2吡啶酮的合成设计Word格式文档下载.docx
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2-吡啶酮的合成主要的参数有：
反应、精馏、萃取、传热。
1．1.6工艺流程说明
（1）光氯化反应在一个500mL反应装置上装一预混器，在反应器的夹层中均匀地镀上紫外光反射层。
预混器和反应器均配以自动控温热电偶，反应器中间装一个125W高压汞灯，并将高压汞灯置于波通之中。
混有抑制剂的稀释剂和原料的计量装置按常规装配。
反应开始前，先将反应器预热到设定温度，开启高压汞灯，然后将气化后的原料及稀释剂同时按需要量送至预混装置，再进入反应器进行反应。
反应的原料比为吡啶:
氯气=1:
1.2，吡啶的转化率为93.4%。
（2）亲核取代反应在装有搅拌器、回流装置和温度计的2000mL的三颈瓶内，加入2-氯吡啶227g，羟基化剂580mL，加热回流15h。
反应完毕后，将反应物蒸干，然后向反应体系中加入蒸馏水600mL，将水蒸出约三分之二后，冷却至室温。
用浓盐酸中和上述液体至PH=6~7后，将水蒸干。
向固体物中加入约500mL甲醇，充分搅拌后，过滤。
再用200mL甲醇分两次洗净固体，合并甲醇溶液，蒸出甲醇后，可得。
1．1.7工艺控制及主要设备
不具有自动控制功能，需手动操作的阀门。
比如截止阀、闸阀、球阀、止回阀等等，需要操作工手动操作来开关阀门。
它的主要用途是在开车时控制物料（或工艺介质）的进料多少或者有问题时可以关闭阀门，切断物料来源，以便进行故障处理。
仪表阀门主要有两种，一种是能够自动控制的阀门，主要是指调节阀，它是通过DCS系统进行自动控制工艺管道内的工艺介质流量的主要仪表设备，它需要敷设电缆进控制室，通过DCS系统发出指令，调节阀可自动进行阀门开度的调节：
全开、全关或中间任一位置。
另一种仪表阀是指仪表的一次部件所用的阀门，包括截止阀、闸阀、球阀等，它用在压力、流量、气源管道等仪表管道安装上，一般口径比较小，一般都在DN20以内。
1．1．8工艺安全生产及环境保护
1、安全生产
在设计和选择工艺路线时，除了要考虑合理性外，还要考虑生产安全问题。
生产要安全，没有了安全保障也就谈不上生产。
保证安全生产应从两方面入手，一是尽量避免使用易燃易爆、有毒和腐蚀性的原辅材料，从根本上消除不安全因素；
二是当工艺上必须应用上述原辅材料时要从安全措施上来保证。
对于生产工艺中必使用的有毒有害原材料，一定要采取安全措施，注意排气通风、配备必要的防护工具，有些操作必须在专用的隔离室内进行。
对于劳动强度大、危险性大的岗位，可逐步采用电脑控制操作，以加强安全性，并达到最优化控制。
2、环境保护
在生产过程中都有大量的废气、废水和废渣，不能随意排放，要严格遵守环境保护制度和“三废”排放标准，以免造成环境污染、人畜中毒。
第二章工艺计算
2．1物料衡算
2．1．1取代反应物料衡算
根据设计任务书克制：
2-吡啶酮年产量为50吨，含量为98％，年工作日按300天计算，则日产量为：
50／300=0.17t=170㎏（保留2位小数）
因为工作时间为15小时，加上辅助劳动时间，拟定每天一批。
由工艺数据可知，取代反应转化率为100％成品含量为98％，其反应式为
1137494
XY0.17×
98%
根据以上条件计算得：
每批氯吡啶的需求量为：
X=（113.5×
0.17×
98%）/95=200kg
每批叔丁醇的需求量为：
Y=（74×
98%）/95=130kg
因为实际反应时叔丁醇的需求量为反应需求量的三倍，则叔丁醇的实际需求量为=0.13×
3=390kg
氢氧化钠的需求量为：
0.13/74×
40=70kg
产生的氯化钠为;
58.5=100kg
2．1．2氯化反应物料衡算
该过程中转化率为：
98%，吡啶原料含量为99%，氯气消耗量为理论量的1.2倍，则反应式为
+Hcl
797111336.5
XY200Z
根据以上条件及反应式计算
单批吡啶需求量为：
X=（79×
0.2）／（113.5×
99%×
0.93）=150kg
单批氯气需求量为：
Y=（0.17×
0.2）/98%=130kg
副产盐酸为：
Z=（36.5×
200）／113.5=600kg
过量氯气用水吸收，假设全部转化为HCl，则可生成HCl：
Z2=[0.13－﹙71×
0.2﹚／113.5]×
2×
36.5＝360kg
用水吸收到30%，作为副产品出售可得30%副产盐酸为：
副产物=（0.36+0.13）／30%＝1630kg
假设多余吡啶未反应，则反应液中含有吡啶
剩余=0.15×
7%＝10kg
3.1热量衡算
3．1．1搪瓷反应釜的热量衡算
氯气的热焓
=O
吡啶的热焓
=100.02
由于氯气的热焓与吡啶的热焓的差值=反应热
所以反应热Q=
-
冷却水的进出口平均温度为
=（25+30）／2=27.5℃
从单元操作书附录中查的此温度下水的比热容
=4.174KJ／（kg.K）
在取代反应釜中，加入600㎏氯吡啶和羟基化剂，加热回流，反应完毕后，将反应物蒸干，所加入的冷却水用量为：
=
∕
（
）=100.02/4.174×
（30-25）
=4.79kg/h
3.1．2搪瓷反应釜的选型
光氯化反应釜的温度在100℃，反应的原料比为吡啶：
1.2，吡啶的转化率为93.4%，反应8h反应釜的直径D=800mm,吡啶的密度为978kg/
。
计算反应时间以-
=k
代入t=
得t=
吡啶和氯气的相对分子质量分别为79和71，故得吡啶的初始浓度为
=1×
978/（1×
79+1.2×
71）=5.96（kmol/m
）
将反应速率常数k=0.0174m
/（kmol.min）和吡啶的转化率
=0.934代入得反应时间为：
t=
=136.42（min）=2.269（h）
计算光氯化反应釜的有效体积，要求每年生产50t吡啶酮。
则每批吡啶酮的用量为:
50000kg/300=170kg/批
每批需处理的原料体积为：
=150×
（1+71／79×
1.2）×
1/978=0.32
计算所选反应釜的体积，根据装填系数定义，反应器体积V=
=0.46
圆整体积V取500升=0.5
则根据反应釜的体积，查的以下参数：
公称容量：
500L
实际容量589L
电热功率：
9×
4极
夹套容量:
2-90L
内锅尺寸（mm）:
900
外锅尺寸：
1100
减速机电机功率：
1450/2.2
搅拌速度：
60-80
减速数：
24-26
3．1．3搪瓷反应釜技术参数
搪瓷反应釜是将含硅量高的搪玻璃粙，通过经高温灼烧使搪玻璃粙牢固地密着于金属铁胎表面上，形成光滑、洁净的衬里层，充分发挥了玻璃的稳定性和金属强度的双重优点，使一种优良的耐腐蚀设备。
3．1．4搪瓷反应釜技术规范
1、使用压力：
0.2—0.4Mpa
2、瓷层厚度：
玻璃设备的瓷层厚度0.82-2.0mm，搪玻璃设备附件的瓷层厚度0.6-1.8mm。
3、耐冲击性：
玻璃层的内应力越小，弹性越好，硬度越大，抗弯抗压强度越高，则耐冲击就越好。
4．耐酸碱性：
对各种有机撒、无机酸、有机溶剂均有较好的抗蚀性。
相对碱性溶液抗蚀性较酸溶液差。
5．操作温度：
搪玻璃设备加热和冷却时，应缓慢进行。
该设备的使用温度为0-200。
6、耐电压：
搪玻璃具有良好的绝缘性，当搪玻璃在规定厚度内用20KV高频电火花不能击穿瓷层。
4．1管路计算
4．1．1管径的计算
用内径50mm的管道来输送99%的吡啶（100℃），要求输送量为50t/a
查的在100℃时，吡啶的密度
=978kg/
解：
查常用流速表得
u=0.5-3m/s取u=1.5m/s
则
=5.92×
/s
吡啶的流速：
=3.02m/s
由选定的管内流体流速按下式计算内径，并修正到符合公称直径的要求：
=0.05m
上述公式中符号，Re——雷诺数；
V、Vk——流速；
临界流速，m/s；
Qk——临界流量，m3/h；
d——管内径，m；
ν——运动粘带性系数，m2/s。
介质的性质、流速、流量等有关。
一般情况下，可以取冷却水在管道内的流速为2~5m/s，流速u（m/s）与管子内径D（m）、流量V（m^3/s）的关系为：
D=（4V/πu）^1/2,利用此公式就可以计算出管子内径D。
冷却水管道无特殊要求的话应该设计压力为1.0MPa，有了设计压力，就可以选出合适的管子壁厚，从而选取相应规格的管子。
DN50的管子应该用Φ57×
3来表示规格，这里57表示管子的外径是57mm，3表示管子壁厚为3。
如果只写DN50，不能表达清楚管子的厚度。
经计算，可用DN80即3寸的管道。
流量化成g／s，30T／h=8333.3g／s，
管道截面积=流量／流速=8333.3g／s÷
150cm／s=55.56cm2，
管道半径为r=25mm，
D=50mm。
第四章工艺图表
4．1工艺流程图
4．2物料平衡图
4．2．1物料衡算数据表
入料出料
组分kg组分kg
吡啶
150
氯气
130
氯吡啶1
200
氯吡啶2
氢氧化钠
70
氯化钠
100
叔丁醇
390
吡啶酮
170
4．3平面布置图
4．4设备装配图
参考文献
[1]赵增国,张和,王桂林等.农药中间体2-氯吡啶的光氯化合成研究.农药，1998，37（3）：
11-12.
[2]龟井登.吡啶卤素化合物的蒸馏方法.日本：
平-308257,昭63（1988）6月3日.
[3]龟井登.吡啶卤素化合物的制备方法.日本：
平-308255,昭63（1988）6月3日.
[4]江川高雄,山际秀一.2-氯吡啶和2,6-二氯吡啶的制备法.日本：
昭60-78967.昭58（1983）10月5日
[5]陆英.化工制图.北京高等教育出版社，2008.1，235页。
[6]
附录
一、2-吡啶酮理化性质和质量标准
结构式：
化学名:
2-吡啶酮
分子式C5H5N
分子量：
95.10
别名一氮三烯六环氮杂苯氮环杂氮苯
用途制药、农药、制显色剂、橡胶促进剂、软化剂、合成树脂缩合剂、油漆溶剂、有机合成原料和溶剂、分析用化学试剂
制法煤焦油分馏
理化性质
分子量79.10
凝固点-42℃
沸点115.3℃
液体密度（26℃）978㎏/m
在常温常压下必定为具有使人恶心的恶臭的无色或黄色易燃有毒液体，
能溶于水、醇、醚、及其它有机溶剂。
其水溶液呈微威性，遇火种、高温、
氧化剂、有发生火灾的危险。
与硫酸、硝酸、铬酸、发烟硫酸、氯黄酸、顺
丁烯二酸酐、高氯酸银等反应剧烈，有爆炸的危险。
其蒸气与空气能形成爆
炸性混合物。
毒性、安全防护
最高容许浓度：
5ppm
吡啶触及皮肤能引起灼伤
用镀锌铁桶包装，属一级易燃液体。
应贮藏于阴凉、干燥、通风的
库房中，要远离火种、热源，应与氧化剂、酸类物质隔离存放。
存
放时应留有墙距、顶距。
避免日光暴晒。
搬运轻装轻卸，严防包装
碰损。
二、氯气的理化性质
1、物理性质
在通常情况下:
氯气是黄绿色的气体、氯气有毒、并有刺激性
气味、密度比空气大、熔沸点低、能溶于有机溶剂|压强为
101kPa、温度为-34.6℃时易液化。
如果将温度继续冷却到
-101℃时，液氯变成固态氯。
1体积水在常温下可溶解2体
积氯气。
氯气有毒，问有毒气体的方法是（扇动法）：
用手轻轻在瓶口
扇动，使极少的气体飘进鼻孔。
2化学性质
（1）与金属反应
2Na+Cl2=2NaCl（现象：
剧烈燃烧，白烟）
Cu+Cl2=CuCl2（现象：
剧烈燃烧,棕色烟）
（2）与非金属反应
燃烧：
发光、发热的剧烈的化学反应。
（3）与水反应
在该反应中，氧化剂是Cl2，还原剂是Cl2，改写成离子反应方程式：
Cl2+H2O=H﹣+Cl﹣+HClO
氯气的水溶液叫氯水，饱和氯水呈现黄绿色，具有刺激性气
味主要含有的粒子有Cl2、H2O、HClO、H﹣、Cl﹣、ClO﹣。
（4）与碱溶液反应
aCl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O
b2Cl2+2Ca（OH）2=CaCl2+Ca（ClO）2+2H2O
三、2-氯吡啶的结构及性质
分子式C5H4Cl
结构式
物理性质：
无色至淡黄色透明液体，有刺激性气味，密度1.20—1.22
g/cm3,熔点-46℃,沸点：
168℃—170℃，闪点：
65℃，溶
于醇、苯等有机溶剂，不溶于水。
外观：
无色透明液体，无色至淡黄色透明液体。
用途：
医药、杀菌剂、有机合成中间体。
贮运：
存放在干燥|阴凉、通风良好的仓库内，勿靠近火源和热源，
避免激烈碰撞，按危险品规则运输。
四、叔丁醇的结构及性质
分子式C4H10O
别名特丁醇；
2-甲基-2-丙醇；
三甲基甲醇。
英文名Tert-butylalcohol缩写：
TBA
分子量74.12
熔点25.5℃
折射率1.3878
相对密度0.7867
理化性质
叔丁醇是无色的结晶，有少量水存在时为无色挥发性液体，有类似樟脑的气味,有吸湿性，易燃，和其它醇相比较高的毒性和麻醉性。
叔丁醇可溶于大多数有机溶剂，如醇类、酯类、芳香族及脂肪烃类。
这些性质使叔丁醇成为有用的溶剂和添加剂，可以用作清蜡剂、变性酒精的加溶剂，用于稳定氯烃类，是具有广泛用途的石化产品之一。
五、氢氧化钠的结构及性质
分子式NaOH
英文名称sodiumhydroxide
别名Causticsode
分子量40.10
密度2.130g/cm3
熔点318.4℃
沸点1390℃
纯的氢氧化钠为白色半透明，结晶状固体，氢氧化钠极易溶于水
溶解度随温度的升高而增大，溶解时能放出大量的热，水溶液有涩味和
滑腻感，溶液呈强碱性，具备碱的一切通性。
氢氧化钠易溶于乙醇、甘油；
但不溶于乙醚、丙酮、液氨。
对纤维、皮肤、玻璃、陶瓷等有腐蚀作用，溶解或浓溶液稀释时会放出热量；
与无机酸发生中和反应也能产生大量热，生成相应的盐；
与金属铝和锌、非金属硼和硅等反应放出氢；
与氯、溴、碘等卤素发生歧化反应。
能从水溶液中沉淀金属离子成为氢氧化物；
能使油脂发生皂化反应，生成相应的有机酸的钠盐和醇，这是去除织物上油污的原理。
化学实验室保存固体氢氧化钠时要注意把试剂瓶口封严，以防止暴露在空气中吸收水分潮解或与二氧化碳反应。
烧碱可通过电解食盐液，或通过碳酸钠与石灰乳反应获得。
六、丙酮的理化性质
分子式：
CH3COCH3
别名：
二甲基丙酮、阿西通、醋通
分子量：
58.08
熔点：
-94.6℃
沸点：
56.48℃
用途：
用于有机溶剂、醋酐、氯仿、石蜡的精炼、橡胶、润滑油的制造
制法
（1）通过玉米发酵法分镏制得。
（2）石油裂解法制得。
（3）木材干馏。
（4）醋酸钙加热。
（5）异丙醉催化加氢
丙酮在常温常压下为具有特殊芳香气味的易挥发性无色透明液体。
易燃烧，其蒸气与空气能形成爆炸性混合物，遇明火
或高热易引起燃烧。
化学性质叫活泼。
其液体比水轻，能与水、酒精、乙醚、氯仿、乙炔、油类及碳氢化合物相互溶解，能溶解油脂和橡胶。
丙酮蒸气有麻醉效应。
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