2022年产8万吨邻苯二甲酸二辛酯生产车间初步工艺设计只是分享.pdf

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1、年 产 8 万 吨 邻 苯 二 甲酸 二 辛 酯 ( DOP) 生 产车 间 初 步 工 艺 设 计精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 40 页 - - - - - - - - - - 一总论1概述1.1 增塑剂 DOP 的性质 DOP 化学名为邻苯二甲酸二辛酯，是一个带有支链的侧链醇酯，无色油状液体，有特殊气味。比重0.9861(20/20 ), 熔点-55 ，沸点 370 （常压）， 不溶于水，溶于乙醇、乙醚、矿物油等大多数有机溶剂。与二丁酯（ DBP）相比 ，DOP 的挥发度

2、只有 DBP 的 1/20；与水的互溶性低，并有良好的电性能，但也有其不足点，其在热稳定性、耐迁移性、耐寒性和卫生性方面稍差。1.2 产品用途邻苯二甲酸二辛酯是重要的通用型增塑剂，主要用于聚氯乙烯树脂的加工，还可用于化纤树脂、醋酸树脂、ABS树脂及橡胶等高聚物的加工，也可用于造漆、染料、分散剂等。通用级 DOP ，广泛用于塑料、橡胶、油漆及乳化剂等工业中。用其增塑的PVC 可用于制造人造革、农用薄膜、包装材料、电缆等。电气级 DOP ，具有通用级 DOP 的全部性能外，还具有很好的电绝缘性能，主要用于生产电线。品级 DOP ，主要用于生产食品包装材料。医用级 DOP ，主要用于生产医疗卫生制品

3、，如一次性医疗器具及医用包装材料等。主要用途： DOP 是通用型增塑剂，主要用于聚氯乙烯脂的加工、还可用于化地树脂、醋酸树脂、 ABS树脂及橡胶等高聚物的加工，也可用于造漆、染料、分散剂等、DOP 增塑的 PVC可用于制造人造革、农用薄膜、包装材料、电缆等。本品是一种精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 40 页 - - - - - - - - - - 多种树脂都有很强溶解力的增塑剂, 能与多种纤维素树脂、橡胶、乙烯基树脂相溶，有良好的成膜性、粘着性和防水性。常与邻苯二甲酸二乙酯配合

4、用于醋酸纤维素的薄膜、清漆、透明纸和模塑粉等制作中。少量用于硝基纤维素的制作中。亦可用作丁腈胶的增塑剂。本品还可用作驱蚊油（原油）、聚氟乙烯涂料、过氧化甲乙酮以及香料（人造麝香）的溶剂。可以作为酯交换法生产邻苯二甲酸二环己酯和邻苯二甲酸高碳醇酯以及其他有机合成的原料。1.3 DOP 在国民经济中的重要性邻苯二甲酸二辛酯 (DOP)是目前使用最广泛的增塑剂，约占我国增塑剂总量45% ，是重要的通用型增塑剂，任何增塑剂都是以它为基准来加以比较的，技术经济上占有绝对优势。据有关资料报道，近年来国外增塑剂生产能力超过了6400kt a，国内增塑剂需求增长率为 8左右，产品具有质量高、品种多、环境污染少

5、的特点。在石油化学工业、医药工业、轻纺工业、生物化工以及能源、交通运输行业均有广泛用途，在国民经济中占有十分重要的地位。1.4 DOP 的市场需求随着我国国民经济快速增长，增塑剂作为基础化工合成材料助剂的市场需求量将大幅提高。在用量大的新领域，国内市场需求将强劲增长。但由于邻苯二甲酸二异壬酯 (DINP)在某些应用领域的性能超过了DOP ，预计未来几年内，全球DOP 市场将面临 DINP的挑战。在市场上， DOP 一直占有价格优势，而未来时间估计DOP 的低价优势会有所削弱。2设计的目的和意义通过本课程设计力求达到以下目的和意义：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - -

6、- - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 40 页 - - - - - - - - - - （1）在学习掌握所学的化学工艺学、化工机械设备基础、化工原理等课程的基本理论和基础知识的基础上，通过这次课程设计，培养我们综合运用这些知识分析和解决实际问题的能力以及协作攻关的能力，训练我们使用文献资料和进行技术设计、运算的能力，提高文字和语言表达能力，为以后的学习和毕业论文（设计）打下基础。（2）通过完成设计，可以知道DOP 的用途；基本掌握苯酐和异辛醇制DOP 的生产工艺；了解国内外DOP 工业的发展现状；以及DOP 工业的发展趋势。3项目设计依据和原则3

7、.1 设计依据本化工课程设计，以设计任务书为基础，综合文献检索、资料收集，综合分析，以最新科研成果和实际经验为依据，搏众家之长，选择合适设计方案。3.2 设计原则本课题遵循的设计原则和指导思想如下：（1）按技术先进、成熟可靠、经济合理的原则对技术方案进行论证，以确定最佳方案；（2）尽可能采用节能工艺和高效设备，充分发挥规模效应，降低能耗、物耗和生产成本，提高项目的经济效益和社会效益；（3）考虑“三废” 治理和综合利用副产物，充分重视环保防污、科学生产、生产安全和提高社会效益为原则主体。4设计范围本设计范围包括：（1）工艺生产方法确定、生产流程设计与论证精品资料 - - - 欢迎下载 - - -

8、 - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 40 页 - - - - - - - - - - （2）工艺计算（包括物料衡算，热量衡算）（3）酯化合成工艺主要生产设备设计与选型（4）安全生产与环保治理措施（5）设计绘图设计重点：生产工艺设计与论证，工艺计算，设备设计与选型，设计绘图。5DOP 生产能力及质量标准5.1 生产能力该项目年产 8 万吨 DOP，年开工日为 330天（全天候），日产DOP 242.42吨。5.2 产品质量标准本产品质量规格为一级品，执行产品质量国标GBl14068标准，见表 1 所示。表1 DOP 质量指标

9、项目指标优级品一级品合格品外观透明液体，无悬浮物酯含量， % 99.099.5099.50密度（ 20 ）， g/cm30.981 0.986酸度（以对苯二甲酯计）% 0.0150.020闪点， 210205色度（铂 - 钴）号50100200加热减量，%0.10.20.25体积电阻率，1011?.m210.5二、生产工艺流程设计1生产工艺选择与论证生产过程操作分为间歇式和连续操作。间歇式生产的优点是设备简单改变生产品种容量；缺点是原料消耗定额高，能量消耗大，劳动生产效率低，产品质量不稳精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - -

10、- - - - - - -第 5 页，共 40 页 - - - - - - - - - - 定。间歇式生产方式适用于多品种、小批量的生产。而连续法生产能力大，适合于大吨位的 DOP 的生产。由于本设计产品生产量较大，故采用连续法生产。酯化反应设备分塔式反应器和串联多釜反应器两类。前者结构复杂，但紧凑，投资较低，操作控制要求高，动力消耗少。而反应釜，流动形式接近返混，釜内各部分组成和温度完全一致，多釜串连后，可使停留时间分布特性向平推流转化。并且 DOP 等主增塑剂的需要量很大，且全连续化生产的产品质量稳定，原料及能量消耗低，劳动生产率高，比较经济。因此本设计采用串联多釜反应器全连续化生产工艺。

11、催化剂分为酸性催化剂和非酸性催化剂，由于采用非酸性催化剂可以免去中和和水洗两道工序，且通过过滤即可除去，跟酸性催化剂相比，优越性在于能生产出高质量的增塑剂产品和减少污染。因此本设计采用的是非酸性催化剂。非酸性催化剂又分为单催化剂和复配型催化剂，由于单催化剂催化反应时间长，不适合做酯化反应催化剂，相反，复配型催化剂催化反应时间短，转化率高，酸值降低幅度大，比较适合做酯化反应催化剂。氧化铝与辛酸亚锡以1：1 比例复配非酸性催化剂合成DOP 效果最佳，力求达到流程简单，设备少，热能利用合理，产品质量高。根据国内在引进装置上成功使用国产催化剂的经验，选用国产催化剂，既满足了工艺和产品质量的要求，又节约

12、了外汇，可以收到良好的经济效果。连续非酸性催化酯化工艺，是上世纪80年代初开始成功应用于工业化生产的先进技术，其典型的工艺流程有两种： 1、酯化脱醇一中和水洗一汽提干燥一过滤；2、酯化一中和水洗一脱醇 - 汽提- 干燥一过滤。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 40 页 - - - - - - - - - - 二者比较，第种技术用采用氧化铝与辛酸亚锡1：1比例复配催化剂酯化反应具有反应时间短、酯收率高、产品质量好( 酸值低、色度低、热稳定性好、体积电阻率大) 、处理条件简单等优点。

13、并且公用工程消耗低，热能利用合理，可以生产多牌号的 DOP 产品，结合国内条件和生产操作经验，故拟采用类典型工艺流程，设计国产化新的工艺流程。综上分析，本设计选用酯化脱醇一中和水洗一汽提干燥一过滤工艺流程，采用串联多釜反应器连续酯化技术，催化剂采用氧化铝与辛酸亚锡以1：1比例复配型催化剂。2工艺参数的确定2.1 酯化工序苯酐和辛醇按比例在 5个串联阶梯形的酯化釜中，在氧化铝与辛酸亚锡以1：1比例复配催化剂作用下酯化反应生成粗酯，主要工艺参数确定如下：(1) 进料温度及 5釜的反应温度见表 2。(2) 投料比： PA ：2一EH=1 ：230 (wt) (3) 催化剂量： 003 (wt) (4

14、) 酯化压力：常压 (带氮封 ) 表2 进料温度及与釜反应温度PA 2一EH 催化剂釜1 釜2 釜3 釜4 釜5 170 175 20 190 200 210 220 230 (5) 停留时间：约 7h，酯化釜体积 27.4m3(6) 酯化釜搅拌器转速： 74rmin (7) 总转化率：约 995精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 40 页 - - - - - - - - - - 2.2 脱醇工序由于酯化反应是在过量醇的条件下进行的，必须将粗酯中的醇脱除，回收重复利用。本设计采用真

15、空降膜脱醇工艺，热能利用合理，脱醇效率高，可脱醇至1左右。脱醇工艺参数确定如下：(1) 进料粗酯温度： 230(2) 进料粗酯含醇量： 1617(3) 降膜脱醇真空度： 30mbar (4) 加热蒸汽压力： 20ba 2.3 中和、水洗工序由于在酯化过程中会生成一些酸性杂质，如单酸酯等，本设计采用加入Na0H 水溶液进行中和，生成可溶于水的钠盐与酯分离。中和水洗工艺参数确定如下：(1)Na0H水溶液浓度： 03(wt ) (2) 水洗温度： 95(3) 粗酯：碱 =6：1(vo1) (4) 中和搅拌转速： 180rmin (5) 水洗搅拌转速： 50rmin (6)NaOH 单耗： 04kgt

16、DOP (7) 中和水洗后酸值： 001002KOH mg DOP 2.4 汽提工序汽提是通过直接蒸汽减压蒸馏，除去粗酯中的醇和有气味的低沸物，本设计采用过热蒸汽直接减压汽提工艺。汽提干燥工艺参数确定如下：(1) 粗酯人塔温度： 1401600C 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 40 页 - - - - - - - - - - (2) 汽提塔顶部真空度： 40mbar (3) 干燥塔顶部真空度： 99mbar (4) 粗酯量：汽提蒸汽量： 10：1(wt) (5) 干燥塔出口酯

17、中含水量：001 005 (wt) 2.5 过滤工序在粗酯中加入吸附剂和助滤剂，脱除粗酯中含色素的有机物和吸附脱除残存的催化剂和其它机械杂质，以保证DOP 产品外观的透明度和纯度。本设计采用二级过滤工艺，粗滤采用时间程控的芬达过滤器，精滤采用多层滤纸。过滤工序工艺参数确定如下：(1) 粗酯温度： 90(2) 芬达过滤器粗滤周期： 48h (3) 精滤后 DOP 色值： 1015(HAzEN) 3. 生产工艺流程图及其说明3.1DOP生产工艺流程简图（见图1）图 1 DOP 工艺流程方块图一级酯二级酯化中和水汽提脱废水NaOH 无离子水干过产品助滤滤苯催化精品资料 - - - 欢迎下载 - -

18、- - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 40 页 - - - - - - - - - - 3.2 生产工艺流程说明（参考CAD 图纸：工艺流程图）熔融苯酐和辛醇以一定的摩尔比(1:2.21:2.5) 在 130-150 先制成单酯 , 再经预热后进入四个串联的阶梯式酯化釜的第一级. 非酸化催化剂也在此加入. 第二级酯化釜温度控制不低于180,最后一级酯化温度为220230,酯化部分用 3.9MPa的蒸汽加热. 邻苯二甲酸单酯的转化率为99.5%99.9%。为了防止反应混合物在高温下长期停留而着色，并强化酯化过程，在各级酯化釜

19、的底部都通入高纯度的氮气（氧含量10mg/kg中和，水洗是在一个带搅拌的容器中同时进行的。碱的用量为反应混合物酸值的 35 倍。使用 20% 的 NaOH 水溶液，当加入无离子水后碱液浓度仅为0.3%左右。因此无需在进行一次单独的水洗。非酸性催化剂也在中和、水洗工序被洗去。然后物料经脱醇（ 1.32 2.67 kPa,50 80）、干燥（ 1.32 kPa,50 80）后送至过滤工序。过滤工序不用一般的活性炭，而用特殊的吸附剂和助滤剂。吸附剂成分为 SiO2、AL2O3、Fe2O3、MgO 等，助滤剂（硅藻土）成分为SiO2、AL2O3、Fe2O3、CaO 、MgO 等。该工序的主要目的是通过

20、吸附剂和助滤剂的吸附，脱色作用，保证产品 DOP 的色泽和体积电阻率两项指标，同时除去DOP 中残存的微量催化剂和其他机械杂质。最后得到高质量的DOP 。DOP 的收率以苯酐或以辛醇为99.3%。回收的辛醇一部分直接循环到酯化部分使用，另一部分需进行分馏和催化加氢处理。生产废水（ COD 值 7001500mHg/L ）用活性污泥进行生化处理后再排放。本工艺流程特点：原料简单，工艺流程短，物料循环使用，生产效率高。三、工艺计算1、物料衡算1.1 设计生产能力精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第

21、10 页，共 40 页 - - - - - - - - - - DOP 年生产能力为年生产30000吨/ 年，设工作日为330天DOP 30000 吨年生产日330 天日产 DOP30000 330=90.90 吨每小时 DOP 的产量生90.90 24=3.79 吨要求 DOP 的生产规格产品规格：一等品 DOP 含量 99.5% 每小时要得纯 DOP 为：3.79 99.5%=3.77 吨设整个过程之中 DOP 损失量为 4% 则实际每小时产纯DOP 为 3.77 （ 14% ）=3.93 吨分子量：苯酐 148.12 异辛醇 130.0 DOP 390.3 H2O 18 1.2 一级酯化

22、段物料计算根据一级酯化反应式：二级酯化反应式：第一步酯化转化率为100% ，第二步酯化转化率为99.5%. + H2O精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页，共 40 页 - - - - - - - - - - 一小时一级酯化反应釜进釜苯酐的量为： 3.93 1000 390.3 0.995= 10.12 kmol 根据投料比苯酐：异辛醇 =1 : 2.3 异辛醇投入量为 10.12 2.2=23.28 kmol 异辛醇一部分作为带水剂与水一起出釜，异辛醇经冷凝器冷却再回流至反应釜中，经

23、测定 回流比为 2.5 ，设回流异辛醇量 X kmol 则出釜异辛醇为 2.5X kmol 总异辛醇量 (23.28 +X) kmol 出釜异辛醇量为 2.5X=23.2810.12+X X=8.77kmol 总异辛醇为 23.28+8.77=32.05 kmol 出釜异辛醇为 21.93 kmol 单酸酯的量 10.12 kmol 1.2 二级酯化段釜 1 物料计算进釜异辛醇 21.93 kmol 单酸酯的量 10.12 kmol 氧化铝与辛酸亚锡复配催化剂量0.12 kmol N2 3 m3/h 出釜设转化率为 X 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - -

24、 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 12 页，共 40 页 - - - - - - - - - - 第一釜 DOP产量为 10.12X kmol 第二釜 DOP产量为 10.12X （1-X）kmol 第三釜 DOP产量为 10.12X （1-X）kmol 第四釜 DOP产量为 10.12X(1-X)(1-X) kmol 第五釜 DOP产量为 10.12X （1-X）(1-X)(1-X) kmol 所以10.12X+10.12X(1-X)+10.12X(1-X)+10.12X(1-X) 2 +10.12X(1-X) 310.12 X=0.523 即反映的转化率为X=

25、0.523 DOP的物质的量hkmolnD/29.5523. 012.10异辛醇量为hkmolnB/64.1629. 593.21单酸酯的量 10.12 5.29=4.83hkmol /氧化铝与辛酸亚锡复配催化剂量0.12kmol 产生的水的物质的量n水=hkmol /29.5523. 012.10异辛醇一部分作为带水剂与水一起出釜，异辛醇经冷凝器冷却再回流至反应釜中，经测定 nB:n水=2.5:1 。所以 nB=5.292.5=13.23 kmol/h N2 3m3/h, 转化为摩尔流量：kmol121.015.303314.81015003精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - -

26、 - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 13 页，共 40 页 - - - - - - - - - - 每一小时将有：mpnRTV46.722500.10115.473314.8)23.1329.5121.0(3排出反应釜。1.3 酯化工段物料衡结果表 4一级酯化段物料衡算表入塔苯酐异辛醇单酸酯出塔苯酐异辛醇单酸酯量（kmol/h）26.96 80.86 0 量（kmol/h）0 53.90 26.96 摩尔含量（%）25.0 75.0 0 摩尔含量（%）0 66.67 33.33 表 5 二级酯化段釜 1物料衡算表入釜异辛醇单酸酯氧化铝与辛酸亚

27、锡N2 水DOP 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 14 页，共 40 页 - - - - - - - - - - 量（kmol/h）53.9026.960.32 0.32216 0 0 出釜异辛醇单酸酯氧化铝与辛酸亚锡N2 水DOP 量（kmol/h）39.8012.860.32 0.32216 14.1014.102. 热量衡算表 6 各物质比热容物质Cp,m/kJ/(mol.k) (303K）Cp,m/kJ/(mol.k) (423K）mol.K/kJ/Cmp,298KHmf/kJ/m

28、ol 异辛醇0.2856 0.3454 0.3155 -373.2 苯酐0.2559 0.2829 0.2694 -672.6 邻苯二甲酸一辛酯0.4523 0.5347 0.4935 -1120.6 注：A- 苯酐； B-异辛醇 ;C-邻苯二甲酸一辛酯1. 预热器显热计算：预热器采用 3.9MPa蒸汽将原料先预热到1500C QA =nAAmp,CT=10072.115.273)30150(4 .26912.106kJ QB=10975.3)15.273120(5.31505.32TCBmp,Bn6kJ 2. 反应釜热量的衡算以一级酯化反应釜为例：连续釜式反应器可看成为一敞开物系，根据热力学

29、第一定律，其热力学衡算式可表达为：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 15 页，共 40 页 - - - - - - - - - - qH式中：H物系焓变及反应焓变，kJ; q 物系与环境交换的热。由于反应是在恒温下进行，所以物系焓变为零。反应 焓变的计算如下： A (l，423.15K)+ B(l,423.15K) 7H C(l,423.5K) 1H4H A(l ，404.75K) 2H6HA(s，404.75K) 3H5HA (s ，298.15K)+ B(l,298.15K) C(l,2

30、98.5K) 10502.0)75.40415.423(4.26912.10,1TCnHmpA5kJ/h 由于在恒温恒压下进行，所以2H =-32 kJ/h10291.0)15.29875.404(4 .26912.10,3TCnHmpA6kJ/h10248.1)15.29815.423(5 .31105.32,4TCnHmpB6kJ/h10757.0)2 .3736 .6726.1120(12.10)(5mBfmAfCCHHfHmnH6kJ/h10624.0)15.29815.423(5.49312.10,6TCnHmCpC6kJ/h 所以：1073. 16543217HHHHHHH6kJ/

31、h 故反应物系将放出 -1.73 106kJ/h ，为保持反应在恒温下进行，需在夹套中冲一定流量的冷却水。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 16 页，共 40 页 - - - - - - - - - - 3. 换热器的热量衡算分子量：苯酐 148.12 异辛醇 130.0 DOP 390.3 H2O 18 由于反应温度在 2000C以下进行，两流体温度变为：热流体进入换热器的温度为1900C ，出口温度定为700C ；冷流体（循环水）进口温度为250C，出口温度为 600C。Q1=mcpT,

32、 T=1300C A- 异丙醇 B- 水 C-N2mA = nAMA =16.64 130=2163.2 kg/h mB = nBMB =5.29 18 =95.22 kg/h mc = ncMc = 0.121 14 =1.694 Q1=mcpT=2163.2 1.97 130+95.22 4.34 130+1.694 0.771 130 =553995.52+53723.124+169.789 =607888.43 KJ/h 表 10 入冷凝器的气体的比热容表 11 冷凝液组分气化热和液体热容组分异辛醇水N2比热容KJ/(kg. ) 2000C 600C 2000C 600C 2000C

33、600C 2.225 1.732 4.505 4.182 0.796 0.746 组成 kmol 16.64 5.29 0.121 产生热 Q1 kJ/h 553995.25 53723.124 169.789 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 17 页，共 40 页 - - - - - - - - - - 组分异辛醇水气化热 wr KJ/mol 61.99 40.69 液体比热容 KJ/(kg. ) 2.294 4.178 组成 kmol/h 16.64 5.29 冷凝放热 kJ/h 10

34、31513.6 215250.1 Q2 = 16.64 61.99 1000+5.29 40.69 1000 = 1031513.6+215250.1 = 1246763.7 kJ/h 冷凝放出总热 Q2=1031513.6+215250.1=1246763.7 kJ/h Q总=Q1 + Q2 =607888.43+1246763.7=1854652.13kJ/h =515.18 kw 故冷却水用量： w水=hkgcQ/12.2683135178.413.1854652t水总四、主要设备设计与选型1、反应釜的设计与选型1.1 反应釜体积确定为方便起见，以下用A表示苯酐，用 B表示异辛醇。物料在

35、反应过程中的体积基本不变。由于搅拌速度较大，反应物料在反应器内的流动状况可视为呈全混流，在定态时，在等温等容条件下对整个反应器作A的物料衡算：反应釜容积按下式计算： VR=Q0 t (1+) (8) Q0=QA+QB (9) QA=nAMA/ At (10) 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 18 页，共 40 页 - - - - - - - - - - 式中： nA单位时间内（ 1 小时）处理的苯酐摩尔数；MA苯酐的分子量；苯酐密度A =1.527g/cm3; t单位时间（ 1 h ）QA

36、和 QB，分别为苯酐和异辛醇的体积流量;为搅拌容器的备用系数，一般取0.1 0.15 ，取 0.1 。 QA=nAMA/ t=10.12 1000 148.12 (1.527 3600)=272.68cm3 / S 同理异辛醇体积流量QB 异辛醇密度B =0.8176g/cm3 QB=nBMB/ Bt=32.05 1000 130.0 (0.8176 3600)=1415.56m3 / S Q0=QA+QB=272.68+1415.56=1688.24cm3 / S 单级酯化反应釜中，物料的平均停留时间为6.95 5=1.37 h VR=Q0t （1+） =1688.24 1.37 3600

37、1.1 =9.25m3 装料系数，根据实际生产条件或实验结果而定，若搅拌状态平稳或物料的粘度较高可取 0.8 0.85。本设计物料搅拌状态较平稳，取 0.85 。故搅拌釜的有效体积为： V=VR/0.85=9.25/0.85=10.88m3 1.2 反应釜高度与底面直径反应釜的高度与底面直径关系： H=1.3Di 底面直径：mVDi20.214.33 .1.88.1043.1433精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 19 页，共 40 页 - - - - - - - - - - H=1.3Di

38、=1.3 2.2=2.86m 故液面深度 h=4VR/Di2=4 9.25 3.14 2.2 2.2=2.43m 当mm2002Di，查表 16-6 得各参数如表 6 所示表 6 所查得的各参数曲面高度 h1直边高度 h2550mm 40mm 1.3 反应釜温度与压力查表 45 设计温度： 150+20170PwghPT混合液平均密度 =nAMA/(nAMA+nBMB) A+ nBMB/(nAMA+nBMB) B =0.2646 1.527 + 0.8176 0.7354 =1.005g/m3已知： PW =0.1015MPa 则工作压力：MPaPwghPT125.010000001015.0

39、43.281.910005.13设计压力为工作压力的110% ，则设计压力为： Pc=1.1PT=1.1 0.125MPa=0.1375MPa 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 20 页，共 40 页 - - - - - - - - - - 设备选材：由于原料和产物对钢材的腐蚀不大，温度为150，压力为常压，本设计从满足生产工艺需要及保证酯化釜使用寿命的角度出发，酯化釜的材质选用高合金钢 0Cr18Nil2M-o2Ti 。1.4 厚度计算Pc=0.1375MPa ，T=170，Di=2200

40、mm ， t=104MPa ， =1.0( 双面焊对接， 100% 探伤)，腐蚀裕量 C2=2mm 计算厚度如下：mmMPaMPammMPaPDPctic46.11375.00.1104222001375.02设计厚度 Sd如下：mmmmmmCd46. 3246. 12d=4.3，查表 4-9 负偏差 C1=0.25mm d+C1=3.71mm 圆整后为 4mm ，即名义厚度n=4mm 复验n 6%=0.24mm 0.35, 因此，符合全档板条件。1.5.2 搅拌功率的计算采用永田进治公式法计算。 Re=(d2n )/式中： d=0.22m,n=1.2r/s,混合液平均密度=1.005g/cm

41、3,=3.5 10-4Pa.s 故 Re=1.83 106104为湍流，=Np,为功率因数， Np为功率数查图 Rushton 算图，当 Re=4.7 106时=Np=6.3 故 搅拌功率 N=Np n3d5=6.3 1.005 1.23 0.735 1000=2268W 1.6 夹套传热面积的计算与核算选用螺旋板夹套，环隙E=100mm，螺距 P=50mm。锚式1100 1100 1000 螺杆式150 0.5 50 1000 螺带式150 0.5 50 1000 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - -

42、- -第 23 页，共 40 页 - - - - - - - - - - 1.6.1 被搅拌液体侧的对流传热系数j采用佐野雄二推荐的关联式计算: Nuj=0.512(D4/3)0.227Pr0.33(d/Di)0.52(b/Di)0.08 = 4N/(Di2H ), 式中 N=2268W,Di=2.20m, =1005kg/m3,H=2.86m 故=4 2268/（3.14 2.2 2.2 2.86 1005）=0.21w/kg =/ =3.5 10-4/1005=3.48 10-7m2/s (Di4/3)0.227=（0.21 2.24/42.14 10-21）0.227=3.59 1047

43、1.0110.000035. 09 .223PrpcjDi/=0.512(D4/3)0.227Pr0.33(d/D)0.52(b/D)0.08 =0.512 3.59 104 0.710.33 0.330.52 0.090.08 =0.76 104 故j=0.11 0.76 104/2.2=380W/(m2.oC) 1.6.2 夹套冷却水对流传热系数采用下式计算：De/=0.027Re0.8Pr0.33V0.14(1+3.5(De/Dc) 即=0.027Re0.8Pr0.33V0.14(1+3.5(De/Dc)/De冷却水进入夹套温度25oC,冷却水出夹套温度55oC，则其定性温度t=40oC

44、，在此温度下，水的相关物性如下：比热容 cp=4.174kJ/(kg.oC) 导热系数=63.38 密度 =992.2kg/m3黏度=0.000656Pa.s。pcPr=4.174 0.000656/63.38=4.32 10-5精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 24 页，共 40 页 - - - - - - - - - - 由于反应物系放出热量Q1=1073.16kJ/h=480.56kW，搅拌功率 N=2268W 故搅拌槽需移出热Q=Q1+N=482.72kW。所以冷却水质量流量m=Q/

45、cp(t2-t1)= 482.72/(4.174 30)=3.85kg/s 。夹套中水流速 u=m/( PE)=3.85/(992.2 0.05 0.1)=0.78m/s ，De=4E=0.4m Dc=2.2m Re=Deu /=0.4 0.78 992.2/0.000656=0.47 106 32. 438.63000656.0174.4Prpc 10-5 De/=0.027Re0.8Pr0.33V0.14(1+3.5(De/Dc) 当液体被加热时 =1.05 05. 1wbVDe/=0.027Re0.8 Pr0.33 (1+3.5(De/Dc)0 =0.027 (0.47 106)0.8

46、(4.32 10-5)0.33 1.050.14 (1+3.5 0.4/2.2) =931.5 0.036 1.007 1.64=55.38 =55.38 63.38/0.4= 8775.1W/(m2.oC)所以总传热系数：1/K=1/j+1/=1/380+1/8775.1=0.0027K=370.4W/(m2.oC) 1.6.3夹套传热面积由 Q=KFmtmt = 5 .109)95/125ln()55150()25150()/ln(2121ttttoC 得 F=Q/Kmt =482.72 103/(370.4 109.5)=11.9m2 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - -

47、- - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 25 页，共 40 页 - - - - - - - - - - 需要核算一下夹套可能传热面积是否满足传热要求。由于搅拌槽能提供的最小传热面积：DiH=3.14 2.2 2.86=19.76m2。该面积大于所需传热面积F=11.9m2，因此夹套设计符合要求。图 2 反应釜基本构造1.7 反应釜的主要技术特性汇总表 9 反应釜的主要技术特性项目符号设计计算数据及选型搅拌形式六片平直叶圆盘涡轮式搅拌器叶轮直径d 1.1m 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳

48、 - - - - - - - - - -第 26 页，共 40 页 - - - - - - - - - - 搅拌器叶轮宽度b 0.2m 叶轮距釜底高度c 0.73m 搅拌转速n 1.2r/s 桨叶数z 6 搅拌功率N 2268W 搅拌附件挡板数nb6 挡板宽度w 0.2m 反应釜搅拌釜全容积（不包括封头部分）V 29.1m3液面深度h 2.43m 搅拌釜实际高度H 2.86m 搅拌釜内经Di2.2m 工作压力PT0.14MPa 搅拌釜厚度n5mm 夹套形式螺旋板夹套螺旋板螺距P 0.05m 夹套环隙E 0.10m 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎

49、下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 27 页，共 40 页 - - - - - - - - - - 夹套夹套内冷却水流速u 1.99m 冷却水每小时移出热量Q 482.72kW 被搅拌液体侧的对流传热系数j380W/(m2.oC) 夹套侧冷却水对流传热系数8775.1W/(m2.oC) 搅拌槽总传热系数K 370.4W/(m2.oC) 所需夹套面积F 11.9m2由于釜内介质具有一定的腐蚀性, 要求对釜体及釜盖内表面进行搪铅处理(铅层厚 68 ) 并衬耐酸瓷板二层。考虑到搪铅工艺的实施和搪铅时的铅中毒，釜体和釜盖须采用法兰连接。此外，还考虑到釜内介质的反应速度难以控制以及

50、介质的腐蚀性， 设备不宜采用安全阀作超压泄放装置，故设置了一泄放口径为200mm 的爆破片 （厚 3mm的铅制平板型爆破片内衬厚 2mm 的耐酸橡胶板）作为设备的超压泄放装置。2、冷凝器的设计与选型对于二级酯化反应，由于是可逆反应，过程中有水生成，从而会影响反应的进行程度。所以需要将水带出反应釜，促进反应向产物方向进行。反应液中，异辛醇将作为带水剂把水从反应釜中带出，而这样必将浪费原料，因此在反应釜上安装一个换热器加一个分离器，用于排水和回流异辛醇。这里将以二级反应第一个釜为例进行换热器的计算与选型。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳