1、本科毕业论文（20 届）140万吨/年PTA的氧化单元催化剂回收与除杂系统工艺设计所在学院 专业班级 化学工程与工艺 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 浙江海洋学院本科生毕业论文I 摘要对苯二甲酸（TA）是通过液相 空气氧化醋酸溶剂中的对二甲苯而生成的,采用的催化剂是可溶解的钴、锰和溴化合物。从氧化装置母液物流中回收催化剂金属的过程使用一种草酸溶液来沉淀金属，沉淀下来的是这些金属的草酸盐。催化剂回收是工业生产中非常重要的工艺过程。本文先对催化剂回收的工艺流程进行设计，然后根据设计要求，重点对整个工艺进行了物料衡算和热量衡算，工艺计算及搅拌器、离心机设备设计选型，主要设计图有带控
2、制点的工艺流程图，主要生产设备装配图。关键字催化剂；工艺设计；金属草酸盐；搅拌器；离心机本科生毕业设计IIAbstractterephthalic acid（TA ）By liquid phase air of acetic acid in the solution and create paraxylene, a catalyst to be dissolved cobalt, manganese and compounds bromine.From oxidation device mother liquid logistics a catalyst for the metal of th
3、e use of oxalic acid solution to the residue of metal is that the metal oxalate.Catalyst recycling is very important in industrial production process.The article focuses on the design process the catalyst recycling, and according to design requirements, with emphasis on the whole process was materia
4、l balance and heat balance, process calculation and mixers, centrifuge equipment design and selection, the main design with the control points are Process flow diagram, the main production equipment assembly drawings.Key wordsCatalyst;Process Design;Metal oxalate;Blender;Centrifuge浙江海洋学院本科生毕业论文III 目
5、 录摘要 .Abstract .1.前言 .11.1 PTA 氧化工艺化学 .11.2 催化剂回收概述 .32.工艺流程设计 .43.工艺设计 .63.1 母液缓冲罐 F2-701 的设计及选型 .63.1.1 搅拌器的选型 .63.1.2 搅拌器设备设计计算 .73.1.3 搅拌桨尺寸及其安装位置 .73.1.4 搅拌槽的设计计算 .83.1.5 夹套传热面积的计算 .83.2 草酸罐 F2-704 设计及计算 .93.2.1 罐体设计计算 .93.2.2 草酸搅拌器计算 .103.3 离心机 M2-707 的设计选型 .113.3.1 离心机物料衡算 .113.3.2 离心机选型 .113
6、.4 催化剂回收罐 F2-709 的设计选型 .123.4.1 罐体尺寸计算 .143.4.2 罐体厚度计算 .153.4.3 罐体搅拌器计算 .163.5 泵的选型 .173.6 催化剂钴和锰的回收率的计算 .183.7 催化剂钴和锰的进一步回收的工艺设计 .194.车间布置设计 .204.1 车间布置设计的意义 .204.2 车间布置设计与评述 .205.环境保护和安全措施 .21本科生毕业设计IV5.1 环境保护 .215.2 安全措施 .226.结论 .23浙江海洋学院本科生毕业论文1 1.前言1.1 PTA 氧化工艺化学对苯二甲酸（TA）是通过液相空气氧化醋酸溶剂中的对二甲苯而生成的
7、,采用的催化剂是可溶解的钴、锰和溴化合物。整个反应过程如下：图 1-1 生成 PTA 的反应式反应会生成大量的热；每消耗一公斤对二甲苯，将会放出大约 3,000 kcals 或 12,500 kJ 的热量。反应通过一系列的步骤进行；在这些步骤中，每个甲基基团是通过由醛到酸依次氧化的。对二甲苯（1，4-二甲基苯）对苯二甲酸（1，4-二羧基苯）催化剂溶剂热量本科生毕业设计2图 1-2 反应的中间产物对二甲苯（1，4-二甲基苯）对甲基苯甲醛（4-甲基苯甲醛）中间体对甲基苯甲酸（4-甲基苯甲酸）中间体对羧基苯甲醛中间体和主要的杂质对苯二甲酸（1，4-二羧基苯）粗产品本科生毕业设计31.2 催化剂回收概
8、述从氧化装置母液物流中回收催化剂金属的过程使用一种草酸溶液来沉淀金属，沉淀下来的是这些金属的草酸盐。沉淀能在 40C 以上快速完成；然后，钴和锰的草酸盐就能通过离心分离来回收。然后，催化剂金属草酸盐就能循环回到氧化反应器，供重复使用。草酸有腐蚀性和毒性。钴最先沉淀出来，而锰和腐蚀性金属则以一个较慢的速率沉淀。使用小于化学计算当量的草酸允许最终回收所有的钴，并且能实现腐蚀金属的净化。 HC COOOO H C COOOO+M2+ MOxalic Acid Metal IonMetal Oxalte+2H+草 酸 金 属 离 子 金 属 草 酸 盐图 1-3 草酸盐沉淀反应催化剂金属的沉淀使得溴化
9、物离子在下游设备上产生更加侵蚀性的腐蚀。通过在草酸前面添加钠，可以防止腐蚀。我们建议，至少应该维持一个 1.5:1 摩尔的钠和溴化物的摩尔比，能高一些更好。如果在离心机上应用了置换洗涤，那么循环到氧化装置的钠的数量就能减小。 来自离心机的溢流液中锰的浓度被用作一个指南，用于判定此过程的有效性。如果锰的数量低，那么金属的沉淀就高，并导致腐蚀金属的循环；它可能会聚集在氧化装置中。如果离心分离溢流液中锰的浓度高，则说明催化剂金属的沉淀效率差，有过量的钴通过溶剂回收损失到了残余物中 16。草酸 金属离子 金属草酸盐本科生毕业设计42.工艺流程简介图 2-1 工艺流程简图母液净化液被送入母液缓冲罐 F2
10、-701；该缓冲罐确保向催化剂回收离心分离机连续进料，并提供一个小的缓冲，以便对积压的物料进行加工。从母液缓冲罐中取样，以确定正在被送进催化剂回收罐的溴化物、钠、钴和锰的浓度。通过母液输送泵 G2-702A/B，母液净化液以连续的流量向前输送。来自现场碱供应源的 5%w/w 碱液在流量控制下进料，并与母液流混合，使母液中的金属与溴化物之比为 2：1。这可防止草酸盐离心分离机 M2-707 和溶剂汽提塔 D2-511 内部发生腐蚀。来自草酸补充罐 F2-704 的 10%（重量/重量）的草酸溶液用于沉淀，并与母液按比例进行混合。通过将固体草酸晶体与水混合来制备草酸溶液。草酸储罐和相关的管道装有伴
11、热装置，以确保温度保持在 25C 到 50C 之间。温度较低时，草酸会从溶液中析出；温度较高时，溶液的腐蚀性会增大。草酸在流量控制下供给工艺过程，并与母液按比例混合，达到摩尔金属（Co+Mn）含量。为确保腐蚀金属不发生沉淀，对于添加的全部催化剂金属沉淀物，只需要 90%的草酸溶液。因为钴金属离子首先沉淀，所以钴的回收率较高。余下的草酸使大部分锰离子沉淀。从装置中吹洗残渣中的其余金属。为了保证良好的混合和有效沉淀，液流将通过草酸离心分离机进料混合器 H01。催化剂金属草酸盐会迅速发生沉淀。溶液中的沉淀物进入草酸盐离心分离机，在分离机中沉淀物以一种悬浮物的形式被回收。底流中的固体浓度最好达到 5%
12、左右。固体浓度较高会导致堵塞。离心分离机的底流流量与离心分离机的进料量按比率控制。离心分离机溢流流到母液接收器 F2-711，该接收器提供一个缓冲容积，确保向溶剂汽提塔连续供应母液。对流到溶剂汽提塔的进料进行分析，以确定金属浓度和固体含量。金属锰的浓度用来监测草酸的添加量。本科生毕业设计5醋酸悬浮液中的金属草酸盐和固体 TA 流到催化剂回收罐 F2-709。催化剂回收罐提供一个大的容积，以缓冲催化剂浓度的变动。回收的催化剂在流量控制下向前输送到氧化装置。对催化剂回收罐内的成份进行分析，以便控制催化剂浓度。在线调节回收的催化剂，以达到氧化反应器 D2-301 所要求的正确成份。这是通过利用催化剂浓度控制来完成的。该控制回路可确保正确掺混回收的催化剂和新催化剂，以达到金属与溴化物的配比。用乙酸钴、乙酸锰和氢溴酸溶液对催化剂进行调节，使其成份符合要求。乙酸钴和乙酸锰溶液均以溶液形式导入。氢溴酸溶液是从氢溴酸储罐 F2-752 供应的 48% w/w 的氢溴酸。最后回收罐中的草酸钴和草酸锰循环回母液罐中。通过强酸置弱酸的原理重复使用。
