摘 要

环己醇作为重要的有机化学品，应用领域广泛。目前工业上生产环己醇的工艺主要有环己烷氧化法和旭化成合成工艺，但这两种工艺均存在明显缺点，比如环己醇收率低，能耗大。近年来，通过酯类化合物水解制备环己醇这一工艺得到了很多学者认可，该方法制备的环己醇收率高，并且羧酸可以循环使用，原子经济性高。

本文在比较了多种环己醇制备工艺的基础上，确定以醋酸为反应夹带剂，环己烯为原料通过酯化水解两步法来间接合成环己醇，具有经济环保的双重优势。同时，针对酯化反应和水解反应存在反应平衡的缺点，采用反应与精馏集成技术（SRC），打破化学平衡，提高反应物的转化率和选择性。确定工艺路线后，采用Aspen Plus软件对工艺全流程进行模拟及优化，完成物料及能量衡算，并使用AutoCAD软件绘制了全流程的物料流程图（PFD）；对于工艺流程中所用到的典型的设备，根据其标准控制方法和相关的安全准则等要求设计了相关的过程控制方案，并以此为依据绘制了管道及仪表流程图（Pamp;ID）；基于Aspen Plus中计算所得的操作参数，根据相关标准与规范，利用KG-Tower、EDR等软件完成了设备的设计与选型，并绘制了车间平立面布置图。

关键词：环己烯 环己醇 两步法 SRC 工艺设计

Process Design of Producing 100kt/a Cyclohexanol from Cyclohexene By A Two-step Method

ABSTRACT

As an important chemical product, cyclohexanol is wildly used. At present, the conventional processes for the production of cyclohexanol are based on the oxidation of cyclohexane and Asahi process. However, all of these processes show obvious disadvantages, such as low conversion and high energy consumption. In recent years, a promising alternative process is developed, which is the indirect hydration of cyclohexene using acid as a reactive entrainer. By this process, it is possible to realize nearly complete conversion of cyclohexene to cyclohexanol and acid can be recycled. It is atomically economical.

Comparing the different processes for the production of cyclohexanol, we use acetic acid as a reactive entrainer, and use the cyclohexene as the raw material to produce the cyclohexanol through a two-step process. At the same time, in order to break the limitations of chemical equilibrium, we use a side reactor configuration（SRC）to improve the conversion rate and selectivity.

After that, we use Aspen Plus to simulate and optimize the process, complete material balance and energy balance, and draw the process flowsheet diagram. Then we design the process control programs according to its typicality and special safety requirements and draw the the piping amp; instrument diagram (Pamp;ID).

Finally, on the base of the process results from Aspen Plus, according to relevant standards and specifications, the equipment is designed and selected by KG-Tower, Exchanger Design and Rating (EDR) and so on, as well as equipment and facade layout drawings are provided.

Key word：Cyclohexene; Cyclohexanol; Two-step Process; SRC; Process design

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 环己醇简介 1

1.2 环己醇生产工艺概述 1

1.2.1苯酚加氢法 2

1.2.2环己烷氧化法 2

1.2.3环己烯直接水合法 3

1.2.4环己烯间接水合法 5

1.3 反应精馏研究进展 7

1.3.1反应精馏技术进展 7

1.3.2带侧反应器的反应精馏集成技术（SRC） 8

1.3.3SRC过程的应用 9

1.4 设计目的与内容 10

1.4.1设计目的与意义 10

1.4.2设计内容 11

第二章 总论 12

2.1 设计概况 12

2.2 设计依据 12

2.3 设计原则 12

2.4 产品方案及规模 12

2.5 主要原料及催化剂 13

2.6 工艺技术 13

第三章 化工工艺与系统 14

3.1 概述 14

3.2 工艺方案设计 14

3.2.1反应原理 14

3.2.2主要操作条件 14

3.2.3环己烯酯化反应设计 15

3.2.4醋酸环己酯水解反应设计 16

3.3 工艺流程详述 17

3.3.1环己烯酯化工段 17

3.3.2醋酸环己酯水解工段 18

3.4 Aspen模拟优化 19

3.4.1物性计算方法和反应动力学模型 19

3.4.2环己烯酯化SRC过程模拟优化 20

3.4.3醋酸环己酯水解SRC过程模拟优化 25

3.4.4精制塔模拟优化 29

第四章 设备选型与设计 32

4.1 概述 32

4.2 塔设备设计 32

4.2.1塔设备设计规范 32

4.2.2塔设备设计原则 32

4.2.3塔的类型及其性能比较 33

4.2.4塔设备设计示例-环己烯酯化塔T0101 33

4.2.5塔设备设计结果 38

4.3 换热器选型 39

4.3.1换热器选型规范 39

4.3.2换热器选型原则 39

4.3.3换热器分类 42

4.3.4换热器选型示例-环己醇精制塔再沸器E0206 42

4.3.5换热器选型结果 46

4.4 反应器设计 50

4.4.1反应器概述 50

4.4.2反应器分类 50

4.4.3反应器设计示例-环己烯酯化反应器R0101 50

4.4.4反应器设计结果 53

4.5 储罐选型 53

4.5.1储罐选型规范 53

4.5.2储罐分类 53

4.5.3储罐选型示例-环己醇产品储罐V0302 53

4.5.4储罐设计结果 54

4.6 泵选型 54

4.6.1泵类型和特点 54

4.6.2泵选型原则 54

4.6.3泵选型示例-1号酯化反应器进料泵P0103 55

4.6.4泵选型结果 56

4.7 液-液分相器设计 57

4.7.1概述 57

4.7.2液-液分相器设计示例-液-液分相器V0202 57

4.7.3液-液分相器设计结果 58

第五章 自动控制及仪表 59

5.1 概述 59

5.2 自动控制设计依据 59

5.3 集散控制系统（DCS） 59

5.4 仪表基本类型及选型 59

5.4.1化工生产过程中的基本仪表 59

5.4.2仪表选型原则 60

5.5 设备控制方案 61

5.5.1泵的基本控制方案 61

5.5.2精馏塔的基本控制方案 61

5.5.3反应器的基本控制方案 64

5.5.4储罐的基本控制方案 65

第六章 车间布置 67

6.1 车间布置规范 67

6.2 车间布置原则 67

6.3 车间厂房布置 67

6.4 车间设备布置 69

6.5 车间布置结果 70

6.5.1环己烯酯化车间 70

6.5.2醋酸环己酯水解车间 73

第七章 配管设计 77

7.1 配管设计规范 77

7.2 管道布置原则 77

7.3 管道设计 77

7.3.1管径设计 77

7.3.2壁厚及材料要求 78

7.3.3管道编号 78

7.3.4管道绝热设计 79

7.4 配管设计示例 79

7.5 配管设计结果 80

第八章 结论 81

参考文献 82

致谢 85

附录 86

第一章 文献综述

1.1 环己醇简介

环己醇这种化工产品主要被用来作为溶剂使用和生产部分产品，比如乙二酸、己内酰胺和聚酰胺的重要中间原料 ^[1]。在涂料工业中，常被用作油漆、清漆和虫胶的溶剂；在纺织工业中，被用作染料溶剂，纺织品和合成纤维织品的消光剂等。此外，环己醇还可以在杀虫剂、除草剂和涂饰用稀释剂等领域被应用^[2]。

环己醇的主要下游产品之一就是乙二酸，近年来，全球范围内，乙二酸的需求量都出现了不断增加的形势。世界上乙二酸的主要生产厂家为Invista（英威达）、Solutia（首诺）、Rhodia（罗地亚）等，其在世界上的总消费量已经达到了285万吨。而在国内，有关乙二酸的产业发展较晚，近些年，我国己二酸的产能较小，对其的需求大量依托于进口。目前，国内乙二酸的主要生产厂家为新疆天利高新、石油辽阳石化、山东博汇集团海利化工等，这些企业的总产能大约在100万吨以上。而如今，我国乙二酸的市场也在不断的扩大，并且增长十分迅速，其近几年的消费量如下表所示。随着己二酸需求量的不断增加，作为其生产中重要的中间产品环己醇，各界人士也对其投入越来越多的关注与重视^[3]。

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