年產(chǎn)8萬噸鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)生產(chǎn)車間初步工藝設(shè)計

1、一總論1概述1.1增塑劑DOP的性質(zhì) DOP化學名為鄰苯二甲酸二辛酯，是一個帶有支鏈的側(cè)鏈醇酯，無色油狀液體，有特殊氣味。比重0.9861(20/20 ),熔點-55 ，沸點370 （常壓），不溶于水，溶于乙醇、乙醚、礦物油等大多數(shù)有機溶劑。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，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用型增塑劑，主要用于聚氯乙烯樹脂的加工，還可用于化纖樹脂、醋酸樹脂、ABS樹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DOP，廣泛用于塑料、橡

2、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DOP，具有通用級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DOP，主要用于生產(chǎn)食品包裝材料。醫(yī)用級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、還可用于化地樹脂、醋酸樹脂、ABS樹脂及橡膠等高聚物的加工，也可用于造漆、染料、分散劑等、DOP增塑的PVC可用于制造人造革、農(nóng)用薄膜、包裝材料、電纜等。本品是一種多種樹脂都有很強溶解力的增塑劑,能與多種纖維素樹脂、橡膠、乙烯基樹脂相溶，有良好的成膜性、

3、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、過氧化甲乙酮以及香料（人造麝香）的溶劑?？梢宰鳛轷ソ粨Q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合成的原料。1.3 DOP在國民經(jīng)濟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，約占我國增塑劑總量45%，是重要的通用型增塑劑，任何增塑劑都是以它為基準來加以比較的，技術(shù)經(jīng)濟上占有絕對優(yōu)勢。據(jù)有關(guān)資料報道，近年來國外增塑劑生產(chǎn)能力超過了6400kta，國內(nèi)增塑劑需求增長率為8左右，產(chǎn)品

4、具有質(zhì)量高、品種多、環(huán)境污染少的特點。在石油化學工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、輕紡工業(yè)、生物化工以及能源、交通運輸行業(yè)均有廣泛用途，在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位。1.4 DOP的市場需求隨著我國國民經(jīng)濟快速增長，增塑劑作為基礎(chǔ)化工合成材料助劑的市場需求量將大幅提高。在用量大的新領(lǐng)域，國內(nèi)市場需求將強勁增長。但由于鄰苯二甲酸二異壬酯(DINP)在某些應(yīng)用領(lǐng)域的性能超過了DOP，預計未來幾年內(nèi)，全球DOP市場將面臨DINP的挑戰(zhàn)。在市場上，DOP一直占有價格優(yōu)勢，而未來時間估計DOP的低價優(yōu)勢會有所削弱。2設(shè)計的目的和意義 通過本課程設(shè)計力求達到以下目的和意義：（1）在學習掌握所學的化學工藝學、化工機械設(shè)備基

5、礎(chǔ)、化工原理等課程的基本理論和基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，通過這次課程設(shè)計，培養(yǎng)我們綜合運用這些知識分析和解決實際問題的能力以及協(xié)作攻關(guān)的能力，訓練我們使用文獻資料和進行技術(shù)設(shè)計、運算的能力，提高文字和語言表達能力，為以后的學習和畢業(yè)論文（設(shè)計）打下基礎(chǔ)。（2）通過完成設(shè)計，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。3項目設(shè)計依據(jù)和原則3.1設(shè)計依據(jù)本化工課程設(shè)計，以設(shè)計任務(wù)書為基礎(chǔ)，綜合文獻檢索、資料收集，綜合分析，以最新科研成果和實際經(jīng)驗為依據(jù)，搏眾家之長，選擇合適設(shè)計方案。3.2設(shè)計原則 本課題遵循的設(shè)計原則和指導思想如

6、下：（1）按技術(shù)先進、成熟可靠、經(jīng)濟合理的原則對技術(shù)方案進行論證，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，提高項目的經(jīng)濟效益和社會效益；（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、科學生產(chǎn)、生產(chǎn)安全和提高社會效益為原則主體。4設(shè)計范圍本設(shè)計范圍包括：（1）工藝生產(chǎn)方法確定、生產(chǎn)流程設(shè)計與論證（2）工藝計算（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)計與選型（4）安全生產(chǎn)與環(huán)保治理措施（5）設(shè)計繪圖 設(shè)計重點：生產(chǎn)工藝設(shè)計與論證，工藝計算，設(shè)備設(shè)計與選型，設(shè)計繪圖。5DOP生產(chǎn)能力及質(zhì)量標準5.1生產(chǎn)能力該項目

7、年產(chǎn)8萬噸DOP，年開工日為330天（全天候），日產(chǎn)DOP 242.42噸。5.2產(chǎn)品質(zhì)量標準本產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格為一級品，執(zhí)行產(chǎn)品質(zhì)量國標GBl14068標準，見表1 所示。表1 DOP質(zhì)量指標項目指標優(yōu)級品一級品合格品外觀透明液體，無懸浮物酯含量，%99.099.5099.50密度（20），g/cm30.9810.986酸度（以對苯二甲酯計） % 0.0150.020閃點，210205色度（鉑-鈷）號 50100200加熱減量，%0.10.20.25體積電阻率，1011?.m210.5二、生產(chǎn)工藝流程設(shè)計1生產(chǎn)工藝選擇與論證 生產(chǎn)過程操作分為間歇式和連續(xù)操作。間歇式生產(chǎn)的優(yōu)點是設(shè)備簡單改變生產(chǎn)品

8、種容量；缺點是原料消耗定額高，能量消耗大，勞動生產(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)復雜，但緊湊，投資較低，操作控制要求高，動力消耗少。而反應(yīng)釜，流動形式接近返混，釜內(nèi)各部分組成和溫度完全一致，多釜串連后，可使停留時間分布特性向平推流轉(zhuǎn)化。并且DOP等主增塑劑的需要量很大，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，勞動生產(chǎn)率高，比較經(jīng)濟。因此本設(shè)計采用串聯(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

9、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，且通過過濾即可除去，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配型催化劑，由于單催化劑催化反應(yīng)時間長，不適合做酯化反應(yīng)催化劑，相反，復配型催化劑催化反應(yīng)時間短，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比例復配非酸性催化劑合成DOP效果最佳，力求達到流程簡單，設(shè)備少，熱能利用合理，產(chǎn)品質(zhì)量高。 根據(jù)國內(nèi)在引進裝置上成功使用國產(chǎn)催化劑的經(jīng)驗，選用國產(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)濟效

10、果。連續(xù)非酸性催化酯化工藝，是上世紀80年代初開始成功應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的先進技術(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濾；2、酯化一中和水洗一脫醇-汽提-干燥一過濾。 二者比較，第種技術(shù)用采用氧化鋁與辛酸亞錫1：1比例復配催化劑酯化反應(yīng)具有反應(yīng)時間短、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) 、處理條件簡單等優(yōu)點。并且公用工程消耗低，熱能利用合理，可以生產(chǎn)多牌號的DOP產(chǎn)品，結(jié)合國內(nèi)條件和生產(chǎn)操作經(jīng)驗，故擬采用類典型工藝流程，設(shè)計國產(chǎn)化新的工藝流程。綜上分析，本設(shè)計選用酯化脫醇一中和水洗一汽提干燥一過濾工藝流程，采用串聯(lián)多釜反應(yīng)器連續(xù)酯化技術(shù)，催

11、化劑采用氧化鋁與辛酸亞錫以1：1比例復配型催化劑。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)進料溫度及5釜的反應(yīng)溫度見表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517017520190200210220230(5)停留時間：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

12、序由于酯化反應(yīng)是在過量醇的條件下進行的，必須將粗酯中的醇脫除，回收重復利用。本設(shè)計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)進料粗酯溫度：230(2)進料粗酯含醇量：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程中會生成一些酸性雜質(zhì)，如單酸酯等，本設(shè)計采用加入Na0H水溶液進行中和，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：50rm

13、in(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)計采用過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 過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物和吸附脫除殘存的催化劑和其它機械雜質(zhì)，以保證DOP產(chǎn)品外觀的透明度和純度。本設(shè)計采用二級過濾工藝，粗

14、濾采用時間程控的芬達過濾器，精濾采用多層濾紙。過濾工序工藝參數(shù)確定如下：(1)粗酯溫度：90(2)芬達過濾器粗濾周期：48h(3)精濾后DOP色值：1015(HAzEN)3. 生產(chǎn)工藝流程圖及其說明3.1DOP生產(chǎn)工藝流程簡圖（見圖1）苯酐、異辛醇助濾劑無離子水NaOH催化劑、N2汽提脫醇過濾干燥中和水洗二級酯化一級酯化產(chǎn)品濾液廢水圖1 DOP工藝流程方塊圖3.2 生產(chǎn)工藝流程說明（參考CAD圖紙：工藝流程圖）熔融苯酐和辛醇以一定的摩爾比(1:2.21:2.5)在130-150先制成單酯,再經(jīng)預熱后進入四個串聯(lián)的階梯式酯化釜的第一級.非酸化催化劑也在此加入.第二級酯化釜溫度控制不低于180,最

15、后一級酯化溫度為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)混合物在高溫下長期停留而著色，并強化酯化過程，在各級酯化釜的底部都通入高純度的氮氣（氧含量10mg/kg中和，水洗是在一個帶攪拌的容器中同時進行的。堿的用量為反應(yīng)混合物酸值的35倍。使用20%的NaOH水溶液，當加入無離子水后堿液濃度僅為0.3%左右。因此無需在進行一次單獨的水洗。非酸性催化劑也在中和、水洗工序被洗去。 然后物料經(jīng)脫醇（1.322.67 kPa,5080）、干燥（1.32 kPa,5080）后送至過濾工序。過濾工序不用一般的活性炭，而用特殊的吸附劑和助濾劑。

16、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指標，同時除去DOP中殘存的微量催化劑和其他機械雜質(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，另一部分需進行分餾和催化加氫處理。生產(chǎn)廢水（COD值7001500mHg/L）用活性污泥進行生化處理后再排放。 本工藝流程特點：原料簡單，工藝流程短，物料循環(huán)使用，生產(chǎn)效率高。三、工藝計算1、物料衡算1.1設(shè)計生產(chǎn)能

17、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%每小時要得純DOP為：3.7999.5%=3.77噸設(shè)整個過程之中DOP損失量為4%則實際每小時產(chǎn)純DOP為3.77（14%）=3.93噸分子量：苯酐 148.12 異辛醇130.0 DOP 390.3 H2O 18 + H2O1.2一級酯化段物料計算根據(jù)一級酯化反應(yīng)式： 二級酯化反應(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%.

18、一小時一級酯化反應(yīng)釜 進釜 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=23.2810.12+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.

19、2二級酯化段釜1物料計算 進釜 異辛醇 21.93 kmol 單酸酯的量 10.12 kmol 氧化鋁與辛酸亞錫復配催化劑量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（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) 3

20、10.12 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： 每一小時將有：3排出反應(yīng)釜。1.3酯化工段物料衡結(jié)果表4一級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

21、（%）25.075.00摩爾含量（%）066.6733.33表5 二級酯化段釜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)(423K）/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.

22、53470.4935-1120.6注：A-苯酐；B-異辛醇;C-鄰苯二甲酸一辛酯1. 預熱器顯熱計算：預熱器采用3.9MPa蒸汽將原料先預熱到1500CQA =nA=6kJQB=6kJ2. 反應(yīng)釜熱量的衡算以一級酯化反應(yīng)釜為例：連續(xù)釜式反應(yīng)器可看成為一敞開物系，根據(jù)熱力學第一定律，其熱力學衡算式可表達為： 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)是在恒溫下進行，所以物系焓變?yōu)榱?。反?yīng) 焓變的計算如下： A(l，423.15K)+ B(l,423.15K) C(l,423.5K) A(l，404.75K) A(s，404.75K) A(s，298.15K)+ B(l,29

23、8.15K) C(l,298.5K)5kJ/h由于在恒溫恒壓下進行，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以下進行，兩流體溫度變?yōu)椋簾崃黧w進入換熱器的溫度為1900C，出口溫度定為700C；冷流體（循環(huán)水）進口溫度為250C，出口溫度為600C。Q1=mcpT, T=1300C A-異丙醇 B-水 C-N2mA = nAMA =16.

24、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.)2000C600C2000C600C2000C600C2.2251.7324.5054.1820.7960.746組成 kmol16.645.290.121產(chǎn)生熱Q1 kJ/h553995.25537

25、23.124169.789 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+215250.1=1246763.7 kJ/hQ總=Q1 + Q2 =607888.43+1246763.7=1854652.13kJ/h =515.18 kw故冷

26、卻水用量：w水= 四、主要設(shè)備設(shè)計與選型1、反應(yīng)釜的設(shè)計與選型1.1反應(yīng)釜體積確定 為方便起見，以下用A表示苯酐，用B表示異辛醇。物料在反應(yīng)過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)的流動狀況可視為呈全混流，在定態(tài)時，在等溫等容條件下對整個反應(yīng)器作A的物料衡算：反應(yīng)釜容積按下式計算： VR=Q0t(1+)(8) Q0=QA+QB(9) QA=nAMA/At(10)式中：nA單位時間內(nèi)（1小時）處理的苯酐摩爾數(shù)；MA苯酐的分子量；苯酐密度A =1.527g/cm3; t單位時間（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

27、。 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單級酯化反應(yīng)釜中，物料的平均停留時間為6.955=1.37 h VR=Q0t（1+） =1688.241.3736001.1 =9.25m3 裝料系數(shù)，根據(jù)實際生產(chǎn)條件或?qū)嶒灲Y(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)計物料攪

28、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，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)計溫度：150+20170混合液平均密度 =nAMA/(nAMA+nBMB)A+ nBMB/(nAMA+nBMB)B =0.26461.527 + 0.81760.735

29、4 =1.005g/m3已知：PW =0.1015MPa則工作壓力：設(shè)計壓力為工作壓力的110%，則設(shè)計壓力為： Pc=1.1PT=1.10.125MPa=0.1375MPa設(shè)備選材：由于原料和產(chǎn)物對鋼材的腐蝕不大，溫度為150，壓力為常壓，本設(shè)計從滿足生產(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厚度計算Pc=0.1375MPa，T=170，Di=2200mm，t=104MPa，=1.0(雙面焊對接，100%探傷)，腐蝕裕量C2=2mm計算厚度如下：設(shè)計厚度Sd如下： d=4.3，查表4-9負偏差C1=0.25mmd+C1=3.71

30、mm 圓整后為4mm，即名義厚度n=4mm 復驗n6%=0.24mm 0.35,因此，符合全檔板條件。1.5.2攪拌功率的計算采用永田進治公式法計算。 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Re=4.7106時=Np=6.3故 攪拌功率N=Npn3d5=6.31.0051.230.7351000=2268W 1.6夾套傳熱面積的計算與核算選用螺旋板夾套，環(huán)隙E=100mm，螺距P=50mm。1.6.1 被攪拌液體側(cè)的對流

31、傳熱系數(shù)采用佐野雄二推薦的關(guān)聯(lián)式計算: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/=0.512(D4/3)0.227Pr0.33(d/D)0.52(b/D)0.08 =0.5123.591040.710.330.330.520

32、.090.08 =0.76104故=0.110.76104/2.2=380W/(m2.oC)1.6.2夾套冷卻水對流傳熱系數(shù)采用下式計算：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)導熱系數(shù)=63.38密度=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

33、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=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)當液體被加熱時 =1.05De/=0.027Re0.8 Pr0.33 (1+3.5(De/Dc)0 =0.027(0

34、.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) 所以總傳熱系數(shù)：1/K=1/+1/=1/380+1/8775.1=0.0027K=370.4W/(m2.oC)1.6.3夾套傳熱面積由Q=KF = oC得F=Q/K=482.72103/(370.4109.5)=11.9m2需要核算一下夾套可能傳熱面積是否滿足傳熱要求。由于攪拌槽能提供的最小傳熱面積：DiH=3.142.22.86=19.76m2。該面積大于所需傳熱面積F=11.9m2

35、，因此夾套設(shè)計符合要求。圖2 反應(yīng)釜基本構(gòu)造1.7反應(yīng)釜的主要技術(shù)特性匯總 表9 反應(yīng)釜的主要技術(shù)特性項目符號設(shè)計計算數(shù)據(jù)及選型攪拌器攪拌形式六片平直葉圓盤渦輪式攪拌器葉輪直徑d1.1m葉輪寬度b0.2m葉輪距釜底高度c0.73m攪拌轉(zhuǎn)速n1.2r/s槳葉數(shù)z6攪拌功率N2268W攪拌附件擋板數(shù)nb6擋板寬度w0.2m反應(yīng)釜攪拌釜全容積（不包括封頭部分）V29.1m3液面深度h2.43m攪拌釜實際高度H2.86m攪拌釜內(nèi)經(jīng)Di2.2m工作壓力PT0.14MPa攪拌釜厚度n5mm夾套夾套形式螺旋板夾套螺旋板螺距P0.05m夾套環(huán)隙E0.10m夾套內(nèi)冷卻水流速u1.99m冷卻水每小時移出熱量Q48

36、2.72kW被攪拌液體側(cè)的對流傳熱系數(shù)380W/(m2.oC)夾套側(cè)冷卻水對流傳熱系數(shù)8775.1W/(m2.oC)攪拌槽總傳熱系數(shù)K370.4W/(m2.oC)所需夾套面積F11.9m2由于釜內(nèi)介質(zhì)具有一定的腐蝕性, 要求對釜體及釜蓋內(nèi)表面進行搪鉛處理(鉛層厚68 )并襯耐酸瓷板二層?？紤]到搪鉛工藝的實施和搪鉛時的鉛中毒， 釜體和釜蓋須采用法蘭連接。此外 ，還考慮到釜內(nèi)介質(zhì)的反應(yīng)速度難以控制以及介質(zhì)的腐蝕性， 設(shè)備不宜采用安全閥作超壓泄放裝置， 故設(shè)置了一泄放口徑為200mm的爆破片 （厚 3mm的鉛制平板型爆破片內(nèi)襯厚 2mm 的耐酸橡膠板）作為設(shè)備的超壓泄放裝置。2、冷凝器的設(shè)計與選型

37、對于二級酯化反應(yīng)，由于是可逆反應(yīng)，過程中有水生成，從而會影響反應(yīng)的進行程度。所以需要將水帶出反應(yīng)釜，促進反應(yīng)向產(chǎn)物方向進行。反應(yīng)液中，異辛醇將作為帶水劑把水從反應(yīng)釜中帶出，而這樣必將浪費原料，因此在反應(yīng)釜上安裝一個換熱器加一個分離器，用于排水和回流異辛醇。這里將以二級反應(yīng)第一個釜為例進行換熱器的計算與選型。2.1選擇換熱器的類型由于反應(yīng)溫度在2000C以下進行，兩流體溫度變?yōu)椋簾崃黧w進入換熱器的溫度為1900C，出口溫度定為700C；冷流體（循環(huán)水）進口溫度為250C，出口溫度為600C。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時進口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大

38、，因此初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式式換熱器。2.2傳熱面積的確定選用的碳鋼管，兩股流體的進出口溫度為：熱流體（出換熱器氣） 20070 冷流體 （水） 65 25 故傳熱推動力： = =72.4修正系數(shù) R=3.7P=0.2初步假設(shè)采用單殼程，偶數(shù)管的固定板換熱器經(jīng)查表 =0.880.8 所以假設(shè)可行，采用單殼程，偶數(shù)管的固定板換熱器初步估計傳熱系數(shù)K=370.4W/()，則由公式Q=AK Tm 可得 A=Q/（KTm）=515.18/（63.7370.4）=21.83m2 表2 列管換熱器參數(shù)表外殼直徑D 450管程數(shù)Np 4公稱面積 0.0083管數(shù)NT 106公稱壓力MPa 1.0管

39、子排列方式 正三角形管子尺寸mm 252.5管中心距mm 32管長m 3計算換熱面積 24.14計算管程、殼程的對流傳熱系數(shù)和壓降4.1管程的對流傳熱系數(shù)和壓降為了充分利用的熱量，采用液體走管程、水走殼程。（1）管程流通面積Ai=/4di2NT/Np=/40.022106/4=0.0083假設(shè)物料流速 0.5m/s Re 混合物被冷卻，所以 管程壓降為 取管壁粗糙度，經(jīng)查圖可得摩擦系數(shù) = b殼程 選用缺口高度為25的弓形擋板，取折流板間距B=0.3Di,則B=135mm。，故折流擋板數(shù)為 流道面積 水流速 u 正三角排列的當量直徑為 m Re 殼中原油被加熱，取，所以= 殼程壓降 計算傳熱面

40、積 傳熱系數(shù) ，忽略管壁熱阻，則 且 即傳熱面積有17.4的裕度。2.5.殼體厚度殼體材料選用20R鋼，計算壁厚的公式為：S=PcDi/（2t-Pc）式中：Pc計算壓力，取Pc為11.1=1.1MPa ； Di=450mm；=0.85(局部無損檢測) 80=130Mpa（取殼體溫度為80）=4501.1/（21300.85-0.11）=3.81mm取C2=2mm ；C1=0.25mm，圓整后取=6mm，復驗66%=0.360.25 故最終取C1=0.25mm故=6mm2.6換熱器封頭的確定 上下封頭均采用標準橢球形封頭，根據(jù)封頭為DN14005。曲面高度h1=100mm，直邊高度h2=25mm

41、，材料選用20 R鋼。2.7容器法蘭的選擇 材料選用16MnR鋼，根據(jù)JB/4703-2000標準，選用PN1.6Mpa，DN400mm的榫槽密封面長頸對焊法蘭。2.8開孔補強 換熱器封頭和殼體上的接管都需要補強，在開孔外面焊接上一塊與容器壁材料和厚度都相同的，即5mm厚的20R鋼板。2.9支座選用型號JB/4712-92 鞍座 BI 700 F 。三、換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)形式固定板管式公稱面積0.0083殼體內(nèi)徑/mm450折流擋板數(shù)22管子尺寸/mm管中心距/mm32管長/m3材質(zhì)碳鋼管子排列方式正三角形計算換熱面積24.1物料參數(shù)參數(shù)管程殼程流量/（kg/h）進/出

42、口溫度/200/7025/6物性密度/（kg/m3）1005992.2定壓比熱容/kJ/（kg）2.484.178導熱系數(shù)/W/(m)0.1163.38粘度/（Pas）0.000350.000656計算結(jié)果管程殼程壓降/Pa57007600傳熱系數(shù)/W/（K）4216135.53計算面積/20.53裕度17.4五環(huán)境保護與勞動安全1.DOP生產(chǎn)過程“三廢”處理生產(chǎn)過程中工業(yè)廢水的主要來源是酯化反應(yīng)中生成的水；經(jīng)多次中和后含有單酯鈉鹽等雜質(zhì)的廢堿；洗滌粗酯用的水；脫醇時汽提蒸汽的冷凝水，它們的組成大致如下面所示：表12酯化液與中和廢水的組成酯化反應(yīng)液%中和廢堿液Mg/LDOP904DOP2000

43、苯酐783苯酐2000苯二甲酸單辛酯0.065苯二甲酸單辛酯鈉1000硫酸單辛酯1.16硫酸單辛酯鈉23000硫酸單辛酯0.19硫酸單辛酯鈉4000治理的辦法，首先應(yīng)從工藝上減少廢水的排放量，象本設(shè)計采用的是非酸催化劑，則可革除中和水洗兩個工序；其次，當然也不可避免地要進行廢水處理。一般說全部處理過程分為回收和凈化兩級。回收時必須考慮經(jīng)濟效益，如果回收有效成分的費用很大，就不如用少量堿將其破壞除去。 對于本設(shè)計回收的辛醇一部分直接循環(huán)到酯化部分使用，另一部分需進行分餾和催化加氫處理。而產(chǎn)生的廢水（COD值7001500mHg/L）可以用活性污泥進行生化處理后再排放。2、 DOP生產(chǎn)過程安全事項

44、化工產(chǎn)品生產(chǎn)是一項具有高風險性的行業(yè)，因此在整個化工生產(chǎn)中，設(shè)備安裝、施工、操作等等都必要要考慮各方面安全因素，設(shè)計過程中要周密考慮，最大程度的消除安全隱患，使事故概率降低到最小。在設(shè)計中，流程上要考慮的安全因素主要是避免設(shè)備和管道內(nèi)截止的壓力超過允許的超做壓力而造成災難性事故的發(fā)生。一般利用安全泄壓裝置來及時排放管道內(nèi)的介質(zhì)，使管道內(nèi)截止的壓力迅速下降。設(shè)備及管道中可以采用的安全泄壓裝置主要有爆破片和安全閥，或在管道上加安全水封和安全放空管。 介質(zhì)的易燃與易爆是相互關(guān)聯(lián)的，防爆的首要措施是防火，所以DOP生產(chǎn)的安全，首要先從防火做起。根據(jù)DOP生產(chǎn)的特點，應(yīng)采取下列防火措施：（1） 貯存輸送

45、原料及產(chǎn)品的貯罐、管線附近嚴禁火源，并有明顯的指示牌和標志。（2） 廠房內(nèi)不存放易燃物質(zhì)，地溝保持通暢，防止可燃氣體、液體積聚，加強廠房里通風。（3） 電氣設(shè)備須選用防防爆型，電纜、電源絕緣良好，防止產(chǎn)生電火花。接地牢靠，防止產(chǎn)生靜電。（4） 備有必須的消防器材。對于DOP生產(chǎn)防爆應(yīng)該注意如下幾點：（1） 嚴格執(zhí)行受壓容器、受壓設(shè)備使用、管理有關(guān)規(guī)定，操作人員必須經(jīng)過嚴格訓練。（2） 不準任意改變運行中的工藝參數(shù)，不得超溫、超壓及提高設(shè)備的使用等級。（3） 受壓容器、管線的安全設(shè)施齊全，且證明確實靈敏可靠，如安全閥、壓力表、防爆板及各種連鎖信號、自動調(diào)節(jié)裝置等。嚴格執(zhí)行防火規(guī)定及安全技術(shù)措施，

46、嚴格控制可爆介質(zhì)不得上升到爆炸范圍。六設(shè)計結(jié)果評析與總結(jié)經(jīng)過一段時間的資料查詢、文獻搜索、設(shè)計整理，在老師的指導和同學的幫助下，我們這組順利地完成了本次課程設(shè)計。本次設(shè)計以“工藝先進、技術(shù)可靠、系統(tǒng)科學、經(jīng)濟合理、安全環(huán)?！睘樵瓌t，依據(jù)課程設(shè)計任務(wù)書，遵循工程設(shè)計的規(guī)則與要求來完成，設(shè)計思路清晰，能結(jié)合生產(chǎn)實際輔助設(shè)計，引用資料和相關(guān)公式準確，設(shè)計數(shù)據(jù)和設(shè)計結(jié)果可靠，自我感覺本次課程設(shè)計完成比較理想。 本設(shè)計在比較了現(xiàn)行國內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)上DOP，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濾；2、酯化一中和水洗一脫醇-汽提-干燥一過濾。由于第有公用工程消耗低，熱能利用合理，可以生產(chǎn)

47、多牌號的DOP產(chǎn)品等種優(yōu)點，并且，結(jié)合國內(nèi)條件和生產(chǎn)操作經(jīng)驗，在借鑒第1類典型工藝流程基礎(chǔ)上，采用的是非酸催化劑，可革除中和不洗兩個工序，設(shè)計國產(chǎn)化新的工藝流程。是一種較適合我國國情的生產(chǎn)方法。 本工藝設(shè)計與一般工藝相比，優(yōu)勢在于： （1）原料預熱處理步驟提高了原料的轉(zhuǎn)化率，使苯酐在一級酯化釜轉(zhuǎn)化率接近100%。 （2）采用的是氧化鋁與辛酸亞錫1：1比例復配非酸催化劑，反應(yīng)時間短、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) 、處理條件簡單等優(yōu)點，同時可革除中和水洗兩個工序。 （3）酯化反應(yīng)在常壓操作進行，對傳統(tǒng)工藝的改進使得其能量消耗大為減少，生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和連續(xù)性大為提高，符合現(xiàn)代工藝綠色高效生產(chǎn)的要求。 （4）進行廢水處理分為回收和凈化兩級。根據(jù)實際情況，最大限度地回收利用，變廢為寶。對于本設(shè)計回收的辛醇一部分直接循環(huán)到酯化部分使用，另一部分需進行分餾和催化加氫處理。