生产工艺技术合成丙二醇丁醚工艺初步设计摘要由于乙二醇醚具有毒性，所以其正在被丙二醇醚逐步取代，并广泛应用于油墨、皮革着色剂、涂料稀释剂、乳化液稳定剂等众多工业领域。但目前国内丙二醇醚的产量和质量还不能满足市场需求，所以迫切需要改善丙二醇醚的生产工艺流程。本文介绍了丙二醇丁醚在国内外的研究动态、目前的水平以及未来的发展方向，归纳了合成丙二醇丁醚的具体方法，分析了目前国内外生产该产品的工艺类型，如釜式反应器、连续管式反应器、Buss回路反应器、Press式反应器、催化精馏反应器等，并总结了各种反应器的优点及其不足之处，然后针对Press式外循环反应器生产流程做出了具体的车间工艺流程设计。丙二醇醚的生产工艺设计如下：根据生产工艺条件，采取以环氧丙烷和丁醇为原料，采用固体碱为催化剂，在温度为120140，压力为0.20.5MPa，反应时间为2.04.0h，摩尔比为丁醇:环氧丙烷=2.5:1的条件下，合成丙二醇丁醚。设计年产3000吨的丙二醇丁醚车间，通过物料衡算和能量衡算，确定反应釜容积、筒体高度及直径，确定填料塔塔板数、填料高度以及塔径大小，确定浮阀塔的塔高、塔径、塔板数以及溢流堰高度、堰高等。并通过核算完成设备选型，画出带控制点的工艺流程图及反应主设备图，精馏分离图等。希望通过本次设计，能够为进一步优化我国丙二醇醚的生产工艺做出一点贡献。关键词：丙二醇丁醚；环氧丙烷；丁醇；外循环AbstractSinceglycolethersaretoxic,soitisbeinggraduallyreplacedbypropyleneglycolethers,andwidelyusedininks,leathercolorants,paintthinner,emulsionstabilizersandmanyotherindustrialfields.Buttheyieldandqualityofdomesticpropyleneglycoletherscannotmeetthemarketdemand,thereisanurgentneedtoimprovetheproductionprocessofpropyleneglycolethers.Thispaperdescribedtheresearchtrendsofpropyleneglycolbutyletherathomeandabroad,thecurrentlevelandfuturedirectionofdevelopment,summarizedthespecificmethodforthesynthesisofpropyleneglycolbutylether,andthecurrenttypesofdomesticandforeignproductionprocessoftheproductwasanalyzed,suchasatankreactor,continuoustubularreactor,Bussloopreactor,Pressloopreactor,catalyticdistillationreactorsandsoon.Moreover,thevariousadvantagesanddisadvantagesofthereactorswassummarized,andthendirectsatthereactionproductionprocessofpressexternalloopreactortomakeaspecificworkshopprocessdesign.Propyleneglycoletherproductionprocessdesignisasfollows:accordingtotheproductionprocessconditions,adoptingwithpropyleneoxideandbutylalcoholasrawmaterial,thesolidalkaliasthecatalyst,undertheconditionofthetemperatureis120140,pressureis0.20.5MPa,reactiontimeis2.04.0h,molarratioofbutylalcohol:PO=2.5:1,topoundthepropyleneglycolbutylether.Designanannualoutputof3000tonsofpropyleneglycolbutyletherplant,throughthematerialbalanceandenergybalance,todeterminethereactorvolume,heightanddiameterofcylinderbody,todeterminethenumberofpackingtowertray,packingheightandthecolumndiametersize,todeterminethefloatvaluetowerhightower,towerdiameter,numberoftraysandoverflowweirheightweirhigher.Andpletetheselectionofequipmentthroughaccounting,paintingwithcontrolpointsoftheprocessflowchartandreactionequipmentfigure,distillationseparationdiagram.Ihopethatthroughthisdesign,itispossibletofurtheroptimizetheproductionprocessofpropyleneglycolethersmakesomecontribution.Keywords：propyleneglycolbutylether；propyleneoxide；butylalcohol；Outerloop目录摘要IABSTRACTII第1章绪论11.1设计选题的缘由11.2设计的研究工作在国民经济中的实用价值与理论意义11.3关于本设计国内外研究情况的文献综述11.4设计的研究思路及预期要达到的目标21.5国内外生产技术及目前的水平21.6未来的发展趋势31.7各种反应器及其优缺点3第2章设计说明书52.1工艺流程简述52.2物料衡算52.2.1工艺计算基础数据62.2.2脱丁醇塔物料衡算72.2.3精馏塔物料衡算72.2.4反应器物料衡算92.3能量衡算92.3.1定性温度的确定102.3.2各物质比热容的计算102.3.3各阶段的计算112.3.4精馏塔热量衡算132.4气液外循环反应器的设计162.4.1反应釜的容积162.4.2反应釜筒体高度和直径的计算162.4.3夹套直径的确定172.4.4夹套高度的确定172.4.5核算传热面积172.4.6内筒及夹套受力分析172.4.7壁厚的确定182.4.8文丘里喷射器安装位置182.5脱丁醇塔（浮阀塔）的设计192.5.1塔高192.5.2塔径212.5.3溢流装置232.5.4塔板布置及浮阀数目与排列242.5.5塔板流体力学验算252.5.6塔板负荷性能图272.6填料塔的设计292.6.1塔板数的计算302.6.2塔径的确定312.6.3填料层高度的确定342.6.4液体的最小喷淋密度342.6.5填料的分段342.7列管换热器选型352.7.1水的消耗量352.7.2径和管内流速的计算352.7.3估算传热面积和管子根数352.7.4换热器选型362.7.5管程压降计算362.7.6管程对流传热系数372.7.7壳程对流传热系数372.7.8计算传热面积及安全系数382.8贮罐的选型382.8.1原料贮罐382.8.2计量罐392.8.3中间贮罐39IV2.8.4产品贮罐39第3章结论40参考文献41致谢42V沈阳工业大学本科生毕业设计第1章绪论1.1设计选题的缘由丙二醇醚是一种由环氧丙烷与低碳醇反应制得的低毒性优良溶剂。丙二醇醚主要包括丙二醇甲醚（PM）、丙二醇乙醚（PE）、丙二醇丁醚（PB）等及其对应的酯类1,2。由于其具有独特的亲水和亲油双重功能的化学结构，导致其毒性远低于乙二醇醚类，是一类优良的通用溶剂，因此正逐步取代乙二醇醚类产品，被广泛用于涂料、印刷、染料、油墨、皮革、电子化学品、PS版清洗、感光胶、合成制动液以及喷气燃料添加剂等行业3,4。据相关机构预测，国内丙二醇醚需求量在2010年达到7.2万吨左右，而到2015年需求量将达到12万吨左右。但是国内的产能由于原材料、技术、能耗及产品质量等各种原因限制，无法有效增长，因此国内丙二醇醚市场将长期处于一种供不应求的局面。鉴于Press式外循环反应器生产该产品的工艺流程设计对今后该产品的合成效率具有研究意义，以及对工业化生产具有现实应用意义，作者以环氧丙烷和丁醇为原料，采用固体碱为催化剂，在温度为120140，压力为0.20.5MPa，摩尔比为1:2.5条件下，遵照质量守恒定律和能量守恒定律，就合成丙二醇丁醚的关键问题进行了分析和综述。1.2设计的研究工作在国民经济中的实用价值与理论意义本设计的主要价值与意义在于丙二醇醚作为精细化工反应的重要有机原料和高级有机溶剂，因其低毒，安全等诸多优良性能，近些年，在国外获得了迅速发展。相反，乙二醇醚因其对人体有杀伤力，如有较大毒性导致畸形、溶解红血球，并对骨骼发育具有破坏作用，美国等国家早已限制其应用和发展，同时作为它的优良替代品“丙二醇醚”已经越来越被广大用户所接受，在市场上更是供不应求。然而我国的生产装置相对落后，仍需大力予以开发。因此，本课题的研究工作在国民经济中具有实用价值与理论意义5,6。1.3关于本设计国内外研究情况的文献综述由于二元醇醚具有一个羟基，因而其具有醇类化合物的一些性质。合成二元醇醚羧酸酯就利用了这个特性，和低碳脂肪酸进行酯化反应，进而将二元醇醚化合物衍生化，制备一系列具有独特功能的新型醇醚溶剂。由于属于酯化反应，因此一些在酯化反应中通用的催化剂（如液体酸等），也适用于二元醇醚羧酸酯的合成。酯化反应一般采用液体酸催化剂，共有无机酸和有机酸两大类。无机酸类有硫酸、盐酸等，有机酸类有乙酸、草酸、柠檬酸等。使用这类液体催化剂的酯化反应为均相反应，催化剂不易分离，而且设备腐蚀严重。然而固体酸催化剂可以克服这些不足。以离子交换树脂、分子筛、杂多酸等为代表的固体酸催化剂在酯化反应中的应用被广泛研究7-9。北京化工大学李峰、段雪等用锆基催化剂合成了醇醚醋酸酯。赵兵等用杂多酸催化合成了丙二醇单乙醚乙酸酯。另外还有文献报道了固体超强酸磷钨酸在丙二醇单甲醚醋酸酯的合成中有着比浓硫酸、固体酸催化剂、强酸性离子交换树脂更优异的性能10。1.4设计的研究思路及预期要达到的目标本文的研究主要采用文献资料法和比较研究法，以相关文献为依据，在文献中查找丙二醇丁醚合成工艺、外循环以及乙氧基化相关的原理和机理，车间工艺设计的条件，以及相关催化剂的使用要求。通过查书获得原料环氧丙烷和丁醇的物性参数。利用这些数据和拟定的丙二醇丁醚的产量，设计反应器，求出反应釜容积、夹套高度、夹套直径、浮阀塔塔高、塔径、填料塔的塔板数等一系列数据。并针对现有丙氧基化装置在设计和运行中存在的问题，从理论上开展外循环丙氧基化装置换热系统的研究工作。预期目标是为工业生产丙二醇丁醚的设计改进等提供理论