【文章內(nèi)容簡介】 24 結(jié)束語 25 參考文獻(xiàn) 26 1 第 1章 總 論 概述 產(chǎn)品的意義與作用 月桂醇聚氧乙烯醚磷酸酯鉀鹽簡稱 “PEK”，是醇醚型非離子改性為一種磷酸酯型陰離子表面活性劑，此類表面活性劑由于磷酸酯的存在而具有某種獨(dú)特的功能，有較好的電解質(zhì)相容性，熱及堿穩(wěn)定性、優(yōu)良抗靜電性、潤滑性、阻蝕性，去 污能力強(qiáng)，特別對(duì)硬表面去污能力尤佳；同時(shí)具有增溶性、乳化性、螯合、降低表面張力等作用。此外，有較好的配伍和在酸、堿溶液中穩(wěn)定性，耐電離性較好?？蓮V泛用于紡織工業(yè)、化妝品工業(yè)、塑料工業(yè)、洗滌劑工業(yè)、農(nóng)藥工業(yè)、皮革工業(yè)、機(jī)械等行業(yè)中，作為抗靜電劑、染色劑、乳化劑、脫脂劑、金屬加工冷卻劑等，故稱為特種 “表面活性劑 ” 。 國內(nèi)外的現(xiàn)狀及發(fā)展前景 目前，我國聚氧乙烯醚磷酸酯的生產(chǎn)處于初級(jí)發(fā)展階段，國外磷酸酯表面活性劑發(fā)展較快，主要生產(chǎn)公司有日本松本優(yōu)質(zhì)公司、花王石堿公司、德國 BASF 公司、美國Monsanto 公司，美國近十年平均增長率為 ％，目前國內(nèi)廠家不多，產(chǎn)量不大、品種不全，與國外相比差距較大。但近年來發(fā)展較快，其增長速率以每年大于 810%的速度遞增，為此，本課題設(shè)計(jì)脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯的合成工藝路線具有很大的使用價(jià)值。 產(chǎn)品的性質(zhì)和特點(diǎn) 產(chǎn)品 PEK 表面活性劑為白色膏狀物，其水溶液穩(wěn)定性優(yōu)異，它不僅可用作滌短紡絲油劑組分，而且還可廣泛地應(yīng)用在清潔劑、防銹劑、乳化劑、離子交換劑、醫(yī)藥等領(lǐng)域，還具有多種優(yōu)良的功能，去污能力強(qiáng)，特別對(duì)硬表面去污尤佳。該產(chǎn)品具有如下特點(diǎn)： 1）配伍性好，在 各種液體產(chǎn)品中，與陰離子、非離子、兩性離子都能很好的配伍；2）在酸堿溶液中穩(wěn)定性好，例如在某些特殊偏酸性或偏堿性液體產(chǎn)品中易溶解，且穩(wěn)定不分層、不沉淀； 3）耐溫性好，在較大溫度范圍內(nèi)比較穩(wěn)定； 4)耐電離性較好。 生產(chǎn)方法概述 本課題采用月桂醇與環(huán)氧乙烷為原料，在堿性催化作用下，聚合生成月桂醇聚氧乙烯醚（醇醚），工藝條件為溫度為 135℃ ，壓力為 。 n(EO):n（醇） =4： 1，反應(yīng)2h，然后醇醚與固體催化劑五氧化二磷發(fā)生酯化反應(yīng)，在酯化釜中加入醇醚和水，升溫至 50℃ ，加入五氧化二磷，在 70℃ 下反應(yīng) ；醇醚、水及五氧化二磷的摩爾比為 2：1： 1，水解反應(yīng)通蒸汽速度為 30kg/h，水解溫度 95℃ ，水解時(shí)間 1h，由于工藝條件的限制，最后得到醇醚單酯和醇醚雙酯為主的混合物，最后用氫氧化鉀水溶液中和 ， 2 得到接近中性產(chǎn)品月桂醇聚氧乙烯醚磷酸酯鉀鹽 . 設(shè)計(jì)依據(jù) 課題目標(biāo)：完成年產(chǎn) 2021 噸 PEK 車間的初步設(shè)計(jì)任務(wù) 主要內(nèi)容為： 1）查閱文獻(xiàn)，了解國內(nèi)外關(guān)于 PEK 的現(xiàn)狀，進(jìn)行外文翻譯； 2）進(jìn)行工藝路線的選擇，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行物料，熱量衡算，設(shè)備選型。 3）手繪一張帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，用 CAD 機(jī)繪制車間平面布置圖、關(guān)鍵設(shè)備裝備圖 。5)用 Aspen Plus 對(duì)聚合釜進(jìn)行流程模擬。 技術(shù)參數(shù)： 年產(chǎn)量： 2021 噸 PEK 年工作日： 330 天 原料：月桂醇、環(huán)氧乙烷、踐行催化劑、五氧化二磷、氫氧化鉀水溶液 產(chǎn)品： PEK 第 2 章 工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算 工藝原理 本設(shè)計(jì)主要有聚合、酯化水解和中和反應(yīng)，反應(yīng)原理和方程式如下： (1) 聚合反應(yīng) C12H25OH+3C2H4O C12H25O﹝ C2H2O﹞ 3H (2) 酯化水解反應(yīng) C12H25O﹝ C2H4O﹞ 3H+P2O5 C12H25O﹝ C2H4O﹞ 3PO3H2+ C12H25O﹝ C2H4O﹞ 3PO2H﹝ C2H4O﹞ 3OC12H25 P2O5+2H2O H4P2O7 C12H25O﹝ C2H4O﹞ 3H+ H4P2O7 C12H25O﹝ C2H4O﹞ 3PO2HOPO2H﹝ C2H4O﹞ 3OC12H25+2H2O C12H25O﹝ C2H4O﹞ 3PO2HOPO2H﹝ C2H4O﹞ 3OC12H25+H2O(g) C12H25O﹝ C2H4O﹞ 3PO3H2 (3) 中和反應(yīng) C12H25O﹝ C2H4O﹞ 3PO3H2+2KOH C12H25O﹝ C2H4O﹞ 3PO3K2+2H2O C12H25O﹝ C2H4O﹞ 3PO2H﹝ C2H4O﹞ 3OC12H25+KOH C12H25O﹝ C2H4O﹞ 3PO2K﹝ C2H4O﹞ 3OC12H25+H2O 工藝路線的選擇 3 本設(shè)計(jì)產(chǎn)品 PEK 的生產(chǎn)路線經(jīng)過聚合、酯化水解和中和反應(yīng)最終得到一定成分的產(chǎn)品，原料可以是脂肪醇的任何一種，在不同的溫度下最終得到中間產(chǎn)物聚合度不同醇醚混合物， 所不同的就是使用的催化劑，下面介紹一下酸性催化劑與強(qiáng)堿性催化劑對(duì)產(chǎn)物的影響。 (1) 強(qiáng)堿性催化劑 這是工業(yè)上使用最廣泛的催化劑，如 NaOH、 KOH、 KAC、NaOCH NaOC2H Na 等，得到的產(chǎn)品中含有較多的未反應(yīng)的醇，脂肪醇的環(huán)氧乙烷加合物分布也較寬 [(n+2)%~50%]，對(duì)于中小型企業(yè)應(yīng)用最為廣泛。 (2) 酸性催化劑 這類催化劑如路易斯酸、無機(jī)酸等，雖然可以得到接近理想分布的窄組分加合物，但是較多的副產(chǎn)物以及催化劑與產(chǎn)物反應(yīng)生成有機(jī)衍生物等缺點(diǎn)使得酸性催化劑難以實(shí)際應(yīng)用。 基于上述催化劑對(duì) 反應(yīng)產(chǎn)物的影響，本設(shè)計(jì)又屬于中試裝置，所以選擇傳統(tǒng)的強(qiáng)堿性催化劑 KOH 作為本設(shè)計(jì)催化劑。 工藝過程簡述 (1) 十二醇聚氧乙烯醚的合成 來自于貯罐的十二醇和催化劑加入到原料計(jì)量槽V101 中，打開環(huán)氧乙烷計(jì)量槽 V102 進(jìn)料閥和壓力貯罐出料閥，在 N2保護(hù)下，向環(huán)氧乙烷進(jìn)料罐進(jìn)料，達(dá)到要求量時(shí)關(guān)閉各閥門；將原料按批次加入到聚合釜 R101 中，打開加熱系統(tǒng)，對(duì)裝有十二醇的聚合釜進(jìn)行升溫，升溫至 105℃ ，抽真空至 103Pa 以下，然后用 N2置換三次，從 105℃ 加熱反應(yīng)釜，當(dāng)溫度達(dá)到 135℃ 時(shí)，打入 105Pa的 N2后，緩慢壓入環(huán)氧乙烷，控制壓力在 105Pa 和 150℃ ，反應(yīng) 30 分鐘后，反應(yīng) 4 體系自動(dòng)升溫，此時(shí)要嚴(yán)格控制溫度，一方面控制升溫速度，另一方面控制溫度為 150℃ 。如遇升溫速度過快，達(dá)到 220℃ ，必須迅速降溫，但降溫不得低于 130℃ 。當(dāng)環(huán)氧乙烷按計(jì)量加完并且聚合釜內(nèi)壓力降為 105Pa 以下，再繼續(xù)反應(yīng)直至反應(yīng)釜內(nèi)恒定為止。打開冷卻系統(tǒng)進(jìn)行降溫，降至 75℃ 時(shí)，用十二醇聚氧乙烯醚泵 P101 打到醇醚緩沖罐 V103 里，打開排空系統(tǒng)放空。 (2) 十二醇聚氧乙烯醚磷酸酯的合成 用醇醚進(jìn)料泵 P102 把醇醚打到酯化水解釜R102 里，加去離子水。開啟攪拌，在低于 40℃ 下，按醇醚：水： P2O5 摩爾比為 2:1:1加入，將 P2O5分?jǐn)?shù)次加入水解釜。然后升溫至 70℃ ，在充分?jǐn)嚢柘?，進(jìn)行磷酸酯化反應(yīng)，為了防止物料溫度過高，需要把物料用冷卻水冷卻，因此需將反應(yīng)物與生成物汽化餾分經(jīng)冷凝器 E101 降溫回流到反應(yīng)釜，反應(yīng) 3h。用水蒸氣進(jìn)行水解，水解溫度 95℃ 。反應(yīng)完成后，經(jīng) P103 打到中間產(chǎn)物緩沖罐 V104 中。 (3) 用醇醚磷酸酯回流泵 P104 把醇醚磷酸酯打到水解釜里，計(jì)量中和反應(yīng) KOH 的投加量，用 67%濃度的 KOH 水溶液，用 KOH 水溶液計(jì)量槽 V105 打到釜里，用逆流方式，中和溫度 60℃ ，中和時(shí)間 1h，得到十二醇聚氧乙烯醚磷酸酯鉀鹽，即 PEK，送到產(chǎn)品貯罐里。 物料衡算 物料衡算 (1) 對(duì) R103 進(jìn)行物料衡算 根據(jù)物料流程進(jìn)行衡算：對(duì)間歇生產(chǎn)可確定基準(zhǔn)，需要計(jì)算每天產(chǎn)量及原料投料量，產(chǎn)品收率 98%，年工作日 330 天，轉(zhuǎn)化率 97%。 C12H25O﹝ C2H4O﹞ 3PO3H2+2KOH C12H25O﹝ C2H4O﹞ 3PO3K2+2H2O 398 256 474 36 M1 M2 M3 M4 C12H25O﹝ C2H4O﹞ 3PO2H﹝ C2H4O﹞ 3OC12H25+KOH 698 56 M5 M6 C12H25O﹝ C2H4O﹞ 3PO2K﹝ C2H4O﹞ 3OC12H25+H2O 736 18 M7 M8 每天產(chǎn)磷酸酯鹽的量： kgM 6061330 10002021 ??? 其中： M3=95%M=5758kg， M7=5%M=303kg 每天投料純單酯： kgM 5474 575 83981 ??? 5 純雙酯： kgM 736 ??? 原料酯量： kgMMM 5 1 2 8 8 3 55139。 ????? 消耗 KOH 的量： kgM 398 ??? kgM 698 ??? 消耗純 KOH 量： m=(+)68%=941kg 生成水量： kgM 112 604 ??? kgM 8 ??? M4+M8=+= (2) 對(duì) R102 進(jìn)行物料衡算 每天醇醚磷酸單酯與醇醚磷酸雙酯的產(chǎn)量及原料投料量， n(醇醚 ):n(水 ):n(五氧化二磷 )=2:1:1 C12H25O﹝ C2H4O﹞ 3H+P2O5 C12H25O﹝ C2H4O﹞ 3PO3H2+ 3318 142 398 G1 G2 M1 C12H25O﹝ C2H4O﹞ 3PO2H﹝ C2H4O﹞ 3OC12H25 698 M5 P2O5+2H2O H4P2O7 142 36