年产450吨丁酮乙二醇缩酮的车间工艺设计样本.doc
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1、精细化学品生产技术课程设计说明书题 目:年产450吨丁酮乙二醇缩酮车间工艺设计学生: 000 学号: 000 班级: 000 指导老师 000 成 绩: 课程设计任务书3总 论61.产品概述6第一章工艺步骤概述91. 产品介绍91.1产品名称:丁酮乙二醇缩酮91.2分子式:91.3产品性质91.4产品用途92. 工艺步骤概述92.1合成路线92.2生成工艺步骤框图13103原辅料介绍103.1丁酮103.2乙二醇114. 对苯二甲酸124.1名称:对苯二甲酸124.2物理性质124.3化学性质134.4毒性危害135. 环己烷135.2物理性质135.3化学性质145.4毒性和危害14第二章工
2、艺计算15第一节 物料衡算151. 做出物料步骤图,确定计算范围152物料计算516第二节 热量衡算171.热量平衡式172.热量衡算172.3物料带入设备热量Q1(设室温为25)182.4、反应釜回流过程热量衡算10192.5加热剂和反应系统交换总热量Q192.6.能量汇总表:20第三章 设备计算和选型203.1.反应罐203.1.1材质203.1.2.结构203.2.搅拌器203.3.原料原始密度计算203.4每昼夜处理物料总体积203.5.反应器工艺计算及选型213.6选型1221第四 章关键技术经济指标244.1物料规格表:244.2 .车间水.电.水蒸气消耗量M254.3成本消耗综合
3、表:26第五章 环境保护安全275.1.环境保护275.2安全方法27第六章设备结构图28第七章 设计体会和收获29第八章 参考文件30课程设计任务书题 目:年产450吨丁酮乙二醇缩酮车间工艺设计任务和要求:1设计原始数据年产量;450吨年工作日:240天生产工艺原理:以丁酮、乙二醇为原料,对甲苯磺酸为催化剂,环己烷为带水剂,生产制备丁酮乙二醇缩酮。反应温度:回流反应时间:3小时其中丁酮转化率为95%,丁酮乙二醇缩酮收率为85%。其它工艺参数经过查资料自己确定。2物料规格原料和产物规格(纯度)乙二醇98.0%丁酮99.0%环己烷99.0%对甲苯磺酸98.0%丁酮乙二醇缩酮98.0%3工艺计算物
4、料衡算热量衡算设备计算4编制设计说明书设计说明书内容:一、总论(1)概述所设计产品性能、用途和在国民经济中或对人民生活关键性;该产品市场需求,该产品生产方法及特点。(2)文件综述经过查阅中国外期刊文件,简述该产品生产试验概况,中国外生产现实状况和发展趋势。(1000字以上)(3)项目起源由老师指定课题(4)设计产品所需关键材料规格、起源和水、电、汽供给情况、结合设计地域供给情况加以说明。二、生产步骤和生产方案确实定依据查阅文件或实际调查所掌握情况,或依据科学试验汇报或小试结果进行放大设计,分析多种生产方法及其特点。简明叙述自己设计所选定生产方法依据和特点。画出一个简单步骤图。三、工艺计算包含物
5、料衡算和能量衡算,计算结果汇总于物料衡算表和热量衡算表中,并将计算基准转换为生产能力基准,包含时间基准和单位产品基准。四、关键设备工艺计算和设备选型依据设计任务工作量大小,对反应釜进行工艺计算并进行选型。并依据生产能力,按物料衡算和热量衡算结果,对其它设备全部作为辅助设备进行选型。如泵、压缩机、换热器、槽罐等。五、原材料、动力消耗定额六、车间成本估算七、环境保护及安全方法八、设计体会和收获九、参考文件十、附工程图纸(1)带控制点工艺步骤图(2)关键设备装配图参考书化工设计手册(上、下册),国家医药管理局上海医药设计院编精细化工反应器及车间工艺设计(左识之主编),华东理工大学出版社化工制图工程制
6、图(化工)化工工艺设计概论 学 生 签 名: 课程设计要求1. 每组人员4人,已大致分配,若需要调整,组员之间能够交换,但不能增加或降低原组人员数量。调整后,把最终名单重新报给指导老师。2. 每组自定设置一个责任人,进行统一分工;组员之间要相互配合、合理分工;个人完成自己任务,最终汇总成篇;“心得体会”部分必需个人完成。3. 课程设计要求在十八周上交,每人打印一份上交指导老师,同时在“目录”加“*”备注自己完成部分。(打印次序:封面目录任务书正文)总 论1.产品概述丁酮乙二醇缩酮不仅仅是作为有机合成中间体或特殊溶剂使用,而且还是果香型、木香型日用香精1.因为其原料起源丰富,化学性质稳定,近十几
7、年作为新型香料在日用香精和食品香精中全部有广泛应用。所以 ,研究和开发丁酮缩乙二醇含有一定意义。2.现行工艺:多年来丁酮缩乙二醇在香料中广泛得到应用,越来越多人对其进行研究,向着越来越高效和环境保护反面发展。以下是近几年来丁酮缩乙二醇合成方法(1)丁酮缩乙二醇通常合成工艺是:由丁酮和乙二醇反应而得,用硫酸、磷酸、对甲苯磺酸和氨基磺酸等作催化剂,其最好合成工艺条件为:醇酮物质量比为1.2:1 ,催化剂加入量为2%, 以环己烷作为带水剂,反应完成后,经精制工序,可制得质量高、产品收率好产品。此工艺其优点是催化剂价廉易得,不过反应结束后,分离催化剂和产物需进行中和、水洗等过程 ,工艺复杂 ,产生废水
8、污染环境,而且质子酸对设备含有较强腐蚀作用。(2).以复合固体酸 S O42 -/Fe2O3 - Ti O2为多相催化剂 ,经过丁酮和乙二醇反应合成了丁酮缩乙二醇。在酮醇物质量比为 1 1 . 5,催化剂用量为反应物料总质量 2% ,带水剂选择环己烷 ,反应时间 1 . 5 h条件下 ,丁酮缩乙二醇收率可达 92 . 7%,此反应知S O42 -/Fe2O3 - Ti O2是合成丁酮缩乙二醇良好催化剂,其活性高,易分离,污染少,有一定工业应用价值。(3)甲壳素 ( chitin)是自然界中大量存在氨基多糖 ,其脱乙酰基产物壳聚糖 ( chit osan)和硫酸反应所形成壳聚糖硫酸盐不溶于水 ,
9、也不溶通常有机溶剂 ,对酯化和醚化含有一定催化作用,以壳聚糖硫酸盐为催化剂 ,丁酮和乙二醇为原料 ,环己烷作为带水剂,合成了丁酮缩乙二醇。催化剂效果良好 ,并可反复使用。对环境友好。(4)以一水合硫酸氢钠作催化剂 ,在适宜条件下 ,合成了丁酮缩乙二醇 ,产率可达 91. 5 %, 一水合硫酸氢钠是合成丁酮缩乙二醇良好非质子酸催化剂 ,它含有催化活性高 ,可反复使用 ,催化剂和反应体系易于分离,起源广泛 ,价格低廉 ,性质稳定 ,降低三废污染等特点。所以 ,一水合硫酸氢钠是工业合成环己酮缩乙二醇有价值催化剂。(5)以活性炭负载含有 Keggin结构硅钨酸和磷钨酸作为催化剂 ,比较它们对缩酮反应催
10、化效果 ,结果表明:它们对丁酮缩合反应全部含有良好催化活性;而负载型磷钨酸催化稳定性愈加好,用活性炭负载杂多酸催化合成丁酮缩乙二醇 ,催化活性高 ,后处理简单 ,环境污染少. 其中以活性炭负载磷钨酸为催化剂 ,更具催化剂反复使用性能好特点 ,这是一个有着工业应用前景催化剂。3.市场和前景:因为丁酮缩乙二醇含有特征使其广泛应用于香料中,日用具中,伴随日用具发展,丁酮缩乙二醇需求越来越多,应用越来越广泛,合成丁酮所乙二醇方法也越来越多。丁酮缩乙二醇将会向着愈加高效,低成本,愈加环境保护,绿色,更具可连续发展方法发展。第一章工艺步骤概述1. 产品介绍1.1产品名称:丁酮乙二醇缩酮1.2分子式: 1.
11、3产品性质产品是一个无色透明液体,含有果香,不溶于水,溶于乙醇等有机溶剂。它含有香味,常见于香精中,原料起源广丰富,生产工艺简单,化学性质稳定。在日用香料和食用香精中应用广泛。1.4产品用途她可作为化学工业合成中间体和溶剂,也能够用作香精和香料添加剂。2. 工艺步骤概述2.1合成路线在反应釜中加入丁酮、乙二醇、一定量对苯二甲酸和环己烷溶剂共沸剂,装上搅拌器、分水器、回流冷凝管和温度计,加热反应3小时,反应产生水和共沸剂共沸蒸出,至没水产生,结束反应、冷却、过滤、蒸馏搜集一定温度范围内馏分。2Na2CO32.2生成工艺步骤框图13丁酮乙二醇对苯二甲酸环己烷 减压蒸馏分层分离 中和洗涤缩合反应 环
12、己烷 油水分离 产品3原辅料介绍3.1丁酮汉字名称:2-丁酮 汉字别名:丁酮;MEK;;2-氧代丁烷 英文名称:2-Butanone外观和性状:无色液体,有似丙酮气味。3.1.1物理性质熔点):-85.9;相对密度(水=1):0.81;沸点():79.6;相对蒸气密度(空气=1):2.42;饱和蒸气压(kPa):9.49(20);燃烧热(kJ/mol):2441.8;临界温度():260;临界压力(MPa):4.40;辛醇/水分配系数对数值:0.29 ;闪点():-9 ; 爆炸上限%(V/V):11.4;引燃温度():404 ;爆炸下限%(V/V):1.7 ;溶解性:溶于水、乙醇、乙醚,可混溶
13、于油类3.1.2化学性质丁酮因为含有羰基及和羰基相邻接活泼氢,所以轻易发生多种反应。和盐酸或氢氧化钠一起加热发生缩合,生成3,4-二甲基-3-己烯-2-酮或3-甲基-3-庚烯-5-酮。长时间受日光照射时,生成乙烷、乙酸、缩合产物等。用硝酸氧化时生成联乙酰。用铬酸等强氧化剂氧化时生成乙酸。丁酮对热比较稳定,500以上热裂生成烯酮或甲基烯酮。和脂肪族或芳香族醛发生缩合时,生成高分子量酮、环状化合物、缩酮和树脂等。比如和甲醛在氢氧化钠存在下缩合,首先生成2-甲基-1-丁醇-3-酮,接着脱水生成甲基异丙烯基酮。该化合物受日光或紫外光照射时发生树脂化。和苯酚缩合生成2,2-双(4-羟基苯基)丁烷。和脂肪
14、族酯在碱性催化剂存在下反应,生成-二酮。在酸性催化剂存在下和酸酐作用发生酰化反应,生成-二酮。和氰化氢反应生成氰醇。和氨反应生成酮基哌啶衍生物。丁酮-氢原子轻易被卤素替换生成多种卤代酮,比如和氯作用生成3-氯-2-丁酮。和2,4-二硝基苯肼作用生成黄色2,4-二硝基苯腙(m.p. 115)。3.1.3毒性和危害健康危害:对眼、鼻、喉、粘膜有刺激性。长久接触可致皮炎。该品常和己酮同-2混合应用,能加强己酮-2引发周围神经病现象,但单独接触丁酮未发觉有周围神经病现象。燃爆危险:该品易燃,具刺激性。3.2乙二醇名称:乙二醇(ethylene glycol)又名“甘醇”、“1,2-亚乙基二醇”,简称E
15、G。化学式为(HOCH2)乙二醇是无色无臭、有甜味液体,对动物有毒性,人类致死剂量约为1.6 g/kg。乙二醇能和水、丙酮互溶,但在醚类中溶解度较小。用作溶剂、防冻剂和合成涤纶原料。乙二醇高聚物聚乙二醇(PEG)是一个相转移催化剂,也用于细胞融合;其硝酸酯是一个炸药。33.2.2物理性质冰点: -12.6沸点:197.3密度:相对密度(水=1)1.1155(20);相对密度(空气=1)2.14外观和性状:无色、有甜味、粘稠液体蒸汽压:0.06mmHg(0.06毫米汞柱)/20闪点:111.1粘度:25.66mPa.s(16)1溶解性:和水/乙醇/丙酮/醋酸甘油吡啶等混溶,微溶于乙醚,不溶于石油
16、烃及油类,能够溶解氯化锌/氯 化钠/碳酸钾/氯化钾/碘化钾/氢氧化钾等无机物。表面张力:46.49 mN/m (20)燃点:418燃烧热:1180.26KJ/mol在25摄氏度下,相对介电常数为 37浓度较高时易吸潮3.2.3化学性质因为分子量低,性质活泼,可起酯化/醚化/醇化/氧化/缩醛/脱水等反应。和乙醇相同,关键能和无机或有机酸反应生成酯,通常先只有一个羟基发生反应,经升高温度、增加酸用量等,可使两个羟基全部形成酯。如和混有硫酸硝酸反应,则形成二硝酸酯。酰氯或酸酐轻易使两个羟基形成酯。 乙二醇在催化剂(二氧化锰、氧化铝、氧化锌或硫酸)作用下加热,可发生分子内或分子间失水。 乙二醇能和碱金
17、属或碱土金属作用形成醇盐。通常将金属溶于二醇中,只好一元醇盐;如将此醇盐(比如乙二醇一钠)在氢气流中加热到180200C,可形成乙二醇二钠和乙二醇。另外用乙二醇和 2摩尔甲醇钠一起加热,可得乙二醇二钠。乙二醇二钠和卤代烷反应,生成乙二醇单醚或双醚。乙二醇二钠和1,2二溴乙烷反应,生成二氧六环。 另外,乙二醇也轻易被氧化,随所用氧化剂或反应条件不一样,可生成多种产物,如乙醇醛HOCH2CHO、乙二醛OHCCHO、乙醇酸HOCH2COOH、草酸HOOCCOOH 及二氧化碳和水。乙二醇和其它二醇不一样,经高碘酸氧化可发生碳链断裂。 应用 乙二醇常可替换甘油使用。在制革和制药工业中,分别用作水合剂和溶
18、剂。乙二醇衍生物二硝酸酯是炸药。乙二醇单甲醚或单乙醚是很好溶剂,如甲溶纤剂 HOCH2CH2OCH3 可溶解纤维、树脂、油漆和其它很多有机物。乙二醇溶解能力很强,但它轻易代谢氧 化,生成有毒草酸,所以不能广泛用作溶剂。属于低毒类化学物。4. 对苯二甲酸4.1名称:对苯二甲酸汉字别名:精对苯二甲酸; PTA; 1,4-苯二甲酸; 对苯二(甲)酸,对酞酸; 松油苯二甲酸; 纯对苯二酸; 对酞酸; 对苯二酸; 对二苯甲酸英文名称:p-phthalic acid分子式C8H6O4;HOOCC6H4COOH分子量:166.134.2物理性质该品为白色晶体或粉末,低毒,可燃。若和空气混合,在一定程度内遇火
19、即燃烧甚至发生爆炸。自燃点680燃点384421升华热98.4kJ/mol燃烧热3225.9kJ/mol闪点 110密度1.55g/cm3。溶于碱溶液,微溶于热乙醇,不溶于水、乙醚、冰醋酸、乙酸乙酯、二氯甲烷、甲苯、氯仿等大多数有机溶剂,可溶于DMF、DEF和DMSO等强极性有机溶剂。4.3化学性质对苯二甲酸可发生酯化反应;在强烈条件下,也可发生卤化、硝化和磺化反应。34.4毒性危害毒性:属低毒类。健康危害:对眼睛、皮肤、粘膜和上呼吸道有刺激作用危险特征:遇高热、明火或和氧化剂接触,有引发燃烧危险。燃烧(分解)产物:一氧化碳、二氧化碳。5. 环己烷5.1名称:环己烷,别名六氢化苯,为无色有刺激
20、性气味液体。不溶于水,溶于多数有机溶剂。极易燃烧。通常见作通常溶剂、色谱分析标准物质及用于有机合成,可在树脂、涂料、脂肪、石蜡油类中应用,还可制备环己醇和环己酮等有机物。35.2物理性质熔点()6.5相对密度(水=1)0.78沸点()80.7闪点()-16.5折射率1.42662相对蒸气密度(空气=1)2.90饱和蒸气压(kPa)13.098(25.0)临界温度()280.4临界压力(MPa)4.05辛醇/水分配系数对数值7(计算值)外观和性状:无色液体,有刺激性气味。溶解性:不溶于水,溶于乙醇、乙醚、苯、丙酮等多数有机溶剂2。状态:为有汽油气味无色流动性液体,不溶于水,可和乙醇、乙醚、丙酮、
21、苯等多个有机溶剂混溶,在甲醇中溶解度为100份甲醇可溶解57份环己烷(25)。5.3化学性质易挥发和极易燃烧,蒸气和空气形成爆炸性混合物,爆炸极限1.38.3%(体积)。遇明火、高热极易燃烧爆炸。和氧化剂接触发生强烈反应,甚至引发燃烧。在火场中,受热容器有爆炸危险。其蒸气比空气重,能在较低处扩散到相当远地方,遇火源会着火回燃。2对酸、碱比较稳定,和中等浓度硝酸或混酸在低温下不发生反应,和稀硝酸在100以上封管中发生硝化反应,生成硝基环己烷。在铂或钯催化下,350以上发生脱氢反应生成苯。和氧化铝、硫化钼、钴、镍、铝一起于高温下发生异构化,生成甲基戌烷。和三氯化铝在温和条件下则异构化为甲基环戊烷。
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