苯酐作业指导书.doc
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1、苯酐三分厂作业指导书目 录第一章 概述第二章 产品说明第三章 化学反应机理第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章第十一章第十二章 副产物的物化性质 化工原料说明 生产工艺过程 仪表控制系统 产品质量控制指标 装置内公用物料 装置开停车及事故处理 装置内三废的排放 装置安全生产总则第一章 概述苯酐(PA)是世界上重要的有机化工原料之一,工业化生产始于19世纪末期,主要以萘为原料,经历了液相法和气相法两种工艺。1946年开始用邻二甲苯做为原料进行工业生产,并得到了良好发展,邻二甲苯的负荷也由40g/Nm3空气提高到60g/Nm3空气,并逐渐提高,现已达到100g/Nm3空气的负荷。我公司的这套
2、苯酐装置是由中国华陆工程公司设计的90g/Nm3生产工艺,采用固定床气相催化氧化法低能耗生产工艺,其工艺优势在于:l 工艺技术先进总结和消化吸收国外苯酐装置的先进技术,积极稳妥的采用先进的流程,以节约投资。l 环保安全采用水洗工艺、富马酸回收工艺、设置残渣蒸发回收装置,防止有机物排放。l 设计和控制设备独特,操作安全,实现装置最优化生产。l 高效工艺方法,能量自足。苯酐生产工艺是一个放热的工艺过程,即装置在生产中产生高压蒸汽。满负荷生产时这些蒸汽一部分用于装置自身的伴热;剩余部分输出界区外,供其它装置使用。只是在开车时需外供蒸汽。l 操作和维修费用低,经济效益好。在精馏部分,只使用二台苯酐泵。
3、轻组分塔底物料是靠两塔的重力和压力差输送,不需设苯酐泵;两塔的塔顶冷凝器的回流是靠重力回流,也不需泵强制回流,减少了机泵,减少了泄露点,降低了动力消耗和维修量。l 催化剂使用寿命长,纯苯酐收率高。催化剂寿命保证了3.5年,收率平均为110%。 l 专门高效蒸馏工艺,确保生产高纯度产品。天润公司苯酐装置按全年运行7200小时设计,操作负荷为70g/Nm3,可生产纯液相苯酐2万吨。操作负荷为90g/Nm3时,可生产纯液相苯酐2.5万吨。本装置的基础数据、消耗值和保证值均以邻二甲苯负荷为70g/Nm3做基准。当邻二甲苯在空气中的浓度达90g/Nm3时,苯酐装置应可在此条件下生产,而不必更换任何设备。
4、u 本装置苯酐收率的重量百分比按下列公式计算:纯苯酐产量收率 = 100邻二甲苯消耗量(100%)u 瓦卡公司对本装置催化剂性能作出如下保证:催化剂的使用周期为3.5年,从装置开车后连续操作至少30天时,每次再开车,一旦达到70g/Nm3所需空气,邻二甲苯负荷将在5天内达到70g/Nm3空气。并保证本装置的纯 1苯酐收率为:第一年 112%第二年 111%第三年 110%第四年(只6个月) 108%三年半平均纯苯酐收率为:110%注:在催化剂的三年半的性能保证期 产品说明1、产品用途苯酐是重要的有机原料,有60%以上用于制造聚氯乙烯增塑剂,30%用于聚酯树脂和醇酸树脂,其余10%则用于油漆、染
5、料、医药和农药等。u 增塑剂:苯酐与两分子醇反应生成邻苯二甲酸酯类,作为增塑剂,有良好的可塑性、相溶性、光泽好、热稳定性好。广泛用于各类树脂的增塑剂。u 不饱和聚酯树脂:苯酐和另一不饱和二元酸或酐与二元醇在高温下缩聚反应后,加入交联剂、阻聚剂、防老剂经交联固化而成的热固性树脂,用于加工成玻璃钢,用途十分广泛。u 醇酸树脂:是由苯酐和多元醇反应制得。是涂料专用的饱和醇酸树脂,可用于胶粘剂、表面防护和装饰。u 染料和颜料:苯酐是制造还原染料、分散染料、反应染料及有机染料的重要原料。 u 医药和农药:在医药方面是制造抗生素、食品添加剂(防腐剂、糖精)、胃肠道药、镇静药、消毒红汞、马法尼的原料。在农药
6、方面用于制造除草剂、杀菌剂、杀虫剂等。2、苯酐的物理性质邻苯二甲酸脱一分子水后生成邻苯二甲酸酐(Phthalic anhydride),简称苯酐(PA),分子式:C8H4O3;分子量:148.12。邻苯二甲酸在200下脱水成苯酐,苯酐为无色针状及小片状的斜方或单斜晶体。工业苯酐为白色片状或熔融状态,有升华性,有特殊的轻微的刺激性臭味。l 凝固点:130.7 min2l 熔点:130131l 沸点:284285 (760Torr);164.11 (20Torr) l 熔解热(在25水中):71.000kcal / kg;10.50kcal / mol l 水合常数Kw(25):0.607 l 溶
7、解度(g/100g溶剂):表2-1 l 密度:A、固相:1.527g/cm3 B、气相:6.610kg/Nm3 C、液相: 3 l 比热:l 升华热:21.2Kcal/mol l 燃烧热:745.00Kcal/moll 生成热:743Kcal/mol或110Kcal/mol l 比容(气相):0.161Nm3/Kg l 表面张力(155):35.490dyn/cm l 临界常数:P0:39.5bar T0:526.85V0:0.42410m/mol-334l 折射率(155):15744l 动力学粘度:表2-4图2-2液相苯酐粘度与温度关系图 l 燃烧级别:Al 自燃温度:580l 爆炸下限:
8、1.70Vol . %gas;650.00/m3空气(20760Torr)l 燃烧低热:3980.0Kcal/Kgl 燃烧高热:5250.0Kcal/Kgl 闪点:155l 熔解热:5.5Kcal/moll 燃烧热(固体):783.4Kcal/Kg778.7Kcal/Kg5265Kcal/Kgl 汽化热:5 l 熵(固体):42.9Kcal/mol;290Kcal/mol l 苯酐的自燃极限表2-6l 熔融苯酐的特性 6 3、苯酐的化学性质邻苯二甲酸酐和酸一样具有羧酸所有的反应特性和一部分苯环的反应特性,此外,苯酐还具有酐基团的一些反应特性。u 酯化:苯酐与醇(ROH)在加热条件下生成单酯、双
9、酯和混酯(R和R不同时)。与丙三醇作用生成醇酸树脂,与顺酐、乙二醇作用生成不饱和树脂。 u 卤化:苯酐与卤素在发烟硫酸中生成四卤代物,与FeCL3反应生成氯代物。 u 磺化:苯酐在发烟硫酸中于210下磺化,生成苯酐磺酸衍生物。u 苯酐与氨反应:苯酐与氨反应生成酞氨酸、邻苯二甲酰亚胺、邻苯二甲酰胺。 u 苯酐脱羧:将蒸汽通入含催化剂的熔融苯酐时,在瞬间即形成酸,并进一步生成苯甲酸和二氧化碳。 u 缩合:A)和苯在ALCL3存在下缩合成邻苯甲酰基苯甲酸,经干燥加热得到蒽醌。 B)和苯酚缩合生成酚酞。C)和氯苯酚缩合生成1,4-二羟基蒽醌。 u 苯酐加氢生成苯酞。u 重排:苯酐与水作用生成邻苯二甲酸
10、,进一步与氢氧化钾反应形成邻苯二甲酸二甲盐,经重排得到对苯二甲酸二甲盐。u 苯酐与尿素和金属双醋酸盐生成金属酞青染料。u 苯酐与铁反应生成的铁盐是一种自然物邻苯二甲酸亚铁,其发热温度为168,急剧发热温度为236。在苯酐生产过程中要防止邻苯二甲酸亚铁的生成。 74、苯酐产品的质量标准表2-85、安全、卫生、储运及运输苯酐是易燃、易爆的有毒物质,生产中如控制不当,易发生事故。在本装置生产过程中,反应区域内邻二甲苯处于爆炸极限之内,易发生事故,如邻二甲苯控制失灵、流量过大、锅炉给水发生故障、熔盐温度上升。反应压力上升等情况下应立即切断原料供应,另外在空气存在下苯酐处于相转变时也容易引起燃烧和爆炸。
11、在装置分离区域发生着火的主要原因是由于冷凝温度低于50时,部分水被冷却下来形成邻苯二甲酸和顺丁烯二酸,这些酸物不仅腐蚀设备,还会与铁作用生成易自燃的铁盐,铁盐的生成将给生产造成巨大的损失。苯酐预处理过程要严格在真空下操作,并避免与明火接触。 苯酐包装部分要保持通风良好,防止苯酐粉尘爆炸。苯酐能引起人们呼吸器官的过敏性症状,苯酐的粉尘或蒸汽对皮肤、眼睛及呼吸道有刺激作用,特别对潮湿的组织刺激更大。空气中的苯酐浓度达到25mg/m3时对粘膜产生刺激,30mg/m3时明显刺激粘膜。苯酐粉尘接触皮肤会引起红肿,严重时产生水泡。在工作环境中苯酐的允许浓度短时间接触为4ppm,长时间接触为1ppm。眼睛和
12、皮肤接触苯酐后应立即用大量水冲洗,当熔融苯酐烧伤,不能迅速医治时,可8将热苯酐擦净,再用20%甲醇和水冲洗。片状苯酐可直接用聚氯乙烯袋包装。熔融苯酐可在不锈钢储罐 化学反应机理 1、主化学反应方程式邻二甲苯气相法制苯酐的化学反应历程较为复杂,包括一系列平行和串联反应,且均为放热反应。邻二甲苯气相氧化制苯酐的主反应为: 2、邻二甲苯氧化的副反应邻二甲苯氧化的副反应非常复杂,主要副反应方程式为: OOCH3CH3+3O2COO+3H2O+1301KJ/mol(311Kcal/mol) CH3CH3HC+HCCCOO+4H2O+4CO2+759Kcal/mol(顺 酐) CH3CH3+O2CH3CH
13、O+H2O+53Kcal/mol(甲基苯甲醛) (苯 酞) 9 CH3CH3+2OCH2+2H2O+209Kcal/molCO CH3CH3+6OH3CHCCOCOO+3CO2+3H2O (柠糠酐)2CH3CH3+6.5O2COOH+2CO2+5H2O (苯甲酸) 完全燃烧反应: 3、邻二甲苯与空气氧化的反应历程 CH3+10.5OCH3CH3+6.5O2CH38CO2+5H2O+1093Kcal/mol8CO+5H2O 10第四章 副产物的物化性质 1、顺丁烯二酸顺丁烯二酸(cis-Butenedioic Acid)又名马来酸(Maleic Acid)或顺-1,2-乙烯二羧酸(cis-1,2
14、-ethylendicarboxylic acid),分子式:C4H4O4;分子量:116.07;结构式: HCCOOHHCCOOH马来酸的物化性质:l 沸点:138l 熔点:130l 汽化热:26.2Kcal/moll 生成热:-188.95Kcal/moll 燃烧热:-324.56Kcal/mol(25)l 熔解热:4.44Kcal/moll 中和热:30.32Kcal/moll 异构化热:-5.46Kcal/moll 生成自由能:-149.4Kcal/moll 异构化自由能:-6.6Kcal/moll 电离常数:K1=11410-2;K2=5.9510-7l 25马来酸水溶液的密度D=d
15、2s+0.0034ps+0.0000075ps其中:d:溶液密度ds:溶剂密度ps:g马来酸/100g溶液l 马来酸水溶液的沸点 图4-1马来酸水溶液的沸点l 马来酸的固体比热 11 表4-1l 马来酸水溶液的表面张力表4-2l 马来酸在水溶液中的溶解度表4-32、顺丁烯二酸顺丁烯二酸(cis-Butenedioic Anhydride)又名马来酸酐(Maleic Anhydride)或2,5-呋喃二酮(2,5-Furandione)。分子式:C4H2O3 分子量:98.06 结构式: HCHCCCOOO马来酸酐的物化性质: l 沸点:52.5;53.0 l 凝固点:202l 酸度:1140m
16、gKOH/g,min l 灰分:0.001% l 铁含量:0.0005%,maxl 密度1480kg/m3(20);1325kg/m3(52.8) l 汽化热:10.5Kcal/mol;28.05Kcal/kg l 水和热:8.33Kcal/moll 比热:0.285cal/g(固体);0.396cal/g(液体)12l 溶解度:表4-4 l 蒸汽压:表4-5 l 马来酸酐的蒸汽压力与温度关系见图4-2 13 顺丁烯二酸酐(MA)在一定条件下易发生脂化、水解、加成、异构化、卤化及共聚等多种化学反应,被广泛用于不饱和聚酯树脂、醇酸树脂、食品酸及食品调味剂、杀菌剂、杀虫剂的原料及中间体,也用作增塑
17、剂、润滑油的添加剂,特别是顺酐为原料以玻璃纤维增强而生产的热固性塑料更引人注目,此种塑料制品已被广泛用于太空、国防、文体及人类生活等重要领域,成为一种不可缺少的重要化工产品。 3、反丁烯二酸反丁烯二酸(trans-Butenedioic Acid)又名富马酸(Fumaric Acid)或-1,2-乙烯二羧酸(trans-1,2-ethlendiccarboxylicacid)。分子式:C4H4O4分子量:116.07结构式: HOOC 反丁烯二酸的主要物化性质:l 熔点:287l 沸点:290l 密度:1.635g/cm3(20,固体)l 溶解度:(g/100g溶液)表4-6 CHHCCOOH
18、14l 摩尔体积:79m3/moll 生成热:-811.03KJ/moll 生成自由能:-655.63KJ/moll 燃烧热:-1335KJ/mol l 晶体结构:单斜晶系无色针状或小片状结晶l 电离常数:K1=9.5710-4;K2=4.1310-4反丁烯二酸主要是由顺丁烯二酸经异构化制得。加热顺丁烯二酸至高于其熔点温度时,可异构化成反丁烯二酸。反丁烯二酸加热到230以上时脱水为顺丁烯二酸酐。异构化催化剂包括盐酸、溴化物和硫化物等。反丁烯二酸也可由葡萄糖、蜜糖等发酵制得。主要用途是制作食品酸味添加剂和合成树脂。在国内,富马酸主要是由马来酸异构化制得,最先进的装置是吉林化学工业公司染料厂苯酐车
19、间由意大利Lonza公司引进的富马酸装置,工艺包括异构化、精制和最后处理三部分,现其产品已达到食品级并出口日本。国内其他富马酸装置的产品均未达到食品级。4、苯甲酸苯甲酸又名安息香酸(Benzoic Acid),结构式:C6H5COOH;分子式:C7H6O2;分子量:122.124,苯甲酸是有光泽的、白色的、单斜晶薄片状或针状结晶。苯甲酸的物化性质:l 熔点:122.45l 沸点:249.0l 密度:1.226g/cm3(15.0)1.200g/cm3(131.9)l 比热:0.287Kcal/kg(25);0.424Kcal/kg(130)l 生成热:92.027Kcal/moll 熔解热:3
20、3.9Kcal/moll 电离常数:6.23710(20) -615l 闪点:121.9 l 自燃温度:570.0 l 燃烧级别:A l 蒸汽压力:表4-7LogP(Torr)=9.68-3521T-1(90-200) LogP(Torr)=9.164-3279T-1(210-250) 16l 苯甲酸蒸汽压力与温度关系图4-3苯甲酸蒸汽压力与温度关系 5、苯酞苯酞又名邻羟甲基苯甲酸内酯,分子式:C8H6O2;分子量:134.13。苯酞是针状或片状结晶。熔点:75,65.8(不稳定型),沸点:290,相对密度:1.636。溶于醇、醚和热水,及微溶于冷水。苯酞的蒸汽压力与温度关系见图4-4。 图4
21、-4苯酞蒸汽压力与温度关系 6、柠糠酸酐柠糠酸酐又名顺式甲基丁烯酸酐。结构式: H3CHCCCCOOO分子式:C5H4O3分子量:112.08熔点:7沸点:213.5(760mmHg)比重:125.4kg/m3(15)柠糠酸酐的蒸汽压力与温度关系如下图。 图4-5柠糠酸酐蒸汽压力与温度关系图 7、邻甲基苯甲酸邻甲基苯甲酸(Tolaic Acid)的分子式为C8H8O2;分子量:136.14;熔点:108;沸点:259.2(760Torr)邻甲基苯甲酸是白色易烯棱晶或针晶,低毒,不溶于水,易溶于乙醇,乙醚及氯仿,能随蒸汽挥发,相对密度1.062,电离常数为1.210-5。 邻甲基苯甲酸的物化性质
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