年生產(chǎn)10萬噸鄰苯二甲酸二辛酯工藝設(shè)計

摘要鄰苯二甲酸二辛酯，簡稱DOP,俗稱二辛酯。分子式：C24H38O4是重要的通用型增塑劑，是目前國內(nèi)外用量最大的增塑劑之一，廣泛用于橡膠、塑料行業(yè)的DOP用量，幾乎占了DOP用量的七成以上。經(jīng)過分析比較各種生產(chǎn)原料、合成工藝后，本設(shè)計工藝流程是采用串聯(lián)多釜反應器連續(xù)酯化技術(shù)，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(chǎn)8萬噸鄰苯二甲酸二辛酯，以滿足國內(nèi)需求。原則，在比較國內(nèi)外各種先進生產(chǎn)方法、工藝流程和設(shè)備配置基礎(chǔ)上，選用是從苯酐和異辛醇出發(fā)經(jīng)過酯化反應、脫醇、精制得到產(chǎn)品的工藝路線生產(chǎn)鄰苯設(shè)計包括生產(chǎn)工藝設(shè)計論證、工藝計算及設(shè)備設(shè)計選型，附有帶控制點的工藝流程圖，主要生產(chǎn)設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸圖，生產(chǎn)車間的設(shè)備配置圖。最后部分考慮1總論2生產(chǎn)原料、設(shè)備選用和工藝條件2.2項目原料2.2工藝條件2.2工藝反應設(shè)備3工藝反映原理和注意事項3.2反應注意事項4工藝流程4.2脫醇過程4.4汽提過程4.5過濾過程5物料衡算5.2一級酯化物料計算6自動控制6.2檢測和控制6.4儀表防護7分析化驗7.3含量7.4酸度8三廢處理、安全衛(wèi)生防護8.2安全衛(wèi)生防護結(jié)束語1鄰苯二甲酸二辛酯簡介鄰苯二甲酸二辛酯(簡寫為DOP,俗稱二辛酯)具有以下特征：無色粘性液體，微有氣味，能溶于?？顚Ｓ弥緹N和芳香烴，微溶于甘油，不溶于水，密度是0.981g/ml,熔點是-50℃,沸點是384℃,折射率n20/D是1.485-1.487,閃鄰苯二甲酸二辛酯是通用型增塑劑，主要用于聚氯乙烯酯的加工，還可用于化地樹酯、醋酸樹酯、ABS樹酯及橡膠等高聚PVC人造革和PVC電線電纜，這些行業(yè)的DOP用量，幾乎占了DOP用量的工業(yè)上為最廣泛使用的增塑劑，除了乙酸纖維素、聚乙酸乙烯外，與絕大多混合性能好，增塑效率高，揮發(fā)性較低，低溫柔軟性較好通用級DOP:廣泛用于塑料、橡膠、油漆及乳化劑等工業(yè)中。用其增塑的PVC可用于制造人造革、農(nóng)用薄膜、包裝材料、持續(xù)穩(wěn)定增長，建筑、汽車等行業(yè)的迅速發(fā)展，也會,PVC電線電纜開始出現(xiàn)用量下降的趨勢，但是在其中工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品規(guī)格如表1所示。2生產(chǎn)原料、設(shè)備選用和工藝條件①原料鄰苯二甲酸酐具有以下特點白色鱗片結(jié)晶，熔點130.2℃,沸點284.5℃的晶體。它幾乎不溶于水，能刺激性作用，空氣中的濃度不宜超過2mg/L。②2-乙基己醇(辛醇)為無色透明液體額，特俗氣味，沸點181~183℃,溶在工業(yè)上可以用乙炔、乙烯或者丙烯以及糧食為原料生產(chǎn)2-乙基己醇。2.2工藝條件酯化反應溫度即為辛醇與水的共沸溫度，通過共沸物的汽化帶走反應熱和水分，反應易控制。反應溫度高對化學平衡和反應速率有好多好處，但反應溫度130~150℃;采用非酸性催化劑溫度為190~230℃,大于240℃DOP則會產(chǎn)生裂之花是可逆反應，為提高轉(zhuǎn)化率，任意反應物過量，均可促使反應平衡向右移動。由于辛醇價格較低并能與水形成共沸混合物，過量的辛醇可以將水帶出反應系統(tǒng)，降低生成物的濃度，有利于向又進行，因此，辛醇過量，辛醇與苯酐的配比為(2.2~2.5):1(摩爾比),若辛醇2.3工藝反應設(shè)備(1)具有適宜的流體力學條件，能保證氣液兩相充分接觸，使反應以盡可能(2)在保證最大生產(chǎn)能力要求的氣液流量的前提下，不能發(fā)生液泛。(3)①反應器設(shè)計原則②塔設(shè)備設(shè)計原則(1)具有適宜的流體力學條件，達到氣液兩相的良好接觸；(2)結(jié)構(gòu)簡單，處理能力大，壓降低；(3)強化質(zhì)量傳遞和能量傳遞。整個生產(chǎn)過程中，酯化是關(guān)鍵，其主要設(shè)備是酯化反應器。反應器的選用關(guān)其操作流程比較簡單，控制也比較容易，反應其各部分的組成和溫度穩(wěn)定一致，無聊停留時間也一樣，通常采用的間歇式反應器為帶有攪拌和換熱(夾套和蛇管熱交換)的釜式設(shè)備，為了仿佛和保證產(chǎn)物純度，可以采用襯搪玻璃的反應釜。其中的所需的容器及其各種工藝標準如表2所示：表2設(shè)計采用的專業(yè)標準規(guī)范3工藝反應原理鄰苯二甲酸酐與2-乙基己醇酯化一般分為兩步。第一步，苯酐和辛醇合成單酯，反應速度很C24H3804+CH3CH2CH2C①醇分子內(nèi)脫水形成烯烴。C8H17OH醇分子內(nèi)脫水形成烯烴C8H16.②醇分子間脫水形成醚。C8H17OH醇分子間脫水形成醚C8H1OC8H17。④生成異丙醇(來自催化劑本身)從而生成相應的酯。⑤生成正丁醇(來自催化劑本身)從而生成相應的酯。1%左右。數(shù)量低，沸點較低，在酯化過程中，作為低沸物派出系統(tǒng)。(1)將原料中的任一種過量(一般為醇類),使平衡盡量向右移動；(2)將反應生成的酯或者水兩者中任何一個即及時的從反應系統(tǒng)中除去，促使酯化完全，生產(chǎn)中常以過量的醇作為溶劑與水共沸作用，且這種共沸可以在(3)酯化反應一般分為兩步，第一步生成單酯，這步反習速率很快，但是由單酯反應生成酯的過程卻很緩慢，工業(yè)上一般采用催化劑和提高反應溫度來提中和粗酯中的酸性雜質(zhì)并除去，使粗酯酸值降低。同時醇和酯的分離通常采用水蒸氣蒸餾法，有事采用醇和水一起被蒸出，然后用蒸餾法分開?；厥沾际抢么己王サ姆悬c不同，采用減壓蒸餾的方法回收，回收醇中要求酯含量越低越好，否則循環(huán)使用中會使產(chǎn)品色澤加深，因此必須嚴經(jīng)醇酯分離后的粗酯采用汽提和干燥的方法，除去水分和低分子雜質(zhì)很少量醇。通過吸附劑和助濾劑的媳婦脫色作用，保證產(chǎn)品的色澤和體積電阻率兩項指標，同時除去產(chǎn)品中殘存的微量催化劑和其他機械雜質(zhì)，最后得到高質(zhì)量的鄰苯二甲酸單酯與辛醇進一步酯化生成雙酯的反應是可逆的吸熱反應，從熱力學分析，升高溫度，增加反應物弄，降低生成物的濃度，都能使平衡向著生反應生成的水與醇形成共沸物，從系統(tǒng)中脫出，以降低生成物的濃度，使整個鄰苯二甲酸單酯與辛醇進…步酯化生成雙酯的反應是可逆的吸熱反應，其平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(yōu)越性在于能生產(chǎn)出高質(zhì)量的增塑劑產(chǎn)品和減少污染。因此本設(shè)計采用的是非酸性催化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應時間長，不適合做酯化反應催化劑，相反，復配型催化劑催化反應時間短，轉(zhuǎn)化率高，酸值降低幅度大，比較適合做酯化反應催化劑。氧化鋁與辛酸亞錫以1:1比例復配非酸性催化劑合成DOP效果最佳，力求(1)酸性催化劑以硫酸為首的酸類催化劑是傳統(tǒng)的酯化催化劑：常用的有：對甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、磷酸、錫磷酸、亞錫磷酸、苯磺酸和氨基磺酸等。此外硫酸氫鈉等酸式鹽，硫酸鋁、硫酸鐵、等強酸弱堿鹽，以及對苯磺酰硫酸>對甲苯磺酸>苯磺酸>2-萘磺酸>氨基磺酸硫酸活性高，價格便宜，是應用最普遍的酸性催化劑，用他制備DOP,在100~130℃就有很高的催化劑作用。但是硫酸也有知名的弱點，不僅嚴重腐蝕設(shè)備，還會因其氧化、脫水作用與醇發(fā)生一系列的副反應，生成醛醚、硫酸單酯、硫酸雙酯、不飽和物和羧基化合物，使醇的精致和回收復雜化。為了避免這一問題，可以使用活性地獄硫酸但較為溫和的其他酸作為催化劑。比如用對甲苯(2)非酸性催化劑非酸性催化劑有①鋁的化合物，如氧化鋁、氯酸鈉，含水Al2O3+NaOH等②IVB族元素化合物，如氧化鈦，鈦酸四丁酯，氧化鋯、氧化亞錫和硅的化合物④VA族元素化合物，氧化銻、羧酸鉍等。非酸性催化劑的應用對酸性工藝來說是一項重大的技術(shù)進步，使用非酸性催化劑可縮短酯化反應時間，產(chǎn)品色澤優(yōu)良，回收醇只需簡單處理，即可循環(huán)使在實際生產(chǎn)中一般有兩種生產(chǎn)鄰苯二甲酸二辛酯的方法：酸性催化劑間歇生其中酸性催化劑間歇生產(chǎn)鄰苯二甲酸二辛酯操作流程與控制比較簡單，反應器個部分的組成和溫度穩(wěn)定一致，物料停留的是原料消耗定額高，能量消耗大，勞動生產(chǎn)率低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。多用于多品副反應少，簡化了中和、水洗工序，廢水量減少，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，原料及能量酸性催化劑間歇生產(chǎn)鄰苯二甲酸二辛酯生由單酯、酯化、中和、脫醇、過濾苯酐和辛醇按比例在5個串聯(lián)階梯形的酯化釜中，在氧化鋁與辛酸亞錫以(1)進料溫度及5金的反應溫度見表2。(3)催化劑量：0.03%(wt)(7)總轉(zhuǎn)化率：約99.5%由于酯化反應是在過量醇的條件下進行的，必須將粗酯中的醇脫除，回收重復利用。本設(shè)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(shù)確定如下：(2)進料粗酯含醇量：16%～17%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(shè)計采用加入(1)NaOH水溶液濃度：0.3(wt%)(3)粗酯：堿=6:1(vol)(6)NaOH單耗：0.4kg/tDOP(7)中和水洗后酸值：0.01～0.02KOHmg/DOP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(shè)計0(1)粗酯人塔溫度：140～160C(4)粗酯量：汽提蒸汽量：10:1(wt)(5)干燥塔出口酯中含水量：0.01%～0.05%(wt)在粗酯中加入吸附劑和助濾劑，脫除粗酯中含的催化劑和其它機械雜質(zhì)，以保證DOP產(chǎn)品外觀的透明度和純度。本設(shè)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DOP生產(chǎn)工藝流程方塊圖(見圖1)工藝流程圖如圖2所示：鄰苯二甲酸酐與2-乙基己醇以1:2的質(zhì)量比在總無聊質(zhì)量分數(shù)為0.25%~0.3%的硫酸催化劑作用寫，于150℃左右進行減壓酯化反應。操作系統(tǒng)的壓力維持在80kPa,酯化時間一般為2~3小時，酯化時加入總物料的0.1%~0.3%的活性炭，5%的堿液中和，在經(jīng)過80~85℃熱水洗滌，分離后粗酯在130~140℃與80kPa的減壓下進行脫醇，知道閃電為190℃以上為止。脫醇后再以直接爭氣脫去低沸物，必要時在脫醇前可以補加一定量的活性炭，最后經(jīng)過壓濾而得到成級酯化釜溫度控制不低于180,最后一級酯化溫度為220～230,酯化部分用3.9MPa的蒸汽加熱.鄰苯二甲酸單酯的轉(zhuǎn)化率為99.5%～99.9%。為了防止反應混合物在高溫下長期停留而著色，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…個帶攪拌的容器中同時進行的。堿的用量為反應混合物酸值的3～5倍。使用20%的NaOH水溶液，當加入無離子水后堿液濃度僅為0.3%左右。因此無需在進行一次單獨的水洗。kPa,50～80℃)、干燥(1.32kPa,50～80℃)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)成分為濾劑的吸附，脫色作用，保證產(chǎn)品DOP的色澤和體積電阻率兩項指標，同時除的收率以苯酐或以辛醇為99.3%?；厥盏男链家徊糠种苯友h(huán)到酯化部分使用，另一部分需進行分餾和催化加氫處理。生產(chǎn)廢水(COD值700～1500mHg/L)用活性污泥進行生化處理后再5、物料衡算DOP年生產(chǎn)能力根據(jù)設(shè)計任務規(guī)定為年生產(chǎn)80000噸/年，取工作日為330天。DOP10000噸年生產(chǎn)日330天故每小時要得純DOP為：12.63×99.5%=12.57噸設(shè)整個過程之中DOP損失量為4%則實際每小時產(chǎn)純DOP為12.57÷(1-4%)=13.09噸分子量：苯酐148.12異辛醇130.0DOP390.3H2O185.2一級酯化物料計算二級酯化反應式：第一步酯化轉(zhuǎn)化率為100%,第二步酯化轉(zhuǎn)化率為99.5%.一小時一級酯化反應釜進釜苯酐的量為：苯酐：異辛醇=1:2.2又回流異辛醇量21.55kmol總異辛醇量74.16+21.55=95.71kmol出釜異辛醇量為74.16-33.71+21.55=62.00kmol5.3二級酯化物料計算進釜異辛醇62.00kmol單酸酯的量33.71kmol氧化鋁與辛酸亞錫復配催化劑量0.32kmol出釜第一釜的轉(zhuǎn)化率XA=0.523DOP的物質(zhì)的量33.71*0.523=17.63kmol/h氧化鋁與辛酸亞錫復配催化劑量0.32kmol產(chǎn)生的水的物質(zhì)的量n水=33.71*0.523=17.63kmol/h異辛醇一部分作為帶水劑與水一起出釜，異辛醇經(jīng)冷凝器冷卻再回流至反應N28m/h,轉(zhuǎn)化為摩爾流量：p=38*1015008.314*303.15=322.16mol=0101.500∴每一小時將有：=2061m3排出反應釜。5.4酯化工段物料衡結(jié)果表4.一級酯化段物料衡算表表5二級酯化段釜1物料衡算表6自動控制為對生產(chǎn)過程中各種工藝參數(shù)進行測量、指示和記錄，本廠設(shè)有大量檢測儀表，代替了操作人員對工藝參數(shù)的不斷人工觀察與記錄，節(jié)省了大量的人力與時間。同時，在自動檢測過程中，一旦發(fā)現(xiàn)工藝參數(shù)超過了設(shè)定允許范圍，計算機自控系統(tǒng)自動地發(fā)出聲光報警信號，告誡操作人員注意；與此同時聯(lián)鎖系統(tǒng)立即采取應急措施，打開安全閥或切斷某些管道，必要時緊急停車，以防事故的發(fā)生和擴大，最大限度的保護操作人員的安全。6.1儀表設(shè)計說明6.2檢測和控制根據(jù)工藝生產(chǎn)過程的需要，在控制上采用了集中和就地相結(jié)合的方案，即重要的工藝參數(shù)集中在控制室進行指示、報警、控制和操作，非重要的工藝參數(shù)于就地指示。所有工藝參數(shù)的顯示，打印、趨勢記錄以及信號越限報警均由DCS來完成，DCS留有與上位機的通訊接口，以便將來與總廠調(diào)度通訊，使廠方的管理人員時時刻刻掌握整個工廠的生產(chǎn)運行狀況。6.3儀表配置集中檢測采用鉑熱電阻或熱電偶：t<300℃選用鉑熱電阻Pt100,t~300℃選保護套管主要采用1Cr18Ni9Ti;防爆區(qū)域內(nèi)的儀表，選用相應等級的防爆儀表；就地顯示主要采用萬向型雙金屬溫度計，保護套管主要采用1Cr18Ni9Ti。集中檢測采用智能型3051壓力變送器或差壓變送器。有的地方選用遠傳壓力集中檢測的流量采用標準孔板配3051差壓變送器。有腐蝕的地方或煤黑水等介質(zhì)，將采用電磁流量計，就地流量測量，采用雙波紋主要材質(zhì)采用不銹鋼或PTFE。6.4儀表的防護1施工安裝與檢修中儀表安全防護注意事項溫(護)箱、儀表管線等設(shè)備的都時常發(fā)生。(8)不經(jīng)儀表專業(yè)人員同意不宜接用儀表用壓縮空氣和儀表專用電源。洛陽2操作運行過程中儀表安全防護注意事項(2)嚴禁不經(jīng)儀表專業(yè)人員允許自行開、關(guān)儀表閥門(帶手輪的控制閥除外)。在—些化工企業(yè)因某種原因一些操作工人私自開關(guān)計量儀表閥門和修改儀表(5)打掃衛(wèi)生時嚴禁使用有機溶劑擦拭儀表、儀表面板及DCS和PLC鍵(8)已投入運行的DCS,PLC任何人員操作儀表。儀表專業(yè)對儀表進行維護檢修需操作儀表應先征得工藝主(9)在現(xiàn)場儀表周圍115m以內(nèi)，DCS,PLC操作站、控制站周圍3m以內(nèi)，(10)分布于全廠各路邊、裝置區(qū)、房頂、地板下的感溫、感煙裝置、火災7分析化驗項目鄰苯二甲酸二辛酯，已經(jīng)生產(chǎn)出來了，但是我們必須檢測分析其是否符合我們的生產(chǎn)要求。我們常檢測鄰苯二甲酸二辛酯的色度、密度、水分、酸度、蒸7.1色度：我們一般采用/T12717中規(guī)定的色度測定法。允許差：取兩次測定結(jié)果之算術(shù)平均值為實驗結(jié)果，兩次平行試驗結(jié)果之差不得大于2號。7.2密度：采用/T12717中規(guī)定的密度測定法(韋氏天平法)。允許差：取兩次測定結(jié)果之算術(shù)平均數(shù)為實驗結(jié)果，兩次平行測試結(jié)果之差不得大于0.0005g/cm37.3鄰苯二甲酸二辛酯含量的測定：采用高壓液相色譜測定色譜柱[Nuclevsi]C18為4.6mm×250mm(7μ),流動相為甲醇：水=93:7,流量100mL/min,檢測器工作波長UV224nm,檢測器靈敏度0.500AUFS,進樣量10μL,柱溫25℃.按以上條件，分別測定工作溶液及樣品，允許差：取兩次測定結(jié)果之算術(shù)平均值為實驗結(jié)果，兩次平行試驗結(jié)果只差