【正文】 K 1 p4 i pic wc?? =++++ = kJ t 飽和水蒸氣的溫度 453 K T101 冷凝器 E102 的熱量衡算 圖 211 冷凝 器 E102 熱量衡算圖 通過化學化工物性參數(shù)手冊查得進出冷凝器流股中各個組分在不同溫度下的熱熔，查詢結(jié)果見下表： 表 214 進出冷凝器 E102 流股熱熔表 組分 含量 (%) 進口 (376K)熱熔(kJkg1kg1h1 65 = ( 1. 67 + 0. 36 3 1. 9) 10 1. 33 10Q Q Q? ? ? ?反生放 kJh1 2 54. 21 0 86 3. 06 10 0 3. 60 10HOq c m t? ? ? ? ? ? ? kJh1) w11 w12 2丙基 2庚烯醛 0 氫氣 2丙基庚醇 7500 0 7500 正戊醛 0 異戊醛 0 2甲基丁醛 0 水 0 合計 熱量衡算 反應(yīng)器 R101 的熱量衡算 圖 29 反應(yīng)器 R101 熱量衡算圖 齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 通過化學化工物性參數(shù)手冊查得進出 反應(yīng) 器流股中各個組分不同溫度下的熱熔 [22], 查詢結(jié)果見下表： 表 211 進出 反應(yīng) 器 R101 流股熱熔表 組分 反應(yīng) (373K)熱熔 (kJh1 9 10 761 ?? kgh1 則進出反應(yīng)器各物質(zhì)的質(zhì)量流量為： 催化劑 齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 72 2 + + = 7 3 7 6 .5 9 + 0 .8 3 + 0 .8 6 + 1 .7 2 + 0 .4 3 = 7 3 8 0 .4 3P B A H Ow w w w w w??正 戊 醛 甲 基 丁 醛 異 戊 醛+ kgh1 27 3 1 0 .1 3 2 2 1 8 9 .8 7154Hw ?? ? ? kg 表 27 反應(yīng)物及產(chǎn)物參數(shù)表 名稱 分子式 相對分子質(zhì)量 轉(zhuǎn)化率 投料比 2丙基 2庚烯醛 C10H18O 154 99% nH2:nPBA=:1 氫氣 H2 2 — — 2丙基庚醇 C10H22O 158 — — 反應(yīng)物的進料量： ? kgh1 表 25 精餾 塔 T101 物料衡算表 組成 質(zhì)量流量 (kgh1 422 ++P B A H Ow w w w w w??正 戊 醛 甲 基 丁 醛 異 戊 醛+ 4 8 3 .3 + 7 3 8 3 .9 7 + 4 2 .7 3 + 8 5 .8 8 + 1 7 1 .7 6 = 7 7 6 7 .6 4w ? kgh1) 進料量 出料量 正戊醛 2丙基 2庚烯醛 0 異戊醛 2甲基丁醛 水 0 合計 分離罐 V103 的物料衡算 圖 22 分離罐 V103 的物料衡算圖 原料中正戊醛與催化劑 NaOH 溶液的投料比 VNaOH： V 正戊醛 =1:2 體積比換算成摩爾比： 8 1 0 2 4 0 = 5 .51 3 6 8 6 1N a O Hnn ??? ??正 戊 醛 28 3 3 0 .3 3 4 0 7 0 4 .4 78 6 5 .5HOw ???? kgh1 NaOH 齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 ? kg塔釜溫度 180 ℃ ，壓力 MPa，一部分釜液經(jīng)塔底再沸器 E103 加熱至 220 ℃ 作為粗烯醛精餾塔 T101 的再沸蒸汽，另一部分進入換熱器 E104，將溫度從 180 ℃ 降低至 140 ℃ ，換熱后釜液經(jīng)釜液輸送泵 P104 打入烯醛加氫反應(yīng)器 R102， 與氫氣進行加氫反應(yīng)，反應(yīng)溫度 140 ℃ ，壓力 MPa，反應(yīng)產(chǎn)物主要成分為 2丙基庚醇， 2丙基 2 庚烯醛，正、異戊醛 ， 2甲基丁醛， H2 和少量水。 此方法的特點是：采用兩段氫甲酰化反應(yīng)制取戊醛，且兩段反應(yīng)采用相同的銠 雙亞磷酸酯催化劑。 (1) DOW/Davy 聯(lián)合公司低壓羰基合成技術(shù) DOW/Davy的 2丙基庚醇生產(chǎn)工藝是以混合碳四、合成氣 (CO， H2)為原料 [15]，在銠/NORMAXTM催化劑作用下 [16]，進行低壓羰基合成反應(yīng)生成混合戊醛，分離出的混合戊醛在氫氧化鈉的催化作用下縮合脫水生成不飽和 C10醛，不飽和 C10醛加氫生產(chǎn)出粗 2丙基庚醇 [17]，最后經(jīng)過精餾得到 2丙基庚醇產(chǎn)品。 表 16 產(chǎn)品規(guī)格表 產(chǎn)品名稱 本廠規(guī)格 國家規(guī)定 產(chǎn)量 (t/a) 單價 (元 /噸 ) 2丙基庚醇 ≥ % 優(yōu)等品 經(jīng)濟核算 為了明確 2丙基庚醇車間和成工段的總成本 (/年 )，分別對車間定員、原料用量、冷熱公用工程消耗量、設(shè)備投資及車間占地面積投資等方面對本工段進行了簡單的經(jīng)濟核算，核算結(jié)果見下表： 表 17 經(jīng)濟核算表 序號 指標名稱 單位 設(shè)計指標 成本 (萬元 ) 1 生產(chǎn)規(guī)模 t 圖 11 包頭市地理位置圖 齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 設(shè)計規(guī)模與生產(chǎn)制度 設(shè)計規(guī)模 本設(shè)計擬定的設(shè)計規(guī)模為年產(chǎn) 6 萬 噸 2丙基庚醇，則需要消耗純度為 97%的 正戊醛200 t/a，純度為 99 %的 氫氣 t/a。因此該工廠的地理優(yōu)勢主要體現(xiàn)在離原料地較近而離銷地很遠，并且可以利用發(fā)達的公路、鐵路或水路來彌補銷地很遠的缺陷。因此，新型環(huán)保型增塑劑 DPHP 在我國的 需求量將呈持續(xù)上漲的態(tài)勢。截至 2021年，我國主要有增塑劑生產(chǎn)企業(yè) 130多家，生產(chǎn)能力大于 3000 kt/a，其合計產(chǎn)能約為總產(chǎn)能的 %。 2丙基庚醇是生產(chǎn) DPHP 的 主要 原料，其發(fā)展也剛剛開始起步，在我國揚子石化 巴斯夫有限責任公司 7 萬噸 /年乙烯擴增項目也將建設(shè) 8 萬噸 /年產(chǎn)能的 2丙 基庚醇裝置 。齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 近期 2丙烯庚醇新建及擴建情況見表 11。使用 2PH 增塑過的 PVC，可用于制造纜線隔熱、防水編織物、板材涂層、薄膜和汽車部件等。增塑劑醇是生產(chǎn)增塑劑消耗量最大的一類原料，當前全 球生產(chǎn)增塑劑 600多萬噸 /年，用于制造增塑劑的增塑劑醇每年高達 450多萬噸 [3]。首先 闡述了 二丙基庚醇 合成的意義與作用、 國內(nèi)外 研究 現(xiàn)狀 及發(fā)展前景 ，并簡要介紹了二丙基庚醇的性質(zhì)及 合成 方法 ， 其次介紹了課題的設(shè)計背景、廠址選擇和原料產(chǎn)品規(guī)格； 通過國內(nèi)外幾種相關(guān)工藝的 比較確定本設(shè)計 的 工藝 流程 ， 對整個生產(chǎn)過程進行了 物料衡算、熱量衡算 和Aspen plus 模擬； 對 反應(yīng)釜等主要 設(shè)備進行 了設(shè)備 計算 與選型，并且 對 車間設(shè)備進行了布置，對 自動控制、 安全和環(huán)境保護以及 公用工程進行 了概述 。 2 propyl heptanol。鄰苯二甲酸 二辛酯 (DOP )增塑劑等因安全性問題正在迅速退出工業(yè)發(fā)達國家的增塑劑市場 [6]，作為替代產(chǎn)品，以 2丙基庚醇 (2PH)為主要原料的鄰苯二甲酸二 (2丙基庚 )酯 (DPHP)已成為當今增塑劑生產(chǎn)的良好選 擇， 2丙基庚醇是未來環(huán)保型增塑劑醇的發(fā)展趨勢，擁有廣闊的市場空間 [7]。截至 2021 年 11 月，巴斯夫公司在歐洲每年生產(chǎn) 13 萬噸 2丙基庚醇，贏創(chuàng)工業(yè)公司產(chǎn)能為 6 萬噸 /年。 表 12 2021 及 2021 美國和西歐增塑劑醇的消費及預測情況 品種 美國 2021 年 2021 年 2021~2021 消費量 kt 消費量 kt 年增長率 % 西歐 2021 年 2021 年 2021~2021 消費量 kt 消費量 kt 年增長率 % 2乙基 1己醇 270 289 430 428 異壬醇 90 345 370 異癸醇 100 107 180 192 2丙基庚醇 100 103 116 145 可知，西歐市場 2丙基庚醇 2021~2021年增長率遠大于其他同期增塑劑醇的增長率。 表 13 今年中國 PVC 產(chǎn)需平衡 項目 2021 2021 2021 2021 2021 2021 產(chǎn)量 /萬噸 進口量 /萬噸 出口量 /萬噸 表觀消費量 /萬噸 國內(nèi)自給率 /% 齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 近年來，塑料行業(yè)的飛速發(fā)展，拉動了增塑劑等塑料助劑行業(yè)以年均 %的速度增長。目前，國內(nèi)增塑劑主要是以鄰苯二甲酸酯類增塑劑為主，在實際消費中約占總消費的近 90%，其中 DOP(鄰苯二甲酸二辛酯 )約占總消費量的 70%。 園區(qū)作為包頭市工業(yè)拓展的重點地區(qū)和重要工業(yè)增長基地，是 2021年 4月經(jīng)國家發(fā)展改革委審核，被自治區(qū)政府批準設(shè)立的自治區(qū)級工業(yè)園區(qū)。本廠生產(chǎn) 的 2丙基庚醇 ，實現(xiàn)了碳四的高附加值利用。 表 14 工廠人員編制 序號 崗位名稱 管理員 技術(shù)員 生產(chǎn)人員 輔助人員 共計 1 班長 — — 5 — 5 2 操作 — — 25 — 25 3 主任、書記 5 — — — 5 4 技術(shù)員 — 5 — — 5 5 統(tǒng)計 — — — 1 1 6 補 勤 — — — 4 4 合計 — — — — 45 原料和產(chǎn)品規(guī)格 表 15 為主要原料和消耗品規(guī)格。a1 10 6 設(shè)備數(shù)量及投資 臺 23 12 000 7 車間建筑面積 m2 504 96 合計 — — — 14283 齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第 2 章 工藝設(shè)計和計算 工藝路線的選擇 2丙基庚醇工藝介紹 2丙基庚醇 目前已經(jīng)工業(yè)化的合成工藝路線按其主要原料為 1丁烯羰基合成路線和1丁烯和 2丁烯混合羰基合成路線 [13]。 該方法的混合丁烯原料按質(zhì)量比的組成范圍是： 1丁烯和 2丁烯 50%， 1丁烯： 2丁烯 =~10:1，其他含有碳碳雙鍵或三鍵的化合物總量 1%。綜合以上各方面因素， 本課題 最終確定選用中國石油化工股份有限公司北京化工研究院郭浩然等人提出的 2丙基庚醇合成 技術(shù)。h1)，各物質(zhì)的相對分子質(zhì)量及含量見表 21。h1 ?異 戊 醛 kgh1 1 2 3 9 2 9 2 .4 4w w w? ? ? kgh1 62 2 + + = 7 3 7 6 .5 9 + 0 .8 3 + 0 .8 6 + 1 .7 2 + 0 .4 3 = 7 3 8 0 .4 3P B A H Ow w w w w w正 戊 醛 甲 基 丁 醛 異 戊 醛+ kgh1) w6 w7 正戊醛 2丙基 2庚烯醛 2甲基丁醛 異戊醛 水 合計 反應(yīng)器 R102 的物料衡算 圖 26 反應(yīng)器 R102 的物料衡算圖 齊齊哈爾大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 化學 反應(yīng)方程式 如下 ： CH3CH2CH2CH2CH=CCHO+2H2 CH3(CH2)3CH2CH(CH2CH2CH3)CH2OH CH2CH2CH3 反應(yīng)中 2丙基 2庚烯醛的轉(zhuǎn)化率為 99%。h1 27 3 7 6 .5 9 2 .5 2 3 9 .5 0154Hw ? ? ? kgh1 ?異 戊 醛 kgh1 表 28 反應(yīng)物料衡算表 組成 質(zhì)量流量 (kgh1 11 12 4 9 .1 3 7 5 7 0 .8 0 7 6 1 9 .9 3ww? ? ? ? kgh1 42 2 .0 0 5 1 7 1 .7 6 1 0 0 3 .4 0 1 0q c m t? ? ? ? ? ? ?甲 基 丁 醛 kJh1 反應(yīng)過程中放出的熱量： 2CH3CH2CH2CH2CHO CH3CH2CH2CH2CH=C(CH2CH2CH3)CHO+H2O 關(guān)鍵組分 C5H10O 的轉(zhuǎn)化率為 99% 62. 30 5 82 47 .0 3 10 0 1. 90 10q c m t? ? ? ? ? ? ?正 戊 醛 kJK 1) 正戊醛 2丙基 2庚烯醛 異戊醛 2甲基丁醛 水 p1 i pic wc?? =++++ = kJh1 衡算結(jié)果見下表： 表 213 換熱器 E101 熱量衡算一覽表 符號 含義 數(shù)值 單位 cp1 換熱器進口流 股平均熱熔 kJh1 wh 飽和水蒸氣汽質(zhì)量流量 kgkg1kg1