T203 ≤60Kg/h 焚燒爐
 
 
4工藝設備技術方案
4.1概述
本項目生產裝置工藝設備共32台(套)。各類型設備見設備匯總表。
根據設備接觸物料情況,設備材質主要采用不鏽鋼,部分使用碳鋼等材質。 
表4-1  設備匯總表
序號 設備類型 設備台數 重量(t) 備注
1 機  泵 14  
2 反應器 2  
3 塔 4  
4 換熱設備 12  
5 貯  罐  
6 其  它  
  合  計 32  
4.2主要設備一覽表
略。

 
5裝置占地
裝置區內建、構築物占地麵積及建築麵積見表5-1。
表5-1  建、構築物建築麵積和占地麵積一覽表
序號 名  稱 建築麵積
(m2) 占地麵積
(m2) 備 注
1 生產裝置框架 400  
2 罐區及倉庫 500  
  合  計 900  

6裝置定員
裝置定員不考慮行政管理人員,設備維修維護人員。
表6-1  裝置定員表
崗位名稱 班次 每班定員 合計
操作工 4 2 8
值班長 4 1 4
分析工 4 1 4
分析組長 1 1 1
工藝技術員 1 1 1
設備技術員 1 1 1
儀表技術員 1 1 1
總計 20

7.經濟性評價
7.1銷售收入
年生產異丁酸10,000噸,每噸售價1.2萬元,年銷售收入12000萬元(不含稅價10250元/噸)。
7.2產品成本
表7-1  原料消耗定額一覽表         
序號 原料名稱 原料
規格 消耗
定額 單位 單價 單位 成本小計元/噸
1 異丁醛IBA 99.4% 0.90 (t/t) 6300 元/噸 5670
2 空氣(按氧氣計) 99% 205 Nm3/t 0.7 元/m3 143.5
3 助劑 0.02 (t/t) 2 元/噸 0.04
4 萃取劑 99.9% 0.01 (t/t) 6000 元/噸 60
  合計         5873.54

表7-2  公用工程消耗定額一覽表
序號 名 稱 規  格 單 位 數 量 單價
(元/噸) 成本小計
(元/噸)
1 循環水 30℃ 0.5MPa t/t 200 0.2 40
2 蒸汽 1.0MPa t/t 1 180 180
3 儀表空氣 0.5MPa Nm3/t 80 0.1元/m3 8
4 氮氣 0.5MPa Nm3/t 100 0.2元/m3 20
5 動力電 380V kwh/t 100 0.85元/kwh 85
  合計 333
以上數據為裝置設計值,裝置生產達產後綜合指標應低於表中數據。
表7-3   產品成本表
序號 項    目 單位成本
(元/噸) 年成本
(萬元/年) 備    注
1 原材料成本 5873.54 5873.54  
2 公用工程消耗 333 333 水、電、汽
3 人工工資 200 200  
4 折舊費 121 121 固定資產投資的10%
5 大修費 35 35  
6 企業管理費 100 100  
7 總成本 6662.54 6662.54  
    管理性成本由廠方控製,目前不在受控範圍之內。
 
8利潤與收益
8.1投資概算
表8-1  10kt/a異丁酸裝置總概算表
序號 工程及費用名稱 估算價格
(萬元) 備    注
1 設備購置費 650  
2 構築物及土建 110  
3 儀表及配電 180  
4 安裝及運雜費 80  
5 保溫及防腐 90  
6 不可預見費用 100  
  總投資 1210  
項目總投資估算1210萬元。由於全裝置基本為SS31603甚至更高的材質,裝置的建設造價受鋼材市場價格影響很大。
8.2投資概算
表8-2  利潤收益表 
序號 項    目 數值 (萬元) 備    注
10kt/a
1 銷售收入 10250 不含稅價 
2 總 成 本 6662.54  
3 稅金及其它 492  
4 銷售利潤 3587.46  
  
9.項目可行性判定
從利潤收益、財務評價及前麵的討論可知:
本項目經濟效益較好,工藝三廢少,有很好的經濟效益,所以本項目可行。