【正文】 ............................................... 24 三廢的處理 ....................................................................................................... 24 9 計算結(jié)果討論 ............................................................................................................. 26 致謝語 ........................................................................................................................... 27 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................ 28 2021 屆化學(xué)工程與工藝專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） I 對羥基苯甲醚的生產(chǎn)工藝設(shè)計 (重慶三峽學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè) 2021級 重慶萬州 404100) 摘 要 本文介紹了對羥基苯甲醚的重要性及當(dāng)前各種生產(chǎn)方法 ,以及對羥基苯甲醚的生產(chǎn)工藝設(shè)計流程： 生產(chǎn)以對氨基苯甲醚、 35%硫酸溶液等 為主要原料 ,混合 → 重氮化→ 水解 →精 餾→過濾 →包裝得成品，通過設(shè)計相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，從而選擇適合本工藝的設(shè)備，并運(yùn)用 AutoCAD 繪制流程簡圖及主要設(shè)備。 關(guān)鍵詞 對羥基苯甲醚 聚合攪拌釜 工藝設(shè)計 賀雪峰： 對羥基苯甲醚的生產(chǎn)工藝設(shè)計 II Design of PHydroxyanisole production process He Xuefeng （ Department of chemistry and environmental engineering, the Grade of 2021,Chemical Engineering and Technics, Chongqing Three Ges University, Wanzhou, Chongqing, 404100） Abstract This article describes the importance of hydroxyanisole and present a variety of production methods, and the production process of hydroxyanisole design process: the production of the amino anisole, 35% sulfuric acid solution as the main raw material, remixed → nitride → hydrolysis → Distillation → extraction → Filter → packaged product, through the calculation of designrelated data to select the appropriate technology equipment and the use of AuToCAD drawing flow chart and main equipment. Keywords phydroxyanisole stirred tank polymerization design process 2021 屆化學(xué)工程與工藝專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 頁 共 28 頁 前言 隨著我國 對羥基苯甲醚 市場的發(fā)展 ， 對羥基苯甲醚 的 技術(shù)的研發(fā) 和市場狀況 成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。 對羥基苯甲醚是一種常見的精細(xì)化工產(chǎn)品，它不僅可作為高分子的阻聚劑、防老劑和增塑劑，同時也是醫(yī)藥、香料和農(nóng)藥等行業(yè)生產(chǎn)中的重要中間體。此外，因阻聚效果好、耗量少、可直接參與混合等特點(diǎn)，對羥基苯甲醚也是諸多不飽和烯烴，如丙腈、丙烯酸、丙烯酸酯等烯基單體生產(chǎn)中非常優(yōu)異的抑制劑。自 20世紀(jì) 70年代以后，隨著市場競爭和環(huán)境保護(hù)意識的逐步增強(qiáng)，重氮化反應(yīng)的工業(yè)研發(fā)加速，主要著力于收率高、污染小和成本低的工藝研究 。它標(biāo)志著我國的這一產(chǎn)業(yè)開始和國際先進(jìn)水平同步，這一 系列 產(chǎn)品獲得了國際市場通行 [1]。據(jù)美國瑪格新特 (Margolist)市場研究公司的一份研究報告預(yù)測，美國食品添加劑用量在今后 10年內(nèi)， 將以平均每年 9%的速率增長。因此對該產(chǎn)品的研究、生產(chǎn)也就顯得越來越重要。 但這些方法存在著一些問題諸如需要低溫、氮?dú)獗Ｗo(hù) , 或需高溫、高壓 , 或需用毒性較大的原料 , 或收率低等。據(jù)文獻(xiàn)報道，重氮化生產(chǎn)工藝與傳統(tǒng)的對羥基苯甲醚合成工藝相比，可顯著改善生產(chǎn)的操作效率、減少操作費(fèi)用及降低環(huán)境污 染 [2]。 為白色片狀或蠟狀結(jié)晶體。易溶于乙醇、醚、丙酮、苯和乙酸乙酯，微溶 水。此外，對羥基苯甲醚能與酒精、苯、氯仿、冰醋酸等物質(zhì)互溶，也能隨水蒸汽一起蒸發(fā)，它于常溫下在水中的溶解度約為 g/g [3]。對皮膚有刺激性，應(yīng)保持不能與皮膚進(jìn)行直接接觸。本品用鐵桶包裝，每桶200kg，按有毒易燃品規(guī)定儲運(yùn) [5]。下面分別介紹幾種相關(guān)生產(chǎn)工藝 [6]： 硫酸二甲酯法 硫酸二甲酯法是以硫酸二甲酯為甲基化試劑 ,在堿性條件下與對苯二酚反應(yīng)制得 ,其反應(yīng)式如下 [7]: O HO H+ ( C H 3 ) 2 S O 4 + N a O HO C H 3O H2 + N a 2 S O 42 + H 2 O 此方法缺點(diǎn)是采用硫酸二甲酯有惡臭，劇毒，對環(huán)境有污染，對人身健康有危害，且 主要原材料對苯二酚價格高 ,導(dǎo)致制造成本高 成本較高 。因此，學(xué)者們針對傳統(tǒng)的甲醇合成法進(jìn)行了大量而細(xì)致的改進(jìn)研究，如選擇一種復(fù)合的酸性脫水催化劑 C一 04取代濃硫酸，則可將該反應(yīng)的產(chǎn)品收率提高至 85％以上，若再經(jīng)過油水分離、水洗、干燥和減壓蒸餾等一 些簡單的后處理提純操作，則可分離得到純度高達(dá) 99． 5％的對羥基苯甲醚白色晶體 [2]。該合成路線的化學(xué)反應(yīng)式為 第一步反應(yīng)： ROH + PBr3 RBr 第二步反應(yīng)： R B r +O HO HO HO H Williamson法的主要缺點(diǎn)是有毒，產(chǎn)品收率較低，且兩步反應(yīng)也增加了生產(chǎn)操作的成本。該合成路線的化學(xué)反應(yīng)式為 2021 屆化學(xué)工程與工藝專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 共 28 頁 N H 2O C H 3N a N O 2H 2 S O 4+ N2O C H 3+ 2 H 2 O + N a H S O 4 O C H 3+ N2H 2 , H 2 OO C H 3O H+ N 2 + H 2 S O 4 (2)將硫酸與對氨基苯甲醚混合，反應(yīng)生成對氨基苯甲醚硫酸鹽，再向其中添加亞硝酸鈉水溶液，并維持于 1822℃使之發(fā)生重氮化反應(yīng)，得對氨基苯甲醚重氮鹽。 (3)將硫酸銅與葡萄糖混合，并加入氫氧化鈉，制得氧化亞銅。此后，將硝酸銅水溶 液和氧化亞銅依次加入到重氮鹽中，使重氮鹽水解。 采用的技術(shù)路線 綜上可見，采取不同的合成路線制備對羥基苯甲醚，所得產(chǎn)品的收率差別較大，且操作復(fù)雜性和生產(chǎn)成本也不盡相同，但均存有不同程度的三廢污染或原料液殘留問題。因此，該法應(yīng)是今后制備對羥基苯甲醚的重要發(fā)展方向之一，尤其是對于那些對氨基苯甲醚資源豐富的 地區(qū)，宜優(yōu)先采用。 賀雪峰： 對羥基苯甲醚的生產(chǎn)工藝設(shè)計 第 6 頁 共 28 頁 2 納米 Cu20 納米微粒的性質(zhì) 納米微粒是指尺寸為納米量級的超細(xì)顆粒，其粒度一般小于微粉，但大于原子簇。 納米微粒的制備方法有兩種方法 即物理法和化學(xué)法 ?；瘜W(xué)法是利用液相化學(xué)或氣相反應(yīng)的方法來制備納米微粒，雖然所制微粒中易含有雜質(zhì)，但該法的生產(chǎn)率相對較高 [9]。 Cu20在干燥的空氣中還比較穩(wěn)定，但在潮濕的 空氣中，則易被氧化成黑色氧化銅而變質(zhì)。干法又可區(qū)分為粉末冶金燒結(jié)法和火法還原法等。由于電解法的流程短、成本低、產(chǎn)量高、操作簡單、產(chǎn)品質(zhì)量高和工作環(huán)境好等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而具有較好的工業(yè)化應(yīng)用前景。本設(shè)計將采用濕法來制備實(shí)驗所需的納米 Cu20催化劑。H 20)為還原劑，還原由 NaOH與 Cu(N03)2溶液反應(yīng)生成的 Cu(OH)2，同時加入聚乙二醇 (PEG一 20210)或明膠作為分散劑，可制得 Cu20微粒，即 2 N a O H + C u ( N O 3 ) 2 C u ( O H ) 2 + 2 N a N O 32 C u ( O H ) 2 + N 2 H 4 C u 2 O + N 2 + 3 H 2 O (2) 以葡萄糖 (C6H1206)為還原劑，還原 由 NaOH與 Cu（ NO3） 2溶液反應(yīng)生成的 Cu(OH)2 亦可得 Cu20微粒，即 C u S O 4 + 2 N a O H C u ( O H ) 2 + N a 2 S O 42 C u ( O H )2 + C 6 H 1 2 O 6 C u 2 O + C 6 H 1 2 O 7 + 2 H 2 O 2021 屆化學(xué)工程與工藝專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 共 28 頁 3 2021 噸 /年對羥基苯甲醚工藝設(shè)計 工藝確定 由前面對羥基苯甲醚各種生產(chǎn)方法的對比分析，本工藝 擇取 由對氨基苯甲醚經(jīng)重氮化合成對羥基苯甲醚的方法 ， 且 將就此進(jìn)行 包括物料流程、熱量衡算、工藝簡介和工段設(shè)計四個方面的 工藝計算 [10]。 對羥基苯甲醚 生產(chǎn)工藝簡介 (1) 重氮化反應(yīng)工段 將原料對氨基苯甲醚送入反應(yīng)釜中，由泵打入 35％ 硫酸，再送入重氮化反應(yīng)釜中。 。 (3) 精餾工段 將 重氮 液由貯槽通入 精餾 塔中，加熱 精餾 ， 控制反應(yīng)時間及溫度， 得產(chǎn)品。 合理的選型是成功的工程放大的基礎(chǔ)，其選型的依據(jù)如下： (1) 反應(yīng)的特征，主副反應(yīng)的生成途徑，反應(yīng)速率等； (2) 反應(yīng)器的特征，返混大小，流動狀態(tài)，界面大小，換熱能力等； (3) 過程的要求，轉(zhuǎn)化率和選擇性，壓降和能耗的限制等。 其簡圖如下 ： 圖 32 聚合攪拌釜 賀雪峰： 對羥基苯甲醚的生產(chǎn)工藝設(shè)計 第 10 頁 共 28 頁 hk m o lhk m o lF A /??? ?? 反應(yīng)容器的 物料衡算 主要設(shè)計參數(shù) 年生產(chǎn) G=2021t/a ； 年運(yùn)行時間 t=34024 h ； 轉(zhuǎn)化率 80% ； 共需原料 ?? t ； 年消 耗 量 2500000247。340= ； 35%H2S04 溶液的定壓熱容 CP=℃ ； 體積 裝料系數(shù) η = ； 對羥基苯基醚 的轉(zhuǎn)化率 xA = ； 反應(yīng)釜的高度與直徑之比 iDH/ =1 ； 溫度 t1 = 20℃ ； 溫度 t2 = 40℃ ； 聚合 攪拌釜 體積 流量 ； 對 氨 基苯甲醚的摩爾質(zhì)量 M=123kg/kmol 聚合 攪拌釜 物料衡算 （ 1） 輸送對羥基苯甲醚的設(shè)備選用 IH8065125泵 ,揚(yáng)程 20米 ,對羥基苯甲醚輸送速度 u= m／ s， π=， 則 聚合 攪拌釜 體積? ? hmuRV / 322 ????????? ? 每小時對羥基苯甲醚的進(jìn)料量 FA0: （ 41） (2)進(jìn)料的體積流量 0v ： hLCFv AA / ??? （ 42） (3) 查表 對氨基苯甲醚與 35%硫酸反應(yīng) 其中間產(chǎn)物的生成量在一段時間內(nèi)近似維持不變 ， 故 視為分離 擬一級反應(yīng) 過程 [10]。 其初始濃度 CA0=[10](此時 對氨基苯甲醚 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 40%)，常溫下 下該反應(yīng)的 k=[10],轉(zhuǎn)化率 xA=80%[10]。 (4) 反應(yīng)器的有效體積 RV ： 330 . mmvV R ???? 總? （ 46） 其 中： RV ——表示反應(yīng)器的有效體積， 3m 。 聚合攪拌釜 的熱量衡算 35%H