年产1000吨异戊烯醇生产工艺设计毕业答辩
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年产1000吨异戊烯醇生产工艺设计
目录
工艺选择 物料衡算 能量衡算 反应釜的设计计算 其他设备选型
经济效益计算
异戊烯醇的介绍
异戊烯醇，又名3-甲基-2-丁烯-l-醇， 相对分子质量86.13，沸点 140℃，密度 0.848 g/mL（25℃），为无色透明液体。
异戊烯醇主要用于合成高效低毒农
药拟除虫菊酯杀虫剂的中间体贲亭酸甲 酯。它的分子式：
换热器
反应器
物料衡算
物料衡算依据： 异戊烯醇的年生产量是1000吨，规格是
99%。 一年工作300天（除去检修等65天），每
天三班，每班的产量1111.11kg，每批的 实际生产异戊烯醇的量为1100kg。 生产为分批操作
Prins 缩合反应的物料衡算
缩合反应方程式：
CH3
磷酸氢二钠
H2C C
搅拌轴 支座 垫板 螺栓 螺母 人孔 补强圈 联轴器 填料箱
数量
5
1 1 1 1 1 1 1 4 4 40 40 2 1 1 1
材料
0Cr19Ni9
无缝不锈钢钢管 无缝不锈钢钢管 无缝不锈钢钢管
0Cr19Ni9 0Cr19Ni9 0Cr19Ni9 0Cr19Ni9 Q235-AF 石棉橡胶板 0Cr19Ni9 0Cr19Ni9
Prins 异构化反应的物料衡算
化学反应方程式:
CH2 H3C C
CH2 H2C
OH
催化剂
CH3 H3C C
CH
H2C OH
催 10化%的剂混为合Pd气/γ-体下Al2反O，3应在，反收应率温达度到7607℃.7，%氢。浓度
故生成的异戊烯醇的量为：
1623.51×0.677=1099.12kg/批
代号 GB4726 GB 2270-80 GB 2270-80 GB 2270-80
JB/4737-95 GB905-82 JB/T 4725-92
GB5-76 GB5-76 JB579-74-1 JB/T4736-2002 05-0018 JB5-216-65
名称
法兰
接管Φ38×3 接管Φ57×3.5 接管Φ120×4 夹套筒体DN3000 釜体筒体DN2800 釜体封头DN2800
+ H2C O
CH3
CH2 H3C C
CH2 H2C
OH
计算过程
该反应主要生成3-甲基-3-丁烯-1-醇，收 率可达85%。
每批生成3-甲基-3-丁烯-1-醇的实际产量： 1640.72kg
剩余多聚甲醛的量：100.85kg 剩余异丁烯的量：11505.96kg
进出反应釜的物料衡算表
输入 序号 物料名称 质量（kg） 序号
数量 1 1 4 4 1 1 1 2 1
结论
本工艺选择以异丁烯和多聚甲醛为原料，经缩合反应 和异构化反应合成异戊烯醇。
物料衡算表明：产量1000吨的异戊烯醇，每天3班，每 班需要投入18396kg原料。
热量衡算表明：每班需要向反应釜提供11311.66kJ热 量
反应釜设计计算表明：反应釜的直径2800mm，高2.8m， 壁厚23mm。
能量衡算
物料带入设备总的能量 Q1 =8759.90kJ
过程的热效率 Q3 =-572.17kJ
反应完后物料的能量 Q4 =20643.73kJ
加热剂或冷却剂与设备和物料传递的能量 Q2=11311.66kJ
反应釜的选型
序号
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
设备投资大，操作繁琐，
生产成本较高，氯化氢 对设备有较大的腐蚀。
我国乙炔的产量较大，容易获得，
适合大规模生产，产物与中间体 容易分离。
反应步骤多，工艺复杂， 产品产率较低。要以贵 金属作为催化剂，增加
生产成本。
以异丁烯为原料的Prins反应是目前合成 异戊烯Байду номын сангаас的一种有效方法。
以异丁烯为原料合成异戊烯醇的主要反 应方程式如下：
组合件 组合件 组合件 组合件
其他设备选型
设备名称 固定床反应器
蒸馏塔 换热器 离心泵 鼓风机 氮气储罐 异丁烯储罐 叔丁醇储罐 异戊烯醇储罐
规格/型号和材质 Φ35×2.5,0Cr19Ni9
Q235-C TB/T 4715-92
50FMG-16 4M12-45/210 50,不锈钢材质 50，不锈钢材质 25，不锈钢材质 25，不锈钢材质
输出 物料名称
质量（kg）
1 多聚甲醛 708.00 1
2
异丁烯 12638.00 2
剩余多聚甲醛 剩余异丁烯
100.85 11505.96
3
叔丁醇 5000.00 3
4 磷酸氢二钠 50.00
4
叔丁醇 磷酸氢二钠
5000.00 50.00
总计
5 3-甲基-3-丁烯-1-醇 1640.72
6
杂质
98.47
经济效益计算表明，年产值8000万元，总投资6830.3万 元，利润3473.58万元，税收868.395万元。
H3C
CH OH
C
CH2
CH3
工艺选择
异丁烯法 异丁烯和多聚甲醛在磷酸氢二钠的
催化下进行Prins缩合反应生成3-甲基-3丁烯-1-醇，然后采用γ-为载体负载Pd作 为异构化反应的催化剂，将3-甲基-3-丁 烯-1-醇加氢脱氢异构成3-甲基-2-丁烯-1醇。
异戊二烯法
异戊二烯与HCl经催化，合成氯代异 戊烯。产物1-氯-3-甲基-2-丁烯经催化 生产1-氯-3-甲基-3-丁烯，产物与乙酸 钠反应生成乙酸酯，经水解最终得到产 物。
18396.00
总计
18396.00
蒸馏阶段的物料衡算
蒸馏塔的物料衡算结果表
单位
进料F
塔顶D
塔釜W
物料
kg/批 kmol/批
6640.72 108.16
5017.21 89.26
1623.51 18.90
组成
质量分率 摩尔分率
75.29% 82.39%
99.5% 99.67%
0.5% 0.7655%
CH3 H2C O H2C C
CH3 催 化 剂
CH2 H3C C
CH2 H2C
OH
异构化
CH3 H3C C
CH
H2C OH
第一步反应以磷酸氢二钠作为催化剂。 第二步反应以Pd/γ- Al2O作3 为催化剂。
异戊烯醇生产工艺流程图
原料罐
回收罐 异丁烯
反应釜
冷凝器
回收罐
叔丁醇
换热器
蒸馏器
产品罐
丙酮法
在碱性的环境下，丙酮和乙炔反应， 经催化反应合成乙炔基异丙醇，再经催 化剂Pd/C催化加氢合成甲基丁烯醇，最 后经异构反应生成异戊烯醇。
合成方法的比较
合成异戊烯醇 的方法
优点
缺点
异丁烯法
工艺路线较短，生产原料丰富， 反应条件苛刻，且设备
产物与中间体分离容易。
投资很大。
异戊二烯法 丙酮法
反应平和，产品收率高。
目录
工艺选择 物料衡算 能量衡算 反应釜的设计计算 其他设备选型
经济效益计算
异戊烯醇的介绍
异戊烯醇，又名3-甲基-2-丁烯-l-醇， 相对分子质量86.13，沸点 140℃，密度 0.848 g/mL（25℃），为无色透明液体。
异戊烯醇主要用于合成高效低毒农
药拟除虫菊酯杀虫剂的中间体贲亭酸甲 酯。它的分子式：
换热器
反应器
物料衡算
物料衡算依据： 异戊烯醇的年生产量是1000吨，规格是
99%。 一年工作300天（除去检修等65天），每
天三班，每班的产量1111.11kg，每批的 实际生产异戊烯醇的量为1100kg。 生产为分批操作
Prins 缩合反应的物料衡算
缩合反应方程式：
CH3
磷酸氢二钠
H2C C
搅拌轴 支座 垫板 螺栓 螺母 人孔 补强圈 联轴器 填料箱
数量
5
1 1 1 1 1 1 1 4 4 40 40 2 1 1 1
材料
0Cr19Ni9
无缝不锈钢钢管 无缝不锈钢钢管 无缝不锈钢钢管
0Cr19Ni9 0Cr19Ni9 0Cr19Ni9 0Cr19Ni9 Q235-AF 石棉橡胶板 0Cr19Ni9 0Cr19Ni9
Prins 异构化反应的物料衡算
化学反应方程式:
CH2 H3C C
CH2 H2C
OH
催化剂
CH3 H3C C
CH
H2C OH
催 10化%的剂混为合Pd气/γ-体下Al2反O，3应在，反收应率温达度到7607℃.7，%氢。浓度
故生成的异戊烯醇的量为：
1623.51×0.677=1099.12kg/批
代号 GB4726 GB 2270-80 GB 2270-80 GB 2270-80
JB/4737-95 GB905-82 JB/T 4725-92
GB5-76 GB5-76 JB579-74-1 JB/T4736-2002 05-0018 JB5-216-65
名称
法兰
接管Φ38×3 接管Φ57×3.5 接管Φ120×4 夹套筒体DN3000 釜体筒体DN2800 釜体封头DN2800
+ H2C O
CH3
CH2 H3C C
CH2 H2C
OH
计算过程
该反应主要生成3-甲基-3-丁烯-1-醇，收 率可达85%。
每批生成3-甲基-3-丁烯-1-醇的实际产量： 1640.72kg
剩余多聚甲醛的量：100.85kg 剩余异丁烯的量：11505.96kg
进出反应釜的物料衡算表
输入 序号 物料名称 质量（kg） 序号
数量 1 1 4 4 1 1 1 2 1
结论
本工艺选择以异丁烯和多聚甲醛为原料，经缩合反应 和异构化反应合成异戊烯醇。
物料衡算表明：产量1000吨的异戊烯醇，每天3班，每 班需要投入18396kg原料。
热量衡算表明：每班需要向反应釜提供11311.66kJ热 量
反应釜设计计算表明：反应釜的直径2800mm，高2.8m， 壁厚23mm。
能量衡算
物料带入设备总的能量 Q1 =8759.90kJ
过程的热效率 Q3 =-572.17kJ
反应完后物料的能量 Q4 =20643.73kJ
加热剂或冷却剂与设备和物料传递的能量 Q2=11311.66kJ
反应釜的选型
序号
1
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
设备投资大，操作繁琐，
生产成本较高，氯化氢 对设备有较大的腐蚀。
我国乙炔的产量较大，容易获得，
适合大规模生产，产物与中间体 容易分离。
反应步骤多，工艺复杂， 产品产率较低。要以贵 金属作为催化剂，增加
生产成本。
以异丁烯为原料的Prins反应是目前合成 异戊烯Байду номын сангаас的一种有效方法。
以异丁烯为原料合成异戊烯醇的主要反 应方程式如下：
组合件 组合件 组合件 组合件
其他设备选型
设备名称 固定床反应器
蒸馏塔 换热器 离心泵 鼓风机 氮气储罐 异丁烯储罐 叔丁醇储罐 异戊烯醇储罐
规格/型号和材质 Φ35×2.5,0Cr19Ni9
Q235-C TB/T 4715-92
50FMG-16 4M12-45/210 50,不锈钢材质 50，不锈钢材质 25，不锈钢材质 25，不锈钢材质
输出 物料名称
质量（kg）
1 多聚甲醛 708.00 1
2
异丁烯 12638.00 2
剩余多聚甲醛 剩余异丁烯
100.85 11505.96
3
叔丁醇 5000.00 3
4 磷酸氢二钠 50.00
4
叔丁醇 磷酸氢二钠
5000.00 50.00
总计
5 3-甲基-3-丁烯-1-醇 1640.72
6
杂质
98.47
经济效益计算表明，年产值8000万元，总投资6830.3万 元，利润3473.58万元，税收868.395万元。
H3C
CH OH
C
CH2
CH3
工艺选择
异丁烯法 异丁烯和多聚甲醛在磷酸氢二钠的
催化下进行Prins缩合反应生成3-甲基-3丁烯-1-醇，然后采用γ-为载体负载Pd作 为异构化反应的催化剂，将3-甲基-3-丁 烯-1-醇加氢脱氢异构成3-甲基-2-丁烯-1醇。
异戊二烯法
异戊二烯与HCl经催化，合成氯代异 戊烯。产物1-氯-3-甲基-2-丁烯经催化 生产1-氯-3-甲基-3-丁烯，产物与乙酸 钠反应生成乙酸酯，经水解最终得到产 物。
18396.00
总计
18396.00
蒸馏阶段的物料衡算
蒸馏塔的物料衡算结果表
单位
进料F
塔顶D
塔釜W
物料
kg/批 kmol/批
6640.72 108.16
5017.21 89.26
1623.51 18.90
组成
质量分率 摩尔分率
75.29% 82.39%
99.5% 99.67%
0.5% 0.7655%
CH3 H2C O H2C C
CH3 催 化 剂
CH2 H3C C
CH2 H2C
OH
异构化
CH3 H3C C
CH
H2C OH
第一步反应以磷酸氢二钠作为催化剂。 第二步反应以Pd/γ- Al2O作3 为催化剂。
异戊烯醇生产工艺流程图
原料罐
回收罐 异丁烯
反应釜
冷凝器
回收罐
叔丁醇
换热器
蒸馏器
产品罐
丙酮法
在碱性的环境下，丙酮和乙炔反应， 经催化反应合成乙炔基异丙醇，再经催 化剂Pd/C催化加氢合成甲基丁烯醇，最 后经异构反应生成异戊烯醇。
合成方法的比较
合成异戊烯醇 的方法
优点
缺点
异丁烯法
工艺路线较短，生产原料丰富， 反应条件苛刻，且设备
产物与中间体分离容易。
投资很大。
异戊二烯法 丙酮法
反应平和，产品收率高。