【正文】 汽 液 液平衡關系 ,采用雙塔流程可實現(xiàn)從循環(huán)醇中分離出高純度丁醚的目的。到 1996 年 11 月底 , 鄰苯二甲酸酯類產(chǎn)品又比 1995 年同期增產(chǎn) 8. 5 萬 t, 產(chǎn)量比 1995 年又有所增長。由于 DO P、 DBP 等鄰苯二甲酸酯類產(chǎn)品價格高 , 而氯化石蠟、 T 50 比 DO P 在價格上占有優(yōu)勢 , 因此刺激了這兩個品種生產(chǎn)的增長。 我國增塑劑工業(yè)起步較晚 , 雖然發(fā)展較快 ,但規(guī)模小 , 布點分散 , 總生產(chǎn)能力為 700～ 800kt/a , 除了上世紀 90年代投產(chǎn)的兩套自德國 BASF 公司引進的50kt/a裝置 , 規(guī)模和技術水平達到國際先進水平外 , 其余大多數(shù)采用硫酸催化劑間歇生產(chǎn) , 裝置不具備經(jīng)濟規(guī)模 , 物耗、能耗較高 , 缺乏競爭性。 為了滿足我國 DBP 市場的需求和面對的激烈競爭 , 根據(jù)我國的特殊國情，設計一套適合自己 國情的改進的間歇式生產(chǎn)工藝，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，提高我國產(chǎn)品在國際上的競爭力。 改進后的工藝可使酯化反應時間大大縮短 , 提高了單臺酯化釜的生產(chǎn)能力 , 提高了產(chǎn)品質(zhì)量。而提高反應物濃度和降低生成物濃度則可提高反應轉化率 . (2)副反應 : 反應過程中 ,反應溫度的提高可引起副反應 ,溫度越高 ,副產(chǎn)物越多 ,酯化過程中主要副反應 : 反應過程中 ,控制適當?shù)姆磻獪囟群瓦x擇硫酸催化劑的合適用量可以減少副產(chǎn)物的生成 . 生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)過程 : 國內(nèi)的 DBP裝置規(guī)模均較小 ,基本都是采用間歇酯化工藝 ,流程如下圖所示 : 第 xv 頁 共 39 頁 (1)酯化過程 : 酯化反應溫度通?？刂圃?135140℃ ,反應完畢物料溫度需降至 75℃ 左右才能進入中和工序 ,這是因為在中各過程中溫度高會有皂化副反應發(fā)生 ,影響過濾工序和產(chǎn)品收率 . (2)中和水洗過程 : 由于在酯化過程中會生成一些酸性雜質(zhì) , 如單酸酯等 , 本設計采用加入NaOH 水溶液進行中和 , 生成可溶于水的鈉鹽與酯分離。 (4)脫色過程 : 脫醇后的酯色值較高 ,脫色過程就是利用活性炭的強吸附性 ,脫除粗酯中帶色的有機物質(zhì) ,降低產(chǎn)品的色值 .本設計采用了大容積的攪拌釜 ,活性炭利用 螺旋加料器分批自動定時加入 ,提高了活性炭的脫色效果 ,降低了工人的勞動強度 . (5)過濾過程 : 脫色后的產(chǎn)品含有活性炭與機械雜質(zhì) ,必須將其過濾 ,分離 . 工藝流程方框圖 根據(jù)上面的分析，確定了整個工藝流程與參數(shù)，可得到以下流程方框圖： 第 xvi 頁 共 39 頁 2 物料衡算 物料衡算的準則就是質(zhì)量守衡定律 ， 即“進入一個系統(tǒng)的 全部物料必等于離開這個系統(tǒng)的全部物料，再加上過程損失量和在系統(tǒng)中積累量”。 根據(jù)設計任務， 鄰苯二甲酸二丁酯 生產(chǎn)能力為 5000 噸 /年（ 100％）： 全年為 365天，除去大修理，中修理等為 65天，則年工作日為： 365－ 65＝ 300 天； 每天生產(chǎn)能力：（ 5000 1000） /300＝ kg/d 酯 化反應的物料衡算 酯化過程的 衡算基準 由于本反應的時間較長 ,故采用間歇式操作 ,據(jù)實際反應時間和其它因素 ,每晝夜生產(chǎn)三班 ,每班生產(chǎn)兩批料。 (1) 100%苯酐量： 148 ? x= 公斤 100%正丁醇量： 74 2 ? ? y= 公斤 由于該酯化反應正丁醇的 轉化率為 95%， 苯酐的完全轉化， 所以 (2) 95%正丁醇需要量 =其中 49CHOH ＝ 2HO== 公斤 1 鄰苯二甲酸二丁酯生成量 = 公斤 3 正丁醇的 剩余量 = = 公斤 4 反應生成水的量 :18 278?z z= 公斤 總水分 =+= 硫酸 催化劑的用量為 %(質(zhì)量分數(shù) )的總物料 ，則： 硫酸的用量為： ? ?1 4 7 8 .8 1 6 3 8 .6 0 .3 % 9 .4? ? ?公斤 活性炭的用量為： ? ?1 4 7 8 .8 1 6 3 8 .6 0 .2 % 6 .2? ? ?公斤 共沸劑的用量為 : ? ?1 4 7 8 .8 1 6 3 8 .6 0 .2 % 6 .2? ? ?公斤 第 xviii 頁 共 39 頁 表 酯 化過程的物料衡算 輸入 序號 物料名稱 數(shù)量 (kg) 輸出 序號 物料名稱 數(shù)量 (kg) 1 苯 酐 1 DBP 2 正丁醇 2 水 其中正丁醇 水 3 正丁醇 3 4 5 硫 酸 活性炭 共沸劑 4 5 6 硫 酸 活性炭 共沸劑 總計 總計 由分析計算可知， 酯 化過程物料進出平衡 。 酯 化過程的能量衡算 酯 化過程的能量方框圖 ： 圖 酯 化過程的能量方框圖 酯 化過程的能量衡算 由能量守恒可知： 2 4 5 6 1 3Q Q Q Q Q Q? ? ? ? ? (1) 4111 ?? 和 的計算 ? ?? ??? 21 ttCiMiQ （ 4111 ?? 和 的計算都適用） Mi ――反應物體系中組分的質(zhì)量， kg； Ci――組分 i 在 0T℃時的平均比熱容， kmolJ ?/ ； 溫度，反應物系在反應前后的??21 , tt ℃ 。 所以 ? ?6 4 4 9 2C H COOC H的比熱容如下： /C J mol ?Ｐ ＝ 1203 ℃ (140℃ ) ? ?41 .7 2 28 .3 6 11 7. 2 43 3. 4 /C J m ol? ? ? ? ? ?Ｐ ＝ ℃ (25℃ ) ? ?1 2 0 3 4 3 3 .4 / 2 8 1 8 .2 /C J m o l? ? ?Ｐ ＝ ℃ 苯 酐 正丁醇 正丁醇 鄰苯二甲酸二丁酯 硫酸 140℃ 酯化 反應釜 硫酸 25℃ Q 第 xxi 頁 共 39 頁 表 基團結構摩爾熱容值 [J/（ mol (3) 過程熱效率 31?Q 的計算 過程熱效率可以分為兩類：一類是化學過程的熱效率即化學反應速率；另一類是物理過程熱效率。 rQ 化學反應熱效應，可通過標準化學反應熱 ?rq ，按下式計算： ???rA Ar qM GQ 1000 ?rq 標準化學反應熱， KJ/mol； ＡG 參與化學反應的Ａ物質(zhì)的量， kg； AM A物質(zhì)分子量。 化學反應式 ： ? ?8 4 3 4 9 6 4 4 9 2 22C H O C H O H C H CO O C H H O?????? ?? (l) (l) (l) (l) 由手冊查得： 8 4 3CHO (l): ?fq = ??? fH = KJ/mol 49CHOH (l): ?fq = ??? fH = ? ?6 4 4 9 2C H COOC H (l): ?fq = ??? fH = KJ/mol 2HO(l): ?fq = ??? fH = KJ/mol ?rq =(+ 2)(+)= KJ/mol ＡG =AM ＝ 148g/mol rQ = 1 8 4 . 7 5 ( 2 8 5 . 5 ) 3 5 6 . 3 9148 KJ? ? ? ? pr Q ???31 = (4) 61?Q 的計算 酯 化反應在穩(wěn)定的操作條件下，使用內(nèi)外套管中冷卻水來移除熱量，沒有加熱問題，設備溫度保持不變，所以 51?Q =0。 蒸餾過程的能量衡算 蒸餾 過程的能量方框圖 圖 蒸餾 過程的 流程 圖 DBP 酯 化過程的能量衡算 (1) 過程中蒸汽的動能和勢能的變化較小，可忽略。 輸入：再沸器輸入 的熱量 BQ +料液顯熱 FH 輸出：冷凝器冷量 CQ +塔頂和塔底產(chǎn)品的顯熱 DWHH? 系統(tǒng)的熱損較?。ㄒ话阈∮?5%），可忽略。 二為沸點時的汽化潛熱 +將液體加熱到沸點的顯熱 . 丁醇和水的潛熱 : 190℃ 時 ,丁醇的潛熱為 KJ/mol 190℃ 時 ,水的潛熱為 KJ/mol 第 xxv 頁 共 39 頁 應用潛熱的加和性 : 25 46 .1 [ ( 0. 72 5 35 .6 0. 27 5 25 .5 ) ( 20 0 14 0) 22 5. 5 ]VH ? ? ? ? ? ? ? ?= KJ/h 塔頂產(chǎn)品和回流的焓為零 ,因為其溫度取為基準溫度 .兩者均為液體 ,回流的溫度與產(chǎn)品溫度相同 .因此 CVQH? = KJ/h (2) BQ ,由整個系統(tǒng)的平衡得到 : B F C D WQ H Q H H?? ? ? ( 200 140)FH ? ? ? ?= KJ/h ( 200 140)WH ? ? ? ?= KJ/h 塔底溫度取為 200℃ B C D W FQ Q H H H? ? ? ?=+0+= KJ/h 圖 蒸餾 過程的物料衡算圖 名稱 熱量 (kJ) 輸入物料焓（ BQ ） 料液顯熱 （ FH ） 冷凝器冷量 （ CQ ） 塔頂和塔底產(chǎn)品的顯熱 （ DH ） 0 系統(tǒng)熱損（ WH ） 則 : B F C D WQ H Q H H? ? ? ? 所以蒸餾過程能量守恒 . 4 主體設備的選型及設計 本設計只對 酯 化 攪拌釜和蒸餾 器進行設計和計算 。 315 27 /kg m? ?苯 酐 ， 381 0 /kg m? ?正 丁 醇 ， 310 48 /kg m? ?鄰 苯 二 甲 酸 二 丁 酯 31 4 7 8 .8 / 1 5 2 7 1 6 3 8 .8 / 8 1 0 2 .9 9Vm? ? ?總 前 327 77 .8 / 10 48 77 .8 / 81 0 5? ? ?總 后 ＝ ,總后總前 VV ?? 故操作系統(tǒng)容積 VP取 ， 設備體積與操作容積 V的關系為： VVP ?? ，因反應狀態(tài)平穩(wěn) ， 由表可知， ? 取 ， 故設備的容積3/ 2 .9 9 / 0 .8 3 .7 4PV V m?? ? ?。 根據(jù)表 Di=1600mm， 封頭取相同的直徑 ， 其直邊高度 2h 可由表 2h =25。 表 筒體的容積、表面積及重量 公稱直徑 1米高的容積 V1/m3 1米 高 內(nèi)表面積 /m2 1 米鋼板重量（ kg） 1400 378 1500 297 1600 317 (3) 確定夾套 1) 夾套直徑 由表 : 2 0 0 1 6 0 0 1 0 0 1 7 0 0jiD D m m? ? ? ? ?，夾套的封頭也采用橢圓形，并與夾套筒體的直徑相同。 第 xxviii 頁 共 39 頁 3）核算傳熱面積 由表 ：封頭表面積 封F = 由表 查得：１ m 筒高的表面積 mF1 ＝ 則實際總傳熱面積 25 .0 3 1 .7 2 .8 9 1 1 .4 4 1F F F m? ? ? ? ? ?釜 筒 封 表 夾套直徑 (mm) Di 500～ 600 700～ 1800 2020～ 3000 Dj Di＋ 50 Di+100 Di+200 釜體及夾套的強度計算 (1) 選擇設備材料 ,確定設備壓力 由已知條件并分析工藝要求 ， 綜合考慮后選用 13OCr 高合 金剛鋼板，在 50～100℃下的許用應力為 [δ ]t=115Mpa，夾套的筒體和封頭是內(nèi)壓容積，設計壓力為 P=。 (2) 夾套的筒體和封頭壁厚計算 夾套的筒體壁厚的計算： ? ?? ? CPDjPd ????? ?? 2/ 式中： P=，