【《环氧丙烷的生产工艺路线选择案例分析》3700字】

环氧丙烷的生产工艺路线选择案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u18049环氧丙烷的生产工艺路线选择案例分析 1312201.1概述 1210301.2生产方法选择 1139871.1.1PO现有生产方法 1132811.1.2八种生产工艺方法对比 397831.1.3生产方法的确定 447221.3本项目的环氧丙烷生产原理 5163191.4生产工艺流程设计 51.1概述本项目为年产5000吨乙酰水杨酸的生产工业设计，是为宁波市内大型乙酸酐生产公司—宁波王龙科技股份有限公司建立的一个以一水硫酸氢钠催化法生产乙酰水杨酸的分厂，有效利用了厂区本地充足的乙酸酐基础有机化工原料。本项目采用水杨酸、乙酸酐为原料，一水硫酸氢钠作为催化剂，在反应釜中进行合成反应，反应后，得到高附加值的乙酰水杨酸，再利用水作为原料将多余的乙酸酐分解为乙酸，然后使用离心机将固体产物乙酰水杨酸与主要液体产物乙酸、水等分离，紧接着将乙酸送至乙酸精制塔，得到98%的乙酸产物，将粗分离的固体产物输送至乙酰水杨酸再提纯工段，加入软水及乙醇将乙酰水杨酸固体溶解后输送至重结晶反应釜，再将固液混合物输送至离心机得到95%的乙酰水杨酸固体，之后将95%的产品固体送至干燥器通入过热氮气，将乙酰水杨酸产品提纯至99.95%，最后将滤液输送至乙醇精制塔，将其提纯至93%，循环使用。项目首先确定乙酰水杨酸的生产方法及技术路线，然后进行乙酰水杨酸粗提纯工段、乙酰水杨酸精提纯工段，最后对全流程进行aspen模拟，各项操作参数优化，设备计算与选型等。1.2生产方法选择1.1.1PO现有生产方法目前，乙酰水杨酸的合成再世界生产中主要采用水杨酸、乙酸酐为原料，根据催化剂的不同，以不同的比例投放生产，主要的催化方法有有8种：浓硫酸催化法、维生素C催化法、一水硫酸氢钠催化法、碳酸钠催化微波合成法、对甲苯磺酸催化法、酸性膨润土催化法、固体超强酸催化法和超声辅助醋酸钠法。[4]随着环境污染的日益严重，国家对环保的管控越来越严格，一系列的环保要求相继出台，新的生产厂商迫切需要一种三废少，污染低的生产方法。具体生产工艺流程方框图如图2-1所示。图2-1乙酰水杨酸生产工艺流程方框图1.浓硫酸催化法浓硫酸催化法为最先使用到乙酰水杨酸合成中的催化方法，其诞生于1976年，在反应器中加入原料及浓硫酸催化剂，加热使反应开始进行，搅拌使其散热均匀，待反应结束后加入冷凝水，在搅拌时将溶液冷却至室温，将合成产物析出，抽滤重结晶，该催化剂能使乙酰水杨酸的合成率达到60%。该催化剂的主要优点是其价格较为低廉，但使用浓硫酸作为催化剂将会产生大量的工业废水，并且浓硫酸会对反应设备造成强烈的腐蚀作用，对反应设备以及周围环境造成极大的危害，无形之中又会加大资金的投入。1.维生素C催化法采用维生素C作为催化剂时，原料投放的最佳比例为：4.0g水杨酸、8.5ml乙酸酐、维生素C0.1-0.2g；其反应温度要求在60-80摄氏度，反应时间为10-25min，并且其收率高达80.5%。其分离过程与浓硫酸催化法相同。该催化剂的优点为其价格低廉，来源丰富，环境友好，并且其应用前景乐观。但是维生素C催化剂不能够再生循环使用，而且其生产工艺尚不成熟，并未运用到大规模的乙酰水杨酸生产中。3.一水硫酸氢钠催化法一水硫酸氢钠法催化合成乙酰水杨酸的方法诞生于2003年，其与传统的浓硫酸催化法对比，两种生产方法的操作工艺均很安全，产品为白色结晶，生产效果相当，一水硫酸氢钠的催化温度为70-85℃，其产率于浓硫酸催化法相比也较高，反应时间较短，为20min。[15]该催化剂的优点在于其易于分离回收，可以循环重复多次使用，减少了由催化剂产生的废物污染，并且其价格较低，易于接受，对设备及环境的影响也较低，不会造成大量的污染和危害，最为关键的是该催化方法经过长期的发展后，其工艺技术成熟，能够运用到生产实践之中。4.碳酸钠催化微波合成法本方法使用硫酸镍为催化剂，其水杨酸、乙酸酐、硫酸镍配比为1：2：0.1，微波辐射时间为50s，辐射功率为480w，其转化率高达87.7%，较传统的合成方法相比，其大大节省了反应所需的大量时间，而且产品转化率得到了大幅度的提升，并且满足了绿色化学可持续发展的需求但是该反应使用微波辐射加快反应速率、增加转化率，其设备要求与传统方法相比要求较为苛刻。5.对甲苯磺酸催化法该催化剂的最佳条件为：水杨酸与酸酐物质的量比1：2，反应时间为20min，产率为84%，但其产生的三废较多。6.酸性膨润土催化法使用该催化剂的反应温度与传统方法相比，其反应温度较高达到80-90℃，浪费的原料较多，其水杨酸与酸酐投放比例为1：3.6，催化剂用量为5%，反应条件温和，收率较高，可达90%。7.草酸催化法使用草酸作为催化剂合成乙酰水杨酸的方法较传统工艺相比较，其反应时间较长，徐连续搅拌反应50min，并且其物料比为1：3（水杨酸：乙酸酐），最佳反应温度为80℃。8.固体超强酸催化法该方法使用固体超强酸SO42-/TiO2作为催化剂其最佳反应条件为：反应温度76-80℃，反应时间30min，水杨酸与乙酸酐物质的量比1：2；收率79%，但应为其独有的强酸性会对设备等造成一定的压力。固体超强酸SO42-/TiO2具有较高的催化活性，可多次循环使用，不造成三废污染，是一种环境友好型催化剂。1.1.2八种生产工艺方法对比据相关资料可知，现有的多种催化合成乙酰水杨酸方法各有优缺点，现对以上所列的八种催化合成方法进行对比。其中一水硫酸氢钠催化合成法与固体超强酸催化合成法两种催化剂的催化性能相似，均属于可再生性催化剂，但是固体超强酸SO42-/TiO2的制作及反应要求较为苛刻，因此两种方法对比之后，我们选择一水硫酸氢钠催化合成法。而传统的浓硫酸催化合成法有着较多的弊端，如：对设备的腐蚀性较大、对环境的危害较高、产品收率较低等，其工艺成熟的优点并不能使其进入该项目的考虑范围内。而对甲苯磺酸催化法、酸性膨润土催化法、草酸催化法将会造成原料的大量浪费，并且没有太多突出的优点，因此本项目不考虑使用这三类合成方法。综上所述，现将：维生素C催化法、一水硫酸氢钠催化法、碳酸钠催化微波合成法这三类方法进行对比，根据相关文献，将这三种工艺的各项参数进行对比，如表2-1所示。表2-1三种工艺的技术指标对比[1,21]项目维生素C催化法一水硫酸氢钠催化法碳酸钠催化微波合成法酸、酐投放比例4g、8.5ml1：1.35不严格较少成熟能20min70-80℃80较少1：2要求不严格严格设备投入较少较大工艺路线较成熟较成熟能否回收使用不能不能反应时间30min1min反应温度80-85℃—收率/%80.587.7电耗/（KW/h）.较少较大由表2-1可见，一水硫酸氢钠催化合成法最佳，因为：一是其造成的原料损失较少，并且对反应的要求并不高，有大量操作空间；二是其反应温度较低，设备投入较少；最重要的是其合成工艺已经成熟1.1.3生产方法的确定在选择生产工艺路线时，首先要考虑原料的廉价、原料的毒性等，其次是考虑生产过程中是否可靠安全，中间是否产生对环境有污染的物料等因素。通过以上对比，一水硫酸氢钠催化合成法的生产过程中不产生固体废物，并且在生产过程中将主要的废水乙酸酐以及重结晶所使用的软化水、乙醇溶剂进行转化、分离提纯，将分离提纯后的乙酸作为副产物出售，乙醇作为溶剂循环使用，大大降低了废水的排放量，最后使用氮气进行干燥后将会产生少量的废气。生产过程中基本无污染属于环境友好的清洁生产系统，能够有效提高绿色水平，符合我国可持续发展要求。此外，该工艺能够产生很大的经济效益和社会效益，很有发展前景。[16.17]1.3本项目的环氧丙烷生产原理1)反应原理该生产方法只，主要反应设备内只涉及一个化学反应，即水杨酸与乙酸酐混合生成乙酰水杨酸的反应，由于反应温度控制在80℃以内，并没有达到副反应的温度要求，故该反应不会产生副反应，而辅助反应器内发生的反应为乙酸酐水解生成乙酸。乙酰水杨酸合成反应器、辅助反应器内发生的主反应如下：主反应：(CH1.4生产工艺流程设计本设计的生产工艺流程共分为3个工段：乙酰水杨酸合成工段，乙酰水杨酸精制工段，乙酰水杨酸再精制工段，本设计所采用的一水硫酸氢钠催化合成法制乙酰水杨酸改进后的生产工艺流程方框图如图2-2所示。图2-5改进后的生产工艺流程方框图下面对各个工段的流程作简要阐述：乙酰水杨酸合成工段：将乙酸酐经过加压后与水杨酸按照1：1.35的比例混合、加热至65-70℃之间，送入装有一水硫酸氢钠催化剂的搅拌反应釜中，进行一水硫酸氢钠催化反应生成乙酰水杨酸，原料在反应器内停留时间为20-35分钟，将反应得到的酸酐，水杨酸，乙酰水杨酸混合液急剧降温，将溶液中的乙酰水杨酸析出，再打入乙酸反应釜中，加入软水，将反应剩余的酸酐，转化为乙酸，最后将乙酸、水杨酸、水、乙酰水杨酸固液混合物一起输送至乙酰水杨酸精制工段乙酰水杨酸精制工段：自乙酸反应釜中输送出来的固液混合物进入离心机中进行固液分离操作，将乙酰水杨酸滤渣送入乙酰水杨酸再精制工段，将含有大量乙酸的滤液经乙酸精制塔进料泵加压后打入乙酸精致塔中进行分离。从塔顶出来的组分主要为水，以及少量的水杨酸、乙酸，当作废水处理后排放；塔釜馏出98%的乙酸，送进乙酸储罐之中作为本厂的副产物出售。乙酰水杨酸再精制工段：将上一工段得到的乙酰水杨酸滤渣与软水、乙醇混合后打入溶解器中，将乙酰水杨酸溶解，接着进入重结晶搅拌釜中