1、. - - - 可修編-化學工程與工藝專業畢業論文. 化學工程與工藝專業畢業論文. 題目：年產8萬噸鄰苯二甲酸二辛酯生產車間初步工藝設計. 化學工程與工藝專業畢業論文. . 摘要鄰苯二甲酸二辛酯,簡稱DOP。分子式CHO是重要的通用型增. 24384. 塑劑是目前國外用量最大的增塑劑之一廣泛用于橡膠、塑料和醫藥工業用途廣泛在國民經濟中占有十分重要的地位。經過分析比擬各種生產原料、合成工藝后本設計工藝流程是采用串聯多釜反響器連續酯化技術催化劑是采用氧化鋁與辛酸亞錫以1：1比例復配催化劑年產8萬噸鄰苯二甲酸二辛酯以滿足國需求。本設計遵循“技術成熟、工藝先進、設備配置科學、環保平安、經濟效益等原則。

2、在比擬國外各種先進生產方法、工藝流程和設備配置基礎上。選用是從苯酐和異辛醇出發經過酯化反響、脫醇、精制得到產品的工藝路線生產鄰苯二甲酸二辛酯。設計的重點是生產工藝設計論證、工藝計算及設備設計選型，附有帶控制點的工藝流程圖主要生產設備構造尺寸圖生產車間的設備配置圖。最后局部考慮環境保護和勞動平安以達到減少“三廢排放加強“三廢治理確保平安生產消除并盡可能減少工廠生產對職工的傷害。關鍵詞DOP異辛醇苯酐工藝設計工藝計算設備選型. . CHAbstract Dioctyl phthalate ,referred to as DOP, Molecular Formula: O .It is import

3、ant to general-purpose plasticizer and has . 24384. bee the largest amount used of plasticizerthe at home and abroad, now it is widely used in rubber, plastics and pharmaceutical . 化學工程與工藝專業畢業論文. industry, plays an important role in the national economy. After analysis and parison of various raw mat

4、erials, synthesis, the designprocess is the use of multi-tank reactors in series continuous esterification technology, the catalyst is alumina with a 1:1 ratio of Sn catalyst pound annual output of 100,000 tons Dioctyl phthalate, to meet domestic demand.The design follows the mature technology, adva

5、nced technology, equipment configuration scientific, environmental safety, economic efficiency, the principle of reciprocity. After paring domestic and foreign advanced production methods, process and equipment configuration , the choices are starting from phthalic anhydride and iso-octanol after es

6、terification, de alcohol, refined by product line production process octyl phthalate. Design for production process design argument, the design of facilities and process selection, with a flow chart with control points, the main production equipment and size chart, workshop equipment configuration d

7、iagram. The last part is about environmental protection and labor safety, in order to achieve reduction of the three wastes emissions, strengthen the three wastes treatment, to ensure safe production purposes.Key word:DOPEthylhe*anol PhthalicProcess Design Process CalculationEquipment Selection . 化學

8、工程與工藝專業畢業論文. 目錄. 一總論 . 7 1概述 . 7 1.1增塑劑DOP的性質 . 7 1.2產品用途 . 7 1.3DOP在國民經濟中的重要性 . 7 1.4DOP的市場需求 . 8 2設計的目的和意義 . 8 3設計依據和原則 . 8 3.1設計依據 . 8 3.2設計原則 . 8 4設計圍 . 9 5DOP生產能力及產品質量標準 . 9 5.1生產能力 . 9 5.2產品質量標準. 9 二生產工藝流程設計與論證10 1生產工藝選擇與論證10 2工藝參數確實定11 2.1酯化工序 .11 2.2中和、洗滌工序 .11 2.3脫醇工序 .12 2.4枯燥、過濾工序 .12 3產工

9、藝流程圖及其說明13 3.1 DOP生產工藝流程圖133.2 生產工藝流程說明13 三工藝計算14 1.物料衡算14 . 化學工程與工藝專業畢業論文. 1.1設計生產能力14 1.2二級酯化段釜1物料計算 151.3酯化工段物料衡結果16 2熱量衡算17 四主要設備設計與選型18 1反響釜的設計與選型19 1.1反響釜體積確定19 1.2反響釜高度與底面直徑20 1.3反響釜溫度與壓力20 1.4反響釜壁厚度計算21 1.5攪拌器的設計及選型22 攪拌器型式適用條件表23 1.5.2 攪拌器的選用及尺寸23 攪拌功率的計算23 1.6夾套傳熱面積的計算與核算23 1.6.1 被攪拌液體側的對流

10、傳熱系數23 夾套冷卻水對流傳熱系數24 夾套傳熱面積25 1.7 反響釜的主要技術特性匯總26 2冷凝器的設計與選型27 2.1選擇換熱器的類型28 2.2流動空間及流速確實定28 2.3傳熱面積確實定28 2.4冷凝器工藝尺寸的計算29 管子數n確實定29 管子的排列方式管間距確實定 30. 化學工程與工藝專業畢業論文. 殼體直徑確實定30 折流板 30 接收 30 2.5.殼體厚度31 2.6換熱器封頭確實定31 2.7容器法蘭的選擇31 2.8開孔補強31 2.9支座31 2.10冷凝器設計匯總31 五環境保護與勞動平安 . 32 1DOP三廢處理. 32 2.DOP平安生產. 33

11、六設計結果評析與總結. 34 致. 35 參考文獻 . .35. 化學工程與工藝專業畢業論文. . 1概述1.1增塑劑DOP的性質一總論. DOP化學名為鄰苯二甲酸二辛酯是一個帶有支鏈的側鏈醇酯無色油狀液體有特殊氣味。比重0.9861(20/20 ),熔點-55 沸點370 常壓不溶于水溶于乙醇、乙醚、礦物油等大多數有機溶劑。與二丁酯DBP相比DOP的揮發度只有DBP的1/20與水的互溶性低并有良好的電性能但也有其缺乏點其在熱穩定性、耐遷移性、耐寒性和衛生性方面稍差。1.2產品用途鄰苯二甲酸二辛酯是重要的通用型增塑劑主要用于聚氯乙烯樹脂的加工還可用于化纖樹脂、醋酸樹脂、ABS樹脂及橡膠等高聚物

12、的加工也可用于造漆、染料、分散劑等。通用級DOP廣泛用于塑料、橡膠、油漆及乳化劑等工業中。用其增塑的PVC 可用于制造人造革、農用薄膜、包裝材料、電纜等。電氣級DOP具有通用級DOP的全部性能外還具有很好的電絕緣性能主要用于生產電線。品級DOP主要用于生產食品包裝材料。醫用級DOP主要用于生產醫療衛生制品如一次性醫療器具及醫用包裝材料等。主要用途DOP是通用型增塑劑主要用于聚氯乙烯脂的加工、還可用于化地樹脂、醋酸樹脂、ABS樹脂及橡膠等高聚物的加工也可用于造漆、染料、分散劑等、DOP增塑的PVC可用于制造人造革、農用薄膜、包裝材料、電纜等。本品是一種多種樹脂都有很強溶解力的增塑劑,能與多種纖維

13、素樹脂、橡膠、乙烯基樹脂相溶有良好的成膜性、粘著性和防水性。常與鄰苯二甲酸二乙酯配合用于醋酸纖維素的薄膜、清漆、透明紙和模塑粉等制作中。少量用于硝基纖維素的制作中。亦可用作丁腈膠的增塑劑。本品還可用作驅蚊油原油、聚氟乙烯涂料、過氧化甲乙酮以及香料人造麝香的溶劑。可以作為酯交換法生產鄰苯二甲酸二環己酯和鄰苯二甲酸高碳醇酯以及其他有機合成的原料。1.3 DOP在國民經濟中的重要性鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)是目前使用最廣泛的增塑劑約占我國增塑劑總量45%. 化學工程與工藝專業畢業論文. 是重要的通用型增塑劑任何增塑劑都是以它為基準來加以比擬的技術經濟上占有絕對優勢。據有關資料報道近年來國外增塑劑生產

14、能力超過了6400kta國增塑劑需求增長率為8左右產品具有質量高、品種多、環境污染少的特點。在石油化學工業、醫藥工業、輕紡工業、生物化工以及能源、交通運輸行業均有廣泛用途在國民經濟中占有十分重要的地位。1.4 DOP的市場需求隨著我國國民經濟快速增長增塑劑作為根底化工合成材料助劑的市場需求量將大幅提高。在用量大的新領域國市場需求將強勁增長。但由于鄰苯二甲酸二異壬酯(DINP)在*些應用領域的性能超過了DOP預計未來幾年全球DOP市場將面臨DINP的挑戰。在市場上DOP一直占有價格優勢而未來時間估計DOP的低價優勢會有所削弱。2設計的目的和意義通過本課程設計力求到達以下目的和意義1在學習掌握所學

15、的化學工藝學、化工機械設備根底、化工原理等課程的根本理論和根底知識的根底上通過這次課程設計培養我們綜合運用這些知識分析和解決實際問題的能力以及協作攻關的能力訓練我們使用文獻資料和進展技術設計、運算的能力提高文字和語言表達能力為以后的學習和畢業論文設計打下根底。2通過完成設計可以知道DOP的用途根本掌握苯酐和異辛醇制DOP的生產工藝了解國外DOP工業的開展現狀以及DOP工業的開展趨勢。3工程設計依據和原則3.1設計依據本化工課程設計以設計任務書為根底綜合文獻檢索、資料收集綜合分析以最新科研成果和實際經歷為依據搏眾家之長選擇適宜設計方案。3.2設計原則本課題遵循的設計原則和指導思想如下1按技術先進

16、、成熟可靠、經濟合理的原則對技術方案進展論證以確定最佳方案2盡可能采用節能工藝和高效設備充分發揮規模效應降低能耗、物耗和生產本錢提高工程的經濟效益和社會效益. 化學工程與工藝專業畢業論文. 3考慮“三廢治理和綜合利用副產物充分重視環保防污、科學生產、生產平安和提高社會效益為原則主體。4設計圍本設計圍包括1工藝生產方法確定、生產流程設計與論證2工藝計算包括物料衡算熱量衡算3酯化合成工藝主要生產設備設計與選型4平安生產與環保治理措施5設計繪圖設計重點生產工藝設計與論證工藝計算設備設計與選型設計繪圖。5DOP生產能力及質量標準5.1生產能力該工程年產8萬噸DOP年開工日為330天全天候日產DOP 2

17、42.42噸。5.2產品質量標準本產品質量規格為一級品執行產品質量國標GBl14068標準見表1 所示。表1 DOP質量指標. 工程指標優級品一級品合格品外觀透明液體無懸浮物酯含量%密度20g/cm30.9810.986酸度以對苯二甲酯計%0.0150.020閃點210205色度鉑-鈷號50100200加熱減量%0.10.20.25體積電阻率1011“.m210.5. 二、生產工藝流程設計. 1生產工藝選擇與論證生產過程操作分為間歇式和連續操作。間歇式生產的優點是設備簡單改變生產品. 化學工程與工藝專業畢業論文. 種容量缺點是原料消耗定額高能量消耗大勞動生產效率低產品質量不穩定。間歇式生產方式

18、適用于多品種、小批量的生產。而連續法生產能力大適合于大噸位的DOP的生產。由于本設計產品生產量較大故采用連續法生產。酯化反響設備分塔式反響器和串聯多釜反響器兩類。前者構造復雜但緊湊投資較低操作控制要求高動力消耗少。而反響釜流動形式接近返混釜各部分組成和溫度完全一致多釜串連后可使停留時間分布特性向平推流轉化。并且DOP等主增塑劑的需要量很大且全連續化生產的產品質量穩定原料及能量消耗低勞動生產率高比擬經濟。因此本設計采用串聯多釜反響器全連續化生產工藝。催化劑分為酸性催化劑和非酸性催化劑由于采用非酸性催化劑可以免去中和和水洗兩道工序且通過過濾即可除去跟酸性催化劑相比優越性在于能生產出高質量的增塑劑產

19、品和減少污染。因此本設計采用的是非酸性催化劑。非酸性催化劑又分為單催化劑和復配型催化劑由于單催化劑催化反響時間長不適合做酯化反響催化劑相反復配型催化劑催化反響時間短轉化率高酸值降低幅度大比擬適合做酯化反響催化劑。氧化鋁與辛酸亞錫以11比例復配非酸性催化劑合成DOP效果最正確力求到達流程簡單設備少熱能利用合理產品質量高。根據國在引進裝置上成功使用國產催化劑的經歷選用國產催化劑既滿足了工藝和產品質量的要求又節約了外匯可以收到良好的經濟效果。連續非酸性催化酯化工藝是上世紀80年代初開場成功應用于工業化生產的先進技術其典型的工藝流程有兩種1、酯化脫醇一中和水洗一汽提枯燥一過濾2、酯化一中和水洗一脫醇-

20、汽提-枯燥一過濾。二者比擬第種技術用采用氧化鋁與辛酸亞錫11比例復配催化劑酯化反響具有反響時間短、酯收率高、產品質量好(酸值低、色度低、熱穩定性好、體積電阻率大) 、處理條件簡單等優點。并且公用工程消耗低熱能利用合理可以生產多牌號的DOP產品結合國條件和生產操作經歷故擬采用類典型工藝流程設計國產化新的工藝流程。綜上分析本設計選用酯化脫醇一中和水洗一汽提枯燥一過濾工藝流程采用串聯多釜反響器連續酯化技術催化劑采用氧化鋁與辛酸亞錫以11比例復配型催化劑。2工藝參數確實定. 化學工程與工藝專業畢業論文. 2.1 酯化工序苯酐和辛醇按比例在5個串聯階梯形的酯化釜中在氧化鋁與辛酸亞錫以11比例復配催化劑作

21、用下酯化反響生成粗酯主要工藝參數確定如下(1)進料溫度及5釜的反響溫度見表2。(2)投料比PA2一EH=1230 (wt) (3)催化劑量003 (wt) (4)酯化壓力常壓(帶氮封) 表2 進料溫度及與釜反響溫度. PA2一EH催化劑釜1釜2釜3釜4釜517017520190200210220230. (5)停留時間約7h酯化釜體積27.4m3 (6)酯化釜攪拌器轉速74rmin (7)總轉化率約9952.2 脫醇工序由于酯化反響是在過量醇的條件下進展的必須將粗酯中的醇脫除回收重復利用。本設計采用真空降膜脫醇工藝熱能利用合理脫醇效率高可脫醇至1左右。脫醇工藝參數確定如下(1)進料粗酯溫度23

22、0(2)進料粗酯含醇量1617(3)降膜脫醇真空度30mbar (4)加熱蒸汽壓力20ba 2.3 中和、水洗工序由于在酯化過程中會生成一些酸性雜質如單酸酯等本設計采用參加Na0H水溶液進行中和生成可溶于水的鈉鹽與酯別離。中和水洗工藝參數確定如下(1)Na0H水溶液濃度03(wt) (2)水洗溫度95(3)粗酯堿=61(vo1) (4)中和攪拌轉速180rmin (5)水洗攪拌轉速50rmin . 化學工程與工藝專業畢業論文. 0(6)NaOH單耗04kgtDOP (7)中和水洗后酸值001002KOH mgDOP 2.4 汽提工序汽提是通過直接蒸汽減壓蒸餾除去粗酯中的醇和有氣味的低沸物本設計

23、采用過熱蒸汽直接減壓汽提工藝。汽提枯燥工藝參數確定如下(1)粗酯人塔溫度140160C (2)汽提塔頂部真空度40mbar (3)枯燥塔頂部真空度99mbar (4)粗酯量汽提蒸汽量101(wt) (5)枯燥塔出口酯中含水量001005 (wt) 2.5 過濾工序在粗酯中參加吸附劑和助濾劑脫除粗酯中含色素的有機物和吸附脫除殘存的催化劑和其它機械雜質以保證DOP產品外觀的透明度和純度。本設計采用二級過濾工藝粗濾采用時間程控的芬達過濾器精濾采用多層濾紙。過濾工序工藝參數確定如下(1)粗酯溫度90(2)芬達過濾器粗濾周期48h (3)精濾后DOP色值1015(HAzEN) 3. 生產工藝流程圖及其說

24、明3.1DOP生產工藝流程簡圖見圖1. . 苯酐、異辛醇催化劑、N2NaOH 無離子水助濾劑. . 一級酯化二級酯化中和水洗汽提脫醇枯燥過濾. . 廢水濾液產品. 圖1DOP工藝流程方塊圖. 化學工程與工藝專業畢業論文. 3.2 生產工藝流程說明參考CAD圖紙工藝流程圖熔融苯酐和辛醇以一定的摩爾比(1:2.21:2.5)在130-150先制成單酯,再經預熱后進入四個串聯的階梯式酯化釜的第一級.非酸化催化劑也在此參加.第二級酯化釜溫度控制不低于180,最后一級酯化溫度為220230,酯化局部用3.9MPa的蒸汽加熱.鄰苯二甲酸單酯的轉化率為99.5%99.9%。為了防止反響混合物在高溫下長期停留

25、而著色并強化酯化過程在各級酯化釜的底部都通入高純度的氮氣氧含量10mg/kg中和水洗是在一個帶攪拌的容器中同時進展的。堿的用量為反響混合物酸值的35倍。使用20%的NaOH水溶液當參加無離子水后堿液濃度僅為0.3%左右。因此無需在進展一次單獨的水洗。非酸性催化劑也在中和、水洗工序被洗去。然后物料經脫醇1.322.67 kPa,5080、枯燥1.32 kPa,5080后送至過濾工序。過濾工序不用一般的活性炭而用特殊的吸附劑和助濾劑。吸附劑成分為SiO2、AL2O3、Fe2O3、MgO等助濾劑硅藻土成分為SiO2、AL2O3、Fe2O3、CaO、MgO等。該工序的主要目的是通過吸附劑和助濾劑的吸附

26、脫色作用保證產品DOP的色澤和體積電阻率兩項指標同時除去DOP中殘存的微量催化劑和其他機械雜質。最后得到高質量的DOP。DOP的收率以苯酐或以辛醇為99.3%。回收的辛醇一局部直接循環到酯化局部使用另一局部需進展分餾和催化加氫處理。生產廢水COD值7001500mHg/L用活性污泥進展生化處理后再排放。本工藝流程特點原料簡單工藝流程短物料循環使用生產效率高。. 三、工藝計算. 1、物料衡算. . 1.1 DOP 設計生產能力DOP年生產能力為年生產30000噸/年設工作日為330天30000噸. . 年生產日330天. 日產DOP30000330=90.90噸. + H2O化學工程與工藝專業畢

27、業論文. . 每小時DOP的產量生要求DOP的生產規格產品規格一等品DOP 90.9024=3.79噸含量99.5% . 每小時要得純DOP為3.7999.5%=3.77噸設整個過程之中DOP損失量為4% 則實際每小時產純DOP為3.7714%=3.93噸分子量苯酐 148.12異辛醇130.0DOP 390.3H2O181.2一級酯化段物料計算根據一級酯化反響式. 二級酯化反響式. 第一步酯化轉化率為100%第二步酯化轉化率為99.5%. 一小時一級酯化反響釜進釜苯酐的量為3.931000390.30.995= 10.12 kmol 根據投料比苯酐異辛醇=1 : 2.3 異辛醇投入量為10.

28、122.2=23.28 kmol 異辛醇一局部作為帶水劑與水一起出釜異辛醇經冷凝器冷卻再回流至反響釜中經測定回流比為2.5設回流異辛醇量* kmol 則出釜異辛醇為 2.5* kmol 總異辛醇量(23.28 +*) kmol 出釜異辛醇量為2.5*=23.2810.12+* . 化學工程與工藝專業畢業論文. 32 3*=8.77kmol 總異辛醇為23.28+8.77=32.05 kmol 出釜異辛醇為 21.93 kmol 單酸酯的量10.12 kmol 1.2二級酯化段釜1物料計算進釜異辛醇21.93 kmol 單酸酯的量 10.12 kmol 氧化鋁與辛酸亞錫復配催化劑量0.12 km

29、ol N2 3 m/h 出釜設轉化率為* 第一釜 DOP產量為 10.12* kmol 第二釜 DOP產量為 10.12*1-*kmol 第三釜 DOP產量為 10.12*1-*kmol 第四釜 DOP產量為 10.12*(1-*)(1-*) kmol 第五釜 DOP產量為 10.12*1-*(1-*)(1-*) kmol 所以10.12*+10.12*(1-*)+10.12*(1-*)+10.12*(1-*)+10.12*(1-*)10.12*=0.523 即反映的轉化率為*=0.523 DOP的物質的量nD=10.120.523=5.29kmol/h異辛醇量為nB=21.935.29=16

30、.64kmol/h單酸酯的量 10.12 5.29=4.83kmol/h. 化學工程與工藝專業畢業論文. 3 101500N 3m /h,轉化為摩爾流量 = 0.121kmol nRT (0.121 + 5.29 + 13.23) 8.314 473.15V = = = 722.46m氧化鋁與辛酸亞錫復配催化劑量0.12kmol 產生的水的物質的量n水=10.120.523=5.29kmol/h異辛醇一局部作為帶水劑與水一起出釜異辛醇經冷凝器冷卻再回流至反響釜中經測定 nB:n水=2.5:1。所以nB=5.292.5=13.23 kmol/h8.314303.15每一小時將有p101.500排

31、. 出反響釜。. 1.3酯化工段物料衡結果. 表4一級酯化段物料衡算表. 入塔苯酐異辛醇單酸酯出塔苯酐異辛醇單酸酯量kmol/h26.9680.860量kmol/h053.9026.96摩爾含量%25.075.00摩爾含量%066.6733.33. 表5 二級酯化段釜1物料衡算表. 化學工程與工藝專業畢業論文. 入釜異辛醇單酸酯氧化鋁與辛酸亞錫N2水DOP量kmol/h53.9026.960.320.3221600出釜異辛醇單酸酯氧化鋁與辛酸亞錫N2水DOP量kmol/h39.8012.860.320.3221614.1014.10. . 2.熱量衡算表6 各物質比熱容. 物質C/kJ/(mo

32、l.k) C/kJ/(mol.k) . p,m(303Kp,m(423KCp,m/kJ/(mol.K)fHm(298K)/k. 異辛醇苯酐鄰苯二甲酸一辛酯0.2856 0.2559 0.4523 0.3454 0.2829 0.5347 0.3155 0.2694 0.4935 J/mol -373.2 -672.6 -1120.6 . . 0注A-苯酐B-異辛醇;C-鄰苯二甲酸一辛酯1.預熱器顯熱計算預熱器采用3.9MPa蒸汽將原料先預熱到150C 6. 6QA =nACp,mAT=10.12269.4(15030)+273.15=1.07210kJ QB=nBCp,mBT=32.05315

33、.5(120+273.15)=3.97510kJ 2.反響釜熱量的衡算以一級酯化反響釜為例連續釜式反響器可看成為一敞開物系根據熱力學第一定律其熱力學衡算式可表達為H=q式中H物系焓變及反響焓變kJ; . 化學工程與工藝專業畢業論文. q物系與環境交換的熱。由于反響是在恒溫下進展所以物系焓變為零。反響焓變的計算如下A (l423.15K)+B(l,423.15K)H7C(l,423.5K) H1H4. A(l404.75K)H2H6. . A(s404.75K) H3H5A (s298.15K)+B(l,298.15K)C(l,298.5K) H1=nACp,mT=10.12269.4(423.

34、15404.75)=0.50210由于在恒溫恒壓下進展所以H2=-32 kJ/h5kJ/h . H3=nACp,mT= 10.12 269.4 (404.75 298.15) = 0 .291 10 6kJ/h6. H4=nBCp,mT=32.05311.5(423.15298.15)=1.24810kJ/h 6. 66H5=nC(fHmCfHmAfHmB)=10.12(1120.6+672.6+373.2)=0.75710H6=nCCp,mCT=10.12493.5(423.15298.15)=0.62410kJ/h 所以H7=H1+H2+H3+H4+H5+H6=1.7310kJ/h 6kJ

35、/h . 0 00 0 00Q =mc T, T=130 C A-異丙醇 B-水 C-N 故反響物系將放出-1.7310kJ/h為保持反響在恒溫下進展需在夾套中沖一定流量的冷卻水。3.換熱器的熱量衡算分子量苯酐148.12異辛醇130.0DOP 390.3H2O18由于反響溫度在200C以下進展兩流體溫度變為熱流體進入換熱器的溫度為190C出口溫度定為70C冷流體循環水進口溫度為25C出口溫度為60C。pmA = nAMA =16.64130=2163.2 kg/h . 化學工程與工藝專業畢業論文. . m= nM =5.2918=95.22 kg/h . B BB. . m = nM= 0.

36、12114=1.694 . ccc . Q =mc T=2163.21.97130+95.224.34130+1.6940.771130 p=553995.52+53723.124+169.789 =607888.43 KJ/h . 表10入冷凝器的氣體的比熱容. 組分異辛醇水N2比熱容2000C600C2000C600C2000C600CKJ/(kg.)2.2251.7324.5054.1820.7960.746組成 kmol16.645.290.121產生熱Q1 kJ/h553995.2553723.124169.789. 表11冷凝液組分氣化熱和液體熱容. 組分異辛醇水氣化熱wr KJ/

37、mol61.9940.69液體比熱容KJ/(kg.)2.2944.178組成 kmol/h16.645.29冷凝放熱 kJ/h1031513.6215250.1. Q= 16.6461.991000+5.2940.691000 . 2 = 1031513.6+215250.1 = 1246763.7 kJ/h 冷凝放出總熱Q2=1031513.6+215250.1=1246763.7 kJ/h Q總=Q1 + Q2 =607888.43+1246763.7=1854652.13kJ/h =515.18 kw . 化學工程與工藝專業畢業論文. . 故冷卻水用量w水=Q總c水t=1854652.1

38、34.17835=12683.12kg/h. 四、主要設備設計與選型. 1、反響釜的設計與選型. 1.1反響釜體積確定為方便起見以下用A表示苯酐用B表示異辛醇。物料在反響過程中的體積根本不變。由于攪拌速度較大反響物料在反響器的流動狀況可視為呈全混流在定態時在等溫等容條件下對整個反響器作A的物料衡算反響釜容積按下式計算. . VR=Q0t(1+) (8) . . Q0=QA+QB (9)QA=nAMA/At(10) . 式中nA單位時間1小時處理的苯酐摩爾數MA苯酐的分子量苯酐密度. . 3=1.527g/cm;t單位時間1 hQ和Q分別為苯酐和異辛醇的體積流量;. AAB. . 為攪拌容器的備

39、用系數一般取0.10.15取0.1。3. 33QA=nAMA/t=10.121000148.12 (1.527 3600)=272.68cm / S同理異辛醇體積流量QB異辛醇密度B =0.8176g/cmQB=nBMB/Bt=32.051000130.0 (0.8176 3600)=1415.56m / S . 3Q0=QA+QB=272.68+1415.56=1688.24cm / S . 單級酯化反響釜中物料的平均停留時間為6.955=1.37 h . VR=Q0t1+. 化學工程與工藝專業畢業論文. 3 =1688.241.3736001.1 =9.25m. 裝料系數根據實際生產條件或

40、實驗結果而定假設攪拌狀態平穩或物料的粘度較高可取0.80.85。本設計物料攪拌狀態較平穩取0.85。. 34V 4 10.88.3 3故攪拌釜的有效體積為 V=VR/0.85=9.25/0.85=10.88m1.2反響釜高度與底面直徑反響釜的高度與底面直徑關系H=1.3Di 底面直徑1.31.33.14. 2H=1.3Di=1.32.2=2.86m 故液面深度h=4VR/Di=49.253.142.22.2=2.43m . . 當Di=2200mm查表16-6得各參數如表6所示表6所查得的各參數曲面高度h1550mm 直邊高度h240mm . 1.3反響釜溫度與壓力查表45設計溫度150+20

41、170PT=gh+Pw 混合液平均密度=nAMA/(nAMA+nBMB)A+ nBMB/(nAMA+nBMB)B . 化學工程與工藝專業畢業論文. . P3=0.26461.527 + 0.81760.7354 =1.005g/m=0.1015MPa . P = gh + Pw3tP Dc i =t2 P0 . 1375 MPa 2200 mm= =+ CW 則工作壓力T=1.005109.812.43+0.10151000000=0.125MPa設計壓力為工作壓力的110%則設計壓力為Pc=1.1PT=1.10.125MPa=0.1375MPa 設備選材由于原料和產物對鋼材的腐蝕不大溫度為1

42、50壓力為常壓本設計從滿足生產工藝需要及保證酯化釜使用壽命的角度出發酯化釜的材質選用高合金鋼0Cr18Nil2M-o2Ti。1.4厚度計算Pc=0.1375MPaT=170Di=2200mm=104MPa=1.0(雙面焊對接100%探傷)腐蝕裕量C2=2mm 計算厚度如下c2104MPa1.00.1375MPa=1.46mm設計厚度Sd如下d2=1.46mm+2mm=3.46mmd=4.3查表4-9 負偏差C1=0.25mm d+C1=3.71mm 圓整后為4mm即名義厚度n=4mm復驗n6%=0.24mm 攪拌流動狀態攪拌目的攪拌容轉速*最高型式對 湍流 流循 擴環 散剪切流低粘度混合高粘度

43、液混合傳熱反響分散固溶 體解 懸浮氣體吸收結晶傳熱液相反應(m3)(r/min)度(P)渦輪式 110010300500槳式 12001030020推進式 1 100010500500折葉開啟渦輪式 1100010300500化學工程與工藝專業畢業論文. 1.25P ( D +e)根據 = 0.9 有 1.25 P ( D +e) =1.25 0.1375 MPa ( 2200 mm + 4mm 2mm )=S所以該反響釜可以用4mm的 0Cr18Nil2M-o2Ti高合金鋼板制作。水壓校驗2e0.9s=0.91.0200MPa=180MPa2e2(4mm2mm)=94.62MPa由此得T0.

44、9=180 故其強度滿足要求。1.5攪拌器的設計及選型表8攪拌器型式適用條件表. . 器器容積圍粘. 化學工程與工藝專業畢業論文. 布爾馬金式110010300500錨式110011001000螺桿式1500.5501000螺帶式1500.5501000. W 0.22( ) N= ( ) 6=0.379由于 0.3790.35,因此符合全檔板條件。 23, -46 463 5 3 5注有者為合用空白者不詳或不合用。1.5.1 攪拌器的選用及尺寸攪拌器的選型要根據攪拌目的物料粘度攪拌容器容積的大小來綜合考慮。參照上表為了實現物料的均相混合到達返混所以本設計選用六片平直葉圓盤渦輪式攪拌器。由“化

45、工原理“上冊教材中表4-1選取葉輪直徑d/Di=0.33,即d=0.73m,葉寬b=0.2m轉速取n=1.2r/s葉輪距槽底高度C為D/3=0.73m。為了消除可能的打旋現象強化傳熱和傳質安裝nb=6塊寬度W為0.1Di即0.22m的擋板。全檔板判斷如下D2.20攪拌功率的計算采用永田進治公式法計算。Re=(dn)/式中d=0.22m,n=1.2r/s,混合液平均密度=1.005g/cm=3.510Pa.s 故Re=1.831010為湍流=Np,為功率因數Np為功率數查圖Rushton算圖當Re=4.710時=Np=6.3 故攪拌功率N=Npnd=6.31.0051.20.731000=226

46、8W1.6夾套傳熱面積的計算與核算選用螺旋板夾套環隙E=100mm螺距P=50mm。1.6.1 被攪拌液體側的對流傳熱系數j. 化學工程與工藝專業畢業論文. . 4 3 0.227 0.33 0.52采用佐野雄二推薦的關聯式計算: Nuj=0.512(D/)Pr(d/Di)(b/Di)20.08 3. -4 -7 24 3 0.227 4 -21 0.227 4cp 223.9 0.00035Pr = = = 0.714 3 0.227 0.33 0.52 0.08 4 0.33 0.52 0.08 4 4 2 o0.8 0.33 0.140.8 0.33 0.14o ooo3cpPr = =

47、4.1740.000656/63.38=4.32106= 4N/(DiH),式中N=2268W,Di=2.20m,=1005kg/m,H=2.86m 故=42268/3.142.22.22.861005=0.21w/kg =/=3.510/1005=3.4810m/s (Di/)=0.212.2/42.1410=3.59100.110jDi/=0.512(D/)Pr(d/D)(b/D)=0.5123.59100.710.330.09=0.7610故j=0.110.7610/2.2=380W/(m.C) 夾套冷卻水對流傳熱系數采用下式計算De/=0.027RePrV(1+3.5(De/Dc)即=

48、0.027RePrV(1+3.5(De/Dc)/De冷卻水進入夾套溫度25C,冷卻水出夾套溫度55C則其定性溫度t=40C在此溫度下水的相關物性如下比熱容cp=4.174kJ/(kg.C) 導熱系數=63.38 密度=992.2kg/m黏度。由于反響物系放出熱量Q1=1.7310kJ/h=480.56kW攪拌功率N=2268W 故攪拌槽需移出熱Q=Q1+N=482.72kW。所以冷卻水質量流量m=Q/cp(t2-t1)= 482.72/(4.17430)=3.85kg/s。夾套中水流速u=m/(PE)=3.85/(992.20.050.1)=0.78m/sDe=4E=0.4m Dc=2.2m

49、. 化學工程與工藝專業畢業論文. . cp 4.174 0.000656Pr = = = 4.32 100.8 0.33 0.14bV = = 1.05 0.8 0.33 0Re=Deu/=0.40.78992.2/0.000656=0.471063.38De/=0.027RePrV(1+3.5(De/Dc) 當液體被加熱時=1.05 wDe/=0.027RePr(1+3.5(De/Dc)6 0.14. =0.027(0.4710)(4.3210)1.05(1+3.50.4/2.2). . 2 o2 ot1 t 2 (150 25) (150 55)tm = = = 109.53 2 =931

50、.50.0361.0071.64=55.38 =55.3863.38/0.4=8775.1W/(m.C) 所以總傳熱系數1/K=1/j+1/=1/380+1/8775.1=0.0027 K=370.4W/(m.C) 夾套傳熱面積由Q=KFtmln(t1/t2)ln(125/95)得F=Q/Ktm=482.7210/(370.4109.5)=11.9moC . 2 2需要核算一下夾套可能傳熱面積是否滿足傳熱要求。由于攪拌槽能提供的最小傳熱面積DiH=3.142.22.86=19.76m。該面積大于所需傳熱面積F=11.9m因此夾套設計符合要求。. 化學工程與工藝專業畢業論文. 圖2反響釜根本構造

51、. 1.7反響釜的主要技術特性匯總表9 反響釜的主要技術特性. 工程符號設計計算數據及選型攪拌形式六片平直葉圓盤渦輪式攪拌器葉輪直徑d1.1m葉輪寬度b0.2m攪葉輪距釜底高度c0.73m拌攪拌轉速n1.2r/s. 器槳葉數z6攪拌功率N2268W攪拌擋板數nb6附件擋板寬度w0.2m攪拌釜全容積不包括封頭局部V29.1m3液面深度h2.43m應攪拌釜實際高度H2.86m釜攪拌釜內經Di2.2m工作壓力PT0.14MPa攪拌釜厚度n5mm夾套形式螺旋板夾套螺旋板螺距P0.05m夾套環隙E0.10m夾套內冷卻水流速u1.99m夾套冷卻水每小時移出熱量Q482.72kW被攪拌液體側的對流傳熱系數j

52、380W/(m . C)2 o化學工程與工藝專業畢業論文. 反. 化學工程與工藝專業畢業論文. 夾套側冷卻水對流傳熱系數8775.1W/(m2.oC)攪拌槽總傳熱系數K370.4W/(m2.oC)所需夾套面積F11.9m2. 由于釜介質具有一定的腐蝕性, 要求對釜體及釜蓋外表進展搪鉛處理(鉛層厚68 )并襯耐酸瓷板二層。考慮到搪鉛工藝的實施和搪鉛時的鉛中毒釜體和釜蓋須采用法蘭連接。此外還考慮到釜介質的反響速度難以控制以及介質的腐蝕性設備不宜采用平安閥作超壓泄放裝置故設置了一泄放口徑為200mm的爆破片厚 3mm的鉛制平板型爆破片襯厚 2mm 的耐酸橡膠板作為設備的超壓泄放裝置。. 2、冷凝器的

53、設計與選型. 00 0 0 0對于二級酯化反響由于是可逆反響過程中有水生成從而會影響反響的進行程度。所以需要將水帶出反響釜促進反響向產物方向進展。反響液中異辛醇將作為帶水劑把水從反響釜中帶出而這樣必將浪費原料因此在反響釜上安裝一個換熱器加一個別離器用于排水和回流異辛醇。這里將以二級反響第一個釜為例進展換熱器的計算與選型。2.1選擇換熱器的類型由于反響溫度在200C以下進展兩流體溫度變為熱流體進入換熱器的溫度為190C出口溫度定為70C冷流體循環水進口溫度為25C出口溫度為60C。該換熱器用循環冷卻水冷卻冬季操作時進口溫度會降低考慮到這一因素估計該換熱器的管壁溫和殼體壁溫之差較大因此初步確定選用

54、帶膨脹節的固定管板式式換熱器。2.2傳熱面積確實定選用252.5的碳鋼管兩股流體的進出口溫度為熱流體出換熱器氣20070. 化學工程與工藝專業畢業論文. . 故傳熱推動力冷流體水6525 . . tm逆= (200 65)ln(20065)(7025)(7025)=72.4. . 修正系數R=熱流體的溫降冷流體的溫降=13035=3.7 . . P=冷流體的溫度兩流體的最初溫度=35175=0.2 . . 2初步假設采用單殼程偶數管的固定板換熱器經查表=0.880.8 所以假設可行采用單殼程偶數管的固定板換熱器tm=tm逆=0.8872.4=63.7初步估計傳熱系數K=370.4W/()則由公

55、式Q=AK Tm可得 ATm=515.18/63.7370.4=21.83m=Q/K. 表2 列管換熱器參數表. 外殼直徑D450管程數N4p公稱面積0.0083管數NT106公稱壓力MPa1.0管子排列方式正三角形管子尺寸mm252.5管中心距mm32管長m3計算換熱面積 24.1. 224計算管程、殼程的對流傳熱系數和壓降4.1管程的對流傳熱系數和壓降為了充分利用的熱量采用液體走管程、水走殼程。1管程流通面積Ai=/4diNT/Np=/40.02106/4 =0.0083. 化學工程與工藝專業畢業論文. . dui=i假設物料流速 0.5m/si混合物被冷卻所以i=30.020.51005

56、0.3510=2.87104. . i=0.023idiReiPri0.3=0.0230.110.0228700u20.8(223.90.35100.113)0.3=421W/(m2C). 管程壓降為Pi=(ld+3)fiNii2i. 2u iiP = ( + 3) f N = (0.034 + 3) 1.4 4 = 5.7 10 Pa l 3故折流擋板數為 N = 1 = 1 = 22 0.025流道面積 S = hD(1 d t) = 0.135 0.45 (1 ) = 0.0133mW 12683.12水流速 u = = = 0.27m / s 3 3 4( t d ) 4 ( 0.03

57、2 0.025 )2 4 2 4d = = = 0.0202 m d u e 0 0 3Re = = = 8.25 10 取管壁粗糙度=0.15mm/d=0.0075經查圖可得摩擦系數=0.034d20.022b殼程選用缺口高度為25的弓形擋板取折流板間距B=0.3Di,則B=135mm。B0.1350.03236000S03600992.20.0133正三角排列的當量直徑為d00.02500.000656. 化學工程與工藝專業畢業論文. . Pr0=cp=4.1740.000656=4.32105. 1殼中原油被加熱取00.55()63.38W0.14=1.05所以. 0=0.36de(Re

58、0)Pr03(W)1. =0.3663.380.020282500.550.000043231.05=6135.53W/(m2C). . D N +殼程壓降0B0.1901)2u =1.728250000.19=0.310.45(22+1)0.272992.23. P0=0de2=0.410.02022=7.610Pa. . 1傳熱系數K計算傳熱面積計=10+1i. . 1 1= +K 6135.53忽略管壁熱阻則計A計=1421K計Q515180=0.00254=393.97W/(m=2C)=20.53m2. 且K計tm393.9763.7. . AA實計=24.120.53=1.174.

59、即傳熱面積有17.4的裕度。. 2.5.殼體厚度. 化學工程與工藝專業畢業論文. t80殼體材料選用20R鋼計算壁厚的公式為S=PcDi/2-Pc式中Pc計算壓力取Pc為11.1=1.1MPa Di=450mm=0.85(局部無損檢測) =130Mpa取殼體溫度為80=4501.1/2130=3.81mm 取C2=2mm C1=0.25mm圓整后取=6mm復驗66%=0.360.25 故最終取C1=0.25mm 故=6mm 2.6換熱器封頭確實定上下封頭均采用標準橢球形封頭根據封頭為DN14005。曲面高度h1=100mm直邊高度h2=25mm材料選用20 R鋼。2.7容器法蘭的選擇材料選用1

60、6MnR鋼根據/4703-2000標準選用PN1.6MpaDN400mm的榫槽密封面長頸對焊法蘭。2.8開孔補強換熱器封頭和殼體上的接收都需要補強在開孔外面焊接上一塊與容器壁材料和厚度都一樣的即5mm厚的20R鋼板。2.9支座選用型號/4712-92 鞍座 BI 700 F。三、換熱器的主要構造尺寸和計算結果設備構造參數. 形式固定板管式公稱面積0.0083殼體徑/mm450折流擋板數22管子尺寸/mm252.5管中心距/mm32管長/m3材質碳鋼管子排列方式正三角形計算換熱面積24.1. 化學工程與工藝專業畢業論文. 物料參數. 參數管程殼程流量/kg/h31044104進/出口溫度/200