DOP課程設(shè)計說明書要點

1、精細(xì)化工工藝學(xué)課程設(shè)計說明書鄰苯二甲酸二辛酯課程設(shè)計說明書學(xué)生專業(yè)：學(xué)生學(xué)號：學(xué)生班級：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：設(shè)計地點：化工學(xué)院化工教研室2015年12月精細(xì)化工工藝學(xué)課程設(shè)計說明書目錄一. 概述3.1設(shè)計的目的和意義4.2. DOP生產(chǎn)能力及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)42.1生產(chǎn)能力4.2.2產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)4.二. 生產(chǎn)工藝流程設(shè)計5.1 .生產(chǎn)工藝選擇 5.2 反應(yīng)原理和工藝參數(shù)的確定63. 生產(chǎn)工藝流程圖及其說明 8三. 工藝計算101、物料衡算1.02、熱量衡算1.3四. 主要設(shè)備設(shè)計與選型 151、反應(yīng)釜的設(shè)計與選型 152. 冷凝器的設(shè)計與選型 23五. 環(huán)境保護(hù)與勞動安全281、DOP生產(chǎn)過程“三廢”

2、處理 28六. 設(shè)計結(jié)果評析與總結(jié)29七. 致謝30參考文獻(xiàn)31附錄一：連續(xù)法生產(chǎn)DOP工藝流程圖附錄二：連續(xù)法生產(chǎn)DOP主設(shè)備圖第39頁一.概述鄰苯二甲酸二辛酯，簡稱DOP。分子式：C24H38O4是重要的通用型增塑 劑，是目前國內(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)，特 別是由于PVC的廣泛使用，DOP作為增塑劑能使起得到優(yōu)良的改性，滿足多方 面應(yīng)用的需要，同時由于配合用量大，特別對軟 PVC制品，而使DOP成為增塑 劑工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的中心系列產(chǎn)品， 與其他增塑劑相比，還具有適用性好、化學(xué) 穩(wěn)定性好、生產(chǎn)工藝簡單、原料便宜易得、成本低廉等優(yōu)點，幾乎占增塑劑年消 耗量的80%

3、以上，在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。DOP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 C,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(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，其在熱穩(wěn)定性、耐遷移 性、耐寒性和衛(wèi)生性方面稍差。DOP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、橡膠、油漆及乳化劑等工業(yè)中。用其增塑

4、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。DOP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。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)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。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6400kt/

5、a,國內(nèi)增塑劑需求增長率為8%左右，產(chǎn)品具有質(zhì)量高、品種多、環(huán)境污染少的特點。 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，在用量大的新領(lǐng)域，國內(nèi)市場需求將強(qiáng)勁增長。1. 設(shè)計的目的和意義通過本課程設(shè)計力求達(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)知識的基礎(chǔ)上，通過這次課程設(shè)計，培養(yǎng)我們綜合運(yùn)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(xùn)練我們使用文獻(xiàn)資料和進(jìn)行 技術(shù)設(shè)計、運(yùn)算的能力，提高文字和語言表達(dá)能力，為以后的學(xué)習(xí)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 DO

6、P勺用途；基本掌握苯酐和異辛醇制 DOP勺生 產(chǎn)工藝；了解國內(nèi)外DOP工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀；以及DOPT業(yè)的發(fā)展趨勢。2. DOP生產(chǎn)能力及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)2.1生產(chǎn)能力該項目年產(chǎn)5萬噸DOP，年開工日為330天（全天候），日產(chǎn)DOP151.52 噸。2.2產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)GBI140 8標(biāo)準(zhǔn)，見表1所示。表1 DOP質(zhì)量指標(biāo)項目指標(biāo)優(yōu)級品一級品合格品外觀透明液體，無懸浮物酯含量，%99.099.5099.503密度(20C ) ， g/cm0.981 0.986酸度（以對苯二甲酯計）% <0.0150.020閃點，°C >210205色度（鉑-鉆）

7、號<50100200加熱減量，%<0.10.20.25體積電阻率，x 10 11?.m>210.51、生產(chǎn)工藝流程設(shè)計1. 生產(chǎn)工藝選擇生產(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， 產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，簡化中和水洗步驟，幾乎不產(chǎn)生廢水，節(jié)能降耗明顯，適合于大 噸位的DOP勺生產(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(fù)雜，但緊 湊，投資較低，操作控制要求高，動

8、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(jì)。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(fù)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(fù)配型催化劑催化

9、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(fù)配非酸性催化劑合成DOP效果最佳，力求達(dá)到流程簡單，設(shè)備少，熱能利用合 理，產(chǎn)品質(zhì)量高。綜上分析，本設(shè)計選用酯化一中和水洗一脫醇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)， 催化劑采用氧化鋁與辛酸亞錫以1:1比例復(fù) 配催化劑。2. 反應(yīng)原理和工藝參數(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(fù)配催化劑作用下酯化反應(yīng)生成粗酯，酯化原理如下：主反應(yīng)：+ ROH副反應(yīng):II2SO4 + ROHA RIISO4 + H2ORHSO4 十

10、 ROH A R2SO4 十 H2O2RO1I ROR+ H20主要工藝參數(shù)確定如下：(1) 進(jìn)料溫度及5釜的反應(yīng)溫度見表2。投料比：PA 2-EH=1: 2.30 (wt) 催化劑量：0. 03% (wt)(4)酯化壓力：常壓(帶氮封)停留時間：約7h(6)總轉(zhuǎn)化率：約99. 5 %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5170175201902002102202302.2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)計采用加入碳酸鈉水 溶液進(jìn)行中和，生成可溶于水的鈉鹽與酯分離。中和反應(yīng)原理如下：NiigCOj *+ NhHCO.RIISO4

11、 + Na2CO3+ RNaSO4 + NaHCOH3O + RNaSO4 + K 幻 CONaSO4 + NaHCO3 + ROH水洗工藝參數(shù)確定如下：(1) 碳酸鈉水溶液濃度：0. 3(wt %)水洗溫度：95 C粗酯：堿=6： 1(vo1)(4)碳酸鈉單耗：0. 4kg/tDOP中和水洗后酸值：0. 010. 02KOH m/DOP2.3脫醇工序由于酯化反應(yīng)是在過量醇的條件下進(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 r(2) 進(jìn)料粗酯含醇量：16%17%降

12、膜脫醇真空度：30 mbar加熱蒸汽壓力：20ba2.4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汽提塔頂部真空度：40mbar干燥塔頂部真空度：99mbar 粗酯量：汽提蒸汽量：10： 1(wt) 干燥塔出口酯中含水量：0. 01% 0. 05% (wt)2.5過濾工序在粗酯中加入活性炭，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DO產(chǎn)品外觀的透明度和純度。本設(shè)計采用二級過濾工藝， 粗濾采用時間程控的芬達(dá)過濾器，精濾采用多層濾紙。過濾工序

13、工藝參數(shù)確定如 下：(1)粗酯溫度：90C 活性炭加入量：0. 05% (wt)(3) 芬達(dá)過濾器粗濾周期：48h 精濾后DO色值：1015(HAzEN)3. 生產(chǎn)工藝流程圖及其說明3.1 DOP生產(chǎn)工藝流程簡圖(見圖1)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I: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 C先制成單酯, 再經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)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 180C ,最后一級酯化溫度為 220230C ,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

14、99.8%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(qiáng)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v 10mg/kg）。中和，水洗是在一個帶攪拌的容器中同時進(jìn)行的。堿的用量為反應(yīng)混合物 酸值的35倍。使用20%勺碳酸鈉水溶液，當(dāng)加入無離子水后堿液濃度僅為 0.3% 左右。因此無需在進(jìn)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,5080C）、干燥（1.32 kPa,5080C） 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。吸 附劑成分為S©、AL2Q、FeO、MgO等，助濾劑（

15、硅藻土）成分為 SQ2、ALO3、 FeO、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(biāo)，同時除去DO沖殘存的微量催 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7001500mg氧/L ）用活性污泥進(jìn)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)能力330DOP年生產(chǎn)能力根據(jù)設(shè)計任務(wù)規(guī)定為年生產(chǎn)50000噸/年，取

16、工作日為天，此規(guī)模采用連續(xù)操作比較合理。DOP50000 噸年生產(chǎn)日330天日產(chǎn) DOP 50000- 330=151.52 噸每小時生產(chǎn)151.52- 24=6.31噸要求達(dá)到最后產(chǎn)品達(dá)規(guī)格產(chǎn)品規(guī)格：一等品 DOP含量99.5%故每小時要得純 DOP為：6.31 X 99.5%=6.28噸設(shè)整個過程之中DOP損失量為5%則實際每小時產(chǎn)純 DOP為6.28-( 1-5%) =6.61噸分子量：苯酐 148 異辛醇130 DOP 390 出0 181.2 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:第一步轉(zhuǎn)化率為100%，第二步轉(zhuǎn)化率為99.5%.一小時一級酯化反應(yīng)釜 進(jìn)釜 苯酐的量為

17、：6.61 X 1000- 390- 0.995=17kmol根據(jù)投料比 苯酐：異辛醇=1 : 2.3異辛醇投入量為17X 2.3=39.1 kmol理論需用異辛醇量17X2=34 kmol循環(huán)的異辛醇量39.1-34=5.1 kmol總辛醇量 39.1 +5.1 =44.2kmol出釜異辛醇量為44.2-17=27.2kmol鄰苯二甲酸一辛酯的量17 kmol1.2二級酯化段釜1物料計算進(jìn)釜異辛醇27.2kmol鄰苯二甲酸一辛酯的量17 kmol氧化鋁與辛酸亞錫復(fù)配催化劑量0.2 kmol3 N2 5m3/h出釜第一釜的轉(zhuǎn)化率Xa=0.523DOP 的物質(zhì)的量 nD =17 0.523 二

18、8.89kmol / h異辛醇量為 nB = 27.2 -8.89 =18.31kmol / h鄰苯二甲酸一辛酯的量 17- 8.89=8.11kmol/h氧化鋁與辛酸亞錫復(fù)配催化劑量0.2 kmol產(chǎn)生的水的物質(zhì)的量n水=17 0.523 =8.89kmol/h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=2.06:1。所以nB=8.89 2.06=18.31kmol/hN2 5m3/h,轉(zhuǎn)化為摩爾流量：5 101325201.35mol _0.2014kmol8.314 303.15(0.20148.89 18.31) 8.314 463.15

19、每一小時將有:101325= 1041m 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Dm 鄰 酸出塔苯酐異辛醇鄰苯甲酸辛酯量(kmol/h )1744.20量(kmol/h )027.217摩爾含量28720摩爾含量061.538.5(%)(%)表5二級酯化段釜1物料衡算表入釜異辛醇鄰苯二甲酸一辛酯氧化鋁與辛酸亞錫N2水DOP量(kmol/h )27.2170.20.201400出釜異辛醇鄰苯二甲氧化鋁與辛N2水DOP酸一辛酯酸亞錫量(kmol/h)18.318.110.20.20148.898.892. 熱量衡算表6各物質(zhì)比熱容物質(zhì)G,m/kJ/(mol.k

20、)(303K)Cp,m/kJ/(mol.k)(423K)Cp,m/kJ/(mol.K )fHm(298K)/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0.45230.53470.4935-978.7注：A-苯酐；B-異辛醇;C-鄰苯二甲酸一辛酯1. 預(yù)熱器顯熱計算：預(yù)熱器采用3.9MPa蒸汽將原料先預(yù)熱到1500CQ =nACpmA .T=17 269.4 (150-30)=0.55 106kJQB= nbCpeblT = 44.2 315.5 120=1.67 106kJ2. 反應(yīng)釜熱量的衡算以一級酯

21、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(xué)第一定律，其熱力學(xué)衡算式可表達(dá)為：H 二 q式中：H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?。反?yīng)焓變的計算如下：A(l , 423.15K)+ B(I,423.15K)iH1AH 4A(l , 404.75K)也H2A(s, 404.75K)心H3A(s , 298.15K)+ B(I,298.15K)H?C(I,423.5K)：H 5C(I,298.5K)：H6 Hi 二 nACp,m：T=17 269.4 (150-131.6) =-0.084 106kJ/h由于在恒溫恒壓下進(jìn)行，

22、所以 H2=0舊3= nACp,mT -17 269.4 (131.6 - 25) =-0.488 106 kJ/h.舊 4 二 nBCp,m J = -44.2 311.5 (150 - 25) = -1.72 106 kJ/h舊5 二 nc( ：fHmc - fHmA - fHmB) =17 (-978.7 672.6 373.2) = -1.14 1 03 kJ/h.舊6 二 nc：Cp,mc.：T =17 493.5 (150-25)=2.1 105 kJ/h所以： 舊7H 2：H3：H4 H5 舊6 =-2.29 106 kJ/h故反應(yīng)物系將放出2.29 106kJ/h，為保持反應(yīng)在

23、恒溫下進(jìn)行，需在夾套中沖一定流量的冷卻水。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=QX t X (1 + 耳)(8) Q °=Q+Q (9)式中：Q和Q,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，本設(shè)計取0.12。Q A=nM/ p 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

24、式量；p a苯酐密 度 1.527g/cm 3; t 單位時間(1 h )3Q A=nAMA/ p t=17 X 1000X 148 - (1.527 X 3600)=457.7 cm / S同理異辛醇體積流量QB p b異辛醇密度0.8176g/cm3Q B=nBlW p Bt=44.2 X 1000X 130 - (0.8176 X 3600)=1952.2cm3 / SQ o=Q+Q=457.7+1952.2=2409.9cm3 / S單級酯化反應(yīng)釜中，物料的平均停留時間為1.4 hVR=Qt (1+ ) =2409.9 X 1.4 X 3600X 1.12=10.69m3裝料系數(shù) &#

25、39;，根據(jù)實際生產(chǎn)條件或?qū)嶒灲Y(jié)果而定，通常取 0.60.85。若攪拌時產(chǎn)生泡沫或呈沸騰狀態(tài)，應(yīng)取低值，約為0.60.7 ;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)計物料攪拌狀態(tài)較平穩(wěn)，取0.8故攪拌釜的有效體積為:V=VM0.8=14.6/0.8=13.36m1.2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：Di=2.36m3 4V 34 1336. ：1.3二 .1.3 3.14故液面深度h4V2二 Dj4 13.363.14 2.362=3.06m反應(yīng)釜高:H=1.3h=3.06 x 1.3=3.98m當(dāng)Dj = 2360mm,查表

26、16-6得各參數(shù)如表6所示表7所查得的各參數(shù)曲面咼度h1直邊高度h2600mm40mm1.3反應(yīng)釜溫度與壓力查表45 設(shè)計溫度：150C +20C= 170C混合液平均密度naMa a nBMB ： b =1.03g/cm3nA Ma * DbM b已知：PW=0.101325MPaPt =gh Pw則工作壓力為:=1.°3 103 9.81 3.06 0.101325 106二 0.133MPa查表42設(shè)計壓力為工作壓力的110%則設(shè)計壓力為：P c=1.1Pt=1.1 x 0.133MPa=0.146MPa設(shè)備選材：查課本附表9-1設(shè)備選材：由于原料和產(chǎn)物對鋼材的腐蝕不大，溫度為

27、150C，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0Cr18Nil2M-o2Ti。1.4厚度計算Pc=0.146MPa T=170C，D=2360mm S t=136MPa © =1.0(雙面焊對接，100%探傷)，腐蝕裕量C2=2mm計算厚度S如下：SPc D i2 2七-Pc0.146 MPa x 2 3 60 m m一 2136 MPa 1 .0 - 0 . 14 6 MPa=1 .27 m m設(shè)計厚度Sd如下：= 1.27mm 2mm = 3.27mmSd=3.27，查表 10-10則負(fù)偏差G=0.25mmS+C=3.55mm 圓整

28、后為5mm即名義厚度S=5mm復(fù)驗 Sx 6%=0.3mm >C=0.25mm 故最后取 G=0.25mm 所以該反應(yīng)釜可以用5mm的0Cr18Nil2M-o2Ti高合金鋼板制作 水壓校驗：1.25 Pc ( D i / e )根據(jù)!.25 沖匸有(G W2、1 .250.146 MPa (2360 mm 3.75 m m)2 匯 3.75 m m=57 .5 MPa0.9：as=0.9 1.0 200MPa =180MPa由此得：二t乞09： yS =180故其強(qiáng)度滿足要求1.5攪拌器的設(shè)計及選型表8攪拌器型式適用條件表攪流動狀態(tài)攪拌目的轉(zhuǎn)速范 圍(r/mi n)最拌 器 型 式對 流

29、 循 環(huán)湍 流 擴(kuò) 散剪 切 流低 粘 度 混 合高粘 度液 混合 傳熱 反應(yīng)分散溶解固 體 懸 浮氣 體 吸 收結(jié) 晶傳 熱八、液 相 反 應(yīng)攪拌容器容積(m3)高 粘 度(P)渦 輪 式OOOOOOOOOOOO1 10010300500槳式OOOOOOOOOO1 2001030020推 進(jìn) 式OOOOOOOOO1 100010500500折 葉 開 啟 渦 輪 式OOOOOOOO1100010300500布 爾 馬 金 式OOOOOOOO1 10010300500錨式OOO1 1001 1001000螺桿式OOO1500.5501000螺帶式OOO1500.5501000注：有O者為合用，

30、空白者不詳或不合用。1.5.1攪拌器的選用及尺寸攪拌器的選型要根據(jù)攪拌目的，物料粘度，攪拌容器容積的大小來綜合考慮。 參照上表，為了實現(xiàn)物料的均相混合，達(dá)到返混，所以本設(shè)計選用六片平直葉圓 盤渦輪式攪拌器。由化工原理上冊教材中表4-1，選取葉輪直徑D=d/D=0.33, 即d=0.8m,葉寬b=0.2m轉(zhuǎn)速取n=1.2r/s，葉輪距槽底高度 C為D/3=1.1m。為了消除可能的打旋現(xiàn)象，強(qiáng)化傳熱和傳質(zhì)，安裝nb=6塊寬度W為0.1Di即0.236m的擋板。全檔板判斷如下：<1.2I x6=3.9，由于3.9>0.35,因此，符合全檔板條件 <0.33 丿1.5.2攪拌功率的計

31、算 采用永田進(jìn)治公式法計算Re=(d 2np)/ J3式中：d=0.85m, n=1.2r/s, 混合液平 均密度 p =1.01g/cm '=3.5 x10-4Pa.s故Re = DW =。曲心“乎打=3&108 >104為湍流，© =n,©為功率因 卩3.510數(shù)，N為功率數(shù)查圖 Rushton 算圖，當(dāng) Re=3.8"08 時，© =NP=6.1故 攪拌功率N =Np巾3d5 =5811w1.6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=50mm1.6.1被攪拌液體側(cè)的對流傳熱系數(shù) 二采用佐野雄二推薦的

32、關(guān)聯(lián)式計算：Nu=0.512( ”八 3) 0.227Pr0.33(d/Di)0.52(b/Di)0.0823；=4N/(二 Di Hp ),式中 N=5811W,Di=2.36m,p =1030kg/m,H=3.98m 故；=0.32W/kg、="/ p =3.5 x 10-4/1030=3.4 x 10-7m/s(;D4/3嚴(yán)=4.28 X 104Pr2239 °.00035 =0.710.110:jD/ =0.512( ；D/3) 0.227 Pr0.33(d/D) 0.52 (b/D)0.08=0.5124X 4.28 X 10 X 0.710.330.52X 0.

33、33X 0.0850.08=9.17 X 103故:j =0.11 X 9.17 X 103/2.36=427.4W/(m2.°C)1.6.2夾套冷卻水對流傳熱系數(shù):采用下式計算：:De/ =O.O27Re0.8Pr0.33V0.14(1+3.5(De/Dc)即：=0.027R0.8Pr0.33V0.14(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55°C,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.°C)，導(dǎo)熱系數(shù) =63.38,密度 p =992.2kg/m3黏度=0.000

34、656Pa.s , Pr=4.32由于反應(yīng)物系放出熱量 Q=2.08x106kJ/h=577.8kW，攪拌功率N=5811W故攪拌槽需移出熱Q=Q1+N=583.6kW=2100kJ/h。所以冷卻水質(zhì)量流量 m=Q/c(t Z 1)=583.6/ (4.174X 30)=4.66kg/s。夾套中水流速 u=m/( p PE)=4.66/(992.2 X 0.05 X 0.1)=0.94m/s ,De=4E=0.4m, Dc=2.9mRe=Du p / J =0.4 X 0.94 X 992.2/0.000656=0.57 X 106Pr4.174 0.00065663.385二 4.32 X

35、10-:De/ =0.027Re0.8 FT0.33 (1+3.5(D e/Dc)6 0.85 0.33=0.027 X (0.57 X 106)X (4.32 X 10 ) X (1+3.5 X 0.4/2.9)=58.46:=58.46X63.38/0.4=9263 W/(m2°C)所以總傳熱系數(shù)：1/K=1/ : j+1/： =1/631.6+1/11638.5=0.00167K=408.55W/(m2.°C)1.6.3夾套傳熱面積由 Q=KF =tm肚加2_(15025)(15055) _109 5oCIn (.：ti/.：t2)- In (125/95) 一得 F

36、=Q/K ：tm =2100.96 X 103/(408.55 X 109.5)=46.96m2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：2 2二DiH=3.14 X 2.36 X 3.98=29.49m。該面積小于所需傳熱面積，因此夾套設(shè)計符合要求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)及選型攪拌形式六片平直葉圓盤渦輪式攪拌器葉輪直徑D0.33m葉輪寬度b0.2m攪攪拌轉(zhuǎn)速n1.2r/s拌槳葉數(shù)z6器攪拌功率N5811W擋板數(shù)nb6攪拌擋板寬度w0.236m附件攪拌釜全容積（不包括封頭部分）V313.36m液面深度h3.0

37、6m反應(yīng)釜攪拌釜實際高度H3.98m攪拌釜內(nèi)徑D2.36m工作壓力Pt0.133MPa攪拌釜厚度Sn5mm夾套形式螺旋板夾套夾套螺旋板螺距P0.05m夾套環(huán)隙E0.10m夾套內(nèi)冷卻水流速u0.94m冷卻水移出熱量Q577.8kW被攪拌液體側(cè)的對流傳熱系數(shù)8427.4W/(m2. oC)夾套側(cè)冷卻水對流傳熱系數(shù)Of9263W/(m2. °C)攪拌槽總傳熱系數(shù)K408.55W/(m2. °C)所需夾套面積F246.96m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(jìn)行搪鉛處 理（鉛層厚6 8 ）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

38、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勺爆破片（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(jìn)行程度。所以需要將水帶出反應(yīng)釜，促進(jìn)反應(yīng)向產(chǎn)物方向進(jìn)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(jìn)行換熱器的計算與選型。工作條件：(1) .進(jìn)入冷凝器的氣體溫度2

39、00C；(2) .殼程工作壓力為1MPa;(3) .管程工作壓力0.74MPa.(4) .冷卻水溫度25 C。2.1選擇換熱器的類型由于反應(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190°C,出口溫度定為60°C;冷流體(循環(huán)水)進(jìn)口溫度為 25°C,出口溫度 為55°Co該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時進(jìn)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，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流動空間及流速的確定由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，因使循環(huán)冷卻水走管路，熱流 體走殼程

40、。選用25 2.5的碳鋼管，管內(nèi)流速取0.5m/s。2.3傳熱面積的確定兩股流體的進(jìn)出口溫度為：熱流體(出換熱器氣)200 -60r冷流體(水)55故傳熱推動力: Tm =77.46 C（200 一 55） 一 （60 一 25）"""ln（200 - 55） （60 - 25）表10入冷凝器的氣體的比熱容組分異辛醇水N2比熱容2000C600C2000C600C2000C600CKJ/（kg .C）2.2251.7154.5054.1780.7960.745組成kmol29.1258.810.2014產(chǎn)生熱Q kJ/h789236.296331.8635.4Qr

41、mcpATQTWCfc Q=789236.2 +96331.8 +635.4 =886203.4kJ/h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/mol61.9940.69液體比熱容KJ/(kg. C)2.2944.178組成kmol/h22.0128.805冷凝放熱kJ/h1364554.9358275.5冷凝放出總熱 Q=1364554.9 + 358275.5 =1722730.4kJ/hQ 總=Q + Q2 =886203.4 + 1722730.4 =2608933.75kJ/h =724.7kw故冷卻水用量：w 水=Q -= 2608933.75 = 20814

42、.85kg/hc 水:t4.178 30總傳熱系數(shù)K=599W/(m°C)管程流體的定性溫度t=(55+25)/2=40 °C,循環(huán)冷卻水相關(guān)物性數(shù)據(jù)密度 p =992.2kg/m3定壓比熱容 Cp=4.174KJ/(kg. C)導(dǎo)熱系數(shù) 0.6338W/(m2. °C)粘度 0.000656Pa.s由公式 Q=AKA Tm 可得 A' =Q/ ( KA Tn) =724700/ (408.55 X 77.46) =22.9m2考慮 15%勺裕度，則 A=1.15A' =26.3m22.4工藝尺寸的計算2.4.1管子數(shù)n的確定選用：25 2.5的碳

43、鋼管，管內(nèi)流速取0.5m/s。按單管程計算管子數(shù):4V:di di u=37.138根4X20814.853600 3.14 0.02 0.02 0.5 992.2每小時流入冷凝器的總物質(zhì)的量 n=41.1777kmol，冷凝器的工作壓力為1MPa,A:do ns26.33.14 0.025 38= 8.82采用四管程，則L=L1/4=2.2m，管子數(shù)m=4X n=4X 38= 152根 2.4.2管子的排列方式，管間距的確定設(shè)計采用正三角形排列，取管間距為t=32mm。2.4.3殼體直徑的確定殼體直徑：Di=t(n c-1)+2do式中：D換熱器內(nèi)徑，mmn c橫過管束中心線的管數(shù)，由于是正

44、三角形排列，nc =1.1. ns =1.1 .152 =13.56根：14根；do 換熱管外徑，mm所以，D=38X( 14-1 ) +2X 25=544mm,圓整取 600mm2.4.4折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%則切去的圓缺高度為：h=75mm取折流板間距B=0.3D,則B=159mm折流板數(shù)Nb=L/B -1 =9.25 塊，圓整厚取10快，折流板圓缺面水平裝配。查化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)得，折流板最小厚度為6mm折流板外徑323mm折流板開孔直徑為 25.8 0+0.41，材料為Q235-A鋼；拉桿選用16,共6根，材料為 Q235-AF鋼。245接管d =4

45、 17203.14 3600 5殼程流體進(jìn)出接管：去接管內(nèi)熱流體流速5m/s =0.35m管程流體進(jìn)出接管：去接管內(nèi)冷卻水流速為1.5m/s,則接管內(nèi)徑為二 0.07m4x2081485.3.14 1.5 3600 992.2取標(biāo)準(zhǔn)值徑為70mm參照化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)表6-21，殼程流體進(jìn)出接管管長200mm管程流體進(jìn)出接管管長150mm壁厚均用10mm2.5.殼體厚度殼體材料選用20R鋼，計算壁厚的公式為：S=PcD/ （2c七-Pc）式中：Pc計算壓力，取 Pc為1X 1.仁1.1MPa ;D=300mm =0.85c80=130Mpa（取殼體溫度為80 C）S=300X 1.1/（2X 1

46、30X 0.85-1.1 ） =1.63mm取 Q=2mm； C1=0.25mm 圓整后取 S=6mm 復(fù)驗 6 X 6%=0.360.25 故最終取G=0.25mm故 S=6mm2.6換熱器封頭的確定上下封頭均采用標(biāo)準(zhǔn)橢球形封頭，根據(jù)封頭為DN1400X 5。曲面高度h1=70mm直邊高度h2=25mm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(biāo)準(zhǔn)，選用 PN1.6Mpa DN400mm 的榫槽密封面長頸對焊法蘭。2.8開孔補(bǔ)強(qiáng)換熱器封頭和殼體上的接管都需要補(bǔ)強(qiáng)，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

47、.9支座選用型號JB/4712-92 鞍座BI 700 F 。2.10冷凝器設(shè)計匯總表12冷凝器設(shè)計匯總筒體內(nèi)徑(mm)200折流板數(shù)目54壁厚(mm)6間距(mm)120封頭(橢圓型)半徑(mm)100高度(mm)300高度(mm)70直邊高度(mm)25列管管長(mm)2200拉桿尺寸(mm)16數(shù)目38數(shù)目6尺寸(mm) 25 X 2.5接管殼程流體進(jìn)出接管公稱直徑：140mm 厚度 mm不凝性氣體排除接管公稱直徑：20mm厚度3mm管程流體進(jìn)出接管公稱直徑：80mm厚度 4mm五環(huán)境保護(hù)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13酯化液與中和廢水的組成酯化反應(yīng)液%中和廢堿液Mg/LDOP90. 4DOP2000苯酐7. 83苯酐2000苯二甲酸單0.065苯二甲酸單1000辛酯辛酯鈉硫酸單辛酯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，則可革除中和不洗兩個工序；其次，當(dāng)然也不可避免地要進(jìn)行 廢水處理。一般說全部處理過程分為回收和凈化兩級?；厥?/p>