2.3.2 輔料原料及公用工程
2.3.2.1 輔助原料
均苯四甲酸二酐生產的主要原料為均四甲苯、空氣中的氧氣和軟水。在實際生產過程中，對產品均苯四甲酸二酐的外觀、含水量均有相當高的要求，因此，在生產過程中，為了達到脫色、脫水的要求，需添加輔助原料活性炭、硅膠和熔鹽。
（1）活性炭
活性炭是黑色微細粉末，無臭無味，活性炭（767型，上海焦化廠活性炭廠）（江蘇溧陽市活性炭聯合公司）用作水解工段脫色使用。
（2）硅膠
粗孔不規則硅膠（?1～3mm）。硅膠（青島海洋化工廠）（上海硅膠廠）用作升華結晶工段吸水使用。
（3）熔鹽
本裝置所用熔鹽是由硝酸鉀與亞硝酸鈉按3∶2（質量比）的比例混合而成的混合物。表2-6給出了兩種熔鹽混合物的熔點、沸點與組成之間的關系。
表2-6 兩種熔鹽混合物的熔點、沸點與組成之間的關系
因熔鹽的密度遠大于空氣，其熱容量也較空氣大，因此實際生產中采用熔鹽移走反應熱，可有效地控制反應床層溫度在一比較適宜的溫度范圍內。
2.3.2.2 公用工程
化工企業的公用工程，主要包括循環冷卻水系統、蒸汽加熱系統、蒸汽動力循環系統、冷凍循環系統等。本裝置的公用工程包括循環冷卻水系統和蒸汽加熱系統兩部分。
（1）循環冷卻水系統
①封閉式循環冷卻水系統。封閉式循環冷卻水系統，采用封閉式冷卻設備，循環水在管中流動，管外通常用風散熱。除換熱設備的物料泄漏外，沒有其他因素改變循環水的水質。為了防止在換熱設備中造成鹽垢，有時冷卻水需要軟化（見水的軟化）。為了防止換熱設備被腐蝕，常加緩蝕劑；采用高濃度、劇毒性緩蝕劑時要注意安全，檢修時排放的冷卻水應妥善處置。
②敞開式循環冷卻水系統。冷卻設備有冷卻池和冷卻塔兩類，都主要依靠水的蒸發降低水溫。再者，冷卻塔常用風機促進蒸發，冷卻水常被吹失。故敞開式循環冷卻水系統必須補給新鮮水。由于蒸發、循環水濃縮，濃縮過程將促進鹽分結垢（見沉積物控制）。補充水有稀釋作用，其流量常根據循環水濃度限值確定。通常補充水量超過蒸發與風吹的損失水量，因此必須排放一些循環水（稱排污水）以維持水量的平衡。
在敞開式系統中，因水流與大氣接觸，灰塵、微生物等進入循環水；此外，二氧化碳的逸散和換熱設備中物料的泄漏，也改變循環水的水質。為此，循環冷卻水常需處理，包括沉積物控制、腐蝕控制和微生物控制。處理方法的確定常與補給水的水量和水質相關，與生產設備的性能也有關。當采用多種藥劑時，要避免藥劑間可能存在的化學反應。
目前，幾乎所有的化工企業都采用敞開式循環冷卻水系統。
（2）蒸汽加熱系統
在化工生產過程中，反應物料在進入反應器反應之前通常需要加熱到催化劑的起活溫度或某一特定的溫度值，中低壓水蒸氣通常是用來加熱的首選物料。
均四甲苯氧化制均苯四甲酸二酐的工藝，由于反應原料均四甲苯、產品均苯四甲酸二酐常溫下都為固體，而氧化反應時物料都為氣體。因此，在原料進入反應器之前必須加熱熔化、汽化，在正常生產情況，即使反應熱全部用來預熱原料，仍然無法滿足整個生產過程中所需的熱量，必須有一定量的外供低壓水蒸氣才能維持整個裝置的正常運行。
一個完整的蒸汽加熱系統通常包括以下幾個部分。
①硬水凈化、軟化部分。該部分的作用將自然界的水——硬水（因自然界中的水含有一定的鈣、鎂離子，故稱硬水）通過過濾、凈化、陰陽離子交換，成為去離子水——軟水。
②鍋爐部分。軟水用泵加壓后送入鍋爐，通過消耗燃料煤產生一定壓力的水蒸氣。
③冷凝水回收、補充部分。水蒸氣在整個均苯四甲酸二酐生產裝置中用于以下幾個部分：輸送均四甲苯物料管線的伴熱、計量罐、過濾器、計量泵等設備的伴熱與保溫；均四甲苯的加熱熔化；冷態開車作為空氣預熱器的加熱介質，熱空氣用于催化劑床層、鹽冷器的預熱；水解釜夾套加熱介質。
2.3.2.3 催化劑
由圖2-2可知均四甲苯氣相氧化反應產物較多，因此，反應選擇性較低。需要優良的氣相氧化催化劑，以提高反應選擇性。均四甲苯在空氣中氣相氧化生成均苯四甲酸二酐的關鍵是催化劑的選擇。
常用的均酐催化劑為表面涂層型催化劑，活性組分為V2O5-TiO2等。二氧化鈦使五氧化二釩高度分散，并抑制完全氧化的副反應，主催化劑的含量為催化劑總重量的6.5%左右。所采用的載體應該是比表面小、無孔、惰性載體，這樣可以避免均四甲苯深度氧化生成多種副產物，甚至進一步燃燒生成二氧化碳和一氧化碳。瓷球、α-氧化鉛和碳化硅都符合要求，可作為載體。
典型的催化劑組成如下。
①主催化劑 五氧化二礬（V2O5）。
②助催化劑 三氧化鉬（MoO3）、五氧化二磷（P2O5）、五氧化二硅（Si2O5）、二氧化鈦（TiO2）、硫酸鉀（K2SO4）、三氧化鎢（WO3）、氧化鈉（Na2O）、五氧化二鈮（Nb2O5）等。
③載體 瓷環。
根據催化劑中助催化劑的不同，目前用于均四甲苯氧化制均苯四甲酸二酐的催化劑主要有以下幾種。
①V2O5-P2O5催化劑。在V2O5中加入一定量的P2O5化合物，催化劑選擇性明顯提高，但其活性稍有下降，P2O5的最佳含量為V2O5質量的15%。實驗結果見表2-7。
表2-7 V2O5催化劑上均四甲苯的氧化
②V2O5-P2O5-Al2O3催化劑。在V2O5-P2O5催化劑的基礎上，加入了Al2O3，在一定程度上可改善催化劑的選擇性能，有人在V2O5-P2O5-Al2O3（10∶1.5∶100）催化劑上考察了空速對均四甲苯氧化結果的影響，當空速為5000h-1，溫度為400℃時，PMDA選擇性最高為42%，此時均四甲苯的轉化率為100%。
③V2O5-MoO3-P2O5催化劑。以銳鈦型二氧化鈦為載體，以釩為主組分（V2O5-MoO3-P2O5）的三組分催化劑，反應溫度380～390℃，空速8000～9000h-1制得粗酐，對原料均四甲苯的收率平均為100%（質量分數）左右，粗酐純度為95%，催化劑負荷60gPMDA/（L·h）。
④V-Ti體系五元組分催化劑。有人篩選出了活性、選擇性高、穩定性好、壽命長的V-Ti體系五元組分催化劑，利用新型熱管反應器，在反應溫度440～460℃、空速6000～7000h-1和催化劑負荷為90～100g（均四甲苯）/（L·h）下，固酐收率為90%～100%，PMDA純度達97%～98%。
2.3.2.4 質量收率
不管采用何種類型的催化劑，均四甲苯氧化反應中原料的轉化率都可達100%。實際生產過程中，通常采用質量收率來評價催化劑的性能好壞和判斷反應條件的控制好壞。
（1）均四甲苯氧化制均苯四甲酸二酐的理論質量收率（yid）
均四甲苯氧化制均苯四甲酸二酐的理論質量收率按反應系統只發生主反應進行計算
（2）均四甲苯氧化制均苯四甲酸二酐的實際質量收率（yreal）
均四甲苯氧化制均苯四甲酸二酐的實際質量收率為：
式中 mT——粗酐產品總量，kg；
mR——均四甲苯原料量，kg。
由于均酐產品通常包括第一捕集器至第四捕集器的產品總量，而這些粗產品中除含的主反應產物均苯四甲酸二酐外，還有一定數量的副反應產物。因此，實際質量收率不能十分正確地反映出均苯四甲酸二酐的真實質量收率，目前，均四甲苯氧化制均苯四甲酸二酐的實際質量收率在95%左右，可見，與理論質量收率相比還存在很大的差距。