年产7200邻苯二甲酸二丁酯毕业设计

摘要/ Abstracti摘 要邻苯二甲酸二丁酯（DBP）是广泛用于塑料加工业中的一种良好的增塑剂。DBP生产工艺主要有三种：间歇法，半连续法和连续法。本设计采用半连续法生产工艺，用邻苯二甲酸酐和正丁醇进行酯化反应，以硫酸作为催化剂，生产工艺包括酯化、中和水洗、脱醇、脱色过滤、废水处理等五个主要过程。本设计说明书主要介绍了生产工艺的选择与确定，物料和能量衡算，主体设备的选型与计算、厂址的选择及厂房布置、以及环境保护与劳动安全。关键词：邻苯二甲酸二丁酯（DBP）；苯酐；酯化反应；工艺设计摘要/ AbstractiiAbstractDibutyl phthalate (DBP) is widely used in plastics processing industry as a good plasticizer. There are three main processes production of DBP: intermittent, semi-continuous process and continuous process. This design uses the semi-continuous process, with ophthalmic anhydride and n-butanes for etherification to sulfuric acid as a catalyst. Its production processes including five main processes: etherification, neutralization and washed, alcohol, filtering and bleaching, and wastewater treatment. This design specification mainly introduces the selection and determination of production technology, the balance of material and energy,the calculation and selection of main equipment,the site selection and layout of plant,and environmental protection and labor safety.Key Words: Dibutyl Phthalate(DBP); Phthalic Anhydride;Esterification Reaction; Process Design目录1目 录第一章 概述 .11.1 邻苯二甲酸二丁酯（DBP）的结构与性能 .11.2 增塑剂的发展趋势 .11.3 产品需求 .21.3.1 PVC 行业基本情况 .21.3.2 DBP 国内外需求情况 .2第二章 工艺流程的选择 .42.1 生产工艺的确定 .42.1.1 DBP 的合成原理 .42.2 催化剂的选择 .42.2.1 对甲苯磺酸催化合成邻苯二甲酸二丁酯 .52.2.2 树脂催化合成邻苯二甲酸二丁酯 .52.2.3 无机盐催化合成邻苯二甲酸二丁酯 .52.2.4 杂多酸催化合成邻苯二甲酸二丁酯 .62.2.5 相转移催化合成邻苯二甲酸二丁酯 .62.2.6 催化剂的确定 .62.3 工艺流程的确定 .72.3.1 生产工艺的对比与选择 .72.3.2 工艺流程的确定 .82.3.3 工艺流程介绍 .9第三章 原料与产品指标 .113.1 原材料的供应与指标 .113.1.1 邻苯二甲酸酐 .113.1.2 正丁醇 .113.1.3 辅助材料的供应 .113.2 产品标准及技术参数 .11第四章 物料衡算 .134.1 反应釜（R0201） .144.2 调配罐（V0202） .164.3 粗酯罐（V0203） .164.4 水洗釜（V0204） .164.5 蒸馏塔（R0202） .174.6 过滤器（X0201） .184.7 分水罐（V0205） .194.8 全装置物料衡算 .204.8.1 全装置物料平衡计算 .204.8.2 全装置物料平衡表 .20第五章 能量衡算 .225.1 反应釜（R0201） .225.1.1 物料吸热 .225.1.2 反应热 .22目录25.1.3 反应釜总吸热 .245.1.4 热载体供热 .245.2 水洗釜（V0204） .245.2.1 热量衡算 .245.2.2 冷却水用量 .245.3 蒸馏塔（R0202） .255.3.1 物料吸热 .255.3.2 蒸馏塔总吸热 .255.3.3 加热蒸汽供热 .265.3.4 冷凝器冷却水的用量 .265.3.5 冷却水用量 .265.4 全装置热量平衡 .27第六章 主要设备的相关计算及选型 .286.1 搅拌反应釜 .286.1.1 反应釜体积 .286.1.2 反应釜直径和高度 .286.1.3 壁厚 .296.1.4 夹套 .296.1.5 搅拌器设计选型 .306.1.6 搅拌轴设计 .316.1.7 传动装置 .326.1.8 反应釜传热计算 .336.2 水洗釜 .356.2.1 水洗釜体积 .356.2.2 水洗釜直径和高度 .356.2.3 壁厚 .366.2.4 传动装置 .366.3 过滤器 .376.4 其它设备 .376.4.1 正丁醇原料储罐 .376.4.2 正丁醇计量罐 .386.4.3 搅拌配料罐 .386.4.4 分液罐 .386.4.5 混合气体（水、正丁醇）冷凝器 .386.5.6 DBP 产品冷凝器 .396.4.7 正丁醇进料泵 .396.4.8 联苯输送泵 .396.4.9 料液输送泵 .406.6 主设备一览表 .41第七章 厂址的选择及厂区布置 .447.1 厂址选择 .447.1.1 厂址的选择原则 .447.1.2 厂址的选择 .447.2 厂房布置 .46目录37.2.1 总图布置的选择原则 .467.2.2 车间平面布置说明 .46第八章 环境保护与劳动安全 .478.1 项目拟采用的环境保护标准 .478.2 环保措施 .478.3 污染物的排放及处理 .478.3.1 废渣的来源 .478.3.2 废渣的处理措施 .488.3.3 废水与废气 .488.3.4 噪声控制 .488.4 安全管理 .488.5 消防措施和管理 .488.5.1 消防措施 .488.5.2 消防管理 .49参考文献 .50第一章 概述1第 1 章 概述1.1 邻苯二甲酸二丁酯（DBP）的结构与性能（1）结构DBP 名为邻苯二甲酸二丁酯 1，分子式为 C16H22O4，相对分子质量为 278，结构式为： （2）性能成品邻苯二甲酸二丁酯（DBP）是无色透明液体，可燃，具有芳香气味。凝固点-35 （238 K），沸点 340 （613 K），着火点 202，蒸气压 1.3Pa（20），密度（20 ）：1.05 g/cm3，折光指数 1.4900，闪点 157（闭杯）。邻苯二甲酸二丁酯（DBP）是产量和用量最大的通用型增塑剂之一，主要用于聚氯乙烯、纤维素、树脂等的生产，具有色泽浅、毒性低、耐低温、化学稳定性好等特点；同时，DBP 可溶于醇、醚、苯等多种有机溶剂，可用作胶粘剂和油墨添加剂或杀虫剂，亦可用于合成橡胶、醋酸纤维等合成材料做软化剂，用途非常广泛，市场需求量大。邻苯二甲酸二丁酯对多种树脂具有很强溶解力。主要用于聚氯乙烯加工，可赋于制品良好的柔软性。由于其相对价廉且加工性好，在国内使用非常广泛，几与 DOP 相当。但挥发性和水抽出性较大，因此制品耐久性差。该品是硝酸纤维素的优良增塑剂，凝胶能力强。用于硝酸纤维素涂料，有很好的软化作用。稳定性、耐挠曲性、粘着性和防水性皆优。此外，该品还可用作聚乙酸乙烯、醇酸树脂、乙基纤维素、氯丁橡胶以及丁腈橡胶的增塑剂、还可用于制造油漆、粘接剂、人造革、印刷油墨、安全玻璃、赛璐珞、染料、杀虫剂、香料溶剂、织物润滑剂等。最新的研究结果表明，DBP 在培养基上能抑制 HL-60 细胞的生长，是一种具有抗癌功能的试剂。1.2 增塑剂的发展趋势中国塑料制品行业已连续十余年保持良好的发展态势 2，实现了稳定健康的发展，广东石油化工学院本科毕业设计：7200 吨/年邻苯二甲酸二丁酯工艺设计2而增塑剂是现代塑料工业最大的助剂品种，同时，它也是世界产量与消费量最大的塑料助剂之一。目前，全球塑料助剂的用量估计约为 1000 万吨/年，其中增塑剂占塑料助剂总产量的比例约为 60%。目前增塑剂行业的发展趋势主要有以下几个方面：1、生产方面，主增塑剂如 DOP、DBP 等趋于连续化大生产，而特殊增塑剂趋于多品种、小批量间歇生产。2、产品方面，传统的、廉价的但安全风险较大的邻苯二甲酸酯类增塑剂逐渐被新型的、安全性相对较高的 DOTP(对苯二甲酸二辛酯)、偏苯三酸类增塑剂所取代，这一趋势在国外市场表现显著，而在国内由于价格等其它因素，邻苯二甲酸酯类增塑剂如DOP、DBP 等仍将被大量使用。3、我国增塑剂行业经过几十年发展，已经形成一定的规模。目前，我国从事塑料助剂生产的企业已有约 1000 家，但正向规模化、集约化的方向进行结构调整。4、增塑剂生产趋势向大型化、连续化、微机控制化发展，单套生产能力已经达到 10 万吨/年以上。多品种系列化生产具有适应市场能力强、生产灵活性大的特点，以满足不同塑料加工制品对特殊功能增塑剂品种的需求。1.3 产品需求1.3.1 PVC 行业基本情况聚氯乙烯(PVC)是一类性价比优异、用途广泛的高分子合成材料，是世界上最早工业生产化的树脂品种之一，也是五大通用型合成塑料之一。它具有良好的物理及力学性能，目前全球使用量在各种合成材料中高居第二。2008-2014 年，全球聚氯乙烯（PVC）的市场需求 3以年均 4%的速度快速增长，尤其是一些发展中国家，基于基础设施建设的迫切需求，市场需求呈现迅猛增长的态势。作为一个发展中的国家，我国聚氯乙烯树脂需求也将保持快速增长，特别是在建材方面，近年来正处于高速增长期。随着我国市场国际化的步伐加大，聚氯乙烯树脂包装材料和管材在水泥、化肥、粮食、食品、饮料、药品、洗涤剂、化妆品等领域都将有广阔的发展空间，其需求量会有大幅度增长；另外，汽车、通讯、交通等领域对聚氯乙烯树脂的需求也呈高速增长，我国的聚氯乙烯树脂工业仍有较大的发展空间。1.3.2 DBP 国内外需求情况我国增塑剂行业经过几十年发展，已经形成一定的规模，目前是亚洲增塑剂生产和消费最大的国家。其中，邻苯二甲酸酯类增塑剂常用作 PVC 生产中的主增塑剂，用量占增塑剂总量 80%的垄断地位。邻苯二甲酸二丁酯（DBP）与 PVC 相容性好，塑化效率高，毒性很小，是 PVC 树脂很重要的主增塑剂之一，随着 PVC 等产品的大量生第一章 概述3产，DBP 增塑剂的需求量必然大幅增长。DBP 的用途 4主要包括：（1）大量用于聚氯乙烯(PVC)塑料中作主增塑剂增加制品柔软性，尤其是用作软质制品的塑化剂，其中 PVC 人造革增塑剂用量约占其用量的 50%。（2）用作硝酸纤维素的优良增塑剂，凝胶能力强。（3）用作合成橡胶的增塑剂。（4）用作涂料添加剂。用于硝酸纤维素涂料，有很好的软化作用。稳定性、耐挠曲性、粘着性和防水性皆优。（5）用作聚乙酸乙烯、醇酸树脂、乙基纤维素、氯丁橡胶以及丁腈橡胶的增塑剂。（6）用于制造油漆、粘接剂、人造革、印刷油墨、安全玻璃、赛璐珞、染料、杀虫剂、香料溶剂、织物润滑剂等。DBP 的用途如此广泛，尤其 PVC 行业对其需求量极大，所以我们可以预测：一方面，随着我国工业化和城市化进程的持续，必将带动建材、农用薄膜、电缆等 PVC 应用领域的发展，这将会支撑我国 PVC 产品需求保持较快的增速。另外一方面，目前各个发展中国家的大量基础设施建设对 PVC 产品的需求量非常之大，对于我国 PVC 产品的出口外销方面有利。因此，我们可以预测得到 DBP 在国内外的需求量是相当大的。广东石油化工学院本科毕业设计：7200 吨/年邻苯二甲酸二丁酯工艺设计4第二章 工艺流程的选择2.1 生产工艺的确定2.1.1 DBP 的合成原理目前工业上DBP的合成多用苯酐和正丁醇为原料，在催化剂作用下通过酯化反应合成。DBP的合成是一个连串反应 5-6，大体分为两步：第一步为邻苯二甲酸酐(苯酐)与正丁醇发生醇解反应，生成邻苯二甲酸单丁酯，如方程（1）所示，该反应为放热反应，无需催化剂，为不可逆反应，反应速度较快，在120条件下20min左右即可完成；第二步为邻苯二甲酸单丁酯与正丁醇脱水生成DBP，如方程（2）所示，该反应为可逆吸热反应，反应速