年产1.5万吨DOTP生产工艺-------流程及反应釜设计

年产1.5万吨DOTP生产工艺及反应器设计郑州轻工业学院本科毕业设计(论文)该项目每年生产15，000吨DOTP工艺和反应器设计学生姓名：周方方专业类过程设备和控制工程类08-1第三材料与化学工程学院讲师(职称)齐俊清(教授)完成日期：2012年6月3日目录中文摘要一英文摘要二导言11.1 dot P1的发展历史1.2 DOTP特性和用途11.3设计任务22 DOTP生产流程22.1 DOTP 2的性质2.2工艺生产方法2直接酯化3酯交换42.2.3醇解42.3工艺流程设计42.3.1生产工艺流程的确定42.4酯交换步骤52.4.1 DOTP输出转换52.4.2总收益62.4.3酯交换釜6中的原料量2 . 4 . 4 8号反应器输出的计算2.5中和和水洗步骤92.6脱醇步骤92.7剥离过程92.8脱色和过滤93反应堆设计93.1反应器选择93.2反应器10的整体结构3.2.1反应器筒体第10部分3 . 2 . 2 10号反应器的四个单元3.3反应器主体11的设计3.3.1确定11号反应器的操作体积3 . 3 . 2 12号反应堆容器几何尺寸的确定3 . 3 . 3 13号反应器罐厚和夹套厚度的计算3.3.4液压测试检查173.3.5反应器夹套18几何尺寸的确定3.4夹套18的传热计算3.4.1热量计算183.4.2检查热负荷193.4.2.1决定传热面积193.5 22号反应器搅拌装置的设计3.5.1搅拌器22的选择3.5.2混合功率的计算233.5.3混合轴24的设计3.5.4根据临界速度27检查搅拌轴的直径3.5.5根据强度28检查搅拌轴的直径3.6反应堆驱动装置31的设计3.6.1电机选择313.6.2减速器33的确定3.6.3变速器的第34帧3 . 6 . 4 35号反应堆轴封装置3.6.5法兰363.6.6安装底盖373.6.7联轴器383.7 41号反应堆的其他附件3.7.1支架413.7.2罐法兰连接结构的设计423.7.3工艺喷嘴43的设计3.7.4人孔454结束语47确认48参考文献49二年产15000吨DOTP生产工艺及反应器设计摘要根据年产1.5万吨DOTP的生产任务，分析了增塑剂DOTP产品的物理、化学性质和生产工艺条件，最终确定了DOTP的生产工艺，绘制了工艺流程图，并在工艺流程中设计了酯交换工艺反应釜。根据GB150和其他相关专业标准，从工艺、结构和材料方面对反应器进行了机械设计和检查。检验结果表明，设计的反应器能够满足工艺和机械强度的要求。最后，根据计算设计的反应釜绘制装配图和相关零件图。关键词DOTP/工艺流程/反应器设计DOTP的工艺流程约15000吨年产量，以及反应堆的设计摘要这项任务基于15，000吨DOTP的年产量。通过分析DOTP的理化性质和生产工艺条件，最终确定DOTP的生产工艺，并绘制工艺流程图。最后，完成酯交换过程的反应器设计。根据GB150等相关专业标准，通过从工艺、结构、材料、机械设计等方面对反应器进行校核，结论表明反应器的设计满足工艺和机械强度要求。最后，根据反应器的计算和设计，完成装配图和相关零件图。DOTP /工艺/反应器设计介绍1.1 dotp的发展历史增塑剂是添加到高聚物(如橡胶、塑料、涂料等)中的物质。)以增加它们的可塑性和流动性，并使成品在加工和成型过程中具有柔性。DOTP是聚氯乙烯塑料的主要增塑剂，性能优异。由于结构不同，DOTP的物理机械性能优于DOP，但塑化性能略低于邻苯二甲酸二辛酯，因此DOTP的应用领域更广。目前，DOTP主要用于耐温70的电缆材料，也可用作普通增塑剂。20世纪70年代初，DOTP首先由美国开发，并于1976年正式进入工业应用领域。我国的研发工作始于20世纪80年代初，主要以酯交换合成工艺为主。随着电缆料的耐温标准从65提高到70，我国高级醇(C9和C10醇)的生产基本处于空白状态，对苯二甲酸二辛酯的成功研发不仅解决了生产70耐温电缆料的增塑剂问题，而且使原料在我国可以获得，从而使DOTP的应用得到了快速推进。自1985年以来，中国开始研究直接酯化过程。1990年后，中国实现了工业化。直接酯化原料来源广泛，成本低，产品质量可靠。因此，有着光明的未来1。1.2 DOTP的特性和用途DOTP自身的优异性能使其在增塑剂行业具有良好的市场发展前景。以下是几个方面的简要总结：(1)DOTP具有良好的电学和热学性能。它可以代替聚氯乙烯塑料电线护套中的二聚磷酸钠，也可用于人造革薄膜的生产。DOTP具有优异的相容性，还可用于增塑丙烯腈衍生物、聚乙烯醇缩丁醛、丁腈橡胶、硝化纤维素等，起到提高产品硬度和变形性的作用，可用作丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶等产品中的软化剂；DOTP用于电缆料时，塑化效果好，挥发性低，广泛用于各种需要耐热、高绝缘的产品中，是生产耐温70电缆料和其他需要耐挥发的聚氯乙烯产品的理想增塑剂。(2)DOTP用于汽车聚氯乙烯制品，可解决玻璃窗的起雾问题。DOTP还用于高档家具和室内装饰涂料、涂料和精密仪器的高品质润滑剂或润滑添加剂、硝基清漆添加剂、纸张柔软剂、聚酯酰胺双向拉伸薄膜、薄膜和塑料工艺品、等离子储存袋等。(3)由于DOTP具有与DOS和DOA相似的线性分子结构，其耐寒性也很好。(4)DOTP的体积电阻率比DOP高1020倍，具有优异的迁移率。(5) DOTP是一种优良的环境友好增塑剂，因为它不含邻苯二甲酸酯，并且不在欧盟和其他国家限制的16种含邻苯二甲酸酯增塑剂的范围内。1.3设计任务该设计的主要任务是：(1)综合考虑DOTP的物理性质、合成原理、操作条件、工艺要求和工艺选择，提出了合理、高效、经济、环保的DOTP工艺方案。(2)设计、计算、检查工艺流程中的主要设备，如反应釜、换热器、分离器等，最终完成DOTP生产车间的设备布置。本手册将侧重于DOTP生产中使用的反应容器的设计。2 DOTP生产流程2.1 DOTP的性质对苯二甲酸二辛酯(DOTP)是一种无色低粘度液体。它是聚氯乙烯塑料的主要增塑剂，性能优异，分子式为C24H38O4。与目前常用的邻苯二甲酸二异辛酯(DOP)相比，它具有耐热、耐寒、不易挥发、耐萃取、柔韧性好、电绝缘性好等优点。并在产品中显示出优异的耐久性、耐皂水性和低温柔韧性。由于其低挥发性，DOTP能完全满足电线电缆耐温等级的要求，可广泛应用于70电缆材料(国际电工委员会IEC标准)和其他软聚氯乙烯产品。DOTP不仅广泛用于电缆材料和聚氯乙烯增塑剂，还可用于人造革薄膜的生产。此外，它具有优异的相容性，还可用作丙烯腈衍生物、聚乙烯醇缩丁醛、丁腈橡胶、硝化纤维素等的增塑剂。也可用作合成橡胶的增塑剂、涂料添加剂、精密仪器的润滑剂、润滑剂添加剂和纸张柔软剂。2.2工艺生产方法DOTP生产过程理论上有以下三种：(1)直接酯化，即在催化剂存在下对苯二甲酸(TPA)和辛醇的直接酯化；2)酯交换法：对苯二甲酸二甲酯(DMT)或聚对苯二甲酸乙二醇酯废料与辛醇在催化剂存在下进行酯交换反应；3)酰氯醇解：对苯二甲酰氯和辛醇进行醇解反应。由于对苯二甲酰氯价格昂贵，该方案具有理论价值，但工业应用价值较低。直接酯化工艺流程如下：对苯二酸辛醇催化剂酯化作用中央和脱沥青过度过滤中和洗涤图2-1工艺流程图对苯二甲酸在催化剂存在下加热酯化分两步进行，酯化反应是可逆的吸热反应，因此外部热源加热有利于反应向生成对苯二甲酸二辛酯的方向移动。(1)对苯二甲酸与辛醇反应生成单酯；在第二步中，单酯与辛醇反应(即DOTP)。反应公式如下：步骤1:步骤2:它符合级数反应定律。单酯的形成是慢反应，单酯再反应成二酯是快反应。两步速率常数之比是192。反应的初始阶段主要是固体对苯二甲酸和液体辛醇形成单酯的反应。在搅拌下，反应混合物处于固液悬浮状态，属于非均相反应。然而，反应的第一步是确定反应速度。由于生成的单酯可以溶解在辛醇中进行均相反应，所以非均相反应速度应该与相界面的大小和相间扩散速度有关。除了催化剂的种类和用量外，影响反应的因素还包括醇酸摩尔比、搅拌速度、对苯二甲酸粉末的粒度以及反应生成的水是否被及时除去。反应生成的水和过量的辛醇形成共沸混合物。冷凝后的醇与水分离，醇回流到反应体系中继续参与反应。相界消失，体系中的反应主要为双酯化均相反应。双酯化反应的反应速度与反应物浓度、反应温度、催化剂等有关，是一个动力学控制过程。因此，在将对苯二甲酸酯化的小型试验结果扩大到工业生产时，应充分考虑两者之间的差异。酯交换反应工艺流程如下：DMT辛醇催化剂酯交换中央和脱醇过度过滤中和洗涤图2-2工艺流程图酯交换反应是一种可逆反应，其特点是正反应速率和反反应速率会随着体系中反应物和产物浓度的变化而相应变化，直至达到相同水平，反应过程处于动态平衡状态，反应物和产物的浓度不再变化。除了原料配比之外，催化剂的催化活性和用量、反应温度和反应时间都是影响酯交换反应的相对重要的因素。聚酯作为一种通用塑料，已广泛应用于各种包装材料，如饮料瓶、纤维和薄膜。近年来，聚酯的消费量迅速增加，越来越多的聚酯被丢弃。由于其强烈的化学惰性，很难被空气或微生物降解。DOTP是由废聚酯制成的。该方法原料易得，生产工艺简单，成本低，收率高，产品可达到优等品标准。它不仅可以缓解TPA的不足，还可以变废为宝，具有经济和环保的双重效益。用废聚酯生产DOTP是回收废聚酯最有效的方法之一。2.2.3醇解醇解法制备DOTP具有步骤少、设备简单、操作方便、易于生产的优点，必要时可回收乙二醇。2.3工艺流程设计2.3.1生产过程的确定酯交换法反应条件温和，反应时间短，产品质量好，收率高。以工业产品计，DMT转化率可达100%，收率在99%以上。用废聚酯为原料具有经济价值，但产品质量差，不能用作绝缘电杆的电缆料。直接酯化需要很长时间，因此如何提高酯化反应速度是目前业界关注的技术问题。因此，选择酯交换法生产DOTP。酯交换法生产DOTP的化学反应如下：该反应中使用的催化剂分为酸性和非酸性。酸性催化剂的使用要求设备具有更高的耐腐蚀性，而非酸性催化剂要求更低的耐腐蚀性。使用非酸性催化剂可以降低设备成本，并且非酸性催化剂也可以降低反应的反应温度。生产过程采用非酸性催化剂。根据酯交换反应方程式，甲醇是其副产物，也是一种重要的工业原料，需要收集。这种反应是可逆的，DMT价格高于辛醇，所以辛醇在生产过程中过量促进了反应。生产过程有连续操作和非连续操作，非连续操作劳动强度大、能耗高、效率低，而连续操作劳动强度低、效率高，便于自动控制。因此，采用连续