【文章內(nèi)容簡介】 溴反應(yīng)時優(yōu)先與對對位反應(yīng)。X（鹵素）在苯取代中變現(xiàn)為拉電子基，會使苯環(huán)鈍化（間位鈍化效果強于鄰位鈍化效果），顧也為鄰對位取代基。苯環(huán)上已有兩個取代基時，第三個取代基進入的位置，則由原有另個取代基來決定。一般有下列兩種情況：兩個取代基的定位效應(yīng)一致時，第三個取代基進入位置有上述取代基的定位規(guī)則來決定。兩個取代基的定位效應(yīng)不一致時，第三個取代基進入的位置主要由定位效應(yīng)強的取代基所決定，兩個取代基屬于不同類型時，第三個取代基進入位置一般由鄰位定位基決定。[4]苯酚和溴發(fā)生對位取代后，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)時會優(yōu)先與氧的鄰位反應(yīng)。第二節(jié) 反應(yīng)工藝設(shè)計一、加料比例的確定本設(shè)計中的反應(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)過量。實際加料的物質(zhì)的量比為1:，過少時反應(yīng)時間較長，過多時反應(yīng)時間不會縮短，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，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)。實驗過程中，%，本設(shè)計中以三溴苯酚轉(zhuǎn)化率為75%計算。反應(yīng)時加料質(zhì)量比比見表23；表23 加料時物料質(zhì)量比名稱質(zhì)量比物質(zhì)的量比相對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)計本設(shè)計中的反應(yīng)，反應(yīng)時間24小時，適宜在間歇反應(yīng)釜中進行。水洗蒸餾釜操作較為簡單，可以用簡單蒸餾操作完成。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，需要緩慢滴加，滴加速度需要精確控制，一次需要計量泵加料。二甲苯每次加入帶入的也液體量是一定的，可設(shè)計計量罐加料。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)在負壓條件下進行時，需要真空泵和緩沖罐。水洗蒸餾過程中，需要加入水水洗，蒸餾過程中需要有三級冷凝器分別將產(chǎn)品、副產(chǎn)物和二甲苯分別冷凝下來。蒸餾過程需要在負壓條件下進行，需要真空泵和緩沖罐。另外，二甲苯的儲存和反應(yīng)產(chǎn)物的臨時儲存都需要與用途相適應(yīng)的型號的儲存罐。反應(yīng)工藝過程中還要用各自的控制點，以保證工藝的順利進行。帶控制點的工藝流程圖見附圖一。第三章 設(shè)備的選型計算第一節(jié) 物料衡算一、總反應(yīng)物料衡算本設(shè)計中，生產(chǎn)三（2,4,6三溴苯酚）磷酸酯1000噸/。，每年以300個工作日計算，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級反應(yīng)，反應(yīng)時間較長，為了生產(chǎn)操作的方便，因此反應(yīng)釜體積不宜過大，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)計中轉(zhuǎn)化率以75%計算，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)時間為18h,加料時間2h，，確定每批生產(chǎn)時間為24 h。第二節(jié) 反應(yīng)釜設(shè)計二、反應(yīng)釜選型和核算（一） 反應(yīng)釜選型本設(shè)計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)~頁面平靜的儲罐和計量罐~物料粘度不大，但有攪拌過程，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)境在強酸條件下進行，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)計中，操作壓力，設(shè)計壓力：，取，液體靜壓： ；計算壓力： ；設(shè)計溫度：140℃ ；焊縫系數(shù)： ＝（雙面對接焊，100%無損探傷）；許用應(yīng)力：根據(jù)材料0Cr18Ni10Ti、設(shè)計溫度140℃，由文獻[1]286頁表14 4知＝137Mp；鋼板負偏差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)計一、三氯氧磷加料裝置設(shè)計（一） 三氯氧磷儲罐設(shè)計三氯氧磷氧磷是強腐蝕性原料，與水發(fā)生劇烈反應(yīng)，產(chǎn)生鹽酸和磷酸，儲運時用200L耐腐蝕的PVC塑料桶。廠區(qū)氧磷總儲存?zhèn)}庫儲存一個月（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，，儲存一天使用的氧磷，體積為。應(yīng)設(shè)計三氯氧磷臨時儲罐。最終選定立式儲罐：公稱容積1m3，筒體直徑800mm，長度1800mm。參考標(biāo)準(zhǔn)為HG5157985。（二） 三氯氧磷計量泵設(shè)計由于氧磷在操作中每是滴加操作，需要時間較長，因此每個反應(yīng)釜對應(yīng)一個計量泵，及六個計量泵。，氧磷加料過程中需要精確控制流量，在反應(yīng)的前3個小時將氧磷均勻滴加到反應(yīng)體系中。根據(jù)化工設(shè)備設(shè)計基礎(chǔ)選型，氧磷加料適合使用計量泵加料。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℃加氧磷時流量為22L/h。選擇GM0025PQ1MNN隔膜計量泵,流量25L/h，泵頭材質(zhì)為PVC，符合生產(chǎn)時的負壓操作。二、三溴苯酚加料裝置設(shè)計三溴苯酚是白色或分色片狀固體，儲運時用25kg牛皮紙袋包裝。三溴苯酚加料時先要融化，。設(shè)計中選擇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，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?單批加料時需要熱量由常溫25℃加熱到100℃，輔助操作時間一小時，加熱功率為圓整得P=65kw。三、二甲苯加料裝置設(shè)計二甲苯為是反應(yīng)中的溶劑，反應(yīng)回收率為95%，一個月（30天）需二甲苯，為了保證反應(yīng)的連續(xù)性，需要設(shè)置二甲苯儲存罐。根據(jù)物料體積，選臥式儲罐：公稱容積16m3，實際容積16m3，筒體直徑2200mm，長度3400mm。參考標(biāo)準(zhǔn)為HG5157985。二甲苯計量罐六個反應(yīng)釜循環(huán)操作，加料時間沒有重疊，故可以共用一個二甲苯計量罐。單批加料時，，加料時是常壓操作。最終選定臥式儲罐：公稱容積1m3，筒體直徑800mm，長度1800mm。參考標(biāo)準(zhǔn)為HG5157985。第四節(jié) 水洗反應(yīng)釜設(shè)計一、 水洗反應(yīng)釜尺寸設(shè)計水洗蒸餾需要時間為6小時，加上輔助操作時間2小時，需要8小時。設(shè)計中有6個反應(yīng)釜，反應(yīng)時間為24小時，水洗蒸餾反應(yīng)釜設(shè)計為2個。水洗過程中，加入的水的量為物料的體積的1/2，單批處理量體積為，水洗時有攪拌過程。最終選定反應(yīng)釜：F3000，公稱容積3000L，實際容積3680L。參考標(biāo)準(zhǔn)為HG/T237292。二、 蒸餾時加熱功率設(shè)計蒸餾時，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 單批加料時需要熱量，由常溫25℃加熱到300℃，蒸餾操作時間兩小時，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、油漆前的除銹對酸的品質(zhì)要求不高。吸收時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。 六個反應(yīng)釜循環(huán)操作，產(chǎn)生的氯化氫氣體集中到一個氯化氫吸收塔處理。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，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入塔時xa=0，出塔時由反應(yīng)釜設(shè)計過程知，單個反應(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)得吸收塔吸收時不能達到平衡分壓，根據(jù)文獻要求，吸收后濃度不大于5%。氣體出塔時ya=5% ，液體進塔時xa=0，氣體進塔時yb=95%，液體出塔時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2139）選擇填料塔。表35 選擇吸收塔形式時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