磺化油DAH合成工藝計劃書

1 磺化油 成工藝計劃書 第一章 任務(wù)書 計項目名稱： 磺化油 產(chǎn)方法： 蓖麻油與丁醇進(jìn)行酯交換，生成蓖麻油丁酯和甘油，分出甘油后，將蓖麻油丁酯磺化，再用二乙醇胺中和得到磺化油（ 產(chǎn)條件： 1、酯交換反應(yīng)：在搪玻璃酯交換釜中加入蓖麻油、丁醇和濃硫酸，攪拌、加熱升溫至 90，保溫 8h，靜置 12h，分出下層甘油。 2、磺化反應(yīng)：在磺化搪玻璃反應(yīng)釜中加入蓖麻油酸丁酯，攪拌冷卻至0加入 98%濃硫酸，加完后攪拌 1h。 3、中和反應(yīng)：壓入磺化物，在中和釜中加 入（ 5 /3化物）攪拌，溫度控制在 45以下，攪拌 15置過夜分出下層廢酸。攪拌加入三乙醇胺，中和到 和時溫度不超過 45，得到產(chǎn)品。 產(chǎn)能力： 5000t/年 00 天 /年， 24 小時 /日 )，設(shè)計裕量 10%，總損失 10%，（分甘油 5%，分廢酸 5%），酯交換收率 70%，磺化收率 75%，中和收率 80%。 料組成： 蓖麻油與丁醇 1:3，硫酸、堿等。 品磺化油（ 本設(shè)計關(guān)于其他項目如： 2 設(shè)計依據(jù)，廠址選址，主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，原料的供應(yīng) ，水、電、汽的主要來源，建廠期限，設(shè)計單位，設(shè)計進(jìn)度及設(shè)計階段的規(guī)定等內(nèi)容從略。 第二章 生產(chǎn)方法 化油（ 介： 【中文名稱】磺化油 【英文名稱】 性狀】微黃色至深棕色液體。 【溶解情況】溶于水和乙醇，遇酸分解。 【用途】陰離子型表面活性劑的一類。具有潤濕、乳化、分散、潤滑等作用。廣泛用于紡織、制革、造紙、金屬加工等工業(yè)，也用作農(nóng)藥乳化劑。 【制備或來源】由蓖麻油或其他植物油或某些魚油與硫酸作用，經(jīng)中和而制得。 【性質(zhì)】陰離子型表面活性劑 的一類。實際上是硫酸化油（含有一 O由蓖麻油或其他植物或某些魚油與硫酸作用，再經(jīng)中和而制得。由蓖麻油制得的常稱太古油或土耳其紅油。 【涉及領(lǐng)域】合成柴油。 柴油是從石油中提煉而成，因柴油含臘較多，所以燃燒后產(chǎn)生的黑煙較大，污染比較嚴(yán)重。本工藝生產(chǎn)的目的是提供一種污染比較輕的磺化油合成柴油。本工藝生產(chǎn)的特征是：磺化油合成柴油由磺化油、煤油和氫氧化鈉組成，其組份按重量百分比為：磺化油 70%煤油 氫氧化鈉 本工藝生產(chǎn)由磺化油、煤油和氫氧化鈉組成，由 于磺化油的粘度比較高，所以利用煤油加以稀釋，又由于磺化油和煤油具有酸性，所以采用氫氧化鈉增加堿性，以 3 達(dá)到中性，由于本工藝生產(chǎn)不含臘的成份，所以其燃燒后產(chǎn)生的黑煙較少，污染比較輕。 實施例一： 磺化油合成柴油由磺化油、煤油和氫氧化鈉組成，其組份按重量百分比為：磺化油 70%，煤油 氫氧化鈉 實施例二： 磺化油合成柴油由磺化油、煤油和氫氧化鈉組成，其組份按重量百分比為：磺化油 75%，煤油 氫氧化鈉 實施例三： 磺化油合成柴油由磺化油、煤油和氫氧化鈉組成，其組份按重量百分比為：磺化 油 80%，煤油 氫氧化鈉 磺化油是微黃色至深棕色液體，溶于水和乙醇，遇酸分解，是石油化學(xué)工業(yè)的重要產(chǎn)品，是陰離子型表面活性劑的一類，具有潤滑、乳化、分散、潤濕的作用，廣泛用于紡織、制革、造紙、金屬加工等工業(yè)，也可作農(nóng)藥乳化劑。 工藝簡述如下： 交換反應(yīng)： 在搪玻璃酯交換釜中加入蓖麻油、丁醇和濃硫酸，攪拌、加熱升溫至 90，保溫 8h，靜置 12h，分出下層甘油。 化反應(yīng)： 在磺化搪玻璃反應(yīng)釜中加入蓖麻油酸丁酯，攪拌冷卻至 0加入 98%濃硫酸，加完后攪拌 1h。 和反應(yīng)： 壓入磺化物，在中和釜中加入（ 53化物）攪拌，溫度控制在45一下，攪拌 15置過夜分出下層廢酸。攪拌加入三乙醇胺，中和到 和時溫度不超過 45，得到產(chǎn)品。 4 要反應(yīng)式： 1、酯交換： C H 3 ( C H 2 ) 5 C H - C H 2 C H = C H - ( C H 2 ) 7 C O O 3 C 3 H 5 + 3 C 4 H 9 O 蓖麻油 丁醇 3 C H 3 ( C H 2 ) 5 C H - C H 2 C H = C H - ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9 + C 3 H 5 ( O H ) 3O H 蓖麻油酸丁酯 甘油 2、磺化： C H 3 ( C H 2 ) 5 C H C H 2 C H C H ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9 + H 2 S O 4O 硫酸 C H 3 ( C H 2 ) 5 C H C H 2 C H C H ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9O S O 3 H+H 2 O 磺化蓖麻油酸丁酯 水 3、中和： C H 3 ( C H 2 ) 5 C H C H 2 C H C H ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9O S + N ( C H 2 C H 2 O H ) 3磺化蓖麻油酸丁酯 三乙醇胺 N ( C H 2 C H 3 O H ) 3 C H 3 ( C H 2 ) 5 C H - C H 2 C H = C H - （ C H 2 ） 7 C O O C 4 H 90 S O 3 H 磺化油 (定計算基準(zhǔn)： 5 本方案采用間歇式操作，間歇式操作以一批進(jìn)料量為基準(zhǔn)進(jìn)行計算。（ ， ） 據(jù)上述生產(chǎn)方法確定生產(chǎn)路線，見工藝流程圖（ 2. 工藝流程圖（ 2 6 第三章 . 物料衡算 步計算產(chǎn)量： 裝置生產(chǎn)能力為： 35 0 0 0 1 0 1 . 1 8 9 4 /3 0 0 2 4 5 8 3 . 8 1 9 5 /k m o l hh g m o l因為設(shè)計裕量 10%，總損失 10%，酯交換收率 70%，磺化收率 75%，中和收率80%。 故所需加入的蓖麻油為： ( 1 0 . 1 0 )3 0 . 7 0 0 . 7 5 0 . 8 0 ( 1 0 . 5 0 . 5 ) 1 . 1 8 9 4 / 1 . 13 0 . 7 0 0 . 7 5 0 . 8 0 0 . 9k m o l h 1 3 7 /km ol h 校正，當(dāng) 1 3 7 /F km o l h 時： 產(chǎn)物的產(chǎn)量 3 0 . 7 0 0 . 7 5 0 . 8 3 0 0 2 4 5 8 3 . 8 1 9 5 /1 . 1 0 . 9FP h g m o l 3 1 . 1 5 3 7 / 0 . 7 0 0 . 7 5 0 . 8 3 0 0 2 4 5 8 3 . 8 1 9 5 /1 . 1 0 . 95 0 0 0 . 1 / 5 0 0 0 /k m o l h h g m o 年 年所以當(dāng)進(jìn)料為 1 3 7 /合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。 交換反應(yīng)計算： 酯交換：根據(jù)酯交換反應(yīng)方程式： C H 3 ( C H 2 ) 5 C H - C H 2 C H = C H - ( C H 2 ) 7 C O O 3 C 3 H 5 + 3 C 4 H 9 O 3 C H 3 ( C H 2 ) 5 C H - C H 2 C H = C H - ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9 + C 3 H 5 ( O H ) 3O 蓖麻油需要 3丁醇與之反應(yīng)，生成 3蓖麻油酸丁酯和 1 甘油，故需要加入丁醇的量為 1 . 1 8 9 4 / 3 3 . 5 6 8 2 /1k m o l h k m o l h 因為酯交換收率為 70% ， 所以產(chǎn)物蓖 麻油酸丁酯的量為 1 . 1 8 9 4 / 3 7 0 % 3 . 5 6 8 2 /1k m o l h k m o l h 甘油的量為 1 . 1 8 9 4 / 7 0 % 0 . 8 3 2 5 8 /k m o l h k m o l h 分甘油時蓖麻油酸丁酯損失 5% ， 則，進(jìn)行磺化反應(yīng)的蓖麻油酸丁酯的量為2 . 4 9 8 / ( 1 5 % ) 2 . 3 7 3 1 /k m o l h k m o l h 化反應(yīng)計算： 磺化反應(yīng)：根據(jù)磺化反應(yīng)方程式 : C H 3 ( C H 2 ) 5 C H C H 2 C H C H ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9 + H 2 S O 4O 3 ( C H 2 ) 5 C H C H 2 C H C H ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9O S O 3 H+H 2 O 1蓖麻油酸丁酯需要 1硫酸與之反應(yīng)，生成 1磺化蓖麻油酸丁酯 1水，故需要加入硫酸的量為 2 3 1 /h 因為磺化反應(yīng)的收率為 75% ， 所以產(chǎn)物磺化蓖麻油酸丁酯的量為 2 . 3 7 3 1 / 7 5 % 1 . 7 7 9 8 /k m o l h k m o l h 水的量為 2 . 3 7 3 1 / 7 5 % 1 . 7 7 9 8 /k m o l h k m o l h 分廢酸時磺化蓖麻油酸丁酯損失 5% ， 則，進(jìn)行中和反應(yīng)的磺化蓖麻油酸丁酯的量為 1 . 7 7 9 8 / ( 1 5 % ) 1 . 6 9 0 8 /k m o l h k m o l h 和反應(yīng)計算： 中和反應(yīng)：根據(jù)中和反應(yīng)方程式 : 8 C H 3 ( C H 2 ) 5 C H C H 2 C H C H ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9O S + N ( C H 2 C H 2 O H ) 3N ( C H 2 C H 3 O H ) 3 C H 3 ( C H 2 ) 5 C H - C H 2 C H = C H - （ C H 2 ） 7 C O O C 4 H 90 S O 3 H 1磺化蓖麻油酸丁酯需要 1三乙醇胺與之反應(yīng)，生成 1磺化油 需要加入三乙醇胺的量為 1 0 8 /h 因為中和反應(yīng)的收率為 80% ， 所以產(chǎn)物磺化油 . 6 9 0 8 / 8 0 % 1 . 3 5 2 6 4 8 /k m o l h k m o l h 料衡算 1、酯交換： 由方程式： C H 3 ( C H 2 ) 5 C H - C H 2 C H = C H - ( C H 2 ) 7 C O O 3 C 3 H 5 + 3 C 4 H 9 O 3 C H 3 ( C H 2 ) 5 C H - C H 2 C H = C H - ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9 + C 3 H 5 ( O H ) 3O 1 3 3 1 : h h h h m ： h h h h 又因收率為 70%且分甘油損失為 5%,則蓖麻油丁酯的產(chǎn)量為 h*h 2、磺化反應(yīng)： 由方程式： C H 3 ( C H 2 ) 5 C H C H 2 C H C H ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9 + H 2 S O 4O H 9 C H 3 ( C H 2 ) 5 C H C H 2 C H C H ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9O S O 3 H+H 2 O 蓖麻油酸丁酯 1 1 1 1 : h h h h M: h h h h 又因收率為 75%且分廢酸損失為 5%,則磺化蓖麻油丁酯的產(chǎn)量為： h*h 3、中和反應(yīng)： 由方程式： C H 3 ( C H 2 ) 5 C H C H 2 C H C H ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9O S + N ( C H 2 C H 2 O H ) 3N ( C H 2 C H 3 O H ) 3 C H 3 ( C H 2 ) 5 C H - C H 2 C H = C H - （ C H 2 ） 7 C O O C 4 H 90 S O 3 H 磺化蓖麻油酸丁酯 1 1 1 kg/ m ： h h h m: h h h 又因收率為 80%則磺化油的產(chǎn)量為： h*h 10 第四章 繪制物料平衡圖 見圖（附錄圖 4 第五章 能量衡算 全面的能量衡算應(yīng)該包括熱能、動能、電能、化學(xué)能和輻射能等。但在許多工程操作中，經(jīng)常涉及的能量是熱能，所以化工設(shè)計中的能量衡算就是熱量衡算。 工設(shè)計工作中，通過熱量衡算可以得到的設(shè)計參數(shù)包括： （ 1）換熱設(shè)備的熱負(fù)荷 換熱設(shè)備包括熱交換器、加熱器、冷卻器、汽化器等。 （ 2）反應(yīng)器的換熱量：包括間歇釜式反應(yīng)器、連續(xù)釜式反應(yīng)器等。 （ 3）吸收塔冷卻 裝置的熱負(fù)荷 （ 4）冷激式多段傳熱固定床反應(yīng)器的冷激劑用量。 （ 5）加熱蒸汽、冷卻水、冷凍鹽水的用量。 （ 6）有機高溫?zé)彷d體和熔鹽的循環(huán)量。 （ 7）冷凍系統(tǒng)的制冷量和冷凍劑的循環(huán)量。 （ 8）換熱器冷、熱支路的物流比例。 （ 9）設(shè)備進(jìn)、出口的各股物料中某股物料的溫度。 本方案中熱量衡算要求較少，只需進(jìn)行計算得反應(yīng)器的換熱量以選取合適的換熱器規(guī)格。 工序中涉及能量衡算 : 主要是酯交換反應(yīng)的搪玻璃反應(yīng)釜，故主要針對酯交換工段，進(jìn)行熱量衡算，按工段要求將蓖麻油與丁醇加熱至 90，選取蓖麻油和丁醇的起始溫度為 25。 由內(nèi)差法求出蓖麻油在 25時的比熱容： 11 12 5 2 0 5 0 2 00 . 4 3 2 1 0 . 4 5 4 0 0 . 4 3 2 1C解得： 1 0 . 4 3 5 8 / ( )C k c a l k g C 同理求出在 90時蓖麻油的比熱為： 21 0 0 9 0 1 0 0 5 00 . 4 9 2 9 0 . 4 9 2 9 0 . 4 5 4 0C 解得 : 2 0 . 4 8 5 1 2 / ( )C k c a l k g C 物質(zhì)在 圍內(nèi) 知此溫度范圍內(nèi)的平均定壓比熱容為（ t1+，也等于 1與 一般來說，物質(zhì)的 是它的曲率并不大，只要在計算時溫度變化范圍不大，可按直線計算。但是我方案中采用取 2的對數(shù)平均值作為整個加熱過程的比熱，這樣更準(zhǔn)確一些。 C= （ (C 1) (5則： 0 . 4 8 5 1 2 0 . 4 3 5 8 0 . 4 6 0 0 / ( )0 . 4 8 5 1 2 4 3 5 8C k c a l k g C 查化工工藝設(shè)計手冊知：丁醇的比熱為 ,由酯交換反應(yīng)機理知丁醇與蓖麻油的摩爾比為 3:1，則其各占的質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為： 蓖麻油 %= 1 1 2 2 . 1 1 6 0 0 . 8 0 9 21 1 2 2 . 1 1 6 0 2 6 4 . 4 8 0 7 所以 :丁醇 %= ： Q 吸 =t (5所以： Q 吸 =（ *（ *（ 90 =h 則： Q 吸總 = Q 吸 *22h=2=h 將本傳熱過 程按對流傳熱考慮： 12 t 25 90 100 100 (t 1)- ( / (t 1)/( （ 5 則： ( 1 0 0 2 5 ) ( 1 0 0 9 0 ) 3 2 . 2 5 9 61 0 0 2 5 0 9 0 查化工手冊知搪玻璃反應(yīng)器的總傳熱系數(shù)為： 23 2 0 / ( )K k c a l m h C 加熱過程為 T=1h 由： Q= （ 5 所以： S=Q/K =320*)=六章 繪制物料衡算圖 見圖（附錄圖 6 13 第七章 設(shè)備計算 根據(jù)物料衡算、能量衡算、工藝流程草圖進(jìn)行設(shè)備計算（設(shè)備容積、換熱面積、形式），根據(jù)生產(chǎn)能力及原料、產(chǎn)品物性，選則裝量系數(shù) =交換設(shè)備的計算： 根據(jù)其生產(chǎn)量、預(yù)處理時間為 2h，生產(chǎn)過程中所用的時間，知整個酯交換反應(yīng)時間為 22h，故 物料加入體積 22*50+22*09=取裝料系數(shù) 1=根據(jù) =7 化工工藝設(shè)計手冊選搪玻璃反應(yīng)罐 選取搪玻璃 其公稱容積為 5000個 化過程設(shè)備計算： 根據(jù)其生產(chǎn)量、預(yù)處理時間為 2h，生產(chǎn)過程中所用的時間，知整個磺化過程所需時間為 3h，故物料加入體積 3*60+3*834=取裝置系數(shù) 2= 化工工藝設(shè)計手冊選搪玻璃反應(yīng)罐 選取搪玻璃 其公稱容積為 1000個 洗設(shè)備計算： 14 根據(jù)其生產(chǎn)量、預(yù)處理時間為 2h，生產(chǎn)過程中所用的時間，知整個水洗過程所用時間為 14h，故物料加入的體積 33 51 4 7 7 3 . 5 6 5 8 / 9 6 0 ( 1 4 2 . 3 7 3 1 1 8 . 0 2 / 1 0 0 0 ) 1 23 ， 物 料 按裝置系數(shù) 3= 12/5化工工藝設(shè)計手冊 選搪玻璃反應(yīng)罐 選取搪玻璃 其公稱容積為 5000 和反應(yīng)設(shè)備的計算： 根據(jù)其生產(chǎn)量、預(yù)處理時間為 2h，生產(chǎn)過程中所用的時間，知整個水洗過程所用時間為 2h，故物料加入的體積 41 4 9 . 1 8 8 22 7 3 4 . 9 1 6 4 / 9 6 0 ( 2 7 3 4 . 9 1 6 4 ) / 1 1 2 4 1 . 9 7 9 9 44 3 4 . 6 3 0 3V ， 物 料 選擇裝填系數(shù) 4= = 取搪玻璃 其公稱容積為 3000 徑的計算和選?。?交換反應(yīng)設(shè)備管徑的計算： 4/m 3體積流量，徑，1、蓖麻油貯料罐管徑： 油及粘度大的液體 流速 u=2 m/s 選取 u=0.5 m/s 由于 管徑 d= 4 1 1 2 2 . 1 1 6 / 9 5 03 . 1 4 0 . 5 3 6 0 0=15 故選取 32 2熱軋無縫鋼管 2、丁醇貯料罐管徑： 取 u=s d= 34 2 6 4 . 2 8 0 7 ( / ) / 8 0 9 ( / )3 . 1 4 0 . 5 3 6 0 0k g h g d m=選取 32 2熱軋無縫鋼管 3、硫酸貯料罐管徑 取 u=0.5 m/s d= 34 2 3 2 . 7 5 ( / ) / 1 8 3 4 ( / )3 . 1 4 0 . 5 3 6 0 0k g h g d m=選取 32 2熱軋無縫鋼管 分層設(shè)備管徑的計算： 1、蓖麻油酸丁酯貯料 罐管徑 油及粘度大的液體 流速 u=2 m/s 選取 u=0.5 m/s 由于 管徑 d= 4 8 4 1 . 4 2 3 2 1 / 9 6 03 . 1 4 0 . 5 3 6 0 0=選取 32 2熱軋無縫鋼管 2、甘油貯料罐管徑 取 u=0.5 m/s 16 d= 4 1 0 9 . 5 3 6 4 / 1 2 6 03 . 1 4 0 . 5 3 6 0 0=選取 32 2熱軋無縫鋼管 磺化反應(yīng)設(shè)備管徑的計算： 1、分層損失 5后的蓖麻油酸丁酯貯料罐管徑 選取 u=0.5 m/s 由于管徑 d= 34 8 4 1 . 4 2 3 1 ( / ) / 9 6 0 ( / )3 . 1 4 0 . 5 3 6 0 0k g h g d m=選取 32 2熱軋無縫鋼管 2、洗滌過程中磺化蓖麻油酸丁酯和水的貯料罐管徑 選取 u=0.5 m/s 由于管徑 d= 4 7 7 3 . 5 9 6 2 / 9 6 0 5 3 . 4 5 4 0 8 / 1 0 0 03 . 1 4 0 . 5 3 6 0 0=選取 32 2熱軋無縫鋼管 和反應(yīng)設(shè)備管徑的計算： 1、洗滌損失 5后參加中和反應(yīng)的磺化蓖麻油酸丁酯貯料罐管徑 選取 u=0.5 m/s 由于管徑 d= 4 7 3 4 . 9 1 6 4 / 9 6 03 . 1 4 0 . 5 3 6 0 0=選取 32 2熱軋無縫鋼管 17 2、三乙醇胺貯料罐管徑 取 u=1 m/s d= 4 2 5 2 . 2 4 7 4 / 1 1 2 43 . 1 4 1 3 6 0 0=選取 32 2 18 第八章 核算 交換過程的核算： 根據(jù)設(shè)備結(jié)果復(fù)核物料衡算、能量衡算和物料平衡圖，由設(shè)備計算結(jié)果知：在酯交換過程中選擇 5000L 的 9個，裝量系數(shù)為 則 V=45 由反應(yīng)原理知反應(yīng)罐中蓖麻油與丁醇的摩爾比為 1:3，則其體積比為： 9 3 3 . 4 3 0 3 1 8 0 9 3 . 5 7 4 77 4 . 1 2 1 6 3 9 5 0V M n 丁醇蓖 麻 油 蓖 麻 油 蓖 麻 油丁 醇 丁 醇 丁 醇 蓖麻油 由 V 丁醇 = （ 8 V 丁醇 = （ 8 所以得： ：蓖麻油在一個生產(chǎn)周期 22質(zhì)量流量為： 50/22=h 丁醇在一個生產(chǎn)周期 22質(zhì)量流量為 09/22=h 由反應(yīng)式知： 蓖麻油 蓖麻油酸丁酯 3* 得： h 19 由于酯交換的收率為 70%， 故實際產(chǎn)量為 W=h 化反應(yīng)過程的核算： 磺化時所用的反應(yīng)罐