dotp課程設(shè)計

1、課程設(shè)計題 目 對苯二甲酸二辛酯工藝設(shè)計 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級 學(xué) 生 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 化學(xué)工程系課程指導(dǎo)小組 二一一年十二月二十六日學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院 專業(yè) 學(xué)生 學(xué)號 設(shè)計題目 對苯二甲酸二辛酯工藝設(shè)計 一、課程設(shè)計的內(nèi)容主要內(nèi)容為年產(chǎn)3000噸對苯二甲酸二辛酯工藝設(shè)計。通過物料衡算和能量衡算，確定關(guān)鍵設(shè)備的選型和材料，繪制出工藝流程圖、反應(yīng)釜、車間布置圖等相關(guān)圖紙，對生產(chǎn)過程中的安全技術(shù)、綜合利用提出了合理的要求，并進行經(jīng)濟核算。二、課程設(shè)計的要求1.查閱國內(nèi)外的相關(guān)文獻不得少于5篇，完成課程設(shè)計任務(wù)。2.獨立完成給定的設(shè)計任務(wù)后編寫出符合要求的課程設(shè)計說明書，要求工藝設(shè)計合理，將研

2、究、開發(fā)的技術(shù)及過程開發(fā)的成果與過程建設(shè)、經(jīng)濟核算銜接起來；繪制出必要的設(shè)計圖紙。3. 綜合應(yīng)用化學(xué)工程和相關(guān)學(xué)科的理論知識與技能，分析和解決實際問題。4. 完成課程設(shè)計的撰寫。三、文獻查詢方向及范圍1利用學(xué)校的清華同方數(shù)據(jù)庫、萬方學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫、ScienceDirect、ACS(美國化學(xué)學(xué)會)數(shù)據(jù)庫查詢卟啉在流動注射化學(xué)中的應(yīng)用等中英文文獻與碩博論文。2主要參考文獻1 孫永泰. 對苯二甲酸二辛酯（DOTP）的合成工藝及應(yīng)用M. 塑料制造, 2008年4月刊. 2 沈曉潔. 由聚酯廢料合成DOTPJ. 撫順石油學(xué)院學(xué)報, 1998年6月第2期18卷3 汪多仁. DOTP的非酸催化合成與應(yīng)

3、用J.塑料助劑, 1998年第3期.4 王良、陶紅俠， 富氧化合物SnO2-ZnO催化廢聚醋合成DOPT的研究M.吉林師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2006年5月第6期5 Kiyoko Takamura, Takatoshi Matsumoto. Characterization of a titanium(IV)-porphyrin complex as a highly sensitive and selective reagent for the determination of hydrogen peroxide: a computational chemistry approach

4、and a critical reviewJ. Anal Bioanal Chem, 2008, 391: 951-961.目 錄1 前言.1 1.1性質(zhì)及用途.1 1.2 產(chǎn)品特性.1 1.3 DOTP對苯二甲酸現(xiàn)狀.2 1.4 產(chǎn)品工藝介紹.2 1.4.1直接酯交換.2 1.4.2直接酯化.3 1.4.3影響酯化反應(yīng)的主要因素.42 工藝設(shè)計.6 2.1 工藝路線設(shè)計.6 2.2 生產(chǎn)工藝.6 工藝流程圖.6 生產(chǎn)操作.63 可行性分析10 3.1工藝可行性分析.10 3.2經(jīng)濟效益可行性分析.10結(jié)論.12參考文獻.13附錄. . . . .141 前言1.1 性質(zhì)及用途增塑劑是加入高聚

5、物( 如橡膠、塑料、涂料等) 中使加工成型時增加其可塑性能和流動性能并使成品具有柔韌性。DOTP 是一種性能優(yōu)良的增塑劑，由于結(jié)構(gòu)上的不同，DOTP 除塑化性能略低于鄰苯二甲酸二辛酯外，其它物理機械性能均優(yōu)于DOP，因此DOTP 具有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。目前，DOTP 主要用于耐溫70電纜料，也可用做普通增塑劑。上個世紀(jì)七十年代初，DOTP 首先由美國研制成功并在1976 年正式進入工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。我國的研制工作從八十年代初開始，開始時主要以酯交換合成工藝為主，由于電纜料耐溫標(biāo)準(zhǔn)由65級變?yōu)?0級國際標(biāo)準(zhǔn)的改變，以及我國高碳醇( 碳9 碳10 醇) 的生產(chǎn)基本處于空白，因此對苯二甲酸二辛酯的研制成

6、功既解決了耐溫70級電纜料的生產(chǎn)用增塑劑問題，原材料又可立足國內(nèi)，這樣DOTP 的應(yīng)用迅速推開。從1985年開始國內(nèi)著手于直接酯化工藝研究，1990 年后實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)直接酯化原材料來源廣，成本也比較低，產(chǎn)品質(zhì)量可靠，因此很有發(fā)展前途1。1.2 產(chǎn)品特性1.DOTP 電、熱性能好，在PVC塑料電用線護套中可替代DOP，也可用于人造革膜的生產(chǎn)。此外，具有優(yōu)良的相容性，也可用于丙烯腈衍生物，聚乙烯醇縮丁醛、丁腈橡膠、硝酸纖維素等的增塑。并起著提高制品硬度和變形性的作用，在丁腈橡膠、氯丁橡膠、三元乙丙橡膠等制品中可用作軟化劑。特別用在電纜料上具有較好的增塑效果和低揮發(fā)性，廣泛用于要求耐熱、高絕緣的各

7、種制品，是生產(chǎn)耐溫70電纜料及其它要求耐揮發(fā)PVC制品的理想增塑劑。 2.DOTP用于轎車內(nèi)的PVC制品，能解決玻璃車窗起霧問題。DOTP還用于高級家具和室內(nèi)裝飾的油漆、涂料及精密儀器的優(yōu)質(zhì)潤滑劑或潤滑添加劑，硝基清漆助劑，紙張軟化劑，聚酯酰胺雙向拉伸薄膜，膜塑工藝品，血漿儲存袋等。 3.由于DOTP的線型分子結(jié)構(gòu)和DOS、DOA相似，其耐寒性也較好。 4.DOTP的體積電阻率較DOP高10-20倍，而且乃遷移性優(yōu)異。 5.由于DOTP不含鄰苯二甲酸鹽，不在歐盟及其他國家限制使用的16種含鄰苯二甲酸增塑劑范圍內(nèi)，因此，是一種優(yōu)良的環(huán)保型增塑劑。1.3 DOPT原料對苯二甲酸現(xiàn)狀3DOTP 的原

8、料精對苯二甲酸（PTA）是一種重要的中間休, 主要用于PTB樹脂、纖維、薄膜、PTB瓶及生產(chǎn)絕緣漆、染料的中間體等。據(jù)統(tǒng)計, 世界PTA總生產(chǎn)能力為1200萬t/a, 到2000年生產(chǎn)能力年均增長速率為12% , 總能力將達到2100萬t/a。亞州生產(chǎn)能力增長迅速, 到2005年亞州所占比率將達到世界總量的70%。到2000年世界PTA將嚴(yán)重過剩, 從而使PTA成為低價而充裕的原料。由于PTA新裝置還在陸續(xù)建成, 到2000年亞太地區(qū)過剩量將達500萬t 。1995年P(guān)TA國內(nèi)產(chǎn)量為76萬t ,進40.1萬t。由于產(chǎn)不足需、揚子石化公司擬將45萬t/a擴至60萬t/a , 上海石化股份有限公司

9、將25萬t/a擴至50萬t/a , 天津石化公司正建25萬t/a裝置, 遼陽石化公司擬將23萬t/a擴到35萬t/a, 濟南化纖總公司將建設(shè)35萬t/a裝置, 烏魯木齊擬建25萬t/a裝置, 洛陽石化總廠將建25萬t/a裝置。此外，鎮(zhèn)海煉化股份有限公司50萬t/a, 海南35萬t/a, 汕頭25萬t/a裝置都將先后開始建設(shè)。到2000年, 國內(nèi)新增能力為250萬t/a, 總產(chǎn)能可達400萬t/a, 社會總需求量400萬t/a。 利用PTA原料易得的優(yōu)勢, 發(fā)展新增塑劑的生產(chǎn)將會恰逢其時。1.4 產(chǎn)品工藝介紹目前使用的DOTP, 一般都是以對苯二甲酸或?qū)Ρ蕉姿岫柞樵系墓に嚶肪€合成的, 這

10、種方法雖然具有產(chǎn)品純度高、后處理較簡單等優(yōu)點, 但對苯二甲酸及其酯均為緊俏化工原料, 且價格比較貴, 從而限制了DOTP的生產(chǎn)和使用。 1.4.1 直接酯交換3對苯二甲酸(TPA) 和辛醇在催化劑存在下直接酯化而成。過程如圖（1）圖（1）酯交換中和脫醇中和水洗凈化壓濾檢驗包裝即反應(yīng)物在催化劑，高溫、常壓下進行酯交換反應(yīng)，直到反應(yīng)物酸值降到0.2mgKOH/g 以下時酯交換反應(yīng)已基本完成，然后經(jīng)過后處理( 中和、脫醇等)即得成品。反應(yīng)條件反應(yīng)時間：58 小時；反應(yīng)溫度：180220；反應(yīng)壓力：常壓；供熱方式：油鍋爐供熱；投料配比：DMT： 辛醇=1：2 2.5( 重量比)；催化劑加量：0.10.

11、2%( 全部投料量的重量比)。技術(shù)指標(biāo)（如表1）表 1：色澤（碘比色）酸值（mg KOH/g）閃點（開口杯，）體積電阻（，cm）加熱減量（125，2小時）2*0.052102×10130.21.4.2 直接酯化3對苯二甲酸二甲酯酯(DMT) 或聚對苯二甲酸乙二醇酯廢料與辛醇在催化劑存在下進行酯交換反應(yīng)。過程如圖（2）圖（2）對甲苯二酸辛醇B-Ti-催化劑酯化中和脫脂中和水洗凈化壓濾檢驗包裝即反應(yīng)物在催化劑存在下高溫常壓進行反應(yīng)，直到反應(yīng)體系酸值降到0.2mgKOH/g 下，說明反應(yīng)已完成，再經(jīng)中和，脫醇一系列工序即得成品。反應(yīng)條件反應(yīng)時間：812 小時；反應(yīng)溫度：180230；反應(yīng)壓

12、力：常壓；催化劑用量：總物料量的0.10.2%反應(yīng)物配比：對苯二甲酸：辛醇=1：22.5( 重量比)。產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)（如表2）主要原材料消耗苯二甲酸450kg/T； 辛醇685kg/T。表2色澤（碘比色）酸值（mg KOH/g）閃點（開口杯，）體積電阻（，cm）加熱減量（125，2小時）2*0.052102×10130.21.4.3 影響酯化反應(yīng)的主要因素酯交換反應(yīng)為一均液相（升溫DMT 即熔化），反應(yīng)主要受溫度、催化劑加量、原料配比等因素影響，此反應(yīng)屬常見類型， 不累述【1】。直接酯化由于反應(yīng)原料對苯二甲酸特殊的物理、化學(xué)性質(zhì)，高溫時易升華，熔點為425且不溶于醇及酯化物中，反應(yīng)過程

13、中有相變化，其反應(yīng)的動力學(xué)特征也不同于一般均液相反應(yīng)。對苯二甲酸酯化反應(yīng)對苯二甲酸在催化劑存在下加熱進行酯化反應(yīng)分兩步進行。第一步，對苯二甲酸與辛醇反應(yīng)生成單酯；第二步，單酯與辛醇反應(yīng)（即DOTP）。反應(yīng)式如下： 反應(yīng)生成的水和過量的辛醇形成共沸物，蒸出后，經(jīng)冷凝醇水分離，醇回流入反應(yīng)系統(tǒng)繼續(xù)參與反應(yīng)。反應(yīng)初期主要是固狀的對苯二甲酸與液狀的辛醇生成單酯的反應(yīng)，在攪拌情況下，反應(yīng)混合物呈固液懸浮狀態(tài)，屬非均相反應(yīng)。而反應(yīng)第一步是決定反應(yīng)速度的步驟，由于生成的單酯可溶于辛醇中呈均相反應(yīng)，故非均相反應(yīng)速度應(yīng)與相界面的大小及相間擴散速度有關(guān)。相界消失，體系中所進行的反應(yīng)，又以雙酯化均相反應(yīng)為主，雙酯化

14、的反應(yīng)速度與反應(yīng)物濃度、反應(yīng)溫度、催化劑等有關(guān)即為動力學(xué)控制過程，因此在對苯二甲酸酯化的小試結(jié)果進行工業(yè)生產(chǎn)放大時，應(yīng)充分考慮到兩者的差異。反應(yīng)條件【3】催化劑：在對苯二甲酸酯化過程中催化劑的加量、“選擇、物理狀態(tài)都會對反應(yīng)產(chǎn)生影響。我廠選擇液體催化劑B-Ti；該催化劑屬非酸性催化劑，加量為總物料量的0.1%0.2%。反應(yīng)溫度和壓力：由于該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度會直接影響反應(yīng)速度，另外反應(yīng)溫度對轉(zhuǎn)化率和酯液質(zhì)量也會產(chǎn)生影響。由于所用原料辛醇的沸點為184，因此加壓可以做為提高反應(yīng)速度的一種手段。壓力增大，辛醇沸點升高，整個體系溫度也升高，進而可提高反應(yīng)速度。醇酸投料配比：辛醇過量會使反應(yīng)速度

15、加快，也利于辛醇從體系中抽出。另外，辛醇如果過量太多會增加回收辛醇的量，使辛醇消耗提高，影響粗酯液的后處理。一般采用的比例為，酸: 醇=1:22.5。直接酯化法有其廣闊的發(fā)展前途，國內(nèi)眾多廠家使用效果良好。2 工藝設(shè)計2.1 工藝路線設(shè)計32.2 生產(chǎn)工藝 工藝流程圖【5】5%對苯二甲酸辛醇酯化中和脫醇廢水回收成品DBP壓濾炭渣回收 減壓回收醇硫酸活性炭 .生產(chǎn)操作： 1.酯化工序：本工藝系間歇法生產(chǎn)，反應(yīng)在有夾套蒸汽和內(nèi)裝盤管蒸汽雙層加熱的不銹鋼反應(yīng)釜中，在攪拌下進行酯化反應(yīng)的。 投料如表（3）表（3）實際投料量試產(chǎn)時投料量最高投料量投回收醇的投料量對苯二甲酸550kg-650kg700kg

16、650kg辛醇825kg-975kg1050kg650kg硫酸4kg-4.5kg5.3kg5.3kg活性炭4kg 4kg 5kg5kg回收醇410kg（按80%折算） 操作方法：（1）投料前先檢查酯化系統(tǒng)所有管道的閥門是否關(guān)好完善，并記錄其完好程度（2）所有原料輔料，憑化驗單進行外觀檢查，合格后按投料比備料，經(jīng)班長或第二者核對無誤后方可投料，空的包裝容器一定要抖凈。（3）辛醇放入1/3 后再投對苯二甲酸，并一并投入，投完后略加攪拌，在剛停攪拌釜內(nèi)還帶有波浪 時趁此將事先準(zhǔn)備好的硫酸及辛醇混合好的活性炭一一倒入投料釜，全部投完后密封釜蓋加熱進行攪拌，待液溫達60時開啟冷凝器冷卻水。切記勿忘打開受

17、水罐放空閥門。（4）待液溫達70并控制氣壓使其緩緩加熱防止沖料帶走辛醇以達到正?；亓?，進入正常操作階段。（5）回流初期觀察U形管視鏡入塔流量及排水視鏡水的分層排水大小情況并及時將水排至低沸罐內(nèi)，這時液溫也應(yīng)逐步上升，氣壓由小逐步加大，不得猛開以防沖料。（6）正?；亓骱竺堪胄r記錄一次溫度，并勤開攪拌以防結(jié)底，勤排廢氣，反應(yīng)兩小時后液溫應(yīng)在130左右，2.5小時取樣測酸，以后每半小時測酸一次（在測酸前10分鐘開啟攪拌，取樣后即停）。（7）酯化酸值降至2mgKOH/g以下，無排水現(xiàn)象，如酸值下降慢，甚至不下降，可視為反應(yīng)終止，關(guān)閉加熱閥，排除余氣，進冷卻水冷鍋，液溫降至100以后在攪拌下拉入中和釜

18、，直至酯化物料真正完全拉完，關(guān)冷卻水。做出詳細(xì)酯化記錄一并交中和工序，方為完成酯化工作，準(zhǔn)備進行下一釜投料。酯化操作條件：（1）蒸汽壓力： 夾套、盤管均為6kg/cm2（2）酯化終點液溫：140左右（3）酯化總時間：4.5-5小時4）控制要點：酸值低于2.0mgKOH/g以下，閃點大于160，色澤25APH左右。2.中和工序：中和的目的主要是將未反應(yīng)完的對苯二甲酸所生成的苯甲酸和催化劑硫酸除去而能得到合格的粗酯。操作要點：（1）中和溫度：a.中和釜內(nèi)粗酯溫度70-80度（冬季可達85左右）b.堿液溫度50-60（2）堿液濃度5%左右：根據(jù)酯化投料總量與結(jié)束時酸值確定加堿量和加水量，結(jié)束酸值高加

19、堿就需要多，堿多加水也得多，方能配成堿濃度5%左右。（3）加堿攪拌時間40分鐘，時間長易水解皂化，時間短中和效果差。（4）靜置時間一小時，否則分層效果不好（靜置維持65）。中和控制重點：（1）中和酸度的終點：0.03mgKOH/g-0.05mgKOH/g以下（2）中和后酯層中的堿水必須分凈。3.脫醇工序：由于酯化是采取醇過量反應(yīng)，所以不應(yīng)該將這部分過量的醇代入成品，影響質(zhì)量，因此按共沸點的原理以沖醇的辦法把過量的醇拿出來，以便保證產(chǎn)品質(zhì)量。操作條件：（1）.真空度：700mmHg以上。（2）.夾套蒸汽壓力：4-6Kg/cm2 。（3）.液相溫度：135左右，最高不超140，最好在137。（4）

20、.脫醇時間：2小時左右，其中沖直接蒸汽0.5小時左右?？刂埔c：（1）.粗酯酸值：0.1mgKOH/g以下。（2）.粗酯閃點：160以上。（3）.粗酯色澤：25APHA以下（回收醇投料可高一點）。 操作方法：（1）.脫醇釜進料前先檢查本崗位所有管道閥門的關(guān)閘情況，打開冷凝器的冷卻水后再開。真空泵將中和合格的粗酯拉人脫醇釜。（2）.料進完后即開蒸汽加熱閥，并開啟攪拌抽入事先計算好的活性炭。（3）.加熱至液溫120而氣相停止不升，脫醇視鏡內(nèi)流量小，可開啟直接蒸汽進行沖醇，沖醇前先將視鏡內(nèi)余水排凈，要小心沖汽不得一次開大，要經(jīng)常觀察流量，保持穩(wěn)定，不得沖的過大將酯帶出，液溫不得超過137，真空度保持

21、在680mmHg，并應(yīng)逐漸上升，沖20分鐘后應(yīng)時刻注意觀察視鏡醇層增減情況，直至多次觀察無醇層增加方可結(jié)束沖醇，關(guān)閉沖醇閥，再加熱5分鐘后氣相溫度下降液溫不超過140,加熱閥，打開排氣閥并進冷卻水冷鍋，取樣測酸值與閃點。（4）.每批脫醇時間應(yīng)在2.5小時左右，結(jié)束酸值小于0.1mgKOH/g，閃點大于160（5）.冷鍋時應(yīng)進行攪拌，冷卻液溫80-90，進行壓濾。4.壓濾工序 壓濾是整個生產(chǎn)最后一道工序，也是前幾道工序勞動結(jié)晶的結(jié)果，所以本工序特別重要，必須認(rèn)真操作不得馬虎，一二級品分級存放不可混裝。操作條件：壓濾溫度80-90，不超過90，壓濾壓力3Kg/cm2以下。操作方法：（1）壓濾前做好

22、一切準(zhǔn)備工作，濾機必須完好，濾紙濾布應(yīng)裝好、裝正、孔眼不偏不斜，壓濾機絲桿頂緊、不松不漏。（2）濾前對壓濾粗酯先進行壓濾循環(huán)，直至玻璃視鏡內(nèi)物料呈澄明，無活性炭、雜物、沒有乳白渾濁現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)不正常應(yīng)及時處理。（3）成品壓入的桶或罐內(nèi)外均應(yīng)確保清潔，計重量應(yīng)準(zhǔn)確無誤達1000±1范圍內(nèi)，批號、班組、標(biāo)記清楚，便于備查。（4）使用成品罐時先檢查所有管道閥門，并調(diào)整好進入閥門，再把澄明合格的成品經(jīng)過緩存罐后待化驗分析合格后再進入成品大罐內(nèi)以防整個成品大罐內(nèi)的成品不合格造成大損失。5.廢水中回收辛醇工序:回收原理：辛醇在水中溶解度為8%左右，在廢堿液中占4%左右，利用辛醇與水能形成共沸點93

23、，在共沸物組成辛醇占57.5%，水占42.5%下，所以將廢水加熱不斷維持共沸狀態(tài)，使辛醇水蒸氣經(jīng)冷凝后分層，上層辛醇不斷分離出系統(tǒng)外，而下層水不斷回流塔內(nèi)繼續(xù)蒸餾直到無辛醇餾出為止。操作方法：將每釜反應(yīng)水和脫醇水（廢堿水另回收）合并放入回收釜內(nèi)（一次吸入不超800Kg）開蒸汽加熱，先讓回流半小時，使餾出醇達到清晰澄明，醇香無臭時待氣相溫度穩(wěn)定在93（即辛醇水共沸點）開始收集回收辛醇層于儲罐內(nèi)，而水層仍回入塔內(nèi)，直到氣相溫度升到98-100，同時辛醇層不再分出為止，即停止加熱。冷鍋排放釜內(nèi)廢水時，要注意搜集留在水中殘余少量的二丁酯，真正廢水排到陰溝里。操作要點：蒸汽壓力：3-4Kg/cm2。收集

24、餾出辛醇時的氣相溫度：93-98?；厥湛倳r間：每釜2-3小時?；厥招链嫉牧蛩釋嶒灒?00APHA以下。低沸點（氣相92以前）含大量深色物質(zhì)應(yīng)該切割干凈。6.中間層的回收處理：酯中和后凡在分水時發(fā)現(xiàn)有酯水相混而難以分層的稱中間層，中間層含有水，單酯鈉鹽和酯，不得直接排入溝內(nèi)，應(yīng)予以單獨收集，定期集中處理：處理前將中間層吸入中和釜內(nèi)，靜置過夜，分去下層水液，取樣測定酸值是否達到0.05mgKOH/g以下，如酸值偏高應(yīng)予加純堿，鹽混合液中和之，并按中和操作要求予以操作處理，分去水層后進行脫醇、壓濾，即酯成品。真空緩沖罐內(nèi)回收物，應(yīng)集中存放做單獨回收處理備用。7.活性炭中殘留酯的回收:從板框壓濾機框板

25、內(nèi)換出的炭渣中仍含有較高的酯，如不加以回收將增大酯的損耗，使原料單耗增高，因此將含酯炭渣投入不銹鋼離心機內(nèi)的濾布內(nèi)（一次投入炭渣不超過20kg）進行離心甩干、回收，每次操作約2小時左右，回收所得殘酯交中和崗位處理。3可行性分析3.1工藝可行性分析原材料來源較廣, 較易制的, 價格便宜, 設(shè)備較少, 操作簡單方便, 收率在百分之七十五左右, 產(chǎn)品質(zhì)量好, 對環(huán)境影響較低.23.2經(jīng)濟可行性分析以年產(chǎn)3000噸為例進行投入及成本估算、經(jīng)濟可行性分析，如下：表（4）原料及生產(chǎn)成本估算序號項目單耗（t/t）單價（元/噸）單位成本（元/噸）1辛醇1.0439043902對苯二甲酸0.51500075003蒸汽8.015012004催化劑0.004800003205電KW.H8000.453606水102207循環(huán)水3000.51508工資福利3209折舊92010維修45011財務(wù)費用65012管理費20013銷售費50015合計19510表（5）項目投資額（萬元）設(shè)備100工藝管線及安裝20技術(shù)服務(wù)費8電器儀表24土建