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1、一总论1概述1.1增塑剂DOP的性质 DOP化学名为邻苯二甲酸二辛酯,是一个带有支链的侧链醇酯,无色油状液体,有特殊气味.比重0.9861,熔点-55 ,沸点370 常压,不溶于水,溶于乙醇、乙醚、矿物油等大多数有机溶剂.与二丁酯DBP相比,DOP的挥发度只有DBP的1/20；与水的互溶性低,并有良好的电性能,但也有其不足点,其在热稳定性、耐迁移性、耐寒性和卫生性方面稍差.1.2产品用途邻苯二甲酸二辛酯是重要的通用型增塑剂,主要用于聚氯乙烯树脂的加工,还可用于化纤树脂、醋酸树脂、ABS树脂与橡胶等高聚物的加工,也可用于造漆、染料、分散剂等.通用级DOP,广泛用于塑料、橡胶、油漆与乳化剂等工业中
2、.用其增塑的PVC 可用于制造人造革、农用薄膜、包装材料、电缆等.电气级DOP,具有通用级DOP的全部性能外,还具有很好的电绝缘性能,主要用于生产电线.品级DOP,主要用于生产食品包装材料.医用级DOP,主要用于生产医疗卫生制品,如一次性医疗器具与医用包装材料等.主要用途：DOP是通用型增塑剂,主要用于聚氯乙烯脂的加工、还可用于化地树脂、醋酸树脂、ABS树脂与橡胶等高聚物的加工,也可用于造漆、染料、分散剂等、DOP增塑的PVC可用于制造人造革、农用薄膜、包装材料、电缆等.本品是一种多种树脂都有很强溶解力的增塑剂,能与多种纤维素树脂、橡胶、乙烯基树脂相溶,有良好的成膜性、粘着性和防水性.常与邻苯
3、二甲酸二乙酯配合用于醋酸纤维素的薄膜、清漆、透明纸和模塑粉等制作中.少量用于硝基纤维素的制作中.亦可用作丁腈胶的增塑剂.本品还可用作驱蚊油原油、聚氟乙烯涂料、过氧化甲乙酮以与香料人造麝香的溶剂.可以作为酯交换法生产邻苯二甲酸二环己酯和邻苯二甲酸高碳醇酯以与其他有机合成的原料.1.3 DOP在国民经济中的重要性邻苯二甲酸二辛酯是目前使用最广泛的增塑剂,约占我国增塑剂总量45%,是重要的通用型增塑剂,任何增塑剂都是以它为基准来加以比较的,技术经济上占有绝对优势.据有关资料报道,近年来国外增塑剂生产能力超过了6400kta,国内增塑剂需求增长率为8左右,产品具有质量高、品种多、环境污染少的特点.在石
4、油化学工业、医药工业、轻纺工业、生物化工以与能源、交通运输行业均有广泛用途,在国民经济中占有十分重要的地位.1.4 DOP的市场需求随着我国国民经济快速增长,增塑剂作为基础化工合成材料助剂的市场需求量将大幅提高.在用量大的新领域,国内市场需求将强劲增长.但由于邻苯二甲酸二异壬酯在某些应用领域的性能超过了DOP,预计未来几年内,全球DOP市场将面临DINP的挑战.在市场上,DOP一直占有价格优势,而未来时间估计DOP的低价优势会有所削弱.2设计的目的和意义通过本课程设计力求达到以下目的和意义：1在学习掌握所学的化学工艺学、化工机械设备基础、化工原理等课程的基本理论和基础知识的基础上,通过这次课程
5、设计,培养我们综合运用这些知识分析和解决实际问题的能力以与协作攻关的能力,训练我们使用文献资料和进行技术设计、运算的能力,提高文字和语言表达能力,为以后的学习和毕业论文设计打下基础.2通过完成设计,可以知道DOP的用途；基本掌握苯酐和异辛醇制DOP的生产工艺；了解国内外DOP工业的发展现状；以与DOP工业的发展趋势.3项目设计依据和原则3.1设计依据本化工课程设计,以设计任务书为基础,综合文献检索、资料收集,综合分析,以最新科研成果和实际经验为依据,搏众家之长,选择合适设计方案.3.2设计原则 本课题遵循的设计原则和指导思想如下：1按技术先进、成熟可靠、经济合理的原则对技术方案进行论证,以确定
6、最佳方案；2尽可能采用节能工艺和高效设备,充分发挥规模效应,降低能耗、物耗和生产成本,提高项目的经济效益和社会效益；3考虑三废 治理和综合利用副产物,充分重视环保防污、科学生产、生产安全和提高社会效益为原则主体.4设计范围本设计范围包括：1工艺生产方法确定、生产流程设计与论证2工艺计算包括物料衡算,热量衡算3酯化合成工艺主要生产设备设计与选型4安全生产与环保治理措施5设计绘图 设计重点：生产工艺设计与论证,工艺计算,设备设计与选型,设计绘图.5DOP生产能力与质量标准5.1生产能力该项目年产8万吨DOP,年开工日为330天全天候,日产DOP 242.42吨.5.2产品质量标准本产品质量规格为一
7、级品,执行产品质量国标GBl14068标准,见表1 所示.表1 DOP质量指标项目指标优级品一级品合格品外观透明液体,无悬浮物酯含量,%99.099.5099.50密度20,g/cm30.9810.986酸度以对苯二甲酯计 % 0.0150.020闪点,210205色度铂-钴号 50100200加热减量,%0.10.20.25体积电阻率,1011?.m210.5二、生产工艺流程设计1生产工艺选择与论证 生产过程操作分为间歇式和连续操作.间歇式生产的优点是设备简单改变生产品种容量；缺点是原料消耗定额高,能量消耗大,劳动生产效率低,产品质量不稳定.间歇式生产方式适用于多品种、小批量的生产.而连续法
8、生产能力大,适合于大吨位的DOP的生产.由于本设计产品生产量较大,故采用连续法生产.酯化反应设备分塔式反应器和串联多釜反应器两类.前者结构复杂,但紧凑,投资较低,操作控制要求高,动力消耗少.而反应釜,流动形式接近返混,釜内各部分组成和温度完全一致,多釜串连后,可使停留时间分布特性向平推流转化.并且DOP等主增塑剂的需要量很大,且全连续化生产的产品质量稳定,原料与能量消耗低,劳动生产率高,比较经济.因此本设计采用串联多釜反应器全连续化生产工艺. 催化剂分为酸性催化剂和非酸性催化剂,由于采用非酸性催化剂可以免去中和和水洗两道工序,且通过过滤即可除去,跟酸性催化剂相比,优越性在于能生产出高质量的增塑
9、剂产品和减少污染.因此本设计采用的是非酸性催化剂. 非酸性催化剂又分为单催化剂和复配型催化剂,由于单催化剂催化反应时间长,不适合做酯化反应催化剂,相反,复配型催化剂催化反应时间短,转化率高,酸值降低幅度大,比较适合做酯化反应催化剂.氧化铝与辛酸亚锡以1：1比例复配非酸性催化剂合成DOP效果最佳,力求达到流程简单,设备少,热能利用合理,产品质量高. 根据国内在引进装置上成功使用国产催化剂的经验,选用国产催化剂,既满足了工艺和产品质量的要求,又节约了外汇,可以收到良好的经济效果.连续非酸性催化酯化工艺,是上世纪80年代初开始成功应用于工业化生产的先进技术,其典型的工艺流程有两种：1、酯化脱醇一中和
10、水洗一汽提干燥一过滤；2、酯化一中和水洗一脱醇-汽提-干燥一过滤. 二者比较,第种技术用采用氧化铝与辛酸亚锡1：1比例复配催化剂酯化反应具有反应时间短、酯收率高、产品质量好 、处理条件简单等优点.并且公用工程消耗低,热能利用合理,可以生产多牌号的DOP产品,结合国内条件和生产操作经验,故拟采用类典型工艺流程,设计国产化新的工艺流程.综上分析,本设计选用酯化脱醇一中和水洗一汽提干燥一过滤工艺流程,采用串联多釜反应器连续酯化技术,催化剂采用氧化铝与辛酸亚锡以1：1比例复配型催化剂.2工艺参数的确定2.1 酯化工序苯酐和辛醇按比例在5个串联阶梯形的酯化釜中,在氧化铝与辛酸亚锡以1：1比例复配催化剂作
11、用下酯化反应生成粗酯,主要工艺参数确定如下：进料温度与5釜的反应温度见表2.投料比：PA：2一EH=1：230 催化剂量：003 酯化压力：常压表2 进料温度与与釜反应温度PA2一EH 催化剂釜1 釜2 釜3釜4釜517017520190200210220230停留时间：约7h,酯化釜体积27.4m3酯化釜搅拌器转速：74rmin总转化率：约9952.2脱醇工序由于酯化反应是在过量醇的条件下进行的,必须将粗酯中的醇脱除,回收重复利用.本设计采用真空降膜脱醇工艺,热能利用合理,脱醇效率高,可脱醇至1左右.脱醇工艺参数确定如下：进料粗酯温度：230进料粗酯含醇量：1617降膜脱醇真空度：30mba
12、r加热蒸汽压力：20ba2.3 中和、水洗工序由于在酯化过程中会生成一些酸性杂质,如单酸酯等,本设计采用加入Na0H水溶液进行中和,生成可溶于水的钠盐与酯分离.中和水洗工艺参数确定如下：Na0H水溶液浓度：03水洗温度：95粗酯：碱=6：1中和搅拌转速：180rmin水洗搅拌转速：50rminNaOH单耗：04kgtDOP中和水洗后酸值：001002KOH mgDOP2.4 汽提工序汽提是通过直接蒸汽减压蒸馏,除去粗酯中的醇和有气味的低沸物,本设计采用过热蒸汽直接减压汽提工艺.汽提干燥工艺参数确定如下：粗酯人塔温度：1401600C汽提塔顶部真空度：40mbar干燥塔顶部真空度：99mbar粗
13、酯量：汽提蒸汽量：10：1干燥塔出口酯中含水量：001 005 2.5 过滤工序在粗酯中加入吸附剂和助滤剂,脱除粗酯中含色素的有机物和吸附脱除残存的催化剂和其它机械杂质,以保证DOP产品外观的透明度和纯度.本设计采用二级过滤工艺,粗滤采用时间程控的芬达过滤器,精滤采用多层滤纸.过滤工序工艺参数确定如下：粗酯温度：90芬达过滤器粗滤周期：48h精滤后DOP色值：10153. 生产工艺流程图与其说明3.1DOP生产工艺流程简图见图1苯酐、异辛醇助滤剂无离子水NaOH催化剂、N2汽提脱醇过滤干燥中和水洗二级酯化一级酯化产品滤液废水图1 DOP工艺流程方块图3.2 生产工艺流程说明参考CAD图纸：工艺
14、流程图熔融苯酐和辛醇以一定的摩尔比在130-150先制成单酯,再经预热后进入四个串联的阶梯式酯化釜的第一级.非酸化催化剂也在此加入.第二级酯化釜温度控制不低于180,最后一级酯化温度为220230,酯化部分用3.9MPa的蒸汽加热.邻苯二甲酸单酯的转化率为99.5%99.9%.为了防止反应混合物在高温下长期停留而着色,并强化酯化过程,在各级酯化釜的底部都通入高纯度的氮气氧含量10mg/kg中和,水洗是在一个带搅拌的容器中同时进行的.碱的用量为反应混合物酸值的35倍.使用20%的NaOH水溶液,当加入无离子水后碱液浓度仅为0.3%左右.因此无需在进行一次单独的水洗.非酸性催化剂也在中和、水洗工序被洗去. 然后物料经脱醇1.322.67 kPa,5080、干燥1.32 kPa,5080后送至过滤工序.过滤工序不用一般的活性炭,而用特殊的吸附剂和助滤剂.吸附剂成分为SiO2、AL2O3、Fe2O3 、MgO等,助滤剂硅藻土成分为SiO2、AL2O3、Fe2O3 、CaO、MgO等.该工序的主要目的是通过吸附剂和助滤剂的
