1、北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 文献综述 1 文献综述 前言 本人毕业设计的题目为年产 5 万吨丙酮生产工艺设计。 本文主要介绍了丙酮产品 的生产经济效益， 产品国内外的发展状和生产工艺流程介绍 。 丙酮是一种用途十分广泛的重要有机产品，主要用于生产醋酸纤维素胶片薄膜塑料和作为涂料的溶剂 ,及制备甲基丙烯酸甲酯 (MMA)的上游原料和制备环氧树脂、聚碳酸酯中间体双酚 A 的原料。目前世界上丙酮的生产方法有许多种，但主要方法是异丙苯法，其生产能力约占世界丙酮生产能力的 90%以上。 本人根据国内外学者对丙酮以及其生产工艺的研究成果，在本文中对丙酮做一个简单综述。其中的一些国内外文献给了我很
2、多参考价值。本文主要查阅近几年有关丙酮研究以及生产工艺的一些文献期刊。 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 文献综述 2 一 丙酮的理化性质 1.丙酮的性质 丙酮也称作二甲基酮 ，是最简单的酮，在常温下为无色透明液体，易挥发、易燃，有芳香气味。与水、乙醇、 N,N-二甲基甲酰胺、氯仿、乙醚及大多数油类等均能互溶，能溶解油、脂肪、树脂和橡胶等， 也能溶解醋酸纤维素和硝酸纤维素，是一种重要的挥发性有机溶剂 . 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 文献综述 3 2.丙酮的安全及用途： 丙酮对吸入其蒸气后可引起头痛，支气管炎等症状。如果大量吸入，还可能失去知觉。人体具有肝毒性，对于黏膜有一定的刺激
3、性，日常生活中主要用于脱脂，脱水，固定等等。在血液和尿液中为重要检测项目。有些癌症患者尿样丙酮水平会异常升高。采用低碳 丙酮与氯仿不应混合（特别是在碱性环境下），两者会发生剧烈的放热反应，若混合可能导致强烈爆炸。最常见的用途是用作卸除指甲油的去光水，以及油漆的稀释剂；同时可作为有机溶剂，应用于医药、油漆、塑料、火药、树脂、橡胶、照相软片等行业。 在工业上应用于制造双酚 A、甲基丙烯酸甲酯（ MMA）、丙酮氰醇、甲基异丁基酮等产品，以及塑胶、纤维、药物及其他化学物质。自然界中亦存在天然的丙酮，人体内也含有少量的丙酮。在建材方面，主要作为脂肪族减水剂的主要原料。 二 丙酮的国内外发展情况 1.国内
4、发展情况 目前大多数丙酮是制备苯酚的 副产品，是异丙苯氧化后的产物之一。从全球丙酮消费市场看，未来几年，除丙酮氰醇、溶剂等对丙酮的需求量有不同程度的增长外，双酚 A 仍是最主要的消费领域 (尤其是亚洲地区 )，其他消费增长相对较为平稳，双酚 A、 MMA 和溶剂仍将是丙酮的三大消费领域 。 近年来，中国丙酮表观需求量保持着高速增长，平均增长率达到 15%以上，2009 年以后，随着中国乃至全球经济进入危机后的缓慢复苏阶段，终端下游需求不断回升，加之下游双酚 A 行业进入扩能高峰期，成为丙酮下游行业需求增长北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 文献综述 4 亮点之一。除此之外，减水剂、 MIBK
5、、异丙胺等下游行业的规模化 企业发展速度越来越快，中国丙酮市场需求也呈现快速增长态势， 2009-2012 年平均需求增长率大幅升高至 30%左右 。 随着中国在建丙酮装置的陆续投产，国内自给率将大大提高，市场竞争将更加激烈。由于近几年丙酮市场需求的最大增长来自双酚 A 及其衍生物领域，因此建议中国新增的丙酮生产装置最好采用异丙苯法生产工艺，以避免单纯生产丙酮导致的市场过剩。装置建设地点应充分考虑原料供应及附近市场需求，最好采用上下游配套方式，以降低生产成本，规避市场风险。 2004，我国丙酮生产能力达到 31.3 万吨 /每年，产量 24.7 万吨。其中 采用异丙苯法技术的企业有 4 家，合
6、计产能 20.8 万吨 /每年。产量 22.5 万吨，平均开工率超过 100%。此外，还有 40 多家企业采用粮食发酵法生产，由于成本高，竞争力差，装置开工率低。 表 1 为我国主要生产丙酮企业的生产情况。 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 文献综述 5 随着我国化工工业的发展，特别是甲基丙烯酸酯和涂料等行业的发展，带动了丙酮消费量的不断增长。 1995 年国内表观消费量为 15.11 万吨， 2004 达到 50.07万吨，年增长 14.2%。由于产量无法满足市场需求，丙酮进口量也持续攀升， 2004年达到 25.43 万吨， 2005 年 1 7 月为 16.15 万吨。进口主要来自俄
7、罗斯，中国台湾，美国和日本。 表 2 为近几年我国丙酮消费生产情况 2.国外发展情况 据统计， 2004年全球丙酮生产能力为 517 9万 t a，主要集中在美国、西欧和日本。产能分布为：北美 191 8万 t a，占总产能的 37 0 (其中美国 189 1万 t a，占 36 5 )；西欧 159 5万 t a，占 30 8；亚太地区 119 3万 t a，占 23 0 (其中日本 51 8万 t a，占 10 0 )；东欧 26 4万 t a，占 5 1；南美 11 9万 t a，占 2 3；南非 9万 t a，占 1 7。 Ineos苯酚公司、 Sunoco化学公司、 SheU化学公司
8、的生产能力排在前 3位，分别占全球总产能的 17、 11、10。表 1为 2004年全球主要丙酮生产企业情况。 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 文献综述 6 表 32004 年 全 球 主 要 丙 酮 生 产 企 业 情 况三产品生产工艺及其技术经济分析 丙酮的生产方法主要由异丙醇法、异丙苯法、发酵法、乙炔水合法和丙烯直接氧化法，目前世界上丙酮的工业生产以异丙苯法为主（约占 93.2%），即用石油工业产品异丙苯在硫酸的催化下被空气氧化重排成丙酮，副产物苯酚。该方法产率 高，产生的废品很少，而且同时能得到苯酚这一副产品。 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 文献综述 7 1. 异丙醇法
9、（ 1）实验装置 本装置由四部分构成。第一部分是加料及预热系统。由加料泵汽化预热器、温度显示仪表等组成。 第二部分为反应系统。由管式反应器、加热炉、温度控制器和显示仪表等组成。 第三部分为取样和分析系统。包括六通阀、产品收集器和在线气相色谱仪等组成。 第四部分精馏分离系统。由多个侧线的精 馏塔（填料塔）、塔釜、塔头及温度控制、显示，回流比调节装置等组 （ 2）装备流程图 2. 异丙苯法生产丙酮的工艺流程 异丙苯法工艺主要是以新鲜苯和丙烯为原料，在 YSBH 分子筛催化剂作用下，通过烃化反应生产异丙苯，再用空气中的氧气将异丙苯氧化为过氧化氢异丙苯(CHP)，然后以硫酸作催化剂，将过氧化氢异丙苯分
10、解生产苯酚和丙酮，经精制得到酮产品 。 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 文献综述 8 生产工艺流程图 反 应 方 程 式 ：烃化反应的影响因素 ： （ 1）反应温度：烃化反应是放热反应，温度对反应速度影响明显，温度每升高一度反应速度加快一倍，但是副反应速度也加快，所以综合考虑反应温度控制在 160 摄氏度左右。 （ 2）苯烯比：一般要求苯要过量，否则副产物就会增多，但是当苯的用量过大时就会增加生产成本，一般取苯烯比为 4:1。 （ 3）反应压力：一般 3.0MPa。 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 文献综述 9 （ 4）原料的纯度：纯度主要是影响催化剂的使用寿命及使用周期，要尽量提
11、高原料的纯度。 该流程中存在的危险因素： （ 1）苯与丙烯是在高温高压的条件下反应的，而且反应物易燃易爆，在此存在高温高压联锁保护装置，当压力过高时就启动联锁装置自动放空防止爆炸；当温度过高将自动联锁停止加热并进行冷却降温。 （ 2）因为此反应要求苯必须过量，流量控制器跟相应的联锁装置相连，当苯的量不足时就会通过联锁中断乙烯的加入，终止反应。 （ 3）对于冷却器如果停止工作或是检修之后忘记打开，会引起严重的事故。 对于氧化反应 方程式：1.反应温度，控制反应温度是为了控制反应深度，反应太深副产物会相应增加，而在常温下又不反应，一般控制温度为 3035。 2.反应压力，一般为 0.3MPa。 3
12、.反应浓度，当浓度升高时反应速度加快，但是当反应浓度太高了又会发生自分解反应生成苯酚和丙酮， 所以反应浓度不能太高。 4.反应介质酸度， PH 过高会发生碱式复分解反应，所以 PH 一般控制为3.54.5。 5.物料纯度，主要是要保证氧气和异丙苯的纯度。 2.1.3 提浓塔 生成 30%的过氧化氢异丙苯浓度比较低不易于反应，所以要用减压提浓塔提浓到 87%，压力应为 40mmHg 以下，温度为 90。 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 文献综述 10 分解反应釜 提浓后的 CHP 以硫酸为催化剂在分解反应釜分解生成苯酚、丙酮。 1.硫酸的用量，分解液中硫酸的浓度应该小于等于 503ppm。
13、 2.反应温度控制在 80左右，保证分解液残留 的过氧化氢异丙苯在 0.2 %以下。 3.停留时间，取决于反应规模的大小，时间过长易发生副反应。 4.水的含量，水主要用于循环冷却和作为浓硫酸的稀释剂，水的总含量要在0.5 %以下，如果水的含量升高将会抑制分解反应，过氧化氢异丙苯在反应器中积累，过氧化氢异丙苯短时间内反应放出 大量的热，热量积累压力升高很容易引发爆炸。 5.CHP 的分解率在 99.00%以上。 2.1.5 中和反应 含有残酸的分解液进入中和槽中，而中和槽连接有 PH 控制装置，对其 PH进行严格控制，并设有联锁保护，水洗分解液是通过激泵在中和槽循环 的，要求泵要有良好的抗腐蚀性
14、能，泵被腐蚀后会发生泄漏或是喷溅产生对人体的伤害，所以要加强对泵的检测和维修。 粗丙酮塔 从中和槽流出的混合液中含有丙酮、苯酚、异丙苯等的水溶液，要经粗丙酮塔进行切割分离 ,富含丙酮的轻组分自塔顶采出 ,进入丙酮精制塔进行丙酮精制 , 而富含苯酚等的重组分自粗丙酮塔塔底采出 ,经粗苯酚塔、脱烃塔和苯酚精制塔得到产品苯酚。塔顶温度控制在 88左右，压力控制在 0.12MPa 左右；塔底温度控制在 102左右，压力控制在 0. 20MPa 左右。 2.1.7 精丙酮塔 从粗丙酮塔塔顶采出的丙酮气 体及蒸汽（计算中可忽略不计），要经精丙酮塔减压精馏进一步精制才能得到符合市场需求的合格产品。其塔顶温度控制在54左右，压力控制在 0.055 MPa 左右；塔底温度控制在 75左右，压力控制在 0. 101MPa 左右
