年产3.5万吨丙烯腈合成工段工艺设计

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吨丙烯腈合成工段工艺设计

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化工工艺设计

课程设计任务书

第一部分概述1.1 丙烯腈的性质

1.1.1 丙烯腈的物理性质

丙烯腈是一种非常重要的有机化工原料，在合成纤维、树脂、橡胶急胶粘剂等领域有着广泛的应用。丙烯腈，英文名Acrylonifrile （简称为ACN ），化学分子式：CH2=CH-CN ；分子量：53.1。丙烯腈在常温下是无色或淡黄色液体，剧毒，有特殊气味；可溶于丙酮、苯、四氯化碳、乙醚和乙醇等有机溶剂；与水互溶，溶解度见表1-1 。丙烯腈在室内允许浓度为0.002MG/L ，在空中的爆炸极限为3.05~17.5%（体积）。因此，在生产、贮存和运输中，必须有严格的安全防护措施。

丙烯腈和水、苯、四氯化碳、甲醇、异丙醇等会成二元共沸混合物，和水的共沸点为71℃，共沸点中丙烯腈的含量为88%（质量），在有苯乙烯存在下，还能形成丙烯腈—苯乙

烯—水三元共沸混合物。丙烯腈的主要物理性质见表1-2 。

表1-1 丙烯腈与水的相互溶解度

温度/℃水在丙烯腈中的溶解度（质量）/% 丙烯腈在水中的溶解度（质量）/%

0 2.10 7.15

10 2.55 7.17

20 3.08 7.30

30 3.82 7.51

40 4.85 7.90

50 6.15 8.41

60 7.65 9.10

70 9.21 9.90

80 10.95 11.10

表1-2 丙烯腈的主要物理性质

1.1.2 丙烯腈的化学性质及应用 剂 MEHQ ）、对苯二酚、氯化亚铜和胺类化合物等。除自聚外，丙

烯腈还能与苯乙烯、丁二 烯、乙酸乙烯、氯乙烯、丙烯酰胺等中的一种或几种发生共聚反应，由此可制得合成纤维、 塑料、 涂料和粘合剂等。 丙烯腈经电解加氢偶联反应可以制得已二腈。 氰基反应包括水合反 应、水解反应、醇解反应等，丙烯腈和水在铜催化剂存在下，可以水合制取丙烯酰胺。

氰乙基化反应是丙烯腈与醇、硫醇、胺、氨、酰胺、醛、酮等反应；丙烯腈和醇反应可 制取烷氧基丙胺，烷氧基丙胺是液体染料的分散剂、抗静电剂、纤维处理剂、表面活性剂、 医药等的原料。丙烯腈与氨反应可制得 1 ，3 丙二

胺，该产物可用作纺织溶剂、聚氨酯溶剂 和催化剂。

丙烯腈主要用来生产 ABS 树脂，丙烯酰胺、丙烯酸纤维、己二睛和苯乙烯

- 己二睛树

脂等，目前国内供不应求，每年需大量进口来满足市场需求， 2000 年进口量超过 150kt 。

1.2 丙烯腈的生产状况

1.2.1世界丙烯腈生产与消费概况 全世界丙烯腈的生产主要集中在美国、西欧和日本等国家和地

区。全世界 1999 年丙烯 腈总生产能力为， 523.3 万 t （见表 1-3） 。美国、日、西欧丙烯腈生产能力合计为 357 万

t ，

占世界总能力的 66.9％。1999 年世界丙烯腈需求量为 480 万 t ，产量 470 万 t 。 预计到 2000 年，世界丙烯腈总生产能力将达到

585 万 t ，产量及消费量将达到 507 万 t 。其中用于腈纶

的消费量为 275万 t ，用于 ABS 、AS 为126万 t ，其它 106万t （见表 1-4） 。今年台塑公司 4 月和年末各有 10 万 t/a 装置投产、美国 Solutia 公司 8 月 25 万 t/a 装置建成，还会增加 45 万 t 生产能力。 2000 年是日本旭化成、三菱化学和韩国东西石油化学、泰光产业等公司的 定期检修年，这会缓和对新增能力投产的冲击。

表 1-3 1999 年世界丙烯腈生产能力 （万 t/a ）

丙烯腈分子中含有双键及氰基（ -CN 水解、醇解、腈基及氢乙基化等反应。

聚合反应和加成反应都发生在丙烯腈的

合，所以在丙烯腈成品及丙烯腈生产过程中，

），其化学性质非常活泼，可以发生加成、聚合、

C=C 双键上， 纯丙烯腈在光的作用下能自行聚

通常要加少量阻聚剂，如对苯酚甲基醚（阻聚

表1-4 世界丙烯腈消费结构（万t）

1.2.2 国内生产概况

我国内烯腈生产起步于1968 年。八十年代开始，我国丙烯腈工业发展很快，从国外引进技术目前正在运行的生产装置有9 套（包括中国台湾省） , 总生产能力为58.8 万t ，加上采

用国内技术的生产装置，总生产能力为59.3 万t。正在计划建设的生产装置有上海石化公司25 万t／a，金陵石化公司6.6 万t／a。另外，有不少装置也准备将其生产能力扩大。到2000 年，我国丙烯腈总生产能力可达80 多万t，其中中国大陆丙烯腈生产能力可达42 万～45

万t/a ，台湾省丙烯脂生产能力为38 万t/a 。这样，我国2000 年丙烯腈总生产能力将居世界第二位，而仅次于美国。我国丙烯腈生产能力。见表1-5 。

表1-5 我国丙烯腈生产能力（万t/a）

1.3 我国丙烯腈发展方向 1.4 丙烯氨氧化的原理 1.4.1 化学反应

在工业生产条件下 ,丙烯氨氧化反应是一个非均相催化氧化反应

3

CH 3CH CH 2 NH 3

O 2

CH 2 CHCN 3H 2O

H

512. 5kJ / mol

与此同时 ,在催化剂表面还发生如下一系列主要的副反应。 ( 1)生成乙腈 (ACN)：

33 CH 3CH CH 2 NH 3 O 2 22

H 362. 3kJ / mol

( 2)生成氢氰酸 (HCN)。

CH 3CH CH 2 3NH 3 3O 2

H

315. 5kJ / mol

(3) 生成丙烯醛。

CH 3CH CH 2 O 2

H

353. 1kJ / mol

(4) 生成二氧化碳。

9

CH 3CH CH 2

O 2 3CO 2 3H 2O

H

641kJ / mol

上述副反应中 ,生成乙腈和氢氰酸的反应是主要的。 CO2、CO 和 H2O 可以由丙烯直接氧化得到 ,也可以由丙烯腈、乙腈等再次氧化得到。 除上述副反应外 ,还有生成微量丙酮、丙腈、丙烯酸和乙酸等副反应。

1.4.2 催化剂 丙烯氨氧化所采用的催化剂主要有两类 ,即 Mo 系和 Sb 系

催化剂。

3

CH 3CN 3H 2O

3HCN 6H 2O

CH 2 CHCHO H 2O