年产7200邻苯二甲酸二丁酯 毕业设计.doc

目录 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 关键词 邻苯二甲酸二丁酯 DBP 苯酐 酯化反应 工艺设计 摘要 Abstract i Abstract Dibutyl 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 0 目 录 第一章 概述 1 1 1 邻苯二甲酸二丁酯 DBP 的结构与性能 1 1 2 增塑剂的发展趋势 1 1 3 产品需求 2 1 3 1 PVC 行业基本情况 2 1 3 2 DBP 国内外需求情况 2 第二章 工艺流程的选择 4 2 1 生产工艺的确定 4 2 1 1 DBP 的合成原理 4 2 2 催化剂的选择 4 2 2 1 对甲苯磺酸催化合成邻苯二甲酸二丁酯 5 2 2 2 树脂催化合成邻苯二甲酸二丁酯 5 2 2 3 无机盐催化合成邻苯二甲酸二丁酯 5 2 2 4 杂多酸催化合成邻苯二甲酸二丁酯 6 2 2 5 相转移催化合成邻苯二甲酸二丁酯 6 2 2 6 催化剂的确定 6 2 3 工艺流程的确定 7 2 3 1 生产工艺的对比与选择 7 2 3 2 工艺流程的确定 8 2 3 3 工艺流程介绍 9 第三章 原料与产品指标 11 3 1 原材料的供应与指标 11 3 1 1 邻苯二甲酸酐 11 3 1 2 正丁醇 11 3 1 3 辅助材料的供应 11 3 2 产品标准及技术参数 11 第四章 物料衡算 13 4 1 反应釜 R0201 14 4 2 调配罐 V0202 16 4 3 粗酯罐 V0203 16 4 4 水洗釜 V0204 16 4 5 蒸馏塔 R0202 17 4 6 过滤器 X0201 18 4 7 分水罐 V0205 19 4 8 全装置物料衡算 20 4 8 1 全装置物料平衡计算 20 4 8 2 全装置物料平衡表 20 第五章 能量衡算 22 5 1 反应釜 R0201 22 5 1 1 物料吸热 22 5 1 2 反应热 22 目录 1 5 1 3 反应釜总吸热 24 5 1 4 热载体供热 24 5 2 水洗釜 V0204 24 5 2 1 热量衡算 24 5 2 2 冷却水用量 24 5 3 蒸馏塔 R0202 25 5 3 1 物料吸热 25 5 3 2 蒸馏塔总吸热 25 5 3 3 加热蒸汽供热 26 5 3 4 冷凝器冷却水的用量 26 5 3 5 冷却水用量 26 5 4 全装置热量平衡 27 第六章 主要设备的相关计算及选型 28 6 1 搅拌反应釜 28 6 1 1 反应釜体积 28 6 1 2 反应釜直径和高度 28 6 1 3 壁厚 29 6 1 4 夹套 29 6 1 5 搅拌器设计选型 30 6 1 6 搅拌轴设计 31 6 1 7 传动装置 32 6 1 8 反应釜传热计算 33 6 2 水洗釜 35 6 2 1 水洗釜体积 35 6 2 2 水洗釜直径和高度 35 6 2 3 壁厚 36 6 2 4 传动装置 36 6 3 过滤器 37 6 4 其它设备 37 6 4 1 正丁醇原料储罐 37 6 4 2 正丁醇计量罐 38 6 4 3 搅拌配料罐 38 6 4 4 分液罐 38 6 4 5 混合气体 水 正丁醇 冷凝器 38 6 5 6 DBP 产品冷凝器 39 6 4 7 正丁醇进料泵 39 6 4 8 联苯输送泵 39 6 4 9 料液输送泵 40 6 6 主设备一览表 41 第七章 厂址的选择及厂区布置 44 7 1 厂址选择 44 7 1 1 厂址的选择原则 44 7 1 2 厂址的选择 44 7 2 厂房布置 46 目录 2 7 2 1 总图布置的选择原则 46 7 2 2 车间平面布置说明 46 第八章 环境保护与劳动安全 47 8 1 项目拟采用的环境保护标准 47 8 2 环保措施 47 8 3 污染物的排放及处理 47 8 3 1 废渣的来源 47 8 3 2 废渣的处理措施 48 8 3 3 废水与废气 48 8 3 4 噪声控制 48 8 4 安全管理 48 8 5 消防措施和管理 48 8 5 1 消防措施 48 8 5 2 消防管理 49 参考文献 50 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 0 第第 1 章章 概述概述 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 第一章 概述 1 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 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 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 第二章 工艺流程的选择 3 第二章第二章 工艺流程的选择工艺流程的选择 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 反应速度较慢 需在催化剂作用下才能完成 是整个酯化反应的控制 步骤 因此 大多数针对DBP合成的研究及其催化剂开发都是针对方程 2 所示的反 应进行的 1 2 反应过程中 反应温度的提高可引起副反应 温度越高 副产物越多 酯化过程 中主要副反应 反应过程中 控制适当的反应温度和选择硫酸催化剂的合适用量可以减少副产物 的生成 2 2 催化剂的选择 目前 国内外常用的DBP合成方法是由邻苯二甲酸酐与正丁醇在硫酸作用下酯化 而成 该方法具有硫酸催化剂价廉 工艺成熟 产品收率较高等优点 随着时代的进 步 科学技术的发展和环境意识的加强 人们广泛开展了新型催化剂的研究 先后筛选 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 出一批比硫酸腐蚀小 污染少 易于分离和操作的合成邻苯二甲酸二丁酯的方法 下 面就近期国内在邻苯二甲酸二丁酯合成催化剂方面的部分研究予以综述 2 2 1 对甲苯磺酸催化合成邻苯二甲酸二丁酯 对甲苯磺酸 是一种强的固体有机酸 其对设备的腐蚀性OHHSOHCCHp 23463 和三废污染比硫酸小 同时不易引起副反应 价廉易得 易于保管 运输和使用 催 化剂用量小 是一种适合于工业生产的方法 其催化合成邻苯二甲酸二丁酯的优化条 件是 0 05mol 7 4g 邻苯二甲酐 0 20mol 18 3ml 正丁醇 在0 0026mol 0 5g 一水对 甲苯磺酸作用下回流分水3h 产品收率可达98 1 产品纯度较高 7 2 2 2 树脂催化合成邻苯二甲酸二丁酯 强酸性阳离子交换树脂是一种高分子磺酸 价廉易得 对设备不存在腐蚀 不污 染环境 不会引起副反应 树脂可以回收 再生和重复使用 它不溶于反应体系 容 易从反应体系中分离 操作方便 产品收率高 是工业生产的有用方法 杨志成等采 用大孔强酸性阳离子树脂催化合成了邻苯二甲酸二丁酯 该法采用DOOX大孔树脂 在醇 酸酐比为4 0 1 催化剂用量2 0 反应温度140 150 反应4h 酯产率达 90 以上 该催化剂活性高 热稳定性好 选择性好 产品质量达到分析品级 阎道 亮等利用磺酸型阳离子交换树脂催化邻苯二甲酸酐与正丁醇回流分水 也合成了邻苯 二甲酸二丁酯 产品收率达94 以上 树脂重复使用4次 产品收率不降低 2 2 3 无机盐催化合成邻苯二甲酸二丁酯 有相当一部分无机盐本身具有酸性 或者本身是Lewis酸 或者金属原子具有缺电 子结构 能够与邻苯二甲酸酐中的羰基配位 形成配位化合物而催化酯化反应的进行 当采用0 05mol 7 4g 邻苯二甲酸酐 0 20mol 18 3ml 正丁醇 0 011mol不同硫酸盐为催 化剂 回流分水2h 发现这几种硫酸盐的催化活性顺序为 酯收率92 1 85 6 61 0 OHNaHSO 24 OHSOFe 242 OHCuSO 24 5 46 7 22 3 OHMnSO 24 7 OHNiSO 24 6 这里的催化作用最佳 是合成邻苯二甲酸二丁酯的良好催化剂 同OHNaHSO 24 时发现硫酸氢钠难溶于反应体系 留在反应瓶中的固体仍有一定催化活性 只是每次 稍有损失 使产品收率逐步下降 而后面几种硫酸盐 反应后溶液浑浊 需要经过滤 后才能进行后处理 操作较麻烦 曾庆乐研究了四氯化锡对合成邻苯二甲酸二丁酯的 催化作用 当酸酐与丁醇的物质比为1 2 4 用量为2 021 回流分水90min 酯 4 SnCl 化率达99 54 若为2 581 反应60min 酯化率达95 25 陈锚等发现利用 4 SnCl 制成的SnO也能催化合成邻苯二甲酸二丁酯 当酸酐与丁醇的物质比为OHSnCl 24 2 第二章 工艺流程的选择 5 1 4 SnO用量占5 140 320 回流分水280min 酯化率达98 5 并讨论了其反 应机理 戴志晖等利用稀土氧化物为负载组分 制成稀土沸石分子筛催化剂DZH21 这是一种固体催化剂 具有重复催化性能 他们利用这种催化剂1 0 对酸酐而言 在 醇酸摩尔比2 5 1 1 40 在釜式反应器中反应24h 酸酐转化率达97 64 邻苯二甲酸 二丁酯收率97 64 催化剂选择性100 未发现有单酯 烯 醚副产物 是合成邻苯 二甲酸二丁酯的良好方法 8 9 2 2 4 杂多酸催化合成邻苯二甲酸二丁酯 杂多酸是由两种以上无机含氧酸缩合而成的多元酸的总称 它不仅具有多元酸和 多电子还原能力 而且其酸性和氢化还原性可以变换组成元素在很大范围内系统调节 它对许多反应具有高的催化活性和选择性 并且不挥发 对热稳定 污染少 可以大 大减轻对设备的腐蚀 能够再生和重复使用 王恩波等利用杂多酸为催化剂合成了邻 苯二甲酸二丁酯 采用 和为均相催化剂 40123 OPWH 39114 OSiWH 39114 OSiWH 为非均相催化剂以及以活性炭为载体 负载量为20 的负载杂多酸为催化 4012O AlPW 剂 在酸酐与丁醇的摩尔比1 3 5的情况下 在125 230 下进行回流分水 发现均 相催化剂用量为1 1000 非均相催化剂用量为1 10000及负载催化剂的选择性均在99 以上 催化活性97 以上 杨水金等对杂多酸催化剂进行了改进 合成了固载杂多酸 盐为催化剂催化合成邻苯二甲酸二丁酯 也取得较好效果 10 24012 TiOOTiSiW 2 2 5 相转移催化合成邻苯二甲酸二丁酯 相转移催化是20世纪70年代以来发展起来的一种新型方法 对于某些过去难以进 行或反应速度很慢的反应起了促进作用 曹国安等在无水条件下由邻苯二甲酸酐与正 丁醇反应先生成单丁酯 经碱中和后 与溴丁烷在相转移催化剂 三乙基苄基氯化铵 存在下发生酯化反应 生成邻苯二甲酸二丁酯 在使用三种碱 和 32CO Na 32CO K 中 发现效果最满意 酯收率达95 同时发现在第二步反应中微量KOH 32CO K 水的存在并不发生影响 11 2 2 6 催化剂的确定 上面介绍了随着国内外对环保及节能降耗要求的日益提高 国内众多企业和研究 单位致力开发的部分新型的酯化催化剂 这些催化剂各自具有一定的特点 产品收率 均相当高 其中不少具有较大的实用价值 只要经过深入进行试验与筛选 将会找到 很有实用价值的生产方法 并促进邻苯二甲酸二丁酯合成事业的进一步发展 但是由于催化剂成本 回收 操作复杂性 相关工艺开发成熟度以及技术推广等 因素 新型酯化催化剂获得实际工业化应用的不多 我国市场上 DBP 生产仍主要通过 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 6 硫酸催化进行的 因此 本设计选用硫酸催化剂 使用硫酸催化合成 DBP 的优势在于以下几个方面 1 硫酸催化剂作为刚也上常用的 三酸两碱 之一 产量大 成本价廉 2 采用硫酸催化合成邻苯二甲酸二丁酯 产率较高且工艺成熟 3 仅需低压蒸汽即可完成 工艺操作条件简单 2 3 工艺流程的确定 2 3 1 生产工艺的对比与选择 DBP 生产工艺主要有两种 间歇法和连续法 按生产的连续化程度又可细分为间 歇 半连续 连续三种流程 1 间歇流程投资小 设备简单 生产灵活 易于小批量多品种生产 劳动强度 大 需严格控制生产时间及操作条以保证产品质量 是我国 DBP 生产的主要方法 杨维之 12 等通过对丁醇的回流位置进行改造 减少了原料丁醇的投入量 从而降低 了丁醇回收系统的操作费用并大大缩短了酯化反应时间 提高了产品质量并降低了生 产成本 除此以外 采用多效蒸发原理处理含醇废水 在提高醇回收的同时降低蒸发 能耗 以达到节能降耗的目的 在 DBP 工业生产中也获得了较好的使用效果 2 半连续法是在间歇基础上的改进 常见做法是酯化反应采用间歇操作 其余 工序采用连续操作 以降低劳动强度 提高工艺的自动化操控水平并优化生产工序 史耕等 13 在其 2 万吨 年装置的工艺设计上借鉴了国外 DOP 的生产技术 对 DBP 的间 歇工艺进行了改造 其整体的工艺流程类似图 1 所示 主要的改进有 i 酯化工序采 用两个并联的酯化釜交替操作并采用氮封系统 改进了粗酯冷却系统和酯化釜加热结 构 以减少操作时间 提高酯化生产率和产品质量 并实现节能降耗 ii 在脱醇工序 采用真空双塔串联脱醇工艺以强化脱醇脱臭和干燥效果 降低活性炭用量 iii 该工艺 还在产品脱色 过滤 以及废水气提方面加以优化 在改善产品质量的同时减少了废 水排放 节约了能耗 该工艺在实际生产中取得了较优的节能指标 并减少了环境污 染 第二章 工艺流程的选择 7 3 连续法生产自控水平高 质量稳定 劳动强度低 能耗低 生产量大 但设 备复杂 投资高 生产不如间歇法灵活 多用于大规模工业化生产 其中 连续酯化 及副产物丁醚的连续脱除是 DBP 连续化工艺的关键 岳金彩等 14 基于酯化动力学 采 用了如图 2 所示的阶梯式串联酯化釜实现了酯化反应的连续生产 其中新鲜丁醇采用 分段进料 回收的丁醇 硫酸 以及苯酐等只在第一个酯化釜进料 岳金彩等还确定 了连续酯化的流程及操作条件 指出采用此流程其苯酐的转化率可达 99 8 以上 该 工艺采用了双塔流程分离副产物丁醚 并可得到高附加值的高纯度丁醚 由于我国 DBP 的生产规模普遍较小 较高的投资及复杂流程限制了其工业化应用 且与间歇法 相比 生产品种受工艺流程的制约 不如间歇法灵活 因此 连续化 DBP 工艺在我国 应用较少 2 3 2 工艺流程的确定 综上所述 由于半连续式流程简单 易控制 易操作 且设备简单 投资少 因 而本设计采用半连续法生产 DBP 该工艺流程并不复杂 生产 DBP 时 和间歇式流 程一样主要分酯化 中和水洗 脱醇 过滤精制 废水处理 5 个工序 其中 酯化工序采用间歇操作 在酯化工序后加入一个中间储罐 其他工序采用 连续操作 工艺流程框图如下 醇回收流程 DBP 回收醇 正丁醇 硫酸 苯酐 醇 脱色剂 滤渣 碱水 水 废水处理 酯 化 中和水洗 脱 醇 过滤器 分液罐 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 8 图 3 工艺流程框图 2 3 3 工艺流程介绍 原料丁醇与催化剂计量后送入调配罐 V0202 混合溶解后用泵送至反应釜 苯 酐为白色粉末状固体 称量后从反应釜 R0201 上的大口径加料口加入 反应釜加热 介质为联苯 由加热炉提供加热 联苯进口温度为 240 升温 0 5 小时 使釜内物料 温度达 140 反应经酯解 1 小时 酯化 6 小时后完成反应 反应过程中产生的部分水 H2O 及未反应的正丁醇 1 BUT 在反应结束后由釜顶蒸出 经冷凝器冷凝至 92 7 成液相后 送至分液罐 V0205 静置 由于正丁醇稍溶于水 所以在料液静置 后即会产生分层 上层为轻组分正丁醇 用泵输送回流至原料段循环使用 下层则为 醇水溶液 送至废水处理流程 反应釜反应完毕后 反应物料先经粗酯罐 V0203 再输送至送入水洗釜 V0204 加碱液进行中和水洗 水洗后静置一段时间 水层送至废水处理工序 水洗后的酯层送入真空蒸馏塔 R0202 进行减压脱醇工序 绝大部分正丁醇和水 由塔顶蒸出 经冷凝器冷凝至 92 7 成液相后 再送至回收醇处理流程 蒸馏塔塔底物料由泵加压输送至过滤器 X0201 过滤 脱色 滤渣为活性炭 硅 藻土 中间产物与未反应的废料等固体物 作焚烧或填埋处理 经过滤脱色后的料液 即为产品邻苯二甲酸二丁酯 DBP 根据工艺流程框图画出工艺流程简图如图 4 回收醇流程 M17 M2 V0202 M5 M12 M13 M1 M3 M4 R0201 M8 M9 V0203 M11 V0204 V0205 M6 R0202 M14 M15 M16 X0201 M10 M7 废水处理 第二章 工艺流程的选择 9 图 4 工艺流程图 R0201 反应釜 R0202 蒸馏塔 V0202 调配罐 V0203 粗酯罐 V0204 水洗釜 V0205 分水罐 X0201 过滤器 M1 原料正丁醇 M2 催化剂 M3 原料混合液 M4 原料苯酐 M5 气相产物 M6 回收醇 M7 废水 M8 粗产品 A M9 粗产品 B M10 碱液 M11 中和水 M12 粗产品 C M13 脱出醇 M14 粗酯 M15 脱色剂 M16 滤渣 M17 DBP 产品 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 10 第三章第三章 原料与产品指标原料与产品指标 3 1 原材料的供应与指标 3 1 1 邻苯二甲酸酐 邻苯二甲酸酐 简称苯酐 是邻苯二甲酸分子内脱水形成的环状酸酐 为白色固 体 因此假定苯酐纯度为 100 苯酐目前广泛应用于化工 医药 电子 农业 涂料 精细化工等工业部门 我 国的苯酐主要用于生产邻二甲酸脂类增塑剂 好用的苯酐约占苯酐总消费量的 60 染料和油漆占 25 不饱和树脂和其他产品占 15 左右 苯酐是一种重要的有机化工 原料 主要用于生产塑料增塑剂 醇酸树脂 染料 不饱和树脂以及某些医药和农药 在中国规模以上 全部国有企业和年销售收入 500 万元以上的非国有企业 以下同 苯酐行业中 近年企业数量增加较快 2013 年 共有苯酐制造规模企业 48 家 其中亏 损企业 11 家 从业人员 8300 多人 从苯酐供需情况看 国内仍是供小于求 但近年来随着国内苯酐产量不断提高 进口量持续下降 自给率已达 90 以上 预计未来几年 国内苯酐需求以每年 12 左 右的速度增长 产量增速大体相当或稍高些 总的看苯酐的供应情况相当乐观 3 1 2 正丁醇 目前 我国主要的正丁醇生产厂家有山东齐鲁石化 大庆石化 北京化学工业集 团公司化工四厂 吉林化学工业公司 中国石化与德国 BASF 合资的扬子 巴斯夫公司 由此可知 正丁醇的供应量也是相当足的 正丁醇纯度为 95 3 1 3 辅助材料的供应 本项目采用浓硫酸为催化剂 本催化剂的用量小于 0 3 且来源充足 国内也有 许多此类催化剂的厂家 足可满足本项目的需要 选择采用的浓硫酸纯度为 93 相 对密度 1 84 过滤装置中采用的部分活性炭 硅藻土作为过滤介质 活性炭在过滤装置中起着 吸附的作用 对原料进行分离处理 厂区附近均有许多化工产品供应商供应 可以节 省材料的运输费用 第三章 原料与产品指标 11 3 2 产品标准及技术参数 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 工业邻苯二甲酸二丁酯应符合表 2 1 所示的技术要求 该要求引用自 GB T 11405 2006 表 3 1 工业 DBP 主要技术指标 指标 项目 优等品一等品二等品 外观透明 无可见杂质的油状液体 色度 Pt Co 202560 纯度 99 599 098 0 密度 20 g cm3 1 044 1 048 酸值 mgKOH g 0 070 120 20 闪点 oC 160 水分 0 100 150 20 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 12 第四章第四章 物料衡算物料衡算 相关数据 生产规模 设计任务规定邻苯二甲酸二丁酯的年产量 7200 100 1 at 生产时间 每年 300 个工作日 间歇操作 反应时间为 升温 0 5 h 醇解 1 h 酯化 6 h 7 5 h 按一天生产 3 釜 批 计算 每天生产能力 7200 1000 300 24000kg d 相关技术指标 按设计工艺要求使各原料的摩尔配比 摩尔 如下 苯酐 正丁醇 硫酸催化剂 1 3 0 0 025 质量标准 为方便计算 原料视为纯物质 产品规格 本设计中生产的 DBP 均为优等品 纯度为 99 5 产品损失 为方便计算 DBP 在各工段的损失按每工段约 0 5 的损失进行计算 由于该酯化反应为可逆反应 其中正丁醇作为过量原料提高反应的转化率 转化 率为 95 各组分相对分子质量如下表 4 1 表 4 1 各组分相对分子质量 化合物分子式相对分子质量 苯酐 348 OHC148 正丁醇OHHC 94 74 中间产物 41412 OHC222 DBP 42216 OHC278 水OH218 浓硫酸 42SO H98 第四章 物料衡算 13 物料衡算简图如下图 4 1 图 4 1 物料衡算简图 R0201 反应釜 R0202 蒸馏塔 V0202 调配罐 V0203 粗酯罐 V0204 水洗釜 V0205 分水罐 X0201 过滤器 M1 原料正丁醇 M2 催化剂 M3 原料混合液 M4 原料苯酐 M5 气相产物 M6 回收醇 M7 废水 M8 粗产品 A M9 粗产品 B M10 碱液 M11 中和水 M12 粗产品 C M13 脱出醇 M14 粗酯 M15 脱色剂 M16 滤渣 M17 DBP 产品 4 1 反应釜 R0201 该生产装置年产量 7200 t 年开工 7200 h 即 300 d 每天生产 3 批 DBP 后处理 蒸馏 过滤 中产品损失率 2 0 5 1 0 水及正丁醇量较小 为计算方便 后处 理过程损失率忽略不计 每釜应生产的产品质量 8080 80 01 0 13300 107200 3 1 Bkg 反应过程所涉及的化学变化 在 R0201 主反应釜 中由催化剂催化使原料发生反应 反应分两步进行 反应 方程式如下 41412 130 110 94348 OHCOHHCOHC 在工艺条件下反应转化率为 99 OHDBPOHHCOHC 2 150 130 9441412 催化剂 回收醇流程 M17 M2 V0202 M5 M12 M13 M1 M3 M4 R0201 M8 M9 V0203 M11 V0204 V0205 M6 R0202 M14 M15 M16 X0201 M10 M7 废水处理 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 14 反应转化率为 95 由反应方程式 可得 中间产物的质量 6792 65 41412 OHC 95 0 278 22280 8080 1 Bkg 未反应的中间产物质量 339 6305 0 95 0278 22280 8080 1 Bkg 参加第 步反应的正丁醇的质量 2151 01 278 7480 8080 1 Bkg 反应生成的水的质量 523 22 278 1880 8080 1 Bkg 由上及反应方程式 可得 反应所需苯酐的总质量 4574 18 即 30 91 99 0 222 14865 6792 1 Bkg 1 Bkmol 未反应的苯酐的质量 45 7401 0 99 0 222 14865 6792 1 Bkg 参加第 步反应的正丁醇的质量 2264 22 222 7465 6792 1 Bkg 所以需正丁醇的总质量 2151 012264 22 4415 22 1 Bkg 故生成水的质量 523 22 1 Bkg 由原料的配比可知加入的催化剂摩尔数为 0 7727025 0 91 30 1 Bkmol 加入的正丁醇的摩尔数为 92 7198391 30 1 Bkmol 即硫酸质量 75 72 987727 0 1 Bkg 加入的正丁醇的总质量 6861 26747198 92 1 Bkg 未反应的正丁醇的质量 6861 26 4415 22 2446 04 1 Bkg 酯化釜中 塔底至少剩余水的质量 75 72 0 7 75 72 32 45 1 Bkg 塔顶气相产物中水的质量 523 22 32 45 490 77 1 Bkg 气相产物中丁醇的质量 490 77 0 422 490 77 672 19 1 Bkg 塔底剩余丁醇的质量 2446 04 672 19 1773 85 1 Bkg 由上述数据可得各物料质量如下 M3 原料混合液 含正丁醇 6861 26 硫酸 75 72 1 Bkg 1 Bkg 即 M3 6861 26 75 72 6936 98 1 Bkg M4 原料苯酐 4574 18 1 Bkg M5 气相产物 气相中的水质量 490 77 气相中的正丁醇质量 672 19 1 Bkg 1 Bkg 即 M5 490 77 672 19 1162 96 1 Bkg M8 粗产品 第四章 物料衡算 15 未反应的苯酐 45 74 硫酸 75 72 1 Bkg 1 Bkg 塔底剩余丁醇 1773 85 塔底剩余水 32 45 1 Bkg 1 Bkg 未反应中间产物 339 63 含产品 DBP 8080 80 1 Bkg 1 Bkg 即 M8 45 74 75 72 1773 85 32 45 339 63 8080 80 10348 20 1 Bkg 对反应釜 R0201 做全物料平衡计算 M3M4 6936 984574 18 11511 66 1 Bkg M5M8 1162 9610348 20 11511 66 1 Bkg 即 M3M4 M5M8 4 2 调配罐 V0202 由 4 1 计算可知 M1 原料正丁醇 6861 26 1 Bkg M2 催化剂 75 72 1 Bkg M3 原料混合液 M1M2 6861 2675 72 6936 98 1 Bkg 4 3 粗酯罐 V0203 由 4 1 4 2 计算可知 M8 粗产品 A 未反应的苯酐 45 74 硫酸 75 72 1 Bkg 1 Bkg 塔底剩余丁醇 1773 85 塔底剩余水 32 45 1 Bkg 1 Bkg 未反应中间产物 339 63 含产品 DBP 的质量为 8080 81 1 Bkg 1 Bkg 即 M8 45 74 75 72 1773 85 32 45 339 63 8080 81 10348 20 1 Bkg M9 粗产品 B 未反应的苯酐 45 74 硫酸 75 72 1 Bkg 1 Bkg 塔底剩余丁醇 1773 85 塔底剩余水 32 45 1 Bkg 1 Bkg 未反应中间产物 339 63 含产品 DBP 的质量为 8080 81 1 Bkg 1 Bkg 即 M9 M8 10348 20 1 Bkg 4 4 水洗釜 V0204 由 4 1 4 3 计算可知 由粗酯 碱液 4 1 则 2 5 碱液质量 M9 4 10348 21 4 2587 05 1 Bkg 碱液含 NaOH 量 2587 05 2 5 64 68 1 Bkg 碱液含水量 2587 05 64 68 2522 37 1 Bkg 中和后总的水含量 2522 37 32 45 2554 82 1 Bkg 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 16 溶于水的丁醇约为水含量的 20 则溶于水的丁醇 2554 82 20 510 96 1 Bkg 釜中剩余丁醇质量 1773 85 510 96 1262 89 1 Bkg 釜中剩余水的质量 2554 82 10 255 48 1 Bkg 分出的水的质量 2554 82 255 48 2299 34 1 Bkg 由上述数据可得各物料质量如下 M9 粗产品 B 未反应的苯酐 45 74 硫酸 75 72 1 Bkg 1 Bkg 塔底剩余丁醇 1773 85 塔底剩余水 32 45 1 Bkg 1 Bkg 未反应中间产物 339 63 含产品 DBP 的质量为 8080 81 1 Bkg 1 Bkg 即 M9 45 74 75 72 1773 85 32 45 339 63 8080 81 10348 20 1 Bkg M10 碱液 碱液含 NaOH 量 2587 05 2 5 64 68 1 Bkg 碱液含水量 2587 05 64 68 2522 37 1 Bkg 即 M10 64 68 2522 37 2587 05 1 Bkg M11 中和水 NaOH 质量 64 68 硫酸 75 72 1 Bkg 1 Bkg 溶于水的丁醇 510 96 分出的水 2299 34 1 Bkg 1 Bkg 未反应中间产物 339 63 未反应的苯酐 45 74 1 Bkg 1 Bkg 即 M11 64 68 75 72 510 96 2299 34 339 63 45 74 3336 07 1 Bkg M12 粗产品 C 釜中剩余丁醇 1262 89 1 Bkg 釜中剩余水的质量 255 48 1 Bkg 含产品 DBP 的质量为 8080 81 1 Bkg 即 M12 1262 89 225 48 8080 81 9599 18 1 Bkg 对中和釜 V0204 做全物料平衡计算 M9 M10 10348 212587 05 12935 25 1 Bkg M11 M12 3336 079984 57 12935 25 1 Bkg 即 M9 M10 M11 M12 4 5 蒸馏塔 R0202 由 4 1 4 4 计算可知 塔底产品中 含 DBP 的质量 8080 81 1 0 5 8040 40 1 Bkg 含有水的质量 8040 40 99 5 0 1 8 08 1 Bkg 第四章 物料衡算 17 含丁醇的质量 8040 40 99 5 1 99 5 0 1 32 32 1 Bkg 脱出醇中 含有水的质量 255 48 8 08 247 40 1 Bkg 含丁醇的质量 1262 89 32 32 1230 57 1 Bkg 含工序损失 DBP 的质量 8080 81 0 5 40 40 1 Bkg 由上述数据可得各物料质量如下 M12 粗产品 C 釜中剩余丁醇 1262 89 1 Bkg 釜中剩余水的质量 255 48 1 Bkg 含产品 DBP 的质量为 8080 81 1 Bkg 即 M12 1262 89 225 48 8080 81 9599 18 1 Bkg M13 脱出醇 含有水的质量 247 40 1 Bkg 含丁醇的质量 1230 57 1 Bkg 含工序损失 DBP 的质量 40 40 1 Bkg 即 M13 247 40 1230 57 40 40 1518 37 1 Bkg M14 粗酯 含 DBP 的质量 8040 40 1 Bkg 含有水的质量 8 08 1 Bkg 含丁醇的质量 32 32 1 Bkg 即 M14 8040 40 8 08 32 32 8080 80 1 Bkg 对蒸馏塔塔 R0202 做全物料平衡计算 M12 9599 18 1 Bkg M13 M14 1518 37 8080 80 9599 17 1 Bkg 即 M12 M13 M14 4 6 过滤器 X0201 由 4 1 4 5 计算可知 活性炭的质量 8080 80 2 161 62 1 Bkg 工序损失 DBP 的质量 8080 80 0 5 40 40 1 Bkg 剩余 DBP 质量 8040 40 40 40 8000 00 1 Bkg 由上述数据可得各物料质量如下 M14 粗酯 含产品 DBP 的质量为 8040 40 1 Bkg 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 18 含有水的质量为 8 08 1 Bkg 含丁醇的质量为 32 32 1 Bkg 即 M14 8040 40 8 08 32 32 8080 80 1 Bkg M15 脱色剂 活性炭的质量 161 62 1 Bkg 即 M15 161 62 1 Bkg M16 滤渣 含活性炭的质量为 161 62 1 Bkg 含工序损失 DBP 的质量 40 40 1 Bkg 即 M16 161 62 40 40 202 02 1 Bkg M17 DBP 产品 含产品 DBP 的质量 8000 00 1 Bkg 含有水的质量为 8 08 1 Bkg 含丁醇的质量为 32 32 1 Bkg 即 M17 8000 00 8 08 32 32 8040 40 1 Bkg 对过滤器 X0201 做全物料平衡计算 M14 M15 8080 80 161 62 8242 42 1 Bkg M16 M17 202 02 8040 40 8242 42 1 Bkg 即 M14 M15 M16 M17 4 7 分水罐 V0205 由 4 1 4 6 计算可知 M5 气相产物 气相中的水质量 490 77 气相中的正丁醇质量 672 19 1 Bkg 1 Bkg 即 M5 490 77 672 19 1162 96 1 Bkg M6 回收醇 被回收的正丁醇质量 672 19 98 15 574 03 1 Bkg 即 M6 134 03 1 Bkg M7 废水 气相中的水质量 490 77 1 Bkg 溶于水中的正丁醇质量 490 77 20 98 15 1 Bkg 即 M7 490 77 98 15 588 92 1 Bkg 对分水罐 V0205 做全物料平衡计算 M5 1162 96 1 Bkg 第四章 物料衡算 19 M6 M7 574 03 588 92 1162 95 1 Bkg 即 M5 M11 M6 M7 4 8 全装置物料衡算 4 8 1 全装置物料平衡计算 M1 M2 M4 M10 M15 6861 2675 724574 182587 05 161 62 14259 83 1 Bkg M6M7M11 M13M16M17 574 03588 923336 071518 37202 02 8040 4 14259 83 1 Bkg 即 M1 M2 M4 M10 M15 M6M7M13M16M17 全装置进出物料相等 符合质量守恒定律 物料平衡见表 4 2 及表 4 3 4 8 2 全装置物料平衡表 表 4 2 工艺流程物料平衡表 单位 1 Bkg 物料号苯酐正丁醇硫酸中间产物水氢氧化钠活性炭DBP总计 M16861 266861 26 M275 7275 72 M36861 2675 726936 98 M44574 184574 18 M5672 19490 771162 96 M6574 03574 03 M798 15490 77588 92 M845 741773 8575 72339 6332 458080 8010348 20 M945 741773 8575 72339 6332 458080 8010348 20 M102522 3764 682587 05 M1145 74