DOP课程设计说明书

1、精细化工工艺学课程设计说明书邻苯二甲酸二辛酯课程设计说明书学生专业： 学生学号： 学生班级： 学生姓名： 指导教师： 设计地点： 化工学院化工教研室2015 年 12月 目录一.概述31.设计的目的和意义42. DOP生产能力及质量标准42.1生产能力42.2产品质量标准4二、生产工艺流程设计51生产工艺选择52反应原理和工艺参数的确定63. 生产工艺流程图及其说明8三、工艺计算101、物料衡算102、热量衡算13四、主要设备设计与选型151、反应釜的设计与选型152.冷凝器的设计与选型23五环境保护与劳动安全281、DOP生产过程“三废”处理28六设计结果评析与总结29七致谢30参考文献.3

2、1附录一：连续法生产DOP工艺流程图附录二：连续法生产DOP主设备图第 32 页一.概述 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，特别是由于PVC的广泛使用，DOP作为增塑剂能使起得到优良的改性，满足多方面应用的需要，同时由于配合用量大，特别对软PVC制品，而使DOP成为增塑剂工业大规模生产的中心系列产品，与其他增塑剂相比，还具有适用性好、化学稳定性好、生产工艺简单、原料便宜易得、成本低廉等优点，几乎占增塑剂年消耗量的80%以上，在国民经济中占有十分重要的地位。 DOP是一个带有支链的侧链

3、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。DOP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D

4、OP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。DOP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。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。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

5、纺工业、生物化工以及能源、交通运输行业均有广泛用途，在用量大的新领域，国内市场需求将强劲增长。1.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。2. DOP

6、生产能力及质量标准2.1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DOP151.52吨。2.2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GBl14068标准，见表1 所示。表1 DOP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，%99.099.5099.50密度（20），g/cm30.9810.986酸度（以对苯二甲酯计） % 0.0150.020闪点，210205色度（铂-钴）号 50100200加热减量，%0.10.20.25体积电阻率，×1011?.m210.5二、生产工艺流程设计1生产工艺选择 生产过程操作分为间歇式和连续

7、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，产品质量优良，简化中和水洗步骤，几乎不产生废水，节能降耗明显，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

8、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。 综上分析，本设计选用酯

9、化一中和水洗脱醇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比例复配催化剂。2反应原理和工艺参数的确定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，酯化原理如下： 主反应： 副反应： 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-EH=1：2.30 (wt)(3)催化剂量：003 (wt)(4)酯化压力：常压(带氮封)(5)停留时间：约7h(6)总转化率：约995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

10、釜5170175201902002102202302.2 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，本设计采用加入碳酸钠水溶液进行中和，生成可溶于水的钠盐与酯分离。中和反应原理如下：水洗工艺参数确定如下：(1)碳酸钠水溶液浓度：03(wt)(2)水洗温度：95(3)粗酯：碱=6：1(vo1)(4)碳酸钠单耗：04kgtDOP(5)中和水洗后酸值：001002KOH mgDOP2.3 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：

11、230(2)进料粗酯含醇量：1617(3)降膜脱醇真空度：30 mbar(4)加热蒸汽压力：20ba2.4 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：1401600C(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：001 005 (wt)2.5 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

12、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)活性炭加入量：005 (wt)(3)芬达过滤器粗滤周期：48h(4)精滤后DOP色值：1015(HAzEN)3. 生产工艺流程图及其说明3.1 DOP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滤液产品废水 图1 DOP工艺流程方块图 3.2 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(1:2.21:2.5)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

13、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3.9MPa的蒸汽加热.邻苯二甲酸单酯的转化率为99.8%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35倍。使用20%的碳酸钠水溶液，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（1.322.67 kPa,5080）、干燥（1.32 kPa,5080）后送至过滤工序。过滤工序不

14、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99.3%。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。

15、三、工艺计算1、物料衡算1.1 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。DOP      50000吨 年生产日        330天 日产DOP 50000÷330=151.52吨 每小时生产      151.52÷24=6.31吨 要求达到最后产品达规格产品规格：一等品 DOP&#

16、160; 含量99.5%故每小时要得纯DOP为：6.31×99.5%=6.28吨设整个过程之中DOP损失量为5%则实际每小时产纯DOP为6.28÷（15%）=6.61吨分子量：苯酐 148 异辛醇130 DOP 390 H2O 18 1.2一级酯化段物料计算根据一级酯化反应式： + H2O二级酯化反应式：第一步转化率为100%，第二步转化率为99.5%.一小时一级酯化反应釜 进釜 苯酐的量为：6.61×1000÷390÷0.995=17kmol 根据投料比 苯酐：异辛醇=1 : 2.3 异辛醇投入量为17×2.3=39.1

17、kmol 理论需用异辛醇量17×2=34 kmol 循环的异辛醇量39.1-34=5.1 kmol 总辛醇量39.1 +5.1 =44.2kmol 出釜 异辛醇量为44.2-17=27.2kmol 邻苯二甲酸一辛酯的量 17 kmol1.2二级酯化段釜1物料计算 进釜 异辛醇27.2kmol 邻苯二甲酸一辛酯的量 17 kmol 氧化铝与辛酸亚锡复配催化剂量0.2kmol N2 5m3/h 出釜 第一釜的转化率XA=0.523 DOP的物质的量 异辛醇量为 邻苯二甲酸一辛酯的量178.89=8.11 氧化铝与辛酸亚锡复配催化剂量0.2 kmol 产生的水的物质的量n水= 异辛醇一部分

18、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 nB:n水=2.06:1。所以nB=8.892.06=18.31kmol/h N2 5m3/h,转化为摩尔流量：每一小时将有：3排出反应釜。 1.3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）1744.20量（kmol/h）027.217 摩尔含量（%）28720摩尔含量（%）061.538.5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）27.217 0.20.201400出釜异辛醇邻苯二甲酸一

19、辛酯氧化铝与辛酸亚锡N2 水DOP 量（kmol/h）18.318.110.20.20148.898.892.热量衡算表6 各物质比热容物质Cp,m/kJ/(mol.k)(303K）Cp,m/kJ/(mol.k)(423K）/kJ/mol异辛醇0.28560.34540.3155-373.2苯酐0.25590.28290.2694-672.6邻苯二甲酸一辛酯0.45230.53470.4935-978.7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3.9MPa蒸汽将原料先预热到1500CQA =nA=kJQB=kJ2. 反应釜热量的衡算以一级酯化反应釜为例：连

20、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： 式中：物系焓变及反应焓变，kJ; q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： A(l，423.15K)+ B(l,423.15K) C(l,423.5K) A(l，404.75K) A(s，404.75K) A(s，298.15K)+ B(l,298.15K) C(l,298.5K) kJ/h由于在恒温恒压下进行，所以=0kJ/hkJ/h6kJ/hkJ/h所以：kJ/h故反应物系将放出kJ/h，为保持反应在恒温下进行，需在夹套中冲一定流量的冷却水。四、主要设备设计与选型1、反

21、应釜的设计与选型1.1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： VR=Q0×t×(1+)(8) Q0=QA+QB(9) 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0.10.15，本设计取0.12。 QA=nAMA/At(10)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 1.527g/cm3; t单位时间（1 h） QA

22、=nAMA/t=17×1000×148 ÷(1.527 ×3600)=457.7 cm3 / S同理异辛醇体积流量QB B 异辛醇密度 0.8176g/cm3 QB=nBMB/Bt=44.2×1000×130 ÷(0.8176 ×3600)=1952.2cm3 / S Q0=QA+QB=457.7+1952.2=2409.9cm3 / S单级酯化反应釜中，物料的平均停留时间为1.4 h VR=Q0t（1+）=2409.9×1.4×3600×1.12=10.69m3装料系数，根据实际生产

23、条件或实验结果而定，通常取0.60.85。若搅拌时产生泡沫或呈沸腾状态，应取低值，约为0.60.7；若搅拌状态平稳或物料的粘度较高可取0.80.85。本设计物料搅拌状态较平稳，取0.8。 故搅拌釜的有效体积为： V=VR/0.8=14.6/0.8=13.36m31.2反应釜高度与底面直径反应釜的高度与底面直径关系： H=1.3Di底面直径：故液面深度反应釜高： H=1.3h=3.06×1.3=3.98m当，查表16-6得各参数如表6所示表7 所查得的各参数曲面高度h1直边高度h2600mm40mm1.3反应釜温度与压力查表45 设计温度：150+20170混合液平均密度 已知：PW

24、=0.101325MPa则工作压力为:查表42 设计压力为工作压力的110%，则设计压力为： Pc=1.1PT=1.1×0.133MPa=0.146MPa设备选材：查课本附表9-1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0Cr18Nil2M-o2Ti。1.4厚度计算Pc=0.146MPa，T=170，Di=2360mm，t=136MPa，=1.0(双面焊对接，100%探伤)，腐蚀裕量C2=2mm计算厚度S如下： 设计厚度Sd如下： Sd=3.27，查表10-10则负偏差C1=0.25m

25、mSd+C1=3.55mm 圆整后为5mm，即名义厚度Sn=5mm 复验Sn×6%=0.3mm >C1=0.25mm 故最后取C1=0.25mm所以该反应釜可以用5mm的 0Cr18Nil2M-o2Ti高合金钢板制作。水压校验：根据 有：由此得：=180 故其强度满足要求。1.5搅拌器的设计及选型表8 搅拌器型式适用条件表搅拌器型式流动状态搅拌目的搅拌容器容积 (m3)转速范围(r/min)最高粘度(P)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涡轮式110010300500桨式12001030020推进式11000105005

26、00折叶开启涡轮式1100010300500布尔马金式110010300500锚式110011001000螺杆式1500.5501000螺带式1500.5501000注：有者为合用，空白者不详或不合用。1.5.1 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4-1，选取叶轮直径D=d/Di=0.33,即d=0.8m,叶宽b=0.2m转速取n=1.2r/s，叶轮距槽底高度C为D/3=1.1m。 为了消除可能的打旋现象，强化传热和传质，安装nb=6

27、块宽度W为0.1Di即0.236m的挡板。全档板判断如下： ，由于3.9>0.35,因此，符合全档板条件。1.5.2搅拌功率的计算采用永田进治公式法计算。 Re=(d2n)/式中：d=0.85m,n=1.2r/s,混合液平均密度=1.01g/cm3,=3.5×10-4Pa.s故>104为湍流，=Np,为功率因数，Np为功率数查图Rushton算图，当时，=Np=6.1故 搅拌功率1.6夹套传热面积的计算与核算选用螺旋板夹套，环隙E=100mm，螺距P=50mm。1.6.1 被搅拌液体侧的对流传热系数采用佐野雄二推荐的关联式计算:Nuj=0.512(D4/3)0.227Pr

28、0.33(d/Di)0.52(b/Di)0.08=4N/(Di2H),式中N=5811W,Di=2.36m,=1030kg/m3,H=3.98m故=0.32W/kg=/=3.5×10-4/1030=3.4×10-7m2/s(Di4/3)0.227=4.28×104Di/=0.512(D4/3)0.227Pr0.33(d/D)0.52(b/D)0.08 =0.512×4.28×104×0.710.33×0.330.52×0.0850.08 =9.17×10³故=0.11×9.17

29、5;10³/2.36=427.4W/(m2.oC)1.6.2夹套冷却水对流传热系数采用下式计算：De/=0.027Re0.8Pr0.33V0.14(1+3.5(De/Dc)即=0.027Re0.8Pr0.33V0.14(1+3.5(De/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t=40oC，在此温度下，水的相关物性如下：比热容cp=4.174kJ/(kg.oC)，导热系数=63.38，密度=992.2kg/m3黏度=0.000656Pa.s，Pr=4.32由于反应物系放出热量Q1=6kJ/h=577.8kW，搅拌功率N=5811W故搅拌槽需移出热

30、Q=Q1+N=583.6kW=2100kJ/h。所以冷却水质量流量m=Q/cp(t2-t1)=583.6/(4.174×30)=4.66kg/s。夹套中水流速u=m/(PE)=4.66/(992.2×0.05×0.1)=0.94m/s，De=4E=0.4m，Dc=2.9mRe=Deu/=0.4×0.94×992.2/0.000656=0.57×106×10-5De/=0.027Re0.8 Pr0.33 (1+3.5(De/Dc) =0.027×(0.57×106)0.8×(4.32×1

31、0-5)0.33×(1+3.5×0.4/2.9) =58.46=58.46×63.38/0.4=9263W/(m2.oC) 所以总传热系数：1/K=1/+1/=1/631.6+1/11638.5=0.00167K=408.55W/(m2.oC)1.6.3夹套传热面积由Q=KF = oC得F=Q/K=2100.96×103/(408.55×109.5)=46.96m2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：DiH=3.14×2.36×3.98=29.49m2。该面积小于所需传热面积2，因此

32、夹套设计符合要求。1.7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器搅拌形式六片平直叶圆盘涡轮式搅拌器叶轮直径D0.33m叶轮宽度b0.2m搅拌转速n1.2r/s桨叶数z6搅拌功率N5811W挡板数nb6搅拌附件挡板宽度w0.236m搅拌釜全容积（不包括封头部分）V13.36m3反应釜液面深度h3.06m搅拌釜实际高度H3.98m搅拌釜内径Di2.36m工作压力PT0.133MPa搅拌釜厚度Sn5mm夹套形式螺旋板夹套夹套螺旋板螺距P0.05m夹套环隙E0.10m夹套内冷却水流速u0.94m冷却水移出热量Q577.8kW被搅拌液体侧的对流传热系数427.

33、4W/(m2.oC)夹套侧冷却水对流传热系数9263W/(m2.oC)搅拌槽总传热系数K408.55W/(m2.oC)所需夹套面积F46.96m2 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

34、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1MPa;(3).管程工作压力0.74MPa.(4).冷却水温度25。2.1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

35、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。2.2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0.5m/s。 2.3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） 55 25 故传热推动力：Tm = =77.46 表10入冷凝器的气体的比热容Q1=mcpT,T=1400CQ1=789236.2+96331.8+635.4=886203.4kJ/h组分 异辛醇水N2比热容KJ/(k

36、g.)2000C600C2000C600C2000C600C2.2251.7154.5054.1780.7960.745组成 kmol29.1258.810.2014产生热Q1 kJ/h789236.296331.8635.4 表11 冷凝液组分气化热和液体热容组分异辛醇水气化热wr KJ/mol61.99 40.69液体比热容KJ/(kg.)2.2944.178组成 kmol/h22.0128.805冷凝放热 kJ/h 1364554.9358275.5冷凝放出总热Q2=1364554.9 + 358275.5 =1722730.4kJ/hQ总=Q1 + Q2 =886203.4 + 172

37、2730.4 =2608933.75kJ/h =724.7kw故冷却水用量：w水=总传热系数K=599W/(m2.oC)管程流体的定性温度t=(55+25)/2=40oC,循环冷却水相关物性数据密度=992.2kg/m3定压比热容cp=4.174KJ/(kg.)导热系数 0.6338W/(m2.oC)粘度 0.000656Pa.s由公式Q=AK Tm 可得 A=Q/（KTm）=724700/（408.55×77.46）=22.9m2 考虑15%的裕度，则 A=1.15A=26.3m22.4工艺尺寸的计算2.4.1管子数n的确定 选用的碳钢管，管内流速取0.5m/s。按单管程计算管子数

38、：每小时流入冷凝器的总物质的量n=41.1777kmol，冷凝器的工作压力为1MPa,采用四管程，则L=L1/4=2.2m，管子数n1=4×n=4×38152根2.4.2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t=32mm 。2.4.3 壳体直径的确定 壳体直径： Di=t(nc-1)+2do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，； do 换热管外径，mm； 所以，Di=38×（14-1）+2×25=544mm ，圆整取600mm。 2.4.4折流板 采用弓形折流板，取弓形折流板圆缺高度为壳体内

39、径的25%，则切去的圆缺高度为：h=75mm取折流板间距B=0.3Di,则B=159mm。折流板数 NB=L/B -1 =9.25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25.80+0.41，材料为Q235-A钢；拉杆选用16，共6根，材料为Q235-AF钢。2.4.5接管 壳程流体进出接管：去接管内热流体流速5m/s 管程流体进出接管：去接管内冷却水流速为1.5m/s,则接管内径为 取标准值径为70mm参照化工设备机械基础表6-21，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1

40、0mm2.5.壳体厚度壳体材料选用20R钢，计算壁厚的公式为：S=PcDi/（2t-Pc）式中：Pc计算压力，取Pc为1×1.1=1.1MPa ； Di=300mm；=0.85 80=130Mpa（取壳体温度为80）S=300×1.1/（2×130×0.85-1.1）=1.63mm取C2=2mm ；C1=0.25mm，圆整后取S=6mm，复验6×6%=0.360.25 故最终取C1=0.25mm故S=6mm2.6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DN1400×5。曲面高度h1=70mm，直边高度h2=25mm，

41、材料选用20 R钢。2.7容器法兰的选择 材料选用16MnR钢，根据JB/4703-2000标准，选用PN1.6Mpa，DN400mm的榫槽密封面长颈对焊法兰。2.8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。2.9支座选用型号JB/4712-92 鞍座 BI 700 F 。2.10冷凝器设计汇总表12 冷凝器设计汇总 筒体内径(mm)200折流板数目54壁厚(mm)6 间距(mm)120封头（椭圆型）半径(mm)100 高度(mm)300高度(mm)70直边高度(mm)25列管 管长(mm)2200拉杆尺寸(mm)16

42、数目38数目6尺寸(mm)25×2.5接管壳程流体进出接管公称直径：140mm，厚度mm不凝性气体排除接管公称直径：20mm,厚度3mm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0.065苯二甲酸单辛酯钠1000硫酸单辛酯1.16硫酸单辛酯钠23000硫酸单辛

43、酯0.19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。六设计结果评析与总结经过一段时间的资料查询、文献搜索、设计整理，在老师的指导和同学的帮助下，我们这组顺利地完成了本次课程设计。本次设计以“工艺先进、技