鄰苯二甲酸二辛酯畢業(yè)設計--年產(chǎn)一萬噸dop間歇式生產(chǎn)工藝設計

1、<p>　　年產(chǎn)一萬噸DOP間歇式生產(chǎn)工藝設計</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要3</b></p><p>　　ABSTRACT2</p><p><b>　　第一章 總論2</b></p>

2、<p><b>　　1.1概述2</b></p><p><b>　　1.2文獻綜述3</b></p><p>　　1.3設計任務的來源3</p><p><b>　　1.4其他3</b></p><p>　　第二章 生產(chǎn)流程方案的確定4</p>

3、<p>　　第三章 生產(chǎn)流程簡述5</p><p>　　3.1生產(chǎn)過程需要以下幾步：5</p><p>　　3.2工藝流程說明及操作步驟：5</p><p>　　3.3反應原理：6</p><p>　　3.4 產(chǎn)品的幾個性質7</p><p>　　第四章 工藝計算7</p>&

4、lt;p>　　4.1 物料恒算7</p><p>　　4.1.1酯化階段7</p><p>　　4.1.2中和水洗9</p><p><b>　　4.1.3脫醇9</b></p><p>　　4.1.4蒸餾（精制）10</p><p>　　4.2能量恒算10</p>

5、<p>　　4.2.1酯化階段10</p><p>　　4.2.2脫醇階段：15</p><p>　　4.2.3精餾階段17</p><p>　　第五章 主要設備的設計和設備選型17</p><p>　　5.1攪拌式反應器的設計18</p><p>　　5.1.1、筒體幾何尺寸的計算18<

6、;/p><p>　　5.1.2 反應釜壁厚的計算21</p><p>　　5.1.3罐體法蘭24</p><p>　　5.1.4接管及其法蘭選擇24</p><p>　　5.1.5開口補強25</p><p>　　5.1.6 支座選取25</p><p>　　5.1.7攪拌軸、攪拌器及傳動

7、裝置等的設計和選擇26</p><p>　　5.2設備選型27</p><p>　　5.2.1中和器27</p><p>　　5.2.2水洗塔27</p><p>　　5.2.3脫醇塔27</p><p>　　5.2.4精餾塔28</p><p>　　5.2.5換熱器選型29<

8、;/p><p>　　5.2.7 儲罐33</p><p>　　第六章 原材料及動力消耗34</p><p>　　第七章 成本估算34</p><p>　　第八章 環(huán)境保護與安全措施35</p><p>　　8.1化工環(huán)保35</p><p>　　8.2生產(chǎn)人員的健康和安全36<

9、;/p><p><b>　　8.3防火37</b></p><p>　　8.3.1廠房的耐火等級37</p><p>　　8.3.2 防火安全措施37</p><p><b>　　8.4防爆37</b></p><p>　　8.4.1防爆安全措施37</p>

10、<p>　　8.4.2杜絕火源38</p><p>　　第九章 設計體會38</p><p><b>　　致謝38</b></p><p><b>　　參考文獻38</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p&

11、gt;　　增塑劑是一種加入到材料中以改變它們的加工性、可塑性、柔韌性、拉伸性的物質。鄰苯二甲酸酯類增塑劑是目前使用最廣、產(chǎn)量最大的主增塑劑，具有色澤淺、毒性低、電性能好、揮發(fā)性小、氣味小等優(yōu)點，其消耗量占增塑劑總消耗量的80%左右。</p><p>　　本文主要介紹了鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）的生產(chǎn)工藝流程及流程的選擇，產(chǎn)品國內外的發(fā)展狀況，生產(chǎn)過程中的物料和能量計算，主要設備的設計及部分設備的選型，產(chǎn)品的經(jīng)濟效

12、益，部分設備選型。在整個的設計中，最主要是工藝條件的合理確定及設備的設計和選型。</p><p>　　關鍵詞：增塑劑 鄰苯二甲酸二辛酯 DOP</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Plasticizer is a join materials to change their machining, pla

13、sticity, flexibility, drawing material. Phthalate plasticizers is currently the most widely used, the output of the Lord's colour, plasticizer, low toxicity, electric, volatile odor, the advantages of small, its cons

14、umption accounts for about 80% of the total consumption plasticizers.</p><p>　　This paper mainly introduces the phthalic acid ester (DOP) essien two of the production process and process of choice, product d

15、evelopment, production and material and energy in the process of calculation, the main equipment design selection of equipment, the product of the economic benefits, selection of equipment. In the design, the main techno

16、logical conditions are determined, and the reasonable design and selection of equipment.</p><p>　　Key words：plasticizer dioctylphthalate DOP</p><p><b>　　第一章 總論</b></p><p&

17、gt;<b>　　1.1概述</b></p><p>　　產(chǎn)品性能：DOP（增塑劑）是一種加入到材料中以改變它們的加工性、可塑性、柔韌性、拉伸性的物質，加入增塑劑可以降低熔體粘度、玻璃化轉變溫度和產(chǎn)品的彈性模量而不會改變被增塑材料的基本化學性質，其作用主要是減弱樹脂分子間的次價鍵（即范德華力），增加樹脂分子鍵的移動性，降低樹脂分子鏈的結晶性，增加樹脂的可塑性。</p><

18、p>　　重要性：鄰苯二甲酸酯類增塑劑是目前使用最廣、產(chǎn)量最大的主增塑劑，具有色澤淺、毒性低、電性能好、揮發(fā)性小、氣味小等優(yōu)點，其消耗量占增塑劑總消耗量的80%左右，用各種醇與鄰苯二甲酸酐反應，可得到品目繁多的鄰苯二甲酸酯同系物。，DOP，即鄰苯二甲酸二辛脂，是一種通用增塑劑。</p><p>　　產(chǎn)品用途：本品是塑料加工中使用最廣泛的增塑劑，除了醋酸纖維素、聚醋酸乙烯外，與絕大多數(shù)工業(yè)上使用的合成樹脂和橡膠

19、均有良好的相容性。本品具有良好的相容性，混合性能好，增塑效率高，揮發(fā)性較低，耐水抽出，電氣性能高，耐熱及耐氣候性良好。本品作為一種主增塑劑廣泛應用于聚氯乙烯，各種軟質制品的加工與食物接觸的包裝材料，但由于易被脂肪抽出，故不宜用于脂肪性食物的的包裝材料。本品也可用作合成橡膠的軟化劑，能夠改善制品的回彈性，降低壓縮永久變形，而且對橡膠的硫化無影響。</p><p><b>　　1.2文獻綜述</b&g

20、t;</p><p>　　國內外現(xiàn)狀及趨勢：我國的增塑劑（以DOP居多）工業(yè)生產(chǎn)開始于20世紀50年代，在當時只有少數(shù)幾套硫酸催化的DOP、DBP間歇生產(chǎn)裝置，隨著PVC樹脂產(chǎn)耗量的提高和軟制品應用領域的拓寬，國內增塑劑的生產(chǎn)能力和品種數(shù)量迅速增加。特別是20世紀80年代以后，一批萬噸級非酸催化的鄰苯二甲酸酯增塑劑生產(chǎn)線相繼投產(chǎn)，使我國增塑劑的生產(chǎn)能力和產(chǎn)量以年均10%左右的速度持續(xù)增長。據(jù)統(tǒng)計，到1999年，我

21、國增塑劑生產(chǎn)能力已達到90萬噸/年左右，產(chǎn)量月50萬噸。</p><p>　　我國增塑劑工業(yè)除了少數(shù)裝置外，基本上都是依靠自己的力量研究、開發(fā)、設計和建設的。而且我國的鄰苯二甲酸酯類增塑劑的生產(chǎn)技術已經(jīng)開始向國外輸出。近年來我國增塑劑工業(yè)的生產(chǎn)能力有了很大提高，但是人不能滿足塑料加工業(yè)的需求，每年都需要從國外進口大量的增塑劑來滿足國內需求。我國增塑劑工業(yè)與發(fā)達國家相比存在很大差距。主要表現(xiàn)為：通用品種單產(chǎn)能力低;

22、各類產(chǎn)品內在品質差，原材料消耗高，環(huán)境污染嚴重；產(chǎn)品結構不盡合理，盡管鄰苯二甲酸酯類有較大幅度的發(fā)展，DOP/DBP的消費比例不斷提高，但長碳鏈高碳醇酯、直鏈醇酯的產(chǎn)耗量十分有限，國外已大量使用的二元酸酯類、聚酯類增塑劑在我國才剛剛起步。</p><p>　　我國增塑劑行業(yè)在今后要加快產(chǎn)品結構調整速度，在原材料和靠近市場的地區(qū)建設或擴建規(guī)模的生產(chǎn)裝置，增強市場競爭力。 為了提高塑料制品的特殊性能，磷酸酯類、環(huán)氧酯

23、類、脂肪酸酯類、聚酯類、偏三酸酯類增塑劑的份額會快速增加，應盡快發(fā)展，建議建設萬噸級規(guī)模的專用型增塑劑生產(chǎn)裝置。</p><p>　　1.3設計任務的來源</p><p>　　由指導教師指定的課題</p><p><b>　　1.4其他</b></p><p><b>　　環(huán)境污染：</b><

24、/p><p>　　現(xiàn)在，增塑劑的生產(chǎn)與消費量很大，用途很廣，這些返回到大自然的物質，也必然對環(huán)境造成不同成都的污染和危害。據(jù)報道，現(xiàn)在每年大約有增塑劑生產(chǎn)總量的1%-2%流入到大自然。其中，鄰苯二甲酸酯約占60%-70%。</p><p><b>　　毒性：</b></p><p>　　由于增塑劑可以通過吸入、靜脈注射、皮膚吸收和環(huán)境污染等多種途徑

25、進入人體，因此凡用作與食品接觸的器具、薄膜及醫(yī)用器械必須無毒，也不能對皮膚產(chǎn)生刺激反應。</p><p>　　第二章 生產(chǎn)流程方案的確定</p><p>　　鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)的生產(chǎn)有以下幾種方法：</p><p>　?。?）間歇式生產(chǎn)工藝</p><p>　　間歇式生產(chǎn)的優(yōu)缺點：</p><p>　　優(yōu)點1)

26、投資少，建設快2)產(chǎn)品切換容易，可生產(chǎn)多種增塑劑</p><p>　　3)工藝技術簡單，人員素質易滿足</p><p>　　缺點 1)產(chǎn)品質量波動大，不太穩(wěn)定2)工藝落后，勞動強度大</p><p><b>　　3)能耗物耗高</b></p><p>　　間歇式生產(chǎn)適合于小規(guī)模、多種增塑劑的生產(chǎn)，投資少見效快。</

27、p><p>　?。?）半連續(xù)化生產(chǎn)工藝</p><p>　　半連續(xù)化生產(chǎn)較適合于規(guī)模適中、多品種增塑劑的生產(chǎn)。生產(chǎn)品種靈活是半連續(xù)式生產(chǎn)的一大優(yōu)點。</p><p>　　（3）連續(xù)化生產(chǎn)工藝</p><p>　　連續(xù)式生產(chǎn)的優(yōu)缺點：</p><p>　　優(yōu)點1)產(chǎn)品質量好，且質量穩(wěn)定2)能耗、物耗低，經(jīng)濟效益好</p

28、><p>　　3)工藝先進，勞動生產(chǎn)率高4)自動化水平高，勞動強度小</p><p>　　缺點1)建設周期長，一次性投資大2)主要設備制作加工比較困難</p><p>　　3)產(chǎn)品切換困難，不適合多品種增塑劑的生產(chǎn)</p><p>　　4)對工人的素質要求高</p><p>　　連續(xù)式生產(chǎn)適合原料來源有保證，有較高生產(chǎn)管理

29、水平和較高人員素質的大規(guī)模生產(chǎn)。</p><p>　　由于間歇法是歷史上比較成熟的生產(chǎn)方法，其優(yōu)點在于設備簡單、改變生產(chǎn)品種方便，操作條件改變靈活，對原料的質量要求不很苛刻，本設計采用間歇式生產(chǎn)方法。</p><p>　　第三章 生產(chǎn)流程簡述</p><p>　　3.1生產(chǎn)過程需要以下幾步：</p><p>　　１、酯化 酯化是生產(chǎn)過程中的

30、關鍵工序，是鄰苯二甲酸酐與相應的醇在催化劑、負壓、210℃左右下酯化反應生成鄰苯二甲酸酯的過程</p><p>　?。?、中和水洗 用碳酸鈉水溶液，在中和釜中將粗酯中的單酯酸中和為單酯酸鹽，然后再在水洗釜中用95℃左右的熱水將中和生成的單酯酸鹽等無機鹽離子溶于水中使其與主物料分離。</p><p>　?。场⒚摯?在真空條件下和用蒸汽提供的的熱量，通過蒸發(fā)器將過量醇蒸發(fā)，通過脫醇，過量醇下

31、降到1%左右。</p><p>　?。?、蒸餾 在真空下，對物料進一步分離、精制。</p><p>　　3.2工藝流程說明及操作步驟：</p><p><b>　　1.間歇酯化反應</b></p><p>　　將3875.73Kg苯酐、7751.46Kg2-乙基己醇（質量比約為1：2）和9.69Kg催化劑濃硫酸加入攪拌器

32、的酯化釜中，其中2-乙基己醇過量，在反應中同時做水的共沸劑，在15Kpa（絕壓）真空下加熱酯化，溫度在150℃左右，反應生成的水隨2-乙基己醇一同餾出，冷凝分水后，2-乙基己醇返回酯化釜中，至水分出盡，酯化結束。</p><p><b>　　2.后處理</b></p><p>　　將酯化液加入連續(xù)中和槽中，以5%的碳酸鈉溶液進行中和，在進入水洗塔，用95℃左右的熱水洗

33、滌，以除去硫酸鈉，碳酸鈉，硫酸氫鈉，硫酸單烷基酯鈉和鄰苯二甲酸單烷基酯鈉鹽，后進入脫醇塔，除去水和醇，醇水混合物經(jīng)處理后，醇可以循環(huán)利用，物料再進入精餾塔，以除去少量的雜質，進一步精制，得DOP（鄰苯二甲酸二辛脂）</p><p><b>　　流程簡圖：</b></p><p><b>　　圖3－1 流程簡圖</b></p><

34、;p><b>　　3.3反應原理：</b></p><p>　　主反應（總反應式）：</p><p>　　實際反應分兩步進行:</p><p>　　第一步：是苯酐與醇生成單酯酸的反應，此反應進行很快，不需催化劑，是放熱反應</p><p>　　第二步：是單酯酸與醇生成雙酯的過程，此步反應很慢，需加催化劑，是吸熱反應

35、。</p><p><b>　　副反應：</b></p><p>　　由于使用的選擇性很高的催化劑，副反應很少，約占總質量的1%左右。 副反應主要是：</p><p>　?、俅挤肿觾让撍上N</p><p>　　②醇分子間脫水生成醚</p><p><b>　?、凵煽s醛<

36、;/b></p><p><b>　　④生成異丙醇</b></p><p><b>　?、萆烧〈?lt;/b></p><p>　　3.4 產(chǎn)品的幾個性質</p><p>　　性質描述: 無色透明液體，有特殊氣味。熔點-55℃，沸點386.9℃，222-230℃（0.53kPa），相對密度0.9

37、86（20/4℃），折射率1.4852，閃點217℃，著火點241℃，粘度81.4mPa·s，蒸氣壓（200℃）176Pa。25℃時該品在水中溶解度< 0.01%，水在該品中的溶解度0.2%。溶于大多數(shù)有機溶劑和烴類，微溶于甘油、乙二醇。與大多數(shù)工業(yè)用樹脂有良好的相容性。與醋酸纖維素、聚醋酸乙烯酯部分相容。該品是使用最廣、產(chǎn)量最大的增塑劑，是鄰苯二甲酸酯類增塑劑中最重要的品種。其次是鄰苯二甲酸二丁酯（DBP，[87-74

38、-2]）、鄰苯二甲酸二異癸酯（DIDP，[19269-67-1]）、鄰苯二甲酸二異辛酯（DIOP，[27554-26-3]）。在增塑劑領域內，如果不加說明，“辛酯”習慣上是指2-乙基己酯。鄰苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DOP）習慣上稱為鄰苯二甲酸二辛酯，它的異構體除鄰苯二甲酸二異辛酯（DIOP）外，鄰苯二甲酸二正辛酯（DnOP）也是實際應用的增塑劑，另外還有鄰苯二甲酸二仲辛酯（DCP）。 </p><p>&l

39、t;b>　　第四章 工藝計算</b></p><p><b>　　4.1 物料恒算</b></p><p><b>　　4.1.1酯化階段</b></p><p>　　工藝條件：純度為99.3%的苯酐與純度為99.7%的辛醇按1：2的質量比加入反應釜，苯酐轉化率為99.6%，在15kpa（絕壓），210

40、℃條件下反應，過量的辛醇同時做水的共沸劑，質量為苯酐0.2%---0.5%的硫酸作為催化劑，酯化時間為4小時，</p><p>　　C8H4O3+C8H18O=C16H22O4------------------------------完全反應</p><p>　　分子量 148 130 278</p><p>　　C16H22O4

41、+C8H18O=C24H38O4-----------------------------可逆反應</p><p>　　分子量 278 130 390</p><p>　　年產(chǎn)1萬噸DOP，每次需生產(chǎn)：</p><p>　　10000000/330/3=10101.02㎏（全年有效生產(chǎn)天數(shù)按330天，每天生產(chǎn)按3次計算）</p>

42、<p><b>　　設苯酐質量為m，則</b></p><p><b>　　解得</b></p><p>　　m=3875.73㎏</p><p><b>　　則 辛醇的質量為</b></p><p>　　2m=7751.46㎏</p><p&g

43、t;<b>　　反應生成的水：</b></p><p>　　反應結束后剩余的單酯質量：</p><p><b>　　㎏</b></p><p>　　酯化過程消耗的辛醇質量：</p><p><b>　　㎏</b></p><p>　　假設副反應中有1%的

44、辛醇被消耗掉，則反應后剩余的辛醇質量為：</p><p>　　7751.46·0.997-6747.53-7751.46·0.00997=903.39㎏</p><p><b>　　由上而得</b></p><p>　　表4－1酯化階段進料量</p><p>　　表4－2酯化階段出料量</p&g

45、t;<p><b>　　4.1.2中和水洗</b></p><p>　　表4－3 中和水洗進料量</p><p>　　物料用泵打入處理容器，用5%的碳酸鈉溶液中和，并用95℃左右的熱水洗滌，以除去硫酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、硫酸單烷基酯鈉和鄰苯二甲酸甲烷基鈉鹽，同時中和水洗后又混入部分雜質，絕大部分為水，忽略主要產(chǎn)物的損失。</p><

46、p>　　表4－4中和水洗出料量</p><p><b>　　4.1.3脫醇</b></p><p>　　中和水洗后的物料用泵打入脫醇塔（絕壓5KPa），回收未反應的過量醇，使醇的含量下降到1%左右，回收的辛醇經(jīng)過進一步精制后除去大部分水可以送入酯化階段，循環(huán)利用。</p><p>　　脫醇進料：中和水洗后的出料（見表4－4）</p&

47、gt;<p>　　表4－5 脫醇出料量</p><p>　　4.1.4蒸餾（精制）</p><p>　　蒸餾進料：脫醇塔塔底出料（見表4－5）</p><p>　　表4－6 蒸餾出料量</p><p><b>　　4.2能量恒算</b></p><p><b>　　4.2.

48、1酯化階段</b></p><p>　　圖4－1酯化階段狀態(tài)變化</p><p><b>　　¤ 計算Q1：</b></p><p>　　Q1中包含苯酐固體升溫至25℃吸收的熱量，苯酐熔融熱和辛醇升溫至25℃吸收的熱量。</p><p>　　苯酐固體吸收的熱量：</p><p&g

49、t;<b>　　苯酐結構式：</b></p><p>　　分子式為C8H4O3，計算苯酐固體在常溫下的熱熔：</p><p>　　式中，C為化合物的熱容量，kJ/kg原子·℃</p><p>　　表4－7 部分原子熱熔</p><p><b>　　∴</b></p><

50、p><b>　　C苯酐（固體）=</b></p><p>　　C苯酐（固體）=＝cal/ kg·℃＝1.005 kJ/kg·℃</p><p>　　Q苯酐（固體）=C·G·△H=1.005×3875.73×(25-20)=1.948×104KJ</p><p><

51、b>　　苯酐的熔融熱：</b></p><p>　　ΔHm＝153.43kJ/kg</p><p>　　Q熔＝ΔHm·G=153.43×3875.73=5.946×105kJ</p><p><b>　　辛醇升溫吸熱：</b></p><p><b>　　平均=℃

52、</b></p><p>　　此溫度下辛醇的比熱為：</p><p>　　C辛醇＝2.166 kJ/kg·℃</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　Q辛醇＝G·C·Δt=7751.46×2.166×（25－20）＝8.395×

53、104 kJ</p><p>　　體系中0.1％的催化劑吸熱很少，可忽略不計。</p><p><b>　　∴</b></p><p>　　Q1= Q苯酐（固體）+ Q熔+ Q辛醇=1.948×104+5.946×105+8.395×104=6.980×105kJ</p><p>

54、<b>　　¤ 計算Q2</b></p><p>　　Q2即為25℃時的標準反映熱，反應式如下：</p><p><b>　　圖4－2 反應式</b></p><p>　　ΔH=∑(vi H)產(chǎn)物-∑（vi H）反應物</p><p>　　液態(tài)苯酐生成熱：ΔH＝-462.505 kJ/mo

55、l</p><p>　　液態(tài)DOP生成熱：ΔH＝-1085.266kJ/mol</p><p>　　液態(tài)水的生成熱：ΔH＝-286.144kJ/mol</p><p>　　液態(tài)辛醇生成熱：ΔH＝-433.227kJ/mol</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　生成DOP的

56、標準反應熱為：</p><p>　　ΔH＝∑[(-1085.266)＋（-286.144）]－[(-462.505)+2×(-433.227)]=-42.451kJ/mol</p><p>　　則每釜生成DOP的標準反應熱：</p><p>　　Q反＝NDOP·ΔH</p><p><b>　?。?lt;/b&g

57、t;</p><p>　?。剑?.099×106 kJ</p><p>　　即此酯化反應吸收熱量1.099×106 kJ</p><p><b>　　忽略催化劑的稀釋熱</b></p><p><b>　　則Q2＝Q反</b></p><p><b&

58、gt;　　¤ 計算Q3：</b></p><p>　　反應釜內物料反應的最終溫度為210℃，求各部分物料升溫過程吸收的熱量：</p><p>　　DOP在25℃～210℃的平均比熱容</p><p>　　CDOP＝2.388J/g·℃</p><p>　　∴DOP由25℃升溫至210℃吸熱近似為：</p&

59、gt;<p>　　QDOP＝G·C·△t</p><p>　　＝10101.02×2.388×（210－25）</p><p>　?。?.462×106 kJ</p><p>　　此時辛醇的平均溫度為＝＝117.5℃辛醇的比熱可以用Missenard</p><p><b&

60、gt;　　法計算</b></p><p>　　已知，液態(tài)2－乙基己醇的結構式：</p><p>　　表4－8 部分基團的熱熔</p><p><b>　　則75℃時：</b></p><p>　　Cp＝（CH3）×2＋（CH2）×5＋(CH) ＋(OH)</p><p&

61、gt;　?。?0.95×2＋7.15×5＋6.35＋14.75</p><p>　　＝78.75 cal/mol·K</p><p>　?。?29.852J/mol·K</p><p><b>　　100℃時</b></p><p>　　Cp＝11.55×2＋7.4

62、15;5＋6.7＋17.0</p><p>　?。?3.8 cal/mol·K</p><p>　?。?51.005 J/mol·K</p><p>　　115℃時的比熱容：</p><p>　　Cp＝365.812 J/mol·K</p><p>　　故升溫過程中2－乙基己醇吸收的熱量為

63、：</p><p>　　Q辛醇＝G·Cp·△t</p><p>　?。?#215;365.812×（210－25）</p><p>　?。?.703×103kJ</p><p>　　酯化反應水分離出系統(tǒng)的溫度為40℃，則平均溫度為：</p><p><b>　?。?lt

64、;/b></p><p><b>　　＝32.5℃</b></p><p>　　在32.5℃時水的比熱容為：</p><p>　　Cp水＝4.174 kJ/kg·℃</p><p>　　∴升溫過程中水吸熱：</p><p>　　Q水＝G·Cp水·△t</p

65、><p>　?。?66.2×4.174×（40－25）</p><p>　　＝2.9×104kJ</p><p>　　故整個升溫過程中吸熱：</p><p>　　Q3＝QDOP+ Q辛醇+ Q水</p><p>　?。?.462×106+4.703×105+2.9×

66、;104</p><p>　?。?.799×106 kJ</p><p><b>　　¤ 計算Q4</b></p><p>　　此熱量即為冷凝水帶走的熱量，由于實際生產(chǎn)過程中，辛醇和水的共沸溫度為180℃，整個酯化反應過程沸騰回流帶出水466.2 kg</p><p><b>　　共沸劑用量

67、的計算：</b></p><p>　　辛醇與水的質量比：0.88（查?。?lt;/p><p>　　對辛醇（M）做物料恒算</p><p>　　M＝（M+466.2）×0.88</p><p>　　∴M＝3418.18Kg</p><p><b>　　查取汽化熱：</b></

68、p><p>　　ΔH辛醇＝401.322kJ/kg</p><p>　　ΔH水＝2019kJ/kg</p><p><b>　　查取比熱：</b></p><p>　　C辛醇＝2.767kJ/kg·℃</p><p>　　C水＝4.230kJ/kg·℃</p><

69、;p>　　∴Q4＝G汽·ΔH汽＋G醇·ΔH醇＋（G水·C水＋G醇·C醇）×（t共沸－40）</p><p>　　＝（466.2×2019＋3418.8×401.332）＋（466.2×4.23＋3418.8×2.767）×（180－40）</p><p>　?。?.9×106

70、kJ</p><p><b>　　¤ 計算Q5</b></p><p>　　Q5包括塔損和釜損。釜表面積F釜＝30m2，F(xiàn)塔＝23m2。生產(chǎn)周期取4小時。</p><p><b>　　釜損計算：</b></p><p>　　平均釜溫取240℃，空氣溫度為20℃，傳熱系數(shù)K＝6.701KJ/

71、m2·h·℃</p><p>　　Q釜損＝K·△t釜·F釜·t</p><p>　?。?.701×220×30×4</p><p>　　＝1.769×105 kJ</p><p><b>　　塔損計算，</b></p>

72、<p>　　平均塔溫取160℃，空氣溫度為20℃，傳熱系數(shù)K＝6.701KJ/m2·h·℃</p><p>　　Q塔損＝K·△t塔·F塔·t</p><p>　?。?.701×140×23×4</p><p>　?。?.631×104 kJ</p>&

73、lt;p>　　∴Q5＝Q釜損＋Q塔損</p><p>　　＝1.769×105＋8.631×104</p><p>　?。?.6321×105 kJ</p><p>　　¤ 酯化階段所需總熱量：</p><p>　　Q總＝Q1＋Q2＋Q3＋Q4＋Q5</p><p>　?。?/p>

74、6.980×105＋1.099×106+4.799×106＋3.9×106＋2.6321×105</p><p>　?。?.06×107 kJ</p><p>　　約合蒸汽量：t（300℃過熱蒸汽）</p><p>　　4.2.2脫醇階段：</p><p>　　圖4－2 脫醇階段狀態(tài)

75、變化</p><p><b>　　¤ 計算Q1</b></p><p>　　Q1為混合物料升溫至104℃吸收的熱量</p><p><b>　　DOP吸收的熱量：</b></p><p>　　用Kopp定律估算DOP（C24H38O4）的比熱容</p><p>　　

76、表4－9 元素的熱容（KJ/Kmol·K）</p><p><b>　　則DOP的熱容為</b></p><p>　　11.7×24＋18×38＋25.1×4＝1065.2 KJ/Kmol·K</p><p><b>　　則DOP吸收的熱量</b></p>&

77、lt;p>　　QDop＝＝3.86×105KJ</p><p><b>　　辛醇吸收的熱量</b></p><p><b>　　辛醇結構式：</b></p><p>　　用基團貢獻法計算辛醇比熱容：</p><p>　　基團 值（KJ/Kmol·K）

78、 個數(shù)</p><p>　　—CH2— 30.4 5</p><p>　　—CH3 36.84 2</p><p><b>　　|</b></p><p>　　—CH— 18.42

79、 1</p><p>　　—OH 44.8 1</p><p><b>　　則辛醇的比熱容：</b></p><p>　　30.4×5＋36.84×2＋18.42×1＋44.8×1＝288.9KJ/Kmol·

80、;K</p><p><b>　　則辛醇吸收的熱量：</b></p><p>　　Q辛醇＝＝2.81×104 KJ</p><p><b>　　水吸收的熱量：</b></p><p>　　Q水＝100×4.3×14＝6.02×103 KJ</p>

81、<p><b>　　則</b></p><p>　　Q1＝QDop＋Q辛醇＋Q水</p><p>　?。?.86×105＋2.81×104＋6.02×103</p><p>　　＝3.89×106KJ</p><p>　　約合蒸汽量：t（300℃過熱蒸汽）</p&

82、gt;<p><b>　　¤ 計算Q2</b></p><p>　　Q2為塔頂換熱器帶走的熱量</p><p>　　辛醇與水汽化吸收的熱：</p><p>　　Q汽化=G水·△H水＋G醇·△H醇+（G水·C水+ G醇·C醇）·（t-40）</p><p

83、>　　=95×2019+700×401.332+（95×4.2+700×2.767）×（104-40）</p><p>　　=6.22×105KJ</p><p>　　則Q2= Q汽化=6.22×105KJ</p><p>　　約合蒸汽量：t（300℃過熱蒸汽）</p><

84、;p><b>　　4.2.3精餾階段</b></p><p>　　進料溫度取104℃，在絕壓5Kpa壓力下，辛醇沸點為104℃，Dop沸點為280℃。不計各物性隨溫度的變化。</p><p>　　則DOP的升溫過程吸熱：</p><p>　　Q1=GDop·Cdop·(t2-t1)</p><p&g

85、t;<b>　　=</b></p><p>　　=4.86×106 KJ</p><p>　　塔頂換熱器帶走的熱量：</p><p>　　Q2=G醇·△H醇+ GDop·△H dop+ G醇·C醇·(t1-t3)+ GDop·Cdop·(t2-t3)</p>&

86、lt;p>　　==1.13×107 KJ</p><p><b>　　精餾階段需熱量：</b></p><p><b>　　Q= Q1+ Q2</b></p><p>　　=4.86×106+1.13×107</p><p>　　=1.616×107 K

87、J</p><p>　　約合蒸汽量：t（300℃過熱蒸汽）</p><p>　　經(jīng)過能量計算，得蒸汽總用量約為11.6t（300℃過熱蒸汽）</p><p>　　第五章 主要設備的設計和設備選型</p><p>　　5.1攪拌式反應器的設計</p><p>　　表5－1 設計參數(shù)表</p><p&

88、gt;<b>　　設計壓力按下表取值</b></p><p>　　表5－2 壓力選取標準</p><p>　　5.1.1、筒體幾何尺寸的計算</p><p><b>　?、俅_定筒體內徑</b></p><p><b>　　m</b></p><p>　　

89、式中 V…………工藝條件給定的容積</p><p>　　i…………長徑比，i＝，按物料類型選取</p><p>　　表5－3 幾種攪拌釜的長徑比i值</p><p>　　D1＝（i取1.2）</p><p><b>　　≈2.399m</b></p><p>　　將D1圓整到公稱直徑系列：D1取

90、2.4m</p><p>　　查《化工設備機械基礎課程設計指導書》</p><p>　　表5－4以內徑為公稱直徑的橢圓封頭的尺寸</p><p><b>　　②確定筒體封頭尺寸</b></p><p>　　封頭選取標準橢圓型封頭，內徑與筒體內徑相同</p><p><b>　?、鄞_定筒體

91、高度</b></p><p>　　反應釜容積V通常按下封頭和筒體兩部分之和計算，則筒體高度H1按下式計算，并進行圓整。</p><p>　　查《化工設備機械基礎課程設計指導書》</p><p>　　表5－5 筒體的容積、面積</p><p><b>　　m</b></p><p>　　

92、式中 …………封頭容積，m3</p><p>　　…………一米高筒體容積，m3/m</p><p>　　H1＝（13－1.923）/4.524</p><p><b>　?。?.448m</b></p><p><b>　　圓整后取2.5m</b></p><p>　　H1/

93、D1≈1.04（符合表中i的取值范圍）</p><p>　　按圓整后的筒體高度修正實際容積，則</p><p>　　式中 …………封頭容積，m3</p><p>　　…………一米高筒體容積，m3/m</p><p>　　H1..........圓整后的筒體高度，m</p><p>　　V正＝2.5 4.524＋1.9

94、23</p><p><b>　?。?3.233m3</b></p><p><b>　?、艽_定夾套內徑</b></p><p>　　夾套內徑D2可根據(jù)筒體內徑D1選取，見下表</p><p>　　表5－6 夾套與筒體內徑關系</p><p><b>　　∴<

95、/b></p><p>　　D2＝2400＋200＝2600mm</p><p><b>　?、荽_定夾套高度</b></p><p><b>　　m</b></p><p>　　式中 …………封頭容積，m3</p><p>　　…………一米高筒體容積，m3/m<

96、/p><p>　　H2＝（11－1.923）/4.524</p><p><b>　　＝2.006m</b></p><p><b>　　圓整后取2.1m</b></p><p><b>　?、迠A套封頭</b></p><p>　　夾套下封頭同樣選取標準橢圓

97、封頭，其內徑與夾套內徑相同（2600mm）</p><p>　?、邐A套所包圍的表面積</p><p>　　式中 F筒…………………筒體表面積，F(xiàn)筒＝H2F1m，m2</p><p>　　F封…………………封頭表面積，m2</p><p>　　F1m……………………同前，m2/m</p><p>　　則 F＝6.43

98、2＋2.17.55</p><p>　　＝22.287 m2</p><p>　　5.1.2 反應釜壁厚的計算</p><p>　　制造材料選取Q235－A，焊接系數(shù)Ф＝0.85</p><p>　　①夾套計算厚度（內壓計算）</p><p>　　設計溫度下＝56MPa，忽略罐體內液柱的靜壓力，P2c=P2</p

99、><p><b>　　以內壓計算其厚度</b></p><p>　　計算厚度S2＝＝＝6.02mm</p><p>　　取厚度負偏差C1＝0.25mm，腐蝕裕量C2＝1mm</p><p>　　則S2n＝S＋C1＋C2＝7.25mm</p><p><b>　　圓整后取8mm</b&g

100、t;</p><p><b>　　水壓實驗</b></p><p>　　(取實驗溫度與設計溫度相同，P＝Pc)</p><p>　　則 Pt＝1.25 0.22＝0.275Mpa</p><p>　　，Se＝Sn－C＝8－1.25＝6.75mm，＝235Mpa</p><p>　　則 ＝57.0

101、6Mpa</p><p>　　0.9Ф＝0.90.85235＝179.78Mpa</p><p>　　σt<0.9Ф 所以水壓試驗足夠</p><p><b>　?、趭A套封頭厚度</b></p><p>　　為了安裝的方便，夾套封頭厚度與夾套相同S2=8mm</p><p><b&g

102、t;　　校核</b></p><p>　　橢圓封頭的最大允許工作壓力按下式計算：</p><p>　　標準橢圓封頭中K值取1</p><p>　　則0.23Mpa>0.22Mpa</p><p>　　③筒體厚度（按外壓計算筒體厚度）</p><p>　　計算外壓力P1c＝0.32Mpa</p&g

103、t;<p>　　假設筒體名義厚度S1n＝8mm</p><p>　　則D1o＝D1＋2Sn＝2400+2×8＝2416</p><p>　　S1e＝Sn－C＝6.75mm</p><p>　　計算長度L＝H1＋2（h2＋h1/3）</p><p>　?。?500＋2×（25＋600/3）</p>

104、<p><b>　?。?950mm</b></p><p>　　L/ D1＝2950/2416＝1.2，D1o/ S1e=2416/6.75=286</p><p>　　查《化工設備機械基礎》附錄21 得A＝0.000165</p><p>　　查《化工設備機械基礎》圖5－8，此點落在溫度線左方，則用公式</p>&l

105、t;p><b>　　計算</b></p><p>　　查《化工設備機械基礎》附表2得Et＝1.83×105Mpa</p><p>　　則[P]＝≈0.05Mpa《0.32Mpa，需重設厚度</p><p>　　假設筒體名義厚度S1n＝14mm</p><p>　　則D1o＝D1＋2Sn＝2400＋2

106、15;14＝2428mm</p><p>　　S1e＝Sn－C＝12.75mm</p><p>　　計算長度L＝H1＋2（h2＋h1/3）</p><p>　　＝2500＋2×（25＋600/3）</p><p><b>　?。?950mm</b></p><p>　　L/ D1＝295

107、0/2428=1.21, D1o/ S1=2428/12.75=190.4</p><p>　　查《化工設備機械基礎》圖5－5得A＝0.00047</p><p>　　查《化工設備機械基礎》圖5－8，此點落在溫度線右側，得B＝63Mpa</p><p>　　許用外壓力用下式計算</p><p>　　則[P]＝63/190.40.33≈0.33

108、Mpa>0.32Mpa,比較接近，可以考慮采用厚度為16mm的鋼板做筒體。</p><p>　?、芡搀w封頭厚度計算（按外壓力計算）</p><p><b>　　1.筒體上封頭</b></p><p>　　假設上封頭名義厚度S1n=14mm</p><p>　　查資料《化工設備機械基礎課程設計指導書》附表4-2，曲邊

109、高度h1=600mm</p><p>　　則D0=D1+2Sn=2400+2×14=2428mm</p><p>　　Se=Sn－C=14－1.25=12.75mm</p><p>　　h0= h1+ Sn=600+14=614mm</p><p>　　D0/2 h0=2828/(2×614) ≈2.3</p>

110、<p>　　查《化工設備機械基礎》表5-3（內插法）得K=1.035</p><p>　　則R0=KD0=1.035×2828=2926.98mm</p><p>　　R0/ Se=2926.98/12.75≈230</p><p>　　由式計算A值（查《化工設備機械基礎》）</p><p>　　則A=≈0.0005

111、4</p><p>　　查《化工設備機械基礎》圖5-8，此點落在溫度現(xiàn)右方，且得B=70Mpa</p><p>　　則許用壓力≈0.3Mpa〉0.2Mpa，比較接近，可考慮選取16mm鋼板。</p><p><b>　　2.筒體下封頭</b></p><p>　　因下封頭外壓力高于上封頭，故假設下鋒頭名義厚度S2n=16

112、mm</p><p>　　查資料《化工設備機械基礎課程設計指導書》附表4-2，曲邊高度h1=600mm</p><p>　　則D0=D1+2Sn=2400+2×16=2832mm，Se=Sn－C=16－1.25=14.75mm</p><p>　　h0= h1+ S2=600+16=616mm</p><p>　　D0/2 h0=2

113、832/（2×616）=2.3</p><p>　　查《化工設備機械基礎》表5-3（內插法）得K=1.035</p><p>　　所以R0=KD0=1.035×2832=2931.12mm</p><p>　　R0/ Se=2931.12/14.75=198.72</p><p><b>　　由式計算A值<

114、/b></p><p>　　則A=≈0.00063</p><p>　　查《化工設備機械基礎》圖5-8，此點落在溫度現(xiàn)右方，且得B=80Mpa</p><p><b>　　則</b></p><p>　　許用壓力≈0.4Mpa>0.32Mpa</p><p>　　表5－7 壁厚一覽表&

115、lt;/p><p><b>　　5.1.3罐體法蘭</b></p><p>　　根據(jù)工藝溫度、壓力及釜徑采用乙型平焊法蘭，根據(jù)操作溫度及壓力，從《化工設備機械基礎》表6-4中查的，若采用Q235-A板材，釜體上封頭按PN0.25Mpa查取它的尺寸（《化工設備機械基礎》附表33），由于壓力不高，可采用榫槽密封面，從表6-3中查取墊片寬度為25mm。以下為個部分的尺寸：<

116、;/p><p>　　表5－8法蘭尺寸（《化工設備機械基礎》附表33）</p><p><b>　　圖5－1法蘭簡圖</b></p><p>　　5.1.4接管及其法蘭選擇</p><p>　　接管均采用無縫鋼管，接管法蘭采用板式平焊法蘭</p><p><b>　　表5－8 接管尺寸<

117、/b></p><p><b>　　5.1.5開口補強</b></p><p>　　最大開孔為人孔，選用回轉蓋快開人孔，DN600，PN1.0，帶頸人孔接管：DN630×8</p><p><b>　　校核計算：</b></p><p>　　開孔直徑：d=600mm</p>

118、;<p>　　開孔補強寬度：B=2d=2×600=1200mm</p><p>　　開孔補強高度：h==95mm</p><p>　　Snt……………………………接管名義厚度</p><p>　　需補強的面積A=……………………………此處fr取1</p><p>　　S……………………………計算厚度</p>

119、<p>　　=0.5×600×12</p><p><b>　　=3600mm2</b></p><p><b>　　可作為補強的面積</b></p><p>　　A1=(B－d)（Se－S）=600×4=2400mm2</p><p>　　Se－S………

120、……………………接管厚度附加量</p><p>　　A2＝２h1（Set-St） ……………………………………………fr取1</p><p>　　=2×95×（13-6）</p><p><b>　　=1330mm2</b></p><p>　　則Ae= A1+ A2</p>&

121、lt;p>　　=2400+1330</p><p><b>　　=3700mm2</b></p><p>　　顯然Ae>A,同樣計算其他接管與殼體的焊接面積，開孔補強的強度足夠</p><p>　　5.1.6 支座選取</p><p>　　選用長臂、帶墊板（A）的耳式支座，尺寸如下（《化工設備機械基礎》表6-

122、18）：</p><p><b>　　表5－9 耳座尺寸</b></p><p>　　5.1.7攪拌軸、攪拌器及傳動裝置等的設計和選擇</p><p><b>　?、贁嚢栎S</b></p><p><b>　　軸材料選用45號鋼</b></p><p>

123、　　設備選用推進式攪拌器，其直徑Do=0.33×2400=720mm，圓整取700mm</p><p>　　查《化工設備機械基礎》表9-2，取單位體積功率為0.09HP/m3(66.2w)</p><p>　　則總功率P=66.2×13.233≈876w</p><p>　　取1Kw，轉數(shù)50r/min</p><p>&

124、lt;b>　　軸所傳遞的扭矩T=</b></p><p>　　則T=191N·mm</p><p><b>　　材料許用剪切應力</b></p><p><b>　　=35Mpa</b></p><p>　　軸直徑，系數(shù)A0=112</p><p>

125、;<b>　　則 d30.4mm</b></p><p>　　開兩個鍵槽，直徑擴大7%</p><p>　　則d=30.53mm，圓整取50mm</p><p><b>　?、跀嚢杵鬟x擇</b></p><p>　　直徑700mm，軸徑50mm的攪拌器，標記符號為攪拌器700-50，HG5-220-

126、65</p><p><b>　　③電機選擇</b></p><p>　　設整個系統(tǒng)的總效率為0.9，則電機功率為P=1/0.95=1.1Kw，取電機功率為1.5KW。選用Y90L-4，V1型安裝形式的電動機。</p><p><b>　　④連軸器選擇</b></p><p>　　此反應釜為立式反應

127、器，且攪拌器轉速不是太高，故可選用JQ型夾克式連軸器，標記符號為JQ-40。</p><p><b>　　⑤機座選擇</b></p><p>　　由于攪拌軸軸向力不大，連軸器為夾克式，選用J-A-40型機座。</p><p><b>　?、掭S封裝置</b></p><p>　　為了密封可靠，選用單端

128、面小彈簧平衡型機械密封。</p><p><b>　　5.2設備選型</b></p><p><b>　　5.2.1中和器</b></p><p>　　中和器采用類似于夾套式反應釜類型的容器（無夾套），帶有攪拌設備。工藝條件描述如下：</p><p>　　設計及操作壓力為常壓，設計及操作溫度為210

129、℃，全容積為13m3，操作容積為11m3，制作材料：Q235-A。</p><p>　　參考以上攪拌式夾套反應釜的設計，內徑D為2400mm，筒體高H為2500mm，壁厚：此時容器并不承受大氣壓，為常壓容器，僅承受物料的靜壓力（遠小于大氣壓），可按《化工設備機械基礎》中壁厚的規(guī)定，選取最小鋼板厚度3mm，攪拌設備采用推進式。</p><p><b>　　5.2.2水洗塔</

130、b></p><p>　　水洗過程為一萃取過程，根據(jù)中和后的鹽類物質在水與DOP、辛醇等有機物中的不同分配系數(shù)（水中的較大），靜止后去除水相而除去鹽類物質。此水洗塔可用反應階段帶攪拌設備的酯化釜代替，全容積為13m3，制作材料：Q235-A。</p><p>　　參考以上攪拌式夾套反應釜的設計，內徑D為2400mm，筒體高H為2500mm，壁厚：此時容器并不承受大氣壓，為常壓容器，僅

131、承受物料的靜壓力（遠小于大氣壓），可按《化工設備機械基礎》中壁厚的規(guī)定，選取最小鋼板厚度3mm，攪拌設備采用推進式。</p><p><b>　　5.2.3脫醇塔</b></p><p>　　最小理論塔板數(shù)：（A…………辛醇，B…………其他）</p><p>　　Nm=，D……………塔頂，W……………塔底</p><p>

132、;<b>　　…………相對揮發(fā)度</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　≈9.8（取10） </p><p><b>　　塔徑D：</b></p><p>　　，c………負荷因子，m/s；………液體密度，Kg/m3;</p><

133、p>　　………氣體密度,Kg/m3。</p><p><b>　　=0.8×0.2×</b></p><p><b>　　=0.16m/s</b></p><p>　　D=，………………氣體體積流量ｍ3/s</p><p><b>　　=</b><

134、;/p><p><b>　　=0.846m</b></p><p>　　參考《化工原理課程設計》，塔徑D取0.9m</p><p>　　根據(jù)塔徑D，參考《化工原理課程設計》表5-1，塔板間距HT取400mm</p><p>　　則有效塔高H=，………總板效率; HT………踏板間距/mm</p><p>

135、;<b>　　=</b></p><p><b>　　=4.6m</b></p><p><b>　　5.2.4精餾塔</b></p><p>　　此過程采用簡單精餾，是一種不穩(wěn)定單級蒸餾過程。</p><p>　　混合液通過蒸汽加熱在蒸餾釜中逐漸汽化，產(chǎn)生的蒸汽隨即進入冷凝器