【正文】 ASF注意到混合丁烯中 1丁烯和 2丁烯反應(yīng)活性具有很大差異，故在工藝中兩個(gè)反應(yīng)區(qū)采用了各不相同的催化劑體系，讓第一反應(yīng)區(qū)中未能轉(zhuǎn)化的 2丁烯在第二反應(yīng)區(qū)完成反應(yīng)，兩反應(yīng)區(qū)各自獨(dú)立地進(jìn)行催化劑的分離和循環(huán) [19]。 本工藝化學(xué) 反應(yīng)方程式如下 ： 2CH3CH2CH2CH2CHO CH3CH2CH2CH2CH=C(CH2CH2CH3)CHO+H2O 反應(yīng)中正戊醛的轉(zhuǎn)化率為： 99%。h1 3 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 67 738 ?? kgh1 2 = ?? kgh1) w9 w10 2甲基丁醛 水 合計(jì) 閃蒸罐 V105 的物料衡算 圖 28 閃蒸罐 V105 的物料衡算圖 2210 2 2 +P H P B A H H Ow w w w w w w w? ?? ? ? ? ? ?正 戊 醛 異 戊 醛 甲 基 丁 醛 10 750 0 66. 46 49. 63 3 2 6 3 761 3w ? ? ? ? ? ? ? ? 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 查得 180℃ 飽和水蒸汽 的 氣化潛熱為 r= kJkg1kg1h1 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(jìn)口流 股平均熱熔 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 kJh1 11 12 4 9 .1 3 7 5 7 0 .8 0 7 6 1 9 .9 3ww? ? ? ? kgh1 ?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(jì) 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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 化學(xué) 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 1 2 3 9 2 9 2 .4 4w w w? ? ? kgh1)，各物質(zhì)的相對分子質(zhì)量及含量見表 21。 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%。 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(jì) 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(jì) — — — 1 1 6 補(bǔ) 勤 — — — 4 4 合計(jì) — — — — 45 原料和產(chǎn)品規(guī)格 表 15 為主要原料和消耗品規(guī)格。 園區(qū)作為包頭市工業(yè)拓展的重點(diǎn)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(zhǔn)設(shè)立的自治區(qū)級工業(yè)園區(qū)。 表 13 今年中國 PVC 產(chǎn)需平衡 項(xiàng)目 2021 2021 2021 2021 2021 2021 產(chǎn)量 /萬噸 進(jìn)口量 /萬噸 出口量 /萬噸 表觀消費(fèi)量 /萬噸 國內(nèi)自給率 /% 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 近年來，塑料行業(yè)的飛速發(fā)展，拉動(dòng)了增塑劑等塑料助劑行業(yè)以年均 %的速度增長。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。 2 propyl heptanol。增塑劑醇是生產(chǎn)增塑劑消耗量最大的一類原料，當(dāng)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(dá) 450多萬噸 [3]。齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 近期 2丙烯庚醇新建及擴(kuò)建情況見表 11。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(jì)產(chǎn)能約為總產(chǎn)能的 %。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(yuǎn)，并且可以利用發(fā)達(dá)的公路、鐵路或水路來彌補(bǔ)銷地很遠(yuǎn)的缺陷。 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(jià) (元 /噸 ) 2丙基庚醇 ≥ % 優(yōu)等品 經(jīng)濟(jì)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(jìn)行了簡單的經(jīng)濟(jì)核算，核算結(jié)果見下表： 表 17 經(jīng)濟(jì)核算表 序號 指標(biāo)名稱 單位 設(shè)計(jì)指標(biāo) 成本 (萬元 ) 1 生產(chǎn)規(guī)模 t 此方法的特點(diǎn)是：采用兩段氫甲?；磻?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。h1 NaOH 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 ? 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 ? 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(jìn)料量： ? kgh1 則進(jìn)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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) 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(jì) 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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 通過化學(xué)化工物性參數(shù)手冊查得進(jìn)出 反應(yīng) 器流股中各個(gè)組分不同溫度下的熱熔 [22], 查詢結(jié)果見下表： 表 211 進(jìn)出 反應(yīng) 器 R101 流股熱熔表 組分 反應(yīng) (373K)熱熔 (kJh1 65 = ( 1. 67 + 0. 36 3 1. 9) 10 1. 33 10Q Q Q? ? ? ?反生放 kJkg1K 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(xué)化工物性參數(shù)手冊查得進(jìn)出冷凝器流股中各個(gè)組分在不同溫度下的熱熔，查詢結(jié)果見下表： 表 214 進(jìn)出冷凝器 E102 流股熱熔表 組分 含量 (%) 進(jìn)口 (376K)熱熔(kJkg1h1 2 54. 21 0 86 3. 06 10 0 3. 60 10HOq c m t? ? ? ? ? ? ? kJh1 9 10 761 ?? kgh1 27 3 1 0 .1 3 2 2 1 8 9 .8 7154Hw ?? ? ? kgh1 表 25 精餾 塔 T101 物料衡算表 組成 質(zhì)量流量 (kgh1) 進(jìn)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(jì) 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 ???? 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(jìn)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(jìn)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。 (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(jìn)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。 圖 11 包頭市地理位置圖 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 設(shè)計(jì)規(guī)模與生產(chǎn)制度 設(shè)計(jì)規(guī)模 本設(shè)計(jì)擬定的設(shè)計(jì)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，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。 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(yáng)子石化 巴斯夫有限責(zé)任公司 7 萬噸 /年乙烯擴(kuò)增項(xiàng)目也將建設(shè) 8 萬噸 /年產(chǎn)能的 2丙 基庚醇裝置 。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。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(jì)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(jì) 的 工藝 流程 ， 對整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)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(jìn)行 了設(shè)備 計(jì)算 與選型，并且 對 車間設(shè)備進(jìn)行了布置，對 自動(dòng)控制、 安全和環(huán)境保護(hù)以及 公用工程進(jìn)行 了概述 。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(dá)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(dāng)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]。 表 12 2021 及 2021 美國和西歐增塑劑醇的消費(fèi)及預(yù)測情況 品種 美國 2021 年 2021 年 2021~2021 消費(fèi)量 kt 消費(fèi)量 kt 年增長率 % 西歐 2021 年 2021 年 2021~2021 消費(fèi)量 kt 消費(fèi)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(yuǎn)大于其他同期增塑劑醇的增長率。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(shí)際消費(fèi)中約占總消費(fèi)的近 90%，其中 DOP(鄰苯二甲酸二辛酯 )約占總消費(fèi)量的 70%。本廠生產(chǎn) 的 2丙基庚醇 ，實(shí)現(xiàn)了碳四的高附加值利用。a