【正文】 24 塔板負(fù)荷性能圖 液相負(fù)荷下限線 對于平直堰，取堰上液層高度 hOW= )(1 0 0 3/2 ?? whOW LLEh （ 349） E取 1代入得 Ls,min=據(jù)此作出與氣體流量無關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線 1。 23 霧 沫夾帶 霧 沫夾帶量 )(fTaLV hHue ??? ?? （ 343） 鼓泡層高度 hf=== 氣液氣液 kg/)1 2 9 4 7 ( ?????? ?? kge V （霧沫夾帶上限值） 霧沫夾帶量在允許范圍內(nèi) 。 (2)邊緣區(qū)寬度確定 塔徑 D，破沫區(qū)寬度取 Ws=60mm， 降液管與鼓泡區(qū)之間的安定區(qū)寬度 mmWs 60?? 無效區(qū)寬度取 Wc=40mm (3)開孔區(qū)面積 aA 計算 對于單溢流 堰 ?????? ??? )a r c s in (180)(2 rxrxrxA a ? （ 329） mWWDx sd )()(2 ??????? （ 330） mWDr c ????? （ 331） ) r c s i n ()( mA a ??????? ????? ? （ 4）孔間距、開孔率 和 孔 數(shù)計算 根據(jù)篩孔直徑與孔徑關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)，塔徑 1m時，選擇孔徑 d0=6mm。 (2)堰長定為 lw==1= （ 324） (3)降液管 選擇最常用的弓形降液管 ，弓形降液管的寬度 dW 和面積 fA 依據(jù)下圖計算： 橫坐標(biāo) lw/D=， Wd/D= Wd= Af/AT= Af== 圖 弓形管降液參數(shù)圖 (4)核算降液管停留時間 ssL HAh Tf 0360 0 ??????? 符合要求 （ 325） (5)溢流堰高度 Wh 20 由 Francis 公式 3/2)(1 0 0 whOW LLEh ? （ 326） 溢流收縮系數(shù) E取 1。s代入公式得： μLFm=s μB=s 4 0 2 8 2 ???L? mPa原料液、塔頂、塔釜產(chǎn)品的揮發(fā)度 αF、αD、 αW分別為 ??F? ??D? 3 4 0 6 7 ??W? 平均揮發(fā)度： ???? WDFm ???? 泡點進(jìn)料，進(jìn)料方程 q=1， xq=xF= )1(1 ??? ?????qmqmq xxy ?? （ 36） 最小回流比 78 94 i n ??????? qq qD xy yxR （ 37） 取操作回流比 R=2Rmin= 精餾塔氣液相負(fù)荷 泡點進(jìn)料時： hk m o lDRVV /)1( ??????? （ 38） L=RD=＝ （ 39） hk m o lFLL / ?????? （ 310） V、 L—精餾段每層塔板上升的蒸汽、下降的液體摩爾流量， kmol/h LV ??、 —提餾段每層塔板上升的蒸汽、下降的液體摩爾流量， kmol/h 操作線方程 精餾段： 5 7 2 ?????? xxxVDxVLyD 提餾段： 0 0 4 2 6 ??????????? xxxVWxVLyW 平衡線方程：xxxxy mm )1(1 ????? ?? 圖解法求 塔 板數(shù) 采用圖解法求理論板數(shù)，如圖 14 圖 理論板數(shù)圖解法 求得結(jié)果為：總理論板層數(shù)： NT=11 進(jìn)料板位置： NF=11 精餾段 6塊，提餾段 5塊（包括進(jìn)料板，不包括再沸器） 。利用 PR方程求得己二酸二甲酯在某溫度下的飽和蒸汽壓。操作壓力 4kPa(塔頂表壓 )，單板壓降。 ⑤ 反應(yīng)時間 的影響 ： 反應(yīng)時間 對 己二酸的酯化率影響很大， 延長反應(yīng)時間有利于己二酸酯化率的提高，通常在反應(yīng)的初期，酯的生成速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酯的水解速率，酯化速率很快，反應(yīng)主要由動力學(xué)因素決定。在實際生產(chǎn)中，甲醇有一部分 溶 解在生成物中，并被帶水劑帶出體系，所以甲醇的用量要比理論值大得多。 ② 反應(yīng)溫度 的影響 ：反應(yīng)溫度是反應(yīng)過程中必不可少的重要因素，有效的溫度控制措施不僅關(guān)系到正常的工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程，也是企業(yè)節(jié)省成本、響應(yīng)國家節(jié)能減排政策的重要舉措。 圖 工藝流程簡圖 工藝過程影響因素 ① 帶水劑的影響： 酯化反應(yīng)是可逆的失水反應(yīng)，要使反應(yīng)向酯生成的方向進(jìn)行，一是提高反應(yīng)物的濃度，一是減少生成物的量，加入帶水劑環(huán)已烷有利于酯化反應(yīng)的進(jìn)行。 生產(chǎn)工藝概述 工藝流程 將己二酸 （包含 3%催化劑） 、 甲醇 、 環(huán)己烷按 1:10:（摩爾比） 加入帶有攪拌 裝置 、 油水 分水器、冷凝 器 的 帶夾套的 反 應(yīng)釜 中， 反應(yīng)釜的下部用水蒸氣加熱， 攪拌升溫，加熱溶解至指定溫度 （ 65℃ 左右） ，己二酸溶解完全 后 ， 調(diào) 大 反應(yīng)釜下部水蒸氣流量，反應(yīng)釜迅速 升溫至 90℃ ～ 100℃ ， 在 該溫度下 進(jìn)行 回流 反應(yīng)， 反應(yīng)約 70min后， 環(huán)己烷與水共沸將水帶 出 反應(yīng)釜 ，通過冷凝管冷卻 之后 流入油水分離器， 環(huán)己烷 與水靜置分層 ， 水由 下 部放，環(huán)已烷 在 上 部 由泵打回 反應(yīng)釜 ，環(huán)己烷 回 流入反應(yīng)釜 繼續(xù)參與反應(yīng) 。 ⑤ 環(huán)己烷 ： 環(huán)烷烴的一種，分子式 ： C6H12， 相對摩爾質(zhì)量 ： ， 沸點： ℃ ，凝固點 ： ℃ ， 密度 ： ，也 稱六氫化苯 ， 無色 ， 易燃 ，微溶于水，具有揮發(fā)性，微有刺激性氣味的液體 ，無腐蝕性 。s， 外觀無色 透明 液體， 易揮發(fā)，有酒香味 ； 能與水以任意比例互溶，但不形成共沸物，能和多數(shù)常用的有機溶劑 (乙醇、乙醚、丙酮、苯等 )混溶，并形成恒沸混合物；甲醇是一種極為重要的化工原料，是僅次于烯烴和芳烴第三重要的基礎(chǔ)化工原料。 ② 己二酸 (Adipic Acid)俗稱肥酸， 分子式 ： HOOC(CH2)4COOH， 相對摩爾質(zhì)量： g/mol，常溫下為白色晶體，熔點： 153℃ ，沸點： ℃ ，相對密度： g/cm3。反應(yīng)方程式如下： O2HC OO C H)(CHC OO CHOH2C HC OO H)(CHHO OC 23423催化 劑342 ????? ????? 本設(shè)計在綜合考慮了 反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、催化劑用量、原料醇酸摩爾比、 催化劑研究發(fā)展技術(shù)、帶水劑用量及己二酸酯化 率等因素之后，選擇 固體超強酸樹脂作為催化劑催化生產(chǎn)己二酸二甲酯。 7 第 二 章 固體超強酸樹脂催化合成己二酸二甲酯 技術(shù)及工藝 生產(chǎn)基本原理及化學(xué)方程式 目前工業(yè)上生產(chǎn)己 二酸二甲酯的主要方法是酸與醇在硫酸為催化劑的條件 下脫水酯化反應(yīng)生成酯， 這種傳統(tǒng)的催化劑催化制備方法 對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，副反應(yīng)多，后處理復(fù)雜。 甲醇、己二酸二甲酯二元物系腐蝕性極小，黏性不大，在加壓或常壓操作條件下，板式塔液氣比波動的適應(yīng)性強，根據(jù)塔型選擇的一般原則，綜合考慮物性、操作條件等有關(guān)的因素，選擇板式塔作為精餾設(shè)備。經(jīng)小型篩板塔在全回流條件下的實驗驗證，點效率的預(yù)測值與實驗結(jié)果吻合較好，在正常操作范圍內(nèi)，誤差＜ 6%。生產(chǎn)能力擴(kuò)大 170%， 節(jié)能 47%， 甲醇產(chǎn)品組成由原來的%提高到 %， 同時還提高了甲醇回收率。 在 塔設(shè)備的化工設(shè)計 及 結(jié)構(gòu)強度設(shè)計 方面 ，國內(nèi)也做出了不斷的改進(jìn)，并陸續(xù)引入了一些新的方法和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。為了便于研究和比較，人們從不同角度來對塔設(shè)備進(jìn)行分類，最常用的分類是按塔的內(nèi)件結(jié)構(gòu)分為板式塔和填料塔兩大類。因此，塔設(shè)備的設(shè)計和研究，受到化工、煉油等行業(yè)的極大重視。實驗考察了醇酸物質(zhì)的量比、催化劑用量和反應(yīng)時間對酯化反應(yīng)的影響，得到了較佳工藝條件：醇酸物質(zhì)的量比為 :1， 催化劑用量為 22 g/mol， 反應(yīng)時間為 6h， 酯化率可達(dá)到 %。mol 104 J 林進(jìn)等 [12]采用磷鎢酸作為催化劑合成己二酸二甲酯，討論了影響反應(yīng)的因素，在醇酸摩爾比為 ，磷鎢酸的用量是己二酸用量的 %，反應(yīng)時間為 ，提取劑 1,2—二氯乙烷的用量為每摩爾己二酸 300mL，酯化率可達(dá) %。結(jié)果表明此條件下己二酸二甲酯的合成表現(xiàn)為三級不可逆反應(yīng)。實驗結(jié)果表明，一水合硫酸氫鈉對合成己二酸二甲酯具有良好的催化活性。 硫酸氫鈉催化法 硫酸氫鈉是一種廉價易得，易溶于水，不溶于有機反應(yīng)液的穩(wěn)定的無機晶體，具有良好酯化催化活性，可重復(fù)使用，后處理方便，對設(shè)備腐蝕小，不造成環(huán)境污染，有廣闊的工業(yè)化應(yīng)用前景。研究了以 D001型催化劑合成己二酸二甲酯的工藝。與其它催化劑的比較結(jié)果表明，超強固體酸樹脂為酯化催化劑具有催化活性高、易與反應(yīng)液分離、可重復(fù)使用等優(yōu)點。 李鳳鳴等 [3]以精己二酸和無水甲醇為原料，固體強酸樹脂替代傳統(tǒng)無機酸為催化劑，釜式深度酯化合成己二酸二甲酯，考察了反應(yīng)時間、催化劑用量、原料醇酸摩爾比等因素對己二酸酯化轉(zhuǎn)化率的影響，確定了最佳反應(yīng)條件：反應(yīng)溫度 85℃ 、反應(yīng)時間 10h、催化劑用量為己二酸質(zhì)量的 10%、醇酸摩爾比為 :1，該條件下己二酸的酯化轉(zhuǎn)化率大于 99%。液體超強酸通常具有極高的酸性，可達(dá)到 100%硫酸的百萬倍甚至億倍，因此又被稱為魔術(shù)酸。 2 第 一 章 工業(yè)中 己二酸二甲酯制備工藝 及設(shè)備 簡介 方法及研 究現(xiàn)狀 有機羧酸酯類在國內(nèi)外具有廣闊的需求市場，酯化反應(yīng)的應(yīng)用研究隨著理論和技術(shù)的不斷發(fā)展而逐步深入。 己二酸二甲酯的合成是典型的酯化反應(yīng)工藝，至今對己二酸與甲醇的酯 化反應(yīng)研究已經(jīng)有很多，一般采用硫酸、硝酸等無機酸作為催化劑， 雖然 該法產(chǎn)率較高，但設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，且排放大量廢酸污染環(huán)境，同時伴隨較多副反應(yīng)，后處理工藝復(fù)雜，不能滿足環(huán)保的要求。 Rectifying column。 對設(shè)備進(jìn)行計算得出 精餾塔塔徑 1m、塔高 。 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................... 33 附錄 I 年產(chǎn) 2 萬噸己二酸二甲酯工藝設(shè)計 摘要 ： 本設(shè)計 介紹 對比 了常用的己二酸二甲酯生產(chǎn)方法， 在綜合考慮酯化率、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度等因素的情況下， 選擇 固體超強酸樹脂 直接 催化 生產(chǎn) 己二酸二甲酯。 依據(jù)物料性質(zhì)及工藝操作條件，對工藝流程過程中的其他設(shè)備進(jìn)行了簡單選型。對篩板的流體力學(xué)進(jìn)行了校核驗算 ， 作出塔板 負(fù)荷性能圖 ， 得出 操作彈性 ，塔設(shè)計基本符合要求。 The production process 1 引 言 己二酸二甲酯 是非常 重要的 精細(xì)化工產(chǎn)品和化工 原料， 應(yīng)用非常廣泛， 它是高沸點無色清澈透明液體，易溶于醇醚類，不溶于水，它不僅廣泛用作生產(chǎn)高檔涂料、合成樹脂、清洗劑、油墨等的溶劑、色譜分析的固定液或標(biāo)定液，而且還是生產(chǎn)增塑劑、己二醇、 δ癸內(nèi)酯等的重要中間體， 主要用于溶劑、醫(yī)藥、造紙和纖維素的生產(chǎn)。目前以固體超強酸、一水和硫酸氫鈉、雜多酸、磷鎢酸、對甲苯磺酸等為催化劑，通過酯化反應(yīng)制備該化合物的工藝技術(shù)克服了傳統(tǒng)催化劑的腐蝕性和污染嚴(yán)重等缺點 [1]。 己二酸二甲酯的合成方法是典型的酯化反應(yīng)工藝， 目前，國內(nèi)外對己二酸二甲酯生產(chǎn)工藝已經(jīng)有了比較成熟的研究，各研究機構(gòu)和公司都根據(jù)各自需求研究出了相應(yīng)的工藝流程。但它的使用會對設(shè)備造成強烈的腐蝕，分離回收也十分困難。 王龍飛等 [4]以 SXC9大孔強酸催化樹脂為催化劑，以己二酸和甲醇為原料，采用催化酯化工藝，合成了己二酸二甲 酯。 黃集鉞等 [6]以 ZnCl2改性固體強酸樹脂為催化劑，精己二酸和無水甲醇為原料，采用反應(yīng)釜式半連續(xù)酯化工藝合成己二酸二甲酯。其較優(yōu)工藝條件為：醇酸物質(zhì)的量比 5:1，催化劑用量8%，反應(yīng)溫度 85～ 90℃ ，反應(yīng)時間 ， 反