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1、山东科技大学学士学位论文山东科技大学学士学位论文摘 要设计是年产3万吨环氧丙烷的工艺设计。设计采用了氯醇法进行环氧丙烷的生产。主要是利用氯气和水反应生成次氯酸，然后利用次氯酸与丙烯反应生成氯丙醇，氯丙醇再进入皂化塔与氢氧化钙反应生成产品环氧丙烷。主要模拟了反应过程的物料与热量衡算，主要精馏塔的设计，三废处理以及经济合算等问题。设计说明书共有八章。介绍了环氧丙烷生产工艺流程的选择和论证，对整个工艺装置进行了物料和能量衡算，对非标准设备和主要管道进行了计算和选型，最后对该工艺流程的安全生产和三废处理作了相关说明。关键词: 环氧丙烷；工艺设计；工艺流程；氯醇法ABSTRACTChlorohydrin
2、ation method was adopted for the process design of the production of propylene oxide. Propylene and chlorine reacted in the presence of water to form the intermediate. and propylene chlorohydrin was dehydrochlorinated by a calcium hydroxide solution to form propylene oxide.Mainly to simulate the rea
3、ction process of the material and heat balance, the design of the main column, three wastes treatment and economical problems. This design contains eight paragraphs. This document is mainly to introduce the demonstration and choosing of the process design for the production of propylene oxide. The c
4、alculation of material and energy balance of propylene oxide were carried out based on the technological equipments. The non-standard equipment equipments and main pipe lines were calculated and choosed. Finally, the work safety and three industrial wastes disposal was also introduced.Keywords: prop
5、ylene oxide；technological planning；process flow；chlorohydrination method目 录 第一章 绪 论21.1环氧丙烷的实际意义21.2 原料的性质21.2.1 丙烯21.2.2 氯气21.2.3 石灰31.3环氧丙烷性质及性能31.3.1 产品名称与结构式31.3.2 理化性质31.3.3环氧丙烷安全与毒性41.4国内外环氧丙烷工业发展史41.4.2中国环氧丙烷工业发展史51.6技术发展趋势8第二章 环氧丙烷工艺的选择92.1.1氯醇法92.1.2共氧化法102.1.3 异丙苯氧化法102.1.4过氧化氢直接氧化法（HPPO法）
6、112.1.5氧气直接氧化法122.1.6电化学法122.2工艺方法的选择12第三章 工艺流程说明19第四章 物料衡算部分25皂化塔的物料衡算29第五章 热量衡算345.1 皂化第一冷凝器345.2 皂化第二冷凝器355.3 皂化第三冷凝器365.4 工艺水加热器375.5 皂化塔热量衡算375.6 成品塔的热量衡算395.7 回收塔的热量衡算405.8 蒸汽耗量总表41蒸汽的耗量见表5.3。41表5.3 蒸汽耗量表41第六章 非标准设备的计算及定型设备选型426.1非标准设备的计算426.2 定型设备的选择456.3 工艺管道计算45第七章 安全与三废治理507.1 原料物的特征及防护措施5
7、07.2 废气的排放517.3 废水的排放51第八章 结 论52参考文献53致 谢54附 录.55 第一章 绪 论1.1环氧丙烷的实际意义环氧丙烷简称(PO)是一种重要的有机化工原料，化学性质很活泼，特别是能与带活性氢的化合物反应，具有重要的工业价值。PO还能与水反应生成丙二醇(PG)，与氨反应生成异丙醇胺，与乙烯和胺反应生成一氧基乙二胺。在碱性催化剂作用下，环氧丙烷能与各种醇类、胺类和酸反应生成聚醚多元醇，和卤化氢反应生成卤代醇类，和二氧化碳反应生成碳酸丙二醇醋。此外，它还能和醛、烯丙醇产生异构化反应。环氧丙烷常用于制造丙二醇、丙醛、异丙醇胺、聚醚、石油破乳剂、消泡剂、合成甘油、有机酸等，可
8、作为合成树脂、泡沫塑料、增塑剂及表面活性剂等化工原料；亦可作硝酸纤维素、氯乙烯、醋酸乙烯、氯丁二烯等树脂和有机物质的低沸点溶剂等。目前，环氧丙烷的最重要的用途是生产聚醚多元醇，其次是生产丙二醇。1.2 原料的性质 1.2.1 丙烯分子式C3H6，结构式CH3-CH=CH2，分子量42，常温常压下，无色气体，带有甜味。气体的密度1.87 kg/m3，液体的密度513.9 kg/m3。熔点-185.2 ，沸点-47.7 。化学性质很活泼，与空气混合形成爆炸性混合物，爆炸极限2.011.0（体积）。主要用于制环氧丙烷、聚丙烯、丙烯腈等。一般由热裂化和催化裂化气体中分出，也是轻油裂解制乙烯时的副产品。
9、 1.2.2 氯气分子式Cl2，分子量70.91。在常温常压下，是一种黄绿色、具有刺激性气味的气体，能溶于水。沸点-34.6 。密度3.17 kg/m3。氯气的毒性很大，能刺激粘膜、呼吸道和眼睛，还可引起肺水肿，使用时要特别注意，防止中毒。氯气的化学性质非常活泼，能氧化几乎所有的金属、氢以及许多处于低价态的元素化合物，还能与水、碱等发生反应。氯气和氢气混合时能发生爆炸，爆炸极限为 4.096.0（氢气体积含量）。氯气由氯碱车间供给，用电解饱和食盐水的方法制得。本工段通过氯气跟水及丙烯反应得到氯丙醇。此外氯可用于合成农药、塑料、纤维、橡胶等。 1.2.3 石灰主要成分是氧化钙，分子式CaO，纯的
10、为白色，含有杂质时为淡灰色或淡黄色，一般呈块状，有时呈粉状。露置在空气中渐渐吸收CO2而生成CaCO3。氧化钙的密度为3350 kg/m3，熔点为2580 。易溶于酸，难溶于水，但能与水化合生成氢氧化钙，可用石灰石置于石灰窖中煅烧而制得。1.3环氧丙烷性质及性能 1.3.1 产品名称与结构式产品名称：环氧丙烷英文名称：Propylene oxide；简称：PO结构式分子式：C3H6O 分子量：58.08 摩尔质量：58.08 g/mol 1.3.2 理化性质环氧丙烷在常温常压下为无色透明低沸易燃液体，具有类似醚类气味；环氧丙烷工业产品为两种旋光异构体的外消旋混合物。凝固点：-112.13 沸点
11、：34.24 相对密度(20 )： 0.859折射率(nD )：1.3664粘度(25 )：0.28 mPaS蒸汽压(25 )：75.86 kPa 燃烧热 ：1887.6 kJ/mol 标准摩尔燃烧焓 ：1915 kJ/mol(据石油化工设计手册）闪点（开杯）：-37 爆炸极限(在空气中) （V/V%）：3.127.5%(VOL)溶解性：与水部分混溶20 时水中溶解度40.5(重量)；水在环氧丙烷中的溶解度12.8(重量)，与乙醇、乙醚混溶，并与二氯甲烷、戊烷、戊烯、环戊烷、环戊烯等形成二元共沸物。 化学性质：活泼，易开环聚合，可与水、氨、醇、二氧化碳等反应，生成相应的化合物或聚合物。在含有两
12、个以上活泼氢的化合物上聚合，生成的聚合物通称聚醚多元醇。 1.3.3环氧丙烷安全与毒性环氧丙烷产品是易燃品，应贮存于通风、干燥、低温（25 以下）阴凉处，不得于日光下直接曝晒并隔绝火源。 环氧丙烷有毒性，液态的环氧丙烷会引起皮肤及眼角膜的灼伤，其蒸汽有刺激和轻度麻醉作用，长时间吸入环氧丙烷蒸汽会导致恶心、呕吐、头痛、眩晕和腹泻等症状。所有接触环氧丙烷的人员应穿戴规定的防护用品，工作场所应符合国家的安全和环保规定。 环氧丙烷是易燃、易爆化学品，其蒸汽会分解。应避免用铜、银、镁等金属处理和贮存环氧丙烷。也应避免酸性盐（如氯化锡、氯化锌）、碱类、叔胺等过量地污染环氧丙烷。环氧丙烷发生的火灾应用特殊泡
13、沫液来灭火。1.4国内外环氧丙烷工业发展史 1.4.1国外的环氧丙烷工业发展阶段3（1） 工业萌芽阶段：环氧丙烷最早工业化生产是在1931年，在国际上已有39年的历史。美国有U C C,Bow Chem, Wyandotte Chem, Olin Mathilson, Jefferson Chem, Celanese等六家公司生产，日本从1959年开始有旭电化、三井化学、昭和电工等公司开始生产，以后又有旭硝子、日本曹达、周南化学等公司开始生产，都是用氯醇法生产的。（2）量的增长阶段：1968年美国Oxirane公司新建过氧化物法生产环氧丙烷工厂，规模为73000吨每年。西班牙也有一个工厂用此法
14、生产。荷兰在Europoort地区拟由Atlantic Riohfield厂筹建一座规模为72000 吨每年的工厂。近年来由于聚氨配泡沫塑料所需要的聚醚产量增加很快，环氧丙烷的需要量也显著增加，1955-1960年平均年增长率为23.7%，19601965年为 14.7%，近几年每年增长率在5%以上。 在美国, 环氧丙烷需要量已经超过环氧乙烷，1962年美国需要量为190000吨，1965年为220000吨，其中丙二醇用35%，聚醚用5560%；日本需要量1962年为13424吨，1966年为48610 吨，丙二醉用22.5%，聚醚用76.3%，其他用1.2%。 1.4.2中国环氧丙烷工业发展
15、史中国环氧丙烷生产始于20世纪60年代。当时国内环氧丙烷装置能力小，单套装置年生产能力均为几千吨，生产装置均采用自有技术，工艺技术落后，原材料及公用工程消耗较高，“三废”污染严重。20世纪80年代，我国先后引进了日本旭硝子公司、三井东压公司、昭和电工公司和美国陶氏公司技术。同时国内自行开发的环氧丙烷生产工艺技术水平也有较大幅度地提高。锦化化工、山东滨化、中石化上 海高桥石化、天津大沽化工、沈阳金碧兰、福建湄洲湾氯碱等企业已成为国内环氧丙烷生产的主力。2006 年3月，随着中海壳牌年产 25 万 t 环氧丙烷装置投产，国内环氧丙烷市场格局发生重大变化。中海壳牌项目是目前国内最大的环氧丙烷装置，也是国内唯一采用环氧丙烷苯乙烯共氧化联产法工艺的环氧丙烷装置。 截至 2007 年末，中国环氧丙烷产能已增长至 110 万a。除中海壳牌的环氧丙烷装置采用联产苯乙烯的共氧化法外。其他环氧丙烷装置均采用氯醇法。产量约 90 万t。截至 2008
