【正文】 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。參考標(biāo)準(zhǔn)為HG/T237292。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。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)。最終選定臥式儲(chǔ)罐：公稱容積1m3，筒體直徑800mm，長(zhǎng)度1800mm。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。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。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。設(shè)計(jì)中選擇1m3熔融槽, 公稱容積1m3，筒體直徑800mm。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。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。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。，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。參考標(biāo)準(zhǔn)為HG5157985。應(yīng)設(shè)計(jì)三氯氧磷臨時(shí)儲(chǔ)罐。體積為，約合11990/200=60桶。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。參考標(biāo)準(zhǔn)為HG5157985。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。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，~。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。每年以300個(gè)工作日計(jì)算，日產(chǎn)量為1000/300=。帶控制點(diǎn)的工藝流程圖見(jiàn)附圖一。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。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)。反應(yīng)副產(chǎn)物中有鹽酸，應(yīng)設(shè)有鹽酸吸收塔。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。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。水洗蒸餾釜操作較為簡(jiǎn)單，可以用簡(jiǎn)單蒸餾操作完成。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。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:。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。[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)。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。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。[3]在取代基中，氧為富電子集團(tuán)，在苯環(huán)的取代中，表現(xiàn)為推電子基，氧連在苯環(huán)上，使苯環(huán)活化，并且是鄰對(duì)位定位基。設(shè)計(jì)中選擇催化效果最好的氯化鋁作催化劑。分別是氯化鎂、氯化銨、氯化銅、氯化鐵、氯化鋁、氯化錳和氯化亞鐵。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，用二氯乙烷、四氯乙烷、丙苯、二甲苯為溶劑做反應(yīng)，二甲苯的反應(yīng)效果最佳，最終選擇用二甲苯做溶劑。反應(yīng)溫度是140℃，反應(yīng)中使用的溶劑的沸點(diǎn)應(yīng)高于140℃。反應(yīng)后減壓蒸餾，產(chǎn)品在300310℃之間冷凝，副產(chǎn)物在240280℃冷凝，三溴苯酚在210220℃冷凝，二甲苯在8590℃冷凝。實(shí)驗(yàn)加料量如表21所示：表21 催化法加料量統(tǒng)計(jì)表名稱料量(g)質(zhì)量比三溴苯酚三氯氧磷催化劑溶劑將三溴苯酚、無(wú)水氯化鋁和二甲苯加到四口瓶中，升溫到100℃，滴加氧磷，控制滴加速度，在1小時(shí)內(nèi)將氧磷滴加完畢。反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)優(yōu)先生成一酯，生成二酯、三酯時(shí)，空間位阻變大，需要較高的活化能，因此需要逐漸升溫，實(shí)驗(yàn)證明升溫到140℃以上時(shí)有較好反應(yīng)效果。反應(yīng)反應(yīng)分為三步，三氯氧磷先與一個(gè)三修苯酚發(fā)生取代反應(yīng)生成一（2,4,6三溴苯基）二氯磷酸酯，反應(yīng)方程式如圖21；圖21 生成一酯的化學(xué)方程式一酯再與一個(gè)三溴苯酚發(fā)生取代反應(yīng)生成二（2,4,6三溴苯基）一氯磷酸酯，二脂再與一個(gè)三溴苯酚發(fā)生取代反應(yīng)生成三（2,4,6溴苯基）磷酸酯，發(fā)生的總反應(yīng)可以用圖22方程式表示：圖22 生成三酯的化學(xué)方程式反應(yīng)過(guò)程是分三個(gè)步驟進(jìn)行的，可以用一個(gè)方程式概括如圖23：圖23 生成酯的總化學(xué)方程式（二） 反應(yīng)條件為了探究最佳的反應(yīng)條件，分別對(duì)溶劑、催化劑、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間做了實(shí)驗(yàn)探究。第二章 工藝技術(shù)設(shè)計(jì) 第一節(jié) 實(shí)驗(yàn)確定反應(yīng)條件一、 化學(xué)反應(yīng)原理（一） 化學(xué)反應(yīng)本設(shè)計(jì)是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)中的部分?jǐn)?shù)據(jù)也來(lái)自于實(shí)驗(yàn)室測(cè)定值。并且它在高聚物合成材料表面形成一覆蓋膜，能隔絕空氣，起到阻止然燒的作用。[8]三（2，4，6三溴苯基）磷酸酯能發(fā)揮溴和磷的協(xié)作阻燃作用。三（2，4，6三溴苯基）磷酸酯受熱分解的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生磷酸液態(tài)的保護(hù)膜，其沸點(diǎn)在300℃左右。主要用于PET、PBT、ABS、PC、PPO 等工程塑料及其合金，滌綸、丙綸等纖維,EVA電纜及護(hù)套，PU泡沫等，也可在PC，PMMA中發(fā)揮一定作用。熔點(diǎn)：143℃，沸點(diǎn)：320℃（p=）。[9]三、 三（2,4,6三溴苯基）磷酸酯介紹本設(shè)計(jì)中生產(chǎn)的三（2,4,6三溴苯基）磷酸酯是一種新型阻燃劑。綜上所述，我國(guó)環(huán)保型阻燃劑雖有一定量的生產(chǎn)，但尚未形成規(guī)模，在阻燃劑產(chǎn)品中所占的比例較小。美國(guó)大湖(greatlake)公司于2001年推出的reogard1000膨脹型阻燃劑，dsm公司推出的新型三聚氰胺磷酸鹽阻燃劑，死海溴化物公司的safron系列，瑞士汽巴(ciba)公司的flamestabnorll6及tin2uvifr等。在最近幾年，國(guó)際市場(chǎng)有不少新的阻燃劑或阻燃系統(tǒng)問(wèn)世。主要產(chǎn)品品種包括二溴辛戊二醇(dbnpg)、二溴辛戊二醇磷酸酯以及二溴辛戊二醇磷酸酯氰胺鹽類等。分子中的溴含量較低，燃燒過(guò)程伴隨較少的發(fā)煙量，有害性的氣體揮發(fā)物較少。鹵—磷阻燃劑：這類阻燃劑的特征是：分子中同時(shí)兼有溴和磷或溴、磷和氮原子。一些傳統(tǒng)的溴系阻燃劑由于受到日益嚴(yán)格環(huán)保要求的壓力，迫使用戶尋找溴阻燃劑的代用品，同時(shí)促進(jìn)了新阻燃體系的問(wèn)世。環(huán)保阻燃劑二：溴系阻燃劑溴系阻燃劑的生產(chǎn)和使用已有30多年的歷史，目前生產(chǎn)的溴系阻燃劑約有70多種，其中最重要的是十溴二苯醚(dbdpo)、四溴雙酚a(tbbpa)和六溴環(huán)十二烷(hbcd)等。后者主要包括氫氧化鎂、氫氧化鋁、改性材料如水滑石等。據(jù)分析，無(wú)鹵阻燃劑主要品種為磷系阻燃劑及無(wú)機(jī)水合物。環(huán)保阻燃劑。阻燃劑按有效元素分類，可分為磷系、氯系、溴系和銻基、鋁基、硼基阻燃劑等。環(huán)保型阻燃劑是“潛力股”在防火與環(huán)保之間尋找一個(gè)平衡點(diǎn)，是未來(lái)阻燃劑發(fā)展的重要節(jié)點(diǎn)。而真正用于我國(guó)的阻燃劑占的比重卻很小。粗略估計(jì)我國(guó)未來(lái)發(fā)展前景良好，對(duì)阻燃劑的需求量未來(lái)5年內(nèi)將超過(guò)北美成為最大的阻燃劑消費(fèi)地。環(huán)保問(wèn)題是助劑開(kāi)發(fā)和應(yīng)用商關(guān)注的焦點(diǎn)，所以國(guó)內(nèi)外一直在調(diào)整阻燃劑的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，加大高效環(huán)保型阻燃劑的開(kāi)發(fā)。國(guó)內(nèi)阻燃劑的品種和消費(fèi)量還是以有機(jī)阻燃劑為主，無(wú)機(jī)阻燃劑生產(chǎn)和消費(fèi)量還較少，但近年來(lái)發(fā)展勢(shì)頭較好，市場(chǎng)潛力較大。不足部分主要從美國(guó)和以色列進(jìn)口，進(jìn)口的主要品種為有機(jī)溴及鹵—磷系阻燃劑。此外，煤田、油田、森林滅火等領(lǐng)域也促進(jìn)了我國(guó)阻燃、滅火劑生產(chǎn)較快的發(fā)展。在阻燃劑類型中，添加型阻燃劑占主導(dǎo)地位，使用的范圍比較廣，約占阻燃劑的85%，反應(yīng)型阻燃劑僅占15%。添加型阻燃劑主要是在可燃物中添加阻燃劑發(fā)揮阻燃劑的作用。復(fù)合元素阻燃劑通常是磷－鹵系阻燃劑、磷－氮系阻燃劑，這類阻燃劑主要是通過(guò)磷－鹵、磷－氮協(xié)同效應(yīng)作用達(dá)到阻燃目，具有磷－鹵、磷－氮的雙重效應(yīng)，阻燃效果比較好。磷系阻燃劑在受熱分解過(guò)程中能產(chǎn)生磷酸酐或磷酸，使合成材料脫水炭化，減少可燃性氣體產(chǎn)生。在氮系阻燃劑中，含氮的化合物和可燃物作用，交鏈成炭，降低可燃物的溫度，同時(shí)還能產(chǎn)生不燃?xì)怏w，起到稀釋可燃物表面氧氣的作用。有機(jī)—無(wú)機(jī)混合阻燃劑是無(wú)機(jī)鹽類阻燃劑的改良產(chǎn)品，主要用非水溶性的有機(jī)磷酸酯的水乳液，部分代替部分無(wú)機(jī)鹽類阻燃劑。有機(jī)阻燃劑的主要成分為有機(jī)物，主要的產(chǎn)品有鹵系、磷酸酯、鹵代磷酸酯等。二、 阻燃劑分類按成分不同可將阻燃劑分為無(wú)機(jī)鹽類阻燃劑、有機(jī)阻燃劑和有機(jī)—無(wú)機(jī)混合阻燃劑三種。因?yàn)樗鼈兒邢鄬?duì)較低的碳溴鍵鍵能，此類化合物能在200至300℃分解。實(shí)際中，含有氯和溴的阻燃劑使用的最為廣泛。含氟的阻燃劑效率低、價(jià)格高，因此很少使用?；瘜W(xué)作用，此類阻燃劑能在燃燒時(shí)產(chǎn)生自由基，封鎖聚合物的鏈斷裂。此類阻燃劑多為磷酸化合物，在聚合物燃燒時(shí)，它們能分解產(chǎn)生磷酸并發(fā)生膨脹。此類阻燃劑的阻燃機(jī)理是在聚合物燃燒時(shí)自身發(fā)生分解，吸收熱量，降低可燃物的溫度，使燃燒過(guò)程減慢。添加的阻燃劑能在聚合物