年产3000吨无毒可生物降解材料单体——ε-己内酯的合成工艺初步设计说明书(编辑修改稿)

年产3000吨无毒可生物降解材料单体——ε-己内酯的合成工艺初步设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

于生产区附近，紧邻生活区。 同时为全长员工提供医疗 保障及生产伤害保护。 商店与医疗保健室相连，提高了土地的利用率。 、生产区及车间布置 生产区位于厂内西北部，处于下风地带，所以大大减少了其对职工生活的影 响。 生产区包括：生产车间、控制室、配电房、化验室、原料仓库、成品仓库、污水处理中心、消防站、维修车间等。  生产车间 生产厂房高 12 米，共两层，长 40 米、宽 20 米。 生产车间包括反应釜、精馏塔、再沸塔、冷凝器、再沸器、缓冲罐、换热器、泵等设备。 由于车间空间足够，故将泵成组布置于车间内，以减少输送距离。 车间布局严格遵守相关国家标准及行业 标准，力求安全高效。  控制室 控制室一层，高 4 米，长 10 米，宽 16。 位于生产车间南部，距离车间 35 米以上，确保安全。 距离生活区 30 米左右，方便员工上下班。  配电房 配电房一层，高 3 米，长宽 15 宽 8 米。 位于生产车间东方，位于厂区 正中方位，布线方便，输电安全。  化验室 化验室一层，长宽 16 宽 8 米，高 6 米。 位于生产车间西南方向，方便质量 检验。 化验室内有实验室，用于产品研发。  维修车间 维修车间一层，高 6 米，长 25 米，宽 16 米。 位于厂区北面物流运输线附近。 主 要用于厂内设备维修、车队车辆保修等。  原料仓库、成品仓库 共有仓库两间，分别储放原料、成品。 均为一层，高均为 10 米，长宽 30米、 18 米。 仓库贴近生产车间，原料、成品就近运输。 邻近物流运输线，有助于货物的运输。 11  污水处理中心、垃圾站 污水处理中心、垃圾站位于厂区西部。 用于厂区卫生安全并保证污水排放达标。  消防科 消防科位于生产区南部，靠近生产车间，遇灾时能缩短救灾路线，及时救灾。 绿化布置 厂区进行了充分的绿化，在办公楼前、食堂、宿舍以及厂区马路边 都设置了专门的绿化区域，消减生产过程中产生的污染物，在能够待利用的地方都进行了充分的绿化，整个厂区环境很优美。 附录：各个产区布置见附件厂区布置图 技术经济指标 表 2. 产区布置面积核算 序号 名称 数量 单位 1 行政大楼 平方米 2 员工宿舍 900 平方米 3 控制室 270 平方米 4 员工活动中心 530 平方米 5 商店 120 平方米 6 化验室 270 平方米 7 消防站 300 平方米 8 医务室 120 平方米 9 食堂 375 平方米 10 停车场 448 平方米 11 配电房 120 平方米 12 原料仓库 540 平方米 13 储罐区 450 平方米 14 维修车间 400 平方米 续表 12 15 合成车间 800 平方米 16 预处理车间 800 平方米 17 废物处理场 260 平方米 18 广场 平方米 19 门卫（ 3 个） 44 平方米 20 产品仓库 700 平方米 工厂运输 物流系统是整个公司流通的脉络，合理的物流方案应达到均生产、降低库存、及时供给、降低成本的目的，只有建立起一个良好物流系统才能够使公司的生产、销售正常的运行。 本厂在运营过程中，主要涉及的物流形式有原材料物流、生产物流、销售物流。 1）原材料供应物流运输。 包括原材料等一切生产资料的采购、进货、运输、仓储、库存管理和用料管理。 2）生产物流运输。 包括生产计划与控制，厂内运输（搬运），生产必需品仓储与管理。 3）销售物流运输。 包括产成品的库存管理，仓储发货运输，订货处理与顾 客服务等活动。 物流示意图： 13 运输方案 厂址位于湖南省岳阳市， 地处一湖（洞庭湖）两原（江汉平原、洞庭湖平原）三省（湘、鄂、赣）四线（京广铁路、京珠高速公路、 107国道、长江）的多元交汇点上，是长江中游仅次于武汉的又一个“金十字架”，特别是洞庭湖大桥的通车，构成了“承东联西”“南北贯通”的便捷交通网。 该厂可以通过铁路、公路、水路进行运输，从目前公司的实际情况出发，为了提高物流和运输的效率，降低运营成本，主要是采取以三方物流公司 托运为主，但对于数量较少、路程较近的本地市场我们也采取自己运输。 原料运输  环己酮的运输 运输方式：由供货商的汽车槽车运输到 本厂 ，然后公司再用运输工具（如管道或汽车槽车）转运到生产原料储罐，根据具体生产要求，进入生产车间进行反应。 原材料采购 原材料仓库 生产车间 包装车间 产品仓库 客户 销售信息 14  苯甲醛 的运输 运输方式：由供货商的汽车槽车运输到 本厂 ，然后公司再用运输工具（如管道或汽车槽车）转运到生产原料储罐，根据具体生产要求，进入生产车间进行反应。  二氯乙烷的运输 运输方式：由供货商的汽车槽车运输到 本厂 ，然后公司再用运输工具（如管道或汽车槽车）转运到生产原料储 罐，根据具体生产要求，进入生产车间进行反应。  甲醇的运输 运输方式：由供货商的汽车槽车运输到 本厂 ，然后公司再用运输工具（如管道或汽车槽车）转运到生产原料储罐，根据具体生产要求，进入生产车间进行反应。  氧气的运输 运输方式：由供货商直接用车辆运输到厂区生产车间。 根据具体生产要求，进入生产车间进行反应。 产品运输 产品 ε 己内酯、苯甲酸甲酯、己二酸二甲酯， 我们采取罐车运输为主的运输方式，一方面在公司自己运输，可以将产品时时输送至厂区附近各相关企业，另一方面可以雇请第三方专业的化工物流公司，为厂区外有 需求的厂家提供产品；这样即节省运费，又节约时间。 包装、装卸方案 本产品采用型号为 200L/桶的蓝色平顶型结构铝桶贮装。 工厂内各车间的相对位置以及车间内设施布置规划与设计必须以物流分析为依据，合理布置以减少无效的迂回、交叉以及无效的往复运输，并避免物料运输中的混乱、路线过场等现象。 为了提高作业效率，增强物料搬运能力，应不断 15 地开发各种类型和规格的物流机械设备。 如在仓储中使用升降装置和卡车后面带尾板升降机，尽量避免人力抬运或搬送过重物品。 配货流程 客户发出订单 —— 公司订单接收 — — 订单处理、接收 —— 捡货、理货 —— 流通加工包装 —— 货单打印 —— 装车 —— 运送 —— 客户 全厂运输定员 详见企业规划书中相关部分。 工厂绿化 本厂主要在以下地段重点进行绿化布置，进场总干道及物料出入口、厂前区、洁净度要求高的车间以及可能产生有害气体、粉尘和噪声的车间。  办公楼前布置大型喷水观景池和花坛，美化了厂容。  厂区围墙周围设置 1m 宽的绿化隔离带， 可以净化厂区空气， 营造绿 化工厂的整体氛围。  辅助车间周围几乎均设置了绿化带， 改善小气候、 降低太阳辐射温度、 调节气温和湿度、减少尘土、衰减噪声、保护环境。  厂区绿化根据工程排放污染物的特点，选择抗甲醇强、适应当地气候、土壤条件的树木花草开展绿化。 在厂区道路两侧采取乔木、灌木和绿篱搭配栽植的形式。 16 第三章 化工工艺流程选择 工艺路线的选择 生产背景 随着人们对环境保护和安全生产的日益重视，工业对化工原料也提出了较高的要求。 因而对化工原料要求也越来越高，化工原料正向着对人身和人身无害或危害少的方向发展，绿色环保、无污染、高效已经成为 现代工业生产的目标。 ε己内酯具有独特的生物相容性，生物降解性，以及良好的渗透性，这使其在生物材料的应用极为广泛，同时又具备绿色无污染的特点。 生产流程选择 生产方案概述 根据我们查阅资料和了解相关知识后发现，目前 ， ε 己内酯的合成工艺主要有以下四种方法：空气氧化法、 H2O2氧化法 、 O2氧化法 、 生物氧化法，以下是对各种方法的比较： 过氧酸氧化法 反应原理 ： 根据 B a e y e r — Vi l l i g e r 氧化反应理论，反应关系式如下 反应分为 三步进行， 首先是过氧酸向酮羰基进行亲核加成； 接着加成产物过氧 17 键断裂， 进行 B a e y e r — Vi l l i g e r 重排，烃基带着电子从碳原子转移到氧原子上 （类似于碳正离子的 2 重排） ， 生成质子化的内酯和羧酸根负离子。 前者失去一个质子成为酯， 后者则得到一个质子成为羧酸。 由于环己酮羰基两边是对称结构， 其重排产物的酯是唯一的， 而不对称时， 产物中有两种酯，根据烃基迁移的难易 ， 其中有一种酯是主要的。 这里用到的过氧酸主要有乙酸、 过丙酸、 三氟过氧乙酸、 过氧苯甲酸、 间氯过氧苯 甲酸等，通过比较我们可得到如下的各过氧酸间的比较： 表 过氧酸与其优缺点 国内外发展状况 过氧酸作为氧化剂氧化环己酮合成 ε 一 己内酯的研究较早： 美国联合碳化公司在 1 9 6 7 年就 采用了过乙酸氧化环己酮合成 ε一 己内酯的方法； 1 9 6 8年 Cr a mp t o n Cl i f f o r d A 等在反应 温度为 5 5℃ 的条件下 ， 采用 B a O 催化过氧乙酸氧化环已酮，最后分离得到收率为 9 3 %的 ε 一 己 内 酯； Me z i a n e S a mi a 等用过氧丁二酸在水溶液中反 应合成 ε一 己内酯 ； L a 过氧酸名称 优点 缺点 三氟过氧乙酸 可以迅速发生氧化反应 副产物的三氟乙酸是强酸，它可以和先形成的酯发生酯基交换反应；三氟过氧乙酸较难合成，酸性大，毒性强，价格昂贵，且合成的己内酯稳定性较差 过氧化苯甲酸（间氯过氧化苯甲酸） 过氧化剂稳定，合成容易；反应得到质的条件比较温和 得到的产品和生成的衍生物都有较高的沸点，分离产品较困难；己内酯的产品质量低 过乙酸（过丙酸） 成本低、 易合成， 且沸点也低、 易分离 反应时间比较长，能耗大，最终的产物己内酯 在混合液中不稳定 18 mb e r t Ar n o l d 等在过氧酸中加人分子筛增加反应选择性等． 但是，我国内对此研究相对滞后 ： 1 9 8 4 年张慰盛等用无水过氧乙酸氧化环酮合成 ε 一 己内酯。 南通醋酸化工厂用 O2 氧化乙醛制得过氧乙酸后再氧化环己酮合成了 ε 一 己内酯等． 2 、 H2O2 氧化法 除过氧酸作为氧化剂外，也有采用 H2O2 作为氧化剂．其反应机理与用过氧酸的机理类似，根据 H2O2 氧化机理 的不同，该方 法可分为直接氧化法和间接氧化法．  直接氧化法 反应机理 直接氧化法是指 H2 O2 和环己酮直接进行氧化反应生成 ε 一 己内酯 的方法， 该方法首先是进行亲核加成生成了 1,1二羟基过 氧化环己烷等中间产物 ；然后是中间产物在一定 的催化条 件下转 化为 ε 一 己内酯 ,理论 上反应 产物只有 ε一 己内酯 和水 ，由于环己酮 比较稳定 ，所以该氧化反应需要 在催化剂存在的条件下进行 ，从而使实际的反应过程变得比较复杂． 由直接氧化法的反应机理可知制备 出合适的催化剂是十分重要的． 国内外发展情况 目前 ， 所采用的催化剂有 WO As 或 As2 O3 、 S b 或 SbF 二价铂络合物、稀有金属配合物、沸石、分子筛等，其中以沸石和分子筛及其改性催化剂的研究较多． H2 O2 直接氧化法省去了制备过氧酸的过程，直接采用 H2 O2 作 为氧化剂 ，是一种比较理想的清洁的合成方法．但是，该种方法的缺点是该反应体系中水的存在而引起 ε己内酯水解 的问题，现在还无法解决 ；另外还存。