丙酮畢業(yè)設計文獻綜述

1、北京化工大學北方學院畢業(yè)設計（論文）文獻綜述文獻綜述前 言本人畢業(yè)設計的題目為年產5萬噸丙酮生產工藝設計。本文主要介紹了丙酮產品的生產經(jīng)濟效益，產品國內外的發(fā)展狀和生產工藝流程介紹。丙酮是一種用途十分廣泛的重要有機產品，主要用于生產醋酸纖維素膠片薄膜塑料和作為涂料的溶劑,及制備甲基丙烯酸甲酯(MMA)的上游原料和制備環(huán)氧樹脂、聚碳酸酯中間體雙酚A的原料。目前世界上丙酮的生產方法有許多種，但主要方法是異丙苯法，其生產能力約占世界丙酮生產能力的90%以上。本人根據(jù)國內外學者對丙酮以及其生產工藝的研究成果，在本文中對丙酮做一個簡單綜述。其中的一些國內外文獻給了我很多參考價值。本文主要查閱近幾年有關丙

2、酮研究以及生產工藝的一些文獻期刊。一丙酮的理化性質1.丙酮的性質丙酮也稱作二甲基酮 ，是最簡單的酮，在常溫下為無色透明液體，易揮發(fā)、易燃，有芳香氣味。與水、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、氯仿、乙醚及大多數(shù)油類等均能互溶，能溶解油、脂肪、樹脂和橡膠等，也能溶解醋酸纖維素和硝酸纖維素，是一種重要的揮發(fā)性有機溶劑.2. 丙酮的安全及用途： 丙酮對吸入其蒸氣后可引起頭痛，支氣管炎等癥狀。如果大量吸入，還可能失去知覺。人體具有肝毒性，對于黏膜有一定的刺激性，日常生活中主要用于脫脂，脫水，固定等等。在血液和尿液中為重要檢測項目。有些癌癥患者尿樣丙酮水平會異常升高。采用低碳 &#

3、160;    丙酮與氯仿不應混合（特別是在堿性環(huán)境下），兩者會發(fā)生劇烈的放熱反應，若混合可能導致強烈爆炸。最常見的用途是用作卸除指甲油的去光水，以及油漆的稀釋劑；同時可作為有機溶劑，應用于醫(yī)藥、油漆、塑料、火藥、樹脂、橡膠、照相軟片等行業(yè)。 在工業(yè)上應用于制造雙酚A、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙酮氰醇、甲基異丁基酮等產品，以及塑膠、纖維、藥物及其他化學物質。自然界中亦存在天然的丙酮，人體內也含有少量的丙酮。在建材方面，主要作為脂肪族減水劑的主要原料。二丙酮的國內外發(fā)展情況1.國內發(fā)展情況目前大多數(shù)丙酮是制備苯酚的副產品，是異丙苯氧化后的產物之

4、一。從全球丙酮消費市場看，未來幾年，除丙酮氰醇、溶劑等對丙酮的需求量有不同程度的增長外，雙酚A仍是最主要的消費領域(尤其是亞洲地區(qū))，其他消費增長相對較為平穩(wěn)，雙酚A、MMA和溶劑仍將是丙酮的三大消費領域。 近年來，中國丙酮表觀需求量保持著高速增長，平均增長率達到15%以上，2009 年以后，隨著中國乃至全球經(jīng)濟進入危機后的緩慢復蘇階段，終端下游需求不斷回升，加之下游雙酚A行業(yè)進入擴能高峰期，成為丙酮下游行業(yè)需求增長亮點之一。除此之外，減水劑、MIBK、異丙胺等下游行業(yè)的規(guī)?；髽I(yè)發(fā)展速度越來越快，中國丙酮市場需求也呈現(xiàn)快速增長態(tài)勢，2009-2012年平均需求增長率大幅升高至30%左右。隨著

5、中國在建丙酮裝置的陸續(xù)投產，國內自給率將大大提高，市場競爭將更加激烈。由于近幾年丙酮市場需求的最大增長來自雙酚A及其衍生物領域，因此建議中國新增的丙酮生產裝置最好采用異丙苯法生產工藝，以避免單純生產丙酮導致的市場過剩。裝置建設地點應充分考慮原料供應及附近市場需求，最好采用上下游配套方式，以降低生產成本，規(guī)避市場風險。2004，我國丙酮生產能力達到31.3萬噸/每年，產量24.7萬噸。其中采用異丙苯法技術的企業(yè)有4家，合計產能20.8萬噸/每年。產量22.5萬噸，平均開工率超過100%。此外，還有40多家企業(yè)采用糧食發(fā)酵法生產，由于成本高，競爭力差，裝置開工率低。表1為我國主要生產丙酮企業(yè)的生產

6、情況。隨著我國化工工業(yè)的發(fā)展，特別是甲基丙烯酸酯和涂料等行業(yè)的發(fā)展，帶動了丙酮消費量的不斷增長。1995年國內表觀消費量為15.11萬噸，2004達到50.07萬噸，年增長14.2%。由于產量無法滿足市場需求，丙酮進口量也持續(xù)攀升，2004年達到25.43萬噸，2005年17月為16.15萬噸。進口主要來自俄羅斯，中國臺灣，美國和日本。表2為近幾年我國丙酮消費生產情況2.國外發(fā)展情況據(jù)統(tǒng)計，2004年全球丙酮生產能力為5179萬ta，主要集中在美國、西歐和日本。產能分布為：北美1918萬ta，占總產能的370(其中美國1891萬ta，占365)；西歐1595萬ta，占308；亞太地區(qū)1193萬

7、ta，占230(其中日本518萬ta，占100)；東歐264萬ta，占51；南美119萬ta，占23；南非9萬ta，占17。Ineos苯酚公司、Sunoco化學公司、SheU化學公司的生產能力排在前3位，分別占全球總產能的17、11、10。表1為2004年全球主要丙酮生產企業(yè)情況。表3 2004年全球主要丙酮生產企業(yè)情況三產品生產工藝及其技術經(jīng)濟分析丙酮的生產方法主要由異丙醇法、異丙苯法、發(fā)酵法、乙炔水合法和丙烯直接氧化法，目前世界上丙酮的工業(yè)生產以異丙苯法為主（約占93.2%），即用石油工業(yè)產品異丙苯在硫酸的催化下被空氣氧化重排成丙酮，副產物苯酚。該方法產率高，產生的廢品很少，而且同時能得到

8、苯酚這一副產品。1. 異丙醇法（1）實驗裝置本裝置由四部分構成。第一部分是加料及預熱系統(tǒng)。由加料泵汽化預熱器、溫度顯示儀表等組成。 第二部分為反應系統(tǒng)。由管式反應器、加熱爐、溫度控制器和顯示儀表等組成。 第三部分為取樣和分析系統(tǒng)。包括六通閥、產品收集器和在線氣相色譜儀等組成。 第四部分精餾分離系統(tǒng)。由多個側線的精餾塔（填料塔）、塔釜、塔頭及溫度控制、顯示，回流比調節(jié)裝置等組（2）裝備流程圖2. 異丙苯法生產丙酮的工藝流程異丙苯法工藝主要是以新鮮苯和丙烯為原料，在YSBH 分子篩催化劑作用下，通過烴化反應生產異丙苯，再用空氣中的氧氣將異丙苯氧化為過氧化氫異

9、丙苯(CHP)，然后以硫酸作催化劑，將過氧化氫異丙苯分解生產苯酚和丙酮，經(jīng)精制得到酮產品。生產工藝流程圖 反應方程式：烴化反應的影響因素： （1）反應溫度：烴化反應是放熱反應，溫度對反應速度影響明顯，溫度每升高一度反應速度加快一倍，但是副反應速度也加快，所以綜合考慮反應溫度控制在160攝氏度左右。 （2）苯烯比：一般要求苯要過量，否則副產物就會增多，但是當苯的用量過大時就會增加生產成本，一般取苯烯比為4:1。  （3）反應壓力：一般3.0MPa。 （4）原料的純度：純度主要是影響催化劑的使用壽命及使用周期，要盡量提高原料的純度。 該流

10、程中存在的危險因素： （1）苯與丙烯是在高溫高壓的條件下反應的，而且反應物易燃易爆，在此存在高溫高壓聯(lián)鎖保護裝置，當壓力過高時就啟動聯(lián)鎖裝置自動放空防止爆炸；當溫度過高將自動聯(lián)鎖停止加熱并進行冷卻降溫。    （2）因為此反應要求苯必須過量，流量控制器跟相應的聯(lián)鎖裝置相連，當苯的量不足時就會通過聯(lián)鎖中斷乙烯的加入，終止反應。                  

11、0;    （3）對于冷卻器如果停止工作或是檢修之后忘記打開，會引起嚴重的事故。對于氧化反應方程式：1.反應溫度，控制反應溫度是為了控制反應深度，反應太深副產物會相應增加，而在常溫下又不反應，一般控制溫度為3035。 2.反應壓力，一般為0.3MPa。 3.反應濃度，當濃度升高時反應速度加快，但是當反應濃度太高了又會發(fā)生自分解反應生成苯酚和丙酮，所以反應濃度不能太高。 4.反應介質酸度，PH過高會發(fā)生堿式復分解反應，所以PH一般控制為3.54.5。 5.物料純度，主要是要保證氧氣和異丙苯的純度。 2.1.

12、3提濃塔 生成30%的過氧化氫異丙苯濃度比較低不易于反應，所以要用減壓提濃塔提濃到87%，壓力應為40mmHg以下，溫度為90。 分解反應釜 提濃后的CHP以硫酸為催化劑在分解反應釜分解生成苯酚、丙酮。           1.硫酸的用量，分解液中硫酸的濃度應該小于等于503ppm。 2.反應溫度控制在80左右，保證分解液殘留的過氧化氫異丙苯在0.2 %以下。 3.停留時間，取決于反應規(guī)模的大小，時間過長易發(fā)生副反應。

13、0;4.水的含量，水主要用于循環(huán)冷卻和作為濃硫酸的稀釋劑，水的總含量要在0.5 %以下，如果水的含量升高將會抑制分解反應，過氧化氫異丙苯在反應器中積累，過氧化氫異丙苯短時間內反應放出 大量的熱，熱量積累壓力升高很容易引發(fā)爆炸。 5.CHP的分解率在99.00%以上。 2.1.5中和反應 含有殘酸的分解液進入中和槽中，而中和槽連接有PH控制裝置，對其PH進行嚴格控制，并設有聯(lián)鎖保護，水洗分解液是通過激泵在中和槽循環(huán)的，要求泵要有良好的抗腐蝕性能，泵被腐蝕后會發(fā)生泄漏或是噴濺產生對人體的傷害，所以要加強對泵的檢測和維修。 粗丙酮塔

14、0;從中和槽流出的混合液中含有丙酮、苯酚、異丙苯等的水溶液，要經(jīng)粗丙酮塔進行切割分離,富含丙酮的輕組分自塔頂采出,進入丙酮精制塔進行丙酮精制, 而富含苯酚等的重組分自粗丙酮塔塔底采出,經(jīng)粗苯酚塔、脫烴塔和苯酚精制塔得到產品苯酚。塔頂溫度控制在88左右，壓力控制在0.12MPa左右；塔底溫度控制在102左右，壓力控制在0. 20MPa左右。 2.1.7精丙酮塔 從粗丙酮塔塔頂采出的丙酮氣體及蒸汽（計算中可忽略不計），要經(jīng)精丙酮塔減壓精餾進一步精制才能得到符合市場需求的合格產品。其塔頂溫度控制在54左右，壓力控制在0.055 MPa左右；塔底溫度控

15、制在75左右，壓力控制在0. 101MPa左右3.所選用的方法以及該方法的優(yōu)點本人所選用的是異丙苯法制備丙酮。因為他的優(yōu)點是生產的丙酮中不含芳香烴，并且純度高，適用于對于溶劑有嚴格限制要求的制藥工業(yè)。四發(fā)展方向及建議異丙苯是重要的有機化工原料目前世界上90以上的異丙苯用于生產苯酚和丙酮，其他用途是作為油漆、清漆和搪瓷琺瑯的稀釋劑也可用做某些石油溶液的成分以及做高辛烷值航空燃料油組分，還可用于生產苯乙酮、甲基苯乙烯和過氧化物等。1 傳統(tǒng)生產技術 傳統(tǒng)的異丙苯生產主要有固體磷酸法和三氯化鋁法。固體磷酸法(簡稱SPA法)是UOP公司開發(fā)的生產技術，Kellogg工程公司

16、將其生產工藝流程進行了改進和完善。該工藝以硅藻土負載固體磷酸為催化劑，采用固定床反應器苯和丙烯液相反應。工藝條件：反應壓力3.04.1MPa反應溫度180230，苯丙烯摩爾比為57質量空速 12h-1為保持催化活性反應器需要連續(xù)注人少量水，產物含45的多異丙苯。催化劑分層裝填，丙烯分段注人。該工藝流程簡單，腐蝕性小；但催化劑無烷基轉移功能，產品質量較差，苯收率相對較低，為94.796.0。 三氯化鋁法有SD和Monsanto2種工藝ll1SD法是美國科學技術公司開發(fā)成功的異丙苯合成技術，采用三氯化鋁為主催化劑，HC1、氯乙烷等為助催化劑。該催化劑既可催化烷基化反應，又可催化

17、烷基轉移反應。該工藝催化劑活性高，反應條件溫和，苯收率高，約為96；但流程長設備腐蝕性強，物耗、能耗較高，排放污水多。Monsanto法是對SD法的改進，該工藝催化劑采用三氯化鋁絡合物，能溶于苯中形成均相體系，反應在均相進行更有利于異丙苯的生成。與SD法相比，催化劑三氯化鋁消耗量減少約80，副產物f如丁苯等1生成量很少，但工藝流程仍然很長，腐蝕和污染問題依然存在。因SPA法和三氯化鋁法都存在難以徹底解決的設備腐蝕和污染問題，因此 自20世紀60年代開始世界各大公司開始轉向開發(fā)無腐蝕、無污染的新型固體酸催化生產異丙苯的新技術從 1992年Dow化學公司首次采用分子篩催化劑進行

18、烷基轉移化反應以來分子篩催化合成異丙苯工藝取得長足進展。目前，主要有UOP、MobilBadger、DowKellogg、Enichem、CDTech和中國石化北京燕化石油化工股份有限公司（簡稱燕化公司)等6種工藝實現(xiàn)了工業(yè)化。 2 國外沸石分子篩催化技術 2.1  UOP工藝 UOP公司于20世紀80年代開始研究合成異丙苯的新型催化劑，于9o年代初期開發(fā)成功了QMAX工藝技術，采用MgAPSO31沸石催化劑。該催化劑孔體積大小適中，具有特殊的三維孔結構，再生性能良好，使用周期為 18個月，壽命超過5年，可同時用于烷基化和烷

19、基轉移反應。此后，該公司又推出了商品名為QZ2000的催化劑。采用該催化劑允許低苯量循環(huán)操作新建及老裝置改造投資和操作費用均較低。 典型的工藝流程包括烷基化反應器、脫丙烷塔、烷基轉移反應器 、苯塔、異丙苯塔和二異丙苯塔。烷基化采用固定床反應器，催化劑分層裝填，新鮮苯和循環(huán)苯混合加入反應器丙烯分段注入完全轉化。產品質量分數(shù)可達997，收率接近化學計量值997。  丙烯原料純度町以是煉廠丙烯級f摩爾分數(shù)6580)、化學級和聚合級。 2.2  MobilBadger工藝 該工藝1994年由美國Georgial 

20、Gulf公司在得克薩斯州Pasadena的異丙苯裝置首次使用。典型工藝由1臺固定床烷基化反應器、1臺固定床烷基轉移反應器和1套包括脫丙烷塔、苯塔、異丙苯塔和二異丙苯塔的分離系統(tǒng)構成 新鮮苯和循環(huán)苯以及液相丙烯存烷基化反應器中混合反應丙烯完全轉化多異丙苯和苯混合送入烷基轉移反應器反應微量雜質由脫丙烷塔脫除。此工藝采用Mobil公司開發(fā)的MCM22催化劑 。該催化劑具有很高的單烷基化選擇性，丙烯齊聚等副反應很少生產的異丙苯產品純度達9997，收率997，乙苯、正丙苯、丁苯等雜質均比SPA法低得多。催化劑再生周期 2年，總壽命達5年。該工藝對設備無腐蝕，對環(huán)境無污染，操

21、作費用少，適合于傳統(tǒng)工藝的改造和新建裝置。五安全防護1.危險性概述 危險性類別：第3.1類 低閃點液體 侵入途徑：吸入、食入、經(jīng)皮吸收 健康危害：急性中毒 主要表現(xiàn)為對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的麻醉作用，出現(xiàn)乏力、惡心、頭痛、頭暈、易激動。重者發(fā)生嘔吐、氣急、痙攣，甚至昏迷。對眼、鼻、喉有刺激性?？诜?，先有口唇、咽喉有燒灼感，后出現(xiàn)口干、嘔吐、昏迷、酸中毒和酮癥。 慢性影響 長期接觸該品出現(xiàn)眩暈、灼燒感、咽炎、支氣管炎、乏力、易激動等。皮膚長期反復接觸可致皮炎。 環(huán)境危害：無資料。 燃爆危險：極易燃，其蒸氣與空氣混

22、合，能形成爆炸性混合物。 2急救措施 皮膚接觸：脫去污染的衣著，用肥皂水和清水徹底沖洗皮膚。如有不適感，就醫(yī)。 眼睛接觸：提起眼瞼，用流動清水或生理鹽水沖洗。如有不適感，就醫(yī)。 吸  入：迅速脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。呼吸、心跳停止，立即進行心肺復蘇術。就醫(yī)。 食  入：飲水，禁止催吐。如有不適感，就醫(yī)。 3消防措施 危險特性：其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱極易燃燒爆炸。與氧化劑能發(fā)生強烈反應。蒸氣比空氣重，沿地面擴散并易積存于低洼處，遇火

23、源會著火回燃。若遇高熱，容器內壓增大，有開裂和爆炸的危險。 有害燃燒產物：一氧化碳。 滅火方法：用抗溶性泡沫、二氧化碳、干粉、砂土滅火。滅火注意事項及措施：消防人員須佩戴防毒面具、穿全身消防服，在上風向滅火。盡可能將容器從火場移至空曠處。噴水保持火場容器冷卻，直至滅火結束。處在火場中的容器若已變色或從安全泄壓裝置中產生聲音，必須馬上撤離。 2泄漏應急處理  應急行動：消除所有點火源。根據(jù)液體流動和蒸氣擴散的影響區(qū)域劃定警戒區(qū)，無關人員從側風、上風向撤離至安全區(qū)。建議應急處理人員戴正壓自給式呼吸器，穿防靜電服。作業(yè)時使用的所有設備應接地。禁止接觸

24、或跨越泄漏物。盡可能切斷泄漏源。防止泄漏物進入水體、下水道、地下室或密閉性空間。小量泄漏：用砂土或其它不燃材料吸收。使用潔凈的無火花工具收集吸收材料。大量泄漏：構筑圍堤或挖坑收容。用飛塵或石灰粉吸收大量液體。用抗溶性泡沫覆蓋，減少蒸發(fā)。噴水霧能減少蒸發(fā)，但不能降低泄漏物在受限制空間內的易燃性。用防爆泵轉移至槽車或專用收集器內。噴霧狀水驅散蒸氣、稀釋液體泄漏物。 3.操作處置與儲存 操作注意事項：密閉操作，全面通風。操作人員必須經(jīng)過專門培訓，嚴格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴過濾式防毒面具（半面罩），戴安全防護眼鏡，穿防靜電工作服，戴橡膠耐油手套。遠離火種、熱源，工作場所嚴禁

25、吸煙。使用防爆型的通風系統(tǒng)和設備。防止蒸氣泄漏到工作場所空氣中。避免與氧化劑、還原劑、堿類接觸。灌裝時應控制流速，且有接地裝置，防止靜電積聚。搬運時要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。配備相應品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應急處理設備。倒空的容器可能殘留有害物。 儲存注意事項：儲存于陰涼、通風良好的專用庫房內，遠離火種、熱源。庫溫不宜超過29，保持容器密封。應與氧化劑、還原劑、堿類分開存放，切忌混儲。采用防爆型照明、通風設施。禁止使用易產生火花的機械設備和工具。儲區(qū)應備有泄漏應急處理設備和合適的收容材料。 4.接觸控制/個體防護 接觸限值： MAC(mg/m3)

26、: 無資料 PC-TWA（mg/m3）: 300 PC-STEL（mg/m3）: 450 TLV-C(mg/m3):  TLV-TWA(mg/m3): 500ppm TLV-STEL(mg/m3): 750ppm 監(jiān)測方法：溶劑解吸-氣相色譜法；熱解吸-氣相色譜法。 工程控制：生產過程密閉，全面通風。 呼吸系統(tǒng)防護：空氣中濃度超標時，佩戴過濾式防毒面具(半面罩)。 眼睛防護：一般不需要特殊防護，高濃度接觸時可戴安全防護眼鏡。 身體防護：穿防靜電工

27、作服。 手 防 護：戴橡膠耐油手套。 六環(huán)境保護1生態(tài)毒性： 半數(shù)致死濃度LC50：8300-40000 半數(shù)效應濃度EC50：10mg/l/48h(水蚤) 生物降解性： BOD5：122% 土壤半衰期-高（小時）：168 土壤半衰期-低（小時）：24 空氣半衰期-高（小時）：2790 空氣半衰期-低（小時）：279 地表水半衰期-高（小時）：168 地表水半衰期-低（小時）：24地下水半衰期-高（小時）：336 地下水半衰期-低（小時）：48 水相生物降解-好氧-高（小時）：168 水相生物降解-好氧-低（小時