化工过程设计

课程设计间氟甲苯生产工艺设计班级：应化二班姓名：朱翔学号：114103000316专业：化学工程课程名称：化工过程设计指导老师：胡炳成化学工程专业2014年12月化工过程设计第I页共Ⅰ页目录一．产品概述.................................................................................错误!未定义书签。1.1基本物化性质......................................................................错误!未定义书签。1.2间氟甲苯的应用..................................................................错误!未定义书签。1.3间氟甲苯的研究进展.........................................................错误!未定义书签。1.4研究背景及意义..................................................................错误!未定义书签。1.5市场供需状况......................................................................错误!未定义书签。1.6国内外工业生产技术现状....................................................................错误!未定义书签。二．设计基础.................................................................................错误!未定义书签。2.1工艺路线的选择..................................................................错误!未定义书签。2.2原材料规格及产品..............................................................错误!未定义书签。2.3间氟甲苯制备反应装置......................................................错误!未定义书签。2.4副产物情况..........................................................................错误!未定义书签。三工艺设计...................................................................................错误!未定义书签。3.1工艺流程简图......................................................................错误!未定义书签。3.2工艺过程原理.....................................................................错误!未定义书签。3.3制备反应工艺条件..............................................................错误!未定义书签。3.4工艺流程说明.....................................................................错误!未定义书签。3.5三废处理方案及环保方案.................................................错误!未定义书签。3.6工艺流程..............................................................................错误!未定义书签。3.7反应的操作条件及物料热量衡算................................................错误!未定义书签。4工艺计算...................................................................................错误!未定义书签。4.1已知数据........................................................................错误!未定义书签。4.2合成部分物料衡算........................................................错误!未定义书签。5设备计算...................................................................................错误!未定义书签。5.1反应器类型....................................................................错误!未定义书签。5.2汽化器选型....................................................................错误!未定义书签。5.3预热器选型....................................................................错误!未定义书签。5.4高压计量泵....................................................................错误!未定义书签。5.5产品储罐........................................................................错误!未定义书签。6平面布置...................................................................................错误!未定义书签。6.1设备平面布置的原则....................................................错误!未定义书签。6.2车间设备布置大体上应考虑下列问题........................错误!未定义书签。设计体会和收获..........................................................................................................16化工过程设计第1页共19页一、产品概述在芳香族氟化物中,含氟医药的开发最为活跃,有关的各种研究报告、专利比比皆是,有着奇特效能的新品种不时涌现。目前,已商品化的和正在开发的产品有近百种,而且应用于药物化学的各个领域中。与不含氟的有机中间体相比,含氟的有机中间体通常具有较高附加价值,合成难度较高,单一产品的生产规模相对较小,由于中间体分子中氟原子数的不同,以及同时存在其他官能团如硝基、胺基等,品种繁多,往往合成方法各不相同,这些芳香族氟化物在医药、农药、染料中应用非常广泛。1.1基本物化性质间氟甲苯外观为无色至浅黄色液体,不溶于水,溶于乙醇、乙醚、丙酮、苯等。常用镀锌铁桶装,储存在通风、阴凉处。其主要物理性质见表1表1间氟甲苯的性质性质数据分子式C7H7F分子量110.13沸点112~116℃熔点-87℃密度0.991折光率1.437闪点9℃相对密度（13℃）0.9971.2间氟甲苯的应用间氟甲苯是一个重要的医药工业中间体,在医药、农药、染料和氟塑料等领域都有广泛的应用。可用于合成新型抗生素,哇诺酮类化合物,合成治高血压药,合成一些消炎药,是合成强力安眠剂氟安定的重要中间体。自50年代中期以来,通过化学界和医学界共同协作和努力,在化学治疗药物应用方面取得巨大的进展,含氟芳杂环药物用于抗癌、抗炎症和治疗中枢神经系统疾病等效果显著。进入90年代,由于含氟医药合成业的飞速发展,对氟系列中间体产品的需求品种、数量不断增加。尤其随着新型、功能型农药、医药、染料工业的迅速发展,对芳香族有机氟产品的需求量迅速增加。国内在含氟中间体方面也化工过程设计第2页共19页作了大量的研究,不少产品也形成了一定的规模。氟代甲苯是一个重要的医药工业原料,可用于合成新型抗生素,喳诺酮类化合物,合成治高血压药,合成一些消炎药,是合成强力安眠剂氟安定的重要中间体,也用于合成治疗神经系统疾病的药物氟呱嗦、氟呱利多等。随着其应用领域的不断扩大,国内外需求量激增,产品的发展前景广阔,吸引了很多企业和研究者们的注意。此外,可进一步合成重要的有机中间体间氟苯甲醛。1.3间氟甲苯的研究进展由于近年来间氟甲苯展现的广阔应用前景,间氟甲苯的合成及其应用研究也越来越多的得到世界各国学者的关注。目前,间氟甲苯还是以间接重氮化法(主要是希曼反应)、卤素交换法、催化卤化及特殊氟化剂氟化法。其中重氮化氟化法的研究比较多。除了传统的希曼反应生产工艺以外,有人在含有按离子的无水氟化氢中,将间甲苯胺进行重氮化、氟化反应,生成的氟硼酸重氮盐在溶液中分解,得到产品,收率较高;日本人研究了使用无水氟化氢作为无机酸,使产率提高。1.4研究背景及意义甲苯的硝化是化工生产的重要有机反应,可以得到60%的邻硝基甲苯,36%的对硝基甲苯和4%的间硝基甲苯。邻、对硝基甲苯是工业上重要的有机中间体,而间硝基甲苯一般是作为邻、对硝基甲苯的副产物直接焚烧或经进一步硝化后焚烧,这不仅造成巨大资源浪费,而且严重污染了环境。虽然间硝基甲苯在国内几乎无市场需求,但其深加工产品却极为紧俏,需从国外大量进口。由于间硝基甲苯的开发和利用技术没有及时跟上,间硝基甲苯常常被作为副产物低价出售或库存积压,甚至于焚烧处理,造成化工资源的极大浪费,生产过程的原子经济性低。因此,深入进行间硝基甲苯的转化利用研究具有必要性和紧迫性。以间硝基甲苯为原料可开发许多下游产品,主要发生在苯环上硝基基团的反应。而我们使用的原料间甲苯胺即是间硝基甲苯的还原产物,进一步合成重要中间体间氟甲苯。本课题的研究将副产物变废为宝,减少环境污染,经济效益和环境效益巨大。间氟甲苯的合成方法较多,各有其优缺点。Balz一schiemann法是国内工业上生产间氟甲苯的主要方法,其工艺最成熟,但间氟甲苯的产率及尾气对环境的污染是一直以来存在的问题。虽然氟化氢法没有这些缺点,但氢氟酸的毒性、废酸的处理以及对设备的腐蚀性是不得不面对的问题。至于其他新研究的合成方法,如直接氟化、卤素交换等方法仍处于实验室阶段,无法实现工业化生产。所以我们考虑在传统Balz一schiemann法的基础上深入研究,以廉价的间甲苯胺为原料对工艺加以改进并优化,使得此工艺路线更加合理,化工过程设计第3页共19页更利于工业化。1.5市场供需状况目前国内外含氟药物达到数百种,有许多药物已经成为治疗某些疾病的主要品种,成为合成医药中的非常重要的一类,有许多产品在药界有着举足轻重的位置,如氟喳诺酮类抗菌素、抗抑郁药物氟西汀、抗真菌药物氟抗哇等。在中枢神经系统药物、抗肿瘤药物,抗菌药物、抗寄生虫病药物、麻醉药物、多体消炎镇痛药物、非备体消炎镇痛药物、利尿及心血管等领域中都有许多含氟的品种。例如,消炎镇痛药物中的氟苯布洛芬和被誉为超阿斯匹林的二氟苯水杨酸的镇痛作用都比相应药物大大增强。其次是含氟农药,含氟农药己商品化的也有60余种。由于用氟原子和含氟基团代替农药芳环上的其他基团,能够显著提高农药活性,因此近十年来国内外含氟农药得到迅速发