二丙酮醇工艺规程.doc

工艺规程 GY/XINGSU 106-2008二丙酮醇diacetone alcohol（草稿）2012-01上海圣禄实业股份有限公司编制说明：1在试生产阶段，探索丙酮进料流量（亦即反应器中丙酮的停留时间）、进料温度与丙酮转化率的关系，寻找最佳的（亦即转化率最高的）丙酮进料量和进料温度。注意丙酮中水含量对反应的影响。2在试生产阶段，探索反应塔顶是否须回流以及最小回流比。回流比越小，越节能。3待间歇反应稳定，反应釜釜温在近120，亦即釜液相二丙酮醇浓度在7080%时，探索连续补充新鲜丙酮，连续采出反应生成液、并连续输入蒸馏，亦即整个流程全部连续的可能性，始终维持反应进出料和产出液中二丙酮醇浓度基本恒定。4在始终维持蒸馏釜温不超过120的条件下，探索脱丙酮塔、二丙酮塔的最低真空度，以寻求最适宜的冷冻水水温，提高冷冻机的产能和降低能耗。探索这二塔最佳操作条件。5由于没有丙酮精馏塔，系统中异丙叉丙酮这些中间馏分有可能会不断的积累。通过试生产，观察异丙叉丙酮是否积累？若积累的话，势必积累到一定量后，会影响二丙酮醇的质量（水溶性），则需要通过试生产，探索出生产了几釜后，须将这些异丙叉丙酮除去，除去的方法，或是将多次循环的丙酮送往异丙叉丙酮釜精制提纯丙酮；还是设法将异丙叉丙酮集中留在二丙酮醇中，将这批二丙酮醇，送往异丙叉丙酮装置生产异丙叉丙酮；还是其他。6需通过试生产，累计统计出二丙酮醇的收率，转化率和选择性；蒸馏的收率；丙酮、苯酐、氢氧化钠的单耗；水电汽的单耗；建立技术经济指标。7操作工时、劳动组织和岗位定员通过试生产确定。8物料衡算和能量衡算待工艺成熟并测得相应的数据后继续编算。二丙酮醇工艺规程一、产品概述：品名：双丙酮醇化学名：4-羟基-4-甲基-2-戊酮英文名称：diacetone alcohol，4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone结构式：实验式：C6H12O2 分子量：116.16理化性质：外观：具有轻微的邻人愉快的气味的透明、无色液体，逐步转化黄色并变深。沸点（760mmHg）：167.9熔点：-47蒸汽压Antoine安托万方程：其中：P蒸汽压力，mmHg；T温度，比重(20/20)：0.940比热：0.45蒸发热：110.0 kcal/kg其他：与水互溶，与水共沸99.7，气相中含水75%。质量标准：项目特殊指标（精细化工）常规指标（油漆、保兴）密度（r20）（g/cm3）0.9380.941或0.932密度（r25）（g/cm3）0.9350.938色度（Pa-Co） 25蒸馏范围，760mmHg100%98%初馏点， 135148干点， 172170不挥发物，g/100ml 0.01嗅味a无残臭水分a，重量% 0.1b酸度(以乙酸计)，wt% 0.010.2水溶性本品与任何比例蒸馏水皆可混合。水溶性(溶于23倍水) 无乳浊或分层纯度a，%98.0注a：为可选的项目注b：此限值可确保本品在20时与19倍体积99%庚烷混合，不产生混浊现象。用途：它用作氢键和极性物质的溶剂。它与水互溶，用作水基涂料的溶剂。它用作树脂和蜡净化的萃取溶剂。二丙酮醇更适用于配制具有促进流平特性的凹版印刷墨水。二丙酮醇在同一分子中具有羟基和羰基，是制备甲基异丁基甲酮、甲基异丁基甲醇、异己二醇的中间体。它还用作金属清洗化合物、液压油，纺织剥色剂、喷漆稀释剂、金属清洁剂、木材防腐剂、药物的防腐剂、抗冻剂等。注意事项：采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花的机械设备和工具。密闭操作，注意通风。工作场所最高容许浓度（前苏联）100mg/m3，急性毒性LD50：4000 mg/kg(大鼠经口)；13500 mg/kg(兔经皮)。贮藏：第3类易燃液体，中国危险货物编号1148。储存于阴凉、通风的库房。库温不宜超过30。远离火种、热源。应与氧化剂、还原剂、碱类分开存放，切忌混储。贮存在适当的有标签的容器内，或贮存在适当的、经检查核准的贮槽或贮存罐内。储区应备有泄漏应急处理设备和合适的收容材料。二、原辅材料质量标准、包装材料规格：（1）丙酮分子式：实验式：C3H6O在常温下,丙酮是无色透明、易挥发的液体，有令人愉快的气味，与水互溶。其主要物理性质见下表：性质数据分子量58.08凝固点，-94.7沸点（101.3kPa），56.2燃烧热，kJ/ mol1804生成热（20），kJ/ mol235.2闪点（闭杯法），-18自燃点，538折射率nD201.35868液体比热容（20），kJ/(kg K)2.135粘度（20），mPa s0.32密度（20），g/cm30.783空气混合物爆炸范围（丙酮体积，20），%上限13下限2.13GB/T 6026-1998工业丙酮项目工业一级品外观透明液体色度Hazen单位（铂-钴号） 5密度（20）,g/cm30.780.792馏程（0,101325Pa） （包括56.1） 1.0蒸发残渣,（m/m） %0.003高锰酸钾时间试验（25）, min60醇含量（m/m） %0.3水分（m/m） %0.4酸度（以乙酸计）（m/m） %0.003水混溶性试验合格（2）氢氧化钠（烧碱）分子式：NaOH分子量：40工业用固体氢氧化钠质量标准 GB209-1993项目指标优等品一等品合格品氢氧化钠，% 96.096.095.0碳酸钠，% 1.31.41.6氯化钠，% 2.72.83.2三氧化二铁，% 0.0080.010.02（3）邻苯二甲酸酐（苯酐）分子式：经验式：C8H4O3分子量：148.11。质量标准：HG2-319-79指标名称技术指标优等品一等品合格品外观 白色鳞片状或结晶性粉末白色或微带其它鳞片状或结晶粉末 熔融色度 2050100热稳定色度 50150结晶点 130.5130.3130.0纯度 99.5%99.5%99.0%游离酸含量 0.5%0.5%0.5%灰分 0.05%（4）钢桶采用GB/T325-2000包装容器 钢桶中200升(53美加仑)小开口钢桶。三、化学反应过程和生产流程（1）反应由丙酮的低温缩合制二丙酮醇的化学反应式如下：反应是放热的。按报道中的反应热为：3.5kcal/mol（J.Appl.Chem.(London）13, 717,1963，Rev. Chem.15(12) 7368,1964），4.9 kcal/mol（Chem. Eng. Japan, 30 (12)1124, 1966），7.8 kcal/mol（University microfilms publ. No 12600）或8.19 kcal/mol（J.A.C.S. 58. 3112. 1936）。反应是可逆的，平衡的组成取决于温度。连串反应是二丙酮醇脱水，生成异丙叉丙酮：异丙叉丙酮的生成也是可逆的，但是平衡趋向于异丙叉丙酮一边。水和异丙叉丙酮低浓度时，逆反应(异丙叉丙酮与水生成二丙酮醇)可忽略。二丙酮醇和异丙叉丙酮与丙酮、二丙酮醇或异丙叉丙酮进行醛醇缩合生成更大的产物，如异佛尔酮和异木酮isoxylitone。从丙酮生成二丙酮醇对于丙酮是二级、二丙酮醇生成丙酮对于二丙酮醇是一级、以及二丙酮醇生成异丙叉丙酮对于二丙酮醇也是一级。所有三个反应都是碱催化。丙酮通过醇醛自身缩合生成二丙酮醇可被各种固体碱催化，如碱土金属氧化物La2O3、ZrO2,和Ba(OH)2 13。碱土金属氧化物对反应的活性按下述程序：BaO SrO CaO MgO （G. Zhang, H. Hattori, K. Tanabe, Appl. Catal. 36 (1988) 189197; G. Zhang, H. Hattori, Appl. Catal. 40 (1988) 183190.）和活性区域是表面OH-基团。反应还可以被羟镁铝石类基于水滑石催化剂催化。（D. Tichit, M.N. Bennani, F. Figueras, R. Teissier, J. Kervennal, Appl. Clay Sci. 13 (1998) 401415.）。以液体触媒来说，往往用NaOH及KOH的水溶液（Ger. 1052970,1959）（Brit. 917782,1963）（Can. 769084,1967）其他专利规定的液体触媒是溶于丙酮中的碱金属（Brit. 968151，1964）但这些液态触媒的缺点是：必须向反应混合物中用H3PO4，H2SO4或苯磺酸来中和和并以之分离（Brit.968151，1964）。丙酮缩合成二丙酮醇反应为可逆反应，是受反应平衡的限制。由丙酮生成二丙酮醇的平衡转化率甚低，并随温度之增加而减少如下：温度，丙酮之转化率，重量%023.11016.92012.1309.1这种平衡在低温下反应较为有利。但在低温下的反应速率也较低。从而实际的反应温度应在020范围内是一种经济上的折衷办法。一般在工业上采用的操作温度大约在10左右（Chem. Eng. Japan, 30(12)1124, 1964），丙酮在液相中经碱催化缩合转化为二丙酮醇。进料丙酮中酸性组分中和了这催化剂。原料丙酮中如含有异丙叉丙酮和其他高沸点杂质，就会显著地减低缩合触媒的活性。因此在丙酮进入缩合反应器之前，一般先要除去这些杂质（Chem. Eng. Japan,30(12)1124,1964）。又报告称水能抑制丙酮的醇醛反应，所以采用含水量不大于0.5%（重量计）的丙酮是有利的（Brit. 968151,1964）（Brit. 881918，1961）。根据报道丙酮在醇醛缩合罐中的停留时间约在220分钟左右（US 2130592,1938）（US 2827490,1958）（US 2889369,1956）。实际操作中，在210分钟的停留时间里约可取得8090%之平衡转化率（US 2130592,1938）。二丙酮醇的时空得率据报约0.10.2kg/h/kg触媒（Rev. Chimie (Bucharest)15(10)595600,1964）。二丙酮醇的选择性约为9095%（重量）（Hydrocarbon Process 205 Nov.1969）异丙叉丙酮和高分子缩合物如三丙酮二醇是这反应的付产物（Brit. 968151,1964）（J.Appl.Chem. (London）13, 717,1963)。由于丙酮缩合成二丙酮醇反应的平衡是大大地偏于反应物丙酮的一方，为使反应向产物二丙酮醇方向进行，方法是在一个Soxhlet提取器（见图）内进行，丙酮从冷凝器中冷凝下来，回流入催化剂中生成二丙酮醇，溢流吸回到烧瓶内。烧瓶内由于丙酮沸点低重新又蒸发，二丙酮醇的沸点比丙酮高就积存在烧瓶内。此反应的关键是催化剂不溶于丙酮及二丙酮醇，因此催化剂不会到烧瓶中，二丙酮醇不再和催化剂接触，使产物移出平衡体系之外，因此总是丙酮不地进行反应。使平衡朝产物方面进行，这样可以得到70的产率。阴离子交换树脂丙酮缩合成二丙酮醇容易的被各种弱碱(Amberlyst A21)和强碱(Amberlyst A26)树脂催化。该树脂还包括Amberlite IRA900、国产D261、2017等季胺基团阴离子交换树脂。买来时若是氯化物状态，必须用1.5M氢氧化钠水溶液预处理。又有报道对于阴离子交换树脂二丙酮醇生成速率受孔扩散控制，具有粒子直径1mm的多孔粒子，粒子内部扩散是很重要的。扩散限制促进生成异丙叉丙酮。反应混合物中水对决定反应速度、产物的选择性和催化剂的寿命起着很重要的作用。反应中添加水可增加催化剂寿命和二丙酮醇选择性，但是降低反应的速率。华东化工学院工业催化研究所采用华东化工学院工业催化研究所开发的849#均相催化剂，4台带搅拌反应器串联，阶梯式降温，停留时间分别为室温15min、1060min、560min、0120min，二丙酮醇得率可达18.8%。英国专利BP1527033反应器为反应温度逐个降低并串联成列的多个反应器。第一个反应器维持在约室温，最后一个反应器维持在-20温度。其间的反应器的反应温度维持在这两个之间，并逐一降低。在单一的反应器推荐温度在+10-10。基于原料丙酮0.04%w/w和1%w/w量的氢氧化钾和甲醇从第一个反应器或另外任一个或所有后续反应器投入。丙酮从第一反应器投入。反应产物添加磷酸中和，pH7.0。残留在粗二丙酮醇产物中溶解盐量越小越好，由于这将助长在后续蒸馏提纯中二丙酮醇返回成丙酮和脱水生成异丙叉丙酮。中和了的反应产物进入第一蒸馏塔，其中低于二丙酮醇沸点的化合物包括未转化的丙酮和甲醇从塔顶除去，产物包括二丙酮醇和高沸点化合物从底部离去，并投入第二蒸馏塔。在第二蒸馏塔中二丙酮醇作为产物从塔顶分离，高沸点化合物则留在塔底。在给定温度下被溶解的碱催化剂在5100ppm范围内醛醇缩合的速率显著地取决于被溶解的催化剂浓度。因而，事实上溶解的碱在100ppm以上醛醇缩合反应动力学上独立于催化剂浓度，而当溶解碱仅小于5ppm，丙酮的醛醇缩合非常的慢。本工艺是参照BIOS L.G.Huchst发表的西德工厂的实际经验，稍作修改。采用固体氢氧化钠为催化剂，反应温度-1010，丙酮在固碱反应器中停留时间5060min（在试车时须摸索在已定的停留时间内确定最高转化率的进料温度），约有78%二丙酮醇生成。由于丙酮中含有少量水和副反应生成水，少些水对反应有利，所以有部分氢氧化钠被溶解，二丙酮醇在碱性条件下不稳定，反应液须用苯酐中和。反应生成液进入蒸馏釜，丙酮又被蒸发循环至固碱反应器。二丙酮醇留在蒸馏釜中。如此循环，直至蒸馏釜釜温升至115120，二丙酮醇含量7080%时，该釜反应结束。温度大于120，二丙酮醇易分解。蒸馏釜pH控制在4.8（上海溶剂厂工艺规程）。（2）蒸馏为使温度不超过120，采用二塔连续真空蒸馏。二塔均为金属丝网填料塔。第一个塔脱丙酮塔将沸点低于二丙酮醇的丙酮、异丙叉丙酮和二丙酮醇和水共沸物分离去。塔顶真空约120mmHg 106mmHg，丙酮温度10.8 8，异丙叉丙酮温度75.2 72,二丙酮醇113 110。该塔填料高度6.5m填料，阻力降3040mmHg，塔釜真空约160mmHg 146mmHg，塔釜温度二丙酮醇120.5 118。塔顶流出物回反应系统，若异丙叉丙酮积累多了或由此影响到二丙酮醇质量了，则将塔顶流出物引入异丙叉丙酮工段，加工成异丙叉丙酮。第二塔成品塔将高于二丙酮醇沸点的杂质从塔釜除去。塔顶真空约116mmHg 60mmHg，丙酮温度10.1-3.0，异丙叉丙酮温度74.459，二丙酮醇11296。该塔填料高度5.0m,填料，阻力降2530mmHg，塔釜真空约146mmHg90mmHg，塔釜温度118二丙酮醇106。四、生产工艺过程及工艺条件（1）反应将8吨丙酮投入10m3蒸馏釜，加热使之汽化，汽化量约为3000kg/h，经蒸馏塔及冷凝器冷凝，部分冷凝液约500kg/h回流入塔，部分以2500kg/h速率经河水冷却器、冷冻水冷却器，将液体温度降至-1010，然后进入4个并联的固碱反应器和装有苯酐的配酸槽，pH调整为7.0？，此时约78%二丙酮醇生成。反应生成液回入蒸馏釜。低沸点的丙酮重又蒸发，而二丙酮醇则留在蒸馏釜内，如此不断循环，二丙酮醇在蒸馏釜内不断积累，釜温也不断上升，到釜温达115120，二丙酮醇含量将达7080%，终止反应。整个过程约2天。1天含量7080%二丙酮醇产量约8吨。（2）蒸馏脱丙酮塔塔顶真空度通过放空控制在106mmHg，顶温72？，塔底真空度约146mmHg，釜温118。压差40mmHg由脱丙酮塔再沸器加热蒸汽控制。7080%二丙酮醇以400kg/h进料量进入脱丙酮塔塔中，丙酮、异丙叉丙酮和二丙酮醇和水共沸物从塔顶分离出来进入丙酮槽，粗二丙酮醇从塔底由塔底液位自控，排入二丙酮塔塔釜。这塔必须控制塔底馏出物异丙叉丙酮低于0.5%或成品二丙酮醇溶于23倍水中无乳浊或分层。成品塔塔顶真空度通过放空控制在60mmHg，顶温96，塔底真空度约90mmHg，釜温约106。釜液不断由塔釜循环泵经降膜蒸发器循环，同时加热汽化，成品塔压降由降膜蒸发器加热蒸汽调节。成品二丙酮醇由塔顶蒸出，收集于产品槽，而高沸点的残液邻苯二甲酸钠盐和三丙酮醇等留于釜中，一定量后集中处理。五、生产过程中间控制及中间体、半成品的质量标准和检验方法（1）中间控制反应蒸馏塔顶温为5556。釜温不得超过120。每班测定釜液pH，pH4.8蒸馏脱丙酮塔：真空度106mmHg，顶温72，釜温120成品塔：真空度60mmHg，顶温96，（2）中间分析比重法分析二丙酮醇含量标样分析：由于二丙酮醇容易分解，市场上买到的标样二丙酮醇或由蒸馏得到的纯二丙酮醇经一段时间贮存，其含量因分解而下降，因而必须测定其含量。丙酮0.8043，二丙酮醇0.9474，二者混合溶液的比重与浓度成线性关系，因而可采用比重法分析二丙酮醇含量。只要测得10时标样的比重，如0.9436，然后从下图得到二丙酮醇浓度97.3%。同样0丙酮比重为0.8186，二丙酮醇比重为0.9560。20丙酮比重为0.7920，二丙酮醇比重为0.9377。可在0，10，20中任取一种温度测定标样比重，来求取二丙酮醇的浓度。二丙酮醇丙酮的浓度比重关系图（10）反应液浓度测定：在反应条件下，二丙酮醇在丙酮中的浓度处在025%范围内。为了进行反应液浓度分析，必须做出此浓度范围内浓度与比重的标准曲线。采用10作为标准温度，先测定纯丙酮的比重，然后配制5%、10%、14%、18%、22%、26%二丙酮醇的丙酮溶液，在10下测定各溶液的比重。然后以比重为横坐标，浓度为纵坐标，绘制浓度比重标准曲线图。只要测得10时样品的比重，就可从浓度比重标准曲线图得到二丙酮醇浓度。注：对于含有水和丙酮高聚物的系统误差较大。色谱分析六、技术安全与防火1由于本工段所使用的原料丙酮是属于易燃易爆物品，所以防火防爆是最重要的，工段内绝对禁止烟火，并备有灭火机，砂箱等防火设备。2本产品生产过程中需用固体烧碱，敲碎时应带面罩防止皮肤腐蚀，搬运时应带胶皮手套。3工段内使用的电器开关必需是防爆型，马达及照明亦是防爆式的。4车间空气中二丙酮醇允许含量为240mgm3(美国标准)。5工段内严禁穿带钉鞋子，不准用铁的工具敲打设备，以免发生火花，引起火灾。6管道及设备均应有接地，避免静电，房屋必需有良好避雷装置。7保持道路通畅，消防车可以不受阻碍，原科或成品桶不得乱放。七、综合利用及三废治理不合格产品的处理1生产中的回收丙酮，可以作原料使用。2分水器中分出来的碱液，需经蒸馏，蒸出丙酮供反应投料用。含碱废水可用于异丙叉丙酮洗釜及中和磷酸之用；或用于本产品蒸馏釜洗涤，中和苯酐成中性允许排放之废水。3本产品的副产品异丙叉丙酮是另一品种产品，故无副产品。4本产品发现不合格可以送往异丙叉丙酮处理，生产异丙叉丙酮。八、操作工时与生产周期反应操作：约2天一釜。蒸馏操作：约1天一釜。九、劳动组织和岗位定员反应操作：四班三运转，每班包括组长2人，包括加碱、苯酐等操作。蒸馏操作：四班三运转，每班1人。中控分析：四班三运转，每班1/4人，承担粗制品和成品分析。原料丙酮、氢氧化钠、苯酐和成品二丙酮醇分析：品质部承担。十、设备一览表和主要设备生产能力二丙酮醇反应设备一览表序号流程图位号名称规格及内部结构说明数量主要材质备注1V600回收丙酮高位槽V=5m3 立式平底平盖F160026001碳钢2V601丙酮高位槽V=5m3 立式平底平盖F160026001碳钢3R601AB反应釜V=10m3卧式，2碳钢列管蒸发器，F=36m22碳钢4T601AB反应塔F9006000，2”拉西环(利用)或1.5”矩鞍环（佳）2碳钢5E600AB塔顶回流冷凝器卧式列管式热交换器F6002200，F=20m2，2碳钢6E601AB反应冷凝器卧式列管式热交换器F7004500，F=120m2，2碳钢7E602-1AB反应液河水冷却器列管式热交换器F=20m2，立式2碳钢8E602-2AB反应液河水冷却器列管式热交换器F=20m2，立式2碳钢9R602-14AB固碱反应器V=1.65m3，立式，锥底F10001820，8碳钢10V602AB配酸槽立式，锥底2不锈钢11V603-1,2AB废碱水槽V=3.15m3，1000150021004碳钢12V604粗二丙酮槽V=13.8m3，2400360018001碳钢13E603粗制品槽放空冷凝器卧式列管式热交换器F=20m2，1碳钢13E604尾气放空冷凝器列管式热交换器F=20m2，卧式1碳钢二丙酮醇蒸馏反应设备一览表序号流程图位号名称规格及内部结构说明数量主要材质备注1P101A,B原料泵化工离心泵Q=1M3/H，H=10M2组合件2E101脱丙酮塔再沸器热虹吸再沸器，F=33M2，6002500(管长)，立式列管383，n=110，I程1碳钢3T101脱丙酮塔填料塔60013518填料总高6.8M，分3段1塔体碳钢4E102脱丙酮塔冷凝器冷凝器，F=50M26003000(管长),列管252.51碳钢5E103脱丙酮塔尾冷器冷凝器，F=12M23002000(管长),列管252.51碳钢6V102轻组分槽V= 4M3，立式，平底平盖160022001碳钢7V301脱丙酮塔真空罐V=0.5M3，立式，椭圆封头700800(直筒长)1碳钢8P301脱丙酮塔真空泵水环真空泵，真空70mmHg抽气量=80m3/h1碳钢9P102A,B塔釜循环泵化工离心泵Q=7M3/H，H=12M2碳钢10E104降膜再沸器降膜再沸器，F=33M2，6002500(管长)，立式列管383，n=110，I程1碳钢11T102二丙酮醇塔填料塔8006934填料总高5.2M，分2段1塔体: 碳钢12E105二丙酮醇塔冷凝器冷凝器，F=50M26003000(管长) 列管252.5，1碳钢13V102塔蒸馏釜V=6M3，卧式，椭圆封头16003000(直筒长)1碳钢14E106二丙酮醇塔尾冷器冷凝器，F=12M23002000(管长) 列管252.5，1碳钢15V105残液槽AV=0.5M3，卧式，椭圆封头6001600(直筒长)1碳钢16V104A，B产品槽V= 6M3，立式，平底平盖180024002碳钢17V302二丙酮醇塔真空罐V=0.5M3，立式，椭圆封头700800(直筒长)1碳钢18P302二丙酮醇塔真空泵水环真空泵，真空20mmHg抽气量=180m3/h1组合件十一、技术经济指标上海溶剂厂间歇法消耗指标丙酮 1.22吨苯酐 4kg固体烧碱(工业用，95%)100kg水蒸气 6吨电 55度冷却水 200m3十二、物料衡算和热量衡算甲、物料衡算原料丙酮含水量不大于0.5%（重量计），比重0.793kg/L。反应釜10m3，装料8.0m3计，8.0m3*793kg/m3=6344.0kg.，其中：丙酮6312.3kg，水31.7kg。反应结束二丙酮醇含量以70%计，6312.3*70%=4418.6kg。进料出料一、反应丙酮6344.0.0kg(8.0m3)粗二丙酮醇6371.7kg其中：丙酮6312.3kg 其中：二丙酮醇70%4418.6kg水31.7kg丙酮28%1767.5kg苯酐17.7kg异丙叉丙酮2%106.6kg氢氧化钠95%10.0kg水54.0kg其中：氢氧化钠9.5kg邻苯二甲酸钠25.0kg水0.5kg合计6371.7kg合计6371.7kg1个反应釜反应时间以48小时计，2个反应釜1天得到1釜粗二丙酮醇6371.7kg。蒸馏塔进料量则6371.7/24=265.5kg/h，以300kg/h连续进料计。二丙酮醇与水共沸99.7，气相中含水75%(溶剂厂数据）。进料出料二、蒸馏脱丙酮塔粗二丙酮醇300.0kg脱丙酮塔顶物91.5kg其中：二丙酮醇70%208.1kg其中：丙酮83.2kg丙酮28%83.2kg异丙叉丙酮5.0kg异丙叉丙酮2%5.0kg二丙酮醇0.8kg水2.5kg水2.5kg邻苯二甲酸钠1.2kg脱丙酮塔底物208.5kg其中：二丙酮醇207.3kg邻苯二甲酸钠1.2kg合计300.0kg合计300.0kg二丙酮醇塔脱丙酮塔底物208.5kg二丙酮醇塔顶物 二丙酮醇207.3kg其中：二丙酮醇207.3kg二丙酮醇塔底物 邻苯二甲酸钠1.2kg邻苯二甲酸钠1.2kg合计300.0kg合计300.0kg乙、热量衡算和设备计算反应原料丙酮含水量不大于0.5%（重量计）。（1）反应丙酮进料2500kg/h，则：2500kg/h/0.793kg/L=3152L/h。反应停留时间220分钟，以20分钟计，反应器容积3152*（20/60）=1050L。设计反应容积1.2m3，4台。固体氢氧化钠比重2.13 kg/m3，工业品片碱为0.25-1cm2，厚0.8-1.2mm的白色片状，堆积密度800-1000kgm3。其中固碱所占体积800kg/2130kg/m3= 0.376m3，1000kg/2130kg/m3=0.469m3。空隙率为62.453.1%。4台1.2m3反应器的反应液的容积32.5 m3。反应器停留时间5060分钟。进料管直径计算，流速以0.5m/s计：(3152L/h/1000/3600/0.5/0.785)0.5=0.047，取DN50。（2）反应温度10。反应热以8.19 kcal/mol计，丙酮比热0.54 kcal/kg，二丙酮醇比热0.45 kcal/kg。二丙酮醇生成以7%计，则生成2500kg/h*7%=175kg/h相当于3.02kgmol/h。则反应热8.19*3.02*1000 =24700kcal/h，使反应液温升24700kcal/h/2500/（0.54*0.93+0.45*0.07）=18.5。倪胜尧提供温升10，最高15。（3）反应蒸馏釜计算：3000kg/h丙酮汽化量，回流500kg/h，馏出2500kg/h。丙酮汽化热125kcal/kg，则3000kg/h*125kcal/kg=375000kcal/hK以250kcal/m2h，5kg/cm2(表)蒸汽计：dt=158-120=38，加热面积375000/(250*38)=40 m2加热水蒸汽量：水蒸汽汽化热2088.4kj/kg相当于500kcal/kg计：375000/500=750kg加热蒸汽管直径DN65疏水器（4）反应蒸馏塔径，空速以0.5m/s计气相管，气体速度以10m/s计，用DN200（5）反应蒸馏河水冷凝器丙酮 5656冷却水4033dt=(16-23)/ln(16/23)=19.2塔顶回流冷凝器20m2，冷凝器120 m2K=375000/（140*19.2）=140kcal/ m2h冷凝液管，用DN80管冷却水375000/（40-33）=54吨/小时，选用DN125管（6）反应液河水冷却器丙酮比热0.54kcal/kg，用河水将丙酮从56冷却到40，带走热量2500*0.54*（56-40）=21600kcal/h。丙酮 5640冷却水4033dt=(16-7)/ln(16/7)=10.9K以200kcal/m2h，传热面积21600/200/10.9=9.9 m2，用20 m2冷却水21600/(40-30)=3吨/小时，选用DN50（7）反应液冷冻水冷却器再用冷冻水将丙酮从40冷却到5，带走热量2500*0.54*（40-5）=47250kcal/h。丙酮 405冷冻水50dt=(35-5)/ ln (35/5)=15.4K以200kcal/m2h，传热面积47250/200/15.4=15 m2，用20 m2冷冻水47250/(5-0)=9.45吨/小时，选用DN50反应所需冷冻水冷量47250*2=94500kcal/h。一般说来，液体混合物沸点相差在100以上，可将溶液重复蒸馏多次即可达到分离的目的，如沸点相差在25以下，则需采用分馏柱，沸点相差越小，则需要的分馏装置越精细。二丙酮醇沸点167.9，丙酮沸点58。蒸馏（1）脱丙酮塔 连续蒸馏，处理量20吨/天粗二丙酮醇，即800kg/h计，二丙酮醇含量70%。1mol丙酮标准状态体积22.4L，重量58g。塔顶真空度100mmHg，体积L。丙酮蒸汽密度58/170.2=0.341kg/m3。塔釜0.021MPa，塔顶0.016MPa。121.6mmHg 参照SW型网孔波纹填料，SW型网孔波纹填料塔最大分离功的工作负荷的汽相动能因子F=1.52.0 m/s (kg/m3)0.5，相当于其液泛限的80%左右，对应的分离效率为每米6.67.0块理论板。工作负荷下每米填料压降2.79mmHg，每块理论板压降为0.42mmHg，与CY型金属丝网波纹填料相当。常压蒸馏最高达每米填料9.5块理论板，而且在F=0.51.5 m/s (kg/m3)0.5负荷范围内填料效率变化不大。真空蒸馏SW填料也随着操作压力降低，汽相动能因子减少，填料效率上升，最高达每米填料12块理论板，此时喷淋密度仅0.2/t/m2h。空塔动能因子=，空塔速度V=2.573.42m/s。塔顶馏出物800*（100%-70%）=240kg/h丙酮。假定塔顶回流比2：1，回流量240*2=480kg/h。塔顶气体重量流量240+480=720kg/h。气体流量720/0.341=2111m3/h=0.586m3/s。塔径：，塔径取600mm。丙酮汽化热125kcal/kg，塔顶热量：720kg/h*125kcal/kg=9*104 kcal/h，真空度100mmHg，丙酮沸点7，冷冻水进出温度05，塔顶冷凝器dT=4，传热面积：9*104 kcal/h/（4*240490）=4694m2。取50+12 m2。？若冷冻水进出温度-7-2，塔顶冷凝器dT=11.3，传热面积：9*104 kcal/h/（11.3*240490）=16.233 m2。管壳式冷凝器：饱和有机质蒸汽（减压下且含有少量不凝性气体）盐水240490kcal/m2h。塔釜加热量9*104 kcal/h，3kg/cm2（表）蒸汽2135.7kj/kg，温度143，dT=143-118=25，加热面积9*104/（25*250）=14.4m2。选用33m2。目前生产：进料量为300kg/h，二丙酮醇含量70%，塔顶馏出物300*（100%-70%）=90kg/h丙酮。假定塔顶回流比2：1，回流量90*2=180kg/h。塔顶气体重量流量90+180=270kg/h。气体流量270/0.341=792m3/h=0.220m3/s。空塔速度0.220/(0.6*0.6*0.785)=0.779m/s，空塔动能因子：0.779=0.45 m/s (kg/m3)0.5。喷淋密度180kg/h/（0.6*0.6*0.785）=0.637t/m2h。（2）成品塔 连续蒸馏，处理量560kg/h计。1mol二丙酮醇标准状态体积22.4L，重量116g。塔顶真空度60mmHg，体积L。丙酮蒸汽密度116/283.7=0.409kg/m3。空塔动能因子=，空塔速度V=2.343.12m/s。塔顶馏出物560kg/h丙酮。假定塔顶回流比2：1，回流量560*2=1120kg/h。塔顶气体重量流量560+1120=1680kg/h。气体流量1680/0.409=4108m3/h=1.141m3/s。塔径：，塔径取800mm。二丙酮醇汽化热110kcal/kg，塔顶热量：1680kg/h*110kcal/kg=18.5*104 kcal/h，塔顶冷凝器，真空度60mmHg，二丙酮醇沸点96，河水进出温度3235，塔顶冷凝器dT=62.5，传热面积18.5*104 kcal/h/（62.5*50150）=2060m2。取50+12 m2。管壳式冷凝器：高沸点碳氢化合物（减压下）水50150kcal/m2h。塔釜加热量18.5*104 kcal/h，3kg/cm2（表）蒸汽2135.7kj/kg，温度143，dT=143-118=25，加热面积18.5*104/（25*250）=29.6m2。选用33m2。目前生产：进料量为210kg/h，塔顶馏出物210kg/h丙酮。假定塔顶回流比2：1，回流量210*2=420kg/h。塔顶气体重量流量210+420=630kg/h。气体流量630/0.409=1540m3/h=0.428m3/s。空塔速度0.428/(0.8*0.8*0.785)=0.852m/s，空塔动能因子：0.852=0.54 m/s (kg/m3)0.5。*每套二丙酮醇装置207kg/h，年产量1440吨。二套年产量约3000吨。蒸汽消耗：反应部分：750kg/h一套，二套为1500kg/h。（二天一釜料，实际加热时间约25小时即可，2500kg/h*7%=175kg/h, 4418.6kg/175/h=25.25h），所以二天中蒸汽消耗为37.875吨，平摊37.875/48=789kg/h。脱丙酮塔：9104300/800=3.375104kcal/h，相当于3.375104kcal/h/511kcal/kg=66kg/h。成品塔：18.59104300/800=6.938104kcal/h，相当于6.938104kcal/h/511kcal/kg=136kg/h。小时蒸汽耗量：1500+66+136=1.7吨/小时。每吨二丙酮醇蒸汽消耗：(789+66+136)/0.207=4.79吨。工艺规程为6吨。冷却水：反应(54+3)2=114吨/小时 成品塔6.938104kcal/h/3=23吨/小时小时冷却水耗量：137吨每吨二丙酮醇冷却水消耗：反应11425.25/48=60吨/小时+成品塔23吨/小时=83吨/小时，除以0.207吨/小时，每吨二丙酮醇冷却水消耗400吨。工艺规程为200吨。冷冻：脱丙酮塔3.375104kcal/h+反应9.45104kcal/h=1213万千卡/小时。十三、附录附1：二丙酮醇中文名称：双丙酮醇，4-羟基-4-甲基-2-戊酮英文名称：diacetone alcohol，4-hydroxy-4-methyl-2-pentanoneCAS No.：123-42-2分子式：实验式：C6H12O2 分子量：116.16理化性质：沸点（760mmHg）：167.9熔点：-47蒸汽压Antoine安托万方程：其中：P蒸汽压力，mmHg；T温度，比重(20/20)：0.940比热：0.45蒸发热：110.0 kcal/kg与水互溶，与水共沸99.7，气相中含水75%。注意：（1）The diacetone alcohol was thermally unstable, particularly at temperatures above 140, when heated for short periods of time.二丙酮醇尤其在温度高于140，要是短时间加热，对热不稳定。（2）Azeotropes were found to exist at 760, 400, and 200 mm of mercury pressure.二丙酮醇在760、 400和200 mmHg时发现与水共沸。共沸物组成水84.3wt%，共沸温度99.5，760mmHg。The azeotrope composition of 84.3 weight % water at 99.5. determined in this investigation does not check the value reported by Shell Chemical Co. (8) of 87.3 weight % water at 98.8 .摘自“Ind. Eng. Chem., 1954, 46 (11), Vapor-Liquid Equilibria of the Diacetone AlcoholWater System at Subatmospheric Pressures “又：Diacetone alcohol is thermally unstable, especially at temperatures above 140C, therefore in order to avoid decomposition of diacetone alcohol the experiment has been made at lowered pressure (250 mmHg).二丙酮醇热不稳定，特别是在温度高于140C，因此为了防止二丙酮醇分解，试验在较低压力(250 mmHg)进行。摘自“Investigation and simulation of the process of synthesis of mesityl oxide using reactive distillationV. Sokolov, N. Sedisheva”附2 丙酮丙酮Acetone，缩写BT；别名：阿西通、二甲基酮、二甲酮、醋酮、木酮英文名：Dimethyl ketone、2-propanone、KETONE PROPANE分子式：CH3COCH3经验式：C3H6OCAS No.：67-64-1 ID：1191分子量：58.08 物理性质：外观：无色透明挥发性液体气味：芬芳的，薄荷样气味溶解性：能与水,酒精,乙醚,氯仿,乙炔,油类及碳氢化合物相互溶解,并能溶解油脂和橡胶. 熔点：-94.6沸点：56.48相对密度：0.7972(20)蒸汽密度（空气=1）：2.0闪点(闭杯)：-17.78(闭杯)蒸发速率（醋酸丁酯=1）：7.7毒性：大鼠经中半数致死量9750毫克/千克，其蒸气在空气