摘 要

环氧丙烷(简称PO),也称氧化丙烯、甲基环氧乙烷,是第三大丙烯类衍生物。是无色醚类液体,具有低沸点和易燃性，是重要的基本有机化工合成原料，广泛用于建筑、汽车、烟草、食品、医药及化妆品等行业。它是一种非常重要的有机化合物合成原料，具有广阔的发展前景。

对于PO的生产工艺有氯醇法，共氧化法，HPPO法等。通过查阅资料和分析，本设计采用以双氧水为氧化剂的HPPO法制备环氧丙烷，完成年产5万吨PO的生产工艺设计。同时对氧化釜进行详细的工艺设计，并对生产工艺流程进行详细设计。参考资料和相关标准，完成主要设备装配图的绘制。

关键词：环氧丙烷；HPPO法；丙烯氧化

Abstract

Propylene oxide (PO), also known as propylene oxide and methyl ethylene oxide, is the third largest propylene derivative. It is a colorless ether liquid with low boiling point and flammability. It is an important basic organic chemical raw material and is widely used in construction, automobiles, tobacco, food, medicine and cosmetics industries. It is a very important raw material for the synthesis of organic compounds and has broad development prospects.

For the production process of PO, there are chlorohydrin method, co-oxidation method, HPPO method, etc. Through consulting information and analysis, this design adopts the HPPO method using hydrogen peroxide as the oxidant to prepare propylene oxide, and completes the production process design with an annual output of 50,000 tons of PO. At the same time, detailed process design of the oxidation kettle and detailed design of the production process. Reference materials and related standards to complete the assembly drawing of the main equipment.

Key words: propylene oxide；HPPO method；propylene oxidation

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1环氧丙烷的性质 1

1.2环氧丙烷的用途及重要性 1

1.3行业发展及市场需求 1

1.4 环氧丙烷合成方法 2

1.4.1 氯醇法 2

1.4.2 共氧化法 2

1.4.3 直接氧化法 3

1.4生产工艺的对比及选择 3

第2章 工艺流程设计 5

2.1 工艺流程介绍 5

2.2 氧化反应 5

2.3 精馏分离 5

2.3.1 丙烯分离工艺 5

2.3.2 环氧丙烷分离工艺 6

2.3.3 甲醇循环回收 6

2.4小结 6

第3章 热量及物料衡算 8

3.1 丙烯氧化物料平衡计算 8

3.1.1 反应基本原理 8

3.1.2 进出物料计算 8

3.2 精馏塔物料衡算 9

3.3能量衡算 10

3.4小结 11

第4章主要设备选型及计算 12

4.1 反应器选型及其结构的计算 12

4.1.1 催化剂的填充量 13

4.1.2 反应管长度的计算 13

4.1.3 管束尺寸和反应管的排列 14

4.1.4 筒体厚度的计算 14

4.1.5 气压试验 15

4.1.6 管口设计 15

4.1.7 封头的设计 16

4.1.8 人孔的选择 16

4.1.9 支座的设计 16

4.2 储罐的设计 16

4.2.1 设计结果 16

4.2.2 储罐的封头选型 17

4.3 小结 18

第5章Aspen模拟 20

5.1 Aspen Plus流程模拟工具 20

5.2 模拟流程及参数设置 20

5.3分离工段的模拟 23

第6章 工艺操作及安全手册 28

6.1 PO合成工艺操作规程 28

6.1.1开车前准备 28

6.1.2开车操作 28

6.1.3停车操作 28

6.2 PO分离工段操作规范 29

6.2.1开车前准备 29

6.2.2精馏系统工艺控制 29

6.2.3停车操作 30

6.3原料的有害特性及防护措施 30

6.3.1 丙烯 30

6.3.2双氧水 31

6.3.3甲醇 31

6.4 小结 31

第7章 结论与展望 33

7.1 结论 33

7.2展望 33

参考文献 34

致 谢 35

附 录 36

第1章 绪论

环氧丙烷在生产中都是作为基础有机化工的原料来使用，是第三大丙烯类衍生物，广泛应用于建筑类和食品类等各个行业。然而，中国环氧丙烷的年产量不能完全满足市场的表观消费量，其市场需求主要依靠进口来弥补。环氧丙烷的生产工艺还在不断的完善和发展，近几年来，一种通过双氧水氧化丙烯制备环氧丙烷的生产工艺，简称HPPO法，由于其安全、环保、高产的特点，逐渐受到人们的青睐。

1.1环氧丙烷的性质

环氧丙烷，简称PO，分子式为C₃H₆O。在常温常压下没有明显的颜色，液体澄清透明并具有醚类气味。其主要的物理性质是密度为0.859g/cm³，比空气密度小,20℃时蒸气压为75.86kPa，在101KPa下沸点为34.24℃，稍微加热便成为气体，凝固点为-112.13℃，普遍以液体相态存在。环氧丙烷化学性质活泼，是易燃品，应选择温度较低、通风干燥的环境贮藏。环氧丙烷在有机溶剂中的溶解度较高，比如甲醇溶液，而且由于其结构特殊，属于环氧化物，容易发生开环聚合反应，能够生成各种聚合物。另外，环氧丙烷是有毒的，直接接触皮肤或者粘膜便会对其造成损伤，较高浓度还具有刺激和麻醉作用。

1.2环氧丙烷的用途及重要性

环氧丙烷在化工行业应用极为广泛。石油领域内环氧丙烷主要是用作原料进行使用，化工合成中的有机合成也需要大量环氧丙烷作为原料。例如丙二醇及合成甘油的合成制造。环氧丙烷也被用来制造各种生产生活日用品，比如润湿剂和洗涤剂等。在国内，大多数丙烯被用来制造环氧丙烷，可见环氧丙烷的使用率极高。环氧丙烷最主要的应用还是在生产聚多元醇和聚氨酯上。在日常生活中，环氧丙烷的衍生物随处可见，已经占据了几乎所有工业生产和日用化学品，精细化工和精细化学品已经离不开环氧丙烷^[2]。

1.3行业发展及市场需求

环氧丙烷的生产工艺主要包括氯醇法，共氧化法和HPPO法。从2011年到现在为止，氯醇法环氧丙烷装置的厂家已经关停了8所，总产能为38万吨，这主要是因为我国出台的绿色化学和环保政策的要求，以致氯醇法正在被逐步淘汰中。但从综合考虑而言，由于其他工艺不够成熟或者投资较大，氯醇法可能会不断缩减，但不能被完全取代。

我国环氧丙烷工业的发展起始于1960年，初期国内环氧丙烷消耗巨大，需大于供，主要依靠从国外进口。而近年来，我国通过自主研发，不断改进生产工艺技术，打破了国外壁垒，环氧丙烷在我国的产量和产能不断增加。从2014到2018年环氧丙烷的进口量不断下降，而出口量大幅上升。随着煤化工和石油行业的不断进步发展，丙烯产量越来越多，国内的环氧丙烷的生产仍具有强大的市场潜力。环氧丙烷的生产用处是作为原料，主要集中在聚醚行业，环氧丙烷在聚醚多元醇的生产制造上消耗巨大。目前为止，聚醚多元醇的需求量仍存在上涨趋势，环氧丙烷市场和聚醚市场的发展前景还是十分广阔，应继续不断提高环氧丙烷的产量和质量^[3]。

1.4 环氧丙烷合成方法

环氧丙烷的生产工艺路线主要包括有氯醇法，共氧化法，直接氧化法和间接氧化法。工业化最早的就是氯醇法生产工艺，但因其三废排放大，污染不易治理，不符合绿色化工治理理念，因此正在被逐渐淘汰。近年来，共氧化法的工艺逐步占据市场主体，国内的生产主要还是以氯醇法和共氧化法为主。过氧化氢的HPPO法也在不断发展优化中，具有较大的市场潜力。

1.4.1 氯醇法

氯醇法的基本生产原理是丙烯和氯气混合，在反应器内发生氯醇化反应，丙烯双键断裂生成氯丙醇，再通过皂化反应生成环氧丙烷，最后，精制后可得到环氧丙烷的产品^[4]。