【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 溴反應(yīng)時(shí)優(yōu)先與對(duì)對(duì)位反應(yīng)。X（鹵素）在苯取代中變現(xiàn)為拉電子基，會(huì)使苯環(huán)鈍化（間位鈍化效果強(qiáng)于鄰位鈍化效果），顧也為鄰對(duì)位取代基。苯環(huán)上已有兩個(gè)取代基時(shí)，第三個(gè)取代基進(jìn)入的位置，則由原有另個(gè)取代基來(lái)決定。一般有下列兩種情況：兩個(gè)取代基的定位效應(yīng)一致時(shí)，第三個(gè)取代基進(jìn)入位置有上述取代基的定位規(guī)則來(lái)決定。兩個(gè)取代基的定位效應(yīng)不一致時(shí)，第三個(gè)取代基進(jìn)入的位置主要由定位效應(yīng)強(qiáng)的取代基所決定，兩個(gè)取代基屬于不同類型時(shí)，第三個(gè)取代基進(jìn)入位置一般由鄰位定位基決定。[4]苯酚和溴發(fā)生對(duì)位取代后，氧和溴的定位效應(yīng)不同，屬于上述的第二種情況，再與溴發(fā)生反應(yīng)時(shí)會(huì)優(yōu)先與氧的鄰位反應(yīng)。第二節(jié) 反應(yīng)工藝設(shè)計(jì)一、加料比例的確定本設(shè)計(jì)中的反應(yīng)是三溴苯酚與三氯氧磷以三氯化鋁作催化劑，以二甲苯作溶劑，逐漸升溫的反應(yīng)。升溫控制條件：滴加氧磷時(shí)溫度為100℃，之后升溫到140℃，保持反應(yīng)溫度，最終的得到產(chǎn)品。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式計(jì)算的三氯氧磷和三溴苯酚的物質(zhì)的量比是1:3，在三溴苯酚過(guò)量的情況下，有利于反應(yīng)三酯的生成，故加入的三溴苯酚的量應(yīng)適當(dāng)過(guò)量。實(shí)際加料的物質(zhì)的量比為1:，過(guò)少時(shí)反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，過(guò)多時(shí)反應(yīng)時(shí)間不會(huì)縮短，加入的三氯化鋁的質(zhì)量比應(yīng)為1:。一二甲苯為溶劑，在二甲苯與三修本分的質(zhì)量比是1:1時(shí)，反應(yīng)料液能很好的溶解，即使在常溫下也能保證反應(yīng)料液是液態(tài)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，%，本設(shè)計(jì)中以三溴苯酚轉(zhuǎn)化率為75%計(jì)算。反應(yīng)時(shí)加料質(zhì)量比比見(jiàn)表23；表23 加料時(shí)物料質(zhì)量比名稱質(zhì)量比物質(zhì)的量比相對(duì)分子量三溴苯酚三氯氧磷11三氯化鋁二 甲 苯二、 工藝流程設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中的反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間24小時(shí)，適宜在間歇反應(yīng)釜中進(jìn)行。水洗蒸餾釜操作較為簡(jiǎn)單，可以用簡(jiǎn)單蒸餾操作完成。工藝流程如圖24。圖24 工藝流程三溴苯酚加料常溫下是固體，加料時(shí)需要融化后在加料，一次需要用熔融槽融化后再加料。三氯氧磷加料時(shí)，需要緩慢滴加，滴加速度需要精確控制，一次需要計(jì)量泵加料。二甲苯每次加入帶入的也液體量是一定的，可設(shè)計(jì)計(jì)量罐加料。三氯化鋁可隨三溴苯酚一起加入。反應(yīng)副產(chǎn)物中有鹽酸，應(yīng)設(shè)有鹽酸吸收塔。反應(yīng)在負(fù)壓條件下進(jìn)行時(shí)，需要真空泵和緩沖罐。水洗蒸餾過(guò)程中，需要加入水水洗，蒸餾過(guò)程中需要有三級(jí)冷凝器分別將產(chǎn)品、副產(chǎn)物和二甲苯分別冷凝下來(lái)。蒸餾過(guò)程需要在負(fù)壓條件下進(jìn)行，需要真空泵和緩沖罐。另外，二甲苯的儲(chǔ)存和反應(yīng)產(chǎn)物的臨時(shí)儲(chǔ)存都需要與用途相適應(yīng)的型號(hào)的儲(chǔ)存罐。反應(yīng)工藝過(guò)程中還要用各自的控制點(diǎn)，以保證工藝的順利進(jìn)行。帶控制點(diǎn)的工藝流程圖見(jiàn)附圖一。第三章 設(shè)備的選型計(jì)算第一節(jié) 物料衡算一、總反應(yīng)物料衡算本設(shè)計(jì)中，生產(chǎn)三（2,4,6三溴苯酚）磷酸酯1000噸/。，每年以300個(gè)工作日計(jì)算，日產(chǎn)量為1000/300=。一年中需要通入和產(chǎn)出的各物質(zhì)的質(zhì)量如表31。表31 一年物料核算總反應(yīng)投料總反應(yīng)產(chǎn)出三溴苯酚kg主產(chǎn)物1000000kg三氯氧磷kg副產(chǎn)物kg三氯化鋁9612kg氯化氫kg本反應(yīng)為3級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，為了生產(chǎn)操作的方便，因此反應(yīng)釜體積不宜過(guò)大，布置6套反應(yīng)裝置。二、單批反應(yīng)物料衡算布置6套反應(yīng)裝置，設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)化率以75%計(jì)算，需要的各物料和產(chǎn)出的各產(chǎn)品如下表：表32 單批物料核算　投入　產(chǎn)出三溴苯酚kg主產(chǎn)物kg三氯氧磷kg副產(chǎn)物kg二甲苯kg二甲苯kg三氯化鋁kg氯化氫kg物料在反應(yīng)釜中反應(yīng)時(shí)間為18h,加料時(shí)間2h，，確定每批生產(chǎn)時(shí)間為24 h。第二節(jié) 反應(yīng)釜設(shè)計(jì)二、反應(yīng)釜選型和核算（一） 反應(yīng)釜選型本設(shè)計(jì)中采用的是間歇反應(yīng)釜，本反應(yīng)中表33 反應(yīng)器填料系數(shù)條件裝填系數(shù)無(wú)攪拌或緩慢攪拌的反應(yīng)釜~帶攪拌的反應(yīng)釜~易起泡或沸騰狀態(tài)下的反應(yīng)~頁(yè)面平靜的儲(chǔ)罐和計(jì)量罐~物料粘度不大，但有攪拌過(guò)程，根據(jù)表33，~。所以選用2m3的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)釜反應(yīng)釜比較合適。由于反應(yīng)環(huán)境在強(qiáng)酸條件下進(jìn)行，反應(yīng)釜材質(zhì)為搪瓷。最終選定反應(yīng)釜：KF2000，公稱容積2000L，實(shí)際容積2197L，檢查孔。參考標(biāo)準(zhǔn)為HG5157985。（二） 反應(yīng)釜核算設(shè)計(jì)中，操作壓力，設(shè)計(jì)壓力：，取，液體靜壓： ；計(jì)算壓力： ；設(shè)計(jì)溫度：140℃ ；焊縫系數(shù)： ＝（雙面對(duì)接焊，100%無(wú)損探傷）；許用應(yīng)力：根據(jù)材料0Cr18Ni10Ti、設(shè)計(jì)溫度140℃，由文獻(xiàn)[1]286頁(yè)表14 4知＝137Mp；鋼板負(fù)偏差C1：C1＝（GB665496）腐蝕裕量C2：C2＝（雙面腐蝕）。筒體壁厚的核算由公式 得：考慮C1，則=+=，圓整Sn=2mm考慮筒體的壁厚不小于5mm，滿足要求 .第三節(jié) 加料裝置設(shè)計(jì)一、三氯氧磷加料裝置設(shè)計(jì)（一） 三氯氧磷儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)三氯氧磷氧磷是強(qiáng)腐蝕性原料，與水發(fā)生劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生鹽酸和磷酸，儲(chǔ)運(yùn)時(shí)用200L耐腐蝕的PVC塑料桶。廠區(qū)氧磷總儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)儲(chǔ)存一個(gè)月（30天）生產(chǎn)所需要的氧磷。體積為，約合11990/200=60桶。氧磷是消耗原料，，儲(chǔ)存一天使用的氧磷，體積為。應(yīng)設(shè)計(jì)三氯氧磷臨時(shí)儲(chǔ)罐。最終選定立式儲(chǔ)罐：公稱容積1m3，筒體直徑800mm，長(zhǎng)度1800mm。參考標(biāo)準(zhǔn)為HG5157985。（二） 三氯氧磷計(jì)量泵設(shè)計(jì)由于氧磷在操作中每是滴加操作，需要時(shí)間較長(zhǎng)，因此每個(gè)反應(yīng)釜對(duì)應(yīng)一個(gè)計(jì)量泵，及六個(gè)計(jì)量泵。，氧磷加料過(guò)程中需要精確控制流量，在反應(yīng)的前3個(gè)小時(shí)將氧磷均勻滴加到反應(yīng)體系中。根據(jù)化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)選型，氧磷加料適合使用計(jì)量泵加料。泵的流量為Q=66/3=22L/h根據(jù)伯努力方程：有，當(dāng)摩擦系數(shù)取值很小，液體流速不大于3m/s情況下，可近似為零。l=12m，取he=15m。氧磷為強(qiáng)腐蝕性原料，應(yīng)選用耐腐蝕的材質(zhì)，使用溫度25℃加氧磷時(shí)流量為22L/h。選擇GM0025PQ1MNN隔膜計(jì)量泵,流量25L/h，泵頭材質(zhì)為PVC，符合生產(chǎn)時(shí)的負(fù)壓操作。二、三溴苯酚加料裝置設(shè)計(jì)三溴苯酚是白色或分色片狀固體，儲(chǔ)運(yùn)時(shí)用25kg牛皮紙袋包裝。三溴苯酚加料時(shí)先要融化，。設(shè)計(jì)中選擇1m3熔融槽, 公稱容積1m3，筒體直徑800mm。參考標(biāo)準(zhǔn)為HG5157985。熔融加熱功率設(shè)計(jì)，熱量Q=融化潛熱+升溫吸熱三溴苯酚融化焓變?yōu)槿灞椒悠骄葻釣?單批加料時(shí)需要熱量由常溫25℃加熱到100℃，輔助操作時(shí)間一小時(shí)，加熱功率為圓整得P=65kw。三、二甲苯加料裝置設(shè)計(jì)二甲苯為是反應(yīng)中的溶劑，反應(yīng)回收率為95%，一個(gè)月（30天）需二甲苯，為了保證反應(yīng)的連續(xù)性，需要設(shè)置二甲苯儲(chǔ)存罐。根據(jù)物料體積，選臥式儲(chǔ)罐：公稱容積16m3，實(shí)際容積16m3，筒體直徑2200mm，長(zhǎng)度3400mm。參考標(biāo)準(zhǔn)為HG5157985。二甲苯計(jì)量罐六個(gè)反應(yīng)釜循環(huán)操作，加料時(shí)間沒(méi)有重疊，故可以共用一個(gè)二甲苯計(jì)量罐。單批加料時(shí)，，加料時(shí)是常壓操作。最終選定臥式儲(chǔ)罐：公稱容積1m3，筒體直徑800mm，長(zhǎng)度1800mm。參考標(biāo)準(zhǔn)為HG5157985。第四節(jié) 水洗反應(yīng)釜設(shè)計(jì)一、 水洗反應(yīng)釜尺寸設(shè)計(jì)水洗蒸餾需要時(shí)間為6小時(shí)，加上輔助操作時(shí)間2小時(shí)，需要8小時(shí)。設(shè)計(jì)中有6個(gè)反應(yīng)釜，反應(yīng)時(shí)間為24小時(shí)，水洗蒸餾反應(yīng)釜設(shè)計(jì)為2個(gè)。水洗過(guò)程中，加入的水的量為物料的體積的1/2，單批處理量體積為，水洗時(shí)有攪拌過(guò)程。最終選定反應(yīng)釜：F3000，公稱容積3000L，實(shí)際容積3680L。參考標(biāo)準(zhǔn)為HG/T237292。二、 蒸餾時(shí)加熱功率設(shè)計(jì)蒸餾時(shí)，采用新型電阻絲加熱方式加熱，電阻絲加熱均勻，且加熱功率容易控制。蒸餾時(shí)消耗熱量Q=融化潛熱+升溫吸熱，反應(yīng)液混合物氣化相變焓平均為，反應(yīng)液混合物平均比熱容為 單批加料時(shí)需要熱量，由常溫25℃加熱到300℃，蒸餾操作時(shí)間兩小時(shí)，平均加熱功率為，代入數(shù)據(jù)得。第五節(jié) 鹽酸吸收塔設(shè)計(jì)一、 鹽酸吸收塔物料衡算生產(chǎn)中可用工業(yè)水吸收氯化氫氣體，吸收后的酸用于電鍍、油漆前的除銹對(duì)酸的品質(zhì)要求不高。吸收時(shí)氯化氫氣體中含有少量三氯氧磷氧磷，三氯氧磷與水反應(yīng)生成鹽酸和磷酸，故吸收產(chǎn)物的鹽酸中含有少量的磷酸。 六個(gè)反應(yīng)釜循環(huán)操作，產(chǎn)生的氯化氫氣體集中到一個(gè)氯化氫吸收塔處理。處理的氯化氫氣體流量也能基本保持恒定。，一天生產(chǎn)6批，共產(chǎn)生，摩爾流量G=。HCl流量 G= 鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)吸收水流量帶入數(shù)據(jù)得 二、 鹽酸吸收塔熱量料衡算制成10%鹽酸時(shí)，溶解熱為，10%鹽酸的比熱容為，由熱量衡算式，得水溫，將L帶入得。吸收放熱水升溫 ΔT=℃，深井泵水吸收T0=15℃，吸收后水溫T=15+=50℃。三、 鹽酸吸收塔塔型選擇用工業(yè)水吸收氯化氫，為了保證吸收效率，要求鹽酸濃度質(zhì)量分?jǐn)?shù)在左右?？芍M(jìn)入塔時(shí)xa=0，出塔時(shí)由反應(yīng)釜設(shè)計(jì)過(guò)程知，單個(gè)反應(yīng)釜剩余體積為21971480=717L，約合14336L，產(chǎn)生氯化氫的平均組成為。表34 鹽酸在不同溫度下的亨利系數(shù)溫度（℃）051015系數(shù)1/H106溫度（℃）20253035系數(shù)1/H106溫度（℃）40455060系數(shù)1/H106由表34知，50℃，10%平衡時(shí)亨利系數(shù)，m相平衡常數(shù)E亨利系數(shù)C溶液總物質(zhì)量濃度，稀溶液中C=代入數(shù)據(jù)得吸收塔吸收時(shí)不能達(dá)到平衡分壓，根據(jù)文獻(xiàn)要求，吸收后濃度不大于5%。氣體出塔時(shí)ya=5% ，液體進(jìn)塔時(shí)xa=0，氣體進(jìn)塔時(shí)yb=95%，液體出塔時(shí)xb=%。蒸餾物料有一定的腐蝕性，由表知吸收塔形式應(yīng)（設(shè)計(jì)2139）選擇填料塔。表35 選擇吸收塔形式時(shí)考慮的因素考慮因素選擇順序考慮因素選擇順序塔徑800mm以下，填料塔污濁液體1