年产5万吨邻苯二甲酸二辛酯（dop）生产初步设计 - 毕业设计

海南大学材料与化工学院化工课程设计说明书题目年产5万吨邻苯二甲酸二辛酯（DOP）生产车间初步工艺设计学号姓名XXXXXXX年级学院材料与化工学院专业化学工程与工艺指导教师完成日期2010年12月19日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11比例复配催化剂年产5万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ABSTRACTDIOCTYLPHTHALATE,REFERREDTOASDOP,MOLECULARFORMULAC24H38O4ITISIMPORTANTTOGENERALPURPOSEPLASTICIZERANDHASBECOMETHELARGESTAMOUNTUSEDOFPLASTICIZERTHEATHOMEANDABROAD,NOWITISWIDELYUSEDINRUBBER,PLASTICSANDPHARMACEUTICALINDUSTRY,PLAYSANIMPORTANTROLEINTHENATIONALECONOMYAFTERANALYSISANDCOMPARISONOFVARIOUSRAWMATERIALS,SYNTHESIS,THEDESIGNPROCESSISTHEUSEOFMULTITANKREACTORSINSERIESCONTINUOUSESTERIFICATIONTECHNOLOGY,THECATALYSTISALUMINAWITHA11RATIOOFSNCATALYSTCOMPOUNDANNUALOUTPUTOF100,000TONSDIOCTYLPHTHALATE,TOMEETDOMESTICDEMANDTHEDESIGNFOLLOWSTHE“MATURETECHNOLOGY,ADVANCEDTECHNOLOGY,EQUIPMENTCONFIGURATIONSCIENTIFIC,ENVIRONMENTALSAFETY,ECONOMICEFFICIENCY,“THEPRINCIPLEOFRECIPROCITYAFTERCOMPARINGDOMESTICANDFOREIGNADVANCEDPRODUCTIONMETHODS,PROCESSANDEQUIPMENTCONFIGURATION,THECHOICESARESTARTINGFROMPHTHALICANHYDRIDEANDISOOCTANOLAFTERESTERIFICATION,DEALCOHOL,REFINEDBYPRODUCTLINEPRODUCTIONPROCESSOCTYLPHTHALATEDESIGNFORPRODUCTIONPROCESSDESIGNARGUMENT,THEDESIGNOFFACILITIESANDPROCESSSELECTION,WITHAFLOWCHARTWITHCONTROLPOINTS,THEMAINPRODUCTIONEQUIPMENTANDSIZECHART,WORKSHOPEQUIPMENTCONFIGURATIONDIAGRAMTHELASTPARTISABOUTENVIRONMENTALPROTECTIONANDLABORSAFETY,INORDERTOACHIEVEREDUCTIONOFTHE“THREEWASTES“EMISSIONS,STRENGTHENTHE“THREEWASTES“TREATMENT,TOENSURESAFEPRODUCTIONPURPOSESKEYWORDDOPETHYLHEXANOLPHTHALICPROCESSDESIGNPROCESSCALCULATIONEQUIPMENTSELECTION目录一总论71概述711增塑剂DOP的性质712产品用途713DOP在国民经济中的重要性714DOP的市场需求82设计的目的和意义83设计依据和原则831设计依据832设计原则84设计范围95DOP生产能力及产品质量标准951生产能力952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1121酯化工序1122中和、洗涤工序1123脱醇工序1224干燥、过滤工序123产工艺流程图及其说明1331DOP生产工艺流程图1332生产工艺流程说明13三工艺计算141物料衡算1411设计生产能力1412二级酯化段釜1物料计算1513酯化工段物料衡结果162热量衡算174主要设备设计与选型181反应釜的设计与选型1911反应釜体积确定1912反应釜高度与底面直径2013反应釜温度与压力2014反应釜壁厚度计算2115搅拌器的设计及选型22151搅拌器型式适用条件表23152搅拌器的选用及尺寸23153搅拌功率的计算2316夹套传热面积的计算与核算23161被搅拌液体侧的对流传热系数23162夹套冷却水对流传热系数24163夹套传热面积2517反应釜的主要技术特性汇总262冷凝器的设计与选型2721选择换热器的类型2822流动空间及流速的确定2823传热面积的确定2824冷凝器工艺尺寸的计算29241管子数N的确定29242管子的排列方式，管间距的确定30243壳体直径的确定30244折流板30245接管3025壳体厚度3126换热器封头的确定3127容器法兰的选择3128开孔补强3129支座31210冷凝器设计汇总31五环境保护与劳动安全321DOP三废处理322DOP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一总论1概述11增塑剂DOP的性质DOP化学名为邻苯二甲酸二异辛酯，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0986120/20，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。12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。13DOP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6400KTA，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。14DOP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31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。32设计原则本课题遵循的设计原则和指导思想（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。5DOP生产能力及质量标准51生产能力该项目年产5万吨DOP，年开工日为330天（全天候），日产DOP15152吨。52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1DOP质量指标指标项目优级品一级品合格品外观透明液体，无悬浮物酯含量，99099509950密度（20），G/CM309810986酸度（以对苯二甲酯计）00150020闪点，210205色度（铂钴）号50100200加热减量，0102025体积电阻率，1011M2105二、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11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，故拟采用第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11比例复配催化剂。2工艺参数的确定21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5釜的反应温度见表2。2投料比PA2EH1230WT3催化剂量003WT4酯化压力常压带氮封表2进料温度及与釜反应温度PA2一EH催化剂釜1釜2釜3釜4釜5170175201902002102202305停留时间约7H，酯化釜体积18M36酯化釜搅拌器转速72RMIN6总转化率约99522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2302进料粗酯含醇量16173降膜脱醇真空度30MBAR4加热蒸汽压力20BA23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1NA0H水溶液浓度03WT2水洗温度953粗酯碱61VO14中和搅拌转速180RMIN5水洗搅拌转速50RMIN6NAOH单耗04KGTDOP7中和水洗后酸值001002KOHMGDOP24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1401600C2汽提塔顶部真空度40MBAR3干燥塔顶部真空度99MBAR4粗酯量汽提蒸汽量101WT5干燥塔出口酯中含水量001005WT25过滤工序在粗酯中加入活性炭，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902活性炭加入量005WT3芬达过滤器粗滤周期48H4精滤后DOP色值1015HAZEN3生产工艺流程图及其说明31DOP生产工艺流程简图（见图1）图1DOP工艺流程方块图32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122125在130150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180,最后一级酯化温度为220230,酯化部分用39MPA的蒸汽加热邻苯二甲酸单酯的转化率为998999。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35倍。使用20的NAOH水溶液，当加入无离子水后碱液浓度仅为03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。一级酯化二级酯化中和水洗汽提脱醇废水NAOH无离子水干燥过滤产品助滤剂滤液苯酐、异辛醇催化剂、N2然后物料经脱醇（132267KPA,5080）、干燥（132KPA,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993。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7001500MG氧/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11设计生产能力DOP年生产能力根据设计任务规定为年生产50000吨/年，取工作日为330天，此规模采用连续操作比较合理。DOP50000吨年生产日330天日产DOP5000033015152吨每小时生产1515224631吨要求达到最后产品达规格产品规格一等品DOP含量995故每小时要得纯DOP为631995628吨设整个过程之中DOP损失量为4则实际每小时产纯DOP为628（14）654吨分子量苯酐14812异辛醇1300DOP3903H2O1812一级酯化段物料计算根据一级酯化反应式二级酯化反应式第一步转化率为100，第二步转化率为995一小时一级酯化反应釜进釜苯酐的量为6541000390309951684KMOL根据投料比苯酐异辛醇122异辛醇投入量为1684223705KMOL回流异辛醇量1347KMOL总辛醇量370513475052KMOL出釜异辛醇量为3705168413473368KMOL邻苯二甲酸一辛酯的量1684KMOL12二级酯化段釜1物料计算进釜异辛醇3368KMOL邻苯二甲酸一辛酯的量1684KMOLH2O氧化铝与辛酸亚锡复配催化剂量02KMOLN25M3/H出釜第一釜的转化率XA0523DOP的物质的量HKMOLND/8152308416异辛醇量为B743邻苯二甲酸一辛酯的量1684881803KL/氧化铝与辛酸亚锡复配催化剂量02KMOL产生的水的物质的量N水HKMOL/8152308416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NBN水251。所以NB881252202KMOL/HN25M3/H,转化为摩尔流量KMOLOL2014530131485每一小时将有3排MPNRTV1200155473828出反应釜。13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邻苯二甲酸一辛酯出塔苯酐异辛醇邻苯甲酸辛酯量（KMOL/H）168450520量（KMOL/H）033681684摩尔含量（）2507500摩尔含量（）066673333表5二级酯化段釜1物料衡算表入釜异辛醇邻苯二甲酸一辛酯氧化铝与辛酸亚锡N2水DOP量（KMOL/H）33681684020201400出釜异辛醇邻苯二甲酸一辛酯氧化铝与辛酸亚锡N2水DOP量（KMOL/H）248780302020148818812热量衡算表6各物质比热容物质CP,M/KJ/MOLK303K）CP,M/KJ/MOLK423K）MOLK/KJCP,/K298HMFJ/MOL异辛醇0285603454031553732苯酐0255902829026946726邻苯二甲酸一辛酯0452305347049359787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39MPA蒸汽将原料先预热到1500CQANA6KJMP,CT1045310426981QB6KJ2530,N2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QH式中物系焓变及反应焓变，KJQ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AL，42315KBL,42315KCL,4235K7H1H4AL，40475K26AS，40475K3H5HAS，29815KBL,29815KCL,2985K6KJ/H1086130426981,1TCNMPA由于在恒温恒压下进行，所以06KJ/H425,3HPA6KJ/H1079103250,4TCNMB6KJ/102328465MBFAFHFH6KJ/H10510938416,6TCNHMP所以6KJ/H10726543217HHH故反应物系将放出6KJ/H，为保持反应在恒温下进行，需在夹套中冲一0定流量的冷却水。四、主要设备设计与选型1、反应釜的设计与选型11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VRQ0T18Q0QAQB9式中QA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01015，本设计取01。QANAMA/AT10式中NA单位时间内（1小时）处理的苯酐摩尔数；MA苯酐的式量；A苯酐密度1527G/CM3T单位时间（1H）QANAMA/T1684100014812152736004537CM3/S同理异辛醇体积流量QBB异辛醇密度08176G/CM3QBNBMB/BT50521000130008176360022313CM3/SQ0QAQB4537223132685CM3/S单级酯化反应釜中，物料的平均停留时间为137HVRQ0T（1）2685137360011146M3装料系数，根据实际生产条件或实验结果而定，通常取06085。若搅拌时产生泡沫或呈沸腾状态，应取低值，约为0607；若搅拌状态平稳或物料的粘度较高可取08085。本设计物料搅拌状态较平稳，取085。故搅拌釜的有效体积为VVR/085146/085172M312反应釜高度与底面直径反应釜的高度与底面直径关系H13DI底面直径MVDI5621437143故液面深度H4VR/DI24172/3142562334M反应釜高H13H33413435M当，查表166得各参数如表6所示0M562DI表7所查得的各参数曲面高度H1直边高度H2700MM40MM13反应釜温度与压力查表45设计温度15020170混合液平均密度NAMA/NAMANBMBANBMB/NAMANBMBB0275315270724708176101已知PW01015MPA则工作压力为MPAWGHT135010534819查表42设计压力为工作压力的110，则设计压力为PC11PT110135MPA0148MPA设备选材查课本附表91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0CR18NIL2MO2TI。14厚度计算PC0148MPA，T170，DI2560MM，T99MPA，10双面焊对接，100探伤，腐蚀裕量C22MM计算厚度S如下MMPAMPAMCTIC9114802256480设计厚度SD如下MCD9321SD39，查表49则负偏差C1025MMSDC1415MM圆整后为5MM，即名义厚度SN5MM复验SN603MMC1025MM故最后取C1025MM所以该反应釜可以用5MM的0CR18NIL2MO2TI高合金钢板制作。水压校验根据有SICTSEDP90251MPAMMI75965025250261480MPAS18010由此得180故其强度满足要求。ST915搅拌器的设计及选型表8搅拌器型式适用条件表流动状态搅拌目的搅拌器型式对流循环湍流扩散剪切流低粘度混合高粘度液混合传热反应分散溶解固体悬浮气体吸收结晶传热液相反应搅拌容器容积M3转速范围R/MIN最高粘度P涡轮式110010300500桨式12001030020推进式1100010500500折叶开启涡轮式1100010300500布尔马金式110010300500锚11001100100注有者为合用，空白者不详或不合用。151搅拌器的选用及尺寸搅拌器的选型要根据搅拌目的，物料粘度，搅拌容器容积的大小来综合考虑。参照上表，为了实现物料的均相混合，达到返混，所以本设计选用六片平直叶圆盘涡轮式搅拌器。由化工原理上册教材中表41，选取叶轮直径D/DI033,即D085M,叶宽B02M转速取N12R/S，叶轮距槽底高度C为D/311M。为了消除可能的打旋现象，强化传热和传质，安装NB6块宽度W为01DI即0256M的挡板。全档板判断如下12。N126049，由于049035,因此，符合全档板条件。DW56230152搅拌功率的计算采用永田进治公式法计算。RED2N/式中D085M,N12R/S,混合液平均密度101G/CM3,35104PAS故RE25106104为湍流，NP,为功率因数，NP为功率数查图RUSHTON算图，当RE25106时NP61故搅拌功率NNPN3D54801W16夹套传热面积的计算与核算选用螺旋板夹套，环隙E100MM，螺距P50MM。式0螺杆带式15005501000161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NUJ0512D4/30227PR033D/DI052B/DI0084N/DI2H,式中N4801W,DI256M,1010KG/M3,H435M故021W/KG/35104/1010346107M2/SDI4/30227708104710103592PRPCDI/0512D4/30227PR033D/D052B/D008J051271104071033033052018008147104故011147104/2566316W/M2OCJ162夹套冷却水对流传热系数采用下式计算DE/0027RE08PR033V014135DE/DC即0027RE08PR033V014135DE/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T40OC，在此温度下，水的相关物性如下比热容CP4174KJ/KGOC导热系数6338密度9922KG/M3黏度0000656PAS。PR432由于反应物系放出热量Q16KJ/H7667KW，搅拌功率N4801W072故搅拌槽需移出热QQ1N7715KW。所以冷却水质量流量MQ/CPT2T17715/41743062KG/S。夹套中水流速UM/PE62/992200501125M/S，DE4E04MDC29MREDEU/041259922/000065607610610532486305174PRPDE/0027RE08PR033135DE/DC00270761060843210503313504/29734573456338/04116385W/M2OC所以总传热系数1/K1/1/1/63161/116385000167JK599W/M2OC163夹套传热面积由QKFMTOC510995/12LN0/LN21T得FQ/K15629103/53481095267M2MT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DIH314256434349M2。该面积大于所需传热面积F267M2，因此夹套设计符合要求。图2反应釜基本构造17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D085M叶轮宽度B02M搅搅拌转速N12R/S桨叶数Z6搅拌功率N4801W拌器挡板数NB6挡板宽度W0256M搅拌附件搅拌釜全容积（不包括封头部分）V172M3液面深度H334M搅拌釜实际高度H435M搅拌釜内径DI256M工作压力PT0135MPA搅拌釜厚度SN5MM反应釜夹套形式螺旋板夹套螺旋板螺距P005M夹套环隙E010M夹套内冷却水流速U125M冷却水移出热量Q7715KW被搅拌液体侧的对流传热系数J6316W/M2OC夹套夹套侧冷却水对流传热系数116385W/M2OC搅拌槽总传热系数K599W/M2OC所需夹套面积F267M2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。工作条件（1）进入冷凝器的气体温度200；（2）壳程工作压力为1MPA3管程工作压力074MPA4冷却水温度25。21选择换热器的类型由于反应温度在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600C；冷流体（循环水）进口温度为250C，出口温度为550C。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。22流动空间及流速的确定由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，因使循环冷却水走管路，热流体走壳程。选用的碳钢管，管内流速取05M/S。5223传热面积的确定两股流体的进出口温度为热流体（出换热器气）20060冷流体（水）5525故传热推动力TM77462560LN表10入冷凝器的气体的比热容Q1MCPT,T1400CQ1789236296331863548862034KJ/H表11冷凝液组分气化热和液体热容组分异辛醇水气化热WRKJ/MOL61994069组分异辛醇水N22000C600C2000C600C2000C600C比热容KJ/KG222517154505417807960745组成KMOL2912588102014产生热Q1KJ/H78923629633186354液体比热容KJ/KG22944178组成KMOL/H220128805冷凝放热KJ/H136455493582755冷凝放出总热Q213645549358275517227304KJ/HQ总Q1Q2886203417227304260893375KJ/H7247KW故冷却水用量W水HKGC/852014317842609T水总总传热系数K599W/M2OC管程流体的定性温度T5525/240OC,循环冷却水相关物性数据密度9922KG/M3定压比热容CP4174KJ/KG导热系数06338W/M2OC粘度0000656PAS由公式QAKTM可得AQ/（KTM）724700/（7746599）1562M2考虑15的裕度，则A115A1796M224工艺尺寸的计算241管子数N的确定选用的碳钢管，管内流速取05M/S。按单管程计算管子数52根3217925021436084UDVI每小时流入冷凝器的总物质的量N411777KMOL，冷凝器的工作压力为1MPA,57214391SONAL采用四管程，则LL1/4179M，管子数N14N432128根242管子的排列方式，管间距的确定设计采用正三角形排列，取管间距为T32MM。243壳体直径的确定壳体直径DITNC12DO式中DI换热器内径，MM；NC横过管束中心线的管数，由于是正三角形排列，；根根1342181SCDO换热管外径，MM；所以，DI32（131）225434MM，圆整取500MM。244折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内径的25，则切去的圆缺高度为H75MM取折流板间距B03DI,则B159MM。折流板数NBL/B1925块，圆整厚取10快，折流板圆缺面水平装配。查化工设备机械基础得，折流板最小厚度为6MM，折流板外径323MM，折流板开孔直径为2580041，材料为Q235A钢；拉杆选用16，共6根，材料为Q235AF钢。245接管壳程流体进出接管去接管内热流体流速5M/SMUVD350614372管程流体进出接管去接管内冷却水流速为15M/S,则接管内径为UD0729360514821取标准值径为70MM参照化工设备机械基础表621，壳程流体进出接管管长200MM，管程流体进出接管管长150MM。壁厚均用10MM25壳体厚度壳体材料选用20R钢，计算壁厚的公式为SPCDI/（2TPC）式中PC计算压力，取PC为11111MPA；DI300MM；08580130MPA（取壳体温度为80）S30011/（213008511）163MM取C22MM；C1025MM，圆整后取S6MM，复验66036025故最终取C1025MM故S6MM26换热器封头的确定上下封头均采用标准椭球形封头，根据封头为DN14005。曲面高度H170MM，直边高度H225MM，材料选用20R钢。27容器法兰的选择材料选用16MNR钢，根据JB/47032000标准，选用PN16MPA，DN400MM的榫槽密封面长颈对焊法兰。28开孔补强换热器封头和壳体上的接管都需要补强，在开孔外面焊接上一块与容器壁材料和厚度都相同的，即5MM厚的20R钢板。29支座选用型号JB/471292鞍座BI700F。210冷凝器设计汇总表12冷凝器设计汇总内径MM200数目54筒体壁厚MM4间距MM120半径MM100高度MM75折流板高度MM300封头（椭球型）直边高度MM20管长MM1630尺寸MM16数目75拉杆数目6列管尺寸MM2525壳程流体进出接管公称直径140MM，厚度4MM不凝性气体排除接管公称直径20MM,厚度3MM接管管程流体进出接管公称直径80MM,厚度4MM五环境保护与劳动安全1、DOP生产过程“三废”处理生产过程中工业废水的主要来源是酯化反应中生成的水；经多次中和后含有单酯钠盐等杂质的废碱；洗涤粗酯用的水；脱醇时汽提蒸汽的冷凝水，它们的组成大致如下面所示表13酯化液与中和废水的组成酯化反应液中和废碱液MG/LDOP904DOP2000苯酐783苯酐2000苯二甲酸单辛酯0065苯二甲酸单辛酯钠1000硫酸单辛酯116硫酸单辛酯钠23000硫酸单辛酯019硫酸单辛酯钠4000治理的办法，首先应从工艺上减少废水的排放量，象本设计采用的是非酸催化剂，则可革除中和不洗两个工序；其次，当然也不可避免地要进行废水处理。一般说全部处理过程分为回收和净化两级。回收时必须考虑经济效益，如果回收有效成分的费用很大，就不如用少量碱将其破坏除去。对于本设计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。而产生的废水（COD值7001500MHG/L）可以用活性污泥进行生化处理后再排放。2、DOP生产过程安全事项化工产品生产是一项具有高风险性的行业，因此在整个化工生产中，设备安装、施工、操作等等都必要要考虑各方面安全因素，设计过程中要周密考虑，最大程度的消除安全隐患，使事故概率降低到最小。在设计中，流程上要考虑的安全因素主要是避免设备和管道内截止的压力超过允许的超做压力而造成灾难性事故的发生。一般利用安全泄压装置来及时排放管道内的介质，使管道内截止的压力迅速下降。设备及管道中可以采用的安全泄压装置主要有爆破片和安全阀，或在管道上加安全水封和安全放空管。介质的易燃与易爆是相互关联的，防爆的首要措施是防火，所以DOP生产的安全，首要先从防火做起。根据DOP生产的特点，应采取下列防火措施（1）贮存输送原料及产品的贮罐、管线附近严禁火源，并有明显的指示牌和标志。（2）厂房内不存放易燃物质，地沟保持通畅，防止可燃气体、液体积聚，加强