【正文】 有一定催化活性 ,只是每次稍有損失 ,使產(chǎn)品收率逐步下降。 雜多酸催化合 成鄰苯二甲酸二丁酯 雜多酸是由兩種以上無(wú)機(jī)含氧酸縮合而成的多元酸的總稱。 連續(xù)化生 產(chǎn)的自控水平高、質(zhì)量穩(wěn)定、勞動(dòng) 強(qiáng)度低、能耗低、產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng) , 第 xii 頁(yè) 共 39 頁(yè) 但是設(shè)備龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高，但生產(chǎn)量大，適合大型企業(yè)的連續(xù)化生產(chǎn)，在我國(guó)較少。催化劑用量為反應(yīng)物總量的 %,酯化時(shí)加入反應(yīng)物總量 %的活性炭 ,起到吸附氧氣防止醇類氧化以及脫色的作用 . 粗酯液于 70℃左右，用 濃度約為 5%的碳酸鈉水溶 液中 和 ，靜置分層后，粗酯再用 7080℃熱水洗滌。 4 增塑劑的發(fā)展動(dòng)態(tài) 近幾年 , 隨著塑料工業(yè)的發(fā)展 , 我國(guó)增塑劑產(chǎn)量增長(zhǎng)較快 , 1993 年～ 第 xiii 頁(yè) 共 39 頁(yè) 1995 年 , 國(guó)內(nèi)增塑劑產(chǎn)量從 30. 9 萬(wàn) t 增加到 1995 年的 45. 1 萬(wàn) t, 達(dá)到歷史最高水平 , 當(dāng)年產(chǎn)值達(dá) 27 億元 , 產(chǎn)量比 1991 年增加近 10 萬(wàn) t。 通過(guò)對(duì)鄰苯二甲酸二丁酯生產(chǎn)裝置中回流位置的改進(jìn) , 可以減少原料丁醇的投入量 ,從而使丁醇回收系統(tǒng)的操作費(fèi)用降低和降低丁醇消耗。 每批生產(chǎn)的鄰苯二甲酸二丁酯的量為： 酯 化過(guò)程的物料衡算圖 畫(huà)出衡算方框圖，標(biāo)出有關(guān)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行計(jì)算 苯 酐 正丁醇 催化劑 共沸劑 活性炭 圖 酯 化過(guò)程的物料衡算圖 催化劑 共沸劑 活性炭 酯化 反應(yīng)釜 正丁醇 鄰苯二甲酸二丁酯 第 xvii 頁(yè) 共 39 頁(yè) 酯化過(guò)程的 物料衡算 ： 苯酐和正丁醇的酯化反應(yīng)式： ? ?8 4 3 4 9 6 4 4 9 2 22C H O C H O H C H CO O C H H O?????? ?? 148 78 278 18 ｘ 2y ｚ 原料規(guī)格：苯酐純度為 100%，正丁醇純度為 95%，濃硫酸純度為 93%（相對(duì)密度） ，轉(zhuǎn)化率為 95%。物料化學(xué)變化過(guò)程，除化學(xué)反應(yīng)外，往往伴隨著物料狀態(tài)變化熱效率，但本工藝流程中物理過(guò)程熱效率較低，可以忽略不計(jì)，則過(guò)程熱效率可由下式計(jì)算： pr Q ???31 rQ －化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)， kJ； pQ －物理過(guò) 程熱效應(yīng)， kJ。 基準(zhǔn)： 140℃ ， 1h 平均熱容值為： DBP 140200℃ /( )J mol K? 丁醇 140200℃ /( )J mol K? 水 140200℃ /( )J mol K? 應(yīng)用 加熱容加和性 : 料液 : ? ? ? ? ? ? /( )J mol K? 塔頂 : % 水 取水的熱容 : /( )J mol K? 塔底 :98% DBP 取 DBP 的熱容為 : /( )J mol K? 設(shè)回流比 R=L/D=8 L=8 28 2. 9 22 63 .2?? kg/h V=L+D=+= kg/h 由汽液平衡數(shù)據(jù)知 ,%的餾出液沸點(diǎn)為 190℃ 穩(wěn)態(tài)時(shí) : 輸入能量 =輸出能量 V D L CH H H H? ? ? C V D LH H H H? ? ? 假設(shè)全冷凝 ,蒸汽 VH =潛熱 +顯熱 蒸汽在沸點(diǎn)時(shí)的比焓計(jì)算有兩各方法 : 一為基準(zhǔn)溫度時(shí) 的汽化潛熱 +將蒸汽加熱到沸點(diǎn)的顯熱 。 2）確定夾套高度 按式 ? ? ? ?21 / 3 .7 4 0 .8 0 .5 8 7 / 2 .0 1 7 1 .1 9mH V V V m?? ? ? ? ? ?封 ，圓整后取 2H ＝ 。 OD 筒體外徑， 2 160 0 2 10 162 0O N OD D S m m? ? ? ? ? ? L 筒體高度， L=H1+h/3=1200+(400+10)/3= 故 ODL/ =由圖查得 A= B=70 則許用外壓力 ? ? 7 0 1 0 0 .4 3 21620OOBSP D? ?? ? ?MPa? P 因此壁厚取 10mm 滿足外壓要求 . 考慮到壁厚附加量 21 CCC ?? =+= 第 xxx 頁(yè) 共 39 頁(yè) 則筒體壁厚為 : mmCSS O ????? ,圓整后取 S=12mm。 有效補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi) ， 可作為補(bǔ)強(qiáng)金屬截面積計(jì)算 ? ? ? ? ? ? ? ?10 8 0 8 4 0 4 0 .6 5 1 0 2 .5 3 .0 1 1 8 1 .7A B d S C S? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 第 xxxi 頁(yè) 共 39 頁(yè) 2mm FA?1 ， 故不需要另行補(bǔ)強(qiáng) 。 第 xxxii 頁(yè) 共 39 頁(yè) 保溫材料的選擇 保溫層是為了防止生產(chǎn)過(guò)程中的設(shè)備和管道周?chē)h(huán)境散發(fā)或吸收熱量而進(jìn)行的絕熱過(guò)程 ， 主要是用來(lái)減少設(shè)備、管道及其附近的熱量損失 ， 以及保證操作人員的安全，改善勞動(dòng)條件，防止?fàn)C傷。模擬計(jì)算采用泡點(diǎn)法解 MESH 方程，其中氣液平衡的計(jì)算采用 NRTL 模型，擬合精度達(dá)到 4110?? 。231。= = =180。選擇和確定優(yōu)化的生產(chǎn)工藝流程，對(duì) 酯化反應(yīng) 進(jìn)行了物料衡算及能量衡算，對(duì)主體設(shè)備 酯化 反應(yīng)器、 蒸餾 器進(jìn)行了選型和設(shè)計(jì) 計(jì)算。247。 精餾段塔徑計(jì)算 精餾段塔徑按第 1塊板的數(shù)據(jù)近似計(jì)算。 對(duì)于外徑大于 1m的圓筒型設(shè)備 ? ? ? ?? ? 1// atttt assf ???? ?? ? 壁厚 ,m； ? 導(dǎo)熱系數(shù) , ??hmkcal/ ℃； 1a 室外總給熱系數(shù) ,取 10 ??hmkcal/ ℃； ft 被絕熱管道、設(shè)備外壁溫度，℃； st 保溫層外表面溫度，℃； at 最熱月平均溫度，℃。 法蘭墊片的選擇 ： 材料用石棉橡膠板 ， 厚 ? =2mm ， 其標(biāo)準(zhǔn)為 JC12566。 考慮到封頭與筒體的焊接方便，取封頭與筒體等壁厚，即 S 封 =10mm。 釜體的筒體和底封頭既受內(nèi)壓的作用，又受外壓的作用，內(nèi)壓設(shè)計(jì)壓力為P=，設(shè)計(jì)壓力的取法是考慮操作過(guò)程中出現(xiàn)的最大壓力差，所以取P=。 酯化過(guò)程主體設(shè)備攪拌反應(yīng)釜的設(shè)計(jì) 攪拌反應(yīng)釜釜體和夾套的設(shè)計(jì)與計(jì)算 (1) 確定筒體和封頭 第 xxvi 頁(yè) 共 39 頁(yè) 首先計(jì)算加入反應(yīng)釜中物料的總面積，苯 酐和正丁醇 的分額最多，其他的物料可忽略不計(jì)；再計(jì)算反應(yīng)后體積變化，其中苯 酐和正丁醇 為主要成分，最后通過(guò)比較來(lái)決定容積的大小。 ? ? ? ?RfPfr qqq ?? ??? ?? ? ?Pfq? 生成物的標(biāo)準(zhǔn)生成熱， KJ/mol； 第 xxii 頁(yè) 共 39 頁(yè) ? ?Rfq?反應(yīng)物的標(biāo)準(zhǔn)生成熱， KJ/mol。 蒸餾過(guò)程的物料衡算 蒸餾過(guò)程的 的物料衡算方框圖 圖 蒸餾 過(guò)程的物料衡算圖 DBP 蒸 餾 塔 DBP % 丁醇 % 水 % 原料液 F 塔頂產(chǎn)品 D 水 丁 醇 塔底液 W DBP 98% 水 2% 第 xix 頁(yè) 共 39 頁(yè) 蒸餾過(guò)程 的物料衡算 原料液為 : DBP= kg 丁醇 = kg 水 = kg 所以 :F= kg DBP 平衡 :塔底液 W= 總物料平衡 :塔頂產(chǎn)品 D=FW== kg 水平衡 :出料的水 =*2%+= kg 丁醇平衡 :塔頂蒸出的丁醇為 : kg 圖 蒸餾 過(guò)程的物料 核算表 加入 支出 序號(hào) 物料名稱 組成 數(shù)量 (kg) 序號(hào) 物料名稱 組成 數(shù)量 (kg) 1 原料 DBP 水 丁醇 % % % 1 塔頂產(chǎn)品 水 丁醇 2 塔底液 DBP 水 98% 2% 合計(jì) 合計(jì) 分析計(jì)算可知 ,蒸餾過(guò)程物料進(jìn)出平衡 . 3 能量衡算 熱量衡算方程式： ６５４３２１ ＋＋＝＋＋ 式中： 1Q － 初始物料帶入設(shè)備中的熱量， kJ； 2Q －加熱劑或冷卻劑與設(shè)備和物料傳遞的熱量， kJ； 3Q －物理變化及化學(xué)變化的熱效應(yīng)， kJ； 4Q －離開(kāi)設(shè)備物料帶走的熱量， kJ； 第 xx 頁(yè) 共 39 頁(yè) 5Q －設(shè)備各部件所消耗的熱量， kJ； 6Q －設(shè)備向四周散失的熱量，又稱熱損失， kJ。 采用此方法可在原工藝生產(chǎn)線上稍作改造即可進(jìn)行生產(chǎn) , 投資少 , 降低了生產(chǎn)成本，從而提高生產(chǎn)效益 . 第 xiv 頁(yè) 共 39 頁(yè) 1 工藝流程的選擇 生產(chǎn)工藝的確定 DBP 的生成機(jī)理 (1)主反應(yīng) : DBP是以苯酐和正丁醇為原料 ,以硫酸作催化劑 ,在加熱的條件下分兩步反應(yīng) : 酯化反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng) ,使用催化劑和提高反應(yīng)溫度可加快反應(yīng)速度 。主要品種如 DO P、 T 50、氯化石蠟近年有較大增長(zhǎng)。 也可以在脫醇前再補(bǔ)加一定量的活性炭 .脫醇后的粗酯經(jīng)板框戒壓濾機(jī)壓濾即得成品。 作為主增塑劑的DBP , 需求量很大 ,采用連續(xù)化工藝具有一定的優(yōu)勢(shì)。王恩波等利用雜多酸為催化劑合成了鄰苯二甲酸二丁酯。曾慶樂(lè)研究了四氯化錫對(duì)合成鄰苯二甲酸二丁酯的催化作用。該催化劑活性高 ,熱穩(wěn)定性好 ,選擇性好 ,產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到分析品級(jí) 。 2 生產(chǎn)方法介紹 目前 ,國(guó)內(nèi)外常用的合成方法是由鄰苯二甲酸酐與正丁醇在硫酸 作用下酯化而成 ,硫酸價(jià)廉、工藝成熟、產(chǎn)品收率較高 。 關(guān)鍵詞 ： 鄰苯二甲酸二丁酯 苯酐 酯化反應(yīng) 第 vii 頁(yè) 共 39 頁(yè) Produces 5,000 ton Dibutyl phthalate every year with the intermittent type production craft XXX Abstract： Dibutyl phthalate (DBP) is used in plastics processing industry as a good plasticizer. There are two processes production DBP: intermittent and continuous process. This design uses the batch production craft, with ophthalmic anhydride and nbutanes for etherification to sulfuric acid as a catalyst. At present in domestic, it is a quite mature craft production method with producing DBP, with the advantages of simple equipment and flexible operation. Its production processes including etherification, and washed, alcohol, filtering, bleaching processes. This paper describes how to choice and determine the production process , and how to sel