畢業設計題 目 ： 年產4200噸環氧氯丙烷車間氯丙烯合成工段工藝設計
指導教師 ： 本站
院 系： 科亞學院
專業班級 ： 科化工0401班
學 號：
姓 名：
日 期： 2008年 3月 7日
1、環氧氯丙烷的物理、化學性質
環氧氯丙烷(EC)英文名：3-Chloro-1，2-epoxypropane;Epichlorohydrin。 分子式：C3H5ClO ，分子量：92.52 ， 熔點-25.6℃，沸點117.9℃，相對密度(水=1)：1.18(20℃)，相對密度(空氣=1): 3.29 ，飽和蒸汽壓 (kPa)：1.8(20℃) ，自燃點415 ℃，折射率(nD20)1。438。 微溶於水，可混溶於醇、醚、4氯化碳、苯。無色油狀液體，有氯仿樣刺激氣味。用於制環氧樹脂，也是1種含氧物質的穩定劑和化學中間體 易燃其蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，遇明火、高溫能引起分解爆炸和燃燒。若遇高熱可發生劇烈分解，引起容器破裂或爆炸事故。
2、環氧氯丙烷的生產原料及主要產品
環氧氯丙烷是1種重要的有機化工原料和精細化工產品，用途10分廣泛。以它爲原料製得的環氧樹脂具有粘結性強，耐化學介質腐蝕、收縮率低、化學穩定性好、抗衝擊強度高以及介電性能優異等特點，在塗料、膠粘劑、增強材料、澆鑄材料和電子層壓制品等行業具有廣泛的應用。此外，環氧氯丙烷還可用於合成甘油、甘油炸藥、玻璃鋼、電絕緣品、表面活性劑、醫藥、農藥、塗料、膠料、離子交換樹脂、增塑劑、(縮)水甘油衍生物、氯醇橡膠等多種產品，用作纖維素酯、樹脂、纖維素醚的溶劑，用於生產化學穩定劑、化工染料和水處理劑等。
1原料：丙烯
丙烯的化學結構式：CH2=CHCH2OH 。物理性質:：無色透明液體，熔點：-129，沸點：97。1，閃點：28，密度(20)：0。854，折光率：1。4135。。
用途:：丙烯醇是醫藥，農藥和香料的中間體。主要的衍生物及其用途爲:用於合成環氧氯丙烷、甘油、1，4-丁2醇以及烯丙基酮，生產增塑劑和工程塑料等重要有機合成原料。此外，其碳酸鹽可以做光學樹脂、安全玻璃和顯示屏，其醚可以做聚合物的增黏劑等。
2主要產品：環氧樹脂
目前我國的環氧氯丙烷主要用於生產環氧樹脂，其消費比例爲環氧樹脂佔85%，合成甘油佔7%，氯醇橡膠佔2%，其他如溶劑、穩定劑、表面活性劑、阻燃劑、油田化學品、水處理劑等佔6%
3、環氧氯丙烷工藝生產方法及選擇
目前，工業上環氧氯丙烷的生產方法主要有丙烯高溫氯化法和乙酸丙烯酯法兩種。
丙烯高溫氯化法是工業上生產環氧氯丙烷的經典方法，由美國Shell公司於1948年首次開發成功並應用於工業化生產。目前，世界上90%以上的環氧氯丙烷採用此法進行生產。其工藝過程主要包括丙烯高溫氯化制氯丙烯，氯丙烯與次氯酸化合成2氯丙醇，2氯丙醇皂化合成環氧氯丙烷3個反應單元。
4、 工藝流程敘述
(1)丙烯高溫氯化法：
(1)丙烯高溫氯化制氯丙烯
丙烯與氯氣經乾燥、預熱後以摩爾比4～5:1混合進入高溫氯化反應器，短時間(約3 s)內進行反應，生成氯丙烯和氯化氫氣體。精製後得氯丙烯產品，同時副產D-D混劑(1，2-2氯丙烷和1，3-2氯丙烯)，氯化氫氣體經水吸收後得到工業鹽酸。
CH2=CHCH2 + Cl2 →CH2=CHCH2Cl +HCl
(2)氯丙烯次氯酸化合成2氯丙醇
氯氣在水中生成次氯酸(或採用介質叔丁醇和氯氣在NaOH溶液中反應生成叔丁基次氯酸鹽，該鹽水解生成次氯酸，叔丁醇循環使用)，次氯酸與氯丙烯反應生成2氯丙醇(過程中2氯丙醇濃度1般控制在4%左右)。
2CH2=CHCH2Cl +2HOCl→ ClCH2CHClCH2OH + ClCH2CHOHCH2Cl
2，3-2氯丙醇，70%) (1，3-2氯丙醇，30%)
(3)2氯丙醇皂化合成環氧氯丙烷
2氯丙醇水溶液與Ca(OH)2或NaOH反應生成環氧氯丙烷。
(3)2氯丙醇皂化合成環氧氯丙烷
2氯丙醇水溶液與Ca(OH)2或NaOH反應生成環氧氯丙烷。
ClCH2CHClCH2OH + ClCH2CHOHCH2Cl + 1/2 Ca(OH)2→
ClCH2CHClCH2OH + ClCH2CHOHCH2Cl + 1/2 Ca(OH)2→
丙烯高溫氯化法的特點是生產過程靈活，工藝成熟，操作穩定，除了生產環氧氯丙烷外，還可生產甘油、氯丙烯等重要的有機合成中間體，副產D-D混劑(1，3-2氯丙烯和1，2-2氯丙烷)也是合成農藥的重要中間體。缺點是原料氯氣引起的設備腐蝕嚴重，對丙烯純度和反應器的材質要求高，能耗大，氯耗量高，副產物多，產品收率低。生產過程產生的含氯化鈣和有機氯化物污水量大，處理費用高，清焦週期短。
(2)乙酸丙烯酯法
前蘇聯科學院與日本昭和電工均開發了利用乙酸丙烯酯爲原料生產環氧氯丙烷的生產工藝。前蘇聯是採用先氯化後水解工藝，昭和電工則採用先水解後氯化工藝。其工藝過程主要包括合成乙酸丙烯酯，乙酸丙烯酯水解制烯丙醇，合成2氯丙醇以及2氯丙醇皂化生成環氧氯丙烷4個反應單元。
(1)在鈀和助催化劑作用下，丙烯與氧在溫度160～180 ℃、壓力0。5～1。0 MPa，乙酸存在下反應生成乙酸丙烯酯。
CH2=CHCH2+ 1/2O2 + CH3COOH→ CH2=CHCH2OCOCH3 +H2O
(2)在溫度60～80 ℃、壓力0。1～1。0 MPa下，以強酸性陽離子交換樹脂爲催化劑，乙酸丙烯酯經水解反應生成烯丙醇。
CH2=CHCH2OCOCH3 +H2O→ CH2=CHCH2OH +CH3COOH
(3)在溫度0～10 ℃，壓力0。1～0。3 MPa條件下，烯丙醇與氯通過加成反應生成2氯丙醇。
CH2=CHCH2OH + Cl2→ CH2ClCHClCH2OH
(4)2氯丙醇與氫氧化鈣發生皂化反應生成環氧氯丙烷。
CH2ClCHClCH2OH+ 1/2Ca(OH)2→ CH2— CHCH2Cl + 1/2CaCl2 +H2O
與傳統的丙烯高溫氯化法相比較，乙酸丙烯酯法具有以下優點：(1)避免了高溫氯化反應，反應條件溫和，易於控制，不結焦、操作穩定，丙烯、氫氧化鈣和氯氣的用量大大減少，反應副產物和含氯化鈣廢水的排放量也大大減少。(2)開發了丙烯醇的氯化加成反應系統，成功地將氧引入環氧化物中，首次實現了由氧氧化代替氯氧化的技術，減少了醚化副反應，提高了系統的收率。(3)工藝過程無副產鹽酸產生。(4)可以較容易獲得目前技術還不能得到的高純度烯丙醇。主要缺點是工藝流程長，催化劑壽命短，投資費用相對較高。
丙烯高溫氯化法和乙酸丙烯酯法各有優缺點，其主要技術指標比較見表1。
表1 高溫氯化法與乙酸丙烯酯法的'主要技術指標比較
名稱
高溫氯化法
乙酸丙烯酯法
原料消耗(以100%計)/t·t-1
丙烯
0。66
氯氣
2。10
0。89
氫氧化鈣
1。12
0。65
乙酸
0。03
氧氣
0。316
能耗
高
較低
3廢排放量
多
較少
ECH收率，%
70～75
90
開工率，%
70
85
產品成本，%
1。14
1
3廢治理佔總投資，%
15～20
<10
設備維修佔總投資，%
5
1～2
表2 國外環氧氯丙烷的主要生產廠家情況 (kt/a)