化学工艺学-有机化工的主要产品讲义课件(ppt 96页).ppt

1、1,第6章 有机化工的主要产品,2,第6章 有机化工的主要产品,6.1 概 述 6.1.1 有机化学工业在国民经济中的作用 有机化工是利用自然界中的煤、石油、天然气等原料，通过各种化学加工方法制成各种有机产品的工业（乙烯、丙烯、丁二烯、聚乙烯、苯、甲苯、苯乙烯、醇、酸、环氧化合物等）。这些化工产品的用途可分为三类： 生产合成橡胶、合成纤维、塑料和其它高分子化工产品的原料（聚合反应的单体）。 其它有机化工的原料（如精细化工）。 作为其它工业发展的物质基础，如溶剂、冷冻剂、防冻剂、载热体、气体吸收剂等。,3,第6章 有机化工的主要产品,6.1.2 有机化学工业的原料 天然气：主要成分甲烷（少量乙烷

2、、丙烷、丁烷，戊烷、CO、氮气、氢气、硫化物等）。 石油：主要成分烷烃、环烷烃、芳香烃及少量的含氮、氧、硫化合物。石油是有机化工的基础。 煤：通过液化、干馏可制得大量芳香类有机物，可以制得乙炔。 农副产品： 通过纤维的水解可得到糠醛、木糖醇等； 通过淀粉发酵可得到甲醇、乙醇、丙酮等； 木材的化学加工可得到甲醇、甲酸、醋酸等。,4,第6章 有机化工的主要产品,6.1.3 有机化学工业的主要产品 （1）乙烯系列产品 主要用于生产高压聚乙烯、低压聚乙烯、环氧乙烷、乙醛、二氯乙烷等。,5,乙烯系列主要产品,6,第6章 有机化工的主要产品,6.1.3 有机化学工业的主要产品 （2）丙烯系列产品 主要用于

3、生产聚丙烯、丙烯腈等。,7,丙烯系列主要产品,8,第6章 有机化工的主要产品,6.1.3 有机化学工业的主要产品 （3）碳四系列产品 主要用于生产丁二烯、异丁烯和丁烯。,9,碳 四 系 列 主 要 产 品,10,第6章 有机化工的主要产品,6.1.3 有机化学工业的主要产品 （4）芳烃系列产品 主要用于生产苯乙烯、对苯二甲酸、苯酚,11,芳烃系列主要产品,12,第6章 有机化工的主要产品,6.1.3 有机化学工业的主要产品 （5）乙炔系列产品 主要用来合成乙醛、氯乙烯、醋酸乙烯、丙烯腈等（20世纪60年代后转向以乙烯为主要原料）。,13,第6章 有机化工的主要产品,乙炔系列主要产品,14,第6

4、章 有机化工的主要产品,6.2 乙烯系列主要产品 6.2.1 聚乙烯（PE） 性质：无臭、无毒、耐低温，化学稳定性好，耐酸碱侵蚀，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性能优良。但对于环境应力很敏感（特别是机械力），耐热老化性差。 用途：主要用于制造薄膜、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等（热塑性成型）。 分类：高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线型低密度聚乙烯（按密度分）,15,第6章 有机化工的主要产品,6.2.1 聚乙烯（PE） 低密度聚乙烯(LDPE) 分子量：均分子量约为2.51045104， 密度：0.9100.930 g/cm3 。 熔融指数(MI)：在标准的塑性计中加热到一定温度(

5、一般为190)，使聚乙烯树脂熔融后，承受一定的负荷(一般为2160g)在10min内经过规定的孔径(2.09mm)挤压出来的树脂重量克数。 采用熔融指数(MI)来相对地表示相应的分子量，熔融指数越小，其分子量越高。 高压低密度聚乙烯的生产流程：,16,第6章 有机化工的主要产品,低密度聚乙烯的生产工艺流程框图,17,第6章 有机化工的主要产品,一次 压塑机,分子量 调节剂泵,二次 压塑机,釜式聚合反应器,管式反 应器,高 压 分 离 器,压塑机,干燥器,密炼机,混 合 机,混合物 造粒机,挤出 切粒机,低 压 分 离 器,减 压 阀,废热锅炉,催化 剂泵,乙烯高压聚合生产流程图,18,第6章

6、有机化工的主要产品,低密度聚乙烯 (2)原料 乙烯： 纯度要求应超过99.95%，杂质主要是惰性气体 分子量调节剂： 用以控制产品聚乙烯的熔融指数， 丙烯、丙烷、乙烷等，用量一般是乙烯体积的l.0%6.5% 。,19,第6章 有机化工的主要产品,低密度聚乙烯 添加剂： 防止聚乙烯在成型过程中受热时被氧化，防止使用过程（受热或紫外线照射）中老化，添加防老剂(抗氧剂) ，如4-甲基-2,6-二叔丁基苯酚、防紫外线剂等。 防止成型过程中粘接模具而需要加入润滑剂，如油酸酰胺或硬脂酸铵、油酸铵等。 为了使吹塑制成的聚乙烯塑料袋易于开口而需要添加开口剂，如高分散性的硅胶(SiO2)、铝胶(Al2O3)。

7、为了防止表面积累静电，有时需要添加防静电剂。,20,第6章 有机化工的主要产品,低密度聚乙烯 (3)催化剂（自由基引发剂） 氧气（管式反应器） 过氧化物（釜式反应器）：过氧化二叔丁基，过氧化十二烷酰，过氧化苯甲酸叔丁酯等。 (4)聚合过程 聚合反应工艺条件： 温度：130350（温度过高会发生爆炸性分解，要防止聚合反应釜内产生局部过热） 压力：122303MPa 反应停留时间：15s2min,21,第6章 有机化工的主要产品,6.2.2 氯乙烯 性质： 无色液体，具有微弱芳香气味，在空气中燃烧，可溶于水及多数有机溶剂中。长期接触高浓度的氯乙烯，可引起肝脾肿大、肝血管肉瘤。能聚合，与别的不饱和化

8、合物共聚。 用途： 聚氯乙烯：占塑料产量的第二位，仅次于聚乙烯。 硬聚氯乙烯：耐酸设备、管道、日用品。 软聚氯乙烯：电线、电缆的绝缘包皮。 聚氯乙烯薄膜：防雨包装材料及农业上的保护苗床。 聚氯乙烯纤维：滤布、工作服材料（耐酸、耐碱）,22,第6章 有机化工的主要产品,6.2.2 氯乙烯 生产方法：有电石路线、石油路线。 1、反应原理 C2H2 + HCl CH2=CHCl ， H= -124.7KJ/mol 常温、常压下K=3.81010，转化率约为100%。 在低温、高压下可得到更高的转化率。,23,第6章 有机化工的主要产品,6.2.2 氯乙烯 反应机理： 使用HgCl2-活性炭为催化剂，

9、在403453K，HCl吸附于催化剂表面的活性中心上，然后吸附态的HCl再与气相主体中扩散到相界面上的乙炔气发生表面反应而生成吸附态的氯乙烯，最后氯乙烯从催化剂表面解吸出来。,24,第6章 有机化工的主要产品,6.2.2 氯乙烯 副反应： （1）当C2H2/HCl很小时：（即HCl过量） CH2=CHCl + HCl CH3-CHCl2 (1,2二氯乙烷) （2）当C2H2/HCl很大时：（即C2H2过量） C2H2 + HgCl2 Cl-CH=CH-HgCl Cl-CH=CH-HgCl+HgCl2 Cl-Hg-C(Cl)H-C(Cl)H-HgCl ClCH=CHCl +Hg2Cl2 这时会使

10、HgCl2被还原成Hg2Cl2，甚至是Hg，使催化剂失去活性，并副产二氯乙烯。,25,第6章 有机化工的主要产品,6.2.2 氯乙烯 2、工艺影响因素 （1）催化剂： HgCl2-活性炭，HgCl2占8155（约为10%），含量太高时，反应太快，温度高，HgCl2升华。 （2）原料气的纯度： 惰性气体：含量越低越好（为体积减小的反应） 水量：含量越低越好（0.03%），水分会生成酸雾，腐蚀管道，造成催化剂粘结。,26,第6章 有机化工的主要产品,6.2.2 氯乙烯 氯气：由合成HCl时带入，会与乙炔反应，生成氯乙炔，其易燃烧、爆炸。要求0.002%。 毒物对催化剂的影响：乙炔气净化后，如果仍含

11、有少量的S、P、As的化合物，易使催化剂中毒： HgCl2 + H2S HgS + 2HCl 3HgCl2 +PH3 (HgCl)3P +3HCl,27,第6章 有机化工的主要产品,6.2.2 氯乙烯 （3）摩尔比： 采用HCl过量，即C2H2/HCl = 1:2.052.10（过量510%。 如果C2H2过量，则会造成3个方面的不利： 乙炔价贵；导致催化剂失去活性；增加氯乙烯分离的负担。,28,第6章 有机化工的主要产品,6.2.2 氯乙烯 （4）温度： 以催化剂的活性温度为主，高温时，主催化剂升华，所以选取反应温度为403453K，在催化剂使用的初期采用403423K，在催化剂使用的中后期

12、采用423453K。 （5）压力： 高压下的平衡转化率高，但乙炔易爆炸，所以采用接近常压操作，2.22.5105Pa，转化率达99%。,29,第6章 有机化工的主要产品,6.2.2 氯乙烯 3、工艺流程 （1）反应器 为放热的气-固相反应，所以采用列管式固定床反应器，列管内填冲瓷环，下盖内衬瓷砖，防止盐酸腐蚀。,30,锥型底盘,瓷砖,隔板,外壳,列管,冷却水 进口,大盖,热电 偶孔,手孔,气体 进口,气体分配板,热电 偶孔,支撑管,冷却水 进口,填料,手孔,下花板,合成气出口,防腐衬里,31,第6章 有机化工的主要产品,6.2.2 氯乙烯 （2）工艺流程 混合脱水转化系统工艺流程流程框图与流程

13、图：,合成气,32,反 应 器,反 应 器,缓 冲 罐,缓 冲 罐,脱 汞 器,酸 雾 过 滤 器,酸 雾 过 滤 器,酸 雾 过 滤 器,混 合器,阻 火 器,液 封,压 缩 机,旋 风 分 离 器,冷凝器,采用混合脱水的转化系统工艺流程图,33,第6章 有机化工的主要产品,6.2.2 氯乙烯 氯乙烯的净化与精制工艺流程流程框图：,34,水 洗 塔,碱 洗 塔,压 缩 机,碱槽,碱 泵,水 分 离 器,低 沸 塔,高 沸 塔,成品贮槽,成品冷凝器,冷却器,全凝器,冷凝器,回流 冷凝器,缓 冲罐,氯乙烯净化与精制工艺流程图,35,第6章 有机化工的主要产品,6.2.2 氯乙烯 石油路线制备氯乙

14、烯：（乙烯氧氯化法） 三步法流程原理： 直接氯化部分： C2H4 + HCl C2H4Cl2 （1，2二氯乙烷） 热裂解部分： C2H4Cl2 C2H3Cl + HCl 氧氯化部分： C2H4 + 2HCl + O2 C2H4Cl2 +H2O,36,第6章 有机化工的主要产品,6.2.3 乙醛 性质： 无色透明液体，有特殊刺激性气味。可溶于水，易燃，与空气可形成爆炸混合物，爆炸极限为4%57%。 用途： 乙醛的化学性质很活泼，其氧化可制备醋酸、醋酸酐；乙醛与氢氰酸反应可生产氰醇，进而可生产乳酸、丙烯腈、丙烯酸酯；与醇缩合制备丁二醇、丁烯醛、正丁醇等。,37,第6章 有机化工的主要产品,6.2.

15、3 乙醛 生产方法： （1）乙炔水合法（包括液相水合和气相水合法）： C2H2 + 2H2O 2CH3CHO 液相水合法：催化剂为汞盐（有污染，现已淘汰） 气相水合法：催化剂为磷酸镉钙,38,第6章 有机化工的主要产品,6.2.3 乙醛 （2）由乙醇制乙醛（包括吸热脱氢和放热脱氢） CH3CH2OH CH3CHO + H2 吸热脱氢：催化剂为金属铜，操作温度260290，无深度氧化，副产高纯度氢气。 放热脱氢：催化剂为金属银，操作温度为550，在空气或氧气存在下进行脱氢，再将氢氧化成水，放出的热为脱氢反应提供热量。过程中易产生深度氧化。 工业上一般采取吸热脱氢和放热脱氢组合工艺，以解决热平衡问

16、题。,39,第6章 有机化工的主要产品,6.2.3 乙醛 （3）C3/C4烷烃氧化制乙醛 丙烷/丁烷混合物气相氧化法，操作条件：425 426，1.0Mpa。 （4）乙烯直接氧化法 该法为目前乙醛生产的主要方法。原料便宜，乙醛收率高，副反应少。包括一步法工艺和二步法工艺。,40,第6章 有机化工的主要产品,6.2.3 乙醛 1、乙烯液相直接氧化法生产乙醛的原理 H2C=CH2 + O2 CH3CHO 在催化剂氯化钯、氯化铜的盐酸水溶液中发生的气相反应，其机理为： H2C=CH2 + PdCl2 + H2O CH3CHO + Pd + 2HCl （快速） Pd + 2CuCl2 PdCl2 +

17、2CuCl （慢速，为催化剂再生） 2CuCl + O2 + 2HCl 2CuCl2 +H2O,41,第6章 有机化工的主要产品,6.2.3 乙醛 2、乙烯液相直接氧化法生产乙醛的工艺过程 （1）一步法工艺 一步法：上述三个反应在同一反应器中进行，用氧气作氧化剂，又称氧气法。反应部分的工艺流程： （其中反应器为具有循环管的鼓泡床塔式反应器）,42,第6章 有机化工的主要产品,反 应 器,冷 凝 器,洗 涤 塔,脱 低 沸 物 塔,精 馏 塔,冷凝器,除沫分离器,粗乙醛 贮槽,催化剂 再生器,泵,泵,一步法反应部分工艺流程图,43,第6章 有机化工的主要产品,6.2.3 乙醛 工艺流程框图：,4

18、4,第6章 有机化工的主要产品,6.2.3 乙醛 影响因素： 原料纯度： 炔类、硫化氢、CO等杂质都能使金属钯析出，故对原料气要求：乙炔99.5%，氧气99.5% 转化率及进反应器的混合气组成： 对循环气的要求：氧气8%左右，乙烯65%左右，才不会形成爆炸混合物。进气混合物的组成为乙烯65%、氧气17%、惰性气体18%，循环气的组成中氧气8%，经计算乙烯的转化率为35%左右。,45,第6章 有机化工的主要产品,6.2.3 乙醛 反应压力： 加压对气液相反应有利，但压力不宜过高，否则动力消耗高、对设备的腐蚀加重，P=0.3Mpa， 反应温度： 反应温度为该压力下的液相的沸点（因为在沸腾下反应可有

19、效地带走大量反应热），T=120130。,46,第6章 有机化工的主要产品,6.2.3 乙醛 （2）二步法工艺 二步法：乙烯羰基化和Pd的氧化反应在同一台反应器中进行，Cu的氧化在另一台反应器中进行，用空气做氧化剂，又称为空气法。 反应条件：在1.02.0MPa、105110条件下操作，乙烯转化率达99%，且原料乙烯纯度达60%以上即可用空气代替氧气。 反应部分工艺流程：,47,反应器,氧化器,闪 蒸 塔,粗 馏 塔,废 空 气 洗 涤 塔,脱 轻 馏 分 塔,精 馏 塔,泵,泵,贮水槽,换热器,换热器,换热器,泵,泵,废氧洗涤塔,换热器,再生器,废空气分离器,换热器,贮槽,二步法反应部分工艺

20、流程图,48,第6章 有机化工的主要产品,6.2.4 醋酸 1、醋酸的性质及用途 物理性质：醋酸是无色透明液体，沸点118，冰点16.58，又称冰醋酸。 化学性质： 醋酸也可与乙醇、乙醚、甘油、苯等有机溶剂以任意比例互溶。纯或浓醋酸具有腐蚀性，其蒸气易燃，醋酸蒸气与空气混合可形成爆炸混合物。醋酸具有特殊刺激性气味，其蒸气对眼睛、呼吸道粘膜等有强烈刺激。 用途：醋酸主要用于合成醋酸乙烯酯、生产醋酸纤维、醋酸酯、金属醋酸盐以及氯代醋酸等，在制药、染料、农药、食品和化妆品等方面有着广泛的用途，是重要的基本有机化工原料。,49,第6章 有机化工的主要产品,6.2.4 醋酸 2、乙醛氧化生产醋酸 （1）

21、反应原理 主反应: 3CH3CHO + O2 CH3COOH 为自由基连锁反应，易引起爆炸。 催化剂有钴盐、锰盐、铁盐等，常以醋酸锰为催化剂。,50,第6章 有机化工的主要产品,6.2.4 醋酸 主要副反应: 2CH3COOH CH3COCH3 + CO2 + H2O CH3COOH CH3OH + CO2 CH3COOH + CH3OH CH3COOCH3 + H2O CH3OH + O2 HCHO + H2O HCHO + O2 HCOOH 3CH3CHO + O2 CH3CH(OCOCH3)2 + H2O 2CH3CHO + 5O2 4CO2 + 4H2O,51,第6章 有机化工的主要产

22、品,6.2.4 醋酸 （2）工艺条件 气相法：反应热移出困难，容易引起局部过热，易形成爆炸混合物。 液相法：工业上多采用，将氧气通入乙醛和催化剂的溶液中，乙醛吸收氧生成过氧醋酸，然后在催化剂作用下迅速分解转化为醋酸。,52,第6章 有机化工的主要产品,6.2.4 醋酸 工艺条件： 通氧的速率 液柱高度 液柱高度一般为4m左右； 催化剂用量 制备醋酸锰的醋酸溶液，一般用量为0.080.1。 反应温度 温度一般控制在6580。 反应压力 反应压力（表压）一般控制在0.10.2MPa。 原料配比 以乙醛为过量反应物，乙醛/氧气(wt.) = 3.54:1 。 原料组成 水与催化剂生成过氧化锰水合物使

23、其失活。H2O3。 氧化反应液 气相中乙醛浓度低，爆炸的危险和乙醛损失小，因此要严格控制醋酸含量。生产中醋酸一般控制在8295。,53,第6章 有机化工的主要产品,6.2.4 醋酸 （3）鼓泡塔反应器 乙醛氧化是气液非均相的放热反应，生产过程要求反应器：气液相均匀接触；有效移出反应热；安全生产防爆。 氧化反应设备为鼓泡反应塔，又称氧化塔，有内冷却型和外循环冷却型。,54,内冷却型,外循环冷却型,55,第 一 氧 化 塔,第 二 氧 化 塔,催 化 剂 回 收 塔,高 沸 物 塔,低 沸 物 塔,脱 水 塔,乙 醛 回 收 塔,甲 酸 回 收 塔,高 沸 物 残 渣 塔,乙醛氧化生产醋酸工艺流程

24、图,氧气 缓冲罐,醋酸 蒸发器,56,第6章 有机化工的主要产品,6.2.4 醋酸 3、甲醇低压羰基化生产醋酸 （1）反应原理 主反应： CH3OH + CO CH3COOH + Q 副反应： CO + H2O HCOOH 2CH3OH CH3OCH3 + H2O CH3COOH + CH3OH CH3COOCH3 + H2O CO + H2O CO2 + H2 CO + 3H2 CH4 + H2O CH3OH CO + 2H2 CH3COOH 2CO + 2H2,57,第6章 有机化工的主要产品,6.2.4 醋酸 （2）工艺条件 反应温度：主反应是放热反应，温度过高，会降低主反应的选择性，最

25、佳温度为175，一般控制在130180。 反应压力：主反应是分子数减小的反应。实际生产中，压力控制在3MPa。 反应液组成：醋酸/甲醇(wt.) = 1.44:1 。当比值小于1时，醋酸收率会降低。,58,第6章 有机化工的主要产品,6.2.4 醋酸 （3）搅拌釜反应器 甲醇羰基化合成醋酸是气液相催化反应过程，主反应是放热反应。因而要求反应器：气液相均匀接触；有效移出反应热。一般可采用搅拌釜或鼓泡塔反应器。,59,反 应 釜,闪 蒸 塔,轻 组 分 塔,脱 水 塔,重 组 分 塔,废 酸 汽 提 塔,解 吸 塔,低 压 吸 收 塔,高压 吸收塔,甲醇低压羰基化生产醋酸工艺流程,预热器,冷凝器,

26、气液 分离器,冷凝器,气液分离器,60,第6章 有机化工的主要产品,6.3 丙烯系列主要产品 6.3.1 聚丙烯（PP）概述 性质： 由丙烯聚合而成的热塑性树脂。半透明无色固体，五毒无臭，熔点167，密度0.9g/cm3。特性为韧性好，密度小，拉伸强度高，热变形温度高，生产成本低。耐老化性能差。 用途： 用于生产薄膜、纺织品（熔融指数可达30150，流动性高，拉伸强度高）、塑料容器、汽车部件、食品包装盒、塑料管道等。,61,第6章 有机化工的主要产品,6.3.2 聚丙烯（PP）的生产方法 淤浆法：在稀释剂（己烷）中聚合的方法（1980年以前）。 液相本体法：在液体丙烯中聚合的方法。（采用第二代

27、催化剂） 液相-气相联合法：我国从1971年引进装置，现在60%以上产量采用此法生产。（采用第二代催化剂） 气相本体法：在气相丙烯中聚合的方法。25%采用此法生产。 聚合反应：（属阴离子型配位聚合反应，具有连锁聚合反应特征）,62,6.3.2 聚丙烯（PP）的生产方法 1、原料 催化剂 聚丙烯的催化剂从1957年开始应用于工业生产以来，已经过3个发展阶段，到现阶段（第三代）催化剂效率已高达1g钛聚合聚丙烯1 000kg以上，而且没有副产物，净化工序可全部省去，目前所有生产高等规度聚丙烯的装置都用非均相第三代Ziegler-Natta催化剂。 钛金属氯化物及铝金属烷基氯化物组成的络合催化剂。,6

28、3,第6章 有机化工的主要产品,6.3.2 聚丙烯（PP）的生产方法 丙烯 由于聚丙烯使用的Ziegler-Natta催化剂对杂质有灵敏性，所以要求单体丙烯纯度高，以保证聚合反应速度和高等规度。 丙烯主要来源于石油裂解装置的裂解气和炼油厂的副产炼厂气，纯度95%左右。裂解气丙烯经进一步精制后纯度达到99.5%，方可作为聚丙烯的原料。 催化剂效率越高，对丙烯纯度的要求越高。应严格控制氢、乙烯和丁烯的含量（因为氢是分子量调节剂，乙烯、丁烯可参与共聚）。 O2、CO2、H2、H2O、乙炔影响催化剂活性，丙二烯、丁二烯以及甲基乙炔影响聚合物的结构。,64,第6章 有机化工的主要产品,6.3.2 聚丙烯

29、（PP）的生产方法 稀释剂 采取淤浆聚合法生产聚丙烯时，需用烃类作为稀释剂，使丙烯与悬浮在稀释剂中的催化剂作用而聚合为聚丙烯，并且可将聚合热传导至夹套的冷却水中。通常聚丙烯不溶于稀释剂中，所以反应物料呈淤浆状。石油精炼制品丁烷至十二烷都可用作稀释剂，而以C6C8饱和烃为主。稀释剂用量一般为生产的聚丙烯量的2倍。 用气相法或本体液相法聚合时，仅用很少量的稀释剂作为催化剂载体。 氢气：高纯度氢用来调节聚丙烯的分子量，即调节产品的熔融指数，用量为丙烯体积分数的0.05%1%。,65,第6章 有机化工的主要产品,6.3.2 聚丙烯（PP）的生产方法 2、工艺条件 反应温度 当t70时，因催化剂活性降低

30、，反应速率下降。所以t70。 反应压力 丙烯分压越大，聚丙烯收率越高。,66,第6章 有机化工的主要产品,6.3.2 聚丙烯（PP）的生产方法 3、工艺过程 液相本体法 采用络合型三氯化钛（TiCl3）为催化剂，二乙基氯化铝（AlEt2Cl）为助催化剂单釜操作工艺。 其主要特点为： 工艺流程简单，采用单釜间歇操作； 原料适应性强，可直接用炼油厂生产的丙烯。 动力消耗和生产成本低，三废少，环境污染小。 缺点为：装置规模小，单线生产能力低，自动化水平低，产品牌号少，应用范围窄。,67,第6章 有机化工的主要产品,聚丙烯（PP）生产的工艺流程框,68,丙烯罐,丙烯冷凝罐,丙烯回收罐,闪蒸 去活釜,真

31、空 缓冲罐,真空泵,分 离 器,丙烯计量罐,活化剂 计量罐,氢气 计量罐,聚合釜,干燥塔,脱 氧 塔,丙烯泵,活化剂罐,热 水 罐,氢气 钢瓶,分离器,热水泵,聚丙烯（PP）生产的工艺流程图,69,第6章 有机化工的主要产品,6.4 芳烃系列主要产品 6.4.1 苯乙烯 1、概述 性质：无色至黄色的油状液体，高折射率和特殊的芳香气味，易燃，难溶于水，可溶于乙醇和乙醚等有机溶剂。沸点146，常温下发生自聚，不能长期存放。 用途：用作合成橡胶和塑料的单体（丁苯橡胶、聚苯乙烯、泡沫聚苯乙烯），与其他单体共聚制造各种工程塑料，与丙烯腈、丁二烯共聚得到ABS树脂；苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS

32、）热塑性塑料，为聚氯乙烯、聚丙烯的改性剂。,70,第6章 有机化工的主要产品,6.4.1 苯乙烯 2、乙苯催化脱氢制苯乙烯的原理 主反应： C6H5-CH2CH3 C6H5-CH=CH2 + H2 +117kJ/mol 副反应： 裂解和析碳反应：C6H5-CH2CH3 8C + 5H2 C6H5-CH2CH3 C6H6 + C2H4 加氢裂解反应：C6H5-CH2CH3 + H2 C6H5-CH3 + CH4 C6H5-CH2CH3 + H2 C6H6 + C2H6 水蒸气转化反应： C6H5-CH2CH3 + 2H2O C6H5-CH3 + CO2 + 3H2 苯乙烯聚合反应生成聚苯乙烯和二

33、苯乙烯衍生物。,71,第6章 有机化工的主要产品,6.4.1 苯乙烯 3、乙苯催化脱氢制苯乙烯的工艺条件 （1）反应温度 脱氢反应是强吸热反应，高温对脱氢反应有利，但苯乙烯进一步脱氢、裂解、结焦和聚合反应也增加，所以易采取较低的反应温度，为了得到最大的苯乙烯产率，必须使用性能优良的催化剂（铁催化剂的适宜反应温度为600660）。 （2）反应压力 脱氢反应是体积增大的反应，降压对其反应有利，当采取600660反应温度时，要达到50%以上的转化率，可在常压下反应（即0.1Mpa）。,72,第6章 有机化工的主要产品,6.4.1 苯乙烯 （3）水蒸气用量 采用水蒸气，是作为稀释剂，以降低物料的分压，

34、还可以对物料进行加热、消除催化剂表面的结焦。乙苯/水蒸气(wt.) = 1:1.22.6。 （4）原料纯度 二乙苯0.04%（质量分数）（二乙苯脱氢生成二乙烯基苯，在分离与精制过程中生成聚合物）； 为了保证催化剂的活性与寿命，必须要求原料： 乙炔1010-6；H2S210-6；HCl210-6；水1010-6,73,第6章 有机化工的主要产品,6.4.1 苯乙烯 （5）催化剂 氧化锌系催化剂、氧化铁系催化剂（常用） 氧化铁系催化剂：Fe2O3-Cr2O3-K2CO3，Fe2O3为主催化剂，Cr2O3为稳定剂（加强热稳定性），K2CO3为助催化剂。活性好，寿命长，在水蒸气存在下可自行再生。在还原

35、气氛中脱氢时，选择性下降（Fe2O3被还原），但在大量水蒸气的存在下，可以阻止Fe2O3被过度还原。,74,第6章 有机化工的主要产品,6.4.1 苯乙烯 4、乙苯催化脱氢制苯乙烯的工艺流程 根据高温供热方式的不同，有两种反应器的工艺流程： （1）外加热列管式反应器的工艺流程 以烟道气为载热体，反应器放在炉内，由高温烟道气将反应所需的热量传给反应系统，这种型式的反应器称为外加热列管式反应器。 （2）绝热式反应器的脱氢流程 热量由过热水蒸气直接带入反应系统，反应器内物料不与外界环境发生热交换，这种供热方式的反应器称为绝热式反应器。,75,反应器,过热器,热交换器,预热器,乙 苯 蒸 出 塔,苯

36、甲 苯 回 收 塔,苯 甲 苯 分 离 塔,苯 乙 烯 精 馏 塔,外加热列管式反应器的工艺流程图,76,6.4.1 苯乙烯,反 应 器,洗 涤 塔,汽 提 塔,过 滤 器,乙苯 加热炉,水蒸气 过热炉,真空器,油水分离器,透平泵,废热 锅炉,乙苯蒸发器,绝热式反应器乙苯脱氢流程,77,透平机（泵）,透平机是将流体工质中蕴有的能量转换成机械功的机器。又称涡轮或涡轮机。 透平的最主要的部件是一个旋转件即转子，或称叶轮，它安装在透平轴上具有沿均匀排列的叶片，流体所具能量在流动中，经过喷管时转换成功能，流过叶轮时流体冲击叶轮，推动叶轮转动，从而驱动透平轴旋转，输出机械功。 透平机的工质可以是气体，如

37、：蒸汽、燃气、空气、其他气体或混合气。也可以是液体，如：水、油、其他液体。以水为工质的叫水轮机，以蒸汽为工质的叫汽轮机，以燃气为工质的叫燃气机。,78,蒸汽透平机,79,第6章 有机化工的主要产品,6.4.2 苯酚与丙酮 1、苯酚及丙酮概述 （1）苯酚的性质和用途 苯酚，无色针状或白色块状晶体，具有特殊气味，苯酚的沸点182，熔点4243，可溶解于乙醇、乙醚、氯仿、甘油、二硫化碳等溶剂，常温下稍溶于水。苯酚有毒，对皮肤和粘膜有强烈的腐蚀作用。 苯酚主要用于制造酚醛树脂、双酚A、己内酰胺、烷基酚和水杨酸等；还用作溶剂、试剂和消毒剂；在合成纤维、合成橡胶、塑料、医药、农药、香料、染料、涂料等方面也

38、有应用。,80,第6章 有机化工的主要产品,6.4.2 苯酚与丙酮 （2）丙酮的性质和用途 丙酮是无色、透明、易燃、易挥发的液体，具有特殊的刺激性气味。沸点56.2，熔点-95.35。可与水、乙醇、二甲基甲酰胺、氯仿、乙醚等多种有机物互溶，其蒸气可与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限2.513。 丙酮是重要的有机溶剂，用于醋酸纤维、乙酰丁酸纤维、丙烯酸树脂和醇酸树脂的溶剂；也是生产制造医药、有机玻璃、环氧树脂、表面活性剂等的原料。,81,第6章 有机化工的主要产品,6.4.2 苯酚与丙酮 2、异丙苯法生产苯酚及丙酮 异丙苯法生产苯酚、丙酮，包括： 苯烷基化生成异丙苯； 异丙苯氧化生成过氧化氢异丙苯； 过氧化氢异丙苯分解生成苯酚联产丙酮。,82,第6章 有机化工的主要产品,6.4.2 苯酚与丙酮 （1）苯烷基化生产异丙苯 工艺原理及工艺条件 在催化剂作用下，苯和丙烯发生烷基化反应生成异丙苯。 C6H6 + CH3-CH=CH2 C6H5-CH(CH3)2 工业上，有三种烷基化方法： 三氯化铝为催化剂的液相烷基化，副产物是二异丙苯及多异丙苯，多异丙基苯脱烷基转化为异丙苯。 磷酸-硅藻土为催化剂的气相烷基化。 硫酸为催化剂的液相烷基化，主要副产物为二烷基苯和多烷基苯。,83,第6章 有机化工的主要产品,6.4.2 苯酚与丙酮 磷酸-硅藻土