环己烷的生产工艺

一、环己烷的工艺介绍：

工业生产中，环己烷的生产方法分为苯加氢法和石油烃馏分的分馏精制法。苯加氢法是环己烷的主要生产方法，可分为液相法和气相法。液相苯加氢的工艺特点是反应稳定、平和，转化率和收率也很高；但必须要有后反应,，能耗也较高，氢气的利用率仅为 85% ；典型工艺有 IFP 法、 BP 法和 Arosat法。气相苯加氢的工艺特点是工艺气体混合均匀，转化率和收率均很高，但反应激烈，易出现飞温现象；典型工艺有 Brxane，ARCO，UOP，Houdry，Hy-toray法。

二、反应物与产物的介绍：

1.氢气

分子式：H2

沸点：-252.77℃(20.38K) 熔点：-259.2℃ 密度：0.09kg/m3

相对分子质量：2.016

方法：电解、裂解、煤制气等 三相点： -2.4℃

液体密度(平衡状态，-252.8℃)： 169kg/m3 气体密度(101.325kPa，0℃)：0.09kg/m3 比容(101.325kPa，21.2℃)： 5.987m3/kg 气液容积比(15℃，100kPa)： 974L/L 临界温度： -234.8℃ 临界压力： 16.8kPa 临界密度： 66.8kg/m3

熔化热(-2.5℃)(平衡态)：48.84kJ/kg 气化热△Hv(-249.5℃)： 305kJ/kg 热值： 1.4108 J/kg

规格：含有少量的甲烷2%左右。 2苯

名称：中文名称：安息油 ，净苯 ，动力苯 ，纯苯 ，溶液苯，困净苯，困净苯 别名：Benzol，Phenyl hydride，Phenyl hydride ，Cyclohexatriene ，Coal naphtha ，Phene

化学式：C6H6

相对分子质量：78.11

性状：无色透明液体。有芳香气味。具强折光性。易挥发。能与乙醇、乙醚、丙 酮、四氯化碳、二硫化碳、冰乙酸和油类任意混溶，微溶于水。燃烧时的火焰光亮而带黑烟。相对密度(d1)0.8787。熔点5.5℃。沸点80.1℃。折光率(n20D)1.50108。闪点(闭杯) -11℃。易燃。低毒，半数致死量(大鼠，经口) 3800mg/kg。有致癌可能性。 储存：密封阴凉保存。

用途：脂肪、树脂和碘等的溶剂。测定矿物折射指数。有机合成。光学纯溶剂。 高压液相色谱溶剂。

安全措施：贮于低温通风处，远离火种、热源。与氧化剂、食用化学品等分储。禁

止使用易产生火花的工具。 燃烧性：易燃

灭火剂：泡沫、干粉、二氧化碳、砂土，用水灭火无效。

紧急处理：吸入：迅速脱离现场至新鲜空气处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。 误食：饮足量温水，催吐，就医。

皮肤接触：脱去被污染衣着，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤。 眼睛接触：提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。就医。

物理性质：苯的沸点为80.1℃，熔点为5.5℃，在常温下是一种无色、味有芳香气味的透明液体，易挥发。苯比水密度低，密度为0.88g/ml但其分子质量比水重。苯难溶于水，1升水中最多溶解1.7g苯；但苯是一种良好的有机溶剂，溶解有机分子和一些非极性的无机分子的能力很强。（易溶于酒精等有机溶剂） 3.环己烷

中文名称：环己烷；六氢化苯；六亚甲基；六环烷 英文名称：Cyclohexane

结构或分子式：C6H12， C原子以sp3杂化轨道形成σ键。 相对分子量或原子量：84.16 密度（25℃）：0.7739 g/cm3 熔点（℃）：6.5 沸点（℃）：80.7

闪点（℃）：-18（闭式） 折射率：1.42

毒性：LD50(mg/kg) 规格: ≥90 %

性状：有汽油气味的无色流动性液体。

溶解情况：不溶于水，可与乙醇、乙醚、丙酮、苯等多种有机溶剂混溶，在甲醇中的溶解度为100份甲醇可溶解57份环己烷（25摄氏度）。

用途：主要用于制备环己醇和环己酮，也用于合成尼龙6。在涂料工业中广泛用作溶剂。是树脂、脂肪、石蜡油类、丁基橡胶等的极好溶剂。 制备或来源：可由苯经氢化或石油馏分中回收制得。

危险特性：极易燃，其蒸气与空气混合有爆炸性混合物。遇明火、高热极易燃烧爆炸。与氧化剂接触发生剧烈反应，甚至引起燃烧。在火场中，受热的容器有爆炸危险。其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃。 有害燃烧产物： 一氧化碳

灭火方法及灭火剂：喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。处在火场中的容器若已变色或从安全泄压装置中产生声音，必须马上撤离。灭火剂：泡沫、二氧化碳、干粉、砂土。用水灭火无效。 环己烷的用途：

1. 可用于橡胶防焦剂CTP，农药锡及医药中间体的合成。可用于橡胶防焦剂CTP，农药锡及医药中间体的合成。

2.环己烷是一种重要的有机化工原料，主要用于生产环己醇、 环己酮、 聚己内酰胺和聚己二酰己二胺等产品，是纤维素醚、 树脂、 蜡、 沥青和橡胶的优良溶剂，而且是良好的萃取剂。

3环己烷还可以用于分析化学上测定相对分子质量和络合滴定铜、铁、硅、铝、

钙和镁。

三、工艺流程

环己烷的生产方法主要是苯加氢法，UOP法是一种比较典型的气相加氢法，生产流程图如图1.3-1所示，是苯加氢生产环己烷方法中最早工业化的方法之一。此次的设计便是采用UOP法，在该流程中，采用三段反应生成环己烷用以提高反应转化率，并使H2处于过量状态来使苯尽量反应完全。

环己烷生产工艺流程图

PROΠ模拟环己烷生产工艺流程收敛图

反应方程式：3H2+C6H6=C6H12

首先将原料苯（物流1）、原料气（物流4）、循环气（物流23）、循环料（物流20）混合，在换热器E1中与中间产物进行逆流换热，在经过换热器E2，控制温度至一个数值，进入反应器R1进行第一段苯催化加氢反应，产品为物流8。

物流8补充部分新鲜苯（物流2）和循环料（物流19）进入反应器R2，进行第二段苯催化加氢反应，产物为物流9。

物流9与部分新鲜苯混合后，经过换热器E1冷却后，温度达到一个适当的数值，进入反应器R3，进行第三段苯催化加氢反应，产物为物流12。

物流12经过换热器E3冷却至低温之后，进入分离器D1进行闪蒸分离，塔顶产物（物流14）主要是氢气，其一部分作为反应循环气（物流22）经过压缩机加压之后，作为反应原料使用（物流23），另一部分（物流21）与产品（物流17）混合进入下一工段的稳定器。塔底产物（物流15）一部分作为产品（物流17）进入下一工段，另一部分（物流16）经过泵P1加压后作为循环料（物流19、物流20）分别进入第二段反应器R2，以改善反应速度及混合器M1。

四、PROΠ模拟详细过程

4.1根据工艺流程建立PROII里的工艺流程图，工艺流程图如下所示(颜色为灰色)。

4.2设置单位制

根据输入数据的单位多为SI 制，所以选择SI制。但习惯上温度选℃。根据输入的数据也可以将能量的单位编程kcal的形式。

4.34.3 定义组分，

本程序的组分主要是氢气H2、苯C6H6、环己烷C6H12和少量甲烷CH4。

在3处输入化学式再选择需要的物质。

4.4 选择热力学方法，

选择Grayson- Streed热力学方法

4.5 输入物流物性数据（直接双击S19）

物流C6H6物性，温度=37.778℃，压力=3824.5kpa，体积流量=7.695 m3/h（摩尔流量=86.9169 kmol/h），状态为液态，组成为苯100%。

物流S5物性，温度=37.778℃，压力=3824.5kpa，体积流量=5.103 m3/h，状态为液态，组成为苯100%。

物流S19物性，温度=37.778℃，压力=3824.5kpa，体积流量=2.067 m3/h，状态为液态，组成为苯100%。

物流H2物性，温度=37.778℃，压力=3824.5kpa，体积流量=15291 m3/h，状态为气态，组成为氢气97.25%，甲烷占2.75%。原料气中的甲烷为杂志气体在整个反应流程中需要放空。

4.6 添加反应，点击INPUT ，选择reaction date

4.7 输入过程单元数据

（1） 反应器的数据输入,每个反应器相似。

（2）换热器的数据输入

（3）压缩机工艺数据输入

（4）闪蒸分离器工艺数据

（5）分流器数据输入

（6）泵工艺数据输入

（7）物流计算器设定

4.8给定物流初始数据

物流初始数据

4.9 点击运行，得到运行结果。Run。

五、设计要点

5.1 本工艺有两个循环：注意循环物流18#和23#（或7#）要设置初值。

5.2物流计算器的控制

原料气H2中含有少许CH4，CH4是不参与反应的惰性气体，如不弛放会在循环过程中不断累积，造成物平混乱。惰性在工艺过程中不断累积还会白白消耗输送功及热能，占据工艺各个装置有效体积体积，所以要连续弛放。

此处物流计算器的作用，就是把气相中的H2和CH4完全分离。将物流计算器看成一个塔，出口完全是H2，塔釜完全是CH4。将塔釜计算得到的CH4完全弛放，作为分离器SP3的分离条件。

数据汇总

1. 反应器：R1 Operating Conditions

REACTOR TYPE DUTY, M*KJ/HR ISOTHERMAL -22.0268 TOTAL HEAT OF REACTION AT 25.00 C, M*KJ/HR -20.8753 MINIMUM GIBBS FREE ENERGY (G/RT), /HR 2.244E+04 FEED INLET S17 OUTLET S18 210.00 VAPOR PRODUCT TEMPERATURE, C 210.00 PRESSURE, KPA 3438.5000 3438.5000 Reaction Data

RATES, KG-MOL/HR FEED CHANGE COMPONENT 1 H2 FRACTION PRODUCT CONVERTED 0.2251 1.0000 1349.1652 -303.7438 1045.4214 2 BENZENE 101.2480 -101.2479 6.274E-05 3 METHANE 91.4341 0.0000 91.4341 4 CH TOTAL 522.1471 101.2479 623.3950 2063.9944 -303.7438 1760.2507 Reactor Mass Balance

Component Feed 1 H2 Rates, KG/HR Change Fraction Product Converted 2719.7553 -612.3110 2107.4443 0.2251 2 BENZENE 7908.8487 -7908.8438 4.90099E-03 1.0000 3 METHANE 1466.8557 0.0000 4 CH 1466.8557 43944.5684 8521.16 52465.7231 TOTAL 56040.0282 0.0000 56040.0279 反应器：R2 Operating Conditions

REACTOR TYPE DUTY, M*KJ/HR ISOTHERMAL -3.0972 TOTAL HEAT OF REACTION AT 25.00 C, M*KJ/HR -12.6156 MINIMUM GIBBS FREE ENERGY (G/RT), /HR FEED FEED FEED VAPOR PRODUCT TEMPERATURE, C PRESSURE, KPA 180.46 INLET S3 S18 S19 OUTLET S4 210.00 2.820E+04 3438.5000 3438.5000 Reactor Mass Balance

Rates, KG/HR Change Component Feed 1 H2 Fraction Product Converted 2111.72 -370.0390 1741.6875 0.1752 1.0000 2 BENZENE 4779.5749 -4779.59 0.0100 3 METHANE 1497.7366 0.0000 1497.7366 4 CH 63359.8513 5149.6037 68509.4550 反应器：R3 Operating Conditions

REACTOR TYPE DUTY, M*KJ/HR ISOTHERMAL REACTOR 1.9255 -0.2062 TOTAL HEAT OF REACTION AT 25.00 C, M*KJ/HR

INLET FEED S7 OUTLET S8 210.00 VAPOR PRODUCT TEMPERATURE, C 198.42 PRESSURE, KPA 3438.5000 3438.5000 Reaction Data

RATES, KG-MOL/HR FEED COMPONENT 1 H2 CHANGE PRODUCT FRACTION CONVERTED .47703E-03 0.0428 862.8061 -3.0000 859.8061 2 BENZENE 23.3475 -1.0000 22.3475 3 METHANE 93.2499 0.0000 93.2499 4 CH TOTAL 2. 混合器

813.6663 1.0000 814.6663 1793.0699 -3.0000 1790.0699 S2 RECYCLE__H2 C6H6 H2 Products Mixed S15 Temperature, C Pressure, KPA 28.404 3438.500 0.000 0.69448 0.30552 Pressure Drop, KPA Mole Frac Vapor Mole Frac Liquid 3. 换热器E2

Operating Conditions

DUTY, M*KJ/HR 1.000 LMTD, C 169.270 F FACTOR (FT) 1.000 MTD, C U*A, KW/K 169.234 1.1 Hot Side Conditions

FEED MIXED PRODUCT VAPOR, KG-MOL/HR K*KG/HR CP, KJ/KG-C LIQUID, KG-MOL/HR K*KG/HR CP, KJ/KG-C TOTAL, KG-MOL/HR K*KG/HR CONDENSATION, KG-MOL/HR TEMPERATURE, C PRESSURE, KPA INLET OUTLET S6 S7 1793.070 1791.747 73.538 73.430 2.485 2.463 1.323 0.108 2.732 1793.070 1793.070 73.538 73.538 1.323 203.768 198.417 3438.500 3438.500 Cold Side Conditions

FEED MIXED PRODUCT INLET OUTLET S15 S16 VAPOR, KG-MOL/HR K*KG/HR CP, KJ/KG-C LIQUID, KG-MOL/HR K*KG/HR CP, KJ/KG-C TOTAL, KG-MOL/HR K*KG/HR 1433.498 1435.946 4.861 8.792 5.087 8.476 630.496 628.049 51.179 50.953 1.745 1.776 2063.994 2063.994 56.040 56.040 2.447 VAPORIZATION, KG-MOL/HR TEMPERATURE, C PRESSURE, KPA 28.404 35.239 3438.500 3438.500 4.闪蒸器 Feeds: s9

Products Vapor :s10 Products Liquid :s20

Temperature, C Pressure, KPA Pressure Drop, KPA Mole Frac Vapor Mole Frac Liquid Mole Frac Mw Solid Duty, M*KJ/HR FLASH TYPE 25.068 3190.760 213.740 0.52153 0.47847 0.00000 0.00000 ADIABATIC-P 4. 泵 Feeds :s21

Products :s1

User Input Calculated 4341.60 25.48 4341.60 1150.84 23.21 152.15 100.00 Temperature, C Pressure, KPA Pressure Rise, KPA Work, KW Head, M Efficiency 5. 分离器sp3

FEED STREAM ID FRACTION KG-MOL/HR KG/HR S10 933.57 3498.293 RATES PRODUCTS PRESSURE, KPA S11 0.8000 746.856 2798.635 S22 0.2000 186.714 699.659 25.0676 3190.7600 0.0000 1.0000 TEMPERATURE, C PRESSURE DROP, KPA MOLE FRAC VAPOR MOLE FRAC TOTAL LIQUID 0.0000 MOLE FRAC MW SOLID

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