现代化工设计概论期末大作业
学院化工学院
专业过程装备与控制工程 年级大一 姓名曾献杰
2017年1月1日
硫的原子经济性利用生产链设计
1. 原子经济性的概念及意义
1.1原子经济性概念:
原子经济性最早由美国斯坦福大学的B.M.Trost教授提出，他针对传统上一般仅用经济性来衡量化学工艺是否可行的做法，明确指出应该用一种新的标准来评估化学工艺过程，即选择性和原子经济性，原子经济性考虑的是在化学反应中究竟有多少原料的原子进入到了产品之中，这一标准既要求尽可能地节约不可再生资源，又要求最大限度地减少废弃物排放。即高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每个原子, 使之结合到目标分子中, 以实现最低排放甚至零排放理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废物，实现废物的“零排放”。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废物，实现废物的“零排放”,
1.2原子经济性的意义
1最大限度地利用了反应原料，最大限度地节约了资源； ○
2最大限度地减少了废物排放（“零废物排放”），因而最大限度地减少了环○
境污染，即从源头上消除了由化学反应副产物引起的污染。
2. 提高原子经济性的途径
（1）.开发新型催化剂
例如：环氧丙烷的生产
传统方法——氯醇法
? 2CH3-CH=CH2+2HClO?CH3-CHOH-CH2Cl+CH3-CHCl-CH2OH ? CH3-CHOH-CH2CL+CH3-CHCL-CH2OH+Ca(OH)2?
缺点：原子利用率低，仅为31%；消耗大量的石灰和氯气，设备腐蚀和环境污染
严重
新型催化剂法：
钛硅分子筛（TS-1）催化氧化法
Ugine公司和Enichem公司开发了TS-1分子筛作催化剂的新工艺：
新工艺的特点：
a. 反应条件温和。常压，40-50℃。
b.氧源安全易得（30%H2O2），转化率高（以H2O2计算为93%）。 c.选择性高达97%以上，原子利用率76.3%。 d.仅联产水，是低能耗、无污染的绿色化工过
（2）简化合成步骤
布洛芬，非类固醇消炎剂，具有止痛消肿的作用。原来的合成方法有六步，原料
的原子利用率为40.03%。 德国BHC公司发明了新方法，只需三步反应，原子利用率提高到77.44%。该公
司因此获得1997年度美国“总统绿色化学挑战奖”的变更合成路线奖
（3）采用新合成原料
甲基丙烯酸甲脂（简称MMA），一种重要的有机化工原料，其聚合物俗称有机玻
璃。其工业生产方法是1932年由英国帝国化学工业公司首先开发出来的丙酮-氰醇法。该法以丙酮、HCN、甲醇为原料，原子利用率为47%，因为使用剧毒的HCN和腐蚀性的硫酸，严重危害环境，属于非环境友好的化学反应。 最近，Shell公司开发出了一种新工艺，以甲基乙炔、甲醇、一氧化碳为原料，
二价钯化合物作催化剂，一步制得MMA，原子利用率为100%，反应选择性高达99.9%，单程转化率高达98.9%。具有很高的经济效益和环境效益
3. 设计项目介绍
某生态工业园区具有以下的企业：
●40●1
万吨/年有机硅（中外合资），
万吨/年气相白炭黑， 万吨/年PC（聚碳酸酯），
●11●20
万吨/年MDI（二苯基甲烷二异氰酸酯）， 万吨/年烧碱，
●20
●14●30●13●15●20
万吨/年蛋氨酸， 万吨/年苯酚丙酮， 万吨/年丙烯腈，
万吨/年双酚A和相关的配套生产， 万吨/年聚碳酸酯工程塑料（PC）。
4. 各产品的技术工艺
（6）烧碱的生产工艺：采用隔膜法生产烧碱，选用石墨阳极立式隔膜电解槽。主要化学反应为：2NaCl+2H2O→2NaOH+Cl2↑+H2↑，原子利用率为52.3%。 生产过程分为盐水制备，食盐溶液电解，碱液蒸发和熬浓，氯氢处理与输送等四大过程，生产流程如图（1），
生产工艺流程简述：首先将蒸发工序来的回收盐，卤水经预热温度控制在65-70℃，自上而下用泵压入化盐桶，同时用斗式提升机将固体盐自上部加入，以维持足够的盐层高度，使盐水通过后达到饱和，含NaCl：315g/l左右，再溢流入缓冲桶，加入精制剂Na2CO3，NaOH，BaCl2，使盐水中Ca2+ 、Mg2+以及SO42-离子生成沉淀析出：CaCO3，Mg（OH）2和BaSO4。 盐水进入澄清桶前，加入苛化麸皮助沉。沉清盐水自澄清桶溢流圈流至中和槽，加入盐酸中和，控制PH值在7.5-8，中和盐水泵入精盐水贮槽，供电解使用。精制盐水泵入高位槽，经加热至65-85℃后注入电解槽，精盐水在直流电作用下进行电解，产生出氯气，氢气和烧碱。 （7）蛋氨酸生产工艺一生物酶拆分法和微生物发酵法生物酶拆分法是将 DL-蛋氨酸酰化成乙酰 DL蛋氨酸，利用米曲霉中的氨基酰化酶或者动物肾脏中的酶拆分为 L-蛋氨酸。Tosa等[19]应用连续溶解技术，即用一系列固定化真菌氨基酰化酶溶解 DL-蛋氨酸混合物，拆分得 L-蛋氨酸，并于商业化应用。Voelkel等[20]用曲霉菌的休止细胞，将 DL-5-（2-甲基硫基乙基）-乙内酰脲转化为蛋氨酸，其产率达 90%。蒲广西等[21]利用基因重组工程技术构建氨基 酸酰化酶工程菌，连续拆分 DL-蛋氨酸，酶解液经 分离精制获得 L-蛋氨