异戊烯醇生产工艺设计

化学化工学院毕业设计年产1000吨异戊烯醇生产工艺设计 摘要：本课题是年产1000吨异戊烯醇的生产工艺设计。异戊烯醇是合成香料、农药和医药等产品重要中间体的原料，也是能合成橡胶的重要原料。随着人们对异戊烯醇合应用范围在不断的扩大，需求量也大幅度上升。本设计采用异丁烯和多聚甲醛为原料，以磷酸氢二钠为催化剂进行Prins缩合反应，合成3-甲基-3-丁烯-1-醇，然后经异构化反应生成异戊烯醇。整个工艺包括物料衡算、能量衡算、设备设计与选型、经济效益与评估，并给出了工艺流程图，主要设备图和车间布置图。关键词：异戊烯醇；异构化反应；工艺设计The production design of annual yield of 1000 tons prenyl alcoholAbstract: This paper is the design and production process with an annual output of 1000 tons of isopentenol. Isoamyl alcohol is an important intermediate for the synthesis of spices, pesticide and pharmaceutical products such as raw materials, but also can be an important raw material for the synthesis of rubber. Along with the people of isoprene and application scope expands, demand is also rising. This design uses isobutene and formaldehyde as raw material, with dibasic sodium phosphate as Prins condensation catalyst, synthesis of 3- methyl -3- butene -1- alcohol , and then isomerization reaction generate isopentenyl. The whole process includ the material balance, energy balance, equipment design and selection, economic benefits and evaluation, and gives the flow chart, the map of major equipment and workshop layout.Keywords: prenyl alcohol;isomerization reaction; process design;目录第1章 综述1前言11.1 异戊烯醇的性质11.2 异戊烯醇的用途11.3 异戊烯醇的市场分析21.4 原料简述31.4.1 异丁烯31.4.2 多聚甲醛3第2章 工艺概括52.1 生产方法的评选52.1.1 异丁烯法52.1.2 异戊二烯法52.1.3 丙酮法52.2 生产工艺流程52.3生产工艺流程图6第3章 物料衡算与能量衡算83.1 物料衡算83.1.1 物料衡算的依据83.1.2 Prins 缩合反应的物料衡算93.1.3蒸馏阶段的物料衡算103.1.4 Prins 异构化反应的物料衡算113.2 能量衡算123.2.1 的计算133.2.2 的计算143.2.3 的计算153.2.4 、的计算153.2.5 的计算16第4章 工艺设备的工艺设计与选型174.1 设备工艺设计与选型174.1.1 设备工艺设计与选型的原则174.1.2 设备工艺设计的主要工作内容174.2 反应釜的设计174.2.1 确定筒体和封头184.2.2反应釜筒体和封头的几何尺寸184.2.3 釜体和夹套的强度计算194.2.4 支座的选取计算204.2.5 人孔的选择和补强圈214.2.6 接管和法兰的选择214.3固定床催化反应器214.4 冷凝器224.5设备一览表23第5章 生产车间设计245.1 厂址的选择245.1.1 工厂选址的要求245.1.2 总平面布置的原则245.2 设备布置245.2.1反应釜设备255.2.2 换热器255.2.3泵25第6章 化工安全266.1 原料的安全防护266.1.1 异丁烯266.1.2 多聚甲醛的安全276.2 厂区的防火防爆措施286.3 安全对设备布置的要求29第7章 公用工程及三废处理317.1 公用工程317.1.1 加热蒸汽317.1.2 冷却水317.1.3 电317.2 环境保护327.2.1 废气327.2.2 废水327.2.3 废渣33第8章 经济分析348.1 车间定员348.2 投资估算348.3 经济效益分析358.4 资金筹集36结论37参考文献38i第1章 综述前言异戊烯醇主要用于合成高效低毒农药拟除虫菊酯杀虫剂的中间体贲亭酸甲酯。近些年异戊烯醇的工业应用不断拓展，需求量不断增加。异戊烯醇的合成工艺在不断研究，已经有很快的发展，这为实现异戊烯醇工业化大规模生产提供了理论依据，异戊烯醇的产量将不断提高。制备高纯度的异戊烯主要采用催化醚化、醚解，以及异构化的工艺生产。1.1 异戊烯醇的性质异戊烯醇，又名3-甲基-2-丁烯-l-醇，英文名3-Methyl-2-buten-1-ol，相对分子质量86.13，沸点 140，密度 0.848 g/mL（25），蒸气压1.4 mm Hg (20），为无色透明液体。其结构式如图2.1所示： 图1.1 异戊烯醇的结构式1.2 异戊烯醇的用途异戊烯醇主要用于合成贲亭酸甲酯，贲亭酸甲酯是高效低毒农药拟除虫菊酯杀虫剂的中间体。随着合成异戊烯醇的工艺的不断改进，研究开发的不断加深，它在农药生产中的应用也在不断扩大，市场需求量大幅度上升。贲亭酸甲酯是拟除虫菊酯的重要前躯体，通常用原乙酸三甲酯与异戊烯醇在酸性催化剂存在的情况下，进行缩合重排，反应生成贲亭酸甲酯。 拟除虫菊酯类杀虫剂对于大部分害虫具有强烈的触杀作用, 它的蒸气还能驱赶害虫, 而且它对哺乳动物、鸟类的毒性低。由于易于降解, 它对环境没有污染。所以它适用于多种公共卫生场所。异戊烯醇还是聚羧酸减水剂的生产原料TPEG的主要中间体。在混凝土的生产和施工过程中使用这种高性能水泥减水剂，可以减少30%以上的用水量，增强30%以上混凝土的强度，在相同的情况下可减少水泥用量。1.3 异戊烯醇的市场分析拟除虫菊酯是一种新型仿生杀虫剂，近几十年来迅速发展起来的。是一种从上世纪末兴起后被广泛应用的仿生杀虫剂，自2007年我国把包括甲胺磷类等高毒高残留性的5种有机磷农药在全国范围内全面禁用后，拟除虫菊酯类杀虫剂得到了大力的提倡和推广，成为第三大类杀虫剂, 在世界杀虫剂中约占20%。拟除虫菊酯的开发与兴起被广泛认为是杀虫剂史上的第三个里程碑, 它现已形成了继有机氯、有机磷、氨基甲酸酯类杀虫剂之后又一个杀虫剂序列，是杀虫剂历史上的第三个里程碑。由于高效低毒、杀虫谱广和对哺乳类动物毒性可忽略不计，所以在农业和公共场所应用于害虫防治和消灭领域。拟除虫菊酯受杀虫剂占杀虫剂使用量的67，在国际农药市场的份额达到了21，占杀虫剂市场的26，成为杀虫剂的一大支柱。目前拟除虫菊酯类农药在国外占农药类的37%，而我国拟除虫菊酯类农药才刚刚起步.2007年开始推广，应用于各类农药市场。拟除虫菊酯可以广泛的应用于各式各样不同种类的农作物，如小麦、玉米、果树和蔬菜等农作物，前景十分广泛。聚羧酸减水剂可作为混凝土的减水剂，是刚推向市场的新宠，它有减水率高、提高强度等优点，市场前景广阔。可广泛应用于建筑工程领域中，如水利、核电等重大工程中就经常使用它，降低建筑成本。因聚羧酸减水剂的生产加工工艺比较复杂，国内很少有厂家生产。现在有关聚羧酸减水剂的应用已扩展至所有的商品混凝土生产和民用建筑施工，但我国最先是强制推行使用的，应用于高铁建设中，并得到迅速的发展。但由于异戊烯醇一直控制在美国和日本等国手中，严重地制约了我国有关异戊烯醇原料产业的发展，国内异戊烯醇的短缺成为精细化工领域中的一个原料瓶颈。所以大力发展异戊烯醇合成工艺是目前我国异戊烯醇工艺现状。1.4 原料简述1.4.1 异丁烯表1.1 异丁烯的物理性质熔点（）沸点（）临界温度（）临界压力（MPa）闪点（）-140.3-6.9144.83.99-77相对密度（水=1）（-49）相对蒸汽密度（空气=1）燃烧热（kJ/mol）引燃温度（）蒸汽压（kPa/0)0.692.02705.3465131.52异丁烯又名2-甲基丙烯，英文名2-methyl propene，分子式：C4H8，相对分子质量：56.11，沸点：-6.9，在常温下是无色气体，具有低毒。异丁烯易溶于大多数有机溶剂，但不溶于水。异丁烯与空气混合形成的混合物具有爆炸性，当遇到热源或者明火就有燃烧或者爆炸的危险，而且会引发回燃。与氧化剂接触会发生剧烈反应。异丁烯气体比空气重，能够在较低的空地扩散到相当远的地方。燃烧后的产物是二氧化碳和一氧化碳，一氧化碳气体也是有毒气体。表1.2 异丁烯市场价格表年份20082009201020112012价格12000元/吨9300元/吨11000元/吨12500元/吨13000元/吨1.4.2 多聚甲醛表1.3 多聚甲醛的物理性质熔点（）闪点（）着火温度（）蒸汽压（kPa/0)爆炸极限120170713704100.197073%相对密度（水=1）相对蒸汽密度（空气=1）稳定性1.391.03稳定多聚甲醛，又称固体甲醛，分子式：（CH2O）n，相对分子质量：(30)n,密度：1.45g/mL(20)，有甲醛刺激性气味，白色易燃性球状固体颗粒。易溶于苛性钠和钾的溶液，能溶于稀酸和稀碱，易溶于热水，但微溶于冷水，不溶于乙醇、乙醚，在工业生产上多应用多聚甲醛替代工业生产的普通甲醛水溶液。在合成涂料、农药及制取消毒剂等种类繁多的产品中，使用多聚甲醛，即可以节省能耗、减少脱水所使用的能量，又可以大量减少废水处理量。多聚甲醛比工业甲醛有效成分高，多聚甲醛是固体颗粒，有利于化学合成及在其他工业领域上的应用，特别是要求原料不能带水的条件下使用无水甲醛作原料的合成方面，用途广泛。第2章 工艺概括2.1 生产方法的评选纵观异戊烯醇的生产历史和现状，根据合成异戊烯醇的原料的不同，可以把异戊烯醇的合成路