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作者(中文):黃建智
作者(外文):Huang, Chien-Chih
論文名稱(中文):以氯丙烯與雙氧水生產環氧氯丙烷的整廠製程設計與控制
論文名稱(外文):Design and control of a plant-wide process for producing epichlorohydrin by reacting allyl chloride and hydrogen peroxide
指導教授(中文):汪上曉
王聖潔
指導教授(外文):Wong, Shang-Hsiao
Wang, Sheng-Chieh
口試委員(中文):錢義隆
張煖
陳逸航
口試委員(外文):Chien, I-Lung
Chang, Hsuan
Chen, Yih-Hang
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:化學工程學系
學號:104032514
出版年(民國):106
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:77
中文關鍵詞:氯丙烯雙氧水環氧氯丙烷製程設計製程控制
外文關鍵詞:Allyl chlorideHydrogen peroxideEpichlorohydrinProcess designProcess control
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環氧氯丙烷是化學工業中重要的產品之一,由於具有反應性的環氧基團及可移動之氯原子,使其可和化合物的許多基團做反應。其用途除了在生產環氧樹脂外,各種清漆、油漆、膠水、合成纖維、離子交換樹脂以及高耐油、耐熱、防止氣體穿透的橡膠也是從環氧氯丙烷生產出來的產品。氯醇法是現今合成環氧氯丙烷的主要方法,然而這種方法存在許多嚴重的問題,包含產生大量含有氯化鈣的廢渣及廢水,此外該過程還產生極大量的有機氯化物雜質,去除此雜質不僅費力且昂貴。甘油法是另一種合成環氧氯丙烷的方法,但該方法的缺點是轉化率低,且亦形成不少廢渣和廢水。在近期環境意識抬頭和經濟形勢之下,開發綠色環氧氯丙烷製程已是長期的趨勢。

過氧化氫具高的活性氧含量,且是對環境友好、清潔的氧化劑。本研究是在溶劑為甲醇與催化劑為鈦矽沸石狀態下,設計以氯丙烯與過氧化氫進行液相反應產生環氧氯丙烷的整廠製程。在本研究中是使用過量的氯丙烯以增加過氧化氫的轉化率和降低過氧化氫自解產生氧氣的程度。產品於連續攪拌反應器合成後,進入蒸餾塔進行分離,尾氣成份從塔頂的部份冷凝器排出,含有過剩未反應的氯丙烯和溶劑甲醇的塔頂液相產物則循環回至反應器中。主要含有環氧氯丙烷和水的底部餾出物經冷凝後進入分相器形成主要含環氧氯丙烷的有機相液體與主要含水的水相液體,此兩個液體再分別進入兩個氣提塔進行分離,塔底分別可得到高純度的環氧氯丙烷和水,氣提塔的塔頂產物則迴流至分相器。由於過氧化氫自解所產生的氧氣與氯丙烯和甲醇在特定的濃度下會有爆炸的安全疑慮,本研究利用添加氮氣至蒸餾塔的第一板與部份冷凝器的排氣管線內,以避免爆炸的情況發生,所提出的整廠製程不僅可以滿足高純度的產品需求,而且同時可符合製程安全上的要求。在整廠控制方面,本研究在蒸餾塔與兩個氣提塔是以溫度控制間接控制產品的純度,用穩態分析方式設計溫度控制策略。從動態模擬結果顯示,在反應物進料量改變的情況下,經由觸媒量與反應器液位設定點呈相同比例的改變下,環氧氯丙烷和水的純度可穩定控制在操作值,氮氣兩股進料量保持不變或與反應物進料量進行比率控制,皆可使蒸餾塔操作在安全的區域。
Epichlorohydrin (ECH) is an important product in chemical industry. Due to its reactive epoxy group and mobile chlorine atom, ECH can react with many groups of compounds. In addition to the production of epoxy resins, various varnishes, paints, glues, synthetic fibers, ion-exchange resins, and rubbers characterized by high oil and heat resistance and impermeablility to gases are also the products produced from ECH. Nowadays, the chlorohydrin process is the main method to synthesize ECH. However, this process exists many serious problems, including the large amounts of contaminated water containing CaCl2. This process also yields considerable amounts of organochloride impurities, whose removal is laborious and expensive. Another ECH synthesis method is based on glycerol. The disadvantages of this process are low hydrogen chloride and glycerol conversion, and the formation of large amounts of polluted wastewater. Owing to the recently environmental and economic situation, a green ECH synthesis is necessary to be developed for long-term prospects.

In the study, we design a green plant-wide process for ECH synthesis by the liquid-phase epoxidation of allyl chloride with hydrogen peroxide in an organic solvent methanol in the presence of the titanium silicalite. Excess allyl chloride is used in order to increase the reaction conversion of hydrogen peroxide and decrease the reaction extent of the hydrogen peroxide decomposition to oxygen. Products are synthesized in continuous stirred-tank reactors and then separate by a distillation column. The distillate containing mostly allyl chloride and methanol is recycled to the reactor and the bottom product containing mostly ECH and water is decanted into two liquid phases. Liquids of organic and aqueous phases in the decanter are respectively fed into two strippers to obtain high purity ECH and water at the bottoms. Furthermore, nitrogen is fed to distillation column for safety consideration because hydrogen peroxide may generate safety problems from its large exothermic decomposition potential to water and oxygen. Simulations results show that the proposed plant-wide process can achieve high purity products under the safety requirement.
摘要 2
ABSTRACT 4
圖目錄 7
表目錄 8
第一章 緒論 9
1-1 研究背景 9
1-2 研究動機 11
第二章 環氧氯丙烷生產技術現況 12
2-1 丙烯高溫氯化法 12
2-2 醋酸丙烯酯法 14
2-3 甘油法 16
2-4 氯丙烯直接環氧化法 19
2-5 丙烯醛法及丙酮法 21
第三章 整廠製程之設計 22
3-1 前言 22
3-2 熱力學模式 25
3-3 動力學模式 36
3-4 整廠設計 38
3-5 最適化步驟 41
3-6 最適化結果 42
3-7 安全性考慮 46
第四章 整廠製程之控制 48
4-1 穩態分析 48
4-2 動態模擬控制 50
第五章 結論 56
參考文獻 57
附錄A 年度總成本之估算(TURTON ET AL., 2009) 61
附錄B 化工廠成本指數(2015) 74
附錄C 設備成本參數值 75
附錄D 熱交換器規格 76
1.崔小明. 環氧氯丙烷的國內外供需現狀及發展前景. 中國氯堿. 2009(04).
2.陳珍民. 環氧氯丙烷的市場和技術經濟性分析. 中國氯堿. 2009(02).
3.張杰, 趙翠云. 環氧氯丙烷的生產技術和市場前景. 精細石油化工進展. 2013(02).
4.張世新, 郭崇懷, 靳懷澤. 環氧氯丙烷生產技術及展望. 中國氯堿. 2013(09).
5.屈葉青. 環氧氯丙烷的生產技術及國內外市場分析. 石油化工技術與經濟. 2015(04).
6.崔小明. 環氧氯丙烷的生產及國內外市場分析. 化學工業. 2008(10).
7.李雅麗. 環氧氯丙烷生產技術進展及市場分析. 精細化工原料及中間體. 2008(11).
8.林蓉蓉. TS-1催化氯丙烯環氧化固定床工藝的研究 2009.
9.陳康莊. 氯丙烯環氧化法制環氧氯丙烷催化劑性能研究 2006.
10.李學富. 環氧氯丙烷的新制法及其工業化. 中國氯堿. 1993(06).
11.Nakanishi T, Koga E, Fukada I. Method for preparing epichlorohydrins. patent US4876372. 1989-10-24.
12.崔小明. 環氧氯丙烷的生產及市場前景. 精細石油化工進展. 2001(09).
13.岳群. 甘油法制備環氧氯丙烷工藝過程研究. 華東理工大學. 2011.
14.郭崇. 氯丙烯直接環氧化生產環氧氯丙烷工藝危險性研究. 華東理工大學. 2011.
15.姚明愷. Ti-MWW/H2O2體系高效催化氯丙烯環氧化固定床工藝研究. 華東師範大學. 2009.
16.孫渝, 奚祖威, 曹國英. 氯丙烯直接環氧化制取環氧氯丙烷研究進展. 石油
與天然氣化工. 1999(04).
17.Venturello C, Alneri E, Ricci M. A new, effective catalytic-system for epoxidation of olefins by hydrogen-peroxide under phase-transfer conditions. Journal of Organic Chemistry. 1983;48(21):3831-3833.
18.Peregot G, Bellussi G, Corno C, Taramasso M, Buonomot F, Esposito A. Titanium-Silicalite: a Novel Derivative in the Pentasil Family. In: Y. Murakami AI, Ward JW, eds. Studies in Surface Science and Catalysis. Vol Volume 28: Elsevier; 1986:129-136.
19.Clerici MG, Ingallina P. Epoxidation of lower olefins with hydrogen-peroxide and titanium silicalite. Journal of Catalysis. Mar 1993;140(1):71-83.
20.Gao HX, Lu GX, Sue JH, Li SB. Epoxidation of allyl chloride with hydrogen peroxide catalyzed by titanium silicalite 1. Applied Catalysis a-General. Apr 1996;138(1):27-38.
21.姚明愷, 楊俊霞, 趙松, 劉月明, 吳海虹, 吳鵬. Ti-MWW催化氯丙烯環氧化固定床工藝研究. 催化學報. 2008(12).
22.徐成華, 呂紹潔, 鄧桂英, 邱發禮. Ti-ZSM-5分子篩催化氯丙烯環氧化制環氧氯丙烷. 石油化工. 2002(04).
23.王新龍. 環氧氯丙烷生產技術進展及發展建議. 化學工業與工程技術. 2006(01).
24.中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院, Inventors. 一種烯烴直接環氧化的催化蒸餾方法. patent CN1534031. 2004-10-06.
25.中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院, Inventors. 一種環氧氯丙烷的生產方法. patent CN1534030. 2004-10-06.
26.湖南百利科技發展有限公司, Inventor. 環氧氯丙烷生產工藝. patent CN1769277. 2006-05-10.
27.禾遜專業化學有限公司, Inventor. 表氯醇制備方法. patent CN101983192A. 2011-03-02.
28.中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院, Inventors. 氯丙烯環氧化制備環氧氯丙烷的方法. patent CN101279958. 2008-10-08.
29.中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院, Inventors. 氯丙烯環化制環氧氯丙烷的方法. patent CN102190636A. 2011-09-21.
30.Renon H, Prausnitz JM. Local compositions in thermodynamic excess functions for liquid mixtures. Aiche Journal. 1968;14(1):135-+.
31.Danov SM, Sulimov AV, Ovcharova AV. Modeling of the vapor-liquid equilibrium in the system formed by the epichlorohydrin synthesis products. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. Feb 2012;46(1):31-43.
32.Scatchard G, Kavanagh GM, Ticknor LB. Vapor liquid equilibrium. VIII. hydrogen peroxide water mixtures. Journal of the American Chemical Society. 1952;74(15):3715-3720.
33.Ogorodnikov SK, Lesteva TâM, Kogan VB. Azeotropnye smesi: spravočnik. Himiâ; 1971.
34.Sulimov AV, Danov SM, Ovcharova AV, Ovcharov AA, Flid VR. Kinetics of allyl chloride epoxidation with hydrogen peroxide catalyzed by extruded titanium silicalite. Kinetics and Catalysis. Nov 2014;55(6):712-721.
35.Danov SM, Sulimov AV, Kolesnikov VA, Ovcharova AV. Kinetics of allyl chloride epoxidation with hydrogen peroxide. Kinetics and Catalysis. Dec 2011;52(6):793-797.
36.Danov SM, Sulimov AV, Ovcharova AV. Effect of Technological Parameters on the Process of Epichlorohydrin Synthesis. Russian Journal of Applied Chemistry. Jan 2012;85(1):62-66.
37.Sulimov AV, Danov SM, Ovcharova AV, Ovcharov AA, Flid VR. Physicochemical relationships of the synthesis of epoxy compounds. Russian Journal of Applied Chemistry. Jan 2015;88(1):89-96.
38.Zhang F, Zou J, Yu ST. Gas phase safety-control conditions for epoxidation of allyl chloride with hydrogen peroxide catalysed by TS-1. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. Nov 2014;32:201-206.
39.Luyben WL. Distillation design and control using Aspen simulation. John Wiley & Sons; 2013.
40.Turton R, Bailie RC, Whiting WB, Shaeiwitz JA. Analysis, synthesis and design of chemical processes. Pearson Education; 2008.

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