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沈陽化工學院畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告
畢業(yè)設(shè)計題 目 ： 年產(chǎn)4200噸環(huán)氧氯丙烷車間氯丙烯合成工段工藝設(shè)計
指導教師 ： yjbys
院 系： 科亞學院
專業(yè)班級 ： 科化工0401班
學 號：
姓 名：
日 期： 2008年 3月 7日
1、環(huán)氧氯丙烷的物理、化學性質(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-25.6℃，沸點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415 ℃，折射率(nD20)1。438。 微溶于水，可混溶于醇、醚、4氯化碳、苯。無色油狀液體，有氯仿樣刺激氣味。用于制環(huán)氧樹脂，也是1種含氧物質(zhì)的穩(wěn)定劑和化學中間體 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)氧樹脂具有粘結(jié)性強，耐化學介質(zhì)腐蝕、收縮率低、化學穩(wěn)定性好、抗沖擊強度高以及介電性能優(yōu)異等特點，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(yīng)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(yī)藥、農(nóng)藥、涂料、膠料、離子交換樹脂、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、樹脂、纖維素醚的溶劑，用于生產(chǎn)化學穩(wěn)定劑、化工染料和水處理劑等。
1原料：丙烯
丙烯的化學結(jié)構(gòu)式：CH2=CHCH2OH 。物理性質(zhì):：無色透明液體，熔點：-129，沸點：97。1，閃點：28，密度(20)：0。854，折光率：1。4135。。
用途:：丙烯醇是醫(yī)藥，農(nóng)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樹脂、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)氧樹脂
目前我國的環(huán)氧氯丙烷主要用于生產(chǎn)環(huán)氧樹脂，其消費比例為環(huán)氧樹脂占85%，合成甘油占7%，氯醇橡膠占2%，其他如溶劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、阻燃劑、油田化學品、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年首次開發(fā)成功并應(yīng)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行生產(chǎn)。其工藝過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個反應(yīng)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(yù)熱后以摩爾比4～5:1混合進入高溫氯化反應(yīng)器，短時間(約3 s)內(nèi)進行反應(yīng)，生成氯丙烯和氯化氫氣體。精制后得氯丙烯產(chǎn)品，同時副產(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(yīng)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(yīng)生成2氯丙醇(過程中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(yīng)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(yīng)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是生產(chǎn)過程靈活，工藝成熟，操作穩(wěn)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(nóng)藥的重要中間體。缺點是原料氯氣引起的設(shè)備腐蝕嚴重，對丙烯純度和反應(yīng)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)科學院與日本昭和電工均開發(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個反應(yīng)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(yīng)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，以強酸性陽離子交換樹脂為催化劑，乙酸丙烯酯經(jīng)水解反應(yīng)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，烯丙醇與氯通過加成反應(yīng)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(yīng)生成環(huán)氧氯丙烷。
CH2ClCHClCH2OH+ 1/2Ca(OH)2→ CH2— CHCH2Cl + 1/2CaCl2 +H2O
與傳統(tǒng)的丙烯高溫氯化法相比較，乙酸丙烯酯法具有以下優(yōu)點：(1)避免了高溫氯化反應(yīng)，反應(yīng)條件溫和，易于控制，不結(jié)焦、操作穩(wěn)定，丙烯、氫氧化鈣和氯氣的用量大大減少，反應(yīng)副產(chǎn)物和含氯化鈣廢水的排放量也大大減少。(2)開發(fā)了丙烯醇的氯化加成反應(yīng)系統(tǒng)，成功地將氧引入環(huán)氧化物中，首次實現(xiàn)了由氧氧化代替氯氧化的技術(shù)，減少了醚化副反應(yīng)，提高了系統(tǒng)的收率。(3)工藝過程無副產(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。主要缺點是工藝流程長，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，其主要技術(shù)指標比較見表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
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
開工率，%
70
85
產(chǎn)品成本，%
1。14
1
3廢治理占總投資，%
15～20
<10
設(shè)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)廠家情況 (kt/a)
國家或地區(qū)
生產(chǎn)廠家
生產(chǎn)能力
工藝路線
美國
DOW化學公司
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
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(shè)備說明
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(yīng)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(xiàn)場，隔離器具，對人員徹底清污。高溫下能發(fā)生自反應(yīng)，阻塞安全閥，導致罐體爆炸。蒸氣能擴散到遠處，遇點火源著火，并引起回燃。封閉區(qū)域內(nèi)的蒸氣遇火能爆炸。如果該物質(zhì)或被污染的流體進入水路，通知有潛在水體污染的下游用戶。
(2)包裝與儲運
儲存于陰涼、通風倉間內(nèi)。遠離火種、熱源。倉溫不宜超過 30℃。防止陽光直射。包裝要求密封，不可與空氣接觸。應(yīng)與氧化劑、酸類、堿類分開存放。儲存間內(nèi)的照明、通風等設(shè)施應(yīng)采用防爆型。罐儲時要有防火防爆技術(shù)措施。禁止使用易產(chǎn)生火花的機械設(shè)備和工具。搬運時要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。 ERG指南：131 ERG指南分類：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。反復和長時間吸入能引起肺、肝和腎損害。高濃度吸入致中樞神經(jīng)系統(tǒng)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。口服引起肝、腎損害，可致死。慢性中毒：長期少量吸入可出現(xiàn)神經(jīng)衰弱綜合征和周圍神經(jīng)病變。 IARC評價：2A組，可疑人類致癌物;動物證據(jù)充分 NTP：可疑人類致癌物 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。空氣中濃度超標時，戴面具式呼吸器。緊急事態(tài)搶救或撤離時，建議佩戴自給式呼吸器。戴化學安全防護眼鏡。穿緊袖工作服，長筒膠鞋。戴防化學品手套。工作后，淋浴更衣。保持良好的衛(wèi)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(qū)人員至安全區(qū)，禁止無關(guān)人員進入污染區(qū)，切斷火源。應(yīng)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所。如大量泄漏，利用圍堤收容，然后收集、轉(zhuǎn)移、回收或無害處理后廢棄。
8、當前生產(chǎn)中存在的問題及建議
(1) 積極發(fā)展環(huán)氧氯丙烷下游產(chǎn)品，帶動環(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(qū)的環(huán)氧氯丙烷下游各消費領(lǐng)域依然會發(fā)展較快，各地區(qū)的環(huán)氧氯丙烷的生產(chǎn)主要是自用，估計會有少量出口。今后幾年我國的汽車工業(yè)，住宅建設(shè)，電子工業(yè)等領(lǐng)域?qū)⒂?個高速發(fā)展的階段，隨著我國西部大開發(fā)，將有大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施投入建設(shè)，因此，今后幾年，我國的環(huán)氧氯丙烷的下游產(chǎn)品，如:環(huán)氧樹脂、合成甘油等的市場需求量將會很大，美國、西歐及日本主要
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