年产580吨对硝基苯乙酮车间工艺设计.doc

74年产580吨对硝基苯乙酮氧化工段工艺设计说明书（小设计）1 设计依据1.1设计依据根据华东理工大学的教学要求，作为制药工程专业大四的学生，要综合运用以前所学的各科知识，进行为期四周的毕业小设计，以便理论联系实际，提高解决问题的能力。由设计任务书可知，本项目为年产580吨对硝基苯乙酮氧化工段车间工艺设计。由于设计时间有限，此次设计仅仅在混合料槽、氧化塔、去酸釜、苯甲酸釜、冷却结晶釜、离心机、冷冻釜、洗涤釜、复蒸釜、干燥器、吹出油贮槽、纯碱溶液高位槽、尾气冷却器、回收油洗涤釜、回收油蒸馏釜的范围内进行。1.2设计路线本工艺采用对硝基乙苯为原料，利用空气氧化为对硝基苯乙酮。对硝基乙苯在缓和条件下氧化生成对硝基苯乙酮，但是在激烈的条件下进行氧化，则生成对硝基苯甲酸。这两个反应不是完全分开的，因此在对硝基乙苯氧化过程中，应注意控制反应条件，减少对硝基苯甲酸的生成。将对硝基乙苯加入氧化塔中，加入硬脂酸钴及乙酸锰催化剂（内含载体碳酸钙90%），其量各为对硝基乙苯重量的十万分之五。从塔底往塔内通进压缩空气，使塔内压力达0.49MPa（5kg/cm2），并调节尾气压力使达2.9103Pa（300mm水柱）左右。逐渐升温至150以激发反应，反应开始后，随即发生连锁反应并放热。这时适当地往反应塔夹层通水使反应温度平稳下降，维持在135进行反应。收集反应生成的水，并根据汽水分离器分出的冷凝水量判断反应进行的程度。当反应生成热量逐渐减少，生成水的数量和速度降到一定程度时停止反应，稍冷，将物料放出。氧化液进入去酸釜，配制碳酸钠饱和液于7080，搅拌加入去酸釜内，加入适量稀释对酸钠盐水溶液使溶液分层。水层进入苯甲酸釜，加入氯化钠和硫酸，苯甲酸在釜内分离。氧化油在结晶釜内通过2次结晶进入离心机，加入水进行分离。分离得到的湿对酮在烘房进行烘干处理，分离后得到的回收母液进入洗涤釜，搅拌，加入定量的焦亚硫酸钠水溶液，下层油液于另一洗涤釜中碱洗。洗涤液送入复蒸塔进行复蒸，得到残渣和复蒸对位，复蒸对位进入回收对位槽继续下一次反应。 1.3生产控制指标1.3.1原料对硝基乙苯结构式：CAS： 612-22-6分子式： C8H9NO2 分子质量：151.16中文名称：对硝基乙苯1-乙基-4-硝基苯4-硝基乙苯 英文名称：p-nitroethylbenzene4-Ethylnitrlobenzene1-Ethyl-4-nitrobenzene4-Nitroethylbenzene4-nitro-ethylbenzene1-ethyl-4nitrobenzene1-ethyl-4-nitro-benzene 性质描述：黄色至浅棕色油状液体。熔点-23。沸点228，116（2.93kPa），相对密度1.126（24.5/4），折射率1.5354。不溶于水，溶于乙醇、丙酮、乙醚等有机溶剂。 用途：该品为染料、农药、医药的中间体，如用以制取邻氨基苯甲酸，亦可作矿山及农用炸药。 空气空气中除了含有氧、氮和氩外，还含有氖、氦、氪、氙气体，其在常温下是无色、无味、透明的气体。1大气压下，空气的液化温度为-191.35（81.8K），气化温度为-194.35（78.8K）。在1个大气压下，将空气冷却到-213（60.15K）时，则变成固体。本工艺规程采用的是普通大气（含O2量21%），常温常压进料。1.3.2中间体 碳酸钠化学式：Na2CO3分子量：105.99CAS编号：497-19-8相对密度(水=1)：2.532熔点：851碳酸钠俗名块碱、纯碱、石碱、苏打(Soda)，为白色粉末或细粒结晶(无水纯品高温下可分解，生成氧化钠和二氧化碳。长期暴露在空气中能吸收空气中的水分及二氧化碳，生成碳酸氢钠，并结成硬块。吸湿性很强，很容易结成硬块，在高温下也不分解。易溶于水，微溶于无水乙醇，不溶于丙醇。碳酸钠为强碱弱酸盐，溶于水后发生水解反应，使溶液显碱性，有一定的腐蚀性，能与酸进行中和反应，生成相应的盐并放出二氧化碳。危害及急救方法：若有皮肤接触，立即脱去污染的衣着，用大量流动清水冲洗至少15分钟，就医；若溅入眼睛，立即提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟，就医；若有吸入，脱离现场至空气新鲜处，如呼吸困难，给输氧，就医。本工艺规程采用10%的碳酸钠水溶液。 液碱30%氢氧化钠溶液。有强腐蚀性，能灼伤皮肤，烧伤后用硼酸水洗涤伤处，操作时必须佩带防护眼镜、橡皮手套。液碱如溅入眼中，应即用大量清水冲洗，并去医务室检查治疗，碱灼伤眼睛之失明率比酸灼伤者为高，操作者应特别警惕。 硫酸分子式：H2SO4分子量：98.08物理性质：纯品为无色无臭粘稠液体，沸点330，当比重为1.94时（18）有强烈脱水作用，遇水放出大量热。化学性质：有强腐蚀性，与水可任意比例混合。危害及急救方法：本品具有强腐蚀性，故搬运时佩戴防护用品，当溅至皮肤或眼睛引起严重灼伤，衣服鞋袜如遇本品则腐蚀损坏，溅着时应立即大量水冲洗，然后用小苏打反复洗涤，严重者应立即送医务室治疗。灭火方法：不可用加压的水流，可用雾状的水、黄沙、泥土。本工艺规程采用98%硫酸水溶液。 次氯酸钠分子式：NaClO分子量：74.5目前使用含有效氯10%的水溶液，本品在温度高于35即分解而生成氯酸盐（特别是在光线的照射下）。本品放出的游离氯能引起呼吸和皮肤系统刺激。焦亚硫酸钠(Na2S2O5)物化性质：分子量为190.10。白色或为黄色结晶粉末。相对密度1.4。溶于水（20时为54g/100ml水；100时为81.7g/ml水），水溶液呈酸性。溶于甘油，微溶于乙醇。受潮易分解，露置空气中易氧化成硫酸钠。与强酸接触放出二氧化硫而生成相应的盐类。加热到150分解。质量标准： HG/T 2826-1997表1.1 质量标准项目优等品一等品合格品主含量（以Na2S2O5计）/%96.094.092.5铁（以Fe计）含量/%0.0050.0100.015水不溶物含量/%0.050.050.10砷（以As计）/%0.0001-本品的水溶液会逐渐被空气中的氧气氧化为硫酸盐，酸性时放出SO2而引起对上呼吸道的刺激。包装及贮运：用内衬聚乙烯塑料的塑料编织袋包装，每袋净重25kg或50kg。应贮存于阴凉、干燥的库房中。包装密封，应放空气氧化。注意防潮。运输时应放雨淋和日光曝晒。严禁与酸类、氧化剂和有害有毒物质共贮混运。本品不宜久贮。装卸时邀轻拿轻放、防止包装破裂。失火时，可用水和各种灭火器扑救。1.3.3产品（对硝基苯乙酮）名称、化学结构、理化性质中文名称：对硝基苯乙酮（简称对酮）4-硝基苯乙酮英文名称：4-Nitroacetophenone1-(4-nitrophenyl)-Ethanone1-(4-Nitrophenyl)ethanone4-nitro-acetophenon4-nitroacetophenone结构式： CAS： 100-19-6 分子式：C8H7NO3 分子量：165.15 性状描述：纯品为淡黄色不定型颗粒状晶体或针晶，略带硝基物气味。熔点80-82，沸点202，138（2KPa）。在空气中不易受潮，冷水中溶解度极小，易溶于热乙醇、乙醚和苯等有机溶剂中，不溶于水。质量标准、临床用途和包装规格要求及贮藏质量标准：熔点：77以上 水份：0.2%含酸：0.2% 色泽：以实样为准分优级、合格用途: 有机合成中间体，是制造合霉素和氯霉素等医药的原料。 包装规格要求及贮藏：包装：每包净重50kg，成品装在聚乙烯塑料袋（规格66100）中扎口，然后分装入编织袋中扎口，挂好批号标签出厂。标签应写明：产品名称、出场批号、净重、包装日期、包装人员。贮存：本品干燥后应放在干燥阴凉的场所，自然冷却后再行包装，防止结块现象。1.4氯霉素简介名称：氯霉素汉语拼音： Lumei su 英文名： Chloramphenicol 化学名：D-苏型-（-）-1-对硝基苯-2-二氯乙酰胺基-1，3-丙二醇化学式：性状： 本品为白色至微带黄绿色的针状、长片状结晶或结晶性粉末；味苦。 本品在甲醇、乙醇、丙酮或丙二醇中易溶，在水中微溶。熔点149153C，比旋度D25 +18.521.5(无水乙醇）。氯霉素（chloramphenicol，chloromycetin）是由委内瑞拉链丝菌产生的抗生素。氯霉素的化学结构含有对硝基苯基、丙二醇与二氯乙酰胺三个部分，分子中还含有氯。其抗菌活性主要与丙二醇有关。氯霉素临床可用为广谱抗生素，主要用于伤寒杆菌，痢疾杆菌，脑膜炎双球菌，肺炎双球菌及其他固紫染色阴性杆菌的感染，亦可应用于立克次体的感染。它亦为广谱抑菌剂，通过脂溶性可弥散进入细菌细胞内，主要作用于细菌70s核糖体的50s亚基，抑制转肽酶，使肽链的增长受阻，抑制了肽链的形成，从而阻止蛋白质的合成。高浓度时或对本品高度敏感的细菌也呈杀菌作用。1.5原料、中间体及产品质量指标1.5.1原辅料、包装材料质量标准及规格（包括水质）原辅料质量标准见表：表1.2 原辅料、包装材料质量标准及规格序号原料名称规格项目规定标准最低使用标准备注1对硝基乙苯含量2液碱含量（总碱度）302%3碳酸钠含量99%4焦亚硫酸钠含量（以SO2计）64%61%5硝酸钴C、P制备钴触媒用6硬脂酸C、P一级（三压）制备钴触媒用7苛性钠C、P制备钴触媒用8乙醇C、P制备钴触媒用9粗盐工业用10软水硬度“0”滴EDTA1.5.2中间体、成品的质量标准和检验方法生产中间体控制项目，见下表1.4所示：表1.3 生产中间体控制项目岗位物料名称检查项目质量标准备注氧化反应精对位折光率nD191.5456参考项目回收对位折光率对酮含量对苯含量氧化液对酮含量一般要求50%以上对酸含量57%冷包氧化液对酮含量去酸前抽样对酸含量回收油对酮含量2030%回收油洗涤洗涤油过氧化物含量无酚0.1%游离酸成品出厂质量标准，见下表1.5所示：表1.4 成品出厂质量标准序号名称规格项目质量标准备注1对硝基苯乙酮熔点7781无色泽实样对酸含量0.2%2对硝基苯甲酸钠盐溶液湿度14%无2 设计指导思想和设计原则2.1本工程项目建造的意义2.1.1产品用途本工艺的直接产品为对硝基苯乙酮(P-Nitroacetophenone)，该品是是重要的化工中间体，主要用于合成合霉素和氯霉素，也用于合成染料、农药、香料等。其中最为重要的就是用于氯霉素的生产。氯霉素临床可用为广谱抗生素，主要用于伤寒杆菌，痢疾杆菌，脑膜炎双球菌，肺炎双球菌及其他固紫染色阴性杆菌的感染，亦可应用于立克次体的感染。它亦为广谱抑菌剂，通过脂溶性可弥散进入细菌细胞内，主要作用于细菌70s核糖体的50s亚基，抑制转肽酶，使肽链的增长受阻，抑制了肽链的形成，从而阻止蛋白质的合成。高浓度时或对本品高度敏感的细菌也呈杀菌作用。氯霉素曾广泛用于治疗各种敏感菌感染，后因对造血系统有严重不良反应，故对其临床应用现已做出严格控制。可用于有特效作用的伤寒、副伤寒和立克次体病等及敏感菌所致的严重感染。氯霉素在脑脊液中浓度较高，也常用于治疗其他药物疗效较差的脑膜炎患者。必要时可用静脉滴注给药。由于氯霉素可引起严重的毒副作用，故临床仅用于敏感伤寒菌株引起的伤寒感染、流感杆菌感染、重症脆弱拟杆菌感染、脑脓肿、肺炎链球菌或脑膜炎球菌性脑膜炎同时对青霉素过敏的患者。应用时疗程避免过长，既往有药物引起血液学异常病史的病人应禁用。所有应用氯霉素治疗的病人在开始治疗时必须检查白细胞、网织细胞与血小板，并每34天复查一次，若出现白细胞减少应立即停药。婴幼儿应用氯霉素应十分谨慎，除非无其他药物替代而必须使用时方考虑，有条件时可进行血药浓度监测。2.1.2经济效益、社会效益氯霉素又称左霉素、氯胺苯醇，为抗肠道细菌感染的合成抗生素。由于氯霉素在临床应用中对人体有一定毒副作用，目前世界上欧美等发达国家均不再将其作为人用及兽用口服药物。在我国市场上，氯霉素口服制剂多年来呈逐年递减态势，现在已基本不用。因此很多人对氯霉素市场前景普遍看淡。近十余年来我国氯霉素原料药的出口也呈现价跌量减的走势。然而自2002年以来，我国氯霉素出口形势出现转机，出口量趋于稳定，出口价格大幅上扬，出口金额也有较大增长，引人关注。20世纪90代中以来，我国氯霉素年产量均为2000多吨，出口量及国内用量大约各占一半。近几年，产量仍维持在2000吨左右。多年来氯霉素一直为我国医药原料药的出口优势产品之一，年出口量达1000多吨。2002年，我国氯霉素出口量达1331吨，2003年出口量为1016吨，2004年出口量为1103吨。目前我国医药市场每年消耗的氯霉素原料药有千余吨，主要用于氯霉素滴眼液、眼膏、滴耳液等。其中滴眼液的用量占绝大部分。目前全国生产眼用氯霉素制剂的企业上千家，每年产量达数十亿支。如今，氯霉素滴眼剂等制剂产品已进入我国非处方药目录以及国家基本医疗保险和工伤保险药品目录中，在医院及零售药店的销售数量非常大。据有关统计资料显示，氯霉素滴眼液在我国医院及零售药店眼科用药品种销售数量排行榜中多年位居第一，特别是在零售药店，销售量远远超过其它眼科用药品种。从临床应用及市场需求等方面客观地分析可以看出，在今后若干年里，国内外医药市场对氯霉素仍将有较大需求，其消费量和销售额还会稳中有升。在我国氯霉素滴眼液无论是在大中城市还是在广大农村，无论是在医院用药还是在药房零售，其销售数量多年位居眼科用药的头把交椅。因为它自身具有的一些优势，今后市场会有较大发展空间。氯霉素滴眼液应用范围广适用于各种急性或慢性结膜炎，包括眼睑炎、角膜溃疡、沙眼、麦粒肿、泪囊炎等。它临床疗效显著，价格便宜，知名度较高，经多年长期沿用，已被大众熟悉。它的市场售价十分低廉，一般品牌的氯霉素滴眼液每支为1元人民币左右，低的只有几角钱。此外，氯霉素滴眼液贮存期较短，多为1年，开启后要求在短时间内使用，用不完也不便保留到下次使用且一般人都不会计较这廉价的产品，因此市场消耗巨大。目前市场上同类产品还有诺氟沙星、左氟沙星等喹诺酮类药物滴眼液，但这些产品的疗效和氯霉素滴眼液差不多，价格却比氯霉素滴眼液高了好几倍，在今后若干年内尚无法替代氯霉素滴眼液。目前，氯霉素已成为全世界应用最广泛的药物之一，销售额占据整个抗生素市场的40%，同时也是我国原料药中产量最大的品种之一。近年来，氯霉素国内外市场持续看好，产销两旺。近年来我国是氯霉素的主要生产国和出口国。2003年我国氯霉素出口量为2.5万吨，国内使用量约为1.2万吨。加入WTO后，我国氯霉素的出口前景更为看好了。2.2建厂地的可行性评述2.2.1厂址选择遵循的基本原则(1)厂址应当靠近主要原材料供应地区及产品销售地区。(2)厂址应有较好的交通运输条件，年运量在十万吨以上，应当敷设铁路专用线并和铁路正线接轨，专用线最好不经过桥梁、涵洞，长度应该缩短。(3)化工厂生产需要大量供水，必须有充足的水源保证供应，如有温度较低的充足水源最好，可以节省冷却设备，节约投资，水温一般要求在2532C以下，水源地与厂址高差不应超过50m，以免设置中途加压站。 (4)化工厂需要大量蒸汽和电力，应靠近热电站。(5)厂址最好在已有居民的地区，离城市不远或靠近其他企业，这样就可能利用城市或企业原有的福利措施。 (6)厂址应在居民区的下风和长江下游，但又不受其他烟气影响，窝风的盆地不宜建厂，在全年主导风向不明显时，应以夏季风向为主。(7)厂址面积与外形应当适合于工厂总平面布置，并有发展余地，一般要求平坦，稍能向外倾斜，坡度最好是4%，以利于雨水排除，纵向坡度不宜超过3%。(8)厂址尽量不占或少占农田，这对于农业生产来说，具有重要的意义。(9)化工厂排出污水时，常含有害的化学物质，排入江河时，经过处理后应符合农业、水产、卫生的要求。 (10)有些化工厂有大量废渣产生，要有适当的洼地堆放，并防止二次污染。(11)厂址尽量不受洪水淹没，地下水位最好在4m以下或低于地下建筑物的深度。(12)厂址不应选在七度以上地震地区，九度以上不能建厂。(13)化工厂的高层建筑及地下管道较多，在下沉性II级以上大孔性黄土不宜建厂。(14)厂址的地质应宜于建筑，地耐力一般要求在每平方厘米1.5kg以上，每平方厘米1kg以下的地耐力，建筑处理复杂，投资增加，则不宜建厂。(15)有用矿藏的地面上一般不宜建厂。2.2.2厂址选择(1)选择：上海浦东新区张江高科技园区(2)张江高科技园区简介：上海市张江高科技园区成立于1992年7月，位于浦东新区中部，规划面积25平方公里，分为技术创新区、高科技产业区、科研教育区、生活区等功能小区。1999年8月，上海市委、市政府颁布了“聚焦张江”的战略决策，明确园区以集成电路、软件、生物医药为主导产业，集中体现创新创业的主体功能。自此，张江园区步入了快速发展阶段。 据统计，至2005年底，园区累计引进注册企业4297家，吸引外资额137.48亿美元，完成固定资产投资额达695.14亿元人民币，吸引各类研发中心91家，累计申请专利4032项，其中已授权专利833项。园区最终将建设成为国家自主创新示范基地，具有国际竞争力的科学城。经过16年的开发，园区构筑了生物医药创新链和集成电路产业链的框架。目前，园区建有国家上海生物医药科技产业基地、国家信息产业基地、国家集成电路产业基地、国家半导体照明产业基地、国家863信息安全成果产业化（东部）基地、国家软件产业基地、国家软件出口基地、国家文化产业示范基地、国家网游动漫产业发展基地等多个国家级基地。在科技创新方面，园区拥有多模式、多类型的孵化器，建有国家火炬创业园、国家留学人员创业园，一批新经济企业实现了大踏步的飞跃。“自我设计、自主经营、自由竞争”和“鼓励成功、宽容失败”的园区文化和创业氛围正逐渐形成。地形和地质条件园区范围内地势较为平坦，地面平均高程4.0m左右，地表水常年控制在2.6m-2.8m。园区范围内浅基础持力层的容许承载力一般为90KPa-100KPa，硬土层在地面以下25米左右，砂层在29米左右。如采用0.40.4桩尖埋深27米左右的预制方桩，其单桩垂直容许承载力一般为800KN-950KN；如采用0.40.4桩尖埋深31米左右的预制方桩，其单桩垂直容许承载力一般为1，100KN-1，300KN；如采用0.40.4桩尖埋深34米左右的预制方桩，其单桩垂直容许承载力一般为1，600KN-1，900KN。根据大量水质分析报告和水土污染分析结果，地下水对混凝土无侵蚀性，水土无污染。从工程地质条件而言，园区处于上海市良好工程地质条件区域内。水文园区外围的大水体是东海、长江、黄浦江，园区范围内规划保留的川杨河、吕家浜、马家浜、三八河、创新河等河道，与浦东新区内河相通（浦东新区内河水位比较稳定，一般控制在2.52.8米左右）。园区内所保留的河道以及完善的雨污水排放系统，确保园区防洪排涝能力，达到大汛高潮挡得住、暴雨排得出、无内涝、无倒灌现象出现。气象资料 图2-1 上海风向玫瑰图上海为亚热带季风气候，四季分明。1月份平均气温为3.5，7月份为27.8。它受海洋影响明显，雨量充沛，年均降水量为1124毫米。上海的风向常为东南风，强风则为东北风。风玫瑰图是以“玫瑰花”形式表示各方向上气流状况重复率的统计图形，所用的资料可以是一月内的或一年内的，但通常采用一个地区多年的平均统计资料，其类型一般有风向玫瑰图和风速玫瑰图。风向玫瑰图又称风频图，是将风向分为8个或16个方位，在各方向线上按各方向风的出现频率，截取相应的长度，将相邻方向线上的截点用直线联结的闭合折线图形。图表示的方位是，上-北，下-南，左-西，右-东。表2.1 极端温度极端温度/C最低最高-9.4交通运输 道路：园内与内环线相连，距南浦大桥3.6公里，距市中心人民广场13公里，距外滩商务区9公里，经市区主干线可直达机场、港口、火车站、商业中心。园内北面的龙东大道是连接内环线和浦东国际机场的重要通道，西面的罗南大道是连接内环线和外环线主干道路。机场：园内距虹桥机场25公里，距离浦东国际机场21公里。30分钟左右的车程便可抵达两机场。港口：外高桥港区距园内25公里，距集装箱码头30公里。航线性遍及国内外，覆盖面广且密集，是中国最大的港口。火车：园内距上海火车站17公里。上海有一百多条客货线路，从上海火车可直达全国各主要城市级香港特区。2.3本设计路线的特点和可行性合成对硝基苯乙酮的路线主要由以下几种：(1)以对硝基苯甲醛为起始原料的合成路线。具体可以分为以对硝基苯甲醛与甘氨酸为起始原料的合成路线和对硝基苯甲醛与乙醛缩合经对硝基肉桂酸醇的合成路线。这两种方法存在实际生产问题，消耗过量的对硝基苯甲醛，若减少用量，则得到的产物全是不需要的赤型对映体，另外需解决还原剂钙硼氢等原料的来源问题。这种方法实际生产中用的不多。(2)以苯甲醛为起始原料的合成路线。这条路线的特点是最后引入硝基，这是由于缩酮化合物分子中酮基空间掩蔽效应的影响，使硝基利于进入对位，故硝化反应的产物中对位体的收率高达88%，但硝化反应需在低温进行，因而需要制冷设备，这是其缺点。(3)以具有苯乙基结构的化合物为原料的合成路线。此设计路线采用以对硝基乙苯为原料，通过空气氧化生成对硝基苯乙酮，再通过去酸、烘干、甩水、复蒸等措施得到纯的产物。在制取对硝基苯乙酮的各条合成路线中，由于合成步骤较多，一般都会产生大量的中间体和副产物，如无妥善的综合利用途径，必将增加生产负担和巨大的环境污染，对操作者和生产厂家而言，无法避免的就是解决劳动保护和“三废”治理的问题。 本设计路线采用对硝基乙苯空气氧化法来制备对硝基苯乙酮，所进行的反应是对硝基乙苯在催化剂硬脂酸钴和乙酸锰的作用下与氧化剂（O2）进行的游离基反应。该设计路线起始原料廉价易得，各步反应收率较高，技术条件要求不高，在化学合成上巧妙地利用了前手性元素和还原剂的特点，进行手性合成；并采用清洁生产工艺，与原生产路线相比较，废水由原来的50m3/d，减至10m3/d，同时使对酮收率提高了l2，既减少了深度处理高浓度废水的量，节省了环保投资，又提高了经济效益。因此本方法具有成本低、收益高、污染小的优点，可行性较强。2.4主要设备供应情况2.4.1 釜设备、储罐、换热器上海新花化工设备厂（原上海松江工业搪瓷厂）厂址：上海市松江区中山街道花桥村邮编：201619电话57677228 576772552.4.2 离心机广东汕头离心机厂厂址：汕头市潮汕路金园工业城9B1片电话4.3 氧化塔、复蒸塔山东龙兴化工机械集团有限公司厂址：莱州市路旺邮编： 261432 联系人： 原君礼先生 网址： 39943./ 展台： 2.4.4 干燥器靖江艾利特食品机械有限公司 厂址：江苏省靖江市开发区邮编：214519联系人：周先生电话传真机址： 展台：/st55472.5整体自动化控制水平本次工艺设计用到的自控仪表有：用于调节及监测压力的压力变送器、中圆图记录仪、压力调节器/阀，用于调节、记录流量的气-电转换器、流量记录仪、流量调节器/阀、中圆图记录仪及用于记录、调节温度的电子电位差计、温度调节器、气动薄膜阀等，主要用于氧化塔和干燥床。3 生产方法与工艺流程3.1主、副反应方程式主反应：副反应：3.2设计工艺流程（论证主要化工过程及主要设备）该工艺过程的主要设备为氧化塔、冷冻结晶釜和干燥器。3.2.1氧化塔和去酸釜反应釜按操作方法可分为三类：间歇式（或称分批式）、半间歇式（或称半连续式）和连续式。间歇式操作：间歇操作一般包括装料、反应和产品卸出三个阶段，即把参加反应的物料一次加入反应釜，在搅拌、加热（或冷却）条件下反应，当反应达到指定的转化率时停止操作，全部卸出反应生成物。间歇操作的特点是生产按一定周期进行，而且整个反应阶段都在同一设备内进行，其状态随时间而变化，因此，物料的温度、压强、浓度、反应速度等均随时间而改变。但物料在设备中的停留时间却相同。间歇操作是不稳定过程，由于存在加料、出料和清洗等非生产时间，所以设备利用率不高，劳动强度大，适用于小批量、多品种的生产。间歇反应釜投资少，操作灵活性大，适应于反应时间比非生产时间（加料、卸料、清洗等）长得多的反应过程。但间歇反应釜有生产能力低、产品质量要逐釜控制等缺点。半间歇式操作：是一种物料分批加入而另一种物料连续加入的情况，或一批加入物料用蒸馏等方法连续移走部分产品等情况，它是一个不稳定过程。它的特点是釜内物料量和组成均随时间变化。这种操作往往是为了控制反应不使其过快或减少副反应的发生。连续化操作：在釜的一侧连续加入原料，另一侧连续取出反应生成物，加入和取出的物料量相等。它的特点是釜内的物料组成、温度、压力等不随时间而变，是稳定的操作过程。连续操作可在一个反应釜中进行，也可在几个串联的反应釜中进行。连续化操作设备利用率高，产品质量稳定，易于自动控制，适合于大规模生产，基本有机化工生产中大多数采用连续操作。连续反应釜由于省去了装料、卸料以及各生产周期调整工艺条件（加热或冷却）的时间，从而显著地提高了设备的利用率。搪瓷的瓷釉有二种：一为底釉；一为面釉，即耐酸瓷。瓷釉的总厚度为0.8-1.5毫米。底釉为黑色，能使金属表面在煅烧时与底釉熔合在一起，牢固地附着在金属表面，以提高搪瓷的机械强度；底釉的膨胀系数介于铁胎与面釉之间，所以不会产生爆瓷现象；但它的耐蚀性较差。面釉含有大量的二氧化硅（60%），具有较高的耐腐蚀性能。一般搪瓷反应设备的使用压力，罐内为2.5kg/cm2，夹套内为6kg/cm2。在缓慢加热或冷却的条件下，使用温度为-30270，但与操作条件（如介质的浓度、组成、加热条件等）、制造质量等因素有关。搪瓷虽具有一定的机械强度和足够的导热性，但不能经受温度的急剧变化和局部过热。应尽量避免空缶加热和热缶加冷料，以防爆裂。搪瓷质脆，不耐冲击，不能用铁器铲打内壁。在使用时也要避免强烈震动。化工搪瓷是在钢或铸铁设备的内壁上喷涂含硅量高的瓷釉经过高温煅烧而成。化工搪瓷设备也可以称为耐酸搪瓷或搪玻璃设备。搪瓷设备表面光滑，不挂料，可以隔离金属离子，并且具有优良的耐腐蚀性能，所以在制药工业被广泛采用。氧化塔为连续操作反应釜，选用浮阀塔；去酸釜为间歇操作反应釜。3.2.2冷冻釜结晶器的分类：冷却结晶器：搅拌釜可装有冷却夹套或内螺旋管，在夹套或内螺旋管中通入冷却剂以移走热量。釜内搅拌以促进传热和传质速率，使釜内溶液温度和浓度均匀，同时使晶体悬浮，与溶液均匀接触，有利于晶体各晶面均匀成长。蒸发结晶器：优点是循环液中基本不含晶体颗粒，从而避免发生泵的叶轮与晶粒之间的碰撞而造成的过多二次成核，加上结晶室的粒度分级作用，使该结晶器所产生的结晶产品颗粒大而均匀。缺点是操作弹性较小，因母液的循环量受到了产品颗粒在饱和溶液中沉降度的限制。真空结晶器：节约能量，若能正确地选择各级的操作压力，则可建立良好的晶体生长条件。此处用到的冷冻结晶釜是以钢为材料的密闭形锅，采用间歇操作。锅内装有搅拌器，采用夹套式水冷，不装蛇管，此时根据物料腐蚀性情况采用搪瓷罐。结晶和溶液可以从器底放出。为了避免器壁粘附结晶而影响传热，可在搅拌器上装耙子或刷子，以除去壁上结晶。搅拌器的作用，也使溶液各处温度一致，促进晶核的生成，同时能加速传热。此外，因搅拌而悬浮在溶液中的晶体，也有较多机会得以均匀地成长，而不致聚结为“晶族”。这种结晶器获得结晶颗粒小，但大小一致。可间歇操作，也可连续操作。连续操作时，几个结晶器可串联起来，溶液顺序由一个结晶器流向另一个结晶器。3.2.3.干燥器干燥器的分类：对流式干燥器厢式干燥器：对各种物料的适应性强，干燥产物易于进一步粉碎。但是湿物料得不到分散，干燥时间长，完成一定干燥任务所需的设备容积及其他面积大热，热损失多。因此，主要用于产量不大、品种需要更换的物料的干燥。喷雾干燥器：粘性溶液、悬浮液以至糊状物等可用泵输送的物料，以分散成粒、滴进行干燥最为有利。喷雾干燥的设备尺寸大，能量消耗多。但由于物料停留时间很短（一般只需310s），适用于热敏物料的干燥，且可省去溶液的蒸发、结晶等工序，由液态直接加工为固体成品。气流干燥器：当湿物料为粉粒体，经离心脱水后可在气流干燥器中以悬浮的状态进行干燥。流化床干燥器：降低气速，使物料处于流化阶段，可以获得足够的停留时间，将含水量降至规定值。转筒干燥器：处理量大，对各种物料的适应性强。滤渣、团块物料以及颗粒较大而难以流化的物料，可在转筒干燥器内获得一定程度的分散，使干燥产品的含水量能够降至较低的数值。非对流式干燥器耙式真空干燥器：易用于在空气中易氧化的有机物的干燥。此种干燥器对糊状物料适应性强，物料的初始含水量允许在很宽的范围内变动，但生产能力很低。红外线干燥器：设备简单、操作方便灵活、耗能大，限于薄层物料的干燥。冷冻干燥器：可使产品的有效成分不受高温或氧化破坏，但费用很高，只用于少量贵重物品的干燥。此处采用沸腾干燥床。沸腾干燥（亦称流化床干燥）是利用热空气流使置于筛板上的颗粒状或粉状湿物料呈沸腾状态的干燥过程。此干燥器降低气速，使物料处于流化阶段，可以获得足够的停留时间，将含水量降至规定值。3.3生产工艺流程框图顶液母液下层固体复位对蒸（回收对位）混合硝化精对位空气氧化触媒空气去酸冷冻结晶离心洗酮水及甩水母液分层甩水下层油层冷冻离心吹出油回收油洗涤蒸馏干燥过滤酸析釜废水污水组处理对硝基苯乙酮洗酮废水由污水组处理回收酮备用干燥（干品）精苯甲酸母液由污水组集中处理残渣外卖釜苯甲酸溶液细粉子硫酸液碱次氯酸钠焦亚硫酸钠液碱碳酸钠水溶液图3-1 氧化工艺流程框图3.4工艺流程叙述3.4.1氧化反应投料配比精对位（99%）129.99kg/h；回收对位（85%）64.992kg/h；触媒（20g/次）每8小时补加一次；操作过程先将精对位与回收对位以2：1的比例混合，进料流量精对位为129.99kg/h，对位为64.992kg，存于混合料槽中。压缩空气经空气冷却器除去水、油后，经过滤器以1221.84kg/h的流量送入氧化塔底节（出料节），调节流量与尾气泄压阀，维持塔顶压力在0.50.52MPa表压，将混合对位用输料泵流经触媒溶解罐（空塔投料时内装钴触媒130g，连续投料时每8小时补加钴触媒20g，满塔停车后第一天进料时补加钴触媒65g），以175200kg/h的流量送入氧化塔顶节（激发节），同时升温激发反应开始，随料液在塔内不断溢降，调节各塔节温度，除激发为1555外，反应节(共5节）为1355，出料节则为为80100左右。同时，维持塔底压力在0.60.62MPa表压。满塔需混合对位约3830kg。氧化液以225.06kg/h的流量自出料节连续保温流入去酸釜，正常情况下，含酮50%以上，含酸57%，每班计量，抽样送验后移交去酸甩滤岗位。吹出油以4.0621kg/h的流量进入洗涤釜。尾气以1187.7kg/h的流量通过塔顶除沫器，气液分离循环返回液体部分，气体再经冷凝器回收对硝基乙苯，并收集生成的水，最后废气经排空塔排空。注意事项：1.严格控制反应温度。2.当遇停电，应即时紧急停车，关闭进气凡尔，立即通知值班长，电工间等有关人员。3.凡遇停水应立即采取区别对待措施，如断软水，可供硬水，如硬水因故供应不上，应立即关闭通气紧急停车。4.如因故压缩空气停送，各节塔进水紧急冷却至80以下，以免反应液转深。3.4.2后处理、去酸、结晶、干燥配制碳酸钠饱和溶液于7080，以74.271kg/h的流量搅拌加入去酸釜内，控制终点PH为7.58，加入适量稀释对酸钠盐水溶液，静止分层，下层氧化油以213.89kg/h的流量送入结晶釜，上层水液供回收对酸。氧化油于结晶釜内先搅拌升温到80，保温10分钟，夹套内通入自来水冷却到5580，保温30分钟后冷却到4045，保温养晶2小时后，盐水冷却到-2，滤饼甩干，以4045温水冲洗甩干后送烘房。甩回收油时，滤饼套入正批中，母液洗涤后送至洗涤岗位。对酮湿品经颗粒机进入沸腾干燥床，每次进料80100kg，控制进风温度7276，待出风温度回升到45时出料，称量，装袋抽样化验，合格后包装送栈，不合格对酮要返工。去酸温度不得高于90，以免冲料事故及使对酮色泽转深。3.4.3回收油洗涤、精馏甩滤母液以117.23kg/h的流量进入洗涤釜，搅拌，加入定量的焦亚硫酸钠水溶液（1520kg焦亚硫酸钠+40kg水），调节PH值67，于70保温1小时后，下层油液于另一洗涤釜中碱洗一次，PH为1011碱洗操作重复一次，然后水洗到中性，抽样送验，过氧化物低于0.01%（w/v），可交精馏岗位。检查回收油蒸馏釜真空表压应稳定在-0.098MPa以上时，才可进行进料操作。回收油投料量为2875kg左右（液位计刻度），先用真空减压加热，开启冷却系统，调节蒸汽表压于0.2MPa时蒸出水份。在釜温140时，当出料视盅处无明显液滴后，换槽，改用专用真空，同时加大蒸汽表压于0.80.9MPa蒸出回收对位，总蒸出量控制在投料的7577%时，停止加热，冷却，降温到釜温120时，才可停止真空，放入空气。回收对位以一定比例和精对位混合使用，残馏每批出清。如遇紧急停电，应立即关闭真空阀门，保持负压状态，停止加热，直到恢复供电为止。3.4.4触媒制备配料比如下表3.1所示:表3.1 钴触媒的配料比原料名称规格重量比投料量（kg）备注硝酸钴化学纯10.65硬脂酸化学纯1.561.05苛性钠化学纯0.0220.4乙酮药用25.516.4水无盐2.21.4溶解苛性钠用水无盐4025溶解硝酸钴用制备过程：硬脂酸加入乙醇中加温便全熔，于6070搅拌滴加苛性钠水溶液（10%）控制PH7.58.0保温情况下，将硬脂酸钠溶液搅拌缓缓加入预热到5060的硝酸钴水溶液中，防止局部过碱，加完后搅拌到沉淀完全过滤，水洗，甩干，45以下干燥密闭保存备用。3.5重点工艺控制点表3.2 氧化工艺重点工艺控制点岗位工艺控制点氧化反应1、压力： 塔顶0.50.52MPa塔底：0.60.62MPa2、温度：进料节：1555反应节：13553、正常流量：每小时2804、软硬水泵压力：0.30.4MPa去酸去酸终点PH为7.5甩水保证电位时间，加强滴油20分钟烘房严格控制进风温度为76回收油洗涤水洗至中性，化验合格水质软水为“0”滴EDTA3.6主要设备的工艺操作指标3.6.1氧化反应压力： 塔顶0.50.52Mpa；塔底0.60.62Mpa；温度：进料节1555；反应节1355；出料节80100；正常流量：每小时200kg；软硬水泵压力：0.30.4Mpa。3.6.2后处理、去酸、结晶、干燥：去酸温度： 7080；去酸终点PH： 7.58；养晶温度： 55，至4045约2小时；冷冻釜温度： 至-2以下；甩滤时水箱温度： 4555；加强滴油保持时间： 20分钟；控制进风温度： 76。3.6.3回收油洗涤、精馏水洗至中性，化验合格；水质：软水为“0”滴EDTA。3.6.4触媒制备搅拌滴加苛性钠水溶液（10%）时控制PH7.58.0，保温6070；将硬脂酸钠溶液搅拌缓缓加入预热到5060的硝酸钴水溶液中；在40恒温干燥箱中备用。4 物料衡算4.1 计算基准 根据任务书，年产580吨对硝基苯乙酮，设年工作日为250天，则：对硝基苯乙酮日产量=1000580/250=2320.0kg/d4.2对各设备进行物料计算4.2.1工艺参数及计算条件混合料槽中：精对位纯度99%以上，回收对位含酮15%；精对:回收对位=1500kg:750kg；氧化塔中：氧化液中：对酮50%，对酸57%，其余为对硝基乙苯和杂质；吹出油:进料=50:2400；空气流量，以含氧量计，为反应耗氧量的10倍；生成的甲酸及二氧化碳的副反应的选择性相同；去酸釜中：纯碱:氧化液=6080:2000；水:氧化液=600:2000；苯甲酸釜：回收苯甲酸:生成苯甲酸=9:10；洗涤釜：回收油:液碱:焦亚硫酸钠=2000:30:15；离心机：对酮:回收油=940:1140；复蒸塔：复蒸塔出料:进料:残渣=1680:2200:520。4.2.2原料、中间体及产品的含量 精对位： 对硝基乙苯 99%其余 杂质回收对位： 对硝基乙苯 85%对硝基苯乙酮 15%混合料槽出料： 对硝基乙苯 94.33%对硝基苯乙酮 5% 空气进料： 氧气 21%其余 其他气体 吹出油： 甲酸 38.26%对硝基乙苯 0.86%水 60.88%氧化液： 对硝基苯乙酮 50%对硝基苯甲酸 5%对硝基乙苯 44.42%其余 杂质、水等 液碱： 碳酸钠 10%其余 水 苯甲酸釜进料： 对硝基苯酸钠 14.90%碳酸钠 3.72%其余 水硫酸： 98%（其余为水）出料： 对硝基苯甲酸 11.45%水 79.26%硫酸钠 7.83%对硝基苯甲酸钠 1.44% 焦亚硫酸钠（Na2S2O5）95% 洗涤母液： 对硝基苯乙酮 13.23%对硝基乙苯 83.42%其余 残渣 复蒸母液： 对硝基乙苯 78.32%对硝基苯乙酮 7.51%其余 杂质 复蒸顶液： 对硝基苯乙酮 15%其余为对硝基乙苯、水等 产品： 对硝基苯乙酮 95%其余 水4.2.3混合料槽已知条件：精对位： F1=3119.7kg/d，W1对苯=0.99，其余为杂质；回收对位：F2=1559.8kg/d，W2对苯=0.85，W2对酮=0.15。F2=1559.8kg/dF1=3119.7kg/d混合料槽对苯 99%杂质 对苯85%对酮对苯对酮F3图4-1 混合料槽物料衡算示意图自由度分析：物流变量6个，能列出的平衡方程为2个，系统独立变量赋值数4个，所以自由度为0，可以求解。系统含有4种组分，可以列出4个平衡方程:总物料平衡： F1F2=F3对硝基乙苯平衡： 0.99F10.85F2=F3W3对苯对硝基苯乙酮平衡： 0.15F2=F3W3对酮联解方程求出未知变量：F3=4679.5kg/d；W3对苯=0.9433；W3对酮=0.05。4.2.4氧化塔已知条件：混合对位： F1=4679.5kg/d，W1对苯=0.9433，W1对酮=0.05；空气进料： W2氧气=21%；氧化液： W3对酮=0.50，W3对酸=0.05；附加条件： 吹出油:进料=50:2400； 空气流量，以含氧量计，为反应耗氧量的10倍；生成的甲酸及二氧化碳的副反应的选择性相同。F4F3O