石油化工工艺学分解优秀PPT.ppt
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1、第第5章章 碳二及其碳二及其化工产品生产化工产品生产 本章学习目的要求了解有关碳二系列产品生产的性质和用途、反应机理、催化剂等。理解碳二系列典型产品生产装置工艺设备防腐及平安等特性要求。驾驭碳二系列产品生产的反应原理、工艺条件和工艺流程和典型设备。书目聚乙烯的生产环氧乙烷与乙二醇的生产及化工利用乙醇的生产及化工利用乙醛的生产及化工利用乙醛氧化生产乙酸及化工利用乙烯氧化生产醋酸乙烯及化工利用氯乙烯的生产及化工利用烃类氧化反应留意事项苯、甲苯、二甲苯、萘苯、甲苯、二甲苯、萘 合成气合成气 乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、乙炔乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、乙炔 合成合成 醇、醇、醛、酮、酸、酯、醚、酚、腈醇、
2、醇、醛、酮、酸、酯、醚、酚、腈 再加工再加工合成纤维、合成树脂、合成橡胶、合成塑料等合成纤维、合成树脂、合成橡胶、合成塑料等 医药、农药、涂料、染料、助剂等医药、农药、涂料、染料、助剂等本次课教学目标本次课教学目标教学目标教学目标 了解乙醛、乙酸的性质和用途以及生产概况,能够分了解乙醛、乙酸的性质和用途以及生产概况,能够分析影响反应过程的主要因素析影响反应过程的主要因素,分析和推断主副反应程度对分析和推断主副反应程度对反应产物分布的影响,熟悉乙醛、乙酸反应原理和乙醛一反应产物分布的影响,熟悉乙醛、乙酸反应原理和乙醛一步法、乙酸原则流程图。步法、乙酸原则流程图。教学重点、难点教学重点、难点 重点
3、:反应原理、工艺参数限制、工艺流程图重点:反应原理、工艺参数限制、工艺流程图 难点:工艺参数限制、工艺流程图难点:工艺参数限制、工艺流程图5.4乙醛的生产及化工利用乙醛的生产及化工利用5.4.1乙醛的性质:乙醛的性质:1、性质:、性质:乙醛分子式为乙醛分子式为C2H4O,相对分子质量,相对分子质量44.06,相对密度相对密度d1840.783。乙醛是一种无色透亮。乙醛是一种无色透亮具有特殊刺激性气味的液体,其溶点具有特殊刺激性气味的液体,其溶点-123.5,沸点,沸点20.8,闪点,闪点-27-38,自燃点,自燃点140。溶于水,易燃与空气能形成爆炸混合物,爆炸溶于水,易燃与空气能形成爆炸混合
4、物,爆炸极限为极限为457。乙醛对眼、皮肤有刺激作用,在厂房中最大允乙醛对眼、皮肤有刺激作用,在厂房中最大允许浓度为许浓度为 0.1mg/l,浓度很大时会引起气喘、咳嗽、,浓度很大时会引起气喘、咳嗽、头痛。头痛。乙醛在存放过程中能发生聚合生成三聚乙醛、四聚乙醛等。市场上出售的大都是40%乙醛水溶液,要想得到纯度高的乙醛,可往三聚乙醛中加入1%-5%的98%的浓硫酸,蒸馏制得。冷凝水要用冰水,盛接瓶放在冰水中,当心操作。得到的乙醛密封放到冰箱中 三聚乙醛易分解成乙醛,可作为乙醛的稳定形态,便于乙醛的储存和运输。三聚乙醛在日本约有50%被用于农药领域,其次用于香科、医药、涂料的溶剂和稀释剂等。用作
5、溶剂,以及用于有机合成,橡胶促进剂和抗氧剂制造等。乙醛深加工系列产品图:乙醛深加工系列产品图:5.4.2乙醛生产方法:乙醛生产方法:乙炔水合法乙炔水合法 从乙醇制乙醛从乙醇制乙醛 C3/C4烷烃氧化制乙醛烷烃氧化制乙醛 乙烯干脆氧化法乙烯干脆氧化法 原料便宜,成本低,乙醛收率高,副原料便宜,成本低,乙醛收率高,副反应少目前,世界上有反应少目前,世界上有70的乙醛用的乙醛用此法生产。此法生产。1、反应原理:反应原理:以乙烯、氧气(或空气)为原料,在催化剂氯化钯、氯化以乙烯、氧气(或空气)为原料,在催化剂氯化钯、氯化铜的盐酸水溶液中进行汽液相反应生产乙醛,副反应主要铜的盐酸水溶液中进行汽液相反应生
6、产乙醛,副反应主要是乙烯深度氧化及加成反应。是乙烯深度氧化及加成反应。总化学反应式:总化学反应式:反应机理反应机理:通过乙烯与钯盐形成通过乙烯与钯盐形成络合物而进行络合物而进行5.4.3乙烯协作催化氧化生产乙醛乙烯协作催化氧化生产乙醛(1)乙烯羰基化反应)乙烯羰基化反应 当乙烯氧化生成乙醛时,氯化钯被还原成金属钯,钯从催化剂溶液当乙烯氧化生成乙醛时,氯化钯被还原成金属钯,钯从催化剂溶液中析出而失去催化活性。中析出而失去催化活性。在这样的体系中,氯化铜是乙烯氧化成乙醛的氧化剂,而氯化钯则在这样的体系中,氯化铜是乙烯氧化成乙醛的氧化剂,而氯化钯则是催化剂。该反应是通过乙烯与钯盐形成是催化剂。该反应
7、是通过乙烯与钯盐形成-协作物而进行的协作物而进行的 虽然很多氧化物可将钯氧化成二价钯,但含铜的氧化还原体系是最虽然很多氧化物可将钯氧化成二价钯,但含铜的氧化还原体系是最合适的,因为一价铜易于被氧化成二价铜。合适的,因为一价铜易于被氧化成二价铜。(2)Pd的氧化和的氧化和cucl的氧化反应的氧化反应 原料纯度原料纯度:乙烯纯度大于乙烯纯度大于99.5,乙炔小于,乙炔小于310-5,硫化,硫化物小于物小于310-6,氧的纯度在,氧的纯度在99.5以上。以上。原料配比:原料配比:接受乙烯大大过量的方法,以保证平安,循接受乙烯大大过量的方法,以保证平安,循环乙烯中氧的含量在环乙烯中氧的含量在8左右,乙
8、烯的含量在左右,乙烯的含量在65左右。左右。反应压力及温度:反应压力及温度:一般限制在一般限制在0.30.35MPa。空速:必需选择适当的空速。空速:必需选择适当的空速。催化剂组成:催化剂组成:催化剂液体,含有氯化钯、氯化铜、氯化催化剂液体,含有氯化钯、氯化铜、氯化亚铜、盐酸和水等,溶液呈较强的酸性。亚铜、盐酸和水等,溶液呈较强的酸性。a 一步法工艺的影响因素一步法工艺的影响因素2、生产工艺、生产工艺(1)一步法工艺一步法工艺 指上述的三步反应在同一反应器中进行指上述的三步反应在同一反应器中进行b 反应器与设备防腐反应器与设备防腐 催化剂溶液中含有盐酸,对设备腐蚀极其严峻。催化剂溶液中含有盐酸
9、,对设备腐蚀极其严峻。反应器的外壳用碳钢,内衬用耐酸橡胶。反应器的外壳用碳钢,内衬用耐酸橡胶。c 一步法工艺流程一步法工艺流程 工业上接受具有循环管的鼓泡床塔式反应器,工业上接受具有循环管的鼓泡床塔式反应器,催化剂的装量约为反应器的催化剂的装量约为反应器的1/21/3体积。体积。c 一步法工艺流程一步法工艺流程A 原则流程图原则流程图B 各设备所起的作用各设备所起的作用图图6 一步法工艺流程一步法工艺流程1水环泵;水环泵;2气气-液分别器;液分别器;3反应器;反应器;4除沫分别器;除沫分别器;5,6,7第一,第一,二,三冷凝器;二,三冷凝器;8水吸取塔;水吸取塔;9脱氢组分塔;脱氢组分塔;10
10、精馏塔;精馏塔;11丁醛提取塔;丁醛提取塔;12粗乙醛槽;粗乙醛槽;13水洗涤塔;水洗涤塔;14分别器;分别器;15分解器分解器一步法工艺流程一步法工艺流程(2)两)两步法工艺(自学)步法工艺(自学)两两步法反应部分工艺流程步法反应部分工艺流程图图7 二步法反二步法反应应部分工部分工艺艺流程流程1乙乙烯缓烯缓冲器;冲器;2闪闪蒸塔;蒸塔;3过滤过滤器;器;4钛泵钛泵;5鼓鼓风风机;机;6空气空气缓缓冲器;冲器;7分分别别器;器;8贮贮槽;槽;9再生器再生器小结:作业:P133,5-10,5.55.5乙酸的生产及化工利用乙酸的生产及化工利用(乙醛氧化法)(乙醛氧化法)5.5.1乙酸的性质和用途:
11、乙酸的性质和用途:1、性质、性质乙酸俗称醋酸,分子式乙酸俗称醋酸,分子式C2H4O2,相对分子,相对分子质量质量60.05,相对密度,相对密度d204=1.092。沸点。沸点118,熔点,熔点16.6,闪点,闪点38,自燃点,自燃点426,是具有特殊刺激性气味的无色透亮液,是具有特殊刺激性气味的无色透亮液体。又叫冰醋酸。体。又叫冰醋酸。能与水以随意比例互溶,也能与醇、苯等有能与水以随意比例互溶,也能与醇、苯等有机液体相混合。机液体相混合。乙酸蒸气易燃,乙酸蒸气在空气中爆炸极限乙酸蒸气易燃,乙酸蒸气在空气中爆炸极限是是4。乙酸蒸气刺激呼吸道及黏膜,特殊是对眼睛乙酸蒸气刺激呼吸道及黏膜,特殊是对眼
12、睛的黏膜有刺激作用,浓乙酸能灼伤皮肤。的黏膜有刺激作用,浓乙酸能灼伤皮肤。2、乙酸用途:、乙酸用途:乙酸生产概况:乙酸生产概况:工业上上产乙酸方法主要有三种:乙醛氧化法、低级烷烃氧化法和工业上上产乙酸方法主要有三种:乙醛氧化法、低级烷烃氧化法和甲醇羰基化法。甲醇羰基化法。低级烷烃氧化法,是以石油副产品丁烷以及石油的烃馏分为原低级烷烃氧化法,是以石油副产品丁烷以及石油的烃馏分为原料,原料来源丰富,但副产品多难分别,乙酸的浓度低,副产品甲料,原料来源丰富,但副产品多难分别,乙酸的浓度低,副产品甲酸对设备也有腐蚀。酸对设备也有腐蚀。甲醇羰基化法合成乙酸主要局限在催化剂(如催化剂铑),甲醇羰基化法合成
13、乙酸主要局限在催化剂(如催化剂铑),设备用的耐腐蚀材料比较昂贵。设备用的耐腐蚀材料比较昂贵。乙醛氧化法是以乙炔、自然气或乙烯为原料,先制成乙醛,乙醛氧化法是以乙炔、自然气或乙烯为原料,先制成乙醛,再将乙醛氧化为乙酸,此法生产的乙酸浓度高,副反应烧,技术条再将乙醛氧化为乙酸,此法生产的乙酸浓度高,副反应烧,技术条件比较成熟,操作条件较缓和,是目前普遍接受的方法之一。件比较成熟,操作条件较缓和,是目前普遍接受的方法之一。5-15 乙酸的工业合成方法工艺路途乙酸的工业合成方法工艺路途1、反应原理及催化剂、反应原理及催化剂乙醛氧化制取乙酸反应原理:乙醛氧化制取乙酸反应原理:5.5.3乙醛氧化制取乙酸乙
14、醛氧化制取乙酸工业上制乙酸均在催化剂存在下进行工业上制乙酸均在催化剂存在下进行2、重要的工艺参数:、重要的工艺参数:氧化剂:接受氧气。氧化剂:接受氧气。氧的扩散和吸取:氧的扩散和吸取:多段通入,并设置氧气分多段通入,并设置氧气分布器。布器。反应温度:限制在反应温度:限制在5585。反应压力:反应器顶部压力限制在反应压力:反应器顶部压力限制在0.15MPa左左右。右。催化剂:催化剂:乙酸锰。乙酸锰。原料纯度原料纯度:严格限制水,三聚乙醛、甲酸。严格限制水,三聚乙醛、甲酸。3、工艺流程、工艺流程氧化反应是一个强放热反应。氧化反应是一个强放热反应。内冷式分段鼓泡反应器内冷式分段鼓泡反应器外循环冷却器
15、鼓泡反应器,大规模的生产外循环冷却器鼓泡反应器,大规模的生产接受这种形式的反应器,结构简洁、检修接受这种形式的反应器,结构简洁、检修便利、动力消耗大。便利、动力消耗大。反应器需用反应器需用Mo2Ti钢材。钢材。a 原则流程图原则流程图(1)反应部分)反应部分(2)分别部分)分别部分b 各设备所起的作用各设备所起的作用图图8 外冷却型氧化塔乙醛氧化制乙酸工艺流程外冷却型氧化塔乙醛氧化制乙酸工艺流程1氧化塔;氧化塔;2氧化液循氧化液循环泵环泵;3氧化液冷却器;氧化液冷却器;4氧化液中氧化液中间贮间贮槽;槽;5蒸蒸发发器;器;6低沸塔;低沸塔;7高沸塔高沸塔8乙乙醛醛塔;塔;9乙酸甲乙酸甲酯酯塔;塔
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