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1、 本 科 毕 业 论 文 年产5万吨环氧大豆油工艺设计 Process Design of EpoxySoybean Oil （50kt/a）目 录摘要IAbstract.II引言1第一章 环氧大豆油合成工艺进展21.1 大豆油的物理性质21.2 环氧大豆油简介21.3 生产环氧大豆油的意义31.4 环氧大豆油生产现状及发展前景31.5 工业上制备环氧大豆油的方法41.5.1 溶剂法41.5.2 无溶剂法51.6 换热器研究现状81.6.1 换热器研究的目的和意义81.6.2 换热器研究新进展81.7 本课题研究的主要内容10第二章 环氧大豆油生产工艺流程112.1 环氧大豆油制备方法对比11
2、2.2 环氧大豆油工艺流程122.2.1 工艺条件的确定122.2.2 反应机理122.2.3 反应工艺过程13第三章 换热器的工艺选型与计算153.1 设计任务及内容153.1.1 设计任务及操作条件153.1.2 设计内容153.2 选择换热器的类型163.3 换热器材质的选择173.4 流动空间及流速的测定173.4.1 流体流入空间的选择173.4.2 流体流速的选择173.4.3 列管式换热器内部排列方式的确定183.5 确定物性数据183.6 计算总传热系数183.7 估算传热面积193.8 工艺结构尺寸193.8.1 管程数与传热管数193.8.2 传热管排列和分程方法203.8
3、.3 管体内径203.8.4 折流板203.8.5 接管213.9 换热器核算213.9.1 热量核算213.9.2核算壁温233.9.3 换热器内流体的流动阻力233.10 换热器各个部件参数263.10.1 椭圆形封头263.10.2 封头与壳体连接部位法兰263.10.3 管子尺寸选取26结论与展望28致谢29参考文献30附录A 主要符号说明31附录B 工艺流程图32附录C 换热器设备图33年产5万吨环氧大豆油工艺设计摘要：环氧大豆油是国内外开发应用较早的一种环氧增塑剂，已发展成为第三大类增塑剂。该设计对环氧大豆油工业化生产进行了设计研究，设计出合理的生产工艺路线：以大豆油为原料，滴加双
4、氧水为氧源，以过氧磷钨酸季铵盐为催化剂。原料的质量配比为大豆油双氧水催化剂10.50.01，反应时间6-8h,反应温度60-70，双氧水滴加时间控制在5h左右，得到环氧值较高、收率较高的环氧大豆油。该方法是一种能耗低、工艺简单、操作安全、生产成本低、能满足工业化规模生产的环氧化方法。通过物料衡算和热量衡算对工艺设备换热器进行优化设计、选型，确定其尺寸。结果为：选用壳体直径为400mm管子为252.5mm，单壳程四管程，管子个数为60根的换热器，经核算符合工业设计要求。关键字：环氧大豆油；增塑剂；过氧磷钨酸季铵盐；换热器Process Design of EpoxySoybean Oil （50
5、kt/a）Abstract: Epoxy soybean oil is one of the earliest domestic development and application of epoxy plasticizer, has become the third largest category plasticizer. The design for the industrial production of epoxy soybean oil were designed research, design reasonable production process route: soyb
6、ean oil as raw material, dropping hydrogen peroxide as an oxygen source to the quaternary ammonium salt of phosphotungstic acid peroxide catalyst. The ratio of the quality of raw soybean oil: hydrogen peroxide: catalyst = 1:0.5:0.01, reaction time 6-8h, the reaction temperature is 60 -70 , hydrogen
7、peroxide dropping time control in about 5h, get high epoxy value close higher rate of epoxy soybean oil. The method is a low energy consumption, simple process, safe operation, low production costs, to meet the epoxidation of industrial scale production.Operators of process equipment to optimize the
8、 heat exchanger design, selection by material balance and heat balance , determine its size. The results are: selection of 400mm diameter casing pipe is 25 2.5mm, single-hulled four- tube , the tube is 60 the number of heat exchangers, industrial design review by the accounting requirements .Key wor
9、ds: Epoxidized soya bean oil; Plasticizer; Peracetic acid quaternary ammonium Phosphotungstic;Heat exchanger.引 言环氧大豆油是一种性能良好的增塑剂兼稳定剂，在聚氯乙烯塑料涂料、新型高分子材料、橡胶等工业中有广泛的应用。环氧大豆油具有优良的热稳定性、光稳定性、耐水性和耐油性，并且相容性好、挥发性小、迁移性小，已发展成为第三大类增塑剂。环氧大豆油不仅对PVC有增塑作用，而且由于其结构中的环氧基团可以吸收PVC因光和热降解产生的HCl，阻止PVC脱HCl分解反应的进行，从而延长PVC制品的使
10、用寿命。此外环氧大豆油对PVC制品具有交联增韧作用，能改善PVC耐光、耐热、抗老化、抗冲击、润滑等性能。环氧大豆油毒性极小，已被许多国家允许用于食品及医药的包装材料，是美国食品药物管理局批准的唯一可用于食品包装材料的环氧类增塑剂。本设计在之前研究基础上以保护环境减少污染，节约原料为准则进一步完善优化工艺流程，改善工艺设备。第一章 环氧大豆油合成工艺进展1.1 大豆油的物理性质大豆油取自大豆种子，是世界上产量最多的油脂。精炼过的大豆油为淡黄色，其主要成分为亚油酸(5157%)、油酸(3236%)、棕榈酸(2.42.8%)、硬脂酸(4.44.6%)，其具体脂肪酸组成如表1.1所示，其中亚油酸是人体
11、必需的脂肪酸，具有重要的生理功能。幼儿缺乏亚油酸，皮肤变得干燥，鳞屑增厚，发育生长迟缓；老年人缺乏亚油酸，会引起白内障及心脑血管病变。表1.1 大豆油脂肪酸组成脂肪酸名称分子结构式含量(%)十六酸CH3（CH2）14COOH2.3-10.6十八酸CH3(CH2)16COOH2.4-6顺式-9-十八烯酸（油酸）CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH23.5-30.8顺式-9，顺式-12十八烯酸（亚油酸）CH3(CH2)3(CH2CH=CH)2(CH2)7COOH49-51.5顺式-9，顺式-12，顺式-15十八烯酸（亚麻油酸）CH3(CH2CH=CH)3(CH2)7COOH2-10.5
12、大豆油的主要物理性质为：相对密度0.915-0.9375，粘度：8.5左右，折光指数1.4735-1.4775，凝固点：-18-15，皂化值（mgKOH/g油）188-195，总脂肪酸含量（）94.96，碘值（g碘/100g油）120-137。1.2 环氧大豆油简介环氧大豆油又名环氧甘油三酸酯，英文名为：Epoxidized soybean oil（简写为ESO）分子式：C57H98O12，相对分子量约1000。环氧大豆油是用精炼大豆油采用过氧化物处理而得的一种产品，其主要成分为不饱和的甘油脂肪酸酯（如环氧亚油酸酯、环氧油酸酯等）混合物，并含有微量的色素、磷脂、胶质等杂质。环氧大豆油常温下为浅
13、黄色粘稠油状液体,流动点-1，沸点150(0.5kPa)，着火点310，密度0.9850.005（25）粘度325mPa.s(25)，折光率1.4713(25)。可溶于烃类、酮类、酯类、高级醇等有机溶剂。微溶于乙醇，不溶于水，在水中的溶解度0.01%(25)，水在本品中的溶解度0.55%(25)。可溶于烃类、酮类、酯类、高级醇等有机溶剂，微溶于乙醇不溶于水。其结构主要有如下两种：图1.1 环氧大豆油两种结构式1.3 生产环氧大豆油的意义环氧大豆油是应用较早的无毒环保型增塑剂、固化剂1，相容性好，挥发性小，无毒，可赋予制品良好的光稳定型，热稳定性，耐水性，耐油性等特点，广泛用于塑料、建筑材料、食
14、品药品包装材料及制品、玩具、家庭装饰材料和光技术薄膜等的助剂2-3。且在聚氯乙烯树脂加工中，它不仅对PVC有增塑作用。而且由于其结构中的环氧基团可以吸收因光和热降解出来的氯化氢。阻止PVC脱氯化氢的分解进行，起了稳定剂的作用，从而延长PVC制品的使用寿命。此外，环氧大豆油对聚氯乙烯制品有交联增韧的作用，能改进PVC耐光、耐热、抗老化、抗冲击、润滑等性能4-5。经实验研究加入适量环氧大豆油可明显降低绝缘漆的成本和粘度，提高其工艺适用性；环氧无溶剂绝缘漆因其粘结强度高、耐热性好及绝缘性能优异而长期在绝缘材料市场占据主导地位6。1.4 环氧大豆油生产现状及发展前景随着我国塑料工业的迅速发展，对增塑剂
15、的需求量越来越多。近年来我国PVC产能和产量迅猛增产，2007年国内PVC产量为971万吨，2002-2007年五年间国内PVC年均增长率为23.5。我国已成为世界最大的增塑剂消费国。PVC产量及加工量的快速增长，刺激和拉动了国内增塑剂的消费增长。目前我国增塑剂生产企业有130多家，2007年生产能力约260万吨/年，2006年产量为125万吨左右，表观消费量约为166万吨，其中绿色环氧大豆油产量只有10万吨左右，约占增塑剂总量的8，还远不能满足聚氯乙烯加工要求。我国塑料和环氧大豆油产业仍然有着巨大的发展空间预计到2010年，我国增塑剂产能达到350万吨，产量为22万吨，消费量为235万吨，消费年均增长率达到9%以上。近几年来，国内环氧大豆油虽然发展迅速，生产厂家明显增多，但只有少数几家企业年产能超过万吨，大多数企业的生产规模仍然偏小，总体生产水平比较低，与国际先进水平仍有很大差距，
