工艺路线及条件确定

第三章丙酮的生产工艺流程

3.1生产方法选择

目前，世界上丙酮最主要的生产方法为异丙苯法，此外还有粮食发酵法、异丙醇脱氢法、丙烯直接氧化法（wacker法）、醋酸副产法以及乙炔水合法等。

粮食发酵法是以谷物、山芋干或糖蜜等为原料，经粉碎、加水制成发酵液，经高压蒸汽灭菌后冷却，然后接入纯丙酮-丁醇菌种进行发酵，发酵液经精馏可得到质量比为3:6:1的商品丙酮、丁醇和乙醇。由于技术落后，生产成本高，目前该法在发达国家已经被淘汰，但在发展中国家仍占有一定的比重。

异丙醇脱氢法曾是世界上最主要的丙酮生产方法，它以异丙醇-水共沸物（来自丙烯水合制异丙醇装置）为原料，在锌-铜催化剂的作用下，发生脱氢反应，产物经分离提纯后得到丙酮产品。由于成本原因该法逐渐被异丙苯法所替代。

丙烯直接氧化法是以氧气为氧化剂，氯化钯-氯化铜为催化剂，丙烯原料经液相氧化合成丙酮，并副产丙醛和氯代丙酮。该方法主要被日本部分企业采用，但由于设备腐蚀严重，未能获得大规模发展应用。

异丙苯法是最为经济的丙酮生产方法，目前世界上约90%的丙酮是通过该方法生产的，丙酮是生产苯酚的联产品。其主要技术授权公司为KBR公司、日本三井化学公司和美国UOP 公司。异丙苯法生产丙酮包括异丙苯合成、异丙苯氧化、过氧化异丙苯提浓、分解和中和、产品精制副产回收、废水处理等工序。主要过程涉及丙烯与苯在磷酸或沸石分子筛存在下发生反应生成异丙苯，异丙苯再在液相下被氧化生成过氧化氢异丙苯，过氧化氢异丙苯再在硫酸存在下分解得到苯酚和丙酮。异丙苯法工艺具有产品质量高、原料和能源消耗低等优点。

3.2丙酮工艺路线选择及条件确定

本设计采用较为先进的异丙苯法工艺主要是以新鲜苯和丙烯为原料，在YSBH 分子筛催化剂作用下，通过烃化反应生产异丙苯，再用空气中的氧气将异丙苯氧化为过氧化氢异丙苯(CHP)，然后以硫酸作催化剂，将过氧化氢异丙苯分解生产苯酚和丙酮，经精制得到酮产品[6]-[7]。

丙酮的生产工艺流程图:

1烃化反应；2氧化反应；3提浓塔；4分解釜；5中和槽；6粗丙酮；7精丙酮塔

图3.2异丙苯法生产丙酮工艺流程图

3.2.1烃化反应：

（3-1）

1.烃化反应的影响因素：

（1）反应温度：烃化反应是放热反应，温度对反应速度影响明显，温度每升高一度反应速度加快一倍，但是副反应速度也加快，所以综合考虑反应温度控制在160摄氏度左右。（2）苯烯比：一般要求苯要过量，否则副产物就会增多，但是当苯的用量过大时就会增加生产成本，一般取苯烯比为4:1。

（3）反应压力：一般3.0MPa。

（4）原料的纯度：纯度主要是影响催化剂的使用寿命及使用周期，要尽量提高原料的纯度。

2.该流程中存在的危险因素：

（1）苯与丙烯是在高温高压的条件下反应的，而且反应物易燃易爆，在此存在高温高压联锁保护装置，当压力过高时就启动联锁装置自动放空防止爆炸；当温度过高将自动联锁停止加热并进行冷却降温。

（2）因为此反应要求苯必须过量，流量控制器跟相应的联锁装置相连，当苯的量不足时就会通过联锁中断乙烯的加入，终止反应。

（3）对于冷却器如果停止工作或是检修之后忘记打开，会引起严重的事故。

3.2.2氧化反应：

（3-2）

1.反应温度，控制反应温度是为了控制反应深度，反应太深副产物会相应增加，而在常温下又不反应，一般控制温度为30~35℃。

2.反应压力，一般为0.3MPa。

3.反应浓度，当浓度升高时反应速度加快，但是当反应浓度太高了又会发生自分解反应生成苯酚和丙酮，所以反应浓度不能太高。

4.反应介质酸度，PH过高会发生碱式复分解反应，所以PH一般控制为3.5~4.5。

5.物料纯度，主要是要保证氧气和异丙苯的纯度。

3.2.3提浓塔

生成30%的过氧化氢异丙苯浓度比较低不易于反应，所以要用减压提浓塔提浓到87%，压力应为40mmHg以下，温度为90℃。

3.2.4分解反应釜

提浓后的CHP以硫酸为催化剂．在分解反应釜分解生成苯酚、丙酮。

（3-3）

1.硫酸的用量，分解液中硫酸的浓度应该小于等于503ppm。

2.反应温度控制在80℃左右，保证分解液残留的过氧化氢异丙苯在0.2 %以下。

3.停留时间，取决于反应规模的大小，时间过长易发生副反应。

4.水的含量，水主要用于循环冷却和作为浓硫酸的稀释剂，水的总含量要在0.5 %以下，如果水的含量升高将会抑制分解反应，过氧化氢异丙苯在反应器中积累，过氧化氢异丙苯短时间内反应放出大量的热，热量积累压力升高很容易引发爆炸。

5.CHP的分解率在99.00%以上。

3.2.5中和反应

含有残酸的分解液进入中和槽中，而中和槽连接有PH控制装置，对其PH进行严格控制，并设有联锁保护，水洗分解液是通过激泵在中和槽循环的，要求泵要有良好的抗腐蚀性能，泵被腐蚀后会发生泄漏或是喷溅产生对人体的伤害，所以要加强对泵的检测和维修。

3.2.6粗丙酮塔

从中和槽流出的混合液中含有丙酮、苯酚、异丙苯等的水溶液，要经粗丙酮塔进行切割分离,富含丙酮的轻组分自塔顶采出,进入丙酮精制塔进行丙酮精制, 而富含苯酚等的重组分自粗丙酮塔塔底采出,经粗苯酚塔、脱烃塔和苯酚精制塔得到产品苯酚。塔顶温度控制在88℃左右，压力控制在0.12MPa左右；塔底温度控制在102℃左右，压力控制在0. 20MPa左右。

3.2.7精丙酮塔

从粗丙酮塔塔顶采出的丙酮气体及蒸汽（计算中可忽略不计），要经精丙酮塔减压精馏进一步精制才能得到符合市场需求的合格产品。其塔顶温度控制在54℃左右，压力控制在0.055 MPa左右；塔底温度控制在75℃左右，压力控制在0. 101MPa左右。