摘 要

本次设计的目标产物为具有广泛用途的重要的化工原料苯胺，采用了硝基苯液相加氢催化法，催化剂选用自制多级孔结构MOFs得到高效加氢的Pd@MOF催化剂，综合考虑经 济性、实 用性、安全可 靠性等工程问题，对年产1万吨苯胺的生产任务进行合理的工业设计。包括工艺流程的设计，催化剂的实验制备及表征，对装置进行工艺计算，反应釜和苯胺脱水塔的设计选型，以及环境安全的分析和经济概算的内容。

设计时严格遵循技 术先进、经 济合理和节能环 保的原则，最终满足了生产任务和产品质量要求，在苯胺市场长期向好的需求情况下是很有意义的。

关键词：苯胺；液相加氢；催化剂；生产；反应；设计

Abstract

The target product of this design is an important chemical raw material aniline with a wide range of uses. The nitrobenzene liquid phase hydrogenation catalysis method is adopted. The catalyst uses self-made hierarchical porous MOFs to obtain a highly efficient hydrogenation Pd@MOF catalyst. Engineering problems such as availability, practicability, safety and reliability, and a reasonable industrial design for the production task of 10,000 tons of aniline per year. Including the design of the process flow, the experimental preparation and characterization of the catalyst, the process calculation of the device, the design selection of the reactor and the aniline dehydration tower, as well as the analysis of environmental safety and the contents of economic estimates.

The design strictly follows the principles of advanced technology, economical rationality, energy conservation and environmental protection, and finally meets the production tasks and product quality requirements. It is meaningful in the long-term good demand of the aniline market.

Key Words：aniline; liquid phase hydrogenation; catalyst; production; reaction; design

目 录

第1章 绪论 1

1.1 苯胺概述 1

1.1.1 苯胺的性质 1

1.1.2 苯胺的用途 1

1.2 苯胺国内外市场需求状况 2

1.2.1 国内市场分析 2

1.2.2 国外市场分析 3

1.2.3 消费情况 3

1.3 苯胺的生产技术现状 3

1.3.1 硝基苯铁粉还原法 3

1.3.2 硝基苯催化加氢法 4

1.3.3 苯酚氨化法 5

1.3.4 硝基苯加氢方法的比较 5

第2章 设计方案 7

2.1 生产方法及工艺流程 7

2.2 催化剂 7

2.2.1 催化剂的选择 7

2.2.2 催化剂的制备 8

2.2.2.1 初始MOFs的合成 8

2.2.2.2 多级孔UiO-66-NH₂的制备 8

2.2.2.3 多级孔Pd@MOF催化剂的制备 8

2.2.3 催化剂的表征 8

2.2.4 催化反应 11

2.3 产品规格及质量要求 11

第3章 工艺计算 13

3.1 物性数据 13

3.2 物料衡算 13

3.2.1 原料和产品 13

3.2.2 全车间总物料衡算 14

3.2.3 苯胺水分离器 15

3.2.4 苯胺精馏塔物料衡算 16

3.2.5 循环氢 17

第4章 主要设备的设计与选型 19

4.1 加氢反应釜的设计选型 19

4.1.1 反应釜釜体的设计 19

4.1.1.1 釜体DN的确定 19

4.1.1.2 釜体筒体壁厚的设计 20

4.1.1.3 反应釜筒体封头的设计选型 20

4.1.1.4 筒体长度H的设计 21

4.1.2 反应釜夹套的设计 22

4.1.2.1 夹套釜体DN、PN的确定 22

4.1.2.2 夹套筒体的设计 22

4.1.2.2 夹套封头的设计 23

4.1.2.3 传热面积的校核 23

4.1.2 夹套和筒体的强度校核 24

4.1.2.1 夹套（内压容器的试压） 24

4.1.2.2 筒体（内压容器的试压） 24

4.1.3 反应釜附件的选型 25

4.1.3.1 传动装置 25

4.1.3.2 搅拌装置 26

4.1.3.3 法兰联接结构的设计 27

4.1.3.4 其它附件 27

4.1.4 反应釜设计结果 29

4.2 苯胺脱水塔 30

4.2.1 脱水塔的物料衡算 32

4.2.2 塔板数的确定 32

4.2.3 工艺条件及有关物性数据的计算 34

4.2.4 塔体工艺尺寸计算 37

4.2.5 塔板主要工艺尺寸的计算 38

4.2.6 塔附件选型 40

4.2.7 脱水塔设计结果 40

第5章 其它设备选型计算 42

5.1 换热器的选取 42

5.2 泵的选取 43

5.3 储罐的计算 44

5.4 测量仪器 44

第6章 设计结果汇总表 44

6.1 工艺设备表 44

6.2 原料消耗表 44

第7章 非工艺部分 47

7.1 公用工程 45

7.1.1 给排水 45

7.1.2 供电 45

7.1.3 通风和供暖系统 45

7.2 安全防火 45

7.3 环境保护 45

7.4 三废治理 45

7.4.1 废气治理措施 45

7.4.2 废水治理措施 45

7.4.3 固体废物处置 45

7.5 危险性分析及对策 45

第8章 车间布置以及厂址选择 46

8.1 车间布置 47

8.2 厂址选择 47

第9章 经济概算 48

9.1 投资总额 48

9.2 成本及利润分析 49

9.3评价结果 50

第十章 结语 51

参考文献 52

致 谢 53

第1章 绪论

1.1 苯胺概述

苯胺是化工应用非常广泛的重要化工原料产品。聚氨酯生产的主要原料是二苯基甲基二异氰酸酯（MDI），而苯胺是合成MDI不可或缺的重要原料，所以合理利用和开发的前景十分广阔^[1]。化学性质比较活泼，能够和盐酸（或硫酸）进行反应生成苯胺盐，也可以进行氧化、还原、卤化、乙酰化、重氮化等一系列的反应，能够通过生产得到大量的有机化工包括生物医药汽车领域的产品和中间体，用途广泛^[1]。并且从国内与目前国际的发展趋势上综合来看，苯胺的市场在未来几年将长期向好，在有机化工聚氨酯的中间体原料以及MDI的强劲市场需求的带动下，苯胺的需求量会日益增加，前景可期。

1.1.1 苯胺的性质