年產1000噸鄰苯二甲酸二辛酯工藝設計-應用化學本科畢業(yè)論文

1、<p>　　本科畢業(yè)設計(論文)</p><p>　　題目: 年產1000噸鄰苯二甲酸二辛酯工藝設計</p><p>　　學院名稱　 化學與制藥工程學院 </p><p>　　專業(yè)班級　 應化13-1 </p><p>　　學生姓名　 廖良衍 （201304021033

2、） </p><p>　　導師姓名　 段洪東 </p><p>　　2017 年5月18日</p><p>　　年產1000噸鄰苯二甲酸二辛酯工藝設計</p><p>　　作 者 姓 名 廖良衍 </p><p>　　專 業(yè)

3、 應化13-1 </p><p>　　指導教師姓名 段洪東 </p><p>　　專業(yè)技術職務 教授 </p><p>　　齊魯工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明</p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是本人在指導

4、教師的指導下獨立研究、撰寫的成果。設計（論文）中引用他人的文獻、數據、圖件、資料，均已在設計（論文）中加以說明，除此之外，本設計（論文）不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示了謝意。本聲明的法律結果由本人承擔。</p><p>　　論文作者簽名： 日期： 年 月

5、 日</p><p>　　齊魯工業(yè)大學關于畢業(yè)設計（論文）使用授權的說明</p><p>　　本畢業(yè)設計（論文）作者完全了解學校有關保留、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：學校有權保留、送交設計（論文）的復印件，允許設計（論文）被查閱和借閱，學?？梢怨荚O計（論文）的全部或部分內容，可以采用影印、掃描等復制手段保存本設計（論文）。</p><p>　　論文作者簽名：

6、 日期： 年 月 日</p><p>　　導 師 簽 名： 日期： 年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1<

7、;/b></p><p>　　ABSTRACT1</p><p><b>　　第一章 緒論3</b></p><p><b>　　1.1 概述3</b></p><p>　　1.2 設計的目的4</p><p>　　1.3.1 設計依據4</p>

8、<p>　　1.3.2 設計原則4</p><p>　　1.4 DOP生產能力4</p><p>　　第二章 生產工藝與反應原理5</p><p>　　2.1 生產工藝5</p><p>　　2.2 反應原理6</p><p>　　2.2.1 酯化原理6</p><p&g

9、t;　　2.2.2 中和水洗原理7</p><p>　　2.2.3 脫醇原理8</p><p>　　2.2.4 精制原理8</p><p>　　第三章 主要原料8</p><p><b>　　3.1 苯酐8</b></p><p><b>　　3.2 辛醇8</b&g

10、t;</p><p><b>　　3.3 硫酸9</b></p><p>　　第四章 物料衡算9</p><p>　　4.1 酯化階段9</p><p>　　4.2 中和水洗階段10</p><p>　　4.3 脫醇階段10</p><p>　　4.4 精制階段

11、11</p><p>　　第五章 能量衡算11</p><p>　　5.1 酯化階段11</p><p>　　5.1.1 Q1計算12</p><p>　　5.1.2 Q2計算13</p><p>　　5.1.3 Q3計算13</p><p>　　5.1.4 Q4計算15<

12、/p><p>　　5.1.5 Q5計算15</p><p>　　5.2 脫醇階段16</p><p>　　5.2.1 Q6計算16</p><p>　　5.2.2 Q7計算17</p><p>　　5.3 精制階段18</p><p>　　第六章 主要設備設計及選型18</p&g

13、t;<p>　　6.1 反應釜的設計及選型18</p><p>　　6.1.1 反應釜體積19</p><p>　　6.1.2 反應釜高度與底面內徑19</p><p>　　6.1.3 反應釜厚度20</p><p>　　6.1.4 反應釜夾套21</p><p>　　6.1.5 攪拌裝置22

14、</p><p>　　6.2 換熱器的設計及選型22</p><p>　　6.3 主要設備一覽表23</p><p>　　第七章 消耗定額及成本估算25</p><p>　　7.1 消耗定額25</p><p>　　7.2 成本估算25</p><p>　　第八章 工藝設計的全局性

15、問題26</p><p>　　8.1 廠址選擇26</p><p>　　8.2 總圖布置26</p><p>　　8.3 環(huán)境保護27</p><p>　　8.4 生產安全28</p><p>　　8.5自動控制28</p><p><b>　　8.6其他28</b

16、></p><p>　　第九章 工作制度28</p><p>　　9.1工作制度28</p><p>　　9.2處罰制度29</p><p>　　第十章 操作指標30</p><p><b>　　參考文獻31</b></p><p><b>　

17、　致謝32</b></p><p><b>　　附圖</b></p><p>　　1.首頁圖--------------------------------------------1張</p><p>　　2.工藝流程圖----------------------------------------1張</p>&l

18、t;p>　　3.主要生產設備(酯化釜)結構尺寸圖---------------------1張</p><p>　　4.生產車間的設備立面布置圖---------------------------1張</p><p>　　5.生產車間的設備平面布置圖---------------------------1張</p><p>　　6.廠區(qū)布置圖--------

19、--------------------------------1張</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　增塑劑是一種典型的高分子助劑，廣泛應用于塑料、化妝品、醫(yī)療器械和電纜等產品中，其種類大約有500多種，鄰苯二甲酸酯類約占增塑劑總量的4/5，色淺、耐低溫，典型的有鄰苯二甲酸二辛脂。該類增塑劑在使用過程會釋放至環(huán)境中，從而造成土壤、水源

20、等污染，進而危害人體健康。隨著對環(huán)保和安全問題的重視，日本、美國、歐盟等相繼出臺相關禁止或限制鄰苯二甲酸酯類增塑劑的規(guī)定和法律。檸檬酸三丁酯等環(huán)保型增塑劑作為理想的DOP代替品,極大程度減輕對環(huán)境和人類的危害，研究開發(fā)環(huán)保安全型增塑劑是行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的趨勢。</p><p>　　本文主要介紹了DOP的生產工藝和工藝的選擇、產品的開發(fā)、生產及材料和能源的計算過程, 主要設備的設計選型、產品的經濟效益、設備選型等。在

21、設計中, 確定了主要的工藝條件, 并對設備進行了合理的設計和選型。</p><p>　　關鍵詞：增塑劑 工藝 DOP 設計 酸催化 </p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Plasticizer is a typical polymer additives, widely used in plasti

22、cs, cosmetics, medical devices and cables products. There are more than 500 kinds of plasticizers，Phthalate plasticizers accounted for 80% of the total amount of plasticizers. It has the characteristics of light color an

23、d low temperature resistance. The Plasticizers will transfer to the environment, causing soil, water pollution and human health, With the emphasis on environmental and safety issues, such as Japan, the United States</

24、p><p>　　This paper mainly introduces the phthalic acid ester (DOP) essien two of the production process and process of choice, product development, production and material and energy in the process of calculati

25、on, the main equipment design selection of equipment, the product of the economic benefits, selection of equipment. In the design, the main technological conditions are determined, and the reasonable design and selection

26、 of equipment. </p><p>　　Key word: plasticizer; technology; DOP; design; acid catalysis</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 概述</b></p><p>　　

27、增塑劑作為一種高分子助劑，添加到聚合物體系中能增加體系的塑性，改善體系柔軟性和可加工性。其作用機理是減弱聚合物分子間的范德華力，降低分子鏈的結晶性，從而改變聚合物的硬度和軟化溫度，延長產品的壽命等[1]。增塑劑的相對分子質量與揮發(fā)性和增塑性成反比，相對分子質量越大，加工會變得困難。</p><p>　　增塑劑種類多達數百種，以鄰苯二甲酸二辛酯為代表的鄰苯二甲酸酯類增塑劑應用尤為廣泛，鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）是一

28、種有機酯類化合物，可用于聚氯乙烯樹脂、染料、薄膜、電纜等產品。鄰苯二甲酸二辛酯主要性質見表1.1。</p><p>　　表1.1 鄰苯二甲酸二辛酯主要性質</p><p>　　除此之外，鄰苯二甲酸二辛酯還有很強的溶解性、良好的成膜性、增塑性、低溫柔軟性、電器性能及對熱與光的抵抗性粘著性和防水性，低揮發(fā)、低抽出等[2]諸多性能，廣泛應用于化妝品、汽車裝飾材料、電線等各個領域或產品中，尤其在

29、PVC制品中使用最廣。因DOP綜合性能良好和低價格，在增塑劑行業(yè)占有不可忽視的地位。</p><p>　　我國的增塑劑生產始于建國初期，雖然起步較晚，但發(fā)展速度快，中國已成為最大的增塑劑市場。增塑劑的產能在2008年至2016年由185萬噸/年上升至758萬噸/年，目前，鄰苯二甲酸酯類增塑劑的有效產能約為258萬噸，其中，華東、華南和山東地區(qū)分別占40.7%、16.3%、23.3%。近年來，隨著人們環(huán)保意識和安全

30、意識的增強，增塑劑的環(huán)保問題和安全問題成為其發(fā)展受阻的因素，鄰苯二甲酸酯類化合物在使用中會向環(huán)境釋放，造成環(huán)境污染，過量的鄰苯二甲酸酯類增塑劑也會損壞人類的肝臟和腎臟，干擾內分泌，可能會導致男性生殖問題、性早熟。鄰苯類增塑劑在歐盟已被標記成高度關注物質，現(xiàn)在很多國家和地區(qū)已明令限制或禁止DOP在兒童用具、食品、醫(yī)療等領域的使用[2]。</p><p>　　隨著人環(huán)保與安全意識的不斷強化，DOP生產工藝使用的催化劑

31、采用清潔的固體酸催化代替硫酸催化，環(huán)保型增塑劑的市場和需求日益增加，各種DOP替代品陸續(xù)出現(xiàn)。植物油基增塑劑是由生物質可再生合成，與DOP相比，毒性小，生物降解、增塑性、耐熱耐光性好，檸檬酸三丁酯是理想的DOP代替品，被美國批準應用于醫(yī)療、食品等領域[3,4]。重視環(huán)保增塑劑產業(yè)發(fā)展，以安全環(huán)保無毒為中心研究開發(fā)新型增塑劑將成為行業(yè)未來發(fā)展的關鍵和重要方向。</p><p><b>　　1.2 設計的目

32、的</b></p><p>　?。?）通過本次畢業(yè)設計培養(yǎng)學生知識應用、資料分析及解決問題能力。在設計過程中綜合應用在校所學知識和技能，解決工藝中遇到的實際問題；提高查閱文獻和設計論證的能力。</p><p>　　（2）了解DOP的性能及用途；掌握DOP的生產工藝、工藝計算、設備選型等；對工廠進行規(guī)劃和成本估算，對生產工藝過程提出可行性建議。</p><p&

33、gt;　　1.3 設計依據和原則</p><p>　　1.3.1 設計依據</p><p>　　本次畢業(yè)設計，以專業(yè)所學理論知識為基礎，通過資料收集、文獻檢索等方法，分析DOP的各種生產工藝，確定合理適用的設計方案，編寫DOP生產工藝設計說明書。</p><p>　　1.3.2 設計原則</p><p>　?。?）設計方案應優(yōu)先考慮技術的安全

34、可靠性和經濟合理性。</p><p>　?。?）考慮設備是否滿足節(jié)能高效，符合經濟效益和社會效益。</p><p>　?。?）生產工藝符合綠色化學原理，考慮工藝中“三廢”的產生及處理，注重環(huán)境保護和資源再利用[5]。</p><p>　　1.4 DOP生產能力</p><p>　　本設計年產1000噸DOP，年生產300天。產品質量標準參考G

35、B/T 11406--2011。</p><p>　　第二章 生產工藝與反應原理</p><p><b>　　2.1 生產工藝</b></p><p>　　鄰苯二甲酸二辛酯的生產工藝根據酯化階段使用的催化劑的不同，可分為酸性工藝和非酸性工藝。按照工藝連續(xù)程度的不同，又可分為連續(xù)法和間隙法生產?；诹蛩岽呋に囕^為成熟、反應活性高且年生產量較小

36、，本設計采用硫酸作催化劑、間隙法生產DOP。</p><p>　　酸催化是利用酸電離出的H+進攻單酯中的酰基氧，形成正碳離子中間體，有利于醇分子羥基氧原子的親核進攻，生成雙酯[6]。常用的酸催化劑有磷酸、氨基磺酸、苯磺酸、對甲基苯磺酸、硫酸，它們有很高的活性，活性依序增大。該類催化劑反應溫度在150攝氏度左右;時間短，但是酸催化劑催化時，副反應多、廢水量大、產品色澤差、后處理繁瑣且嚴重腐蝕設備。</p>

37、;<p>　　間隙法生產DOP操作簡單，投入資金少，但產量少，成品質量不佳。適用于小規(guī)模生產或試生產。</p><p>　　硫酸催化間隙法生產DOP主要有酯化、中和水洗、脫醇、精制等幾個階段。工藝流程簡圖見圖2.1。</p><p>　　圖2.1 工藝流程簡圖</p><p>　　酯化：苯酐與辛醇按照1:2的質量比例先投入單酯化器生成單酯，生成的單酯

38、和過量的醇加入0.25%左右的硫酸后投入酯化塔，在210℃左右進行減壓酯化3小時，絕壓5 KPa 壓力[7]。為酯化時脫水，加入一定量的環(huán)己烷和活性炭（提高產品質量）。</p><p>　　中和水洗：酯化完的混合物利用泵輸送至中和器，用5%的碳酸鈉水溶液進行中和酯液，再用90℃左右的熱水洗滌中和后的酯液，這個過程可除去粗酯中大部分雜質。</p><p>　　脫醇：在210℃、絕壓5 KPa

39、壓力條件下進行脫醇，回收處理未反應的醇。</p><p>　　精制：脫醇后用蒸汽除去產品中的低沸物，后經脫色、壓濾等即得成品DOP。</p><p>　　在酯化階段醇水共沸物從酯化塔頂進入回流塔，經油水分離后，辛醇流回酯化塔;脫醇工藝回收的辛醇一部分也流回酯化塔循環(huán)使用。</p><p><b>　　2.2 反應原理</b></p>

40、<p>　　2.2.1 酯化原理</p><p>　　DOP是由苯酐和醇在一定溫度和催化劑催化作用下酯化生成,該反應分兩步進行。</p><p>　　第一步，苯酐和醇反應在120℃-130℃反應約半個小時，即生成鄰苯二甲酸單酯，該過程反應速率很快，故無需使用催化劑，該步為二級反應。</p><p>　　第二步，單酯與醇繼續(xù)作用，生成鄰苯二甲酸雙酯，反應

41、很慢，必須加入催化劑以降低該反應的反應活化能，提高反應速率。該反應是一級反應。</p><p>　　綜合兩步反應，總反應方程式如下:</p><p>　　酯化反應為可逆反應，反應過程中會產生大量的水，為提高苯酐的轉化率，辛醇的加入量要過量，并將生成的水及時地移出系統(tǒng)，促使反應的平衡向產物方向移動。由于催化劑濃硫酸具有脫水和氧化等性質，酯化過程中，會與醇反應生成醛類、烯類等副產物，影響產品色

42、澤與酸值。其副反應如下：</p><p>　　硫酸與設備（銅、鐵）發(fā)生作用，生成硫酸銅和鐵鹽。單辛酯與鐵、銅設備及管道發(fā)生作用生成羧酸銅和羧酸鐵鹽。</p><p>　　2.2.2 中和水洗原理</p><p>　　由于催化劑硫酸、鄰苯二甲酸及鄰苯二甲酸單酯的存在，會導致產品酸度不合格，需通過中和水洗工序將其去除。利用中和反應原理將這些酸性物質中和生成鹽和水經水洗去

43、掉。</p><p>　　碳酸鈉與酯化催化劑硫酸進行進行中和反應，生成硫酸鈉、二氧化碳和水。殘余的鄰苯二甲酸單酯及鄰苯二甲酸與碳酸鈉反應分別生成鄰苯二甲酸單酯鈉鹽和鄰苯二甲酸二鈉鹽。中和后的粗酯經水洗提高產品純度，水洗過程是物理過程，沒有化學反應發(fā)生。</p><p>　　中和過程應注意副反應影響，中和溫度過高，堿液濃度過大會發(fā)生皂化反應，生成鄰苯二甲酸二鈉鹽。水解會造成物料的損失，故中和

44、后應盡早進行酯的分離。</p><p>　　圖2.2 中和水洗流程簡圖</p><p>　　2.2.3 脫醇原理</p><p>　　脫醇是一個醇和酯分離的過程，利用水蒸氣蒸餾原理使反應中過量醇與水形成共沸物蒸出，這是個物理變化。如中和后的物料呈堿性或者酯中含有堿水，仍會發(fā)生酯的造化反應，也可能發(fā)生酯的水解反應。</p><p>　　2.2

45、.4 精制原理</p><p>　　精制主要包括脫色和壓濾等過程。脫色是利用活性炭的多孔性，將酯中色素、可見絮狀物吸附，再經壓濾機過濾得到產品。</p><p><b>　　第三章 主要原料</b></p><p><b>　　3.1 苯酐</b></p><p>　　苯酐，即鄰苯二甲酸酐，化學式

46、C8H403,分子量為148，是化工中的重要原料，常作為增塑劑的生產原料，也用于藥物合成。鄰苯二甲酸酐對皮膚有刺激作用，皮膚接觸鄰苯二甲酸酐，因組織中的水分會水解成鄰苯二甲酸，加重刺激，甚至引起慢性支氣管炎。廠區(qū)儲存應置于通風干燥倉庫，遠離火源、熱源，與氧化劑分開存放。</p><p>　　在工業(yè)上，鄰苯二甲酸酐是萘和氧氣在450℃和V2O5催化作用下，進行氣相氧化得到[2]。</p><p&

47、gt;　　圖3.1 苯酐工業(yè)制備示意圖</p><p><b>　　3.2 辛醇</b></p><p>　　本設計采用的辛醇是2-乙基己醇，無色油狀液體，與水和多數有機溶劑互溶，具有可燃性，主要用于鄰苯二甲酸酯類增塑劑的生產、消泡劑、選礦劑、印染和油漆等方面。廠區(qū)儲存應置于通風干燥倉庫，遠離火源、熱源，與氧化劑分開存放。</p><p>　

48、　辛醇制備是以丙烯作為原料，采用羰基合成法制得正丁醛和異丁醛，然后正丁醛經羥醛縮合反應、脫水和加氫過程即得辛醇 [2]。</p><p><b>　　3.3 硫酸</b></p><p>　　本設計的催化劑采用是質量分數為98.3%的濃硫酸，可用接觸法制得。作為一種活潑的無機強酸，具有強烈吸水性和腐蝕性，常用于脫水劑和催化劑。儲運使用時應注意其炭化、腐蝕等性質。在本

49、設計中，濃硫酸作為酯化過程的催化劑，可使酯化反應活化能下降至54.4kJ/mol，其反應速率常數表示為</p><p>　　由（1）可以看出雙酯化進行的快慢程度與硫酸的濃度CS有緊密的聯(lián)系。由于質子反應活性高，催化溫度低硫酸的添加量為苯酐的0.2%--1.5%，單酯轉化率可達98%。硫酸的加入，會使與體系的原料發(fā)生許多副反應，所以必須控制硫酸的加入量和反應速率，加入適量活性炭做吸附劑、亞硫酸氫鈉作還原劑，以提高產

50、品質量[6]。</p><p><b>　　第四章 物料衡算</b></p><p><b>　　4.1 酯化階段</b></p><p>　　酯化工藝簡述：將純度為99.3%的苯酐與純度為99.6%的辛醇以1:2的比例投入酯化器，于210℃左右進行減壓酯化，并向酯化系統(tǒng)中加入總物料量0.25%的濃硫酸，在其催化作用下酯

51、化3h，酯化時加入總物料量0.2%的活性炭，苯酐轉化率為99.8%。</p><p>　　分子量： 148 130 278</p><p>　　分子量： 278 130 390</p><p>　　年生產300天，每天4次，故每次生產量: 1000000/300/4=833.3(Kg)</p><p>

52、;　　設投入苯酐的質量為m，則</p><p>　　m=319.1 Kg</p><p>　　則辛醇的質量為2m，即638.2 Kg.</p><p>　　酯化過程中的水生成量為 =38.46 Kg</p><p>　　酯化結束后剩余的單酯的量：</p><p><b>　　1.2 Kg</b>&

53、lt;/p><p>　　酯化過程中，辛醇的消耗量：</p><p><b>　　556.1 Kg</b></p><p>　　由于副反應的存在，假設副反應消耗1%的辛醇，則反應結束剩余的辛醇量：</p><p><b>　　73.2 Kg</b></p><p>　　由上述計算可

54、得酯化階段進出料質量變化見表4.1。</p><p>　　表4.1 酯化階段進出料質量變化表</p><p>　　4.2 中和水洗階段</p><p>　　酯化后的物料在經過中和水洗過程有部分雜質混入，雜質中大部分是水且忽略主要產物的損耗。各酯化產物的質量即為進料時的質量，水洗后只有DOP、辛醇和雜質。表4.2為中和水洗前后的質量。</p><

55、p>　　表4 2 中和水洗階段進出料質量變化表</p><p><b>　　4.3 脫醇階段</b></p><p>　　中和水洗后的粗酯輸入脫醇塔，在絕壓5KPa壓力、210℃溫度下回收酯化過程未反應的過量辛醇，使辛醇在塔內的含量下降到1%左右。進入脫醇塔各物料的質量即為水洗后的質量。脫醇后的物料質量見表4.3。</p><p>　　

56、表4.3 脫醇階段出料質量變化表</p><p><b>　　4.4 精制階段</b></p><p>　　蒸餾后的質量見表4.4。</p><p>　　表4.4 精制階段出料質量變化表</p><p><b>　　第五章 能量衡算</b></p><p><b&g

57、t;　　5.1 酯化階段</b></p><p>　　酯化過程中狀態(tài)變化引起能量變化，總熱量Q由Q1、Q2、Q3、Q4、Q5組成。酯化階段能量變化見圖5.1。</p><p>　　Q1：包含苯酐固體、辛醇溫度由20℃升至25℃吸收的熱量、苯酐熔融熱；催化劑吸收的熱（忽略不計）</p><p>　　Q2：25℃時的標準反應熱；忽略催化劑的稀釋熱</p

58、><p>　　Q3：各物料升溫過程吸收的熱量；</p><p>　　Q4：冷凝水帶走的熱量； </p><p>　　Q5：釜耗和塔耗。（圖中未標）</p><p><b>　　.</b></p><p>　　圖5.1 酯化過程能量變化示意圖</p><p>　　5.1.1

59、 Q1計算</p><p>　?。?）苯酐固體溫度升至25℃吸收的熱量</p><p><b>　　苯酐的熱容值：</b></p><p>　　C苯酐(S)= 0.24cal/ kg?℃=1.005 kJ/kg?℃</p><p><b>　　苯酐的質量：</b></p><p&

60、gt;<b>　　M=319.1Kg</b></p><p><b>　　溫差：</b></p><p>　　?T=25-20=5℃</p><p><b>　　由上述數據得</b></p><p>　　Q苯酐(S)=CM?T=1.005×319.1×(25

61、-20)=1.6×103kJ -----------（2）</p><p><b>　?。?）苯酐的熔融熱</b></p><p>　　?H=153.43kJ/kg</p><p><b>　　故苯酐熔融熱為：</b></p><p>　　Q熔=M?H= 319.1×153.

62、43=4.9×103kJ -------------------（3）</p><p>　?。?）辛醇升溫吸收的熱</p><p>　　辛醇升溫的平均溫度:</p><p>　　平均=(20+25)/2=22.5℃</p><p>　　在22.5 ℃下，辛醇的比熱為：</p><p>　　C辛醇＝2.17

63、 kJ/kg?℃</p><p><b>　　辛醇的質量：</b></p><p><b>　　M=638.2Kg</b></p><p>　　所以，辛醇吸收的熱：</p><p>　　Q辛醇=CM?T=2.17×638.2×(25-20)=6.9×103kJ --

64、-----（4）</p><p>　　由(2)、(3)、(4)即得Q1：</p><p>　　Q1= Q苯酐(S)+ Q熔+ Q辛醇=1.34×104kJ</p><p>　　5.1.2 Q2計算</p><p>　　Q2為辛醇和苯酐在25℃時的標準反應熱，辛醇與苯酐反應方程式為2.2.1酯化原理中總反應式，其中R=C8H17。反應

65、的?rH：</p><p>　　?fH=∑(?fH)產物-∑（?fH）反應物</p><p><b>　　反應標準生成熱</b></p><p>　　?H＝[(-1085.266)＋（-286.144）]－[(-462.505)+2×(-433.227)]=-42.451 kJ /mol</p><p>　　Q

66、2=Q反＝NDOP×ΔH==-9.1×104 kJ</p><p>　　反應中的各反應物和產物的生成熱值見表5.1：</p><p>　　表5.1 反應物（產物）生成熱數據</p><p>　　5.1.3 Q3計算</p><p>　　(1)DOP的熱計算</p><p>　　DOP在25℃～21

67、0℃的平均比熱容：</p><p>　　CDOP＝2.4J/g·℃</p><p>　　故DOP由25 ℃升溫至210 ℃吸熱可近似為：</p><p>　　QDOP＝M×C×?t＝833.3×2.4×（210－25）＝3.7×105kJ ----------- （5） </p><p

68、><b>　　（2）辛醇的熱計算</b></p><p>　　這個階段， 辛醇＝＝117.5℃</p><p>　　辛醇的比熱采用Missenard法估算得到，表5.2是部分基團在75℃和100℃的熱容值。</p><p>　　表5.2 部分基團的熱容值</p><p>　　DOP有2個－CH3、5個－CH2、1

69、個－CH。</p><p><b>　　75℃時：</b></p><p>　　Cp＝10.95×2＋7.15×5＋6.35＋14.75</p><p>　?。?8.75 cal/mol·K</p><p>　?。?29.852J/mol·K</p><p>

70、;<b>　　100℃時：</b></p><p>　　Cp＝11.55×2＋7.4×5＋6.7＋17.0</p><p>　?。?3.8 cal/mol·K</p><p>　?。?51.005 J/mol·K</p><p>　　117.5℃時的比熱容：</p>

71、<p>　　得 Cp＝365.8 J/mol·K</p><p>　　又 M=73.2kg</p><p>　　所以辛醇25 ℃升溫至210 ℃吸收的熱量：</p><p>　　Q辛醇＝M×Cp×Δt＝73200/130×3

72、65.8×[(273+210)－(273+25)]＝3.8×104kJ</p><p>　　--------------------------（6）</p><p><b>　?。?）水的熱計算</b></p><p>　　酯化過程生成的水分離出系統(tǒng)的溫度為40℃，則平均溫度為：</p><p>&

73、lt;b>　?。剑?2.5℃</b></p><p>　　在32.5℃時，水的比熱容為：</p><p>　　Cp水＝4.17 kJ/kg·℃</p><p>　　∴升溫過程中水吸收的熱：</p><p>　　Q水＝M×Cp水×?t＝38.5×4.17×（40－25）＝2.4

74、×103kJ --------（7）</p><p>　　由（5）、（6）、（7）式，計算各物料升溫過程中吸收的熱：</p><p>　　Q3＝QDOP+ Q辛醇+ Q水＝3.7×105 +3.8×104+2.4×103＝4.1×105 kJ</p><p>　　5.1.4 Q4計算</p><

75、;p><b>　　共沸劑用量的計算：</b></p><p>　　辛醇與水的質量比為0.88，對辛醇（M）做物料恒算</p><p>　　M＝（M+38.5）×0.88</p><p>　　∴M＝282.3Kg</p><p><b>　　查取汽化熱和比熱：</b></p>

76、;<p>　　?H辛醇＝401.322kJ/Kg</p><p>　　C辛醇＝2.767kJ/ Kg·℃</p><p>　　?H水＝2019kJ/Kg</p><p>　　C水＝4.230kJ/Kg·℃</p><p>　　∴Q4＝M汽×?H汽＋M醇×?H醇＋(M水×C水＋M醇

77、×C醇)×(t共沸－40)</p><p>　　＝(38.5×2019＋282.3×401.332)＋(38.5×4.23＋282.3×2.767)×(180－40)</p><p>　?。?.0×105kJ</p><p>　　5.1.5 Q5計算</p><p&g

78、t;　　Q5包括塔、釜損失的能量。釜表面積F釜＝6.7m2，F(xiàn)塔＝9m2。生產周期取3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K＝6.701 kJ /m2·h·℃</p><p>　　Q釜損＝K×?t釜×F釜×t＝

79、6.701×220×6.7×3＝9.9×103 kJ</p><p><b>　　塔損計算：</b></p><p>　　平均塔溫取160℃，空氣溫度為20℃，傳熱系數K＝6.701 kJ /m2·h·℃</p><p>　　Q塔損＝K×?t塔×F塔×t＝

80、6.701×140×9×3＝2.5×104 kJ</p><p>　　所以 Q5＝Q釜損＋Q塔損＝9.9×103 kJ＋2.5×104 kJ</p><p>　?。?.49×104 kJ</p><p>　　綜合5.1.1---5.1.5，各過程計算結果見表5.3。</p>

81、<p>　　表5.3 酯化過程能量變化匯總表</p><p>　　由表5.3可以算出，酯化階段能量共吸熱667300 kJ</p><p><b>　　即需蒸汽量</b></p><p>　　M= 247.24Kg</p><p><b>　　5.2 脫醇階段</b></p>

82、;<p>　　中和水洗后，混合物（DOP、辛醇、水）以進料溫度90度狀態(tài)進入脫醇，在絕壓5kpa壓力下進行脫醇，在這個狀態(tài)下，辛醇沸點為104度，Dop沸點為280度[7]。能量變化包括混合物料升溫至104℃吸收的熱量（Q6）和塔頂換熱器帶走的熱量（Q7）。</p><p>　　5.2.1 Q6計算</p><p>　?。?）DOP吸收的熱</p><p&

83、gt;　　表5.4為部分元素的熱容值。</p><p>　　表5.4 部分元素的熱容值</p><p>　　DOP比熱容值：(Kopp定律估算)</p><p>　　C=11.7×24＋18×38＋25.1×4＝1065.2kJ/Kmol·K</p><p>　　則 QDop＝＝3

84、.2×104kJ</p><p><b>　　（2）辛醇吸收的熱</b></p><p>　　辛醇的比熱容取365.8 J/mol·K</p><p><b>　　則辛醇吸收的熱：</b></p><p>　　Q辛醇＝＝2.9×103kJ</p><

85、p>　?。?）水吸收的熱量：</p><p>　　Q水＝10×4.3×（104-90）＝6.02×102kJ</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　Q6= QDop＋Q辛醇＋Q水＝3.2×104＋2.9×103＋6.02×102＝3.6×104k

86、J</p><p>　　因為 Q蒸汽= Q6</p><p><b>　　所以需要蒸汽量：</b></p><p>　　M= 13.34Kg</p><p>　　5.2.2 Q7計算</p><p>　　辛醇與水汽化吸收的熱公式：</p>&

87、lt;p>　　Q汽化=M水×?H水＋M醇×?H醇+（M水×C水+ M醇×C醇）×（t-40）</p><p><b>　　所以 </b></p><p>　　Q汽化=9.3×2019+60×401.332+（9.3×4.2+60×2.767）×（104-40）&l

88、t;/p><p>　　=4.6×104 kJ</p><p><b>　　則</b></p><p>　　Q2= Q汽化=4.6×104kJ</p><p><b>　　蒸汽量：</b></p><p><b>　　Kg</b></

89、p><p><b>　　5.3 精制階段</b></p><p>　　精制能量主要包括DOP升溫吸熱和塔頂帶走的熱。</p><p>　　QDOP=MDop×Cdop×(280-104)=833.3×1065×（280-104）=1.5×105KJ</p><p>　　塔頂換

90、熱器帶走的熱量：</p><p>　　Q帶走=M醇×?H醇+ MDop×?H dop+ M醇×C醇×(104-40)+ MDop×Cdop×(280-40)</p><p>　　=12.5×401.3+833.3×450+12.5×2.767×64+833.3×1065.02

91、15;240</p><p>　　=2.13×105kJ</p><p>　　因 Q精制=Q蒸汽= QDOP+ Q帶走=3.6×105kJ</p><p><b>　　所以蒸汽量:</b></p><p><b>　　M=Kg</b></p&g

92、t;<p>　　綜合上述能量衡算結果，匯總各工序所需蒸汽量，見表5.5。</p><p>　　表5.5 各工序所需蒸汽量數據</p><p>　　由表5.5統(tǒng)計結果可知，每生產833.33KgDOP需要411Kg過熱蒸汽以滿足工藝能量守恒。</p><p>　　第六章 主要設備設計及選型</p><p>　　6.1 反應釜的

93、設計及選型</p><p>　　本設計酯化器采用帶攪拌裝置的夾套式反應釜，圓柱形筒體、橢圓形封頭。這類反應釜簡單而且方便。圖6.1為反應釜簡圖。</p><p>　　圖6.1 夾套式反應釜簡圖</p><p>　　6.1.1 反應釜體積</p><p>　　反應物料在攪拌作用下在反應釜中的狀態(tài)呈全混流，物料體積基本不變。對反應釜作苯酐的物料

94、衡算（定態(tài)、等溫等壓）：</p><p>　　反應釜體積：VR=（Q苯酐+Q辛醇）×t（1+）,其中，Q為體積流量，為攪拌容器的備用系數，這里取0.1。</p><p>　　苯酐的體積流量：Q苯酐= n苯酐M苯酐/ρ苯酐t，其中，n苯酐為單位時間(1h)處理的苯酐摩爾數，M苯酐為苯酐的分子量，ρ苯酐為苯酐的密度，t為時間(1h)。</p><p>　　得

95、 Q苯酐=319.1×1000/（1.527×3600）=58.05 cm3/s</p><p>　　同理得 Q辛醇=638.2×1000/（0.834×3600）=212.56 cm3/s</p><p>　　所以 VR=（58.05+212.56）×1.4×3600×1

96、.1=1.50×106 cm3</p><p>　　即 VR=1.50 m3</p><p>　　實際生產中，釜的有效體積與理論值的關系：V有= VR/,為裝料系數，其大小根據實際生產而定。本設計酯化過程攪拌狀態(tài)平穩(wěn)，取高值0.8～0.85[8]。本設計取0.85。</p><p>　　即

97、 V有= VR/=1.50/0.85=1.77 m3</p><p>　　6.1.2 反應釜高度與底面內徑</p><p><b>　　底面內徑D1：</b></p><p>　　其中，i表示長徑比，i＝內徑和釜高的比值，根據物料類型選取合適長徑比。</p><p>　　表6.1 攪拌釜的長徑比i值&

98、lt;/p><p>　　查化工設備機械基礎課程設計指導書[9]附表4-1和表4-2得直徑為1200mm時，筒體1米高的容積為1.131m3，內表面積為3.77m2，橢圓封頭的曲面高度為300mm，直邊高度25mm，內表面積為1.6652，容積為0.2545，封頭壁厚與筒體壁厚一致。</p><p>　　反應釜高H1： H1=1.3D1=1.3×1.20=1.6m&l

99、t;/p><p>　　6.1.3 反應釜厚度</p><p><b>　　計算厚度公式為：</b></p><p>　　公式中的PC表示設計壓力，壓力值是工作壓力的110%;D1表示底面直徑; [δt]表示許用應力，t表示設計溫度;表示焊接接頭系數，本設計取1.0。</p><p><b>　　設計壓力</b

100、></p><p><b>　　工作壓力公式：</b></p><p>　　其中， ρ=1.064 </p><p>　　PW=0.1013MPa</p><p>　　h=4VR/（D12）=1.33m</p><p>　　得

101、 1.064×1000×9.8×1.33+0.1013×1000000=0.115MPa</p><p>　　110%×0.115=0.1265MPa</p><p>　?。?）許用應力和設計溫度</p><p>　　查化工設備機械基礎[10]表4-5和附錄9表16,設計溫度取170攝氏度，[δt]=99MPa。&l

102、t;/p><p>　　將Pc=0.1265MPa，T=170℃，D1=1200mm，[δt]=99MPa，φ=1.0代入公式得</p><p><b>　　=0.8mm</b></p><p>　　查化工設備機械基礎表4-9，C1=0.25mm;腐蝕裕量C2=2mm，名義厚度Sn=0.8+C1+C2=3.05,圓整后為4.0mm，Sn×0

103、.06=0.24mm，所以C1=0.25mm。</p><p>　　反應釜制造可選用4.0mm的0Cr18Nil2M-o2Ti。</p><p><b>　?。?）水壓實驗</b></p><p>　　查化工設備機械基礎附錄9表16，=120 MPa</p><p>　　因為=108MPa，所以水壓試驗強度足夠。<

104、/p><p>　　6.1.4 反應釜夾套</p><p><b>　?。?）夾套內徑D2</b></p><p>　　在D1取值在700—1800mm時，夾套內徑D2與底面內徑D1關系式為：</p><p><b>　　D2=D1+100</b></p><p>　　即

105、 D2=1200+100=1300mm</p><p><b>　?。?）夾套高度H2</b></p><p>　　即 H2=(1.77-0.2545)/1.131=1.34m</p><p>　?。?）夾套包圍的表面積F</p><p>

106、;<b>　　=6.72m2</b></p><p>　　6.1.5 攪拌裝置</p><p>　　本設計攪拌器型號采用槳式直葉攪拌器。葉片長d=0.33D1=0.4m，葉寬b=0.15d=0.06m，距釜底0.2m，轉速取1.2r/s。</p><p>　　6.1.6 反應釜主要參數匯總</p><p>　　反應釜的主

107、要參數匯總見表6.2。</p><p>　　表6.2 反應釜主要參數匯總表</p><p>　　6.2 換熱器的設計及選型</p><p>　　酯化階段中生成的水經換熱器排出反應體系，經過換熱器的熱量為能量衡算中的Q4,根據Q=qm1cp1(T2－T1)=qm2cp2(t2－t1)，可求出冷流體的質量流量（qm2），兩股流體的進出口溫度為：熱流體（醇水共沸物）

108、 180→60℃</p><p>　　冷流體 （水） 55 ← 25℃</p><p>　　?tm逆 = =70.87℃</p><p>　　逆流計算的?tm逆應乘校正系數ψ，選擇換熱器的流動類型為1殼程、偶數管程[11]，計算參數P及R</p><p><b>　　=0.19</b><

109、;/p><p><b>　　=4</b></p><p>　　查化工原理[11]圖4-25，P和R的交點為0.8，?tm=?tm逆×0.8=56.70℃</p><p>　　查化工原理圖4-7，K=560(估計值)，則</p><p><b>　　=3.15m2</b></p>

110、<p>　　e=1.1×3.15=3.47 m2</p><p>　　高溫蒸汽走殼程，便于冷凝液體的流出，冷凝水走管程，參考化工原理管內流速取1m/s，設所需單管程數為n，Ф25mm×2.5mm的管徑為0.02m。</p><p>　　n×0.25×3.14×0.022×1×3600=qm2/1000</

111、p><p><b>　　n=4 根</b></p><p>　　又因為 =3.14nld=3.47</p><p>　　所以 l=14m</p><p>　　本設計選用4m長的管子，需用4管程，管子數為4×4=16根，采

112、用正三角形排列，殼體直徑計算公式為 Di=t(n-1)+2do，t表示管中心距，則</p><p>　　Di=32×(4-1)+2×25=146mm</p><p>　　殼體厚度可用反應釜厚度公式計算得到，制造材料選用20R鋼。</p><p>　　6.3 主要設備一覽表</p><p>　　DOP生產工藝中,酯化、中和水

113、洗、脫醇等階段所需的設備及數量見表6.3—表6.6。</p><p>　　表6.3 酯化工序主要設備匯總表</p><p>　　表6.4 中和水洗工序主要設備匯總表</p><p>　　表6.5 脫醇工序主要設備匯總表</p><p>　　表6.6 精制工序主要設備匯總表</p><p>　　第七章 消耗定額及

114、成本估算</p><p><b>　　7.1 消耗定額</b></p><p>　　DOP生產工藝消耗定額見表7.1。</p><p>　　表7.1 消耗定額</p><p><b>　　7.2 成本估算</b></p><p>　　DOP生產工藝成本估算見表7.2。<

115、;/p><p>　　表7.2 成本估算</p><p>　　第八章 工藝設計的全局性問題</p><p><b>　　8.1 廠址選擇</b></p><p>　　廠址選擇涉及經濟、自然、環(huán)保等諸多因素，廠址的合理性，對工藝及生產經營有直接影響。由于化工廠性質的限制，廠址選址應該遵循的原則有：符合國家工業(yè)布局、城市的規(guī)劃

116、；評估工藝對環(huán)境影響；廠址附近建有“三廢”處理裝置等；同時對能源（水、電、熱源等）、交通運輸、銷售、用地、自然環(huán)境條件及地質地勢等因素進行綜合評估，合理選擇廠址所在地。</p><p><b>　　8.2 總圖布置</b></p><p>　　在確定工藝流程及廠址的前提下，結合廠區(qū)的內、外部因素，對所有車間、辦公樓等進行合理布局，以獲得安全、經濟的人流和物流路線。&l

117、t;/p><p>　　總圖布置應符合以下原則：</p><p>　?。?）應盡量考慮生產工藝流程的要求，避免物流交叉，縮短物流線路，并盡量減少人流和物流的交叉。</p><p>　?。?）對公用工程需求大的車間盡量靠近其供應源，同時遵守“負荷集中”原則。</p><p>　?。?）廠區(qū)內與外界有較大運輸量的車間應靠近廠區(qū)邊緣。</p>

118、<p>　?。?）廠區(qū)布置應考慮防火、防爆及衛(wèi)生健康的要求。</p><p>　?。?）工廠布置應考慮工廠、車間發(fā)展的需要。</p><p>　　（6）廠區(qū)內同類型或相似類型的車間應集中布置。</p><p>　　本設計遵循上述原則，根據工藝條件及廠區(qū)環(huán)境對廠區(qū)進行合理布置，詳見附圖。</p><p><b>　　8.

119、3 環(huán)境保護</b></p><p>　　工藝中產生的“三廢”處理不當，將污染大氣、土壤及水源，進而影響人的健康。</p><p>　　本工藝的“三廢”主要來源于工藝過程中的大量廢水、廢渣及真空系統(tǒng)排放的廢氣等。</p><p>　　廢水主要來源有以下四部分：</p><p>　?。?）酯化反應生成的水。</p>&

120、lt;p>　?。?）中和廢水即含有硫酸鹽、單酯鈉鹽的廢堿液。</p><p>　?。?）水洗水即洗滌粗酯用的水。</p><p>　　（4）脫醇時汽提蒸汽的冷凝水。</p><p>　　廢渣主要來源于壓濾機中取出的吸附劑活性炭、助濾劑硅藻土和濾紙、廢水處理的活性炭、中和后的重組分。</p><p>　　“三廢”按照國家排放標準，經處理達

121、到相關標準后，再進行排放或回收再利用。本工藝的廢水處理方法能有效的減少污染，可使污水的COD值從30000-50000毫克/升下降至1000毫克/升，同時可回收苯酐21噸、辛醇44.2噸（年產10000噸DOP計）[12]。中和后的重組分一般采用焚燒處理，活性炭采用離心法或萃取法將所吸附的酯回收后再處理，廢氣因含有一些低組分和醇類而帶有臭味，一般采用填料式廢氣洗滌除臭后排放。</p><p>　　圖8.1 DO

122、P工藝廢水處理工藝</p><p><b>　　8.4 生產安全</b></p><p>　　根據辛醇、苯酐的閃點、物料性質和爆炸極限，生產廠房的火災危險性類別屬于甲級，通過防止火源、靜電、雷擊和物料的漏、滴等措施加強防范意識，正確使用酸堿[13]。生產過程中的各個環(huán)節(jié)均要注意防火防爆、防腐蝕、防機械傷害及化學傷害等，工廠及車間布置應滿足有關國家標準及規(guī)范，廠區(qū)分區(qū)布

123、置合理，將主干道、各裝置區(qū)、設施區(qū)分開，各設備和裝置合理集中布置，各區(qū)、各設備等均有防火間距和安全距離，各設備和儀器安裝參數越線報警或連鎖保護裝置，保證生產工藝穩(wěn)定、工作人員的人身安全。車間人員應熟知化工安全知識及其生產禁令，嚴格遵守安全規(guī)定，維修人員對生產設備定期的安全檢修，防止機械事故、電器事故的發(fā)生。</p><p><b>　　8.5自動控制</b></p><p

124、>　　生產工藝中采用儀表及計算機控制系統(tǒng)能有效提高工藝參數的操作精度，提高產品質量；保證工藝流程安全、穩(wěn)定運行；減少批間差異，保證產品穩(wěn)定及重復性；降低操作工的勞動強度，減少人為因素對工藝過程的影響。</p><p><b>　　8.6其他</b></p><p>　　工藝設計的全局性問題還需依據相關規(guī)定（標準）考慮工業(yè)衛(wèi)生、公用工程、電力設計、土建設計等問題[

125、8]。</p><p>　　表8.1 全局性問題及相關標準</p><p><b>　　第九章 工作制度</b></p><p>　　為了滿足生產需要，加強公司管理工作，維護和保障正常生產，結合公司實際情況，制定生產工作制度，公司實行三班倒制度，每班8小時。</p><p><b>　　9.1工作制度<

126、;/b></p><p>　?。?）廠區(qū)內不得攜帶明火，不準吸煙、喝酒。</p><p>　?。?）進入生產區(qū)域必須按規(guī)定穿工作服佩戴安全帽，進入有特殊要求的車間還需根據要求佩戴防噪音耳塞等勞保用品。</p><p>　?。?）生產中愛惜所使用的機器設備，生產廠區(qū)使用到的設備要責任到人，懸掛檢修卡牌定期檢查保養(yǎng)，并認真如實填寫維護保養(yǎng)記錄。按照操作規(guī)程正確使用