八萬噸DOP鄰苯二甲酸二辛酯工藝的設計論文

1、八萬噸DOP鄰苯二甲酸二辛酯工藝的設計摘要鄰苯二甲酸二辛酯，簡稱DOP。分子式:C24H38O4是一種重要的通用增塑劑，是目前國外應用最廣泛的增塑劑之一。它廣泛應用于橡膠、塑料和制藥行業(yè)，在國民經(jīng)濟中占有十分重要的地位。經(jīng)過對各種生產原料和合成工藝的分析比較，設計工藝采用串聯(lián)多反應器連續(xù)酯化技術，催化劑由氧化鋁和辛酸亞錫按1: 1的比例復配而成，年產鄰苯二甲酸二辛酯8萬噸，滿足國家需求。本設計遵循“技術成熟、工藝先進、設備配置科學、環(huán)保安全、經(jīng)濟效益”的原則，在比較國外各種先進生產方法、工藝流程和設備配置的基礎上，選擇苯酐和異辛醇酯化、脫醇、精制生產鄰苯二甲酸二辛酯的工藝路線。設計重點是生產工

2、藝設計、工藝計算和設備設計選型的論證，有帶控制點的工藝流程圖、主要生產設備的結構和尺寸圖、生產車間的設備配置圖。最后考慮環(huán)境保護和勞動安全，以減少“三廢”的排放，加強“三廢”的處理，保證安全生產，消除和最大限度地減少工廠生產對員工的危害。關鍵詞:DOP異辛醇苯酐工藝設計，工藝計算設備選擇目錄 HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548046 一總論七 HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548047 1概述七 HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548048 1.1增塑劑DOP的性質七 HYPERLINK l _RefHe

3、ading_Toc262548049 1.2產品用途七 HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548050 1.3DOP在國民經(jīng)濟中的重要性七 HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548051 1.4的市場需求 DOP八 HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548053 2設計的目的和意義八 HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548056 3設計依據(jù)和原則八 HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548057 3.1設計依據(jù)八 HYPERLINK l _RefHeading_T

4、oc262548058 3.2設計原則八 HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548059 4設計圍九 HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548064 5DOP生產能力與產品質量標準九 HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548065 5.1生產能力九 HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548066 5.2產品質量標準九二。生產工藝流程的設計和演示1.生產技術的選擇和示范2.工藝參數(shù)的確定2. HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548080 1酯化工序.112. HYP

5、ERLINK l _RefHeading_Toc262548081 2中和、洗滌工序.112. HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548082 3脫醇工序.12 HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548083 2.4干燥、過濾工序.123.生產工藝流程圖及其說明3.1 DOP生產工藝流程圖3.2生產過程描述三。過程計算1.物料平衡1.1設計生產能力1.2第二酯化釜1中物料的計算1.3酯化工段物料平衡結果2.熱量平衡主要設備設計和選擇1.反應釜的設計和選擇1.1反應器容積的確定1.2反應器高度和底部直徑201.3反應釜溫度和壓力1.4反應器壁厚

6、的計算1.5攪拌器的設計和選擇1.5.1攪拌器類型適用條件表1.5.2攪拌器的選擇和尺寸1.5.3攪拌功率的計算1.6導管架傳熱面積的計算和核算1.6.1攪拌液體側的對流傳熱系數(shù)1.6.2水套冷卻水的對流換熱系數(shù)1.6.3導管架傳熱面積1.7反應釜主要技術特征概述2.冷凝器的設計和選擇2.1選擇熱交換器的類型2.2流動空間和流速的確定2.3傳熱面積的確定2.4冷凝器工藝尺寸的計算2.4.1管道數(shù)量n的確定2.4.2管道布置、管道間距的確定2.4.3殼體直徑的確定2.4.4擋板2.4.5接管2.5.殼體厚度2.6熱交換器壓頭的確定2.7容器法蘭的選擇2.8開口加固2.9軸承2.10冷凝器設計總結

7、 HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548142 五環(huán)境保護與勞動安全 .32 HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548158 1DOP三廢處理.32 HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548162 2.DOP安全生產.33 HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548185 六設計結果評析與總結.34 HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548186 致.35 HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548187 參考文獻.35附圖1.帶控制點的工藝

8、流程圖主要生產設備結構尺寸圖熱交換器示意圖生產車間設備配置布局DOP工廠總平面布置圖一.概述1.概觀1.1增塑劑DOP的性能DOP化學名為鄰苯二甲酸二辛酯，是一種帶支鏈的側鏈醇酯。它是一種無色油狀液體，有特殊氣味。比重0.9861(20/20)，熔點-55，沸點370(大氣壓)，不溶于水，溶于乙醇、乙醚、礦物油等大部分有機溶劑。與二丁酯(DBP)相比，DOP的揮發(fā)性僅為DBP的1/20。與水的相容性較低，具有良好的電性能，但也存在熱穩(wěn)定性差、耐遷移性差、耐寒性差、衛(wèi)生等缺點。1.2產品使用鄰苯二甲酸二辛酯是一種重要的通用增塑劑，主要用于PVC樹脂、化纖樹脂、醋酸樹脂、ABS樹脂、橡膠等高聚物的

9、加工，以及涂料、染料、分散劑等。通用DOP，廣泛用于塑料、橡膠、涂料和乳化劑行業(yè)。增塑的PVC可用于制造人造革、農用薄膜、包裝材料、電纜等。電氣級DOP具有一般級DOP的所有性能，還具有良好的電絕緣性能，主要用于生產電線。DOP級主要用于生產食品包裝材料。一級DOP主要用于生產醫(yī)療衛(wèi)生產品，如一次性醫(yī)療器械和醫(yī)用包裝材料。主要用途:DOP是一種通用增塑劑，主要用于加工聚氯乙烯、化工樹脂、醋酸樹脂、ABS樹脂和橡膠等高聚物、油漆、染料、分散劑等。DOP增塑的PVC可用于制造人造革、農用薄膜、包裝材料、電纜等。本品是一種對各種樹脂溶解性很強的增塑劑，可與各種纖維素樹脂、橡膠、乙烯基樹脂相溶，具有良

10、好的成膜性、粘接性和防水性。它與鄰苯二甲酸二乙酯一起用于生產醋酸纖維素薄膜、清漆、透明紙和模塑粉。生產中使用了少量的硝化纖維素。也可用作丁腈橡膠的增塑劑。本品還可用作驅蚊油(原油)、聚氟乙烯涂料、過氧化甲乙酮、香水(人工麝香)的溶劑。可作為酯交換法生產鄰苯二甲酸二環(huán)己酯和鄰苯二甲酸高級醇的原料，與其他有機化合物合成。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的45%。它是一種重要的通用增塑劑。任何增塑劑和DOP比，在技術和經(jīng)濟上都有絕對優(yōu)勢。據(jù)有關資料顯示，近年來，國外增塑劑產能已超過6 400 kt/a，我國增塑劑需求增長率約為8

11、%。產品具有質量高、品種多、環(huán)境污染少的特點。它廣泛應用于石油化工、醫(yī)藥工業(yè)、紡織工業(yè)、生化工業(yè)、能源和交通運輸業(yè)，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)濟的快速增長，增塑劑作為基礎化學合成材料添加劑的市場需求將會大大增加。在消費量大的新領域，中國市場的需求將強勁增長。然而，由于鄰苯二甲酸二異壬酯(DINP)在某些應用領域優(yōu)于DOP，預計未來幾年全球DOP市場將面臨DINP的挑戰(zhàn)。在市場上，DOP一直有價格優(yōu)勢，但估計未來DOP的低價優(yōu)勢會減弱。2.設計的目的和意義通過本課程的設計，我們力求達到以下目的和意義:(1)在學習和掌握化工工藝學、化工機械與設備基礎、化

12、工原理等課程的基礎理論和基本知識的基礎上。，通過本課程設計，培養(yǎng)我們綜合運用這些知識分析和解決實際問題以進行合作攻關的能力，培養(yǎng)我們運用文獻資料、設計計算技術的能力，提高寫作和語言表達能力，為以后的學習和畢業(yè)論文(設計)打下基礎。(2)通過完成設計，我們可以知道DOP的目的；掌握由苯酐和異辛醇生產DOP的工藝；了解國外DOP行業(yè)的發(fā)展狀況；隨著DOP行業(yè)的發(fā)展趨勢。3.項目設計的依據(jù)和原則3.1設計基礎化工原理這門課程設計是在設計任務書的基礎上，綜合文獻檢索、資料收集和綜合分析，并以最新的科研成果和實踐經(jīng)驗為基礎，博采眾長，選擇合適的設計方案。3.2設計原則本課題的設計原則和指導思想如下:(1

13、)按照技術先進、成熟、可靠、經(jīng)濟、合理的原則對技術方案進行論證，確定最佳方案；(2)盡可能采用節(jié)能技術和高效設備，充分發(fā)揮規(guī)模效應，降低能耗、物耗和生產成本，提高項目的經(jīng)濟效益和社會效益；(3)考慮“三廢”治理和副產品綜合利用，充分重視環(huán)境保護和污染防治，以科學生產、安全生產和提高社會效益為主要原則。4.設計周長該設計范圍包括:(1)工藝生產方法的確定、生產工藝的設計和論證(2)工藝計算(包括物料平衡和熱量平衡)(3)酯化合成工藝中主要生產設備的設計和選擇(4)安全生產和環(huán)境保護措施(5)設計和繪圖設計重點:生產工藝的設計與論證、工藝計算、設備設計與選型、設計與繪圖。5.DOP生產能力和質量標

14、準5.1生產能力該項目年產DOP 8萬噸，年開工日期330天(全天候)，日產DOP 242.42噸。5.2產品質量標準該產品質量規(guī)格為一等品，執(zhí)行國家產品質量標準GBL 1406-8，如表1所示。表1 DOP質量指標項目指數(shù)優(yōu)等品一級品合格制品外部透明液體，無懸浮物。酯含量，% 99.099.5099.50密度(20)，克/立方厘米0.981-0.986酸度(以對苯二甲酸二甲酯計)% 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？。m2一個0.5二、生產流程設計1.生產技術的選擇和論證生產過程操作分為批量操作和連續(xù)操

15、作。批量生產的好處是設備簡單改變生產品種的產能；缺點是原材料消耗定額高，能耗高，勞動生產效率低，產品質量不穩(wěn)定。間歇生產模式適合多品種小批量生產。而連續(xù)法生產能力大，適合大噸位DOP的生產。由于本設計產品生產能力大，采用連續(xù)生產方式。酯化設備分為塔式反應器和串聯(lián)多釜反應器。前者結構復雜，結構緊湊，投資少，運行控制要求高，功耗低。但在反應釜中，流態(tài)接近返混，釜內各部分的組成和溫度完全一致。多個反應器串聯(lián)后，停留時間分布特性可轉化為活塞流。此外，DOP等主要增塑劑的需求量很大，全連續(xù)生產的產品質量穩(wěn)定，原料和能耗低，勞動生產率高，相對經(jīng)濟。因此，本設計采用串聯(lián)多反應器全連續(xù)生產工藝。催化劑分為酸性

16、催化劑和非酸性催化劑。由于非酸性催化劑可以避免中和和水洗，并且可以通過過濾除去，因此與酸性催化劑相比，具有生產高質量增塑劑產品和減少污染的優(yōu)點。因此，本設計使用非酸性催化劑。非酸性催化劑分為單一催化劑和復合催化劑。由于其催化反應時間長，單一催化劑不適合酯化反應。相反，復合催化劑催化反應時間短，轉化率高，酸值降低幅度大，適合酯化反應。氧化鋁和辛酸亞錫以1: 1的比例復配的非酸性催化劑對DOP的合成效果最好，力求工藝簡單、設備少、熱能利用合理、產品質量高。根據(jù)我國進口裝置使用國產催化劑的成功經(jīng)驗，選用國產催化劑既滿足工藝和產品質量要求，又能節(jié)約外匯，并能取得良好的經(jīng)濟效果。非酸催化酯化工藝是80年

17、代初成功應用于工業(yè)生產的先進技術。有兩種典型的工藝流程:1 .酯化-脫醇-中和及水洗-汽提-干燥-過濾；2.酯化、中和、水洗、脫醇、汽提、干燥和過濾。與兩者相比，第一種工藝，以氧化鋁和辛酸亞錫按1: 1的比例進行酯化反應，具有反應時間短、酯收率高、產品質量好(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。此外，公用工程消耗低，熱能利用合理，可生產多種DOP產品?？紤]國內條件和生產運行經(jīng)驗，擬采用典型工藝流程，設計新的國內工藝流程。綜上所述，本設計選擇酯化-脫醇-中和及水洗-汽提-干燥-過濾的工藝流程，采用多釜串聯(lián)連續(xù)酯化技術。催化劑為氧化鋁和辛酸亞錫的復合催化劑，氧化鋁和辛酸

18、亞錫的比例為11。2.工藝參數(shù)的確定2.1酯化過程將苯酐和辛醇按比例在五個串聯(lián)的階梯狀酯化釜中進行酯化，在1: 1的氧化鋁和辛酸亞錫的作用下生成粗酯。主要工藝參數(shù)確定如下:(1)第五釜的進料溫度和反應溫度見表2。(2)進料比:PA: 2-EH = 1: 2.30(重量)(3)催化劑用量:0.03%(重量)(4)酯化壓力:常壓(帶氮氣密封)表2進料溫度和帶釜反應溫度巴拿馬1呃催化劑1個水壺2水壺3水壺水壺45水壺17017520190200210220230(5)停留時間:約7h，酯化釜容積為27.4m3(6)酯化釜攪拌器轉速:74r/min(7)總轉化率:約99.5%2.2脫醇過程因為酯化反應

19、是在過量醇的條件下進行的，所以粗酯中的醇必須除去并回收。本設計采用真空空降膜脫醇工藝，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)進料粗酯的酒精含量:16% 17%(3)降膜脫醇的真空度:30毫巴(4)加熱蒸汽壓力:20ba2.3中和及洗滌過程由于酯化過程中會產生一些酸性雜質，如單酯，本設計采用Na0H水溶液進行中和，會產生水溶性鈉鹽來分離酯。中和工藝參數(shù)確定如下:(1)1)Na0H水溶液的濃度:0.3(重量%)(2)洗滌溫度:95(3)粗酯堿= 61(VO1)(4)中和攪拌速度:180轉/分(5)洗滌和攪拌速度:50r/min(6)6)氫

20、氧化鈉單耗:0.4千克/tdop(7)中和和水洗后的酸值:0.01 0.02 KOH mg/DOP2.4剝離過程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。本設計采用過熱蒸汽直接減壓汽提工藝。剝離工藝參數(shù)確定如下:(1)粗酯塔溫度:1401600(2)汽提塔頂部真空度:40毫巴(3)干燥塔頂真空度:99毫巴(4)粗酯量:汽提蒸汽量:10: 1(重量)(5)干燥塔出口酯中的水含量:0.01% 0.05%(重量)2.5過濾過程在粗酯中加入吸附劑和助濾劑，通過吸附作用除去粗酯中含色素的有機物和殘留的催化劑等機械雜質，保證DOP產品的透明和純度。本設計采用兩級過濾工藝，粗過濾采用時控芬達

21、過濾器，精過濾采用多層濾紙。過濾工藝參數(shù)確定如下:(1)粗酯溫度:90(2)芬達過濾器的粗濾周期:48h。(3)精濾后的DOP色值:10 15(哈森)3.生產工藝流程圖及其說明3.1 DOP生產工藝流程圖(見圖1)燒堿去離子水助濾劑鄰苯二甲酸酐、異辛醇催化劑，N2初級酯化二次酯化中和汽提脫醇干燥的過濾器廢水產品過濾圖1 DOP工藝流程框圖3.2生產工藝流程描述(參見CAD圖一:工藝流程圖)將熔融的苯酐和辛醇在130 150按一定的摩爾比(1:2.2 1:2.5配制成單酯，然后預熱送入串聯(lián)的四個階梯式酯化反應器的第一級。這里還加入了非酸化催化劑。第二級酯化反應器溫度控制在不低于180，最后一級酯

22、化溫度為220 230，酯化部分用3.9MPa蒸汽加熱。為了防止反應混合物在高溫下長時間停留和著色，并加強酯化過程，在每個酯化釜底部通入高純氮氣(氧含量 C1=0.25mm進行復檢，所以最終取C1=0.25mm。因此，電抗器可采用5mm 0Cr18Nil2M-o2Ti高合金鋼板制造。水壓檢查:根據(jù)的說法:因此，=180，所以其強度滿足要求。1.5攪拌器的設計和選擇表8攪拌器類型的適用條件攪拌器類型流動攪動目的攪拌容器的容積(m3)旋轉速度(轉/分)最大粘度(p)對流環(huán)流湍流擴散剪切流低粘度混合高粘度液體混合傳熱反應分散溶解固體懸浮液氣體吸收透明的熱傳遞液相反應渦輪類型零號零號零號零號零號零號零

23、號零號零號零號零號零號110010300500槳式零號零號零號零號零號零號零號零號零號零號12001030020推動式零號零號零號零號零號零號零號零號零號1100010500500葉片開啟渦輪式零號零號零號零號零號零號零號零號1100010300500伯馬克的風格零號零號零號零號零號零號零號零號110010300500錨類型零號零號零號110011001000螺旋式零號零號零號1500.5501000螺旋帶式零號零號零號1500.5501000注:如果有,則合適；如果有空白，那就是未知或者不適合。1.5.1攪拌器的選擇和尺寸攪拌器的選擇應根據(jù)攪拌目的、物料粘度和攪拌容器的容積綜合考慮。參考上表

24、，為了實現(xiàn)物料的均勻混合和返混，本設計選用了六片平葉片的圓盤渦輪攪拌器。根據(jù)化工原理教材中的表4-1，葉輪直徑d/Di=0.33，即d=0.99m，葉片寬度b=0.2m，轉速n=1.2r/s，葉輪到罐底的高度c d/3 = 0.99m。為了消除可能出現(xiàn)的旋流現(xiàn)象，強化傳熱傳質，安裝nb=6的擋板，寬度W為0.1Di，即0.32m，整個擋板判斷如下:1.2 。N=1.26=0.42，因為0.420.35，因此，滿足全擋板要求。1.5.2攪拌功率計算采用永田公式法計算。Re=(d2n)/公式中:d = 0.99m米，n = 1.2r/秒，平均密度= 1.28克/立方厘米，= 3.510-4pas因

25、此，Re=5.31106104為湍流，=Np，為功率因數(shù)，Np為冪數(shù)。查查拉什頓的圖，算算。當Re=4.7106時，=Np=6.2。因此，攪拌功率n = N=Npn3d5=13041.3W1.6夾套傳熱面積的計算和核算選擇螺旋板夾套，環(huán)隙E=100mm，節(jié)距P=50mm。1.6.1攪拌液體側的對流傳熱系數(shù)使用佐野雄二推薦的相關公式計算:努杰= 0.512(D4/3)0.227普拉0.33(迪拜/迪拜)0.52(迪拜/迪拜)0.08= 4N/(Di2H)，其中n = 13041.3w，di = 2.99m， = 1280kg/m3，h = 4.32m因此，=0.34W/kg=/= 3.510-4

26、/1280 = 2.7310-7m 2/s(第4/第3)0.227=1.1104Pr=迪/D4 = 0.512(/3)0.227普拉0.33(每日)0.52(每日)0.08=0.5121.11040.710.330.330.520.200.08=2.5104因此，= 0.112.5104/2.99 = 919 w/(m2 . oc)1.6.2水套冷卻水的對流傳熱系數(shù)以下公式用于計算:DC德/= 0.027 re 0.8 pr 0.33v 0.14(1+3.5(德/)即DC = 0.027 re 0.8 pr 0.33v 0.14(1+3.5(德/)/德冷卻水套入口溫度為25，冷卻水套出口溫度為

27、55，為定性溫度。T=40oC，在此溫度下，水的相關物理性質如下:比熱容cp=4.174kJ/(kg.oC)導熱系數(shù)=63.38密度= 992.2千克/立方米粘度= 0.000656帕秒Pr=4.32由于反應物體系釋放的熱量Q1 = 6kJ/h = 1225.00 kw，攪拌功率N = 13041.3W因此，需要從攪拌罐中移除熱量Q=Q1+N=1238.04kW。因此，冷卻水的質量流量m = q/CP(T2-t1)= 1238.04/(4.17430)= 9.88千克/秒水在夾套中的流速u = m/(PE)= 9.88/(992.20.050.1)= 1.99米/秒，德=4E=0.4m直流=2

28、.9mRe =德烏/= 0.41.99992.2/0.000656 = 1.2010610-5德/= 0.027里0.8 Pr0.33 (1+3.5(德/直流)0=0.027(1.20106)0.8(4.3210-5)0.33(1+3.50.4/2.9)=106.04= 106.0463.38/0.4 = 16802.8 w/(m2 . oc)所以總傳熱系數(shù):1/K = 1/+1/= 1/919+1/16802.8 = 0.00115K=869.6W/(m2.oC)1.6.3夾套傳熱面積其中Q=KF= oC得到f = q/k= 1238.04103/(869.6109.5)= 23.3需要檢查

29、夾套的可能傳熱面積是否能滿足傳熱要求。由于攪拌槽提供的最小傳熱面積:DIH = 3.14 2.99 4.32 = 40.6m2，該面積大于要求的傳熱面積F=23.6m2，因此夾套設計滿足要求。圖2反應器的基本結構1.7反應釜主要技術特征概述表9反應器的主要技術特征項目標志設計數(shù)據(jù)和類型選擇妨礙混合并攪拌用具攪拌形式六葉片平葉片圓盤渦輪攪拌器葉輪直徑d1.1米葉輪寬度b0.2米葉輪距釜底的高度c0.99米攪拌速度n1.2r/秒葉片數(shù)量z六攪拌力普通13041.3W傳播附件數(shù)字擋板鈮六擋板寬度w0.32米計數(shù)器應該做大鍋攪拌罐的全部容積(不包括頂部)V29.1立方米液位深度h3.32米攪拌罐的實際

30、高度H4.32米攪拌釜經(jīng)典數(shù)據(jù)輸入(Data Input)(英)國防情報局(Defence Inteligence)密度指示器(Density Indicator)2.99米工作壓力體育鍛煉0.14兆帕攪拌罐厚度錫5毫米短上衣剪輯形式螺旋護套螺距P0.05米衣領縫隙E0.10米水套冷卻水速度u1.99米冷卻水每小時帶走熱量。Q1189.32千瓦攪拌液體側的對流傳熱系數(shù)890瓦/(平方米攝氏度)夾套側冷卻水的對流傳熱系數(shù)16802.8瓦/(平方米攝氏度)攪拌槽總傳熱系數(shù)K869.6瓦/(平方米攝氏度)要求的護套面積F23.3平方米由于釜內介質具有一定的腐蝕性，要求釜體和釜蓋表面應襯鉛(鉛層厚度為

31、6-8層)并襯兩層耐酸瓷片。考慮到搪鉛工藝的實施和搪鉛過程中的鉛中毒，釜體和釜蓋必須用法蘭連接。此外，考慮到釜式介質的反應速度難以控制，對介質有腐蝕性，安全閥不宜作為本設備的超壓泄放裝置，因此本設備的超壓泄放裝置選用泄放直徑為200mm的爆破片(3mm厚的鉛平爆破片和2mm厚的耐酸橡膠板)。2.冷凝器的設計與選擇對于第二階段酯化反應，由于是可逆反應，過程中會生成水，會影響反應的進程。因此，需要將水從反應釜中取出，以促進反應向產物方向進行。在反應液中，異辛醇會帶水出反應釜，作為帶水劑，會浪費原料。因此，在反應釜上安裝熱交換器和分離器，以排出和回流異辛醇。這里以二次反應第一釜為例進行換熱器的計算和

32、選擇。2.1選擇熱交換器的類型。當反應溫度低于200時，兩種流體的溫度變?yōu)?進入換熱器的熱流體溫度為190，出口溫度為600；冷流體(循環(huán)水)入口溫度250C，出口溫度550C，換熱器采用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季運行時入口溫度會降低?？紤]到這一因素，估計換熱器的管壁溫度與殼壁溫度相差較大，初步確定選用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。2.2流動空間和流速的確定由于循環(huán)冷卻水容易結垢，為了方便除垢，循環(huán)冷卻水走管道，熱流體走殼程。選用碳鋼管，管道流速為0.5m/s2.3傳熱面積的確定兩種流體的進出口溫度為:熱流體(來自換熱器的氣體)20060冷流體(水)55 25因此，傳熱的驅動力:Tm =77.46分子

33、量:鄰苯二甲酸酐148.12異辛醇130.0dp390.3H2O 18表10進入冷凝器的氣體比熱容成分異辛醇水N2比熱KJ/(kg。)2000年c600攝氏度2000年c600攝氏度2000年c600攝氏度2.2251.7154.5054.1780.7960.745成分kmol35.2514.100.32216產生熱量Q1千焦/小時1263853.5154262.21016.6Q1=mcpT，T=1400Cq1=1263853.5+154262.2+1016.6=1419132.3kj/h表11凝析油組分的汽化熱及液體的熱容成分異辛醇水氣化熱wr KJ/mol61.9940.69液體比熱KJ/

34、(kg。)2.2944.178成分kmol/h35.2514.10放熱kJ/h2185147.657372.9總冷凝熱Q2 = 2185147.6+57372.9 = 2758876.6 kj/h總q = Q1+Q2 = 1419132.3+2758876.6 = 4178008.9 kj/h = 1160.6 kw因此，冷卻用水量:W水=總傳熱系數(shù)K=869.6W/(m2.oC)管道流體的定性溫度t=(55+25)/2=40oC，循環(huán)冷卻水的物性數(shù)據(jù)密度= 992.2千克/立方米恒壓比熱容cp=4.174KJ/(kg。)導熱系數(shù)為0.6338瓦/(平方米攝氏度)粘度為0.000656帕秒由公

35、式Q=AK Tm可得a = Q/(kTM)= 116060/(77.46869.6)= 25.47 m2?？紤]到15%的余量，a = 1.15a = 29.3m2。2.4工藝尺寸的計算2.4.1確定管道數(shù)量n選用碳鋼管，管流量0.5m/s，按單管程計算管字數(shù):carbon steel pipe is selected, and the pipe flow rate is 0.5m/s. Calculate the number of pipe words by single pipe pass:對于四個管程，l = L1/4 = 1.5米管道數(shù)量n1=4n=2402.4.2管道的布置和管道間距

36、的確定設計成正三角形排列，管間距a=32mm。2.4.3殼體直徑的確定殼體直徑:Di=t(nc-1)+2do式中:di換熱器直徑，mm；Nc穿過管束中心線的管子數(shù)，呈正三角形排列，；Do 換熱管的外徑，mm；所以Di=32(19-1)+225=625mm，四舍五入為700mm。擋板采用拱形擋板，拱形擋板的圓形缺口高度為殼體直徑的25%，因此圓形缺口截斷高度為:h=175mm。取擋板間距B=0.3Di，則B=210mm。擋板數(shù)量NB=L/B -1 =6.767，擋板圓形面水平組裝。根據(jù)化工設備力學基礎，擋板最小厚度為4mm，擋板外徑為696mm，擋板開口直徑為 25.80+0.41，材質為Q23

37、5-A鋼。選用 16拉桿，共6根，材質為Q235-AF鋼。接管殼體流體進出口管道:管道的熱流體流速為5m/s管道流體進出口連接:當連接管的冷卻水流量為2.99米/秒時，連接管徑為標準直徑是90毫米。2.5.蛋殼厚度殼體由20R鋼制成，壁厚計算公式為:s = PcDi/(2t-Pc)式中:PC為計算壓力，取Pc為11.1 = 1.1 MPa；Di = 700mm毫米；=0.85“”80 = 130 MPa(假設殼體溫度為80)s = 7001.1/(21300.85-0.11)= 3.18毫米C2 = 2mm；C1=0.25mm，四舍五入后S=6mm，復檢后6 6% = 0.36 0.25，所以

38、最終取C1=0.25mm。因此S=6mm2.6熱交換器壓頭的確定上下封頭采用標準橢圓封頭，封頭尺寸為DN14005。曲面高度h1=100mm，直邊高度h2=25mm，材料選用20 R鋼。2.7容器法蘭的選擇材料采用16MnR鋼，按/4703-2000標準選用PN1.6Mpa、DN400mm的榫槽密封面長頸焊接法蘭。2.8孔洞加固換熱器封頭和殼體上的管口需要加強，在開口外側焊接一塊與容器壁材質和厚度相同的20R鋼板，即5mm厚。2.9支持選擇型號/4712-92鞍式BI 700 F。2.10冷凝器設計總結表12冷凝器設計總結主體直徑(毫米)700隔板數(shù)字七壁厚(毫米)六間距(毫米)210端蓋(橢

39、圓形)半徑(毫米)700高度(毫米)175高度(毫米)100直邊高度(毫米)25裝管管長1630拉桿尺寸(毫米)16數(shù)字300數(shù)字六尺寸(毫米)252.5接管殼體流體進出口管公稱直徑:410mm，厚度4mm不凝氣體排放噴嘴公稱直徑:20mm，厚度3mm管道流體進出口管公稱直徑:90毫米，厚度4毫米通過次數(shù)四動詞 （verb的縮寫）環(huán)境保護和勞動安全1.1 .“三廢”的處理。DOP生產工藝生產過程中工業(yè)廢水的主要來源是酯化反應產生的水；多次中和后含有單酯鈉鹽等雜質的廢堿；洗滌粗酯的水；脫醇過程中汽提蒸汽的冷凝水，其成分大致如下:表12酯化液和中和廢水成分酯化反應溶液%中和廢堿液毫克/升圓形容器9

40、0.4圓形容器2000鄰苯二甲酸酐7.83鄰苯二甲酸酐2000單鄰苯二甲酸辛基酯0.065單鄰苯二甲酸辛基酯鈉1000硫酸單辛酯1.16單辛基硫酸鈉23000硫酸單辛酯0.19單辛基硫酸鈉4000這種處理方法首先應該減少生產過程中廢水的排放。例如，如果在本設計中使用非酸性催化劑，則可以省去中和和水洗兩個過程；其次，當然廢水處理是不可避免的。一般來說，整個處理過程分為回收和凈化兩個層次?；厥諘r必須考慮經(jīng)濟效益。如果回收有效成分的成本很高，不如用少量的堿破壞掉。本設計回收的辛醇一部分直接循環(huán)到酯化部分，另一部分需要分餾和催化加氫。生產廢水(COD值700 1500 mhg/L)可經(jīng)活性污泥處理后排

41、放。DOP生產過程中的安全問題化工產品生產是一個高危行業(yè)，所以在整個化工生產中，必須考慮設備安裝、施工、操作等各個方面的安全因素。，并在設計過程中進行周密考慮，最大限度地消除安全隱患，將事故概率降到最低。在設計中，工藝中要考慮的安全系數(shù)主要是避免設備和管道的截止壓力超過允許超壓而造成災難性事故。一般采用安全泄壓裝置同時排放管道內的介質，使管道的截止壓力迅速下降?？捎糜谠O備和管道的安全泄壓裝置主要有爆破片和安全閥，也可在管道上加裝安全水封和安全放空管。介質的易燃性和爆炸性是相互聯(lián)系的，防爆的首要措施是防火，所以DOP生產的安全首先要從防火入手。根據(jù)DOP生產的特點，應采取以下防火措施:輸送原料和

42、產品的罐體和管道附近嚴禁火源，并有明顯的標志和標牌。車間內不得存放易燃物品，保持地溝暢通，防止易燃氣體和液體積聚，并加強車間通風。電氣設備應防爆，電纜和電源應絕緣良好，以防止電火花。安全接地以防止靜電。有必要的消防設備。DOP生產中防爆應注意以下幾點:嚴格執(zhí)行壓力容器和承壓設備使用管理的有關規(guī)定，操作人員必須經(jīng)過嚴格培訓。運行中不隨意改變工藝參數(shù)，不超溫超壓，提高設備服務水平。(3)壓力容器和管道的安全設施齊全，靈敏可靠，如安全閥、壓力表、防爆板、聯(lián)鎖信號和自動調節(jié)裝置等。嚴格執(zhí)行防火規(guī)定和安全技術措施，嚴格控制爆炸介質不升至爆炸區(qū)域。不及物動詞設計結果的評估和總結經(jīng)過一段時間的資料查詢、文獻

43、檢索和設計安排，在老師的指導和同學的幫助下，我們小組順利完成了本次課程設計。本設計本著“技術先進、技術可靠、系統(tǒng)科學、經(jīng)濟合理、安全環(huán)保”的原則，根據(jù)課程設計任務書，遵循工程設計的規(guī)則和要求。設計思路清晰，能結合生產實際輔助設計，引用的數(shù)據(jù)和相關公式準確，設計數(shù)據(jù)和設計結果可靠，感覺本次課程設計比較理想。本設計對比了目前國內工業(yè)生產中的DOP，有兩種典型的工藝流程:1。酯化-脫醇-中和及水洗-汽提-干燥-過濾；2.酯化、中和、水洗、脫醇、汽提、干燥和過濾。具有公用工程消耗低、熱能利用合理、可生產多種品牌的DOP產品等優(yōu)點。此外，根據(jù)國內條件和生產運行經(jīng)驗，在借鑒第一類典型工藝流程的基礎上，采用

44、非酸性催化劑，可省去中和、免洗滌兩道工序，設計了新的國內工藝流程。是一種更適合中國國情的生產方式。與一般工藝相比，本工藝設計具有以下優(yōu)點:(1)原料的預熱處理提高了原料的轉化率，苯酐在一級酯化釜中的轉化率接近100%。(2)氧化鋁與辛酸亞錫的比例為1: 1，是非酸性催化劑。具有反應時間短、酯收率高、產品質量好(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。同時可以省去中和和水洗兩道工序。(3)酯化反應在常壓下進行，通過對傳統(tǒng)工藝的改進，能耗大大降低，生產過程的穩(wěn)定性和連續(xù)性大大提高，符合現(xiàn)代工藝綠色高效生產的要求。(4)廢水處理分為回收和凈化兩個層次。根據(jù)實際情況，最大化回收

45、利用，變廢為寶。本設計回收的辛醇一部分直接循環(huán)到酯化部分，另一部分需要分餾和催化加氫。產生的廢水經(jīng)活性污泥處理后排放，對環(huán)境無污染。既符合環(huán)保要求，又降低了綜合生產成本。由于本設計是初步設計，在投入生產實踐之前還需要更多的討論和研究，這將改進技術，提高生產效率。在撰寫設計的過程中，我們對本設計說明書進行了多次修改，但由于時間和水平的原因，錯誤是不可避免的。請各位老師指正。七。 HYPERLINK l _RefHeading_Toc262548186 致在設計和寫作期間，本次設計得到了德拉老師的悉心指導，老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，我精益求精的工作作風，樸實無華，平易近人的人格魅力對我影響很深。本次設計的順利完成離不開老師和同學們給予的指導和關心，尤其是我們設計團隊全體成員的通力合作，迎難而上的精神值得發(fā)揚。在此，向