滁州学院本科毕业设计开题报告(化学工程与工艺)

滁州学院本科毕业设计（论文）

开题报告表

课题题目年产量1万吨丙烯酸甲酯的生产工艺设计学生姓名X X X

所学专业化学工程与工艺

导师姓名X X X

报告日期2012.03.26

滁州学院教务处制

题目年产量1万吨丙烯酸甲酯的生产工艺设计

指

导

小

组

姓名专业技术职务或职称签字

研究现状研究现状:精细化工是生产精细化学品的化工行业[1]，主要包括医药、染

料、农药、涂料、表面活性剂、催化剂，助剂和化学试剂等传统的化工部门，也包括食品添加剂、饲料添加剂、油田化学品、电子工业用化学品、皮革化学品、功能高分子材料和生命科学用材料等近20年来逐渐发展起来的新领域。

21世纪精细化工的发展趋势。自从20世纪90年代后期以来，我国决定加大在能源、信息、生物、材料等高新技术领域的投资力度，化工作为传统产业没有被列入国家优先发展的行列，而被有的人归于夕阳工业。但事实并非如此，特别是我们精细化工，由于它在国民经济中的特殊地位，由于它和能源、信息、生物化工以及材料学科之间的紧密联系，它在我国现代化建设中的作用将愈来愈重要，而成为不可替代、不可或缺的关键一环。在这里我充满信心地告诉大家，精细化工在中国、乃至在世界，依然是朝阳工业，前景一片光明。

精细化学品的品种繁多，有无机化合物、有机化合物、聚合物以及它们的复合物。生产技术上所具有的共同特点是：

①品种多、更新快，需要不断进行产品的技术开发和应用开发，所以研究开发费用很大。

②产品质量稳定，对原产品要求纯度高,复配以后不仅要保证物化指标,而且更注意使用性能，经常需要配备多种检测手段进行各种使用试验。这些试验的周期长，装备复杂，不少试验项目涉及人体安全和环境影响。因此，对精细化工产品管理的法规、标准较多。

③精细化工生产过程与一般化工生产不同，它的生产全过程，不仅包括化学合成，而且还包括剂型加工和商品化，由两个部分组成。其中化学合成过程,多从基本化工原料出发,制成中间体，再制成医药、染料、农药、有机颜料、表面活性剂、香料等各种精细化学品。

④大多以间歇方式小批量生产。虽然生产流程较长，但规模小，单元设备投资费用低，需要精密的工程技术。

⑤产品的商品性强，用户竞争激烈，研究和生产单位要具有全面的应用技术，为用户提供技术服务。

选题意义选题意义：丙烯酸甲酯是现代化工重要原料，因其特有的聚合性，可广

泛用于涂料、化纤、纺织、轻工等行业。丙烯酸甲酯下游的相关化工产品有：高吸水性材料、洗涤剂、粘合剂、涂料、涂层、造纸、无纺布、纺织、皮革、塑料、合成纤维、高透明度塑料、高速信息通讯的光导纤维、CD光盘及合成橡胶等[2-3]。

比如以其为原料制成的涂料具有良好的耐候、放水、无毒等性能，制成的油漆耐候性好、色泽优良；丙烯酸甲酯是合成腈纶的重要原料并用于织造过程的上浆、印染、整理等环节；丙烯酸甲酯还被广泛用于生产压敏胶、胶黏剂及皮革化工的鞣制剂、涂饰剂，造纸工业的涂饰剂、浸渍剂。

“合抱之木生于毫末”扎实的基础知识是思维能力的源泉。生产过程中的每个反应、每一种实验现象的获得，都浸透了化学人的辛勤劳动和汗水，有的人为之奋斗一生，甚至献出了生命，这些通过实践总结出来的经验是人类的宝贵财富。“非不欲全，实不全，亦不必全也”这就需要我们站在当今学科发展的前沿，重组基础，去掉那些陈旧过时的内容，提升基础有机化学的起点，增加新的必须掌握的知识。

丙烯酸甲酯的生产过程是近年来国内外重点发展的先进化工技术。

研究内容研究内容：

1．酯化反应原理

丙烯酸与醇的酯化反应是一种生产有机酯的反应。其反应方程式如下：

H+(IER)*

CH2=CHCOOH+CH3OH <==> CH2=CHCOOCH3+H2O

AA MEOH MA

*IER指离子交换树脂

这是一个平衡反应，为使反应有向有利于产品生成的方向进行，采用一些方法，一种方法是用比反应量过量的酸或醇，另一种方法是从反应系统中移除产物。

丙烯酸甲酯的酯化反应在固定床反应器内进行，它是一个可逆反应，本工艺采用酸过量使反应向正方向进行。

反应在如下情况下进行：

温度：75℃(MA)

醇／酸摩尔比：0.75(MA)

由于甲酯易于通过蒸馏的方法从丙烯酸中分离出来，从经济性角度，醇的转化率被设在60％-70％的中等程度。未反应的丙烯酸从精制部分被再次循环回反应器后转化为酯。

用于甲酯单元的离子交换树脂的恶化因素有：金属离子的玷污、焦油性物质的覆盖、氧化、不可撤回的溶涨等。因此，如果催化剂有意被长期使用，这些因素应引起注意。被金属铁离子玷污导致的不可撤回的溶涨应特别注意。

2．丙烯酸回收

丙烯酸回收是利用丙烯酸分馏塔精馏的原理，轻的甲酯、甲醇和水从塔顶

蒸出，重的丙烯酸从塔底排出来[4]。

3．醇萃取及回收

醇萃取塔利用醇易溶于水的物性，用水将甲酯从主物流中萃取出来，同时萃取液夹带了一些甲酯，再经过醇回收塔，经过精馏，大部分水从塔底排出，甲醇和甲酯从塔顶蒸出，返回反应器循环使用。

4．醇拔头

醇拔头塔为精馏塔，利用精馏的原理，将主物流中少部分的醇从塔顶蒸出，含有甲酯和少部分重组分的物流从塔底排出，并进一步分离。

5．酯精制

酯精制塔为精馏塔，利用精馏的原理，将主物流从塔顶蒸出，塔底部分重组分返回丙烯酸分馏塔重新回收。

研究方法研究方法:

1．精细化工的合成方法

从较简单的化合物或单质经化学反应合成有机物的过程。有时也包括从复杂原料降解为较简单化合物的过程[5-6]。由于有机化合物的各种特点，尤其是碳与碳之间以共价键相连，有机合成比较困难，常常要用加热、光照、加催化剂、加有机溶剂甚至加压等反应条件。1828年F.维勒由无机物氰酸铵合成了动物代谢产物尿素，数年之后H.科尔贝又合成了乙酸，从此有机合成化学获得迅速发展。有机合成大致分为两方面：①基本有机合成。包括从煤炭、石油、水和空气等原材料合成重要化学工业原料，如合成纤维、塑料和合成橡胶的原料，溶剂，增塑剂，汽油等，其产量几乎接近于钢铁的数量级。②精细有机合成。包括从较简单的原料合成较复杂分子的化合物，如化学试剂、医药、农药、染料、香料和洗涤剂等。20世纪70年代以后，有机合成的新领域迅速发展，如一些有一定立体构象的天然复杂分子的合成，一些新的理论和方法如反应机理、构象分析、光化学,各种物理方法分析手段的应用等方面的进展，尤其是分子轨道对称守恒原理的提出，对有机合成化学起着极大的推动作用。

现代有机合成方法与技术，包括有机过渡金属化合物在有机合成中的应用、元素有机化合物在有机合成中的应用、不对称合成、反合成法有机合成控制方法与策略、有机电化学合成、有机光化学合成等方法，以及微波辐照有机合成、有机声化学合成、等离子体有机合成、超临界有机合成、固相合成、组合合成、一锅合成、相转移催化反等有机合成新技术；同时还包括绿色化学、原子经济性和绿色合成等有机合成新概念的提出[7]。

2.酯化反应类型

（1）费歇尔酯化反应

酯化反应一般是可逆反应。传统的酯化技术是用酸和醇在酸（常为浓硫酸）催化下加热回流反应。这个反应也称作费歇尔酯化反应。浓硫酸的作用是催化剂和失水剂，它可以将羧酸的羰基质子化，增强羰基碳的亲电性，使反应速率加快；也可以除去反应的副产物水，提高酯的产率。