1、海南大學(xué)材料與化工學(xué)院化工課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題 目：年產(chǎn)8萬(wàn)噸鄰苯二甲酸二辛酯（DOP） 生產(chǎn)車(chē)間初步工藝設(shè)計(jì) 學(xué) 號(hào): 20070124071 姓 名： 張波 年 級(jí)： 2007級(jí) 學(xué) 院： 材料與化工學(xué)院 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 指導(dǎo)教師： XXXXX 完成日期： 2010 年 6 月 19 日 摘要 鄰苯二甲酸二辛酯,簡(jiǎn)稱DOP。分 子 式：C24H38O4 是重要的通用型增塑劑，是目前國(guó)內(nèi)外用量最大的增塑劑之一，廣泛用于橡膠、塑料和醫(yī)藥工業(yè)用途廣泛，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。經(jīng)過(guò)分析比較各種生產(chǎn)原料、合成工藝后，本設(shè)計(jì)工藝流程是采用串聯(lián)多釜反應(yīng)器連續(xù)酯化技術(shù)，催化劑是采用氧化鋁與辛

2、酸亞錫以1：1比例復(fù)配催化劑年產(chǎn)8萬(wàn)噸鄰苯二甲酸二辛酯，以滿足國(guó)內(nèi)需求。本設(shè)計(jì)遵循“技術(shù)成熟，工藝先進(jìn)、設(shè)備配置科學(xué)、環(huán)保安全、經(jīng)濟(jì)效益”等原則，在比較國(guó)內(nèi)外各種先進(jìn)生產(chǎn)方法、工藝流程和設(shè)備配置基礎(chǔ)上，選用是從苯酐和異辛醇出發(fā)經(jīng)過(guò)酯化反應(yīng)、脫醇、精制得到產(chǎn)品的工藝路線生產(chǎn)鄰苯二甲酸二辛酯。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)論證、工藝計(jì)算及設(shè)備設(shè)計(jì)選型，附有帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，主要生產(chǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸圖，生產(chǎn)車(chē)間的設(shè)備配置圖。最后部分考慮環(huán)境保護(hù)和勞動(dòng)安全，以達(dá)到減少“三廢”排放，加強(qiáng)“三廢”治理，確保安全生產(chǎn)，消除并盡可能減少工廠生產(chǎn)對(duì)職工的傷害。關(guān)鍵詞：DOP 異辛醇 苯酐 工藝設(shè)計(jì) 工藝計(jì)算 設(shè)備選型

3、 AbstractDioctyl phthalate ,referred to as DOP, Molecular Formula: C24H38O4 .It is important to general-purpose plasticizer and has become the largest amount used of plasticizerthe at home and abroad, now it is widely used in rubber, plastics and pharmaceutical industry, plays an important role in t

4、he national economy. After analysis and comparison of various raw materials, synthesis, the design process is the use of multi-tank reactors in series continuous esterification technology, the catalyst is alumina with a 1:1 ratio of Sn catalyst compound annual output of 100,000 tons Dioctyl phthalat

5、e, to meet domestic demand. The design follows the mature technology, advanced technology, equipment configuration scientific, environmental safety, economic efficiency, the principle of reciprocity. After comparing domestic and foreign advanced production methods, process and equipment configuratio

6、n , the choices are starting from phthalic anhydride and iso-octanol after esterification, de alcohol, refined by product line production process octyl phthalate. Design for production process design argument, the design of facilities and process selection, with a flow chart with control points, the

7、 main production equipment and size chart, workshop equipment configuration diagram. The last part is about environmental protection and labor safety, in order to achieve reduction of the three wastes emissions, strengthen the three wastes treatment, to ensure safe production purposes. Key word: DOP

8、 Ethylhexanol Phthalic Process Design Process Calculation Equipment Selection 目錄一總論71概述71.1增塑劑DOP的性質(zhì)71.2產(chǎn)品用途71.3DOP在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要性71.4 DOP的市場(chǎng)需求82設(shè)計(jì)的目的和意義83設(shè)計(jì)依據(jù)和原則83.1設(shè)計(jì)依據(jù)83.2設(shè)計(jì)原則84設(shè)計(jì)范圍95DOP生產(chǎn)能力及產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)9 5.1生產(chǎn)能力9 5.2產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)9二生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)與論證 10 1生產(chǎn)工藝選擇與論證10 2工藝參數(shù)的確定 11 2.1酯化工序 .11 2.2中和、洗滌工序 .11 2.3脫醇工序 .12 2.4干

9、燥、過(guò)濾工序 .12 3產(chǎn)工藝流程圖及其說(shuō)明 13 3.1 DOP生產(chǎn)工藝流程圖 13 3.2 生產(chǎn)工藝流程說(shuō)明13三工藝計(jì)算141.物料衡算14 1.1設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 14 1.2二級(jí)酯化段釜1物料計(jì)算 15 1.3酯化工段物料衡結(jié)果 16 2熱量衡算 174 主要設(shè)備設(shè)計(jì)與選型18 1反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)與選型19 1.1反應(yīng)釜體積確定 19 1.2反應(yīng)釜高度與底面直徑 20 1.3反應(yīng)釜溫度與壓力 20 1.4反應(yīng)釜壁厚度計(jì)算 21 1.5攪拌器的設(shè)計(jì)及選型 22 攪拌器型式適用條件表 23 攪拌器的選用及尺寸 23 攪拌功率的計(jì)算 23 1.6夾套傳熱面積的計(jì)算與核算 23 被攪拌液體側(cè)的對(duì)流傳

10、熱系數(shù) 23 夾套冷卻水對(duì)流傳熱系數(shù) 24 夾套傳熱面積25 1.7 反應(yīng)釜的主要技術(shù)特性匯總 26 2冷凝器的設(shè)計(jì)與選型 27 2.1選擇換熱器的類型 28 2.2流動(dòng)空間及流速的確定 28 2.3傳熱面積的確定 28 2.4冷凝器工藝尺寸的計(jì)算 29 管子數(shù)n的確定 29 管子的排列方式，管間距的確定 30 殼體直徑的確定 30 折流板 30 接管 30 2.5.殼體厚度 31 2.6換熱器封頭的確定 31 2.7容器法蘭的選擇 31 2.8開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng) 31 2.9支座 31 2.10冷凝器設(shè)計(jì)匯總 31五環(huán)境保護(hù)與勞動(dòng)安全 .321DOP三廢處理.322.DOP安全生產(chǎn).33六設(shè)計(jì)結(jié)果評(píng)析

11、與總結(jié).34致謝.35參考文獻(xiàn).35附圖 1帶控制點(diǎn)的工藝流程圖2 主要生產(chǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸圖3 換熱器結(jié)構(gòu)示意圖4 生產(chǎn)車(chē)間的設(shè)備配置布置圖5 DOP廠房總布置圖一總論1概述1.1增塑劑DOP的性質(zhì) DOP化學(xué)名為鄰苯二甲酸二辛酯，是一個(gè)帶有支鏈的側(cè)鏈醇酯，無(wú)色油狀液體，有特殊氣味。比重0.9861(20/20 ),熔點(diǎn)-55 ，沸點(diǎn)370 （常壓），不溶于水，溶于乙醇、乙醚、礦物油等大多數(shù)有機(jī)溶劑。與二丁酯（DBP）相比，DOP的揮發(fā)度只有DBP的1/20；與水的互溶性低，并有良好的電性能，但也有其不足點(diǎn)，其在熱穩(wěn)定性、耐遷移性、耐寒性和衛(wèi)生性方面稍差。1.2產(chǎn)品用途鄰苯二甲酸二辛酯是重要的通

12、用型增塑劑，主要用于聚氯乙烯樹(shù)脂的加工，還可用于化纖樹(shù)脂、醋酸樹(shù)脂、ABS樹(shù)脂及橡膠等高聚物的加工，也可用于造漆、染料、分散劑等。通用級(jí)DOP，廣泛用于塑料、橡膠、油漆及乳化劑等工業(yè)中。用其增塑的PVC 可用于制造人造革、農(nóng)用薄膜、包裝材料、電纜等。電氣級(jí)DOP，具有通用級(jí)DOP的全部性能外，還具有很好的電絕緣性能，主要用于生產(chǎn)電線。品級(jí)DOP，主要用于生產(chǎn)食品包裝材料。醫(yī)用級(jí)DOP，主要用于生產(chǎn)醫(yī)療衛(wèi)生制品，如一次性醫(yī)療器具及醫(yī)用包裝材料等。主要用途：DOP是通用型增塑劑，主要用于聚氯乙烯脂的加工、還可用于化地樹(shù)脂、醋酸樹(shù)脂、ABS樹(shù)脂及橡膠等高聚物的加工，也可用于造漆、染料、分散劑等、DO

13、P增塑的PVC可用于制造人造革、農(nóng)用薄膜、包裝材料、電纜等。本品是一種多種樹(shù)脂都有很強(qiáng)溶解力的增塑劑,能與多種纖維素樹(shù)脂、橡膠、乙烯基樹(shù)脂相溶，有良好的成膜性、粘著性和防水性。常與鄰苯二甲酸二乙酯配合用于醋酸纖維素的薄膜、清漆、透明紙和模塑粉等制作中。少量用于硝基纖維素的制作中。亦可用作丁腈膠的增塑劑。本品還可用作驅(qū)蚊油（原油）、聚氟乙烯涂料、過(guò)氧化甲乙酮以及香料（人造麝香）的溶劑。可以作為酯交換法生產(chǎn)鄰苯二甲酸二環(huán)己酯和鄰苯二甲酸高碳醇酯以及其他有機(jī)合成的原料。1.3 DOP在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要性鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)是目前使用最廣泛的增塑劑，約占我國(guó)增塑劑總量45%，是重要的通用型增塑劑

14、，任何增塑劑都是以它為基準(zhǔn)來(lái)加以比較的，技術(shù)經(jīng)濟(jì)上占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，近年來(lái)國(guó)外增塑劑生產(chǎn)能力超過(guò)了6400kta，國(guó)內(nèi)增塑劑需求增長(zhǎng)率為8左右，產(chǎn)品具有質(zhì)量高、品種多、環(huán)境污染少的特點(diǎn)。在石油化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、輕紡工業(yè)、生物化工以及能源、交通運(yùn)輸行業(yè)均有廣泛用途，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。1.4 DOP的市場(chǎng)需求隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，增塑劑作為基礎(chǔ)化工合成材料助劑的市場(chǎng)需求量將大幅提高。在用量大的新領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求將強(qiáng)勁增長(zhǎng)。但由于鄰苯二甲酸二異壬酯(DINP)在某些應(yīng)用領(lǐng)域的性能超過(guò)了DOP，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年內(nèi)，全球DOP市場(chǎng)將面臨DINP的挑戰(zhàn)。在市場(chǎng)上，DOP一直占

15、有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，而未來(lái)時(shí)間估計(jì)DOP的低價(jià)優(yōu)勢(shì)會(huì)有所削弱。2設(shè)計(jì)的目的和意義 通過(guò)本課程設(shè)計(jì)力求達(dá)到以下目的和意義：（1）在學(xué)習(xí)掌握所學(xué)的化學(xué)工藝學(xué)、化工機(jī)械設(shè)備基礎(chǔ)、化工原理等課程的基本理論和基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用這些知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力以及協(xié)作攻關(guān)的能力，訓(xùn)練我們使用文獻(xiàn)資料和進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)、運(yùn)算的能力，提高文字和語(yǔ)言表達(dá)能力，為以后的學(xué)習(xí)和畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）打下基礎(chǔ)。（2）通過(guò)完成設(shè)計(jì)，可以知道DOP的用途；基本掌握苯酐和異辛醇制DOP的生產(chǎn)工藝；了解國(guó)內(nèi)外DOP工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀；以及DOP工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。3項(xiàng)目設(shè)計(jì)依據(jù)和原則3.1設(shè)計(jì)依據(jù)本化工課程設(shè)計(jì)，以設(shè)

16、計(jì)任務(wù)書(shū)為基礎(chǔ)，綜合文獻(xiàn)檢索、資料收集，綜合分析，以最新科研成果和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，搏眾家之長(zhǎng)，選擇合適設(shè)計(jì)方案。3.2設(shè)計(jì)原則 本課題遵循的設(shè)計(jì)原則和指導(dǎo)思想如下：（1）按技術(shù)先進(jìn)、成熟可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行論證，以確定最佳方案；（2）盡可能采用節(jié)能工藝和高效設(shè)備，充分發(fā)揮規(guī)模效應(yīng)，降低能耗、物耗和生產(chǎn)成本，提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；（3）考慮“三廢” 治理和綜合利用副產(chǎn)物，充分重視環(huán)保防污、科學(xué)生產(chǎn)、生產(chǎn)安全和提高社會(huì)效益為原則主體。4設(shè)計(jì)范圍本設(shè)計(jì)范圍包括：（1）工藝生產(chǎn)方法確定、生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)與論證（2）工藝計(jì)算（包括物料衡算，熱量衡算）（3）酯化合成工藝主要生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)與

17、選型（4）安全生產(chǎn)與環(huán)保治理措施（5）設(shè)計(jì)繪圖 設(shè)計(jì)重點(diǎn)：生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)與論證，工藝計(jì)算，設(shè)備設(shè)計(jì)與選型，設(shè)計(jì)繪圖。5DOP生產(chǎn)能力及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)5.1生產(chǎn)能力該項(xiàng)目年產(chǎn)8萬(wàn)噸DOP，年開(kāi)工日為330天（全天候），日產(chǎn)DOP 242.42噸。5.2產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)本產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格為一級(jí)品，執(zhí)行產(chǎn)品質(zhì)量國(guó)標(biāo)GBl14068標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表1 所示。表1 DOP質(zhì)量指標(biāo)項(xiàng)目指標(biāo)優(yōu)級(jí)品一級(jí)品合格品外觀透明液體，無(wú)懸浮物酯含量，%99.099.5099.50密度（20），g/cm30.9810.986酸度（以對(duì)苯二甲酯計(jì)） % 0.0150.020閃點(diǎn)，210205色度（鉑-鈷）號(hào) 50100200加熱減量，%0.10

18、.20.25體積電阻率，1011?.m210.5二、生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)1生產(chǎn)工藝選擇與論證 生產(chǎn)過(guò)程操作分為間歇式和連續(xù)操作。間歇式生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單改變生產(chǎn)品種容量；缺點(diǎn)是原料消耗定額高，能量消耗大，勞動(dòng)生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。間歇式生產(chǎn)方式適用于多品種、小批量的生產(chǎn)。而連續(xù)法生產(chǎn)能力大，適合于大噸位的DOP的生產(chǎn)。由于本設(shè)計(jì)產(chǎn)品生產(chǎn)量較大，故采用連續(xù)法生產(chǎn)。酯化反應(yīng)設(shè)備分塔式反應(yīng)器和串聯(lián)多釜反應(yīng)器兩類。前者結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但緊湊，投資較低，操作控制要求高，動(dòng)力消耗少。而反應(yīng)釜，流動(dòng)形式接近返混，釜內(nèi)各部分組成和溫度完全一致，多釜串連后，可使停留時(shí)間分布特性向平推流轉(zhuǎn)化。并且DOP等主增塑劑的

19、需要量很大，且全連續(xù)化生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，原料及能量消耗低，勞動(dòng)生產(chǎn)率高，比較經(jīng)濟(jì)。因此本設(shè)計(jì)采用串聯(lián)多釜反應(yīng)器全連續(xù)化生產(chǎn)工藝。 催化劑分為酸性催化劑和非酸性催化劑，由于采用非酸性催化劑可以免去中和和水洗兩道工序，且通過(guò)過(guò)濾即可除去，跟酸性催化劑相比，優(yōu)越性在于能生產(chǎn)出高質(zhì)量的增塑劑產(chǎn)品和減少污染。因此本設(shè)計(jì)采用的是非酸性催化劑。 非酸性催化劑又分為單催化劑和復(fù)配型催化劑，由于單催化劑催化反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，不適合做酯化反應(yīng)催化劑，相反，復(fù)配型催化劑催化反應(yīng)時(shí)間短，轉(zhuǎn)化率高，酸值降低幅度大，比較適合做酯化反應(yīng)催化劑。氧化鋁與辛酸亞錫以1：1比例復(fù)配非酸性催化劑合成DOP效果最佳，力求達(dá)到流程簡(jiǎn)單，設(shè)

20、備少，熱能利用合理，產(chǎn)品質(zhì)量高。 根據(jù)國(guó)內(nèi)在引進(jìn)裝置上成功使用國(guó)產(chǎn)催化劑的經(jīng)驗(yàn)，選用國(guó)產(chǎn)催化劑，既滿足了工藝和產(chǎn)品質(zhì)量的要求，又節(jié)約了外匯，可以收到良好的經(jīng)濟(jì)效果。連續(xù)非酸性催化酯化工藝，是上世紀(jì)80年代初開(kāi)始成功應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的先進(jìn)技術(shù)，其典型的工藝流程有兩種：1、酯化脫醇一中和水洗一汽提干燥一過(guò)濾；2、酯化一中和水洗一脫醇-汽提-干燥一過(guò)濾。 二者比較，第種技術(shù)用采用氧化鋁與辛酸亞錫1：1比例復(fù)配催化劑酯化反應(yīng)具有反應(yīng)時(shí)間短、酯收率高、產(chǎn)品質(zhì)量好(酸值低、色度低、熱穩(wěn)定性好、體積電阻率大) 、處理?xiàng)l件簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。并且公用工程消耗低，熱能利用合理，可以生產(chǎn)多牌號(hào)的DOP產(chǎn)品，結(jié)合國(guó)內(nèi)條件和

21、生產(chǎn)操作經(jīng)驗(yàn)，故擬采用類典型工藝流程，設(shè)計(jì)國(guó)產(chǎn)化新的工藝流程。綜上分析，本設(shè)計(jì)選用酯化脫醇一中和水洗一汽提干燥一過(guò)濾工藝流程，采用串聯(lián)多釜反應(yīng)器連續(xù)酯化技術(shù)，催化劑采用氧化鋁與辛酸亞錫以1：1比例復(fù)配型催化劑。2工藝參數(shù)的確定2.1 酯化工序苯酐和辛醇按比例在5個(gè)串聯(lián)階梯形的酯化釜中，在氧化鋁與辛酸亞錫以1：1比例復(fù)配催化劑作用下酯化反應(yīng)生成粗酯，主要工藝參數(shù)確定如下：(1)進(jìn)料溫度及5釜的反應(yīng)溫度見(jiàn)表2。(2)投料比：PA：2一EH=1：230 (wt)(3)催化劑量：003 (wt)(4)酯化壓力：常壓(帶氮封)表2 進(jìn)料溫度及與釜反應(yīng)溫度PA2一EH 催化劑釜1 釜2 釜3釜4釜5170

22、17520190200210220230(5)停留時(shí)間：約7h，酯化釜體積27.4m3(6)酯化釜攪拌器轉(zhuǎn)速：74rmin(7)總轉(zhuǎn)化率：約9952.2 脫醇工序由于酯化反應(yīng)是在過(guò)量醇的條件下進(jìn)行的，必須將粗酯中的醇脫除，回收重復(fù)利用。本設(shè)計(jì)采用真空降膜脫醇工藝，熱能利用合理，脫醇效率高，可脫醇至1左右。脫醇工藝參數(shù)確定如下：(1)進(jìn)料粗酯溫度：230(2)進(jìn)料粗酯含醇量：1617(3)降膜脫醇真空度：30mbar(4)加熱蒸汽壓力：20ba2.3 中和、水洗工序由于在酯化過(guò)程中會(huì)生成一些酸性雜質(zhì)，如單酸酯等，本設(shè)計(jì)采用加入Na0H水溶液進(jìn)行中和，生成可溶于水的鈉鹽與酯分離。中和水洗工藝參數(shù)確

23、定如下：(1)Na0H水溶液濃度：03(wt)(2)水洗溫度：95(3)粗酯：堿=6：1(vo1)(4)中和攪拌轉(zhuǎn)速：180rmin(5)水洗攪拌轉(zhuǎn)速：50rmin(6)NaOH單耗：04kgtDOP(7)中和水洗后酸值：001002KOH mgDOP2.4 汽提工序汽提是通過(guò)直接蒸汽減壓蒸餾，除去粗酯中的醇和有氣味的低沸物，本設(shè)計(jì)采用過(guò)熱蒸汽直接減壓汽提工藝。汽提干燥工藝參數(shù)確定如下：(1)粗酯人塔溫度：1401600C(2)汽提塔頂部真空度：40mbar(3)干燥塔頂部真空度：99mbar(4)粗酯量：汽提蒸汽量：10：1(wt)(5)干燥塔出口酯中含水量：001 005 (wt)2.5

24、過(guò)濾工序在粗酯中加入吸附劑和助濾劑，脫除粗酯中含色素的有機(jī)物和吸附脫除殘存的催化劑和其它機(jī)械雜質(zhì)，以保證DOP產(chǎn)品外觀的透明度和純度。本設(shè)計(jì)采用二級(jí)過(guò)濾工藝，粗濾采用時(shí)間程控的芬達(dá)過(guò)濾器，精濾采用多層濾紙。過(guò)濾工序工藝參數(shù)確定如下：(1)粗酯溫度：90(2)芬達(dá)過(guò)濾器粗濾周期：48h(3)精濾后DOP色值：1015(HAzEN)3. 生產(chǎn)工藝流程圖及其說(shuō)明3.1DOP生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖（見(jiàn)圖1）苯酐、異辛醇助濾劑無(wú)離子水NaOH催化劑、N2汽提脫醇過(guò)濾干燥中和水洗二級(jí)酯化一級(jí)酯化產(chǎn)品濾液廢水圖1 DOP工藝流程方塊圖3.2 生產(chǎn)工藝流程說(shuō)明（參考CAD圖紙：工藝流程圖）熔融苯酐和辛醇以一定的摩爾

25、比(1:2.21:2.5)在130-150先制成單酯,再經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入四個(gè)串聯(lián)的階梯式酯化釜的第一級(jí).非酸化催化劑也在此加入.第二級(jí)酯化釜溫度控制不低于180,最后一級(jí)酯化溫度為220230,酯化部分用3.9MPa的蒸汽加熱.鄰苯二甲酸單酯的轉(zhuǎn)化率為99.5%99.9%。為了防止反應(yīng)混合物在高溫下長(zhǎng)期停留而著色，并強(qiáng)化酯化過(guò)程，在各級(jí)酯化釜的底部都通入高純度的氮?dú)猓ㄑ鹾?0mg/kg中和，水洗是在一個(gè)帶攪拌的容器中同時(shí)進(jìn)行的。堿的用量為反應(yīng)混合物酸值的35倍。使用20%的NaOH水溶液，當(dāng)加入無(wú)離子水后堿液濃度僅為0.3%左右。因此無(wú)需在進(jìn)行一次單獨(dú)的水洗。非酸性催化劑也在中和、水洗工序被洗去

26、。 然后物料經(jīng)脫醇（1.322.67 kPa,5080）、干燥（1.32 kPa,5080）后送至過(guò)濾工序。過(guò)濾工序不用一般的活性炭，而用特殊的吸附劑和助濾劑。吸附劑成分為SiO2、AL2O3、Fe2O3 、MgO等，助濾劑（硅藻土）成分為SiO2、AL2O3、Fe2O3 、CaO、MgO等。該工序的主要目的是通過(guò)吸附劑和助濾劑的吸附，脫色作用，保證產(chǎn)品DOP的色澤和體積電阻率兩項(xiàng)指標(biāo)，同時(shí)除去DOP中殘存的微量催化劑和其他機(jī)械雜質(zhì)。最后得到高質(zhì)量的DOP。DOP的收率以苯酐或以辛醇為99.3%。 回收的辛醇一部分直接循環(huán)到酯化部分使用，另一部分需進(jìn)行分餾和催化加氫處理。生產(chǎn)廢水（COD值70

27、01500mHg/L）用活性污泥進(jìn)行生化處理后再排放。 本工藝流程特點(diǎn)：原料簡(jiǎn)單，工藝流程短，物料循環(huán)使用，生產(chǎn)效率高。三、工藝計(jì)算1、物料衡算1.1設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 DOP年生產(chǎn)能力為年生產(chǎn)30000噸/年，設(shè)工作日為330天 DOP30000噸 年生產(chǎn)日330天 日產(chǎn)DOP30000330=90.90噸 每小時(shí)DOP的產(chǎn)量生90.9024=3.79噸 要求DOP的生產(chǎn)規(guī)格產(chǎn)品規(guī)格：一等品 DOP含量99.5%每小時(shí)要得純DOP為：3.7999.5%=3.77噸設(shè)整個(gè)過(guò)程之中DOP損失量為4%則實(shí)際每小時(shí)產(chǎn)純DOP為3.77（14%）=3.93噸分子量：苯酐 148.12 異辛醇130.0 DO

28、P 390.3 H2O 18 + H2O1.2一級(jí)酯化段物料計(jì)算根據(jù)一級(jí)酯化反應(yīng)式： 二級(jí)酯化反應(yīng)式：第一步酯化轉(zhuǎn)化率為100%，第二步酯化轉(zhuǎn)化率為99.5%.一小時(shí)一級(jí)酯化反應(yīng)釜 進(jìn)釜 苯酐的量為：3.931000390.30.995= 10.12 kmol 根據(jù)投料比 苯酐：異辛醇=1 : 2.3 異辛醇投入量為10.122.2=23.28 kmol異辛醇一部分作為帶水劑與水一起出釜，異辛醇經(jīng)冷凝器冷卻再回流至反應(yīng)釜中，經(jīng)測(cè)定 回流比為2.5，設(shè)回流異辛醇量X kmol 則出釜異辛醇為 2.5X kmol 總異辛醇量(23.28 +X) kmol 出釜 異辛醇量為2.5X=23.2810.

29、12+X X=8.77kmol 總異辛醇為 23.28+8.77=32.05 kmol 出釜異辛醇為 21.93 kmol 單酸酯的量 10.12 kmol1.2二級(jí)酯化段釜1物料計(jì)算 進(jìn)釜 異辛醇 21.93 kmol 單酸酯的量 10.12 kmol 氧化鋁與辛酸亞錫復(fù)配催化劑量0.12 kmol N2 3 m3/h 出釜 設(shè)轉(zhuǎn)化率為X 第一釜 DOP產(chǎn)量為 10.12X kmol 第二釜 DOP產(chǎn)量為 10.12X（1-X）kmol 第三釜 DOP產(chǎn)量為 10.12X（1-X）kmol 第四釜 DOP產(chǎn)量為 10.12X(1-X)(1-X) kmol 第五釜 DOP產(chǎn)量為 10.12X（

30、1-X）(1-X)(1-X) kmol所以10.12X+10.12X(1-X)+10.12X(1-X)+10.12X(1-X) 2 +10.12X(1-X) 310.12 X=0.523即反映的轉(zhuǎn)化率為X=0.523 DOP的物質(zhì)的量 異辛醇量為 單酸酯的量 10.12 5.29=4.83 氧化鋁與辛酸亞錫復(fù)配催化劑量0.12kmol 產(chǎn)生的水的物質(zhì)的量n水=異辛醇一部分作為帶水劑與水一起出釜，異辛醇經(jīng)冷凝器冷卻再回流至反應(yīng)釜中，經(jīng)測(cè)定 nB:n水=2.5:1。所以nB=5.292.5=13.23 kmol/h N2 3m3/h,轉(zhuǎn)化為摩爾流量： 每一小時(shí)將有：3排出反應(yīng)釜。1.3酯化工段物料

31、衡結(jié)果表4一級(jí)酯化段物料衡算表入塔苯酐異辛醇單酸酯出塔苯酐異辛醇單酸酯量（kmol/h）26.9680.860量（kmol/h）053.9026.96 摩爾含量（%）25.075.00摩爾含量（%）066.6733.33表5 二級(jí)酯化段釜1物料衡算表入釜異辛醇單酸酯氧化鋁與辛酸亞錫N2 水DOP 量（kmol/h）53.9026.960.320.3221600出釜異辛醇單酸酯氧化鋁與辛酸亞錫N2 水DOP 量（kmol/h）39.8012.860.320.3221614.1014.102.熱量衡算表6 各物質(zhì)比熱容物質(zhì)Cp,m/kJ/(mol.k)(303K）Cp,m/kJ/(mol.k)(4

32、23K）/kJ/mol異辛醇0.28560.34540.3155-373.2苯酐0.25590.28290.2694-672.6鄰苯二甲酸一辛酯0.45230.53470.4935-1120.6注：A-苯酐；B-異辛醇;C-鄰苯二甲酸一辛酯1. 預(yù)熱器顯熱計(jì)算：預(yù)熱器采用3.9MPa蒸汽將原料先預(yù)熱到1500CQA =nA=6kJQB=6kJ2. 反應(yīng)釜熱量的衡算以一級(jí)酯化反應(yīng)釜為例：連續(xù)釜式反應(yīng)器可看成為一敞開(kāi)物系，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，其熱力學(xué)衡算式可表達(dá)為： 式中：物系焓變及反應(yīng)焓變，kJ; q物系與環(huán)境交換的熱。由于反應(yīng)是在恒溫下進(jìn)行，所以物系焓變?yōu)榱恪７磻?yīng) 焓變的計(jì)算如下： A(l，4

33、23.15K)+ B(l,423.15K) C(l,423.5K) A(l，404.75K) A(s，404.75K) A(s，298.15K)+ B(l,298.15K) C(l,298.5K)5kJ/h由于在恒溫恒壓下進(jìn)行，所以=-32 kJ/h 6kJ/h6kJ/h6kJ/h6kJ/h所以：6kJ/h故反應(yīng)物系將放出-1.73106kJ/h，為保持反應(yīng)在恒溫下進(jìn)行，需在夾套中沖一定流量的冷卻水。3. 換熱器的熱量衡算分子量：苯酐 148.12 異辛醇130.0 DOP 390.3 H2O 18 由于反應(yīng)溫度在2000C以下進(jìn)行，兩流體溫度變?yōu)椋簾崃黧w進(jìn)入換熱器的溫度為1900C，出口溫度

34、定為700C；冷流體（循環(huán)水）進(jìn)口溫度為250C，出口溫度為600C。Q1=mcpT, T=1300C A-異丙醇 B-水 C-N2mA = nAMA =16.64130=2163.2 kg/hmB = nBMB =5.2918 =95.22 kg/hmc = ncMc = 0.12114 =1.694Q1=mcpT=2163.21.97130+95.224.34130+1.6940.771130 =553995.52+53723.124+169.789 =607888.43 KJ/h表10入冷凝器的氣體的比熱容 組分 異辛醇水N2比熱容KJ/(kg.)2000C600C2000C600C20

35、00C600C2.2251.7324.5054.1820.7960.746組成 kmol16.645.290.121產(chǎn)生熱Q1 kJ/h553995.2553723.124169.789 表11 冷凝液組分氣化熱和液體熱容組分異辛醇水氣化熱wr KJ/mol61.99 40.69液體比熱容KJ/(kg.)2.2944.178組成 kmol/h16.645.29冷凝放熱 kJ/h 1031513.6215250.1Q2 = 16.6461.991000+5.2940.691000 = 1031513.6+215250.1 = 1246763.7 kJ/h冷凝放出總熱Q2=1031513.6+21

36、5250.1=1246763.7 kJ/hQ總=Q1 + Q2 =607888.43+1246763.7=1854652.13kJ/h =515.18 kw故冷卻水用量：w水= 四、主要設(shè)備設(shè)計(jì)與選型1、反應(yīng)釜的設(shè)計(jì)與選型1.1反應(yīng)釜體積確定 為方便起見(jiàn)，以下用A表示苯酐，用B表示異辛醇。物料在反應(yīng)過(guò)程中的體積基本不變。由于攪拌速度較大，反應(yīng)物料在反應(yīng)器內(nèi)的流動(dòng)狀況可視為呈全混流，在定態(tài)時(shí)，在等溫等容條件下對(duì)整個(gè)反應(yīng)器作A的物料衡算：反應(yīng)釜容積按下式計(jì)算： VR=Q0t(1+)(8) Q0=QA+QB(9) QA=nAMA/At(10)式中：nA單位時(shí)間內(nèi)（1小時(shí)）處理的苯酐摩爾數(shù)；MA苯酐的

37、分子量；苯酐密度A =1.527g/cm3; t單位時(shí)間（1 h）QA和QB，分別為苯酐和異辛醇的體積流量;為攪拌容器的備用系數(shù)，一般取0.10.15，取0.1。 QA=nAMA/t=10.121000148.12 (1.527 3600)=272.68cm3 / S同理異辛醇體積流量QB 異辛醇密度B =0.8176g/cm3 QB=nBMB/Bt=32.051000130.0 (0.8176 3600)=1415.56m3 / SQ0=QA+QB=272.68+1415.56=1688.24cm3 / S單級(jí)酯化反應(yīng)釜中，物料的平均停留時(shí)間為6.955=1.37 h VR=Q0t（1+）

38、=1688.241.3736001.1 =9.25m3 裝料系數(shù)，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)條件或?qū)嶒?yàn)結(jié)果而定，若攪拌狀態(tài)平穩(wěn)或物料的粘度較高可取0.80.85。本設(shè)計(jì)物料攪拌狀態(tài)較平穩(wěn)，取0.85。 故攪拌釜的有效體積為： V=VR/0.85=9.25/0.85=10.88m3 1.2反應(yīng)釜高度與底面直徑反應(yīng)釜的高度與底面直徑關(guān)系： H=1.3Di底面直徑：H=1.3Di=1.32.2=2.86m故液面深度h=4VR/Di2=49.253.142.22.2=2.43m當(dāng)，查表16-6得各參數(shù)如表6所示表6 所查得的各參數(shù)曲面高度h1直邊高度h2550mm40mm1.3反應(yīng)釜溫度與壓力查表45 設(shè)計(jì)溫度：1

39、50+20170混合液平均密度 =nAMA/(nAMA+nBMB)A+ nBMB/(nAMA+nBMB)B =0.26461.527 + 0.81760.7354 =1.005g/m3已知：PW =0.1015MPa則工作壓力：設(shè)計(jì)壓力為工作壓力的110%，則設(shè)計(jì)壓力為： Pc=1.1PT=1.10.125MPa=0.1375MPa設(shè)備選材：由于原料和產(chǎn)物對(duì)鋼材的腐蝕不大，溫度為150，壓力為常壓，本設(shè)計(jì)從滿足生產(chǎn)工藝需要及保證酯化釜使用壽命的角度出發(fā)，酯化釜的材質(zhì)選用高合金鋼0Cr18Nil2M-o2Ti。1.4厚度計(jì)算Pc=0.1375MPa，T=170，Di=2200mm，t=104MP

40、a，=1.0(雙面焊對(duì)接，100%探傷)，腐蝕裕量C2=2mm計(jì)算厚度如下：設(shè)計(jì)厚度Sd如下： d=4.3，查表4-9負(fù)偏差C1=0.25mmd+C1=3.71mm 圓整后為4mm，即名義厚度n=4mm 復(fù)驗(yàn)n6%=0.24mm 0.35,因此，符合全檔板條件。攪拌功率的計(jì)算采用永田進(jìn)治公式法計(jì)算。 Re=(d2n)/式中：d=0.22m,n=1.2r/s,混合液平均密度=1.005g/cm3,=3.510-4Pa.s故Re=1.83106104為湍流，=Np,為功率因數(shù)，Np為功率數(shù)查圖Rushton算圖，當(dāng)Re=4.7106時(shí)=Np=6.3故 攪拌功率N=Npn3d5=6.31.0051.

41、230.7351000=2268W 1.6夾套傳熱面積的計(jì)算與核算選用螺旋板夾套，環(huán)隙E=100mm，螺距P=50mm。 被攪拌液體側(cè)的對(duì)流傳熱系數(shù)采用佐野雄二推薦的關(guān)聯(lián)式計(jì)算:Nuj=0.512(D4/3)0.227Pr0.33(d/Di)0.52(b/Di)0.08=4N/(Di2H),式中N=2268W,Di=2.20m,=1005kg/m3,H=2.86m故=42268/（3.142.22.22.861005）=0.21w/kg=/=3.510-4/1005=3.4810-7m2/s(Di4/3)0.227=（0.212.24/42.1410-21）0.227=3.59104Di/=0

42、.512(D4/3)0.227Pr0.33(d/D)0.52(b/D)0.08 =0.5123.591040.710.330.330.520.090.08 =0.76104故=0.110.76104/2.2=380W/(m2.oC)夾套冷卻水對(duì)流傳熱系數(shù)采用下式計(jì)算：De/=0.027Re0.8Pr0.33V0.14(1+3.5(De/Dc)即=0.027Re0.8Pr0.33V0.14(1+3.5(De/Dc)/De冷卻水進(jìn)入夾套溫度25oC,冷卻水出夾套溫度55oC，則其定性溫度t=40oC，在此溫度下，水的相關(guān)物性如下：比熱容cp=4.174kJ/(kg.oC)導(dǎo)熱系數(shù)=63.38密度=

43、992.2kg/m3黏度=0.000656Pa.s。=4.1740.000656/63.38=4.3210-5由于反應(yīng)物系放出熱量Q1=6kJ/h=480.56kW，攪拌功率N=2268W故攪拌槽需移出熱Q=Q1+N=482.72kW。所以冷卻水質(zhì)量流量m=Q/cp(t2-t1)= 482.72/(4.17430)=3.85kg/s。夾套中水流速u(mài)=m/(PE)=3.85/(992.20.050.1)=0.78m/s，De=4E=0.4mDc=2.2mRe=Deu/=0.40.78992.2/0.000656=0.4710610-5De/=0.027Re0.8Pr0.33V0.14(1+3.5(De/Dc)當(dāng)液體被加熱時(shí) =1.05De/=0.027Re0.8 Pr0.33 (1+3.5(De/Dc)0 =0.027(0.47106)0.8(4.3210-5)0.331.050.14 (1+3.50.4/2.2) =931.50.0361.0071.64=55.38=55.3863.38/0.4=8775.1W/(m2.oC)