（化学工程专业论文）1500吨年异丙胺分离精制工程设计.pdf

摘要 异丙胺是一种重要的有机合成中间体，被广泛地用于医药、农药等方面。长 期以来，我国在异丙胺的生产方面主要采用丙酮合成路线，这种生产方法存在着 生产技术落后，规模小、产品质量差等问题，不能满足国内市场对异丙胺的需求。 目前，虽然引进比较先进的技术，国内异丙胺的产量也仅仅达到4 0 0 0 t y a 左右， 每年仍需进口方可保持供需平衡，所以亟待开发具有先进水平的合成异丙胺的工 艺技术。对于异丙胺的合成，目前较为实际可行的合成方法主要有两种：一种是 丙酮催化加氢氨化法，另一种是异丙醇加氢催化氨化法。这两种工艺路线，各有 优缺点，通过比较，认为采用第二种方法的工艺过程的综台效果更佳。 本文研究了1 5 0 0 t a 异丙胺分离精制的工程设计，本文的第一部分分析了各 种氨化反应的工艺条件对反应的影响，介绍了异丙胺装置、设备及该工艺的技术 路线，同时对催化剂也做了说明，本文的另部分是对该方案的工程设计，在保 证异丙胺产品质量指标的前提下，如何完成1 5 0 0 吨年异丙胺装置的工业化放 大，主要包括反应、分离精制两部分。本文最后研究了该工艺在工程放大中的环 保、安全问题，同时对该工程项目进行经济评估，通过综合评估该项目技术成熟 可靠，工业化后有较高的经济效益，值得进一步推广。 关键字：1 5 0 0 t a 异丙胺工程设计工业放大分离精制 a b s t r a c t i s o p r o p y l a m i n ei s a ni m p o r t a n ti n t e r m e d i a t ef o rc o m p o s i n go r g a n i s m i ti s w i d e l yu s e di nm e d i c i n e ，p e s t i c i d ea n ds oo n i nt h el o n gr u n ，w eh a v em a i n l ya d o p t e d t h ep r o c e s so fa c e t o n e s y n t h e s i si nt h ep r o d u c to fi s o p r o p y l a m i n e t h e r ea r em a n y f a u l t i e si nt h i st e c h n i q u es u c ha st h et e c h n o l o g yb e i n gs t a l e ，t h es c a l es m a l l ，t h e q u a l i t yp o o re t c a n di tc a n tm e e tt h en e e do fi s o p r o p y l a m i n e n o w a d a y sa l t h o u g hw e h a v ei n t r o d u c i n gt h ea d v a n c e dt e c h n i q u e ，t h ep r o d u c to fi s o p r o p y l a m i n eo n l yr e a c h e s 4 0 0 0 t ao rs o t ok e e pt h eb a l a n c eo ft h ed e m a n da n ds u p p l y , c h i n as t i l li m p o r tm u c h o fi te a c hy e a r t h ea d v a n c e dt e c h n o l o g yo fi s o p r o p y l a m i n e s y n t h e s i si sb a d l yn e e d e d i nc h i n an o w a d a y s t o d a yt h e r ea r et w om a i nw a y st op r o d u c ti s o p r o p y l a m i n e ：t h e o n ei s c a t a l y z i n g - h y d r o g e n a t i o n - - a m i n a t i n g o f a c e t o n e ；t h e o t h e ri s h y d r o g e n a t i o n a m i n a t i n g c a t a l y z i n g t h e r ea r eb o t ha d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e si n e a c hw a y t h i sa r t i c l ea d o p t st h el a t t e rw a yc o m p a r i n gt h et w om e t h o d s i nt h i sp a p e rw es t u d yt h ee n g i n e e r i n gd e s i g nt os e p a r a t ea n dr e f i n e15 0 0 f f a i s o p r o p y l a m i n e w es t u d i e dt h ei n f l u e n c e so f t h er e a c t i o n se n g i n e e r i n gc o n d i t i o n so n t h er e a c t i o ni nt h ef i r s tp a r t w eh a v ei n t r o d u c e dt h ed e v i c e su s e di nt h i st e c h n o l o g y a n da n a l y z e dt h i st e c h n o l o g ya n dt h ec a t a l y s tu s e di nt h er e a c t i o n t h es e c o n dp a r ti s a b o u tt h ee n g i n e e r i n gd e s i g no ft h i sw a y , w i t hk e e p i n gt h eq u a l i t yo ft h ep r o d u c t u n d e rc o n t r o lf o rt h ec a p a c i t yo f15 0 0 f f a ，w ed i s c u s s e dh o wt om a g n i f yt h i s t e c h n o l o g yi n v o l v i n gr e a c t i o n & s e p a r a t i n g i nt h el a s tw ei n v e s t i g a t e tt h ep r o t e c t i n g o fe n v i r o n m e n t ，s a f e t yp r o b l e ma n de c o n o m i ce v a l u a t i n gf o rm a g n i f y i n gt h ep r o j e c t t h r o u g ht h eo v e r a l ls t u d nw ec o n s i d e ri tag o o dw a y t op r o d u c ti s o p r o p y l a m i n ea n di t i sw o r t hg e n e r a l i z i n g k e y w o r d s ：15 0 0 t ai s o p r o p y l a n f i n ee n g i n e e r i n gd e s i g n i n d u s t r ye x p a n d i n g s e p a r a t i n ga n dr e f i n i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含获得丞洼太堂或其他教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 学位论文作者签名：王蓖签字日期：二心年f 月i 乙日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞望塞堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权 丞望太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影 印、缩印或扫描等手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：互蓖 签字日期：z 衅f 月i 己，日 导师签名：旋昭 签字日期：1 w y 年1月fl 日 第一章文献综述 1 1 概述 第一章文献综述 异丙胺，包括一异丙胺、二异丙胺和三异丙胺，是具有氨昧的无色易挥发易 燃液体。本文主要介绍异丙胺的生产及分离工艺。异丙胺微溶于水，溶于乙醇、 乙醚或其它有机溶剂。又名2 一氨基丙烷是重要的基本有机合成中间体之一，属 于低碳脂肪胺( c 2 c 8 ) 类产品。它是具有特殊氨味的无色易挥发清亮液体，呈 碱性，用作溶剂、有机合成中间体、乳化剂、表面活性剂、橡胶硫化促进剂。其 熔点1 0 1 2 c ，沸点3 1 7 ，相对密度( 空气= 1 ) 2 0 3 ，闪点一3 2 c ，自燃点4 0 0 ，爆炸极限( v ) 2 o l o 4 ，属易燃物质，建规火灾危险性，分类属甲类。 其危险性是蒸汽与空气形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸。与氧 化剂能发生强烈反应，其蒸汽比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明 火会引起回燃。若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险，有腐蚀性。在 我国主要用于生产农药，例如莠去滓、扑草净、杀草净等三嗪类除草剂和巴丹、 灭草松等。近两年来，随着杀虫剂甲基异柳磷产量的增大和新杀虫剂噻嗪酮的投 产，以及新杀虫剂异菌脲和新除草剂甲基胺草磷等的开发，国内异丙胺的市场需 求量达到7 0 0 0 t a 以上，且仍以较高的增长率增长。其它方面如医药方面异丙胺 可用于生产心得安、茚酚盐酸盐、吲哚心安等，因此，异丙胺具有较好的市场前 景。 我国由于长期以来在合成低碳脂肪胺催化剂及工艺方面均处于落后状态，生 产规模难以扩大，一些生产异丙胺的装置由于技术水平低，产品成本高而纷纷停 产。目前，加上采用引进技术，国内生产异丙胺的产量为4 0 0 0 t a 左右，每年仍 需进口方可供需平衡。亟待开发具有先进水平的合成异丙胺催化剂及工艺技术。 1 2 异丙胺的用途。4 5 6 1 异丙胺是一种脂肪族含氨有机化合物，作为主要的精细化工原料，其用途十 分广泛，主要用作溶剂和有机中间体。 异丙胺是重要的基本有机合成中间体之一，广泛用于合成农药、医药等方面。 进入9 0 年代以来，随着杀虫剂甲基异柳磷产量的增大和新杀虫剂的投产，以及 新杀菌剂异菌脲和新除草剂甲基胺草磷的开发利用，国内对异丙胺的需求越来越 大。长期以来，我国在异丙胺的生产方面主要采用丙酮合成路线，这种生产方法 存在着生产技术落后，规模小、产品质量差等问题，不能满足国内市场对异丙胺 的需求，严重制约了许多基于异丙胺为中间体的下游精细化工产品的开发。 第一章文献综述 1 2 1 农药行业的应用口“9 在农药行业中，用于生产阿特拉津、扑草净、苯达松、草甘膦、异丙胺盐等 除草剂。随着我国农业现代化进程加速，农药工业结构调整步伐加快，除草剂成 为国内农药行业增长较快的品种之一。尽管上述农药在国外已在减少使用，但作 为合成技术成熟的高效常用品种，在我国市场尚处于增长期，而且近年来出口形 势看好，出口量不断增加。预计未来数年内这些农药仍将是我国主要发展的除草 剂品种，需求将不断增加。预计2 0 0 5 年农药行业将消耗异丙胺约8 0 0 0 吨。据统 计，目前国内用于生产除草剂的异丙胺年需求量约5 2 0 0 吨。详见表1 1 。 表卜1生产除草剂名细及年用量 除草剂名称耗用异丙胺量( 吨) 阿特拉津1 8 0 0 噻嗪酮 】5 0 0 扑草净 8 0 0 可草松 5 0 0 甲基异硫磷 6 0 0 其它产品5 0 合计5 2 5 0 1 2 2 医药行业的应用”1 在医药上，异丙胺需求量也大幅增大。目前闺内医药工业的年总量已达1 4 0 0 亿元左右，且将以每年1 0 左右的速度增长。异丙胺是生产新的安、吲哚心安、 肝乐、氯喘等药物的原料。随着国内人口的自然增长和人口老龄化社会的形成， 用异丙胺生产治疗心脏病、肝脏病和哮喘病的药物市场将大幅增长，因而发展潜 力巨大。预计2 0 0 5 年医药行业将需求异丙胺1 5 0 0 吨。其他方面，预计2 0 0 5 年 将需求异丙胺7 0 0 吨。 1 2 3 其他领域的应用。1 随着在国民经济中其它应用领域使用范围的不断拓展，异丙胺产品的开发， 面临着十分广阔的市场。在水处理行业中，可用作硬水处理剂和去垢剂；在橡胶 第一章文献综述 工业中用作硫化促进剂；在轻工、纺织、同化、制革等行业中可用于制造表面活 性荆、纺织助剂、增溶剂、洗涤剂、去垢剂和脱毛剂。因此，异丙胺在国民经济 其它领域中的应用范围的拓展，也为异丙胺产品的开发提供了广阔的市场。 1 3 异丙胺的性质和质量指标 1 3 1 异丙胺的性质“1 ”1 异丙胺的分子式为：c 3 h 9 n ； 分子量为：5 9 1 l ； 结构式为： c h 3 、c 洲。 c h3 异丙胺纯品为无色易挥发的透明液体，具有氨的臭味。熔点一1 0 1 ，相对 密度0 6 9 4 ( 1 5 4 c ) ，折光率1 3 7 7 0 ( 1 5 c ) ，闽点一3 7 。能与水、乙醇、乙 醚、丙酮、苯等混溶。属强碱性。 1 3 2 产品质量指标“3 川 表卜2 异丙胺产品质量指标( 单位：) 指标名称指标( h g t 2 7 2 2 9 5 ) 项目优级品一级品二级品 异丙胺含量 9 9 59 8 89 7 5 二异丙胺含量 01o 40 6 异丙醇含量 0 1 0 20 4 乙腈含量 0 1o 20 3 氢含量 o 0 5o 10 3 水含量 o 3 o 51 o 1 4 异丙胺的生产方法“5 ”3 对于异丙胺，较为实际可行的合成方法通常有丙酮催化加氢氨化和异丙醇加 氢催化氨化两种合成工艺路线。以异丙醇为原料的反应需在氢气中进行，理论上 反应不消耗氢，氢的存在仅是为了活化催化剂。而以丙酮为原料的反应要消耗氢。 第一章文献综述 工业中用作硫化促进剂；在轻工、纺织、日化、制革等行业中可用于制造表面活 性剂、纺织助荆、增溶剂、洗涤剂、去垢剂和脱毛剂。因此，异丙胺在国民经济 其它领域中的应用范围的拓展，也为异丙胺产品的丌发提供了广阔的市场。 1 3 异丙胺的性质和质量指标 1 3 1 异丙胺的性质。1 ”1 异丙胺的分子式为：c 3 h 9 n ； 分子量为：5 9 1 1 ； 结构式为： c | 3 c 洲。 c l ， 异丙胺纯品为无色易挥发的透明液体，具有氨的臭味。熔点一1 0 1 ，相对 密度o 6 9 4 ( 1 5 n 。c ) ，折光率1 3 7 7 0 ( 1 5 ) ，闪点3 7 。能与水、乙醇、乙 醚、丙酮、苯等混溶。属强碱性。 1 3 2 产品质量指标“1 表1 - 2 异丙胺产品质量指标( 单位：) 指标名称指标( h g t 2 7 2 2 9 5 ) 优级品一级品 二级品 项目 异内胺含量 9 959 8 89 7 5 二异丙胺含量 0 10 40 6 异丙醇含量 o 10 20 4 乙腈含量 o 1o 20 3 氨音量 00 50 】0 3 水含鼍 o f 3o 510 1 4 异丙胺的生产方法”5 1 6 1 对于异丙胺，较为实际可行的台成方法通常有丙酮催化加氢氮化和异丙醇加 氢催化氨化两种合成l 艺路线。以异丙醇为原料的反应需在氢气中进行，理论 反应不消耗氢，氢的存在仅是为了活化催化剂。而以丙酮为原料的反应要消耗氢。 反应不消耗氧，氢的存在仅是为了活化催化剂。而以丙酮为原料的反应要消耗氢。 第一章文献综述 综合比较两种方法，各有优点，生产出异丙胺成本估计相差不大，丙酮法综合效 益更好些。我国由于丙酮产量大，因此国内异丙胺装置多采用丙酮法。将丙酮、 氨和氢气以一定比例混合后，在1 5 0 。c 、4 5 m p a 压力下，通过催化剂反应制得异 丙胺。控制原料配比，可调节一异丙胺与二异丙胺的生成量。工业生产一般配比 为丙酮：氨：氢气= l ：2 5 ：1 0 ( 摩尔比) 。增大氨的用量，有利于一异丙胺的生 成；增大丙酮的用量，有利于二异丙胺的生成。按上述原料配比反应后，可获得 质量分数分别为7 5 2 的异丙胺，5 2 的异丙醇，1 4 的丙酮及1 8 的水的 混合物。转化率为9 8 ，异丙胺收率为9 2 ，转化率与收率可维持2 0 0 0 h 不变。 反应采用的催化剂为铬镍合金( 质量分数均为5 0 ) 。反应产物经冷却后进人气 体分离器，回收氢气循环使用。反应物料经氨回收塔回收氨以后，进人一异丙胺 蒸馏塔、二异丙胺蒸馏塔、洗涤塔及三异丙胺洗涤塔，分离出一异丙胺、二异丙 胺和三异丙胺产品。其中，一异丙胺主要用作溶剂和有机中间体，农药工业用于 制造苯达松、扑草净、扑灭净及其它除草剂：医药业用于制造肝乐、心得安盐酸 盐、吲哚心安等：橡胶助剂工业用于制造硫化促进剂：它还可用于制造表面活性 剂、纺织助剂和增溶剂、洗涤剂、去垢剂和脱毛剂；水处理中用作硬水处理剂： 染料工业用作染料中间体。二异丙胺作为精细化学品的中问体，可用于制造医药 ( 如普鲁苯辛) 、农药( 如燕麦敌1 号、2 号及野麦除草剂) 、染料、橡胶促进剂、 矿物浮选剂、洗涤剂、消泡剂、乳化剂、乳胶型地板漆基料及其它表面活性剂产 品。 1 4 1丙酮催化加氢氨化法“7 + ”1 目前国内外丙酮法已研制出使用专利催化剂的新技术。国内外丙酮法制异丙 胺的技术指标比较如表1 3 所示 表卜3 原材料 国内技术 国内原有技术国内新技术 丙酮t1 0 4 51 1 1 】51 0 5 氨t 0 3 4 0 4 50 3 4 氢m 34 8 56 0 04 8 0 催化剂他 2l 丙酮法生产异丙胺产品的工艺为将丙酮、氨和氢气按一定比例混合，在1 5 0 、4 5 m p a 下进行催化加氢氨化反应，制得异丙胺。 第一章文献综述 ( 1 ) 反应方程式 ( c h 3 h c h o h 十n h 3 十h 2 - - ( c h s ) 2 c h n h 2 十h 2 0 ( 2 ) i 艺流程图1 一l 氢氨气体 图卜1 ( 3 ) 工艺流程简介 将原料丙酮用泵打入蒸发器气化后，与经压缩机循环加热的氢氨气体及原料 氢一起进入反应器进行氢氨化反应。反应产物经换热器冷却，进入气液分离器， 气体氢氨分出作为循环气体返回压缩机，液体进入脱氨塔，由塔蒸出的氨循环使 用，釜液进入蒸馏塔，由塔顶取出产品异丙胺。釜液进入汽提塔分离出副产品异 丙醇和二异丙胺，进入副反应器继续进行氢氨化反应转化成异丙胺，与主反应器 的产物一起汇集冷凝，汽提塔釜反应水排人地沟。 ( 4 ) 消耗与成本 每吨异丙胺产品的消耗如下： 无水氨0 3 4 吨 丙酮1 0 5 吨 氨4 8 0 n m 3 催化剂l k g 蒸汽5 吨 电2 9 0 k w 水3 2 0 m 3 f 5 ) 产品质量标准 异丙胺含量9 9 ( 重量) 色泽无色透明 第一章文献综述 相对密度( 2 0 。c ) 丙酮含量 水含量 氨含量 包装 o 6 8 6 o 6 9 4 1 ( 重量) 9 5 ，异丙胺选择性( 单程卜9 5 ，异丙醇单耗：j 0 5 一1 1 吨吨异丙胺，液氨单耗o 3 0 3 5 吨吨异丙胺。氢单耗 4 0 n m 3 吨异 丙胺，催化剂消耗 1 0 克吨异丙胺。 + 主要设备 反应器、氢气压缩机和循环压缩机、蒸馏塔等。 技术特点 第一章文献综述 该工艺具有催化剂活性强、强度高、稳定性好、寿命长；反应空速、转化率 和选择性高；产品质量高；工艺合理、灵活、调整工艺条件，尚可联产二异丙胺 等优点，技术处于国内领先，达到或接近国外先进水平。 + 投资及经济效益 以建设一套1 0 0 0 吨年异丙胺装置计，晃区内投资5 0 0 - - 6 0 0 万元( 按1 9 9 4 年价计，以下同) 。占地面积约1 0 0 0 平方米。产品原料成本6 0 0 0 元吨，工厂 成本9 0 0 0 元吨。售价1 4 0 0 0 旧g ，全年销售额1 4 0 0 万元。全年利税5 0 0 万元。 ( 3 ) 消耗定额 每生产4 5 3 6 公斤无水异丙胺，其主要原料消耗如下： 指标名称规格消耗，公斤 异丙醇工业级5 0 7 l 无水氨工业级 1 4 3 8 氢气( 标况)工业级1 4 2 m 3 1 4 3 工艺路线的比较瞳。州 对于工业生产异丙胺的两条途径：丙酮的催化加氢氨化法和异丙醇的催化加 氢氨化法。采用丙酮为原料的工艺路线，丙酮原料成本较低，反应温度低，但反 应放热量大，反应温度不易控制，副反应多，选择性稍差，且耗氢量大；采用异 丙醇为原料的工艺方法，异丙醇价格稍高，反应温度比丙酮法亦稍高，但反应热 效应小，副反应少，选择性好，催化剂寿命长。综合比较两种方法，各有优点， 两种工艺路线的优劣主要取决于异丙醇和丙酮的市场价值。国外主要采用异丙醇 技术路线，而国内由于丙酮产量大，因此国内异丙胺装置多采用丙酮法。两种方 法的比较见表1 4 表卜4 丙酮路线异丙醇路线 项目 常压法加压法国外国内 反映压力，m p a 常压1 6加压 2 0 反应温度， 】5 0 2 2 01 3 0 1 9 01 7 0 2 3 0 l h s v , h 。00 3 0 0 5 0 1 50 1 70 5 1 o 单程转化率， 9 89 5 选择性， 7 08 59 5 9 5 9 7 原料单耗，价 1 3 9 1 _ 1 1 2 1 0 8 10 5 1 0 8 氢耗，n m 3 t 1 0 2 36 0 0 2 4 4 0 时， 二异丙胺混合馏分集中返回到反应系统，转化掉其中的异丙醇；当二异丙醇纯度 提高到9 0 时，再用液氨去萃取提浓，除去二异丙胺馏分中的水，可获得9 6 纯度的二异丙胺副产品。 现将流程叙述如下： 原料异丙醇由外管网来，经f i q 1 1 7 一计量后，送入异丙醇原料罐r 一1 0 4 a ，b ， 再由原料计量泵b 一1 0 2 a , b ，液氨计量泵b 一1 0 1 a ，b ，按配比将r 1 0 1 a ，b 中的液氨 连续向反应系统送料。 液氨及异丙醇出泵后与循环氢压缩机j 一1 0 1 a , b 来的循环氢去混合器m - 1 0 2 混合后，去反应气换热器h 一1 0 1 与反应器f 1 0 1 底出来的反应产物换热，原料被 预热到1o o o c 进入原料预热器h 一10 2 a ，b ，原料被管外2 0 m p a 过热蒸汽加热， 原料以1 7 5 0 c 的温度( 误差2 0 c ) 进入反应器f 1 0 1 催化剂床层。蒸汽流量由温 控t r c 1 0 7 根据给定反应入口温度自动调节。列管反应器f - 1 0 1 共有巾5 7 列管 9 l 根，内装催化剂6 6 0 公斤，反应器壳程走导热油，通过导热油循环泵b - 1 0 4 a , b 强制循环，使各列管反应温度均匀。反应器入口导热油温度是由导热油电热器 h 1 0 4 的温控自动调节( 比反应温度低5 0 c ) 。水箱冷却器l 1 0 2 一般不通水， 当反应器超温时，为降低循环导热油温度而使用。随着催化剂活性下降，h 1 0 2 a , b 出口温度需逐步提高，每次提高5 0 c 。在反应后期，原料加热温度继续提升受 到加热蒸汽温度限制，使提升困难，反应温度的继续提高可由导热油电热器 h 1 0 4 承担，靠提升壳程导热油温度来提高反应温度。 反应产物从反应器下部出来经h 一1 0 l 回收部分热量后，去反应气冷凝器 l 1 0 1 a ，b ，反应出料被循环水冷却到3 2 0 c ，送入气液分离罐r 1 0 1 ，氢及部分 平衡氨气，异丙胺气体从r 一1 0 9 顶部排出后，返回循环氢缓冲罐r 1 0 1 ，经循环氢 压缩机j 1 0 1 a ，b 升压，与外来补氢汇合去静态混和器m 一1 0 2 。r 一1 0 9 中液相产物 经蒸氨塔进料泵b 1 0 5 a , b 去t - 1 0 l 塔，流量由r 一1 0 9 的液控l r c 1 1 3 和流控 f r c 1 1 4 串调自动调节。 ( 2 ) 精馏部分 异丙胺蒸馏通常采用常压操作，异丙胺沸点低( 3 3 ) ，常压操作时，塔顶 温度一般控制在3 6 3 7 。c ，当环境温度较低时，塔顶冷凝器采用凉水塔循环冷 却水作冷载体冷却；但当环境温度较高时，循环水温高，传热温差小，塔顶冷凝 传热效率明显下降，出现产品冷不下来，相当一部分产品随气相挥发到大气中， 这对产品产量造成了极大浪费，同时带来了单位产品物料消耗高、能耗高等问题。 另一方面，由于环境温度的变化，引起了操作的不稳定。解决这个问题的常用方 第二章流程设计 法是塔顶冷凝器采用冷冻盐水冷却，国内许多低沸点产品蒸馏塔均采用这一方 案。 对于异丙胺这种低沸点的产品，采用加压操作工艺蒸馏分离，是一种节省基 建投资和日常运行费用的好方法，对原有设备基本不需改动，可以带来明显的节 能效益。 利用异丙胺蒸汽压升高沸点就升高的原理，适当提高塔顶操作压力，可使塔 顶冷凝温度升高，提高塔顶冷凝的理论传热温差，从而采用凉水塔循环冷却水代 替冷冻盐水，可大大减少冷冻机的装机容量，较明显地削减了基建投资和日常运 行费用。 鉴于国内在低沸点( 2 0 4 0 c ) 产品塔的蒸馏常用冷冻水来维持常压操作， 我们对加压和常压两种操作所需的投资和运营费用做了比较，对于1 5 0 0 t a 异丙 胺装置，常压操作冰冻机冷量需要8 4 0 k j h 左右，装机容量为9 5 k w 左右，按我 国现行制冷机系列，相当于一台4 a v l 7 型氨压缩机或8 s 1 2 5 a 型氨压缩机；加 压操作冰冻机冷量可减少至9 2 4 k j h 左右，装机容量1 3 k w 左右，按现行制冷机 系列，相当于一台2 a z l 0 型氨压缩机或4 s 7 型氨压缩机，加压操作比常压操作减 少装机容量8 2 k w ，相当于少一台6 w 一1 2 5 a 型氨压缩机，加上制冷机附件如蒸发 器、冷凝器贮氨罐、集油器等，可减少基建投资约2 0 万元仅按氨压缩机电动机 7 5 k w 、搅拌机4 k w 、盐水循环泵电机1 1 k w 、凉水塔循环水泵电机( 含风机) 5 k w 、 电价按0 8 元k w h 计，四个月可减少运营成本0 8 9 5 2 4 x 1 2 = 2 2 万元， 因此，加压操作方案节省投资及运营成本。在环境温度较低时，异丙胺塔顶冷凝 器采用普通循环冷却水即可以保证常压操作，但经过分析，对异丙胺蒸馏采用加 压操作会有以下好处：第一，塔顶冷凝器面积可以减少，节省基建投资和循环水 用量：第二，塔釜重沸器的热负荷减少，热载体需要量减少，操作弹性提高；第 三，塔釜出料的热量可以回收。所以确定采用全年加压操作的方案比较好。异丙 胺蒸馏塔的关键组分为异丙胺、二异丙胺，它们的相对挥发度随操作压力的增高 而减少，这意味同样条件下所需的塔板数增加。加压操作时，釜温从9 1 8 c 升 高至1 1 8 。c 。其总管温度为2 1 0 一2 3 0 ，再沸器面积不变的情况下，理论温差需 加大( 因为实际温差比常压操作下变小了) ，通过提高导热油总管温度即可实现。 但实际上一般再沸器设计时，面积富裕度很大，只需提高导热油流量即可。对冷 凝器来说，加压操作工艺下，塔顶冷凝温度为6 4 ，从而可以采用凉水塔循环 冷却，原先循环水温在2 4 。c 以下时可以保持常压操作正常，当循环水温升至 2 8 3 0 左右( 或3 0 以上) ，采用加压操作，冷凝温度从3 6 提高至6 4 ，实 际传热温差增大，所以在同样产量下换热器的面积可以减小，在同样面积下， 塔顶冷凝器所需的冷却水量将减少。因此，对于异丙胺这种低沸点产品，采用加 2 0 第二章流程设计 压操作工艺蒸馏分离，是一种节省基建投资和日常运行费用的好方案，对原有设 备基本不需改动，在实践中给我广带来了明显朗节能效益。本方案；也可供类似 的低沸点产品蒸馏参考。 蒸氨塔t - 1 0 1 蒸氨塔为连续操作的加压塔。来自r - 1 0 9 的反应产物b - 1 0 5 a ，b 升压后，与 来自蒸馏塔底再沸器釜液在蒸氨塔进料换热器h 一1 0 5 中进行热交换，进料反应产 物被加热到7 0o c 进入蒸氨塔t - 1 0 1 中部，蒸氨塔底再沸器用1 0 m p a 蒸汽加热， 蒸汽流量由塔下段温控 t r c 2 0 1 3 调节，塔操作压力 1 7 m p a 塔压由压控阀p r c 2 0 2 自动控制。塔顶温度4 6o c ，上 升氨蒸汽部分在顶部内冷凝器 l 一1 0 3 被循环水冷凝作回流，其 余部分氨蒸汽经塔顶或旁路副 线，去蒸氨塔顶冷凝器l 一1 0 4 ， 被循环水冷凝为液氨原料罐 r 1 0 2 a ，b 。脱除氨的塔釜液在 h 一1 0 6 底出料，经h 一1 0 5 与进料 换热后在h 。1 0 6 液控l r c 2 0 5 流 控f r 2 0 6 串调下，利用压差将 塔釜液送入t - 1 0 2 中部。蒸氨塔 示意图见2 - 6 操作介质：氨，胺 壳体材料：碳钢 编号 l 2 3 4 5 6 7 8 操作温度：2 1 0 内件材料：不锈钢 名称 氨气出口 安全阀口 温度计口 气体出口付线 进料口 液位计口1 液位计口2 排净口 操作压力2 2 m p a 公称直径m m 5 0 4 0 m 2 7 2 3 2 3 2 5 0 2 0 2 0 4 0 9 擞。，o，。，。， 第一二章流程设计 导热油口 釜液出口 备用口 水出口 水入口 放气口 排净口 乐力计口 7 0 2 5 5 0 8 0 8 0 1 5 1 0 0 m 2 0 1 5 异丙胺塔t 一1 0 2 异丙胺塔为连续操作加压塔。压力为0 2 2 m p a ，顶温6 7 3 。c ，异丙胺塔底 再沸器h 一1 0 7 ，用1 0 m p a 蒸汽加热，蒸汽流量由塔下段温控t r c 2 0 8 2 调节。 上升异丙胺蒸汽部分在顶部内冷凝器l 1 0 6 被循环水冷凝作回流，其余部分异丙 胺蒸汽经塔顶或旁路副线去异丙胺塔顶冷凝器l 1 0 7 ，冷却介质为循环水，当循 环水温2 8o c 时，l 一1 0 7 采用新鲜水作冷却介质。冷凝后异丙胺产品入异丙胺产 品中间罐r 1 1 2 a ，b ，两台产品中间罐切换操作。异丙胺倒罐泵b 一1 0 7 a , b 将分析 合格的中间罐中产品送到产品储罐r 1 1 4 a ，b 。当中间罐产品分析不合格时，由 不合格产品泵b 1 0 6 将它送回到反应系统r 一1 0 9 罐，重新再去蒸氨塔分离。 异丙胺产品需装桶时，异丙胺装桶泵b 1 0 9 将r 1 1 4 中产品送异丙胺装桶冷 却器l 一1 1 0 ，进一步用冷却水冷却后去装桶，如果气温低于2 8o c 送时，l 一1 1 0 可 以不通冷却水，异丙胺即可装桶。 异丙胺塔底再沸器h 1 0 7 底部排出釜液作为脱水塔进料，排量由液位控制 l r c 2 1 0 调节，利用压差将釜液送入t - 1 0 3 中部。异丙胺塔示意图见图2 - 7 ) o 2 3 4 5 6 第二章流程设计 操作介质：胺，水 壳体材料：碳钢 编号 1 8 图2 - 7 操作温度1 2 0 内件材料：不锈钢 名称 气体出口 压力计口 温度计口 气体出口付线 进料口 液位计口 返塔口 出塔口 水出口 水入口 排气口 排净口 操作压力；o 3 4 m p a 公称直径m m 5 0 m 2 0 1 5 m 2 7 2 4 0 3 2 5 0 2 0 2 0 0 1 0 0 8 0 8 0 15 1 0 0 数，2 5，。2，。2。， 件 2 3 4 5 6 7 8 9 m 挖 第二章流程设计 脱水塔t - 1 0 3 脱水塔为连续操作常压塔。由h 1 0 7 来釜液，进入脱水塔t - 1 0 3 中部，塔下 段温控t r c 2 1 6 2 控制脱水塔底再沸器h 1 0 8 入口蒸汽量，塔顶蒸出多对二元共 沸物及有机相( 异丙胺、二异丙胺、异丙醇、水) ，经脱水塔顶冷凝器l 一1 0 9 冷 凝冷却到4 0o c 入脱水塔回流罐r 1 1 3 ，在流量控制下( f r c 2 1 7 ) ，脱水塔回 流泵b 一1 0 8 a ，b 将r 一1 1 3 中有机相部分作为t - 1 0 3 回流；其余在r 1 1 3 液位控制 下( l r c 2 2 0 ) 去异丙醇原料罐r 一1 0 1 a ，b 。当r 1 1 3 中二异丙胺含量4 0 时， 就不去r 1 0 4 ，改去混合油罐r 11 5 。脱水塔示意图见2 - 8 操作介质：胺，水 壳体材料：碳钢 编号 1 2 3 4 5 6 68 8 圈2 8 操作温度：1 0 4 。c操作压力：0 1 3 m p a 内件材料：不锈钢 名称公称直径m i l l 压力计口 气体出口 温度计口 回流口 进料口 液位计口 m 2 0 1 5 8 0 m 2 7 x 2 2 5 4 0 2 5 4 0 2 4 0 0 擞 ， ， ， 。 。 ： f 第一章流程设计 7 8 备用口 液体出口 4 01 4 0 2 9导热油口4 02 二异丙胺回收 集中处理r 一1 1 5 中混合馏分大致分二个步骤。首先停止原料异丙醇的进料， 再将r 1 1 5 出口接通去原料泵b 1 0 2 a ，b 入口作原料，按平时反应配比进反应流 程。b 1 0 1 a ，b 按配比设定液氨流量，j 1 0 1 a ，b 循环氢流量不变。反应产物经过 汽液分离，氨回收，异丙胺产品回收，此时t - 1 0 3 顶部出料有机相中二异丙胺浓 度达到9 0 ，去二异丙胺储罐r 一1 1 6 储存。 当反应催化剂失活，正常反应结束，催化剂需要更换前，r - 1 1 5 中物料必须 处理完毕并排空，才可进行第二步骤：用b _ 1 0 2 a ，b 将r 1 1 6 中物料与由b 1 0 4 a ，b 泵按配比来的液氨配料在带有外冷却的静态混和器m 1 0 1 中充分接触，液氨将 有机相中的水萃取出来，混合液由m 1 0 1 上部上来，去液液分离罐r 11 0 静止 分层。上层有机相中二异丙胺含量达9 5 ( m ) ，水4 ，去r 1 1 5 贮存或直接 装桶。下层氨水去蒸氨塔t - 1 0 1 回收液氨。 若要求二异丙胺纯度提高到9 8 ( m ) ，可以接临时管线去t - 1 0 2 进行精馏， 塔顶出二异丙胺水共沸物，塔釜h 一1 0 7 出二异丙胺。 2 5 原材料、燃料及动力供应 一主要原材料质量指标 1 异丙醇，工业级一级或优级 外观 色度( 铂一钴) 号 密度( 2 0 。c ) ，g c m 3 纯度，m 水含量，m 酸含量( 以乙酸计) ，m 蒸发残液，m 硫化物含量( 以s 计) ，p p m 2 液氨，工业一级 纯度，m 水含量，m 残留物，m 透明液体，无可见杂质 1 0 0 7 8 4 , - , 0 7 8 7 9 9 5 0 - 2 0 0 0 2 0 0 0 5 2 9 9 9 0 1 0 1 第二章流程设计 油含量，p p m 3 氢，工业一级或如下指标 纯度，v 氧含量，v 硫化物，( 以s 计) ，p p m 氯化量，( 以c l 计) ，p p m 原材料供应 异丙醇 5 7 5 o 0 2 5 o 5 0 年产1 5 0 0 吨异丙胺装置，约需异丙醇1 5 7 9 吨。目前国内锦州石化公司异丙 醇生产能力为5 万怕，产量3 4 万吨即可满足国内市场，该公司计划将装 置能力扩建至8 万“a ，货源供应充足。 液氨 年需液氨约4 5 8 5 吨，货源充足，可就近采购。 催化剂 由石科院供应的r s a i i 型。 外观：黑褐色、球形 堆密度：1 0 + 0 1 9 c m 3 粒度范围：中1 5 2 5 。 导热油 导热油生产厂家很多，就近购买。 二燃料、动力单耗及年用量 燃料( 油) 电 新鲜水 仪表风 三燃料、动力供应 单耗，t 异丙胺年用量 0 ，3 1 7 t 4 7 6 t ( 热值10 0 0 0 k c a l k g ，热效率0 7 3 ) 3 9 8 k w h5 9 6 3 2 0 k w h 3 2 t4 8 0 0 0 t 2 8 8 n m 3 4 3 2 0 0 0 n m 1 燃料采用燃油，年耗量4 7 6 吨，由本公司内部调运。 2 供电，由外管网来。 3 供水，工艺冷却水主要采用循环冷却水，需配置凉水塔及循环水泵，夏 天需要部分深井水或冷冻水，由外管网来。 4 压缩空气，由外管网来，主要供仪表用风。 2 6 催化剂研究主要结果 第二章流程设计 在开发研制合成二正丁胺新型高效催化剂、并取得工业放大应用成功的基础 上，我们对原r s a i 型催化剂稍加改进，得到r s a i i 型催化剂，应用于异丙 醇氨化合成异丙胺工艺过程，亦得到很好得结果。 在1 0 0 m l 反应装置中，使用原颗粒粒度催化剂，在适宜的工艺条件范围内， 考虑了r s a i i 型催化剂活性稳定性，经5 7 0 余小时运转，催化剂活性稳定性 良好，运转5 7 0 小时后，活性未见下降，异丙胺生成选择性亦无明显变化。 催化剂中c u 、n i 含量对氨化反应的影响：c u 和n i 是异丙酵氨化反应催化 剂的主活性组份。c u 含量直接影响异丙醇转化率。异丙酵转化率随着c u 含量的 增加而增加。但当c u 质量分数达到4 o 以后，转化率增加幅度变缓。异丙胺 选择性在c u 质量分数为4 0 时较高，为9 5 2 。n i 含量既影响异丙醇转化率， 同时对异丙酵氮化生成异丙胺和二异丙胺的选择性影响也较大。当n i 质量分数 为1 2 5 时，异丙醇转化率和异丙胺选择性均较高。 以上结果表明，r s a i i 型催化剂对异丙醇氨化合成异丙胺工艺亦具有高活 性、高选择性及良好的稳定性，可推荐在进一步放大装置中使用。 2 7 主要操作参数 表2 - 4 反应部分操作条件表 操作参数控制指标参数范围 反应压力( m p a ) 1 8 o 11 - 8 2 0 反应温度( o c ) 1 7 5 21 7 5 2 3 5 异丙醇液时空速( v o i ) ，h 一1 o 5 60 5 1 0 进料n h s i p r o h ( m o l l 5 0 5 0 7 0 进料h 2 i p r o h ( m 0 1 ) 2 o 2 0 4 0 表2 - 5 投料流量参数 弋 b 10 2 a ，b b 1 0 1 a , b f r 1 2 2 异丙醇原料泵液氨计量泵循环泵 流量 2 7 0 k g h ( 3 4 5 1 h )2 2 7 k g h ( 3 7 5 1 h ) 4 6 0 n m h 第二二章流程设计 表2 - 6 塔操作条件及控制指标 式 t - 】0 1 蒸馏塔t - 1 0 2 异丙胺塔t - 1 0 3 脱水塔 塔压m p a ( 表) 1 7 2 o 2 2 常 常 温度塔顶 4 66 43 27 6 8 5 ( 。c ) 回流内回流内回流 4 0 进料 7 09 04 0 塔釜 1 7 01 1 68 01 0 3 6 下段温 1 3 5 1 5 28 0 1 0 0 9 1 1 叭 控 回流比 1 o4 6 d 6 回流量k g m 内回流 内回流2 1 4 进料量k 曲 5 0 03 3 01 3 0 控制组塔顶异丙胺2 3二异丙胺o 2 水1 2 分m 塔釜氨0 2异丙胺 。r ， 臃公式( 2 6 ) 式中：誓为分析次序数( k = l ，2 n ) ；c 。为每次分析得到的释放气中异丙 胺质量百分组成；w 。为每次样品失重数量。 第二章流程设计 2 9 蒸馏工艺参数 单胺馏份质量收率，瓯 g i ：姜擎粤磐霎莩。1 0 0 ”馏份进料质量。 单胺蒸馏收率，吣； 旷嘉筹箍枷。 1 蒸馏原料中所含该胺质量” 2 1 0 消耗指标 表2 - 7 原材料消耗表 公式( 2 - 7 ) 公式( 2 8 ) 项目时耗k 蚰年耗妇单耗价异丙胺备注 异丙醇 2 2 8 5 11 6 4 5 31 0 4 液氨 6 5 6 54 7 2 7o 3 0 催化剂 1 - 2 1 70 0 0 0 8 l 氢 o 1 61 1 5 20 0 0 0 7 7 表2 - 8 公用工程消耗汇总表 项目规格入装置状态单位年耗单耗 温度压力( 绝) t 产品 o cm p a 1 循环水 3 20 4 5t7 4 3 2 0 04 9 5 5 2 新鲜水 2 50 4 5t7 2 0 0 04 8 3 冷却水 1 00 4