【正文】 .............................. 53 2丙基庚醇合成工段自動(dòng)控制 ...................................... 53 泵 P101 的控制 ................................................... 53 塔頂冷凝器 E102 的控制 ........................................... 53 反應(yīng)器 R101 的控制 ............................................... 54 精餾塔 T101 的控制 ............................................... 54 第 7章 公用工程 ......................................................... 56 供水 ............................................................ 56 供熱 ............................................................ 56 供電 ............................................................ 57 第 8章 安全環(huán)境保護(hù) ..................................................... 58 結(jié)束語(yǔ) ................................................................... 59 參考文獻(xiàn) ................................................................. 60 致 謝 ................................................................... 62 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 總 論 概述 項(xiàng)目建設(shè)意義 分子總碳數(shù)為 4～ 13的脂肪族伯醇，其全球近 50％產(chǎn)量用于生產(chǎn)增塑劑，所以國(guó)內(nèi)外俗稱其為增塑劑醇 [1]。增塑劑醇是生產(chǎn)增塑劑消耗量最大的一類原料，當(dāng) 前全球生產(chǎn)增塑劑 600多萬(wàn)噸 /年，用于制造增塑劑的增塑劑醇每年高達(dá) 450多萬(wàn)噸 [3]。不同增塑劑醇生產(chǎn)成本或售價(jià)的高低，決定了該醇的鄰苯二甲酸酯生產(chǎn)成本或售價(jià)之間的相對(duì)高低關(guān)系。 2丙基庚醇與苯酐酯化生成的新一代增塑劑 — 鄰苯二甲酸 (2丙基庚基 )酯 (DPHP)，是生產(chǎn)鄰苯二甲酸酯增塑劑的主要原料 [5]。 同時(shí) 2丙基庚醇也 是制取 PVC 聚氯乙烯增塑劑使用的重要原材料。使用 2PH增塑過(guò)的 PVC，可用于制造纜線隔熱、防水編織物、板材涂層、薄膜和汽車部件等。 2丙基庚醇的丙烯酸酯聚合物可用作鋼鐵的粘結(jié)劑 [9]。 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展前景 (1) 2丙基庚醇國(guó)外現(xiàn)狀及發(fā)展前景 2020 年，巴斯夫公司開始用自己的工藝在歐洲生產(chǎn) 2丙基庚醇 [10]，裝置規(guī)模為 65 kt/a， 2020 年巴斯夫公司共生產(chǎn) 2丙基庚醇 155 kt，其 105 kt 由其在美國(guó)的生產(chǎn)基地生產(chǎn)，美國(guó)消費(fèi) 90 kt，出口 15 kt； 50 kt 由其在德國(guó)的生產(chǎn)基地生產(chǎn)，西歐消費(fèi) 48 kt，出口 2 kt。美國(guó)和西歐 2丙基庚醇的消費(fèi)量達(dá)世界消費(fèi)總量的 89%。 近期 2丙烯庚醇新建及擴(kuò)建情況見(jiàn)表 11。a 1) 投產(chǎn)年份 巴斯夫 德國(guó)， Ludwigahafen 80 2020 Evonik OXENO 德國(guó)， Mari 60 2020 巴斯夫 YPC 中國(guó)，南京化工區(qū) 80 2020 Prestorp 瑞典， Stenungsund 120 2020 目前，全球 DPHP 的消費(fèi)基本集中在美國(guó)和西歐 ， 2020 年世界 DPHP 消費(fèi)量約為 110~120 kt。預(yù)計(jì)到 2020 年，美國(guó)的 2丙基庚醇的消費(fèi)量將達(dá)到 103 kt，年增長(zhǎng)率為 %，消費(fèi)結(jié)構(gòu)基本不變，西歐的 2丙基庚醇的消費(fèi)量將達(dá)到 145 kt，增長(zhǎng) 率達(dá) [12]%， 其具體消費(fèi)預(yù)測(cè)情況見(jiàn)表 12。未來(lái)幾年 ， 2丙基庚醇需求量將呈持續(xù)上漲的狀態(tài) 。 2丙基庚醇是生產(chǎn) DPHP 的 主要 原料，其發(fā)展也剛剛開始起步，在我國(guó)揚(yáng)子石化 巴斯夫有限責(zé)任公司7萬(wàn)噸 /年乙烯擴(kuò)增項(xiàng)目也將建設(shè) 8萬(wàn)噸 /年產(chǎn)能的 2丙基庚醇裝置 。據(jù) 2020 年統(tǒng)計(jì)，我國(guó) PVC生產(chǎn)企業(yè) 104 家，總產(chǎn)能 1781 萬(wàn)噸，占世界總能力 37%。近年來(lái)中國(guó) PVC 進(jìn)出口產(chǎn)需如表 13所示。由中國(guó)塑料加工工業(yè)協(xié)會(huì) (CPPIA)表示，受全球健康生活和環(huán)境保護(hù)理念升溫的影響，中國(guó)塑料助劑市場(chǎng)需求將加快增長(zhǎng)。截至 2020 年，我國(guó)主要有增塑劑生產(chǎn)企業(yè) 130 多家，生產(chǎn)能力大于 3000 kt/a，其合計(jì)產(chǎn)能約為總產(chǎn)能的 %。 2020 年我國(guó)增塑劑產(chǎn)量 1400 kt，消費(fèi)量為 1800 kt，預(yù)計(jì) 2020年我國(guó)增塑劑需求量將達(dá)到 3000 kt。另外， 增塑劑進(jìn)口量大， 2020~2020 年均為 400~500 kt/a，國(guó)際依存度高，進(jìn)口嚴(yán)重失衡。已被國(guó)外淘汰的 DOP 等增塑劑在我國(guó)還大有市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上 80%的增塑劑都是 DOP、 DBP(鄰苯二甲酸二丁酯 )等增塑劑，價(jià)格低廉是最關(guān)鍵的因素。因此，新型環(huán)保型增塑劑 DPHP 在我 國(guó)的需求量將呈持續(xù)上漲的態(tài)勢(shì)。 《齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文工作手冊(cè)》； 《化工物性參數(shù)手冊(cè) 無(wú)機(jī)卷、有機(jī)卷》； 《壓力容器與化工設(shè)備實(shí)用手冊(cè)》； 《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè) 上、下冊(cè)》； 《化工裝置布置設(shè)計(jì)手冊(cè)》； 《化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)》； 《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》； 《化工設(shè)計(jì)概論》 ； 《化學(xué)反應(yīng)工程》 ； 《泵選用手冊(cè)》； 《化工原理》； 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 廠址選擇 廠址確定 計(jì)劃在 內(nèi)蒙古包頭工業(yè)園區(qū) 建一座年產(chǎn) 6萬(wàn)噸 2丙基庚醇的 工廠。 園區(qū) 規(guī)劃總面積約 。 廠址優(yōu)勢(shì)分析 包頭市位于中國(guó)內(nèi)蒙古自治區(qū)中西部，坐落在著名的黃河河套的頂端，北 與蒙古國(guó)接壤 ，南與鄂爾多斯相鄰，東西兩側(cè)為土默川平原和河套平原 (地理位置如圖 11)，是連接環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)帶和西北地區(qū)的戰(zhàn)略要地，是自治區(qū)戰(zhàn)略布局中腹地開發(fā)的關(guān)鍵地區(qū) ，是最具經(jīng)濟(jì)發(fā)展活力的 “ 呼和浩特 包頭 鄂爾多斯金三角 ” 經(jīng)濟(jì)區(qū)域的中部，正處于規(guī)模擴(kuò)張階段。因此該工廠的地理優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在離原料地較近而離銷地很遠(yuǎn)，并且可以利用發(fā)達(dá)的公路、鐵路或水路來(lái)彌補(bǔ)銷地很遠(yuǎn)的缺陷。為了進(jìn)一步改善投資環(huán)境，加快外向型經(jīng)濟(jì)發(fā)展，鼓勵(lì)外商來(lái)包頭市投資，根據(jù)國(guó)家和內(nèi)蒙古自治區(qū)有關(guān)法律、法規(guī)的規(guī)定，結(jié)合包頭市實(shí)際，制定 了 條例。 將享受三大政策：一是 稅收優(yōu)惠政策 ，二是 土地優(yōu)惠政策 ，三是 規(guī)劃與建設(shè)政策。本廠的建立有利于提高西部地區(qū)在塑化劑方面的完整性。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 圖 11 包頭市地理位置 圖 設(shè)計(jì)規(guī)模與生產(chǎn)制度 設(shè)計(jì)規(guī)模 本設(shè)計(jì)擬定的設(shè)計(jì)規(guī)模為年產(chǎn) 6 萬(wàn) 噸 2丙基庚醇，則需要消耗純度為 97%的 正戊醛200 t/a，純度為 99 %的 氫氣 t/a。 合成 2丙基庚醇的選擇性可達(dá) 97%以上 。生產(chǎn)三班輪值，根據(jù)《中華人民共和國(guó)勞動(dòng)法》，每周工作 40 小時(shí)，為保證生產(chǎn)順利進(jìn)行，生產(chǎn)部、質(zhì)保安全部、維修部門采用 “ 四班三運(yùn)轉(zhuǎn) ” ， 每班 8 小時(shí) ， 其余部門采用一班制，個(gè)別操作按照需要進(jìn)行一班制定員，夜間輪值管理。 表 15 主要原料和消耗品規(guī)格 原料 規(guī)格 數(shù)量 (t/a) 正戊醛 工業(yè)級(jí) 催化劑 NaOH溶液 工業(yè)級(jí) 氫氣 工業(yè)級(jí) 循環(huán)冷卻水 30℃ 低壓蒸汽 180℃ ； 2bar 產(chǎn)品主要是 2丙基庚醇。 表 16 產(chǎn)品規(guī)格表 產(chǎn)品名稱 本廠規(guī)格 國(guó)家規(guī)定 產(chǎn)量 (t/a) 單價(jià) (元 /噸 ) 2丙基庚醇 ≥ % 優(yōu)等品 經(jīng)濟(jì)核算 為了明確 2丙基庚醇車間和成工段的總成本 (/年 )，分別對(duì)車間定員、原料用量、冷熱公用工程消耗量、設(shè)備投資及車間占地面積投資等方面對(duì)本工段進(jìn)行了簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)核算，核算結(jié)果見(jiàn)下表： 表 17 經(jīng)濟(jì)核算表 序號(hào) 指標(biāo)名稱 單位 設(shè)計(jì)指標(biāo) 成本 (萬(wàn)元 ) 1 生產(chǎn)規(guī)模 ta1 200 1200 原材料量： H2 ta 1 7 5 冷凝水耗量 t 2丙基庚醇生產(chǎn)工藝技術(shù)包括 DOW/Davy 聯(lián)合公司低壓羰基合成技術(shù)， BASF公司 2丙基庚醇合成技術(shù)，中石化 2丙基庚醇制備方法等[14]。 (1) DOW/Davy 聯(lián)合公司低壓羰基合成技術(shù) DOW/Davy的 2丙基庚醇生產(chǎn)工藝是以混合碳四、合成氣 (CO， H2)為原料 [15]，在銠/NORMAXTM催化劑作用下 [16]，進(jìn)行低壓羰基合成反應(yīng)生成混合戊醛，分離出的混合戊醛在氫氧化鈉的催化作用下縮合脫水生成不飽和 C10醛，不飽和 C10醛加氫生產(chǎn)出粗 2丙基庚醇 [17]，最后經(jīng)過(guò)精餾得到 2丙基庚醇產(chǎn)品。 (2) BASF公司 2丙基庚醇合成技術(shù) BASF公司 2丙基庚醇生產(chǎn)工藝未見(jiàn)公開，從其中申請(qǐng)的多項(xiàng)發(fā)明專利中可推斷出工藝方法的大體輪廓。 (3) 中石化 2丙基庚醇制備方法 中國(guó)石油化工股份有限公司北京化工研究院郭浩然等人提出了一種以混合丁烯為原料制備 2丙基庚醇的方法 。原料經(jīng)兩段羰基化反應(yīng)生成戊醛，兩段反應(yīng)采用同一催化劑，而反應(yīng)釜采用不同溫度，提高各自反應(yīng)的選擇性，使戊醛的正異構(gòu)物比大大提高。 此方法的特點(diǎn)是：采用兩段氫甲?；磻?yīng)制取戊醛，且兩段反應(yīng)采用相同的銠 雙亞磷酸酯催化劑。原料先在第一反應(yīng)釜進(jìn)行第一段氫甲酰化反應(yīng)生成戊醛，然后在第二反應(yīng)釜進(jìn)行第二段羰基化反應(yīng)生成戊醛，第二反應(yīng)釜的溫度比第一段反應(yīng)溫度高20~40 ℃ ；第二步，上述兩段反應(yīng)生成的戊醛經(jīng)縮合一脫水反應(yīng)，得到烯醛；第三步，所得的烯醛經(jīng)過(guò)加氫反應(yīng)，生成 2丙基庚醇；第四步，經(jīng)過(guò)分離，得到 2丙基庚醇產(chǎn)品。 通過(guò)對(duì)比以上三種 2丙基庚醇的生產(chǎn)工藝，由于BASF的生產(chǎn)工藝未見(jiàn)具體公布，并且短時(shí)間內(nèi)很難得到他的技術(shù)專利；對(duì)比郭浩然等人提出的專利技術(shù)和 DOW/Davy聯(lián)合公司的羰基合成技術(shù)，雖然 DOW/Davy聯(lián)合公司的技術(shù)較成熟，但是郭浩然等人提出的技術(shù)在戊醛產(chǎn)物上有較高正異比，生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量更高，同時(shí)又是國(guó)內(nèi)自主開發(fā)的技術(shù)。 工藝流程簡(jiǎn)述 來(lái)自精制工 段純度 ≥97% 的正戊醛溫度為 100 ℃ ，含有異戊醛、 2甲基丁醛、和少量水，經(jīng)正戊醛原料儲(chǔ)罐 V102，由進(jìn)料泵 P101 送入戊醛縮合反應(yīng)器 R101 在 NaOH 溶液催化下進(jìn)行脫水縮合反應(yīng)，反應(yīng)溫度為 100 ℃ ，壓力 MPa，反應(yīng)產(chǎn)物主要成分為 2丙基 2 庚烯醛， 2甲基丁醛，正、異戊醛，水和 NaOH 溶液。塔釜溫度 180 ℃ ，壓力 MPa，一部分釜液經(jīng)塔底再沸器 E103 加熱至 220 ℃ 作為粗烯醛精餾塔 T101 的再沸蒸汽，另一部分進(jìn)入換熱器 E104，將溫度從 180 ℃ 降低至 140 ℃ ，換熱后釜液經(jīng)釜液輸 送泵P104 打入烯醛加氫反應(yīng)器 R102， 與氫氣進(jìn)行加氫反應(yīng)，反應(yīng)溫度 140 ℃ ，壓力 MPa，反應(yīng)產(chǎn)物主要成分為 2丙基庚醇， 2丙基 2 庚烯醛，正、異戊醛 ， 2甲基丁醛， H2 和少量水。 圖 21 2丙基庚醇合成工段工藝流程圖 物料衡算 反應(yīng)器 R101 的物料衡算 原料 為 正戊醛純度 ≥97% ，其余為異戊醛， 2甲基丁醛，和少量水。 以每小時(shí)的進(jìn)料質(zhì)量為基準(zhǔn)衡算 (kg 表 21 反應(yīng)物及產(chǎn)物 物性參數(shù)表 名稱 分子式 相對(duì)分子質(zhì)量 反應(yīng)轉(zhuǎn)化率 正戊醛 C5H10O 86 99% 2丙基 2庚烯醛 C10H18O 154 ― 水 H2O 18 ― 反應(yīng)物的消耗及產(chǎn)物質(zhì)量流量如下： NaOH 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 7 3 8 3 .9 7 8 6 2 8 2 4 7 .0 3154w ?? ? ?正 戊 醛 kgh 1 ? kgh 1 ?異 戊 醛 kgh 1 反應(yīng)后各物質(zhì)的質(zhì)量流量 ： 83 30 .3 3 82 47 .0 3 = 83 .3w ?正 戊 醛 kgh1 2 ?甲 基 丁 醛 kgh1) 進(jìn)料量 出料量 正戊醛 2丙基 2庚烯醛 0 異戊醛 2甲基丁醛 水 0 合計(jì) 分離罐 V103 的物料衡算 圖 22 分離罐 V103的物料衡算圖 原料中正戊醛與催