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沈陽(yáng)化工學(xué)院畢業(yè)設計(論文)開(kāi)題報告
畢業(yè)設計題 目 ： 年產(chǎn)4200噸環(huán)氧氯丙烷車(chē)間氯丙烯合成工段工藝設計
指導教師 ： yjbys
院 系： 科亞學(xué)院
專(zhuān)業(yè)班級 ： 科化工0401班
學(xué) 號：
姓 名：
日 期： 2008年 3月 7日
1、環(huán)氧氯丙烷的物理、化學(xué)性質(zhì)
環(huán)氧氯丙烷(EC)英文名：3-Chloro-1，2-epoxypropane;Epichlorohydrin。 分子式：C3H5ClO ，分子量：92.52 ， 熔點(diǎn)-25.6℃，沸點(diǎn)117.9℃，相對密度(水=1)：1.18(20℃)，相對密度(空氣=1): 3.29 ，飽和蒸汽壓 (kPa)：1.8(20℃) ，自燃點(diǎn)415 ℃，折射率(nD20)1。438。 微溶于水，可混溶于醇、醚、4氯化碳、苯。無(wú)色油狀液體，有氯仿樣刺激氣味。用于制環(huán)氧樹(shù)脂，也是1種含氧物質(zhì)的穩定劑和化學(xué)中間體 易燃其蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，遇明火、高溫能引起分解爆炸和燃燒。若遇高熱可發(fā)生劇烈分解，引起容器破裂或爆炸事故。
2、環(huán)氧氯丙烷的生產(chǎn)原料及主要產(chǎn)品
環(huán)氧氯丙烷是1種重要的有機化工原料和精細化工產(chǎn)品，用途10分廣泛。以它為原料制得的環(huán)氧樹(shù)脂具有粘結性強，耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕、收縮率低、化學(xué)穩定性好、抗沖擊強度高以及介電性能優(yōu)異等特點(diǎn)，在涂料、膠粘劑、增強材料、澆鑄材料和電子層壓制品等行業(yè)具有廣泛的應用。此外，環(huán)氧氯丙烷還可用于合成甘油、甘油炸藥、玻璃鋼、電絕緣品、表面活性劑、醫藥、農藥、涂料、膠料、離子交換樹(shù)脂、增塑劑、(縮)水甘油衍生物、氯醇橡膠等多種產(chǎn)品，用作纖維素酯、樹(shù)脂、纖維素醚的溶劑，用于生產(chǎn)化學(xué)穩定劑、化工染料和水處理劑等。
1原料：丙烯
丙烯的化學(xué)結構式：CH2=CHCH2OH 。物理性質(zhì):：無(wú)色透明液體，熔點(diǎn)：-129，沸點(diǎn)：97。1，閃點(diǎn)：28，密度(20)：0。854，折光率：1。4135。。
用途:：丙烯醇是醫藥，農藥和香料的中間體。主要的衍生物及其用途為:用于合成環(huán)氧氯丙烷、甘油、1，4-丁2醇以及烯丙基酮，生產(chǎn)增塑劑和工程塑料等重要有機合成原料。此外，其碳酸鹽可以做光學(xué)樹(shù)脂、安全玻璃和顯示屏，其醚可以做聚合物的增黏劑等。
2主要產(chǎn)品：環(huán)氧樹(shù)脂
目前我國的環(huán)氧氯丙烷主要用于生產(chǎn)環(huán)氧樹(shù)脂，其消費比例為環(huán)氧樹(shù)脂占85%，合成甘油占7%，氯醇橡膠占2%，其他如溶劑、穩定劑、表面活性劑、阻燃劑、油田化學(xué)品、水處理劑等占6%
3、環(huán)氧氯丙烷工藝生產(chǎn)方法及選擇
目前，工業(yè)上環(huán)氧氯丙烷的生產(chǎn)方法主要有丙烯高溫氯化法和乙酸丙烯酯法兩種。
丙烯高溫氯化法是工業(yè)上生產(chǎn)環(huán)氧氯丙烷的經(jīng)典方法，由美國Shell公司于1948年首次開(kāi)發(fā)成功并應用于工業(yè)化生產(chǎn)。目前，世界上90%以上的環(huán)氧氯丙烷采用此法進(jìn)行生產(chǎn)。其工藝過(guò)程主要包括丙烯高溫氯化制氯丙烯，氯丙烯與次氯酸化合成2氯丙醇，2氯丙醇皂化合成環(huán)氧氯丙烷3個(gè)反應單元。
4、 工藝流程敘述
(1)丙烯高溫氯化法：
(1)丙烯高溫氯化制氯丙烯
丙烯與氯氣經(jīng)干燥、預熱后以摩爾比4～5:1混合進(jìn)入高溫氯化反應器，短時(shí)間(約3 s)內進(jìn)行反應，生成氯丙烯和氯化氫氣體。精制后得氯丙烯產(chǎn)品，同時(shí)副產(chǎn)D-D混劑(1，2-2氯丙烷和1，3-2氯丙烯)，氯化氫氣體經(jīng)水吸收后得到工業(yè)鹽酸。
CH2=CHCH2 + Cl2 →CH2=CHCH2Cl +HCl
(2)氯丙烯次氯酸化合成2氯丙醇
氯氣在水中生成次氯酸(或采用介質(zhì)叔丁醇和氯氣在NaOH溶液中反應生成叔丁基次氯酸鹽，該鹽水解生成次氯酸，叔丁醇循環(huán)使用)，次氯酸與氯丙烯反應生成2氯丙醇(過(guò)程中2氯丙醇濃度1般控制在4%左右)。
2CH2=CHCH2Cl +2HOCl→ ClCH2CHClCH2OH + ClCH2CHOHCH2Cl
2，3-2氯丙醇，70%) (1，3-2氯丙醇，30%)
(3)2氯丙醇皂化合成環(huán)氧氯丙烷
2氯丙醇水溶液與Ca(OH)2或NaOH反應生成環(huán)氧氯丙烷。
(3)2氯丙醇皂化合成環(huán)氧氯丙烷
2氯丙醇水溶液與Ca(OH)2或NaOH反應生成環(huán)氧氯丙烷。
ClCH2CHClCH2OH + ClCH2CHOHCH2Cl + 1/2 Ca(OH)2→
ClCH2CHClCH2OH + ClCH2CHOHCH2Cl + 1/2 Ca(OH)2→
丙烯高溫氯化法的特點(diǎn)是生產(chǎn)過(guò)程靈活，工藝成熟，操作穩定，除了生產(chǎn)環(huán)氧氯丙烷外，還可生產(chǎn)甘油、氯丙烯等重要的有機合成中間體，副產(chǎn)D-D混劑(1，3-2氯丙烯和1，2-2氯丙烷)也是合成農藥的重要中間體。缺點(diǎn)是原料氯氣引起的設備腐蝕嚴重，對丙烯純度和反應器的材質(zhì)要求高，能耗大，氯耗量高，副產(chǎn)物多，產(chǎn)品收率低。生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的含氯化鈣和有機氯化物污水量大，處理費用高，清焦周期短。
(2)乙酸丙烯酯法
前蘇聯(lián)科學(xué)院與日本昭和電工均開(kāi)發(fā)了利用乙酸丙烯酯為原料生產(chǎn)環(huán)氧氯丙烷的生產(chǎn)工藝。前蘇聯(lián)是采用先氯化后水解工藝，昭和電工則采用先水解后氯化工藝。其工藝過(guò)程主要包括合成乙酸丙烯酯，乙酸丙烯酯水解制烯丙醇，合成2氯丙醇以及2氯丙醇皂化生成環(huán)氧氯丙烷4個(gè)反應單元。
(1)在鈀和助催化劑作用下，丙烯與氧在溫度160～180 ℃、壓力0。5～1。0 MPa，乙酸存在下反應生成乙酸丙烯酯。
CH2=CHCH2+ 1/2O2 + CH3COOH→ CH2=CHCH2OCOCH3 +H2O
(2)在溫度60～80 ℃、壓力0。1～1。0 MPa下，以強酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂為催化劑，乙酸丙烯酯經(jīng)水解反應生成烯丙醇。
CH2=CHCH2OCOCH3 +H2O→ CH2=CHCH2OH +CH3COOH
(3)在溫度0～10 ℃，壓力0。1～0。3 MPa條件下，烯丙醇與氯通過(guò)加成反應生成2氯丙醇。
CH2=CHCH2OH + Cl2→ CH2ClCHClCH2OH
(4)2氯丙醇與氫氧化鈣發(fā)生皂化反應生成環(huán)氧氯丙烷。
CH2ClCHClCH2OH+ 1/2Ca(OH)2→ CH2— CHCH2Cl + 1/2CaCl2 +H2O
與傳統的丙烯高溫氯化法相比較，乙酸丙烯酯法具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)避免了高溫氯化反應，反應條件溫和，易于控制，不結焦、操作穩定，丙烯、氫氧化鈣和氯氣的用量大大減少，反應副產(chǎn)物和含氯化鈣廢水的排放量也大大減少。(2)開(kāi)發(fā)了丙烯醇的氯化加成反應系統，成功地將氧引入環(huán)氧化物中，首次實(shí)現了由氧氧化代替氯氧化的技術(shù)，減少了醚化副反應，提高了系統的收率。(3)工藝過(guò)程無(wú)副產(chǎn)鹽酸產(chǎn)生。(4)可以較容易獲得目前技術(shù)還不能得到的高純度烯丙醇。主要缺點(diǎn)是工藝流程長(cháng)，催化劑壽命短，投資費用相對較高。
丙烯高溫氯化法和乙酸丙烯酯法各有優(yōu)缺點(diǎn)，其主要技術(shù)指標比較見(jiàn)表1。
表1 高溫氯化法與乙酸丙烯酯法的主要技術(shù)指標比較
名稱(chēng)
高溫氯化法
乙酸丙烯酯法
原料消耗(以100%計)/t·t-1
丙烯
0。66
氯氣
2。10
0。89
氫氧化鈣
1。12
0。65
乙酸
0。03
氧氣
0。316
能耗
高
較低
3廢排放量
多
較少
ECH收率，%
70～75
90
開(kāi)工率，%
70
85
產(chǎn)品成本，%
1。14
1
3廢治理占總投資，%
15～20
<10
設備維修占總投資，%
5
1～2
表2 國外環(huán)氧氯丙烷的主要生產(chǎn)廠(chǎng)家情況 (kt/a)
國家或地區
生產(chǎn)廠(chǎng)家
生產(chǎn)能力
工藝路線(xiàn)
美國
DOW化學(xué)公司
227
丙烯高溫氯化法
殼牌公司
88
丙烯高溫氯化法
德國
DOW公司
90
丙烯高溫氯化法
Solvay德國分公司
44
丙烯高溫氯化法
法國
Solvay公司
33
丙烯高溫氯化法
荷蘭
Shell化學(xué)荷蘭分公司
85
丙烯高溫氯化法
日本
大阪曹達公司
40
丙烯高溫氯化法
鹿島化學(xué)公司
47
丙烯高溫氯化法
昭和電工
24
乙酸丙烯酯法
住友化學(xué)
14
丙烯高溫氯化法
德山曹達
12
丙烯高溫氯化法
中國臺灣
長(cháng)春塑料子公司
12
乙酸丙烯酯法
韓國
Hanwha Chemical Co。
25
丙烯高溫氯化法
5、工藝流程圖
6、主要設備說(shuō)明
7、安全環(huán)保措施
(1)燃燒爆炸危險性：
危險特性：其蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，遇明火、高溫能引起分解爆炸和燃燒。若遇高熱可發(fā)生劇烈分解，引起容器破裂或爆炸事故。易燃性(紅色)：3 反應活性(黃色)：2
滅火方法：泡沫、2氧化碳、干粉、砂土。消防器具(包括SCBA)不能提供足夠有效的防護。若不小心接觸，立即撤離現場(chǎng)，隔離器具，對人員徹底清污。高溫下能發(fā)生自反應，阻塞安全閥，導致罐體爆炸。蒸氣能擴散到遠處，遇點(diǎn)火源著(zhù)火，并引起回燃。封閉區域內的蒸氣遇火能爆炸。如果該物質(zhì)或被污染的流體進(jìn)入水路，通知有潛在水體污染的下游用戶(hù)。
(2)包裝與儲運
儲存于陰涼、通風(fēng)倉間內。遠離火種、熱源。倉溫不宜超過(guò) 30℃。防止陽(yáng)光直射。包裝要求密封，不可與空氣接觸。應與氧化劑、酸類(lèi)、堿類(lèi)分開(kāi)存放。儲存間內的照明、通風(fēng)等設施應采用防爆型。罐儲時(shí)要有防火防爆技術(shù)措施。禁止使用易產(chǎn)生火花的機械設備和工具。搬運時(shí)要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。 ERG指南：131 ERG指南分類(lèi)：易燃液體—有毒的
(3)毒性危害
接觸限值：中國MAC：1mg/m3[皮] 前蘇聯(lián)MAC：1mg/m3 美國TLV—TWA：ACGIH 2ppm，7.6mg/m3 美國TLV—STEL：未制訂標準。
蒸氣對呼吸道有強烈刺激性。反復和長(cháng)時(shí)間吸入能引起肺、肝和腎損害。高濃度吸入致中樞神經(jīng)系統抑制可致死。蒸氣對眼有強烈刺激性，液體可致眼灼傷。皮膚直接接觸液體可致灼傷�？诜鸶�、腎損害，可致死。慢性中毒：長(cháng)期少量吸入可出現神經(jīng)衰弱綜合征和周?chē)窠?jīng)病變。 IARC評價(jià)：2A組，可疑人類(lèi)致癌物;動(dòng)物證據充分 NTP：可疑人類(lèi)致癌物 IDLH：75ppm，潛在致癌物嗅閾：0.934ppm OSHA：表Z—1空氣污染物 NIOSH標準文件：NIOSH 76—206 健康危害(藍色)：
(4)防護措施
密閉操作，全面排風(fēng)�？諝庵袧舛瘸瑯藭r(shí)，戴面具式呼吸器。緊急事態(tài)搶救或撤離時(shí)，建議佩戴自給式呼吸器。戴化學(xué)安全防護眼鏡。穿緊袖工作服，長(cháng)筒膠鞋。戴防化學(xué)品手套。工作后，淋浴更衣。保持良好的衛生習慣。防止皮膚和粘膜的損害。
(5)泄漏處置：
疏散泄漏污染區人員至安全區，禁止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入污染區，切斷火源。應急處理人員戴自給式呼吸器，穿防護服。不要直接接觸泄漏物，在確保安全情況下堵漏。噴水霧可減少蒸發(fā)。用砂土或其它不燃性吸附劑混合吸收，然后收集運至廢物處理場(chǎng)所。如大量泄漏，利用圍堤收容，然后收集、轉移、回收或無(wú)害處理后廢棄。
8、當前生產(chǎn)中存在的問(wèn)題及建議
(1) 積極發(fā)展環(huán)氧氯丙烷下游產(chǎn)品，帶動(dòng)環(huán)氧氯丙烷的生產(chǎn)與發(fā)展今后幾年，世界主要國家和地區的環(huán)氧氯丙烷下游各消費領(lǐng)域依然會(huì )發(fā)展較快，各地區的環(huán)氧氯丙烷的生產(chǎn)主要是自用，估計會(huì )有少量出口。今后幾年我國的汽車(chē)工業(yè)，住宅建設，電子工業(yè)等領(lǐng)域將有1個(gè)高速發(fā)展的階段，隨著(zhù)我國西部大開(kāi)發(fā)，將有大規模的基礎設施投入建設，因此，今后幾年，我國的環(huán)氧氯丙烷的下游產(chǎn)品，如:環(huán)氧樹(shù)脂、合成甘油等的市場(chǎng)需求量將會(huì )很大，美國、西歐及日本主要
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