邻苯二甲酸二辛酯生产车间初步工艺设计论文.pdf

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1、化学工程与工艺专业毕业论文化学工程与工艺专业毕业论文题目：年产.8 万吨邻苯二甲酸二辛酯生产车间初步工艺设计化学工程与工艺专业毕业论文摘要邻苯二甲酸二辛酯,简称 DOP。分子式 C的通用O 型增是重要H24384塑剂是目前国外用量最大的增塑剂之一广泛用于橡胶、塑料和医药工业用途广泛在国民经济中占有十分重要的地位。经过分析比较各种生产原料、合成工艺后本设计工艺流程是采用串联多釜反应器连续酯化技术催化剂是采用氧化铝与辛酸亚锡以 1：1 比例复配催化剂年产 8 万吨邻苯二甲酸二辛酯以满足国需求。本设计遵循“技术成熟、工艺先进、设备配置科学、环保安全、经济效益”等原则。在比较国外各种先进生产方法、工艺

2、流程和设备配置基础上。选用是从苯酐和异辛醇出发经过酯化反应、脱醇、精制得到产品的工艺路线生产邻苯二甲酸二辛酯。设计的重点是生产工艺设计论证、工艺计算及设备设计选型，附有带控制点的工艺流程图主要生产设备结构尺寸图生产车间的设备配置图。最后部分考虑环境保护和劳动安全以达到减少“三废”排放加强“三废”治理确保安全生产消除并尽可能减少工厂生产对职工的伤害。关键词DOP 异辛醇苯酐工艺设计工艺计算设备选型AbstractDioctyl phthalate,referred to as DOP,Molecular Formula:C H O.It is important to general-purpo

3、se plasticizer and has24384.bee the largest amount used of plasticizerthe at home and abroad,now it is widely used in rubber,plastics and pharmaceutical.化学工程与工艺专业毕业论文industry,plays an important role in the national economy.Afteranalysis and parison of various raw materials,synthesis,thedesignprocess

4、 is the use of multi-tank reactors in seriescontinuous esterification technology,the catalyst is alumina witha 1:1 ratio of Sn catalyst pound annual output of 100,000 tonsDioctyl phthalate,to meet domestic demand.The design follows the mature technology,advancedtechnology,equipment configuration sci

5、entific,environmentalsafety,economic efficiency,the principle of reciprocity.Afterparing domestic and foreign advanced production methods,process and equipment configuration,the choices are starting fromphthalic anhydride and iso-octanol after esterification,dealcohol,refined by product line product

6、ion process octyl phthalate.Design for production process design argument,the design offacilities and process selection,with a flow chart with controlpoints,the main production equipment and size chart,workshopequipment configuration diagram.The last part is aboutenvironmental protection and labor s

7、afety,in order to achievereduction of the three wastes emissions,strengthen the threewastes treatment,to ensure safe production purposes.Key word:DOPEthylhexanol PhthalicProcess DesignProcess CalculationEquipment Selection.化学工程与工艺专业毕业论文目录一总论.71概述.71.1 增塑剂 DOP 的性质.71.2 产品用途.71.3DOP 在国民经济中的重要性.71.4DOP

8、 的市场需求.82设计的目的和意义.83设计依据和原则.83.1 设计依据.83.2 设计原则.84设计围.95DOP 生产能力及产品质量标准.95.1 生产能力.95.2 产品质量标准.9二生产工艺流程设计与论证101生产工艺选择与论证102工艺参数的确定112.1 酯化工序.112.2 中和、洗涤工序.112.3 脱醇工序.122.4 干燥、过滤工序.123产工艺流程图及其说明133.1 DOP 生产工艺流程图133.2 生产工艺流程说明13三工艺计算141.物料衡算14.化学工程与工艺专业毕业论文1.1 设计生产能力141.2 二级酯化段釜 1 物料计算 151.3 酯化工段物料衡结果1

9、62热量衡算17四主要设备设计与选型181反应釜的设计与选型191.1 反应釜体积确定191.2 反应釜高度与底面直径201.3 反应釜温度与压力201.4 反应釜壁厚度计算211.5 搅拌器的设计及选型221.5.1 搅拌器型式适用条件表231.5.2 搅拌器的选用及尺寸231.5.3 搅拌功率的计算231.6 夹套传热面积的计算与核算231.6.1 被搅拌液体侧的对流传热系数231.6.2 夹套冷却水对流传热系数241.6.3 夹套传热面积251.7 反应釜的主要技术特性汇总262冷凝器的设计与选型272.1 选择换热器的类型282.2 流动空间及流速的确定282.3 传热面积的确定282

10、.4 冷凝器工艺尺寸的计算292.4.1 管子数 n 的确定292.4.2 管子的排列方式管间距的确定 30.化学工程与工艺专业毕业论文2.4.3 壳体直径的确定302.4.4 折流板 302.4.5 接管 302.5.壳体厚度312.6 换热器封头的确定312.7 容器法兰的选择312.8 开孔补强312.9 支座312.10 冷凝器设计汇总31五环境保护与劳动安全.321DOP 三废处理.322.DOP 安全生产.33六设计结果评析与总结.34致.35参考文献.35.化学工程与工艺专业毕业论文1.1 增塑剂 DOP 的性质1概述一总论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

11、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

12、 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

13、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%.化学工程与工艺专业毕业论文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 6400kta国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

14、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

15、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3.1 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

16、生产成本提高项目的经济效益和社会效益.化学工程与工艺专业毕业论文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设计围本设计围包括1工艺生产方法确定、生产流程设计与论证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

17、所示。项目外观酯含量%密度20g/cm3酸度以对苯二甲酯计%闪点色度铂-钴号加热减量%体积电阻率1011?.m500.12表 1 DOP 质量指标指标优级品一级品合格品透明液体无悬浮物99.099.5099.500.9810.9860.0152101000.210.0202052000.250.5二、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.化学工程与工艺专业毕业论文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

18、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。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

19、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 11 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。二者比较第种技术用采用氧化铝与辛酸亚锡 11 比例

20、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。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 11 比例复配型催化剂。2工艺参数的确定.化学工程与工艺专业毕业论文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 11 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

21、 5 釜的反应温度见表 2。(2)投料比PA2 一 EH=1230(wt)(3)催化剂量003(wt)(4)酯化压力常压(带氮封)PA1702 一 EH175催化剂20表 2 进料温度及与釜反应温度釜 1190釜 2200釜 3210釜 4220釜 5230(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9952.2 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

22、空度30mbar(4)加热蒸汽压力20ba2.3 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=61(vo1)(4)中和搅拌转速180rmin(5)水洗搅拌转速50rmin.化学工程与工艺专业毕业论文(6)NaOH 单耗04kgtDOP(7)中和水洗后酸值001002KOH mgDOP2.4 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0(1)

23、粗酯人塔温度140160C(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101(wt)(5)干燥塔出口酯中含水量001005(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苯酐、异辛醇一级酯化废水滤液图

24、 1DOP 工艺流程方块图.催化剂、N2NaOH无离子水助滤剂二级酯化中和水洗汽提脱醇干燥过滤产品化学工程与工艺专业毕业论文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的底部都通入高纯度的氮气氧含量10mg/kg 中

25、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1.322.67 kPa,5080、干燥1.32 kPa,5080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

26、 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计生产能力DOP 年生产能力为年生产 30000 吨/年设工作日为 330 天DOP30000 吨设330 天年生产日日产 DOP30000330=90.90 吨.化学工程与工艺专业毕业论文每小时 DOP 的产量生要求 DOP 的生产规格产品规格一等品

27、 DOP含量 99.5%90.9024=3.79 吨每小时要得纯 DOP 为3.7999.5%=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 3.7714%=3.93 吨分子量苯酐 148.12 异辛醇 130.0DOP 390.3H2O181.2 一级酯化段物料计算根据一级酯化反应式+H2O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%.一小时一级酯化反应釜进釜苯酐的量为3.931000390.30.995=10.12 kmol根据投料比苯酐异辛醇=1:2.3异辛醇投入量为 10.122.2=23.28 kmol异辛醇一部分作为带水

28、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.化学工程与工艺专业毕业论文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 kmol1.2 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 kmolN23 m/h3出釜设转化率为 X第一釜 DOP 产量为 10.1

29、2X kmol第二釜 DOP 产量为 10.12X1-Xkmol第三釜 DOP 产量为 10.12X1-Xkmol第四釜 DOP 产量为 10.12X(1-X)(1-X)kmol第五釜 DOP 产量为 10.12X1-X(1-X)(1-X)kmol所以2310.12X+10.12X(1-X)+10.12X(1-X)+10.12X(1-X)+10.12X(1-X)10.12X=0.523即反映的转化率为 X=0.523DOP 的物质的量 nD=10.120.523=5.29kmol/h异辛醇量为 nB=21.935.29=16.64kmol/h单酸酯的量 10.12 5.29=4.83kmol/

30、h.化学工程与工艺专业毕业论文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=10.120.523=5.29kmol/h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/h3101500N 3m/h,转化为摩尔流量=0.121kmol8.314303.15nRT(0.121+5.29+13.23)8.314473.15V=722.46m每一小时将有p101.500 排出反应釜。1.3 酯化工段物料衡结果入塔苯酐异辛醇表 4一级酯化段物料衡算表单酸酯出塔苯酐异辛醇单酸酯量k

31、mol/h26.9680.860量kmol/h053.9026.96摩尔含量%25.075.00摩尔含量%066.6733.33表 5 二级酯化段釜 1 物料衡算表.化学工程与工艺专业毕业论文入釜异辛醇单酸酯氧化铝与辛酸亚锡量kmol/h53.9026.960.32氧化铝与辛酸亚锡量kmol/h39.800.3221600N2水DOP出釜异辛醇单酸酯N2水DOP12.860.320.3221614.1014.102.热量衡算表 6 各物质比热容物质C/kJ/(mol.k)p,mC/kJ/(mol.k)(423Kp,m(303KCp,m/()k mfHJ olm.K/(298K)/k0.4935

32、J/mol-373.2-672.6-1120.6异辛醇苯酐邻苯二甲酸一辛酯0.28560.25590.45230.34540.28290.53470.31550.2694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 150C0QA=nACp,mAT=10.12269.4(15030)+273.15=1.07210kJ6QB=nBCp,mBT=32.05315.5(120+273.15)=3.97510kJ62.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第一定律其热力学衡算式可表达为H=q.式中H物系

33、焓变及反应焓变kJ;.化学工程与工艺专业毕业论文=0.291106q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(l423.15K)+B(l,423.15K)H7C(l,423.5K)H1H4A(l404.75K)H2H6A(s404.75K)H3H5A(s298.15K)+B(l,298.15K)C(l,298.5K)H51=nACp,mT=10.12269.4(423.15404.75)=0.50210kJ/h由于在恒温恒压下进行所以H2=-32 kJ/hH3=nACp,mT6kJ/hkJ/hH4=nBCp,mT=32.05311.5(423.15298

34、.15)=1.24810H=n65C(fHmCfHmAfHmB)=10.12(1120.6+672.6+373.2)=0.75710kJ/hH6=nCCp,mCT=10.12493.5(423.15298.15)=0.62410kJ/h6所以故反应物系将放出H7=H1+H-1.732+H3+10kJ/hH4+H为保持反应在恒温下进行5+H6=1.7310kJ/h6需在夹套中冲一定流量的冷却水。3.换热器的热量衡算分子量苯酐 148.12 异辛醇 130.0DOP 390.3H2O18由于反应温度在 200C0以下进行两流体温度变为热流体进入换热器的温度为 190C0出口温度定为 70C0冷流体

35、循环水进口温度为 25C0出口温度为 60C0。Q=mcpT,T=130C0A-异丙醇B-水C-NmA=nAMA=16.64130=2163.2 kg/h.15)化学工程与工艺专业毕业论文m=nM=5.2918=95.22 kg/hBBBm=nM=0.12114=1.694cccQ=mc T=2163.21.97130+95.224.34130+1.6940.771130p=553995.52+53723.124+169.789=607888.43 KJ/h组分比热容表 10 入冷凝器的气体的比热容异辛醇2000C2.225组成 kmol产生热 Q1kJ/h16.64553995.25600C

36、1.7322000C4.5055.2953723.124水600C4.1822000C0.7960.121169.789N2600C0.746表 11 冷凝液组分气化热和液体热容组分气化热 wr KJ/mol液体比热容 KJ/(kg.)组成 kmol/h冷凝放热 kJ/h异辛醇61.992.29416.641031513.6水40.694.1785.29215250.1Q=16.6461.991000+5.2940.6910002=1031513.6+215250.1=1246763.7 kJ/h冷凝放出总热 Q2=1031513.6+215250.1=1246763.7 kJ/hQ总=Q1+

37、Q2=607888.43+1246763.7=1854652.13kJ/h=515.18 kw.化学工程与工艺专业毕业论文故冷却水用量w水=Q总1854652.13=12683.12kg/hc水t4.17835四、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3=1.527g/cm;t 单位时间1 hQ 和 Q分别为苯酐和异辛醇的体积流量;AABVR=Q0t(1+)(8

38、)(10)Q0=QA+QB(9)QA=nAMA/At式中nA单位时间1 小时处理的苯酐摩尔数MA苯酐的分子量苯酐密度为搅拌容器的备用系数一般取 0.10.15取 0.1。QA=nAMA/t=10.121000148.12(1.527 3600)=272.68cm/S同理异辛醇体积流量 QB异辛醇密度 B=0.8176g/cm33QB=nBMB/Bt=32.051000130.0(0.8176 3600)=1415.56m/S3Q0=QA+QB=272.68+1415.56=1688.24cm/S3单级酯化反应釜中物料的平均停留时间为 6.955=1.37 hVR=Q0t1+.化学工程与工艺专业

39、毕业论文=1688.241.3736001.1=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 0.80.85。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=10.88m1.2 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334V410.88.31.31.33.14H=1.3Di=1.32.2=2.86m故液面深度 h=4VR/Di=49.253.142.22.2=2.43m2表 如表 6 所示当 D16i-6曲面高度 h1=22得00m各550mmm参查数表 6 所查得的

40、各参数直边高度 h240mm1.3 反应釜温度与压力查表 45 设计温度150+20170PT=gh+Pw混合液平均密度=nAMA/(nAMA+nBMB)A+nBMB/(nAMA+nBMB)B.化学工程与工艺专业毕业论文=0.26461.527+0.81760.73543=1.005g/m已知P=0.1015MPaW则工作压力PT=gh+Pw=1.0051039.812.43+0.10151000000=0.125MPa设计压力为工作压力的 110%则设计压力为Pc=1.1PT=1.10.125MPa=0.1375MPa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

41、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=0.1375MPaT=170Di=2200mmt=104MPa=1.0(双面焊对接100%探伤)腐蚀裕量 C2=2mm计算厚度 如下=PcDi2t Pc0.1375 MPa 2200 mm=2104MPa1.00.1375MPa=1.46mm设计厚度 Sd如下Cd2=+=1.46mm+2mm=3.46mmd=4.3查表 4-9负偏差 C1=0.25mmd+C1=3.71mm 圆整后为 4mm即名义厚度 n=4mm复验 n6%=0.24mm 0.35,因此符合全档板条件。D2.

42、201.5.2 搅拌功率的计算采用永田进治公式法计算。2Re=(dn)/3,-4式中d=0.22m,n=1.2r/s,混合液平均密度=1.005g/cm=3.510Pa.s64故 Re=1.831010 为湍流=Np,为功率因数Np为功率数=Np=6.3查图 Rushton 算图当 Re=4.7106时3 535故搅拌功率 N=Npnd=6.31.0051.20.731000=2268W1.6 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。1.6.1 被搅拌液体侧的对流传热系数 j.化学工程与工艺专业毕业论文采用佐野雄二推荐的关联式计算:43 0.2270.33

43、0.520.08Nuj=0.512(D/)Pr(d/Di)(b/Di)23=4N/(DiH),式中 N=2268W,Di=2.20m,=1005kg/m,H=2.86m故=42268/3.142.22.22.861005=0.21w/kg=/=3.510/1005=3.48-410m/s-7 2(Di/0.2110104)=3 0.2272.2/42.144=3.59-210.2274cp223.90.00035Pr=0.110=0.71jDi/=0.512(D/)Pr(d/D)(b/D)43 0.2270.330.520.08=0.5123.59100.710.3340.330.090.52

44、0.08=0.76104故 j=0.110.7610/2.2=380W/(m.C)42 o1.6.2 夹套冷却水对流传热系数 采用下式计算De/=0.027RePrV(1+3.5(De/Dc)0.80.330.14即=0.027RePrV(1+3.5(D0.80.330.14e/Dc)/De冷却水进入夹套温度 25C,则其定性温度o冷却水出夹套温度 55Cot=40Co在此温度下水的相关物性如下o比热容 cp=4.174kJ/(kg.C)导热系数=63.38密度=992.2kg/m3黏度=0.000656Pa.s。cpPr=4.1740.000656/63.38=4.3210由于反应物系放出热

45、量 Q1=1.7310kJ/h=480.56kW搅拌功率 N=2268W6故搅拌槽需移出热 Q=Q1+N=482.72kW。所以冷却水质量流量 m=Q/cp(t2-t1)=482.72/(4.17430)=3.85kg/s。夹套中水流速 u=m/(PE)=3.85/(992.20.050.1)=0.78m/sDe=4E=0.4mDc=2.2m.化学工程与工艺专业毕业论文Re=Deu/=0.40.78992.2/0.000656=0.4710cp4.1740.000656Pr=4.321063.380.80.330.14De/=0.027RePrV(1+3.5(De/Dc)当液体被加热时=1.0

46、5bV=1.05wDe/=0.027RePr(1+3.5(De/Dc)60.80.33060.8-50.330.14=0.027(0.4710)(4.3210)1.05(1+3.50.4/2.2)=931.50.0361.0071.64=55.382o=55.3863.38/0.4=8775.1W/(m.C)所以总传热系数1/K=1/j+1/=1/380+1/8775.1=0.0027K=370.4W/(m.C)1.6.3 夹套传热面积由 Q=KFtmt1t2(15025)(15055)tm=109.5oCln(t1/t2)ln(125/95)2o得 F=Q/Ktm=482.7210/(370

47、.4109.5)=11.9m32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22热面积DiH=3.142.22.86=19.76m。该面积大于所需传热面积 F=11.9m因此夹套设计符合要求。.化学工程与工艺专业毕业论文图 2 反应釜基本构造1.7 反应釜的主要技术特性汇总项目表 9 反应釜的主要技术特性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d1.1m叶轮宽度b0.2m叶轮距釜底高度c0.73m1.2r/s搅拌转速n.化学工程与工艺专业毕业论文器桨叶数z6搅拌功率N2268W6搅拌附件挡板数nb挡板宽度w0.2m搅拌釜全容积不包括封头部分V2

48、9.1m3液面深度反搅拌釜实际高度应釜工作压力搅拌釜厚度夹套形式螺旋板螺距夹套环隙夹套内冷却水流速搅拌釜内经h2.43mH2.86mDi2.2mPT0.14MPan5mm螺旋板夹套P0.05mE0.10mu1.99m夹套冷却水每小时移出热量Q482.72kW被搅拌液体侧的对流传热系数j380W/(m.C)2 o.化学工程与工艺专业毕业论文夹套侧冷却水对流传热系数K8775.1W/(m2.oC)搅拌槽总传热系数370.4W/(m2.oC)所需夹套面积F11.9m2由于釜介质具有一定的腐蚀性,要求对釜体及釜盖表面进行搪铅处理(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

49、和釜盖须采用法兰连接。此外还考虑到釜介质的反应速度难以控制以及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。2.1 选择换热器的类型0由于反应温度在 200C 以下进

50、行两流体温度变为热流体进入换热器的温度为0000190C出口温度定为 70C冷流体循环水进口温度为 25C出口温度为 60C。该换热器用循环冷却水冷却冬季操作时进口温度会降低考虑到这一因素估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。2.2 传热面积的确定选用 252.5 的碳钢管两股流体的进出口温度为热流体出换热器气20070.化学工程与工艺专业毕业论文冷流体水6525 故传热推动力0065)(7025)m 逆=72.4t(7025)(2(20065)ln热流体的温降130修正系数 R=3.7冷流体的温降35P=冷流体的温度35=0.2两流体的最初温度1