邻苯二甲酸二异辛酯工艺设计说明书.docx
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1、毕 业 设 计系 别: 化学工程技术系 课题名称:500吨/200天邻苯二甲酸二异辛酯工艺设计 班 级: 学生姓名: 指导教师: 2011 年 1 月目 录1 总论11.1 设计依据11.2 建设规模11.2.1 产品品种、规格、数量11.2.2 主要原料、产品的物理化学性质、规格、来源11.3 产品方案31.3.1 产品的用途31.3.2 工艺路线的确定31.3.3 工艺流程简述42 工艺计算52.1 物料衡算52.1.1 基础数据52.1.2 原料、产品的技术规格52.1.3 物料衡算62.2 热量衡算162.2.1 基础数据162.2.2 动力(水、电、汽、气)技术规格162.2.3 热
2、量衡算16设备选型计算212.3 反应设备的选型说明及计算212.4 贮罐的选型说明及计算242.5 换热器的选型说明及计算262.6 塔设备的选型说明及计算272.7 泵的选型说明及计算302.8 其他设备选型说明及计算323 设备布置63.1 设备布置原则63.2 车间建筑要求63.3 设备布置64 消耗定额、控制指标、定员64.1 原材料、动力消耗定额及消耗量64.2 生产控制分析74.3 定员75 三废处理及环境保护85.1 车间三废排量及组成85.2 三废处理措施及效果86 安全生产与劳动保护86.1 危险性物质物性一览表86.2 消防安全措施97 节能措施10致 谢101 总论1.
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,老师指导,小组讨论,综合分析,以实际经验为依据,搏众家之长,选择合适设计方案。1.2 建设规模1.2.1 产品品种、规格、数量产品品种:邻苯二甲酸二异辛酯,简称DIOP规格:99% 工业合格品 数量:500吨工业合格品的相关指标,见下表。1质量标准GB114062001质量指标 优等品一等品合格品色度/(铂-钴)号 3040 60304060纯度/% 99.599.099.0密度/(g/cm3)(20)0.9820.998酸度(以苯二甲酸计)/% 0.01 0.0150.030水分/% 0.100.15 0.150.100
4、.150.15闪点 196192192体积电阻率/(109m)1.01.01.2.2 主要原料、产品的物理化学性质、规格、来源(1)异辛醇又名:2-乙基己醇。分子量: 130.23。分子式:C8H18O 。物化性质:它是无色特殊气味的可燃性液体。具强刺激性,具致敏性。相对密度0.831(水=1),沸点183.5,熔点为 -76,闪点为77。水溶性:不溶于水,可与多数有机溶剂互溶。溶解度(20):辛醇在水中0.1%(重量),水在辛醇中2.6%(重量);共沸组成(760mmHg):醇20%,水80%,共沸点为99.1危险特性:遇明火、高热可燃。与氧化剂可发生反应。若遇高热,容器内压增大,有开裂和爆
5、炸的危险。健康危害:本品属于低毒类。摄入、吸入或经皮肤吸收后对身体有害。对眼睛有强烈刺激作用,可致眼睛损害;可引起皮肤的过敏反应。燃爆危险: 本品可燃,具强刺激性,具致敏性。注意事项:高温、强氧化剂有燃烧的危险。 可用镀锌铁桶或槽车盛装,常温下贮运,防止曝晒。 规格:99.5工业一级品,见下表。2产品标准外观 透明液体,无悬浮物密度/g.cm-30.8290.8340.8290.834沸程(馏出100%体积)/ 179187179187含量/%99.799.7酸含量/%0.0250.025醛含量/%0.20.20.05烯类含量/%0.05硫酸试验 合格15号色泽(铂-钴比色)15号(2)苯酐又
6、名:邻苯二甲酸酐。分子量: 148.12。 分子式:C8H4O3物化性质:外观为白色鳞片状或结晶性粉末,白色微带其它色调的鳞片状或结晶性粉末。具有轻微的气味。熔点为131.6,沸点为295,相对密度为1.527(水=1),相对蒸气密度为5.10(空气=1),饱和蒸气压为0.13 kPa (96.5),引燃温度为570,闪点为151.7。水溶性:不溶于冷水,溶于热水、乙醇、乙醚、苯等多数有机溶剂。危险特性:遇明火、高热或与氧化剂接触,有引起燃烧的危险。健康危害:中等毒性。对皮肤有刺激作用,空气中最大允许浓度为2 mg/L。规格:99 工业一级品,见下表。2产品标准外观 白色鳞片状,块状或结晶性粉
7、末总酸度/%99.799.7凝固点/130.5130.5苯二甲酸/0.60.6色泽(按P-CO标准色号 )60(3)硫酸 硫酸,俗称:98酸。化学式为H2SO4。相对分子质量:98.08g/mol物化性质:浓硫酸是一种无色无味油状液体,是一种高沸点难挥发的强酸,易溶于水,能以任意比与水混溶。20时的密度为1.836g/cm3,相对密度:1.84,沸点:338, 溶解性:与水和乙醇混溶, 凝固点:无水酸在10,98%硫酸在3时凝固。结晶温度0.7,它可以与水任何比例混合并放出大量热。它具有强烈的腐蚀性、氧化性、吸水性,能与多种金属和非金属发生作用。(5)纯碱分子式:,分子量:106物化性质:白色
8、粉末状结晶,与酸起中和反应,易溶于水。碳酸钠YQB-13项 目指 标优等品一等品合格品外观白色结晶粉末总碱量(以计),% 99.298.898.0(4)邻苯二甲酸二异辛酯又名邻酞酸二异辛酯,简称DIOP。化学式:C24H38O4。分子质量390.56 。物化性质:无色或浅黄色粘稠液体,微具气味。色泽(APHA)50,酯含量99%,水含量0.1%,相对密度0.986(20)。粘度0.0530.083Pas(20)。凝固点-45。沸点235。折光率(n20D)1.4860。闪点210。在水中的溶解度(25) 0.01,水在本品中的溶解度为(25)0.4。饱和蒸气压(kPa)为0.027(150),
9、溶于脂肪烃、芳香烃和大多数有机溶剂,完全溶于汽油、矿物油。微溶于甘油、乙二醇和一些胺类,不溶于水。毒性与卫生性:本品毒性低,毒性系数T=200,大白鼠经口LD50为22.6ml/kg,本品对动物的生长、繁殖均无影响,亦无致癌性。由于本品易被油脂抽出,故含有本品的容器不宜长期存放油脂含量大的食品。3规格:99%,工业一级品1.3 产品方案1.3.1 产品的用途邻苯二甲酸二异辛酯(DIOP)作为塑料、皮革、橡胶的主增塑剂,它具有良好的综合性能:挥发性较低、增塑效率高、混合性能好、耐紫外光强、耐水抽出、迁移性小、低温柔软性好、电气性能高、耐热性和耐候性良好等优点在工业上广泛用作聚氯乙烯、氯乙烯共聚和
10、纤维树脂的增塑剂对各种软质制品的加工,如制造薄膜、模板、人造革、电缆料、模塑品、片材增塑糊等;与除醋酸纤维素、聚乙酸乙烯以外的几乎所有的工业用树脂和橡胶有良好的相容性,性能与邻苯二甲酸二辛酯(DOP)类似,但电性能、增塑效率、低温性能较DOP稍差。可用作聚氯乙烯,氯乙烯共聚物,纤维素树脂和合成橡胶的主增塑剂。本品是DOP的有效代用品,主要用途与DOP相同,本品在增塑糊中特别适用,其初始粘度低,而且贮存过程中粘度的变化小。31.3.2 工艺路线的确定(1)生产过程采用间歇法生产方法:由苯酐与异辛醇酯化而成。生产过程有间歇法和连续法两种。连续式生产间歇式生产优点1)产品质量好,且质量稳定 2)能耗
11、、物耗低,经济效益好 3)工艺先进,劳动生产率高 4)自动化水平高,劳动强度小1)投资少,建设快 2)产品切换容易,可生产多种增塑剂 3)工艺技术简单,人员素质易满足 缺点1)建设周期长,一次性投资大 2)主要设备制作加工比较困难 3)产品切换困难,不适合多品种增塑剂的生产 4)对工人的素质要求高 1)产品质量波动大,不太稳定 2)工艺落后,劳动强度大 3)能耗物耗高 连续式生产适合原料来源有保证,有较高生产管理水平和较高人员素质的大规模生产。 间歇式生产适合于小规模、多种增塑剂的生产,投资少见效快。并且三废排放最低,对环境污染小。由于每年500吨200天,产量小,所以选用间歇法更好。间歇法是
12、将苯酐、异辛醇、硫酸和活性碳进行酯化反应,反应液用纯碱中和,经水洗、脱醇、压滤而得(2)酯化催化剂选用硫酸酸催化法以硫酸等为催化剂,其活性顺序为:硫酸对甲苯磺酸苯磺酸2-萘磺酸氨基磺酸磷酸。一般在常压下进行酯化反应,反应产物经中和、水洗、真空蒸馏,回收醇后脱色、压滤,即得成品。缺点为反应时间长,收率低,产品质量差,废水量大,污染环境,腐蚀设备。非酸性催化法:以钛酸酯类、硅酸酯、铝酸钠、金属氧化物(如)为催化剂。优点为副反应少,反应混合物着色性低,产品精制过程简单,质量好(酸值低、色度低、热稳定性好、体积电阻率大),无腐蚀问题,废水少,工艺简单,设备投资省。惟酯化温度较高,且需纯氮保护。非催化酯
13、化法为不用催化剂及水的共沸物,而以单酯本身起自催化作用的方法,转化率可达97.598,产品酸度0.05,色度10.废水少,污染轻。但有混合物停留时间长、需用大容量反应器、占地面积大、动力消耗高、产品质量不稳定、产品需分离、工艺复杂等问题,故采用者尚不多。在七十年代以前,国外生产邻苯二酸酯类增塑剂,几乎全是采用硫酸之类的酸性催化剂进行酯化反应。因此采用硫酸为催化剂的技术很成熟。4我们采用硫酸为催化剂。因为硫酸活性高,价格便宜,是应用最普遍的酯化催化剂,且采用硫酸为催化剂的技术成熟。1.3.3 工艺流程简述(1)酯化反应:在酯化釜中加入邻苯二甲酸酐,异辛醇以1:2(摩尔)的比例,在0.25%硫酸(
14、按总物料量下)催化下于150左右进行酯化,酯化在减压(80Kpa)下进行。利用水蒸汽间歇加热。(2)中和:酯化液冷却到80左右,与5%碳酸钠水溶液进行中和,以除去其中的硫酸及未反应的苯酐,澄清后,分去水层。(3)水洗:用清水洗涤两次,使酯层酸值低于0.02 mg.koH/g,同时又不得呈碱性。(4)脱醇:中和后的酯液在脱醇釜内减压(150,真空下)加热,利用水蒸汽加热,除去其中过量的异辛醇及水分,(5)脱色压滤:脱色后的酯若色泽不好,需加0.1%的活性炭,用活性炭吸附,在60条件下搅拌,后经板框式压滤机除去机械杂质而得到产品。2 工艺计算2.1 物料衡算2.1.1 基础数据年产量500吨邻苯二
15、甲酸二异辛酯,规格为99.0%(wt);年开工时间200天;每天3批,每批操作周期8小时。酯化工序:酯化温度150;酯化压力80Kp;投料比(苯酐:异辛醇)为1:3(摩尔比); 98% H2SO4 :占物料的0.25(wt);苯酐的转化率:100%;双酯的转化率:80%中和工序:中和温度60, 5% Na2CO3,且过量2%水洗工序:水洗温度80,等量软水,水洗两次脱醇工序:操作温度150下,压力为80 Kp(绝压);水、异辛醇均可从塔顶蒸出,一部分为水、异辛醇的恒沸混合物;另一部分为含水2%(wt)的异辛醇,双酯损失0.5%脱色过滤工序:操作温度60,活性炭加入量占进料量的0.1%,吸附杂质
16、98%(wt),双酯损失0.5%双酯在水中溶解度0.01%(25);异辛醇在水中溶解度0.1(20);水在双酯中的溶解度0.4%(25);水在异辛醇中的溶解度2.6%(25)计算基准:间歇反应操作过程以Kg/批为基准2.1.2 原料、产品的技术规格表21 原料、产品的技术规格序号名 称规 格物 性备 注1异辛醇99.5%易燃、易爆2苯酐99%易燃、有毒3浓硫酸98%腐蚀性、氧化性、吸水性4Na2CO3溶液5%溶于水5邻苯二甲酸酸二异辛酯99.0%低毒2.1.3 物料衡算 1、酯化釜物料衡算酯化釜物料衡算如图1-1所示进料系统需要纯的双酯:50099.0%=495t每批所需纯的双酯:495/(2
17、003)=0.825t/批=825Kg/批所需纯双酯产量扩大5%:825105%=866.25 Kg/批主反应:278 130 390 18 xy 866.25 z即列: 得:需转化的单酯x为617.4808 Kg;消耗异辛醇y为288.75 Kg;水z为39.9808 Kg148130 278m n617.48080.8根据单酯转化率为80%,则单酯的总质量为617.480880%=771.8510 Kg即列: 得:纯苯酐m=410.9135 Kg;消耗的异辛醇n=360.9375 Kg根据99%的纯苯酐为410.9135 Kg则苯酐总量为410.913599%=415.0641 Kg苯酐中
18、含有1%的杂质: 415.0641410.9135=4.1506 Kg因为苯酐:异辛醇为1:3(摩尔比)则得99.5%的异辛醇为1082.8126 Kg异辛醇总量:1082.812699.5%=1088.2539 Kg异辛醇中0.5%的杂质:1088.25391082.8126=5.4413 Kg浓H2SO4总量: (415.0641+1088.2539)0.25%=3.7583 Kg其中98%的纯硫酸:3.75830.98=3.6831 Kg硫酸中2%的水:3.75833.6831=0.0752 Kg在主反应中生成水量为39.9808 Kg,而硫酸中生成0.0752 Kg的水,共有水量40.
19、0560 Kg出料系统双酯总量:866.25 Kg单酯总量:771.8510617.4808=154.3702 Kg纯硫酸:3.6931 Kg水中异辛醇:40.05600.3%=0.1202 Kg(异辛醇在水中溶解度0.1 %20,温度综合60左右,溶解度扩大3倍,设异辛醇在水中溶解度0.3 %)流出的纯异辛醇:1088.25390.1202360.9375288.75=433.0049 Kg(360.9375和288.75为反应掉的异辛醇)杂质:4.1506+5.4413=9.5919 Kg(杂质来自苯酐和异辛醇)整理上述计算结果列下表:组分Kg/批w进料 原料苯酐99%苯酐410.9135
20、27.27%1%杂质4.15060.28%原料异辛醇995%异辛醇1082.812671.85%0.5%杂质 5.44130.36%原料浓硫酸98%浓硫酸3.68310.24%2%水0.07520进料总计1507.0763100%出料水40.05602.66%水中异辛醇0.12020.01%单酯154.370210.24%双酯866.2557.48%纯硫酸3.68310.24%异辛醇433.004928.73%杂质9.59190.64%出料总计609.1918100%2、中和器物料衡算中和器物料衡算图如图1-2所示中和反应式:556106600 44 18 X Y Z M 154.3702 列
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