【正文】 Finally the distillation column which has column diameter of ,the high of ,and acetone products of 6945 kg/h is obtained by design calculation. Key words: Acetone。 Isopropyl benzene method。 The process flow。 Material balance。 Rectifying column 1 引言 目前大多數(shù)丙酮是制備苯酚的副產(chǎn)品，是異丙苯氧化后的產(chǎn)物之一。從全球丙酮消費(fèi)市場(chǎng)看，未來(lái)幾年，除丙酮氰醇、溶劑等對(duì)丙酮的需求量有不同程度的增長(zhǎng)外，雙酚 A仍是最主要的消費(fèi)領(lǐng)域 (尤其是亞洲地區(qū) )，其他消費(fèi)增長(zhǎng)相對(duì)較為平穩(wěn)，雙酚 A、 MMA 和溶劑仍將是丙酮的三大消費(fèi)領(lǐng)域 [1]。 近年來(lái)，中國(guó)丙酮表觀需求量保持著高速增長(zhǎng)，平均增長(zhǎng)率達(dá)到 15%以上， 2020 年以后，隨著中國(guó)乃至全球經(jīng)濟(jì)進(jìn)入危機(jī)后的緩慢復(fù)蘇階段，終端下游需求不斷回升，加之下游雙酚 A行業(yè)進(jìn)入擴(kuò)能高峰期，成為丙酮下游行業(yè)需求增長(zhǎng)亮點(diǎn)之一。除此之外，減水劑、 MIBK、異丙胺等下游行業(yè)的規(guī)模化企業(yè)發(fā)展速度越來(lái)越快，中國(guó)丙酮市場(chǎng)需求也呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)， 20202020 年平均需求增長(zhǎng)率大幅升高至 30%左右 [2]。 隨著中國(guó)在建丙酮裝置的陸續(xù)投產(chǎn)，國(guó)內(nèi)自給率將大大提高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將更加激烈。由于近幾年丙酮市場(chǎng)需求的最大增長(zhǎng)來(lái)自雙酚 A 及其衍生物領(lǐng)域，因此建議中國(guó)新增的丙酮生產(chǎn)裝置最好采用異丙苯法生產(chǎn)工藝，以避免單純生產(chǎn)丙酮導(dǎo)致的市場(chǎng)過(guò)剩。裝置建設(shè)地點(diǎn)應(yīng)充分考慮原料供應(yīng)及附近市場(chǎng)需求，最好采用上下游配套方式，以降低生產(chǎn)成本，規(guī)避市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。 另外，在建丙酮裝置的 同時(shí)，企業(yè)除可配套建設(shè)雙酚 A 裝置外，還應(yīng)考慮配套建設(shè)MIBK 裝置，努力減少雙酚 A 產(chǎn)業(yè)發(fā)展可能對(duì)丙酮市場(chǎng)造成的不利影響。吉化公司新建的 萬(wàn)噸 /年 MIBK 裝置已投產(chǎn)。目前中國(guó)仍可以考慮引進(jìn)美國(guó)伊士曼公司、陶氏化學(xué)或殼牌化學(xué)公司丙酮一步法技術(shù)再建設(shè) 1套 2萬(wàn)噸 /年 MIBK 生產(chǎn)裝置，使丙酮及其下游產(chǎn)品的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)一體化，參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。 中國(guó)采用異丙苯法的苯酚 /丙酮生產(chǎn)裝置應(yīng)提高單套裝置生產(chǎn)能力，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)異丙苯 /苯酚 /丙酮 /雙酚 A一體化生產(chǎn)，繼續(xù)開發(fā)丙酮衍生物生產(chǎn)工藝，拓寬丙酮應(yīng)用領(lǐng)域。 建議采用 異丙苯法生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)異丙苯 /苯酚 /丙酮 /雙酚 A 一體化生產(chǎn)，繼續(xù)開發(fā)丙酮衍生物生產(chǎn)工藝，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域 [3][5]。 為設(shè)計(jì)年產(chǎn) 5 萬(wàn)噸丙酮工藝設(shè)計(jì)，特開展了一下章節(jié)。 本文第一章主要介紹了丙酮的一些理化性質(zhì)、理化參數(shù)指標(biāo)及其安全消防措施。第二章主要介紹了丙酮的生產(chǎn)方案及使用異丙苯法生產(chǎn)丙酮的詳細(xì)工藝生產(chǎn)流程，使我們能夠?qū)Ξ惐椒ㄉa(chǎn)丙酮有了深刻清晰的認(rèn)識(shí)。第三章主要對(duì)使用異丙苯法生產(chǎn)丙酮工藝流程進(jìn)行了物料衡算及重要設(shè)備的能量衡算。第四章主要對(duì)生產(chǎn)精制丙酮的精丙酮塔進(jìn)行了塔 2 重要設(shè)備的計(jì)算及選型，從而為繪制精丙 酮設(shè)備圖提供了理論的支持。 3 第一章 總論 概述： 丙酮的性質(zhì) 丙酮也稱作二甲基酮 ，是最簡(jiǎn)單的 酮 ，在常溫下為無(wú)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(jī)溶劑 。 表 酮的理化性質(zhì)參數(shù) 理化性質(zhì) 數(shù)據(jù)指標(biāo) 化學(xué)式 CH3COCH3 摩爾質(zhì)量（ ） 熔點(diǎn) (℃ ) ℃ () 相對(duì)密度（水 =1） 沸點(diǎn) (℃ ) ℃ () 相對(duì)蒸氣密度（空氣 =1） 飽和蒸氣壓 (kPa) (℃ ) 燃燒熱 (kJ/mol) 臨界溫度 (℃ ) 臨界壓力 (MPa) 辛醇 /水分配系數(shù)的對(duì)數(shù)值 閃點(diǎn) (℃ ) 20 爆炸上限 %(V/V) 引燃溫度 (℃ ) 465 爆炸下限 %(V/V) 溶解性 水、乙醇等有機(jī)溶劑 PKa 丙酮的安全及用途： 丙酮 對(duì)人體具有肝毒性，對(duì)于黏膜有一定的刺激性，吸入其 蒸氣 后可引起 頭痛 ， 支氣 4 管炎 等癥狀。如 果大量吸入，還可能失去知覺。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(cè)項(xiàng)目。有些 癌癥 患者尿樣丙酮水平會(huì)異常升高。采用低碳水化合物食物療法減肥的人血液、尿液中的丙酮濃度也異常地高。 丙酮與 氯仿 不應(yīng)混合（特別是在堿性環(huán)境下），兩者會(huì)發(fā)生劇烈的放熱反應(yīng)，若混合可能導(dǎo)致強(qiáng)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(shí)可作為有機(jī)溶劑，應(yīng)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(yīng)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(chǎn)品，以及 塑膠 、 纖維 、 藥物 及其他 化學(xué)物質(zhì) 。自然界中亦存在天然的丙酮，人體內(nèi)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。 設(shè)計(jì)任務(wù)的來(lái)源 由指導(dǎo)老師指定的課題 其他 消防措施 危險(xiǎn)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(qiáng)烈反應(yīng)。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇火源會(huì)著火回燃。若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險(xiǎn)。 有害燃燒產(chǎn)物：一氧化碳、二氧化碳。 滅火方法：盡可能將容器從火場(chǎng)移至空曠處。 噴水保持火場(chǎng)容器冷卻，直至滅火結(jié)束。處在火場(chǎng)中的容器若已變色或從安全泄壓裝置中產(chǎn)生聲音，必須馬上撤離。 滅火劑：抗溶性泡沫、 二氧化碳 、干粉、砂土。用水滅火無(wú)效。 泄漏應(yīng)急處理 應(yīng)急處理：迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至安全區(qū)，并進(jìn)行隔離，嚴(yán)格限制出入。切斷火源。建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿防靜電工作服。盡可能切斷泄漏源。防止流入下水道、排洪溝等限制性空間。 小量泄漏：用砂土或其它不燃材料吸附 或吸收。也可以用大量水沖洗，洗水稀釋后放入廢水系統(tǒng)。 大量泄漏：構(gòu)筑圍堤或挖坑收容。用泡沫覆蓋，降低蒸氣災(zāi)害。用防爆泵轉(zhuǎn)移至槽車或?qū)Ｓ檬占鲀?nèi)，回收或運(yùn)至廢物處理場(chǎng)所處置。 5 丙酮生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展 目前，世界上丙酮最主要的生產(chǎn)方法為異丙苯法，此外還有糧食發(fā)酵法、異丙醇脫氫法、丙烯直接氧化法（ wacker 法）、醋酸副產(chǎn)法以及乙炔水合法等。 糧食發(fā)酵法是以谷物、山芋干或糖蜜等為原料，經(jīng)粉碎、加水制成發(fā)酵液，經(jīng)高壓蒸汽滅菌后冷卻，然后接入純丙酮 丁醇菌種進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵液經(jīng)精餾可得到質(zhì)量比為 3:6:1的 商品丙酮、丁 醇和乙醇。由于技術(shù)落后，生產(chǎn)成本高，目前該法在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)被淘汰，但在發(fā)展中國(guó)家仍占有一定的比重。 異丙醇脫氫法曾是世界上最主要的丙酮生產(chǎn)方法，它以異丙醇 水共沸物（來(lái)自丙烯水合制異丙醇裝置）為原料，在鋅 銅催化劑的作用下，發(fā)生脫氫反應(yīng)，產(chǎn)物經(jīng)分離提純后得到丙酮產(chǎn)品。由于成本原因該法逐漸被異丙苯法所替代。 丙烯直接氧化法是以氧氣為氧化劑，氯化鈀 氯化銅為催化劑，丙烯原料經(jīng)液相氧化合成丙酮，并副產(chǎn)丙醛和氯代丙酮。該方法主要被日本部分企業(yè)采用，但由于設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，未能獲得大規(guī)模發(fā)展應(yīng)用。 異丙苯法是最為經(jīng)濟(jì)的丙 酮生產(chǎn)方法，目前世界上約 90%的丙酮是通過(guò)該方法生產(chǎn)的，丙酮是生產(chǎn)苯酚的聯(lián)產(chǎn)品。其主要技術(shù)授權(quán)公司為 KBR 公司、日本三井化學(xué)公司和美國(guó) UOP 公司。異丙苯法生產(chǎn)丙酮包括異丙苯合成、異丙苯氧化、過(guò)氧化異丙苯提濃、分解和中和、產(chǎn)品精制副產(chǎn)回收、廢水處理等工序。主要過(guò)程涉及丙烯與苯在磷酸或沸石分子篩存在下發(fā)生反應(yīng)生成異丙苯，異丙苯再在液相下被氧化生成過(guò)氧化氫異丙苯，過(guò)氧化氫異丙苯再在硫酸存在下分解得到苯酚和丙酮。異丙苯法工藝具有產(chǎn)品質(zhì)量高、原料和能源消耗低等優(yōu)點(diǎn)。 6 第二章 丙酮的生產(chǎn)工藝流程 異丙 苯法生產(chǎn)丙酮的工藝及流程 本設(shè)計(jì)采用較為先進(jìn)的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(guò)烴化反應(yīng)生產(chǎn)異丙苯，再用空氣中的氧氣將異丙苯氧化為過(guò)氧化氫異丙苯 (CHP)，然后以硫酸作催化劑，將過(guò)氧化氫異丙苯分解生產(chǎn)苯酚和丙酮，經(jīng)精制得到酮產(chǎn)品 [6][7]。 丙酮的生產(chǎn)工藝流程圖 : 1烴化反應(yīng)； 2氧化反應(yīng)； 3提濃塔； 4分解釜； 5中和槽； 6粗丙酮； 7精丙酮塔 圖 烴 化反應(yīng)： CH3CH=CH3+ （ 21） ： （ 1）反應(yīng)溫度：烴化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度對(duì)反應(yīng)速度影響明顯，溫度每升高一度反應(yīng)速度加快一倍，但是副反應(yīng)速度也加快，所以綜合考慮反應(yīng)溫度控制在 160 攝氏度左右。 1 2 7 4 5 3 6 苯丙烯 7 （ 2）苯烯比：一般要求苯要過(guò)量，否則副產(chǎn)物就會(huì)增多，但是當(dāng)苯的用量過(guò)大時(shí)就會(huì)增加生產(chǎn)成本，一般取苯烯比為 4:1。 （ 3）反應(yīng)壓力：一般 。 （ 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。 中存在的危險(xiǎn)因素： （ 1）苯與丙烯是在高溫高壓的條件下反應(yīng)的，而且反應(yīng)物易燃易爆，在此存在高溫高壓聯(lián)鎖保護(hù)裝置，當(dāng)壓力過(guò)高時(shí)就啟動(dòng)聯(lián)鎖裝置自動(dòng)放空防止爆炸；當(dāng)溫度過(guò)高將自動(dòng)聯(lián)鎖停止加熱并進(jìn)行冷卻降溫。 （ 2）因?yàn)榇朔磻?yīng)要求苯必須過(guò)量，流量控制器跟相應(yīng)的聯(lián)鎖裝置相連，當(dāng)苯的量不足時(shí)就會(huì)通過(guò)聯(lián)鎖中斷乙烯的加入，終止反應(yīng)。 （ 3）對(duì)于冷卻器如果停止工作或是檢修之后忘記打開，會(huì)引起嚴(yán)重的事故。 氧化反應(yīng)： +O2 （ 22） ，控制反應(yīng)溫度是為了控制反應(yīng)深度，反應(yīng)太深副產(chǎn)物會(huì)相應(yīng)增加，而在常溫下又不反應(yīng)，一般控制溫度為 30~35℃ 。 ，一般為 。 ，當(dāng)濃度升高時(shí)反應(yīng)速度加快，但是當(dāng)反應(yīng)濃度太高了又會(huì)發(fā)生自分解反應(yīng)生成苯酚和丙酮，所以反應(yīng)濃度不能太高。 ， PH 過(guò)高會(huì)發(fā)生堿式復(fù)分解反應(yīng)，所以 PH 一般控制為 ~。 ，主要是要保證氧氣和異丙苯的純度。 提濃 塔 生成 30%的過(guò)氧化氫異丙苯濃度比較低不易于反應(yīng)，所以要用減壓提濃塔提濃到 87%，壓力應(yīng)為40mmHg以下，溫度為 90℃ 。 分解反應(yīng)釜 提濃后的 CHP以硫酸為催化劑．在分解反應(yīng) 釜 分解生成苯酚、丙酮。 8 + （ 23） ，分解液中硫酸的濃度應(yīng)該小于等于 503ppm。 80℃ 左右，保證分解液殘留的過(guò)氧化氫異丙苯在 %以下。 ，取決于反應(yīng)規(guī)模的大小，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)易發(fā)生副反應(yīng)。 ，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 %以下，如果水的含量升高將會(huì)抑制分解反應(yīng)，過(guò)氧化氫異丙苯在反應(yīng)器中積累，過(guò)氧化氫異丙苯短時(shí)間內(nèi)反應(yīng)放出 大量的熱，熱量積累壓力升高很容易引發(fā)爆炸。 的分解率在 %以上。 中和反應(yīng) 含有殘酸的分解液進(jìn)入 中和槽中，而中和槽連接有 PH 控制裝置，對(duì)其 PH進(jìn)行嚴(yán)格控制，并設(shè)有聯(lián)鎖保護(hù)，水洗分解液是通過(guò) 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(huì)發(fā)生泄漏或是噴濺產(chǎn)生對(duì)人體的傷害，所以要加強(qiáng)對(duì)泵的檢測(cè)和維修。 粗丙酮塔 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(jìn)行切割分離 ,富含丙酮的輕組分自塔頂采出 ,進(jìn)入丙酮精制塔進(jìn)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(chǎn)品苯酚。塔頂溫度控制在 88℃ 左右，壓力控制在 ；塔底溫度 控制在 102℃ 左右，壓力控制在 0. 20MPa左右。 精丙酮塔 從粗丙 酮塔塔頂采出的丙酮?dú)怏w及蒸汽（計(jì)算中可忽略不計(jì)），要 經(jīng)精丙酮塔減壓精餾進(jìn)一步精制才能得到符合市場(chǎng)需求的合格產(chǎn)品。其塔頂溫度控制在 54℃ 左右，壓力控制在 MPa 左右；塔底溫度控制在 75℃ 左右，壓力控制在 0. 101MPa 左右。 9 第三章 工藝計(jì)算 物料衡算 精丙酮塔的物料衡算 設(shè)計(jì)任務(wù)，丙酮的年生產(chǎn)能力為 50kt/a,按年工作工作日為 300 天，每天 24 小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)計(jì)，則每小時(shí)生產(chǎn)產(chǎn)品流量為： hkg /6 9 4 5243 0 0 105 7 ??? 由 F=D+W； FXF=DXD+WXW。 XF—— 進(jìn)料時(shí)丙酮所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)， XF=； XD—— 出料時(shí)丙酮所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)， XD=；