天產(chǎn)500kg的β-苯乙醇的流程設計說明書--畢業(yè)論文設計

《過程分析和合成》大作業(yè)——天產(chǎn)500kg的β-苯乙醇的流程設計姓名：陳書攀祥學號：20110901111班級：化工1101文獻綜述1.1摘要摘要：β-苯乙醇是一種有廣泛用途的香味物質(zhì)，在食品、化妝品、煙草和日化用品中添加β-苯乙醇對其他香氣成分有增效作用。參考異戊烯制備叔戊醇的工藝條件，應用aspen模擬得到合理的β-苯乙醇工藝的工藝參數(shù)。關鍵詞：β-苯乙醇；Aspenplus模擬。1.2引言β-苯乙醇是一種有廣泛用途的香味物質(zhì),，在食品、化妝品、煙草和日化用品中添加β-苯乙醇對其他香氣成分有增效作用。β-苯乙醇一苯乙醇是玫瑰香型香氣的基本組分，并且它還具有協(xié)合及增效作用，也是丁香、橙花、依蘭、風信子、鈴蘭等多種香型配方的基底成分，因此它的應用很廣泛。β-苯乙醇的生產(chǎn)方法可分為3種：生物資源提取法，化學合成法，微生物轉(zhuǎn)化法。生物資源提純法無法大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，難以滿足市場需求，至少有超過80%的β-苯乙醇是通過化學合成法制得的。苯-環(huán)氧乙烷合成法制得的產(chǎn)品約占40%，氧化苯乙烯加氫法制得的產(chǎn)品占60%。本文主要介紹苯乙烯水合制得β-苯乙醇工藝，該方法有節(jié)約能量和物料的優(yōu)點，但還在研究當中，沒有工業(yè)化。苯-環(huán)氧乙烷合成法:氧化苯乙烯加氫法:苯乙烯水合法：苯乙烯水合法的原料是苯乙烯和水，原料來源豐富，且原子利用率為100%。因此苯乙烯水合法是一個研究制備β-苯乙醇的新方法，有很大的開發(fā)前景。想要得到更多的β-苯乙醇，副產(chǎn)α-苯乙醇是遵循反馬氏規(guī)則的，但是相較于馬氏規(guī)則更難。醇合成是化學和制藥工業(yè)的關鍵。在水中加入烯烴以形成伯醇（反馬氏烯烴水合）將是一個廣泛有用的反應，但在很大程度上證明難以捉摸；間接硼氫化/氧化序列需要化學計量硼烷和氧化劑，但是目前最實用的方法。在文獻報告中使用三重接力催化系統(tǒng)這種更直接的方法，配合鈀催化氧化，酸催化的水解，和釕催化還原循環(huán)。芳基取代烯烴終端被轉(zhuǎn)換成凈伯醇，它與水以良好的收率和優(yōu)良的區(qū)域選擇性反應。與此相反，以反馬氏烯烴氫胺化和炔水合，兩個密切相關的反應，非常有限的成功有也已經(jīng)實現(xiàn)對反馬氏烯烴水合（圖1）。在1986年，據(jù)報道trans-PtHCl（PMe3）2（Me，甲基）是能夠催化的1-己烯水合到1-己醇；遺憾的是，這項工作是難以再現(xiàn)?？煽康膯尾酱呋瘏f(xié)議目前僅限于某些激活類的烯烴。在該文獻中，描述了一個有效的方法用于從非活性端烯烴直接合成伯醇（定義為反邁克爾反應受體），使用三重接力催化系統(tǒng)，作為烯烴水合催化反馬氏的理想系統(tǒng)的進展。對反馬氏烯烴水合的策略是基于兩催化劑合作涉及的氧化循環(huán)體系，再用還原循環(huán)（圖2）。Wacker氧化的研究已經(jīng)證實：鈀II鹽如加入PdCl2（X=Cl）的能氧化在烯烴水存在下，以產(chǎn)生羰基化合物，酸（鹽酸）和氫化物的鈀（H-鈀-Cl）。先例也為某些金屬存在氫化物（M-H;M=釕，銥，鐵，鎳，鉑等）來隨時降低羰基化合物，而在工藝形成過程中，通過酸（HX）質(zhì)子化形成金屬醇鹽，得到醇和金屬鹽（M-X）。原則上，這兩種已知的方法可以被組合通過從鈀氫化物轉(zhuǎn)移至M，其中的羰基化合物和所產(chǎn)生的酸從氧化循環(huán)構(gòu)成的反應物在還原循環(huán)，提供一種簡便的催化方法用于烯烴水合。這一戰(zhàn)略的成功依賴于三個條件：第一，烯烴的氧化，必須是有選擇性的醛產(chǎn)品，為一般Wacker氧化提供甲基酮（馬氏加成）。第二，該氧化周期必須兼容還原循環(huán)。第三，遷移氫在鈀到M應該是輕便。在這種工作中，我們著眼于解決所面臨兩個周期的反馬氏選擇性和兼容性挑戰(zhàn)；因此，我們開發(fā)了一個修改催化體系，其中加入兩種氧化劑和還原劑改過兩個單獨的催化劑（圖2）。在這個修改后的系統(tǒng)成功提供關鍵關于理想系統(tǒng)的可行性的信息。圖1圖2二、工藝介紹該工藝主產(chǎn)物產(chǎn)能22kg/hr，每天工作22hr，即產(chǎn)能484kg/天2.1苯乙烯水合法該工藝目前還沒有付諸實際使用，只是處于試驗階段，在國內(nèi)此項研究還未可見，但現(xiàn)在已有一些國外的文獻公布了該項工藝的的反應溫度、壓力、催化劑以及反應器等方面的研究?？梢灶A計該項工藝有綠色、環(huán)保等優(yōu)點，原子利用率百分之百，溫度壓力適宜?？梢姡朔椒ń?jīng)濟效率高。2.2原料水苯乙烯（Styrene，C8H8，又名乙烯基苯）項目內(nèi)容沸點146℃分子量104.15應用用于制聚苯乙烯、合成橡膠、離子交換樹脂等。自燃溫度490℃分子結(jié)構(gòu)主要性質(zhì)不溶于水，溶于乙醇、乙醚中，暴露于空氣中逐漸發(fā)生聚合及氧化。工業(yè)上是合成樹脂、離子交換樹脂及合成橡膠等的重要單體。提純保存苯乙烯中主要的阻聚劑是對苯二酚，可以通過減壓蒸餾除去。先用10%NaOH洗一到兩次，再用水洗直至檢測到水為中性，用無水硫酸鎂干燥一夜，過濾以后再減壓蒸餾。用水泵一直抽，溫度大約為68-70度。純的苯乙烯是無色液體，如果聚了會變成淡黃色，并且液體黏度也會變大，所以需要低溫保存。危險性健康危害：對眼和上呼吸道粘膜有刺激和麻醉作用。急性中毒：高濃度時，立即引起眼及上呼吸道粘膜的刺激，出現(xiàn)眼痛、流淚、流涕、噴嚏、咽痛、咳嗽等，繼之頭痛、頭暈、惡心、嘔吐、全身乏力等；嚴重者可有眩暈、步態(tài)蹣跚。眼部受苯乙烯液體污染時，可致灼傷。慢性影響：常見神經(jīng)衰弱綜合癥，有頭痛、乏力、惡心、食欲減退、腹脹、憂郁、健忘、指顫等。對呼吸道有刺激作用，長期接觸有時引起阻塞性肺部病變。皮膚粗糙、皸裂和增厚。

環(huán)境危害：對環(huán)境有嚴重危害，對水體、土壤和大氣可造成污染。燃爆危險：本品易燃，為可疑致癌物，具刺激性。急救措施皮膚接觸：脫去污染的衣著，用肥皂水和清水徹底沖洗皮膚。眼睛接觸：立即提起眼瞼，用大量流動清水或生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘。就醫(yī)。吸入：迅速脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立即進行人工呼吸。就醫(yī)。食入：飲足量溫水，催吐。就醫(yī)。消防措施危險特性：其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱或與氧化劑接觸，有引起燃燒爆炸的危險。遇酸性催化劑如路易斯催化劑、齊格勒催化劑、硫酸、氯化鐵、氯化鋁等都能產(chǎn)生猛烈聚合，放出大量熱量。其蒸氣比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇火源會著火回燃。有害燃燒產(chǎn)物：一氧化碳、二氧化碳。滅火方法：盡可能將容器從火場移至空曠處。噴水保持火場容器冷卻，直至滅火結(jié)束。滅火劑：泡沫、干粉、二氧化碳、砂土。用水滅火無效。遇大火，消防人員須在有防護掩蔽處操作。泄漏應急處理應急處理：迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至安全區(qū)，并進行隔離，嚴格限制出入。切斷火源。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿防毒服。盡可能切斷泄漏源。防止流入下水道、排洪溝等限制性空間。小量泄漏：用活性炭或其它惰性材料吸收。也可以用不燃性分散劑制成的乳液刷洗，洗液稀釋后放入廢水系統(tǒng)。大量泄漏：構(gòu)筑圍堤或挖坑收容。用泡沫覆蓋，降低蒸氣災害。用防爆泵轉(zhuǎn)移至槽車或?qū)Ｓ檬占鲀?nèi)，回收或運至廢物處理場所處置。操作注意事項密閉操作，加強通風。操作人員必須經(jīng)過專門培訓，嚴格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴過濾式防毒面具（半面罩），戴化學安全防護眼鏡，穿防毒物滲透工作服，戴橡膠耐油手套。遠離火種、熱源，工作場所嚴禁吸煙。使用防爆型的通風系統(tǒng)和設備。防止蒸氣泄漏到工作場所空氣中。避免與氧化劑、酸類接觸。灌裝時應控制流速，且有接地裝置，防止靜電積聚。搬運時要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。配備相應品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應急處理設備。倒空的容器可能殘留有害物。儲存注意事項通常商品加有阻聚劑。儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不宜超過30℃。包裝要求密封，不可與空氣接觸。應與氧化劑、酸類分開存放，切忌混儲。不宜大量儲存或久存。采用防爆型照明、通風設施。禁止使用易產(chǎn)生火花的機械設備和工具。儲區(qū)應備有泄漏應急處理設備和合適的收容材料。由于文獻不足，根據(jù)水和異戊烯中的烯烴與水原料比推到苯乙烯：水=1:3。水與C5餾分中異戊烯的比例對反應結(jié)果的影響列于表2-1。表2-1水與異戊烯的比例對水合反應的影響n水：n異戊烯異戊烯轉(zhuǎn)化率/%叔戊醇選擇性//%1:125.592.33:140.489.95:145.890.27:145.092.02.3催化劑根據(jù)GuangbinDong,PeiliTeo,ZacharyK.Wickens,RobertH.Grubbs等人員的論文《PrimaryAlcoholsfromTerminalOlefins:FormalAnti-MarkovnikovHydrationviaTripleRelayCatalysis》，我們利用以下催化劑體系：Shvo’scatalyst(10mol%)PdCl2(CH3CN)2(10mol%)CuCl2(20mol%),BQ(80mol%)i-PrOH/t-BuOH(1:2)2.4反應溫度和壓力由于文獻不足，根據(jù)水和異戊烯的反應溫度推到苯乙烯水合反應溫度為80℃左右，反應溫度對C5餾分水合反應的影響列于表2-2，但根據(jù)文獻，苯乙烯水合溫度我們選擇85℃；根據(jù)水和異戊烯的反應壓力推到苯乙烯水合反應壓力0.4MPa，反應壓力對C5餾分水合的影響見表2-3。表2-2反應溫度對C5餾分水合反應的影響反應溫度/℃異戊烯轉(zhuǎn)化率/%叔戊醇選擇性/%6037.195.47050.892.18042.390.19037.889.6表2-3反應壓力對C5餾分水合反應的影響反應壓力/MPa異戊烯轉(zhuǎn)化率/%叔戊醇選擇性/%0.4~0.624861.3~1.626882.1~2.42587.72.5選擇性和轉(zhuǎn)化率各條件見表2-4。表2-4工藝條件β-苯乙醇轉(zhuǎn)化率57.706%α-苯乙醇轉(zhuǎn)化率3.294%β-苯乙醇選擇性94.6%總轉(zhuǎn)化率61%2.6工藝路線模擬詳述AspenPlus模擬流程圖見圖2-1。圖2-1首先，原料苯乙烯和水混合進料，再加熱到70℃后，利用轉(zhuǎn)化率反應器進行模擬反應，因為原料中水和苯乙烯進料比是3:1，產(chǎn)物利用兩個篩板塔和一個氣液分離器將循環(huán)物料和產(chǎn)品分離出來。T101——將苯乙醇混合物分離，塔頂?shù)臍埩舯揭蚁┖退脷庖悍蛛x裝置分離并循環(huán)；T102——將苯乙醇異構(gòu)混合物分離，得到純凈的主產(chǎn)物β-苯乙醇和副產(chǎn)物α-苯乙醇，純度都達到99.9%以上。三、優(yōu)化模擬過程與操作參數(shù)3.1T102優(yōu)化模擬本模擬項目涉及的塔都是經(jīng)過優(yōu)化所得到的結(jié)果，其中以T102靈敏度分析為例。3.1.1D/F對產(chǎn)品純度的影響：取D/F為0.0塔板數(shù)對產(chǎn)品純度的影響：選取塔板數(shù)為66塊板。3.1.3進料板位置對產(chǎn)品純度的影響：選取第31塊板為進料板。3.2各塔操作參數(shù)總結(jié)塔號位號操作壓力(bar)塔頂溫度(℃)塔釜溫度(℃)塔板數(shù)(塊)回流比進料板苯乙醇回收塔T101170.5217.480.01184主副產(chǎn)物分離塔T1020.0294.4107.66626.2313.3產(chǎn)物β-苯乙醇、α-苯乙醇項目β-苯乙醇α-苯乙醇沸點219.5℃203.4℃分子量122.17應用因具有柔和、愉快而持久的玫瑰香氣而廣泛用于各種食用香精和煙用香精中，是配制玫瑰香型食品添加劑，玫瑰香型香精主要原料。熔點-27℃20℃分子結(jié)構(gòu)主要性質(zhì)易溶于醇,醚,不溶于水苯乙醇是香料用芳香化合物中較為重要和應用廣泛的一種食用香料，因它具有柔和、愉快而持久的玫瑰香氣而廣泛用于各種食用香精和煙用香精中。提純保存與氧化試劑和蛋白質(zhì)如血清有配伍禁忌。聚山梨酯能引起苯乙醇部分失活，但活性降低作用次于羥苯酯類與聚山梨酯類的抗微生物活性降低。危險性健康危害：吸入、攝入或經(jīng)皮膚吸收后對身體有害。對眼睛、皮膚、粘膜和呼吸道有強烈刺激作用。接觸后可引起頭痛、頭暈、惡心、嘔吐、咳嗽、氣短等。環(huán)境危害：對環(huán)境有危害，對水體可造成污染。燃爆危險：苯乙醇可燃，有毒，具刺激性。防護措施工程控制：嚴加密閉，提供充分的局部排風。呼吸系統(tǒng)防護：空氣中濃度超標時，必須佩戴自吸過濾式防毒面具（全面罩）。緊急事態(tài)搶救或撤離時，應該佩戴空氣呼吸器。眼睛防護：呼吸系統(tǒng)防護中已作防護。身體防護：穿防毒物滲透工作服。手防護：戴橡膠手套。其他防護：工作現(xiàn)場禁止吸煙、進食和飲水。工作完畢，淋浴更衣。保持良好的衛(wèi)生習慣。急救措施皮膚接觸：立即脫去污染的衣著，用大量流動清水沖洗。就醫(yī)。眼睛接觸：立即提起眼瞼，用大量流動清水或生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘。就醫(yī)。吸入：迅速脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立即進行人工呼吸。就醫(yī)。食入：用水漱口，給飲牛奶或蛋清。就醫(yī)。消防措施有害燃燒產(chǎn)物：一氧化碳、二氧化碳。滅火方法：消防人員必須佩戴過濾式防毒面具(全面罩)或隔離式呼吸器、穿全身防火防毒服，在上風向滅火。盡可能將容器從火場移至空曠處。噴水保持火場容器冷卻，直至滅火結(jié)束。處在火場中的容器若已變色或從安全泄壓裝置中產(chǎn)生聲音，必須馬上撤離。滅火劑：霧狀水、泡沫、干粉、二氧化碳、砂土。泄漏應急處理應急處理：迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至安全區(qū)，并進行隔離，嚴格限制出入。切斷火源。建議應急處理人員戴自給式呼吸器，穿防毒服。不要直接接觸泄漏物。盡可能切斷泄漏源。防止流入下水道、排洪溝等限制性空間。小量泄漏：用砂土、蛭石或其它惰性材料吸收。大量泄漏：構(gòu)筑圍堤或挖坑收容。用泵轉(zhuǎn)移至槽車或?qū)Ｓ檬占鲀?nèi)，回收或運至廢物處理場所處置。操作處置與儲存操作注意事項：密閉操作，提供充分的局部排風。防止蒸氣泄漏到工作場所空氣中。操作人員必須經(jīng)過專門培訓，嚴格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴自吸過濾式防毒面具（全面罩），穿防毒物滲透工作服，戴橡膠手套。遠離火種、熱源，工作場所嚴禁吸煙。使用防爆型的通風系統(tǒng)和設備。在清除液體和蒸氣前不能進行焊接、切割等作業(yè)。避免產(chǎn)生煙霧。避免與氧化劑、酸類接觸。配備相應品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應急處理設備。倒空的容器可能殘留有害物。儲存注意事項：儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。防止陽光直射。保持容器密封。應與氧化劑、酸類、食用化學品分開存放，切忌混儲。配備相應品種和數(shù)量的消防器材。儲區(qū)應備有泄漏應急處理設備和合適的收容材料。3.4產(chǎn)品規(guī)格產(chǎn)品名稱試驗方法規(guī)格級別產(chǎn)量（kg/hr）α-苯乙醇——≥99.9%優(yōu)等品1.230β-苯乙醇——≥99.9%優(yōu)等品22.002物料衡算表4.1主要單元設備物料衡算1.反應器R101苯乙醇回收塔—T1013.主副產(chǎn)品分離塔—T1024.流程總物料衡算參考文獻[1]石英華.β一苯乙醇的制備與精制[J]．香料香精化妝品，1994(2):39-41[2]趙修報,唐育岐,劉天明.

β-苯乙醇的研究進展[J].中國釀造.2011(08)[3]呂紹潔,邱發(fā)禮.

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