年产20万吨丙烯制丙烯腈厂区布置
本科毕业设计(论文)
年产20万吨丙烯制丙烯腈厂区布置
学 院
专 业 过程装备与控制工程
年级班别 10级(2)班
学 号 [1**********]20
学生姓名 ----
学生邮箱_ [email protected]
指导老师 ----
2014 年 5 月 11 日
毕业设计(论文)任务书
教研室主任签字: 许维秀 2014年1月3日
目录
摘要 .....................................................................................................................IV Abstract ...............................................................................................................IV
第1章 产品及工艺简介 ..................................................................................... 1
1.1 丙烯腈性质............................................................................................ 1
1.1.1 物理性质.................................................................................... 1
1.1.2 化学性质.................................................................................... 2
1.1.3 毒性及影响................................................................................ 2
1.1.4 急救措施.................................................................................... 2
1.1.5 用途............................................................................................ 2
1.2 主要原料................................................................................................ 3
1.2.1 丙烯物理性质............................................................................ 3
1.2.2 化学性质.................................................................................... 3
1.3 工艺介绍................................................................................................ 4
1.3.1 生产工艺原理 ........................................................................... 4
1.3.2 生产工艺流程 ........................................................................... 4
第2章 厂址选定和厂区布置 ............................................................................. 8
2.1 厂址地理位置、地理气候.................................................................... 8
2.1.1 厂址地理位置............................................................................ 8
2.1.2 厂址地理气候条件.................................................................... 8
2.2 厂区布置................................................................................................ 9
2.2.1 厂区布置要求............................................................................ 9
2.2.2 厂区总体布局概述.................................................................... 9
2.2.3 总平面布置各项技术指标...................................................... 11
2.2.4 生活办公区.............................................................................. 11
2.2.5 辅助生产区.............................................................................. 12
2.2.6 工艺生产区的布置.................................................................. 13
2.2.7 罐区的布置.............................................................................. 13
2.2.8 罐区汽车装卸区的布置.......................................................... 14
2.3 厂内外交通运输设计.......................................................................... 14
2.3.1 厂内设计.................................................................................. 14
2.3.2 厂外.......................................................................................... 15
2.4 绿化...................................................................................................... 15
第3章 化工厂公用工程设计 ........................................... 错误!未定义书签。
3.1 供热设计.............................................................................................. 16
3.2 供电设计.............................................................................................. 16
3.3 供水和排水设计.................................................................................. 16
3.3.1 供水来源.................................................................................. 16
3.3.2 供水系统.................................................................................. 16
3.3.3 排水.......................................................................................... 17
3.4 采暖和通风.......................................................................................... 17
3.4.1 采暖.......................................................................................... 17
3.4.2 通风.......................................................................................... 17
3.5 土建...................................................................................................... 17
致谢 ..................................................................................................................... 18
英文文献..............................................................................................................19
英文文献翻译......................................................................................................24
参考文献 ............................................................................................................. 31
附录一 平面布置 ............................................................................................... 32
附录二 三维效果图............................................................................................33
成绩评定表..........................................................................................................34
年产20万吨丙烯制丙烯腈厂区布置设计
摘要:本设计采用丙烯氨氧化法制取丙烯腈,从初步设计的角度对年产20w吨丙烯腈的厂区进行全面设计。考虑到了厂区的选定与交通、水源、地理气候及环境等因素的关系并完成了生产工艺选择、厂区布置、化工厂公用工程设计。 关键词:丙烯腈 厂区布置
200000 tons of propylene to acrylonitrile
plant layout design
Abstract: This design uses the acrylonitrile by ammoxidation of propylene,overall design of an annual output of 20W tons of acrylonitrile plant from the initial design point of view. Considering the relationship between plant andselected and traffic, water, climate and environment and other factors to complete the production process selection, plant layout, plant public engineering design.
Keywords: Acrylonitrile Plant layout
第1章 产品及工艺简介
1.1 丙烯腈性质
丙烯腈(C3H3N)为无色有毒液体,属大宗基本有机化工产品,是三大合成材料——合成纤维、合成橡胶、塑料的基本且重要的原料,在有机合成工业和人民经济生活中用途广泛。与水部分互溶,其蒸气和空气形成爆炸性混合物。主要由丙烯氨化氧化制得,是聚丙烯腈纤维的重要单体。
1.1.1 物理性质
丙烯腈分子式为CH2=CH-CN,英文缩写为AN。分子量为53.06。常温下为一种剧毒、有苦杏仁味的无色或淡黄色液体。可溶于丙酮、苯、四氯化碳、乙醚和乙醇等有机溶剂,微溶于水。丙烯腈在室内允许浓度为0.002mg/L,在空气中的爆炸极限为3.05-17.5%(体积)。丙烯腈主要物理性质见下表:
表1-1 丙烯腈物理性质
1.1.2 化学性质
丙烯腈易燃,其蒸汽与空气可形成爆炸性混合物。遇明火、高热易引起燃烧,并放出有毒气体。与氧化剂、强酸、强碱、胺类、溴反应剧烈。在火场高温下,能发生聚合放热,使容器破裂。
丙烯腈由于分子结构带有C=C双键及-CN键,所以化学性质非常活泼,可以发生加成、聚合、腈基及氢乙基化等反应。
1.1.3 毒性及影响
丙烯腈易燃,高毒,为可疑致癌物,属于B类有机剧毒物品。对混血动物的毒性约为氰化氢的1/30。丙烯腈不仅蒸汽有毒,而且附着于皮肤上也易经皮肤中毒。轻度中毒有头晕、头痛、乏力、上腹部不适、恶心、呕吐、胸闷、手足麻木、意识蒙胧及口唇紫绀等。眼结膜及鼻、咽部充血。重者除上述症状加重外,出现四肢阵发性强直抽搐、昏迷。液体污染皮肤,可致皮炎,局部出现红斑、丘疹或水疱。慢性中毒:尚无定论。长期接触,部分工人出现神衰综合征,低血压等。对肝脏影响未肯定。工作场所最高容度为45mg/m3。环境危害:对环境有严重危害,对水体可造成污染。
1.1.4 急救措施
皮肤接触:立即脱去污染的衣着,用流动清水或5%硫代硫酸钠溶液彻底冲洗至少20分钟。就医。
眼睛接触:提起眼睑,用流动清水或生理盐水冲洗、就医。
吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。呼吸心跳停止时,立即进行人工呼吸(勿用口对口)和胸外心脏按压术。给吸入亚硝酸异戊酯,就医。
食入:饮足量温水,催吐。用1:5000高锰酸钾或5%硫代硫酸钠溶液洗胃。就医。
1.1.5 用途
丙烯腈是合成纤维,合成橡胶和合成树脂的重要单体。由丙烯腈制得聚丙烯腈纤维即腈纶,其性能极似羊毛,因此也叫合成羊毛。丙烯腈与丁二烯共聚可制得丁腈橡胶,具有良好的耐油性,耐寒性,耐磨性,和电绝缘性能,并且在大多数化学溶剂,阳光和热作用下,性能比较稳定。丙烯腈与丁二烯、苯乙烯共聚制
得ABS树脂,具有质轻、耐寒、抗冲击性能较好等优点。丙烯腈水解可制得丙烯酰胺和丙烯酸及其酯类。它们是重要的有机化工原料,丙烯腈还可电解加氢偶联制得己二腈,由己二腈加氢又可制得己二胺,己二胺是尼龙66原料。可制造抗水剂和胶粘剂等,也用于其他有机合成和医药工业中,并用作谷类熏蒸剂等。此外,该品也是一种非质子型极性溶剂、作为油田泥浆助剂PAC142原料。另外丙烯腈还是杀虫剂虫满腈的中间体。
1.2 主要原料
丙烯是略带甜味的气体,化学性质活泼,易发生氧化、加成、聚合等反应。是基本有机化工的重要基本原料,工业上主要由烃类裂解所得到的裂解气和石油炼厂的炼厂气分离获得。为有机合成基本原料,可制丙酮、丙烯醛、甘油等。
1.2.1 丙烯物理性质
表1-2 丙烯物理性质
1.2.2 化学性质
易燃,燃烧化学方程式:2C3H6+9O2=6CO2+6H2O
丙烯除了在烯键上起反应外,还可在甲基上起反应 。丙烯在酸性催化剂(硫酸、无水氢氟酸等)存在下聚合,生成二聚体、三聚体和四聚体的混合物,可用作高辛烷值燃料。在齐格勒催化剂存在下丙烯聚合生成聚丙烯。丙烯与乙烯共聚生成乙丙橡胶。丙烯与硫酸起加成反应,生成异丙基硫酸,后者水解生成异丙醇;丙烯与氯和水起加成反应,生成1-氯-2-丙醇,后者与碱反应生成环氧丙烷,加
水生成丙二醇:丙烯在酸性催化剂存在下与苯反应,生成异丙苯C6H5CH(CH3)2,它是合成苯酚和丙酮的原料。丙烯在酸性催化剂(硫酸、氢氟酸等)存在下,可与异丁烷发生烃基化反应,生成的支链烷烃可用作高辛烷值燃料。丙烯在催化剂存在下与氨和空气中的氧起氨氧化反应,生成丙烯腈,它是合成塑料、橡胶、纤维等高聚物的原料。丙烯在高温下氯化,生成烯丙基氯CH2=CHCH2Cl,它是合成甘油的原料。
1.3 工艺介绍
1.3.1 生产工艺原理
在丙烯氨氧化法生产工艺中,丙烯腈是丙烯在一种混合金属氧化物催化剂的作用下与氨和氧气(或空气)反应合成的。反应方程式为:
C3H6+NH3+1.5O2=C3H3N+3H2O
此反应是强放热反应,虽然氨氧化催化剂对丙烯腈是中等选择性,但有许多副产物,如乙腈、HCN、CO和CO2典型的反应条件为:温度750~900F;压力30~50psia;接触时间2~6秒;氨/丙烯(摩尔进料比)1.05~1.2;空气丙烯(摩尔进料比)8~20。在这些条件下丙烯的转化率通常大于90%
1.3.2 生产工艺流程
丙烯氨氧化法制丙烯腈分为3大部分,包括:反应部分,分离和回收,精制。 反应工段 高纯度的液态丙烷和液氨,分别用水加热蒸发,再经过预热器预热到66℃左右,计量后两者混合,进入流化床反应器丙烯-氨混合气体分配管。空气经过滤器除尘后压缩至0.325MPa左右,经计量进入反应器。各原料器的管路中都装有止逆阀,以防止发生事故时,反应器中的催化剂和反应气体产生倒流。反应器温度为750-900F,压力稍高于常压。反应器浓相段U型冷却管内通入高压软水,用以控制反应温度。产生的高压(压力为4.0MPa左右)过热蒸汽用作空气压缩机和制冷机的动力。反应器内的催化剂经三级旋风分离器捕集后返回反应段参加反应。反应后的气体从反应器的顶部出来,在反应器冷却器进行热量交换后,冷却至200℃左右,进入后续的回收和分离工序。
1-丙烷蒸发器;2-液氨蒸发器;
3-空气压缩机;4-流化床反应器;5、6-换热器
图1-1 丙烯腈的合成工艺流程
分离和回收 如图1-2所示,1-急冷塔分为三段,上端装置多孔筛板,中段装置填料,下段是空塔,设有液体喷淋装置。反应气经初步冷却至200℃左右后。由急冷塔下部进入,与下段酸性中和水接触,把夹带的催化剂粉末、高沸物和聚合物洗下来,并中和大部分氨。反应气增湿,温度从200℃急冷至84℃左右,然后进入中段。在这里再次与酸性中和水接触,将反应气中剩余的催化剂粉末、高沸物和聚合物洗掉并把残余的氨脱除干净。反应气经下段和中段洗后进入上端,在筛板上与中性水接触,洗去夹带的酸性溶液残沫,温度冷却至40℃左右。急冷塔上部中性水因温度比较低,反应气中有部分蒸汽冷凝下来,也有一部分主副产物溶于水中,故此水一部分循环使用,一部分进入5-水吸收塔下部,和水吸收塔下部的水吸收液汇合后送精制工序处理。将磷酸氢二铵从急冷塔塔底抽出后,送往6-再生塔加热到100~300℃分解,释放出氨和磷酸二氢铵。氨干燥后循环进入该工艺的前端,而再生的磷酸二氢铵重新用作急冷液,回到1-急冷塔。而从1-急冷塔塔顶出来的反应气进入水吸收塔下部。
另外,来自精制工艺中的回收塔(又称萃取解吸塔)塔底出来的水,经换热后在冷却至35℃左右后(也可将其冷却至更低的温度,如冷却至4℃左右时,丙烯腈收率可达99%)进入水吸收塔上部用作吸收液。在5-水吸收塔中,反应气中的丙烯腈,乙腈和氢氰酸等溶于水中,流往塔底与从急冷塔中部出来的冷凝水吸收液汇合去精制工序,而N2、CO2、CO
以及未反应的丙烷等由塔顶出来,经
压缩冷却后丙烷与其它气体分开,用作进料。
1-急冷塔;2-过滤器;3-循环泵;4-冷却器;5-水吸收塔;6-再生塔
图1-2 回收和分离工艺流程图
精制工艺 1-回收塔(萃取解吸塔)为一复合塔,塔上部产出氢氰酸和丙烯腈,经冷却冷凝后进入3-油水分层器。油相中含丙烯腈80%以上、氢氰酸10%左右,水约8%左右,并含有其它微量杂质。由于它们的沸点相差较大,可用精馏法分离。萃取解吸塔中部抽出乙腈-水溶液,其中乙腈含量较高,可用泵打入乙腈塔,由塔顶分出粗乙腈。萃取解吸塔釜液用泵送至四效蒸发系统处理。塔下段抽出一股液体,经热交换后作水吸收塔的吸收用水。回收塔顶出来的蒸汽,经冷却冷凝,在油水分离器中分离出水相和油相,油相为粗丙烯腈,流入5-脱氰塔。由该塔塔顶可的粗氢氰酸,经氢氰酸精馏塔(图中未画出)精制,侧线可得纯度达99.5%的氢氰酸,塔顶不可凝性气体去焚烧炉。脱氰塔(采用真空操作)底部的釜液用泵打入6-AN精制塔(丙烯腈精馏塔)。为减少聚合,降低精馏塔操作温度,精馏塔采用真空操作,塔侧线得纯度为99.5%以上的成品丙烯腈。塔釜液用作回收塔的萃取剂。
1-回收塔;2-乙腈塔;3,4-油水分层器;5-脱氰塔;6-AN精制塔
图1-3 精制工艺流程图
第2章 厂址选定和厂区布置
2.1 厂址地理位置、地理气候
2.1.1 厂址地理位置
荆门市位于湖北省中部,东眺武汉,西临三峡,南望潇湘,北通川陕,素有“荆楚门户”之称。地理坐标位置为东经111°51′-113°29′,北纬30°32′-31°36′。在荆门市掇刀区,规划了一个化工循环产业园。规划中的园区将形成石油化工、磷化工、煤化工三大板块,下游产品关联度达80%,接近原材料产地和销售市场。该地区离城区较远,对市区的环境影响较小,且产品运输可通过水路,公路及铁路三路运输,交通优势明显,运输快捷。该地区具有较平坦的地形,便于厂区内部的布置规划。该地区附近有本地最大的人工水库--漳河水库,水资源丰富,水质好,符合生产要求。该工业旁还有较多化工厂,供电供热供气等方便。市政府颁布多项征地、税收等优惠政策。经勘察和比较,最终在荆门市掇刀区高新技术开发区循环产业园区旁边的空地上。
图2-1 建厂地图
2.1.2 厂址地理气候条件
荆门气候温暖,日照充足,雨量充沛,为亚热带温暖季风型气候,全市年平均气温为16.9°C,年均降水量为949.4ml。年平均相对湿度73%
,年平均风速
2.5m/s,最大风速11.1m/s,年均日照数为1560.3h。主导风向为北风,全年静风频率为12.1%,年雷暴日数位42.2。
2.2 厂区布置
2.2.1 厂区布置要求
从工程角度来看,工厂总平面布置应该注意满足以下要求:
1、工厂总平面布置应该满足生产和运输要求;
2、工厂总平面布置应该满足安全和卫生要求;
3、工厂总平面布置应该考虑工厂发展的可能性和妥善处理工厂分期建设问题;
4、工厂总平面布置必须贯彻节约用地的原则;
5、工厂总平面布置应考虑各种自然条件和周围环境的影响;
6、工厂总平面布置应为施工安装创造有利条件;
7、工艺流程顺直,物料管线短捷,尽量缩短各装置和设施之间的物料输送距离。
本项目的厂区总平面布置是严格遵照所列设计规范的要求进行设计的。并且在进行化工厂总平面布置之前,分析了全厂生产流程顺序、各部分的生产特点和火灾危险性,同时考虑了厂区地形和风向,选择了合理的朝向。使人员集中的建筑物有良好的采光及自然通风条件。
2.2.2 厂区总体布局概述
1、厂区布置为矩形,东西方向长为334m,南北方向宽为200m,总面积为66800m2。
2、厂区周围一边与上游车间连接,以保证原料的顺利接收。与产品仓库相接的一侧为马路,方便车辆的进入以及产品的运输。另外两侧分别设置安全通道大门,方便人员疏散和逃生。
3、本项目按照生产功能,将厂区分为:生活办公区;辅助生产区;工艺装置区;罐区;运输装卸区。如图2-2。
(1)生活办公区:包括行政楼(喷泉广场)、员工活性中心、生活多功能楼(医疗室、食堂、员工休息室等)。
(2)辅助生产区:产品检验楼、机修室、废水处理站控制中心、公用工程站、锅炉房、配电站。
(3)工艺装置区:反应车间和分离和回收车间、精制车间。
(4)罐区:包括原料罐区、产品罐区(丙烯罐、氨气罐、丙烯腈罐)。集中管理储罐设备,有利于装卸和运输,方便快捷。
(5
)运输装卸区:装
图2-2 厂区总体布置
4、荆门的主导风向为北方。根据主导风向将五个区进行合理布置,将最,危险的储运区即罐区布置在常年主导风的下风侧,即布置在整个厂区的东南角上;工艺区布置在罐区的正北方,靠着罐区布置;生产辅助区紧挨着工艺区布置;生活和管理区布置在常年主导风上风侧,即北边并且各个区域间用绿化带隔开。详图见附录1。
5、本装置内各工序与道路的间距均满足规范要求。本设计中,厂区内道路总体呈网格状布置,并均以其走向进行命名,易于识记和辨认;主干道(南北路、东西一路、东西二路、东西三路)设计宽度为12米(双向四车道),次干道(东、南、西、北环路)设计宽度为6米(双向两车道)。整个厂区的道路及建构筑物都经过严格规划,布置规整。人流与货流分离,并留有消防安全通道。
本厂区在进行总平面布置设计还预留了发展用地,一方面可以使前期建设的项目集中、紧凑、布置合理,并与后期工程合理衔接;另一方面可以满足辅助生产设施、公用工程设施、仓储和管线铺设等相应后期配套建设。
2.2.3 总平面布置各项技术指标
化工厂总平面布置设计的各项技术指标如表2-3所示:
2.2.4 生活办公区
生活办公区的布置体现了一个工厂整体风貌和企业形象,因此在满足设计规范的要求的同时,我们更多地考虑了建筑风格以及景观配合的关系,力争达到人与自然和谐统一的良好效果。本设计中,喷泉广场与行政大楼正对工厂大门,广场前设有环形车道。大气磅礴的厂前设计迎合本厂现代化、人性化的企业氛围。
位于厂区的东北角是厂区的食堂,与办公区相邻,环境安静清洁,同时前面设有篮球场、郁郁葱葱的草坪和花坛,方便工作人员休息放松,有利于身心健康。员工休息楼周围柳荫环绕,而且靠近食堂,为员工提供了舒适、便利的环境。将食堂、医疗站和员工休息楼有效组合成综合性多功能行政办公楼,有效提高了土地利用率以及生活服务区的整体性。
员工活动中 心在行政广场的南侧区域设置员工活动活动室,厂内的集体活动在此进行,既丰富员工的业余生活,有利于身心健康,又营造了井然有秩、积极向上的工作氛围。员工活动中心楼现代优美又不拘一格的设计风格与宏伟气派行政大楼相互辉映,相得益彰。
停车场的布置 设计规范要求自行车棚应布置在职工存取车方便的地方,自行车棚面积的大小应根据工厂最大班职工人数及当地交通运输条件确定。同时厂前区宜设置必要的汽车停车场,满足工人及职工用车停放的需要。本厂设计中,为服务区共设有两个停车场,一个位于生活多功能楼区,为员工提供停放自行车和机动车;另一个位于行政楼的另一侧,为进出工厂的外来人员的车辆准备,以保证休息区的安宁环境,免于外界干扰。
2.2.5 辅助生产区
配电站的布置 设计规范规定配电站所应便于电线路的进出、不妨碍工厂的扩建和发展的独立地段。当采用架空输电线时,应布置在厂区边缘地带。配电站应该布置在易泄漏、散发液化烃及较重的可燃气体、腐蚀性气体,粉尘的生产、储存和装卸设施全年最小频率风向的下风侧和有水雾场所冬季盛行风向的上风侧。在本设计中,配电站位于全场西南侧边缘地带,正位于储罐区和装卸区的西南侧,而全年东北风频率都较低。同时,变电站设计远离强振源,与易泄漏、散发液化烃及较重的可燃气体、腐蚀性气体及粉尘的生产区、储罐区和装卸区的距离在(>60米)之上,方便高压进线和低压出线。变电站周围设置绿化带,构成一独立区域。
锅炉房的布置 锅炉房位于厂区的南侧,与配电站相邻。旁边设置有蓄水池,供以产生蒸汽。
污水处理场的布置 根据设计规范的要求,污水处理厂宜位于厂区边缘或厂区外的单独地段,且地势及地下水位较低处;并应布置在厂区全年最大频率的下风侧,且应注意其对周围环境的影响。
本厂设计充分考虑了以上要求,将污水处理厂设在全场东南角,处于全年最大频率的西北风的下风侧,同时有绿化树林进行隔离生产,能够有效地减少废水毒气排放,做到节能减排。
机修房的布置 机修车间宜集中布置在厂区的一侧、靠近人流出入口的地段,并有较方便的交通运输条件;同时应避免仪修车间的噪音、振动对周围设施的影响。本设计方案中机修车间紧邻北门,具有非常便利的交通运输条件。同时在仪修车间前设置的草坪可作为屏障,使尾气、噪音等对周围设施的影响降至最低。
产品检验楼的布置 按照设计规范的要求,产品检测楼不应布置在散发毒性、腐蚀性及其它有害气体、粉尘以及循环水冷却塔等产生大量水雾设施的全年最大频率风向的下风侧。本设计将产品检验楼与机修房形成一片建筑群,放在一个街区内。
公用工程站的布置 公用工程宜集中布置在主生产区,同时应避免公用设备车间的噪音、振动对周围设施的影响。本厂设计公用工程能够在主生产区南侧,最大化地合理利用管道布置。在保证安全距离的前提下,合理利用土地资源,减
少管道回转次数,节省管线。并与中心控制站,空压站形成建筑群。
控制中心的布置 控制室的位置应该靠近主要工艺装置或主要控制设备,控制中心距离工艺生产区比较靠近,又在一定的安全距离以外。控制室朝向高压或者有爆炸危险的生产设备区一侧的外墙,应为密闭式或控制室整体采用抗暴型结构。此外,控制室还应该避免噪音、振动以及电磁干扰较大的场所对其的干扰。本设计中,较多的树木作为隔音屏障,使得控制中心与噪音较大的工艺装置区以及仪修车间隔开。
2.2.6 工艺生产区的布置
设计规范要求工艺装置在厂区内布置应相对集中。本设计中将两个反应车间分别和分离车间、深冷车间集中布置,设置在同一街区内,这样有利于集中铺设公用工程管线以及集中控制管理,而且工艺生产流程顺畅、衔接短捷,紧凑合理,与相邻设施也协调得很好。除了有利于生产管理和安全防护等优点外,集中布置工艺装置还便于施工、安装和检修。
工艺生产区宜布置在人员集中场所全年最小频率风向的上风侧,并位于散发可燃气体的储运设施全年最小频率风向的下风侧。在本厂分布设计中,人员集中的场所诸如办公楼、医疗站、食堂、分析化验室、控制中心等等都位于偏西南侧,工艺生产区正处于全年最小频率(东北风)的上风侧。罐区位于东北角,生产工艺区正好位于罐区最下频率风向(东北方)的下风侧(西侧),保持一定距离,防止交互危险性,间隔一定距离放置灭火器及高压喷头,预防火灾蔓延。
生产工艺区的道路布置应该在满足生产操作、物料运输、设备检修、消防安全和事故急救等的要求下,应力求减少道路的面积;工艺装置的内部道路应与街区外的厂区道路连接。工艺生产的生产区不宜进行绿化。
工艺生产区安排在整体厂区的中间,方便工作人员随时检测调整加工单元,防止易燃以及毒性物质的释放,对人造成伤害。
2.2.7 罐区的布置
罐区放置在厂区东北角,满足上述与生产工艺区的相对位置要求。该区域要进行车辆限行,生产区保持足够的安全距离(大于25米),满足防火设计的要求。罐间距离取8米,罐区内设置集水设施,并设置可控制开闭的排水设施。罐区和辅助生产区,主生产区之间设有隔离绿化带。
罐区包括原料罐,产品罐。来源为上个车间的碳四产物,来源充足,储存时
间不用过长。成品罐区放置在运输装卸区一侧,便于产品运输转移。既邻近工艺装备区,又邻近装卸区,充分满足了工艺生产和储运装卸的要求。此外罐区靠近东门,方便车量的出入,达到了方便运输的要求。
液化烃、可燃液体和可燃气体要分布在厂的边缘区域,不宜紧靠排洪沟布置,与罐区无关的管线、输电线均不得穿越罐区。在本设计中,罐区在厂区的东边缘。同时,在具有良好通风的前提下,靠近工艺生产装置区的地段内,有利于服务毗邻的对象;把装卸区也设计在罐区附近,有利于交通运输,便利快捷。
2.2.8 罐区汽车装卸区的布置
罐区汽车装卸设施应该位于厂区边缘、空气流通的地段或布置在厂区外。远离人员集中的场所、明火和散发火花的地点及厂区主要人流出入口和人流较多的道路。本设计中,装卸区设置在厂区的东南侧,紧邻东门(主要货流运输出入口),同时远离人流较多的道路和可能产生明火和散发火花的地点。
2.3 厂内外交通运输设计
2.3.1 厂内设计
厂内运输设计要求运输线路的布置,应符合下列要求:
1、满足生产、运输、安装、检修、消防及环境卫生的要求,线路短捷,人流、货流组织合理;
2、划分功能分区,并与区内主要建筑物轴线平行或垂直,宜呈环形布置,使 厂区内、外部运输、装卸、贮存形成一个完整的、连续的运输系统;
3、与竖向设计相协调,有利于场地及道路的雨水排除;
4、与厂外道路连接方便、短捷;
5、建设工程施工道路应与永久性道路相结合。
本设计中,厂区内道路总体呈网格状布置,并均以其走向进行命名,易于识记和辨认;主干道(东西路、南北一路、南北二路、南北三路、)设计宽度为12米(双向四车道),次干道(东、南、西、北环路)设计宽度为6米(双向两车道)。道路宽度均大于3.5米,满足消防车道宽度的要求。本设计中,装卸区设置在厂区的东南侧,紧邻东门(主要货流运输出入口),同时远离人流较多的道路和可能产生明火和散发火花的地点。专用于货物运输车辆的停车场位于装卸台的东侧,卸货后的车辆可以直接停在这片停车场内。而专属于生产管理区的车辆拥有独立的停车场,分别位于行政楼的两侧,交通极为便利。这样的设计有利于
人流与货流的分离。厂区运输路线说明如图2-3所示:
2.3.2 厂外
荆门承东启西,连接南北,交通枢纽优势明显。焦柳铁路、长荆铁路和即将升级改造的荆沙铁路在城区汇集。襄荆高速、荆宜高速、随岳高速和武荆高速在城区交汇成网,207国道、皂当公路、荆潜公路贯穿城区。临长江、踞汉江,南水北调中线的汉江运河贯穿境内。市中心距武汉天河机场约200km,距宜昌三峡机场和襄樊机场约均在100km左右,境内冷水机场将按4G级标准扩建成以货运为主、客运为辅的民用机场,初步形成了以高速公路、国省干道为脊梁,以铁路、水运为骨架,以航空为干支,布局合理、快速便捷的综合交通运输网络体系。
2.4 绿化
生产区道路绿化,车间,装置前区绿化,生产区和生活区之间,厂区和办公室之间,工厂大门入口处设计浓厚的绿化隔离带。厂前区是绿化重点,要为员工提供优雅的休息场所。各个区域之间保留一定的安全范围,设立绿化隔离带,并留有草坪绿化区域。办公区可适当设计花坛,合理绿化。绿化植物以柳树为主。柳树除了具备净化空气的效果外,植栽于防洪堤两侧,还有固土防洪的作用。同时,在办公区内,设有多处花坛草地,有效美化厂区环境,为职工提供了优雅的生活环境。在生产区和生活区之间,设计了浓厚的绿化隔离带,防止生产区的噪音、粉尘等对职工的生活、办公造成影响。因此,在厂区总平面布局中,结合效益优先和以人为本的理念,在不影响车流、人流、管道布置、交通运输、设备维修、排污和采光的前提下,对厂区进行合理绿化,将生产过程中所带来的污染降至最低,是符合可持续发展的战略需要的。
第3章 公共工程设计
3.1 供热设计
化工厂供热系统的任务是供给车间生产所需的蒸汽,包括加热用的蒸汽和蒸汽透平所需的动力蒸汽。
供热设计包括锅炉房和厂区蒸汽、冷凝水系统地设计。将供热系统于化工生产装置(如换热设备,放出大量的反映热的反应器等等)和动力系统(发电设备、各种机械、泵等等)密切结合,如此可以大大的降低能耗。
3.2 供电设计
电能作为整个生产的主要能源和动力来源,在整个化工生产中起着重要的作用,而化工企业由于其行业的特殊性,对供配电的要求有其自己的特点。化工企业因为连续生产需要,对电力系统的供电质量的可靠性以及运行的连续性提出了更高要求。
本工厂用电根据其在生产过程中的重要性及对供电可靠性、连续性的要求,可划分为一级负荷、二级电荷和三级负荷。对一级负荷由两个电源供电。当一个电源发生故障时,另一个电源不应同时受到损坏。对二级负荷,由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时,二级负荷可由一回6kV及以上专用的架空线路或电缆供电。当采用架空线时,可为一回架空线供电。当采用电缆线路时,采用两根电缆组成的线路供电,其每根电缆应能承受100%的二级负荷。
3.3 供水和排水设计
在化工企业中,用水量是很大的,它包括了生产用水(工艺用水和冷却用水)、辅助生产用水(清洗设备及清洗工作环境用水)、生活用水和消防用水等,所以,供排水设计是化工厂设计中的一个不可缺少的组成部分。
3.3.1 供水来源
漳河水库是在漳河上建坝拦断长江中游北岸支流沮漳河的东支,是湖北省管辖的最大的人工水库,承雨面积2212平方公里,总库容20.35亿立方米,水域104平方公里,是一座以灌溉为主,综合利用的水利工程,可以在漳河水库建立给水基地,可以把那里的水引来使用。
3.3.2 供水系统
设计将生活用水和消防用水合并为一个供水系统,为了当任何一段供水管道
发生故障,仍能不断的供应各部分用水,厂内设计为环形供水。为节约水源以及减少水处理的费用,设计大量使用循环冷却水,且循环水水质好,水质稳定,能够保证换热设备终年操作而不产生结垢,从而符合工厂长期连续稳定操作的的要求。
3.3.3 排水
化工企业污水大体有三个方面:生活污水,生产污水,大气降水。生产污水中往往含有大量的酸、碱、盐和各种有害的物质,必须经过净化达到国家规定的排放标准才能排入河道。本厂设计将所有的污水通过一个共同的管道到净化池处理之后再引入河道。故采用合流系统。
3.4 采暖和通风
3.4.1 采暖
采暖系统设计为集中采暖。而集中采暖有好几种形式,这里我们采用热风式采暖,其优点是,便于局部供热以及便于调节温度。
3.4.2 通风
化工生产中大多都会放出大量的热量,散发出大量的热气、湿气、灰尘、侵蚀性气体以及有毒的气体,为了保证正常的劳动卫生条件,通风是必要的。因本厂是制造丙烯腈的厂,涉及到原料丙烯,两者易燃易爆,且对人体有害,本厂采用自然通风和机械通风两种方式。自然通风是通过房屋的窗、天窗和通气孔,根据不同的风向,风力调节窗的启闭方向来达到通风的要求。机械通风是通过风机、风道、阀门、送排风口组成。
3.5 土建
本工程为7级抗震,建筑结构均应采取切实有效的抗震构造。地质勘察时,应对此提出准确评价及可供选择的地基处理方案。根据厂区工程地质概况及工程建、构筑物的结构特点,对高层建、构筑物采用钢筋混凝土独立基础或条形基础,合成压缩机基础及锅炉等采用构架式基础,设备采用钢筋混凝土或素混凝土,一般建筑采用砖混结构。管架一般采用钢筋混凝土及钢架,当有特殊要求时可采用钢结构。所有池、槽、坑、沟均采用现浇混凝土或钢筋混凝土。其他内容需要按照工艺、设备、建筑、施工及经济合理性等各方面的具体情况共同研究决定。
致谢
这次毕业论文是----老师的严格要求和指导下完成的。在设计过程中,她给予了很多帮助和建议,付出了宝贵的时间。在此向她表示衷心的感谢。
由于本人初次做这方面的设计,经验不够充足,设计中难免出现一些错误或不足。恳请老师们指正!
A Pd(0)-Catalyzed Diamination of Terminal Olefins at Allylic and HomoallylicCarbons via Formal C-H Activation under
Solvent-Free Conditions
Haifeng Du, Weicheng Yuan, Baoguo Zhao, and Yian Shi*
Department of Chemistry, Colorado State UniVersity,Fort Collins, Colorado
80523
Received March 23, 2007;E-mail:[email protected]
Diamination of olefins presents an attractive strategy for the synthesis of vicinal diamines, which are contained in various biologically active compounds as important functional moieties and are widely used in asymmetric synthesis as chiral control elements.1 A number of metal-mediated2,3 and -catalyzed diaminations have been developed.4-6 Recently, we reported that conjugated dienes and trienes can be effectively diaminated with high regio and stereoselectivity using di-tert-butyl diaziridinone (2)7 as nitrogen source and Pd(PPh3)4 as catalyst (Scheme 1).8 Herein we wish to report that terminal olefins can be diaminated at allylic and homoallylic carbons (Scheme2).
Subjecting terminal olefins to the previous diamination conditions [10mol% of Pd(PPh3)4 in C6D6 at 65°C](Scheme1)gave no diamination products on the olefins. Instead, small amounts of diamination products at allylic and homoallylic carbons were observed. After much experimentation, it was found that this diamination process can be further improved by running the reaction without solvent and by slow addition of di-tert-butyldiaziridinone (2). For example, treating 4-phenyl-1-butene with 5 mol % of Pd- (PPh3)4 and 2 (2.75 equiv, added slowly) at 65 °C for 7 h gave a clean diamination product (5a) in 90% yield (Table 1, entry 1). This diamination can be extended to a variety of terminal olefins, including monosubstituted (Table 1, entries 2-6) and 1,1-disubstituted olefins (Table 1, entries 7-11). In all of these cases, the reaction occurred at allylic and homoallylic carbons and essentially only one stereoisomer was obtained.9,10 Diamination product 5 can be deprotected with TFA and concentrated HCl to give a free diamine (an example is shown in Scheme 3).
Bisdiamination can also occur for substrates bearing two terminal double bonds.
For example, treating 1,9-decadiene with 10 mol % of Pd(PPh3)4 and 2 for 12 h led to the formation of a mixture (meso/ DL) of bisdiamination products 8a and 8b in 61% yield (Scheme 4). X-ray structure of 8a is shown in Figure 1. It appears that the first diamination has little effect on the stereochemistry of the second diamination. However, when the reaction was carried out with 1,7-octadiene, bisdiamination product 11 was obtained as a single diastereomer in 47% yield (Scheme 5), suggesting that the first diamination influences the stereochemical outcome of the second diamination. The stereochemistry of 11 was determined by X-ray structure (Figure
1).When the reaction was carried out with 5mol% of Pd(PPh3)4 at 65°C for 12h,substantial amounts of compounds 10a (14% yield) and 10b (20% yield) were isolated. When isolated compounds 10a and 10b were subjected to the diamination conditions, both compounds were converted to compound 11, suggesting that 10a and 10b are possible reaction intermediates toward 11. While a precise reaction mechanism awaits further study, a plausible catalytic cycle is shown in Scheme 6. The Pd(0) first inserts into the N-N bond of diaziridinone 2 to form a fourmembered Pd(II) species (12),11 which complexes with olefin 4 to form 13. Upon removing an allylic hydrogen, complex 13 forms ð-allyl Pd complex 14,12,13 which gives diene 15 and regeneratesthe Pd(0) catalyst after â-H elimination.14 Subsequently, diene 15 complexes with 12 to form 17, which is then converted into ð-allyPd complex 18 after migratory insertion.8,15 Finally, 18 undergoes reductive elimination to form product 5 and regenerate the Pd(0) catalyst.
In summary, a variety of terminal olefins have been effectively diaminated at allylic and homoallylic carbons via formal C-H lactivation16 using di-tert-butyldiaziridinone
(2) as nitrogen source and Pd(PPh3)4 as catalyst, giving the diamination products in good yields with high stereoselectivity. Bisdiamination can also be achieved for substrates bearing two terminal double bonds. This diamination uses readily available terminal olefins and is complementary to the previous diamination process of conjugated dienes. Further efforts will be devoted to studies of the reaction mechanism, search for a more effective catalytic process with different nitrogen sources and metal catalysts, and expansion of the substrate scope as well as the
asymmetric process.
Acknowledgment. We are grateful for the generous financial support from the Camille and Henry Dreyfus Foundation and the Monfort Foundation (CSU).
Supporting Information Available: Diamination procedures, deprotection procedure, characterization and NMR spectra of 5, 6, 8a,b, 10a,b, and 11, and the X-ray data of 8a, 8b, and 11. This material is available free of charge via the Internet at
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(9) Other isomers were barely detectable by 1H NMR of the crude reaction mixture if there was any.
(10) No reactions were observed for olefins with internal double bonds such as trans-5-decene and cis-cyclooctene under current conditions.
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在无溶剂条件下钯催化C-H活化的末端烯烃的烯丙基及高烯丙
基碳的二胺化合成
杜海峰、袁伟成、赵保国、史一安
美国科罗拉多州立大学化学系,科罗拉多州柯林斯堡市80523,
2007年月23日收稿;
E-mail: [email protected]
二胺类烯烃提供了一个有效地的合成邻二胺的方法,其中包含各种生物活性化合物的重要功能基团合成并广泛应用在不对称合成手性化学元件1。若干金属介导2,3和催化的二胺类物质合成反应已开发4-6。最近,我们报道了共轭二烯、三烯可以用氮代二叔丁基二氮杂环丙酮(2)7作为氮源以Pd-(PPh3)4作催化剂有效的在高立体选择性下进行二胺化合成(如图1)8。在此我们希望报道末端烯烃可以在烯 丙基和等位碳进行二胺化合成(如图2)。
使末端烯烃在先前的二胺化条件[量浓度10%的Pd(PPh3)4在氘代苯中65℃](方案1)下得到没有二胺化的烯烃,相反却观察到少量在烯丙和高烯丙碳的二胺化产物。在多次实验后,才发现这二胺化过程可以通过缓慢加入氮代二叔丁基二氮杂环丙酮(2)在无溶剂条件下进一步完善。例如,用4-苯基-1-丁烯和物质量浓度5%的Pd-(PPh3)4和2(2.75当量,缓慢加入)在65℃反应7小时得到纯的二胺化产物(5a),产率90%(表1,项目1)。这种二胺化反应可以推广到各种末端烯烃,包括单取代(表1,项目2-6)和1,1-二取代烯烃(表1,项目7-11)。在所有这些情况下,反应发生在烯丙基和高烯丙位碳上且基本上只得到一个立体异构体9,10。二胺化产物5可以用三氟乙酸和浓盐酸脱保护而得到游离的二胺(如图3)
双二胺化反应也可发生在基链含有末端双键的物质上,例如用1,9-癸二烯和量浓度10%的Pd(PPh3)4和2反应12小时形成双二胺化的混合物(内消旋/DL),8a和8b,产率61%(如图4)8a的X射线结构如图形1,它显示第一步产生的二胺化产物对第二步产生的二胺化产物的立体化学构型影响不大,然而当用1,7-辛二烯进行反应得到单一的非对映体二胺化产物11,产率47%(如图5)。这表明第一二胺化产物影响第二二胺化产物的立体化学构型。产物11的立体化学结构由X射线确定(如图形1)。当用量浓度5%的Pd-(PPh3)4在65℃反应12小时,分离得到大量的化合物10a(产率14%)和10b(产率20%)。当分离得到的化合物10a和10b在二胺化反应条件下,这两种化合物都转换成化合物11,表明10a和10b可能是转变为11的反应中间体。
虽然确切的反应机理有待进一步研究,但一个可信的催化循环如图6所示。零价钯首先插入二胺化产物2的N-N键形成一个四元环状钯(Ⅱ)的产物(12),
11与烯烃4配合形成产物13,在移除一个烯丙氢后,复合物13形成π-烯丙基钯配合物14,12,13配合物14在消除β-H后产生二烯15和再生的催化剂零价钯。14随后,二烯15与12配合成化合物17,化合物17在钯迁移插入后转换成π-烯丙基钯配合物18。8,15最后,配合物18经过还原消除形成产品5和再生零价钯。14随后,二烯15与12配合成化合物17,化合物17在钯迁移插入后转换成π-烯丙基钯配合物18。8,15最后,配合物18经过还原消除形成产品5和再生零价钯催化剂。
总之,各种末端烯烃已经有效地在烯丙位和等位碳通过C-H活化进行二胺化合成16反应以氮代二叔丁基二氮杂环丙酮(2)作为氮源以Pd-(PPh3)4作为催化剂,得到良好产率的二胺化产品且有较高立体选择性。双二胺化也可以在基链含有两个末端双键的化合物上实现。这个二胺化反应使用现成的末端烯烃并和之前共轭二烯烃的二胺化反应过程互相补充。进一步努力将致力于反应机理的研究,寻求采用不同氮源和金属催化剂的更有效的催化过程,扩大反应适用的底物基链范围并用于不对称合成过程。
鸣谢:我们对卡米尔与亨利德雷福斯基金会和蒙福特基金会(CSU)的慷慨财政。
支持表示感谢支持信息:二胺化合成步骤,脱保护步骤,5,6,8a,b,10a,b,和11的表征和核磁共振光谱以及8a,8b,和11的X-射线数据,这些材料可以免费通过互联网在http://pubs.acs.org上查看。
所有的反应使用烯烃(1.6mmol),Pd-(PPh3)4(0.08毫摩尔),氮代二叔丁基二氮杂环丙酮(4.4mmol)(用注射泵以0.4毫摩尔/小时添加)在65℃氩气保护下反应,除非另有说明。氮代二叔丁基二氮杂环丙酮(4.4mmol)用注射泵以0.8mmol/h添加。这些产品对酸敏感,用少量酸性硅胶纯化(投影电位示波器,型号Iatrobeads6RS-8060三菱化学公司,日本)
。分离产率由烯烃种类决定。
参考文献
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附录二 三维效果图