磺化油(DAH)工藝設計書-天津理工大學

1、制藥工程專業(yè)設計說明書磺化油的工藝設計姓名 XXX 專業(yè)班級 11級制藥2班 學號 2011XXXX 設計開始日期 2014.12.29 完成日期 2015.01.08 指導教師 成績 天津理工大學化學化工學院制藥工程專業(yè)設計評分表學生姓名： XXX 班級： 11級制藥2班 學號：2011XXXX設計題目年產(chǎn)5000噸磺化油工藝設計成績評 價 內(nèi) 容優(yōu)良中及格不及格1設計說明書質(zhì)量2圖紙質(zhì)量3設計進度情況4紀律、出勤、回答問題等綜合表現(xiàn)教 師 綜 合 評 價 教師簽字： 日期：目錄第一章. 任務11.1設計項目名稱11.2生產(chǎn)方法11.3生產(chǎn)能力11.4原料組成11.5產(chǎn)品磺化油1第二章. 生

2、產(chǎn)方法22.1磺化油簡介22.1.1酯交換反應22.1.2磺化反應22.1.3中和反應22.1.4主要反應式32.2選定計算基準42.3 生產(chǎn)路線 4第三章. 物料衡算53.1初步計算產(chǎn)量53.2 酯交換反應計算53.3 磺化反應計算53.4 中和反應計算63.5物料衡算6第四章. 繪制物料平衡圖7第五章. 能量衡算85.1 化工設計工作中，通過熱量衡算可以得到的設計參數(shù)85.2 本工序中涉及能量衡算8第六章. 繪制物料衡算圖10第七章. 根據(jù)物料衡算、能量衡算、工藝流程草圖進行設備計算117.1 酯交換設備的計算117.2磺化過程設備計算117.3水洗設備計算117.4中和反應設備的計算11

3、7.5管徑的計算和選取127.5.1酯交換反應設備管徑的計算127.5.2 分層設備管徑的計算137.5.3 磺化反應設備管徑的計算137.5.3 磺化反應設備管徑的計算137.5.4 中和反應設備管徑的計算14第八章 核算158.1酯交換過程的核算158.2磺化反應過程的核算158.3水洗中和過程的核算16第九章參考文獻17附圖工藝流程圖18物料衡算圖19第一章 任務書1.1設計項目名稱：磺化油DAH合成工藝。1.2生產(chǎn)方法：蓖麻油與丁醇進行酯交換，生成蓖麻油丁酯和甘油，分出甘油后，將蓖麻油丁酯磺化，再用二乙醇胺中和得到磺化油（DAH）。1.3生產(chǎn)條件：1、酯交換反應：在搪玻璃酯交換釜中加入

4、蓖麻油、丁醇和濃硫酸，攪拌、加熱升溫至90，保溫8h，靜置12h，分出下層甘油。2、磺化反應：在磺化搪玻璃反應釜中加入蓖麻油酸丁酯，攪拌冷卻至0-5，加入98%濃硫酸，加完后攪拌1h。3、中和反應：壓入磺化物，在中和釜中加入（5mol水/3mol磺化物）攪拌，溫度控制在45以下，攪拌15-20min，靜置過夜分出下層廢酸。攪拌加入三乙醇胺，中和到pH7-7.5，中和時溫度不超過45，得到產(chǎn)品。1.4生產(chǎn)能力：5000t/年DAH(300天/年，24小時/日)，設計裕量10%，總損失10%，（分甘油5%，分廢酸5%），酯交換收率70%，磺化收率75%，中和收率80%。1.5原料組成：蓖麻油與丁醇

5、1:3，硫酸、堿等。1.6產(chǎn)品磺化油（DAH），本設計關于其他項目如：設計依據(jù)，廠址選址，主要技術經(jīng)濟指標，原料的供應，水、電、汽的主要來源，建廠期限，設計單位，設計進度及設計階段的規(guī)定等內(nèi)容從略。第二章 生產(chǎn)方法2.1磺化油（DAH）簡介：【中文名稱】磺化油【英文名稱】sulfonated oil;sulfate oil【性狀】微黃色至深棕色液體?！救芙馇闆r】溶于水和乙醇，遇酸分解?！居猛尽筷庪x子型表面活性劑的一類。具有潤濕、乳化、分散、潤滑等作用。廣泛用于紡織、制革、造紙、金屬加工等工業(yè)，也用作農(nóng)藥乳化劑?！局苽浠騺碓础坑杀吐橛突蚱渌参镉突蚰承~油與硫酸作用，經(jīng)中和而制得?！拘再|(zhì)】陰離子

6、型表面活性劑的一類。實際上是硫酸化油（含有一OSO3Na基）。由蓖麻油或其他植物或某些魚油與硫酸作用，再經(jīng)中和而制得。由蓖麻油制得的常稱太古油或土耳其紅油。【涉及領域】合成柴油。柴油是從石油中提煉而成，因柴油含臘較多，所以燃燒后產(chǎn)生的黑煙較大，污染比較嚴重。本工藝生產(chǎn)的目的是提供一種污染比較輕的磺化油合成柴油。本工藝生產(chǎn)的特征是：磺化油合成柴油由磺化油、煤油和氫氧化鈉組成，其組份按重量百分比為：磺化油70%-80%，煤油19.9%-29.9%，氫氧化鈉0.1%-0.2%。本工藝生產(chǎn)由磺化油、煤油和氫氧化鈉組成，由于磺化油的粘度比較高，所以利用煤油加以稀釋，又由于磺化油和煤油具有酸性，所以采用氫

7、氧化鈉增加堿性，以達到中性，由于本工藝生產(chǎn)不含臘的成份，所以其燃燒后產(chǎn)生的黑煙較少，污染比較輕。實施例一：磺化油合成柴油由磺化油、煤油和氫氧化鈉組成，其組份按重量百分比為：磺化油70%，煤油29.8%，氫氧化鈉0.2%。實施例二：磺化油合成柴油由磺化油、煤油和氫氧化鈉組成，其組份按重量百分比為：磺化油75%，煤油24.9%，氫氧化鈉0.1%。實施例三：磺化油合成柴油由磺化油、煤油和氫氧化鈉組成，其組份按重量百分比為：磺化油80%，煤油19.9%，氫氧化鈉0.1%?；腔褪俏ⅫS色至深棕色液體，溶于水和乙醇，遇酸分解，是石油化學工業(yè)的重要產(chǎn)品，是陰離子型表面活性劑的一類，具有潤滑、乳化、分散、潤濕

8、的作用，廣泛用于紡織、制革、造紙、金屬加工等工業(yè)，也可作農(nóng)藥乳化劑。工藝簡述如下：2.1.1酯交換反應：在搪玻璃酯交換釜中加入蓖麻油、丁醇和濃硫酸，攪拌、加熱升溫至90，保溫8h，靜置12h，分出下層甘油。2.1.2磺化反應：在磺化搪玻璃反應釜中加入蓖麻油酸丁酯，攪拌冷卻至0-5，加入98%濃硫酸，加完后攪拌1h。2.1.3中和反應：壓入磺化物，在中和釜中加入（5mol水/3mol磺化物）攪拌，溫度控制在45一下，攪拌15-20min，靜置過夜分出下層廢酸。攪拌加入三乙醇胺，中和到pH7-7.5，中和時溫度不超過45，得到產(chǎn)品。2.1.4主要反應式：1、酯交換： 蓖麻油 丁醇 蓖麻油酸丁酯 甘

9、油2、磺化： 蓖麻油酸丁酯 硫酸 磺化蓖麻油酸丁酯 水3、中和：磺化蓖麻油酸丁酯 三乙醇胺磺化油(DAH)2.2選定計算基準：本方案采用間歇式操作，間歇式操作以一批進料量為基準進行計算。（kg/批，kmol/批）2.3根據(jù)上述生產(chǎn)方法確定生產(chǎn)路線，見工藝流程圖（2-1）. 工藝流程圖（2-1）第三章. 物料衡算3.1初步計算產(chǎn)量：裝置生產(chǎn)能力為：因為設計裕量10%，總損失10%，酯交換收率70%，磺化收率75%，中和收率80%。故所需加入的蓖麻油為： 校正，當時：產(chǎn)物的產(chǎn)量 所以當進料為時，符合設計標準。3.2 酯交換反應計算：酯交換：根據(jù)酯交換反應方程式：的蓖麻油需要的丁醇與之反應，生成的蓖

10、麻油酸丁酯和甘油，故需要加入丁醇的量為因為酯交換收率為，所以產(chǎn)物蓖麻油酸丁酯的量為甘油的量為分甘油時蓖麻油酸丁酯損失，則，進行磺化反應的蓖麻油酸丁酯的量為3.3 磺化反應計算：磺化反應：根據(jù)磺化反應方程式:的蓖麻油酸丁酯需要的硫酸與之反應，生成的磺化蓖麻油酸丁酯的水，故需要加入硫酸的量為因為磺化反應的收率為，所以產(chǎn)物磺化蓖麻油酸丁酯的量為水的量為分廢酸時磺化蓖麻油酸丁酯損失，則，進行中和反應的磺化蓖麻油酸丁酯的量為3.4 中和反應計算：中和反應：根據(jù)中和反應方程式:的磺化蓖麻油酸丁酯需要的三乙醇胺與之反應，生成的磺化油DAH，故需要加入三乙醇胺的量為因為中和反應的收率為，所以產(chǎn)物磺化油DAH的

11、量為3.5物料衡算1、酯交換：由方程式： 蓖麻油-丁醇-蓖麻油酸丁酯-甘油 Mol比： 1 3 3 1Fw: 943.4303 74.1216 354.5671 92.0938M: 1.1894kmol/h 3.5682kmol/h 3.5682kmol/h 1.1894kmol/hm ：1122.1160kg/h 264.4807kg/h 1265.1663kg/h 109.5364kg/h又因收率為70%且分甘油損失為5%,則蓖麻油丁酯的產(chǎn)量為2.3731kmol/h*354.5671=841.4231kg/h2、磺化反應：由方程式：蓖麻油酸丁酯-硫酸-磺化蓖麻油酸丁酯-水Mol比： 1

12、1 1 1FW: 354.5671 98.0785 434.6303 18.02M: 2.3731kmol/h 2.3731kmol/h 2.3731kmol/h 2.3731kmol/h M: 841.4231kg/h 232.7500kg/h 1031.4211kg/h 42.7633kg/h又因收率為75%且分廢酸損失為5%,則磺化蓖麻油丁酯的產(chǎn)量為：1.6908kmol/h*434.6303=734.8729kg/h3、中和反應：由方程式：磺化蓖麻油酸丁酯-三乙醇胺-磺化油Mol比： 1 1 1FW : 434.6303 (kg/kmol) 149.1882 583.8185 m ：

13、1.6909kmol/h 1.6909kmol/h 1.6909kmol/h m: 734.9164kmol/h 252.2474kmol/h 987.1203kg/h又因收率為80%則磺化油的產(chǎn)量為：1.353kmol/h*583.8185=789.9064kg/h第四章 繪制物料平衡圖 見圖（附錄圖4-1）第五章 能量衡算全面的能量衡算應該包括熱能、動能、電能、化學能和輻射能等。但在許多工程操作中，經(jīng)常涉及的能量是熱能，所以化工設計中的能量衡算就是熱量衡算。5.1化工設計工作中，通過熱量衡算可以得到的設計參數(shù)包括：（1）換熱設備的熱負荷 換熱設備包括熱交換器、加熱器、冷卻器、汽化器等。（2

14、）反應器的換熱量：包括間歇釜式反應器、連續(xù)釜式反應器等。（3）吸收塔冷卻裝置的熱負荷（4）冷激式多段傳熱固定床反應器的冷激劑用量。（5）加熱蒸汽、冷卻水、冷凍鹽水的用量。（6）有機高溫熱載體和熔鹽的循環(huán)量。（7）冷凍系統(tǒng)的制冷量和冷凍劑的循環(huán)量。（8）換熱器冷、熱支路的物流比例。（9）設備進、出口的各股物料中某股物料的溫度。本方案中熱量衡算要求較少，只需進行計算得反應器的換熱量以選取合適的換熱器規(guī)格。5.2本工序中涉及能量衡算:主要是酯交換反應的搪玻璃反應釜，故主要針對酯交換工段，進行熱量衡算，按工段要求將蓖麻油與丁醇加熱至90，選取蓖麻油和丁醇的起始溫度為25。由內(nèi)差法求出蓖麻油在25時的比

15、熱容：解得：同理求出在90時蓖麻油的比熱為：解得:C隨著t的變化而變化，若物質(zhì)在t1-t2 范圍內(nèi)C-t關系為一直線，可知此溫度范圍內(nèi)的平均定壓比熱容為（t1+t2）/2時物質(zhì)的熱容，也等于t1和t2溫度下物質(zhì)的比熱C1與C2的算數(shù)平均值，一般來說，物質(zhì)的C-t關系不是一直線，但是它的曲率并不大，只要在計算時溫度變化范圍不大，可按直線計算。但是我方案中采用取C1與C2的對數(shù)平均值作為整個加熱過程的比熱，這樣更準確一些。 C= （C2C1）/ln(C2 -C 1) (5-1)則： 查化工工藝設計手冊知：丁醇的比熱為0.65 kcal/（kg. oC）,由酯交換反應機理知丁醇與蓖麻油的摩爾比為3:

16、1，則其各占的質(zhì)量分數(shù)為：蓖麻油 %=所以:丁醇 %=0.1908由： Q吸=mCt (5-2)所以：Q吸 =（0.8092*0.46+0.1908*0.65）*（1122.1160+264.4807）*（90-25） =44726.590kcal/h則：Q吸總= Q吸*22h=44726.590*22=983984.98 kcal/h將本傳熱過程按對流傳熱考慮： t 25 oC 90 oCT 100oC 100 oC由tm=(T2t 1)- (T1-t2) / ln (T2t 1)/(T1-t2) （5-3）則：查化工手冊知搪玻璃反應器的總傳熱系數(shù)為：加熱過程為T=1h由：Q=KStm T

17、（5-4）所以：S=Q/Ktm T=983984.98/(320*32.2596*1)=95.3190m2第六章 繪制物料衡算圖 見圖（附錄圖6-1）第七章 設備計算根據(jù)物料衡算、能量衡算、工藝流程草圖進行設備計算（設備容積、換熱面積、形式），根據(jù)生產(chǎn)能力及原料、產(chǎn)品物性，選則裝量系數(shù)=0.6-0.87.1 酯交換設備的計算：根據(jù)其生產(chǎn)量、預處理時間為2h，生產(chǎn)過程中所用的時間，知整個酯交換反應時間為22h，故物料加入體積V1物料=22*1122.1160/950+22*264.4807/809=33.17815m3選取裝料系數(shù)1=0.75 根據(jù)=V1物料/V1公稱（7-1）V1公稱=33.1

18、7815/0.8=44.2383m3查化工工藝設計手冊選搪玻璃反應罐選取搪玻璃K型反應罐(HG5-Z51-79),其公稱容積為5000L的9個7.2磺化過程設備計算：根據(jù)其生產(chǎn)量、預處理時間為2h，生產(chǎn)過程中所用的時間，知整個磺化過程所需時間為3h，故物料加入體積V2物料=3*129.2752/960+3*35.7594/1834=0.6520 m3選取裝置系數(shù)2=0.75，則V2公稱=0.6520/0.75=0.8693m3查化工工藝設計手冊選搪玻璃反應罐選取搪玻璃K型反應罐(HG5-Z51-79),其公稱容積為1000L的1個7.3水洗設備計算：根據(jù)其生產(chǎn)量、預處理時間為2h，生產(chǎn)過程中所

19、用的時間，知整個水洗過程所用時間為14h，故物料加入的體積按裝置系數(shù)3=0.8，則V3公稱=12/0.8=15m3查化工工藝設計手冊選搪玻璃反應罐選取搪玻璃K型反應罐(HG5-Z51-79),其公稱容積為5000L的三個。7.4中和反應設備的計算：根據(jù)其生產(chǎn)量、預處理時間為2h，生產(chǎn)過程中所用的時間，知整個水洗過程所用時間為2h，故物料加入的體積選擇裝填系數(shù)4=0.75 則V4物料 =1.97994 / 0.7=2.84957選取搪玻璃K型反應罐(HG5-Z51-79),其公稱容積為3000L的一個。7.5管徑的計算和選?。?.5.1酯交換反應設備管徑的計算：1、蓖麻油貯料罐管徑：油及粘度大的

20、液體 流速u=0.52 m/s 選取u=0.5 m/s由于 管徑d= =0.0229m=22.9mm 故選取 32×2mm的熱軋無縫鋼管2、丁醇貯料罐管徑：取u=0.5m/s d= =1.52mm故選取 32×2mm的熱軋無縫鋼管3、硫酸貯料罐管徑取u=0.5 m/s d= =1.00mm故選取 32×2mm的熱軋無縫鋼管7.5.2 分層設備管徑的計算：1、蓖麻油酸丁酯貯料罐管徑油及粘度大的液體 流速u=0.52 m/s 選取u=0.5 m/s由于 管徑d= =24.90mm故選取 32×2mm的熱軋無縫鋼管2、甘油貯料罐管徑取u=0.5 m/s d=

21、=7.844mm故選取 32×2mm的熱軋無縫鋼管7.5.3 磺化反應設備管徑的計算：1、分層損失5后的蓖麻油酸丁酯貯料罐管徑選取u=0.5 m/s由于管徑 d= =24.9mm 故選取 32×2mm的熱軋無縫鋼管2、洗滌過程中磺化蓖麻油酸丁酯和水的貯料罐管徑選取u=0.5 m/s由于管徑 d= =24.09mm 故選取 32×2mm的熱軋無縫鋼管7.5.4 中和反應設備管徑的計算：1、洗滌損失5后參加中和反應的磺化蓖麻油酸丁酯貯料罐管徑 選取 u=0.5 m/s由于管徑 d= =23.28mm 故選取 32×2mm的熱軋無縫鋼管2、三乙醇胺貯料罐管徑取

22、 u=1 m/s d= =1.00mm故選取 32×2mm的熱軋無縫鋼管第八章 核算8.1酯交換過程的核算：根據(jù)設備結果復核物料衡算、能量衡算和物料平衡圖，由設備計算結果知：在酯交換過程中選擇K型搪玻璃反應釜5000L的9個，裝量系數(shù)為0.8，則 V=45m3*0.75=33.75 m3 由反應原理知反應罐中蓖麻油與丁醇的摩爾比為1:3，則其體積比為：由 V蓖麻油+V丁醇=33.75m3 （8-2）V蓖麻油/V丁醇=3.5745 （8-3）所以得：V蓖麻油=26.37 m3 ，V丁醇=7.38 m3故：蓖麻油在一個生產(chǎn)周期22h內(nèi)單位時間的質(zhì)量流量為：26.37*950/22=113

23、8.797kg/h丁醇在一個生產(chǎn)周期22h內(nèi)單位時間的質(zhì)量流量為7.38*809/22=271.3039kg/h由反應式知： 蓖麻油 蓖麻油酸丁酯 943.4303 3*354.5671 1138.797 W1即得： W1=1283.974kg/h由于酯交換的收率為70%，故實際產(chǎn)量為W=182.6143×0.7=898.7817kg/h8.2磺化反應過程的核算：磺化時所用的反應罐為：5000L的一個，裝量系數(shù)為0.65，則磺化時的加料總體積V2物料=5000*y2=3250L=3.25m3 同上理由反應原理知反應罐中蓖麻油酸丁酯與硫酸的摩爾比為1:1，則其體積比為： 由 V蓖麻油酸丁酯+V硫酸=3.25m3 V蓖麻油酸丁酯/V硫酸=6.9064 所以得V蓖麻油酸丁酯=2.84 m3 故：蓖麻油酸丁酯在一個生產(chǎn)周期3h內(nèi)單位時間的質(zhì)量流量為：2.84*960/3=908.461kg/h由反應式知： 蓖麻油酸丁酯 磺化蓖麻油酸丁酯 354.5671 434.6203 908.461 W2即得： W2=1113.571kg/h由于磺化交換的收率為75%，故實際產(chǎn)量為W2=1113.571×0.75=835.1781kg/h8.3中