论文总字数：40451字

摘 要

本文的主要研究对象为丙烯酸与异丁烯通过催化反应生成工艺，论文首先阐述新型原子经济反应-酸烯加成反应原理和绿色工艺路线，然后介绍丙烯酸叔丁酯工艺流程。针对生产过程划分工艺节点，利用危险与可操作性分析（HAZOP）、安全检查表等安全分析方法，全面、系统、细致的对整个过程的进行分析，找出生产过程可能出现的危险因素，并制定出较为详细的安全防护措施，从而实现工艺的本质化安全化。 

关键词：酸烯加成；绿色工艺；安全设计

Safety Design of The Production process for Tert-butyl Acrylate

ABSTRACT

In this chapter, main research object is the production process for the acrylic and methacrylic through catalytic reaction process, which first expounds the new atomic economic reaction-olefine acid addition reaction principle and process routes of the green, then introduce tertiary butyl acrylate process. Aiming at the production process of process node, we use the hazard and operability analysis (HAZOP) ,safety check list and other safety analysis method to analysis comprehensively the whole process of system in detail. Identify possible risk factors of the production process and work out a detailed security protection measures, we can realize the essence of technology security.

Key Words: Addition reaction of Acid and Olefin safety design Atomic economic reaction 

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 研究现状 1

1.2 丙烯酸叔丁酯简介及其MSDS信息 2

1.3 早期主要合成工艺 4

1.3.1强酸催化剂工艺 4

1.3.2多相催化剂及工艺 4

第二章 丙烯酸叔丁酯工艺介绍 6

2.1 产品及主要原辅材料 6

2.2 主要原辅材料的理化性质 7

2.3 主要工艺储罐及设备 7

2.3.1 丙烯酸储存温控措施 8

2.3.2 叔丁醇温控措施 9

2.4 工艺介绍 9

2.4.1 原料储运 11

2.4.2 生产原理 11

2.4.3 反应方程式 11

2.4.4 产品分离 11

2.4.5 原料回收及尾气吸收 12

第三章 工艺过程的危险、有害因素辨识 12

3.1 物质危险、有害因素辨识分析 13

3.2 工艺过程危险、有害因素分析 13

3.2.1 合成反应部分危险、有害因素 13

3.2.2 精馏回收部分危险、有害因素 14

3.2.4 主要生产设备的危险性分析 14

3.2.5 物料储运过程的危险性分析 15

3.3 危险化工工艺和高危储罐辨识 17

第四章 定性、定量分析 17

4.1南京拓普化工有限公司项目概况 18

4.1.1 危险有害物质的数量和浓度 18

4.2 定性分析项目固有危险程度 19

4.2.1 预先危险性分析评价结果 19

4.2.2评价过程 19

4.3重大危险源辨识 24

4.5 定量分析爆炸性、可燃性、毒性、腐蚀性的化学品固有危险程度 27

4.5.1 具有爆炸性的化学品的质量及相当于梯恩梯（TNT）的当量 27

4.5.2 具有毒性的化学品的浓度及质量 27

4.5.3 具有腐蚀性的化学品浓度及的质量 27

4.6 危险物料及设备的风险程度分析 27

4.6.1 具有爆炸性、可燃性、毒性、腐蚀性的化学品泄露的可能性 27

4.6.2 出现具有爆炸性、可燃性的化学品泄露后具备火灾爆炸事故的条件 29

4.6.3 涉及具有爆炸性、可燃性的化学品的作业场所出现最大最严重爆炸、火灾事故 29

4.7 HAZOP分析 31

4.7.1分析单元划分 31

4.7.2 HAZOP工段分析流程 32

4.7.3 原料混合工段HAZOP分析 32

4.7.4 合成反应工段HAZOP分析 36

4.7.5 分离工段HAZOP分析 39

4.7.6 醇回收工段HAZOP分析 40

4.7.7 脱轻工段HAZOP分析 44

4.7.8 精制工段HAZOP分析 46

第五章 安全对策措施及意见 49

5.1原料储存的安全措施 50

5.1.1 温度检测报警设施 50

5.1.2 丙烯酸储罐的安全阀 50

5.1.3 丙烯酸储罐压力表 50

5.1.4 丙烯酸储罐液位计 50

5.1.5 防雷、防静电设施 51

5.1.6 叔丁醇储罐液位检测仪表 51

5.1.7 叔丁醇检测探头、报警器 51

5.1.8 叔丁醇防雷防爆设施 51

5.1.9 水喷淋系统 51

5.1.10 其他设施 52

5.2 合成反应的安全措施 52

5.2.1 合成反应工艺的一般安全措施 52

5.2.2 反应器的安全措施 53

5.3 开车前安全检查措施 53

5.3.1 操作上的安全措施 53

5.3.2 设备的安全防护措施 54

5.3.3 安全管理机构与安全管理制度 55

5.3.4 安全管理措施 55

第六章 结论与展望 56

附录 57

参考文献 59

第一章 绪论

1.1 研究现状

酯类产品是重要的化工基础原料和中间体，国内外市场需求量和产量都很大。传统的酯类生产工艺是由酸和醇在硫酸、磺酸等酸作为反应催化生成各种我们所需要的酯类产品，其流程一般情况下包括化学中和过程、物理分离过程和塔精馏等来得到各种类型所需要的成品酯。但是缺点在于工艺能耗大、设备多、路线长、副反应多、生产成本高、废水处理难、设备腐蚀严重等；另外，由于受到反应平衡的限制，原料的转化率不太高。酸醇合成有机酯的原料之一醇大多采用烯烃水合工艺制得，进入原料醇中的水在合成反应中又被副产出来，并最终形成含有机酸的废水，不仅造成水资源浪费，而且严重污染环境。对于多支链醇如叔丁醇，由于存在位阻效应，酸醇合成反应很难进行，往往需要采用酸酐、酰氯等具有吸电子基团的亲电试剂作为原料，反应副产物更多。近年来丙烯酸酯在建筑、化工等领域中的良好表现，其产能大幅增加，供求关系与几年前相比已经发生了很大转变，市场已接近饱和状态，但是从长远看，中国酯类产品仍有较大发展空间，未来在建筑材料、纺织用品、包装材料和卫生材料等领域将为中国经济带来新的机遇和增长点。国外对丙烯酸酯类的开发和研究已经取得了很大的成功，目前开发的产品已达四十余种，而且产量也已经达到了一定规模。但在我国目前只有四种产品，产量也不足，严重满足不了市场的需要。加上用于生产丙烯酸叔丁酯的原料之一正丁醇价格昂贵、国内产量极少，因此，用叔丁醇来代替正丁醇合成丙烯酸异丁酯的开发研究前景非常可观，再者从经济角度看，叔丁醇资源在国内比较丰富，价格便宜。同时丙烯酸异丁酯的性质和用途在很多方面已经超过丙烯正丁酯，所以开发丙烯酸异丁酯不仅可以增加丙烯酸酯类的品种而且既能提高经济效益，有很好科研前景。

如果以酸与烯烃直接加成合成反应合成有机酯，原料分子中的原子理论上全部进入目标产物分子中，可避免水的消耗和废水生成，是一条理想的原子经济反应工艺路线。并且，烯烃是比相应醇尤其是多支链醇更初级低廉的原料，此路线的原料成本也低于酸醇合成。因此，通过烯烃与有机酸直接合成生产特种有机酯的新路线受到大家的广泛关注，将该工艺技术实现产业化，必将大幅度提高酯类产品的生产技术水平，降低生产成本，减少甚至杜绝“三废”排放带来的污染，从而产生显著的经济社会效益。本文将重点介绍酸烯合成反应工艺安全设计。

1.2 丙烯酸叔丁酯简介及其MSDS信息

丙烯酸叔丁酯（Tert-butyl Acrylate）在室温下为无色透明液体，在工业界因为具有优异的物化性能而成为工业领域重要的有机酸酯。因为在极性分子结构的独特和活性强的丙烯酸酯双键和羧酸的结构。它有各种各样的具有良好的聚合物制剂的工业特性，并通过乳液聚合，溶液聚合，共聚合反应和其它的加工方法制备的延展性，是一种优异的交联聚合物。可通过自聚或与其他乙烯基单体发生共聚反应，如苯乙烯、乙酸乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、丙烯酰胺、氯乙烯等。丙烯酸酯的碳碳双键可以通过聚合得到无色透明的聚合物来获得，具有优异的光稳定性，耐候性，耐水性，耐油性，耐化学性等良好的物理和化学性质。因为它的强粘结，良好的透明性，清晰成膜特性，这在合成橡胶、合成纤维、塑料、涂料、合成纤维、涂料、粘合剂、包装材料、无纺布、高吸水性树脂、洗涤剂、皮革、纸张、水处理、冶金、矿山以及其他日用化学产品得到更广泛的应用。丙烯酸酯可通过仅一种热塑性丙烯酸系树脂的聚合来制备，并引入羟基或羧基官能团类的能产生热固性丙烯酸树脂。这种树脂通常具有良好的透明性和耐紫外线特性，它可以用作生产涂料，凝结剂和分散剂添加剂。丙烯酸叔丁酯已被成功证明可用作工业和汽车业的高固配方设计，因其丙烯酸骨架上含有特殊基团，它的聚合物链不易缠结，这使得树脂具有较低的粘性。基于丙烯酸叔丁酯和甲基丙烯酸叔丁酯单体的配方设计为高固清洁涂料溶液提供了优异的性质，在高玻璃态转变温度、疏水性和球形聚合物链方面具有良好的平衡。含有基于丙烯酸叔丁酯聚合物的涂料除了具有高玻璃化转变温度外，还保持了高弹性和高韧性。含大体积叔丁基基团的化合物表面能降低，在潮湿环境下可形成疏水保护层。含丙烯酸叔丁酯的化合物用于机动车表面整修涂料，具有低的固化温度（lt;80 ℃）和低溶剂含量。

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