年产8万吨邻苯二甲酸二辛酯(DOP)生产车间初步工艺设计.doc
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XX大学化工学院
化工课程设计
说明书
题目：
年产8万吨邻苯二甲酸二辛酯（DOP）
生产车间初步工艺设计
学号:
X
姓名：
X
年级：
X
学院：
化工学院
专业：
化学工程与工艺
指导教师：
XXXXX
完成日期：
XXXXXX
摘要
邻苯二甲酸二辛酯,简称DOP。
分子式：
C24H38O4是重要的通用型增塑剂，是目前国内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，以满足国内需求。
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，在比较国内外各种先进生产方法、工艺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
Abstract
Dioctylphthalate,referredtoasDOP,MolecularFormula:
C24H38O4.Itisimportanttogeneral-purposeplasticizerandhasbecomethelargestamountusedofplasticizertheathomeandabroad,nowitiswidelyusedinrubber,plasticsandpharmaceuticalindustry,playsanimportantroleinthenationaleconomy.Afteranalysisandcomparisonofvariousrawmaterials,synthesis,thedesignprocessistheuseofmulti-tankreactorsinseriescontinuousesterificationtechnology,thecatalystisaluminawitha1:
1ratioofSncatalystcompoundannualoutputof100,000tonsDioctylphthalate,tomeetdomesticdemand.
Thedesignfollowsthe"maturetechnology,advancedtechnology,equipmentconfigurationscientific,environmentalsafety,economicefficiency,"theprincipleofreciprocity.Aftercomparingdomesticandforeignadvancedproductionmethods,processandequipmentconfiguration,thechoicesarestartingfromphthalicanhydrideandiso-octanolafteresterification,dealcohol,refinedbyproductlineproductionprocessoctylphthalate.Designforproductionprocessdesignargument,thedesignoffacilitiesandprocessselection,withaflowchartwithcontrolpoints,themainproductionequipmentandsizechart,workshopequipmentconfigurationdiagram.Thelastpartisaboutenvironmentalprotectionandlaborsafety,inordertoachievereductionofthe"threewastes"emissions,strengthenthe"threewastes"treatment,toensuresafeproductionpurposes.
Keyword:
DOPEthylhexanolPhthalicProcessDesign
ProcessCalculationEquipmentSelection
目录
一．总论 7
1．概述 7
1.1增塑剂DOP的性质 7
1.2产品用途 7
1.3DOP在国民经济中的重要性 7
1.4 DOP的市场需求 8
2．设计的目的和意义 8
3．设计依据和原则 8
3.1设计依据 8
3.2设计原则 8
4．设计范围 9
5．DOP生产能力及产品质量标准 9
5.1生产能力 9
5.2产品质量标准 9
二．生产工艺流程设计与论证……………………………………………10
1．生产工艺选择与论证………………………………………………10
2．工艺参数的确定……………………………………………………11
2.1酯化工序 ..........................................11
2.2中和、洗涤工序 ....................................11
2.3脱醇工序 ..........................................12
2.4干燥、过滤工序 ....................................12
3．产工艺流程图及其说明……………………………………………13
3.1DOP生产工艺流程图…………………………………………13
3.2生产工艺流程说明……………………………………………13
三．工艺计算………………………………………………………………………14
1.物料衡算……………………………………………………………………14
1.1设计生产能力…………………………………………………………14
1.2二级酯化段釜1物料计算……………………………………………15
1.3酯化工段物料衡结果…………………………………………………16
2．热量衡算…………………………………………………………………17
四．主要设备设计与选型…………………………………………………………18
1．反应釜的设计与选型………………………………………………………19
1.1反应釜体积确定………………………………………………………19
1.2反应釜高度与底面直径………………………………………………20
1.3反应釜温度与压力……………………………………………………20
1.4反应釜壁厚度计算……………………………………………………21
1.5搅拌器的设计及选型…………………………………………………22
1.5.1搅拌器型式适用条件表………………………………………23
1.5.2搅拌器的选用及尺寸…………………………………………23
1.5.3搅拌功率的计算………………………………………………23
1.6夹套传热面积的计算与核算…………………………………………23
1.6.1被搅拌液体侧的对流传热系数………………………………23
1.6.2夹套冷却水对流传热系数……………………………………24
1.6.3夹套传热面积……………………………………………………25
1.7反应釜的主要技术特性汇总…………………………………………26
2．冷凝器的设计与选型………………………………………………………27
2.1选择换热器的类型……………………………………………………28
2.2流动空间及流速的确定………………………………………………28
2.3传热面积的确定………………………………………………………28
2.4冷凝器工艺尺寸的计算………………………………………………29
2.4.1管子数n的确定…………………………………………………29
2.4.2管子的排列方式，管间距的确定………………………………30
2.4.3壳体直径的确定…………………………………………………30
2.4.4折流板…………………………………………………………30
2.4.5接管……………………………………………………………30
2.5.壳体厚度………………………………………………………………31
2.6换热器封头的确定……………………………………………………31
2.7容器法兰的选择………………………………………………………31
2.8开孔补强………………………………………………………………31
2.9支座……………………………………………………………………31
2.10冷凝器设计汇总………………………………………………………31
五．环境保护与劳动安全.......................................... 32
1．DOP三废处理............................................... 32
2.DOP安全生产................................................ 33
六．设计结果评析与总结........................................... 34
致谢............................................................. 35
参考文献 ...........................................................35
附图
1．带控制点的工艺流程图
2．主要生产设备结构尺寸图
3．换热器结构示意图
4．生产车间的设备配置布置图
5．DOP厂房总布置图
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，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。
1.3DOP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。
1.4DOP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：
（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
3.1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
（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。
5．DOP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DOP242.42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GBl1406—8标准，见表1所示。
表1DOP质量指标
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，%≥
99.0
99.50
99.50
密度（20℃），g/cm3
0.981－0.986
酸度（以对苯二甲酯计）%≤
0.015
0.020
闪点，℃≥
210
205
色度（铂-钴）号≤
50
100
200
加热减量，% ≤
0.1
0.2
0.25
体积电阻率，×1011?
.m≥
2
1
0.5
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。
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①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。
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①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：
2．30（wt）
（3）催化剂量：
0．03％（wt）
（4）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：
74r／min
（7）总转化率：
约99．5％
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：
16％～17％
（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：
0．3（wt％）
（2）水洗温度：
95℃
（3）粗酯：
碱=6：
1（vo1）
（4）中和搅拌转速：
180r／min
（5）水洗搅拌转速：
50r／min
（6）NaOH单耗：
0．4kg／tDOP
（7）中和水洗后酸值：
0．01～0．02KOHmg／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：
140～1600C
（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）干燥塔出口酯中含水量：
0．01％～0．05％（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：
10～15（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
助滤剂
无离子水
NaOH
催化剂、N2
汽提脱醇
过滤
干燥
中和水洗
二级酯化
一级酯化
产品
滤液
废水
图1DOP工艺流程方块图
3.2生产工艺流程说明（参考CAD图纸Ⅰ：
工艺流程图）
熔融苯酐和辛醇以一定的摩尔比[（1:
2.2～1:
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220～230,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3～5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（1.32～2.67kPa,50～80℃）、干燥（1.32
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