磺化油DAH合成工艺计划书

1 磺化油 成工艺计划书 第一章 任务书 计项目名称： 磺化油 产方法： 蓖麻油与丁醇进行酯交换，生成蓖麻油丁酯和甘油，分出甘油后，将蓖麻油丁酯磺化，再用二乙醇胺中和得到磺化油（ 产条件： 1、酯交换反应：在搪玻璃酯交换釜中加入蓖麻油、丁醇和浓硫酸，搅拌、加热升温至 90，保温 8h，静置 12h，分出下层甘油。 2、磺化反应：在磺化搪玻璃反应釜中加入蓖麻油酸丁酯，搅拌冷却至0加入 98%浓硫酸，加完后搅拌 1h。 3、中和反应：压入磺化物，在中和釜中加 入（ 5 /3化物）搅拌，温度控制在 45以下，搅拌 15置过夜分出下层废酸。搅拌加入三乙醇胺，中和到 和时温度不超过 45，得到产品。 产能力： 5000t/年 00 天 /年， 24 小时 /日 )，设计裕量 10%，总损失 10%，（分甘油 5%，分废酸 5%），酯交换收率 70%，磺化收率 75%，中和收率 80%。 料组成： 蓖麻油与丁醇 1:3，硫酸、碱等。 品磺化油（ 本设计关于其他项目如： 2 设计依据，厂址选址，主要技术经济指标，原料的供应 ，水、电、汽的主要来源，建厂期限，设计单位，设计进度及设计阶段的规定等内容从略。 第二章 生产方法 化油（ 介： 【中文名称】磺化油 【英文名称】 性状】微黄色至深棕色液体。 【溶解情况】溶于水和乙醇，遇酸分解。 【用途】阴离子型表面活性剂的一类。具有润湿、乳化、分散、润滑等作用。广泛用于纺织、制革、造纸、金属加工等工业，也用作农药乳化剂。 【制备或来源】由蓖麻油或其他植物油或某些鱼油与硫酸作用，经中和而制得。 【性质】阴离子型表面活性剂 的一类。实际上是硫酸化油（含有一 O由蓖麻油或其他植物或某些鱼油与硫酸作用，再经中和而制得。由蓖麻油制得的常称太古油或土耳其红油。 【涉及领域】合成柴油。 柴油是从石油中提炼而成，因柴油含腊较多，所以燃烧后产生的黑烟较大，污染比较严重。本工艺生产的目的是提供一种污染比较轻的磺化油合成柴油。本工艺生产的特征是：磺化油合成柴油由磺化油、煤油和氢氧化钠组成，其组份按重量百分比为：磺化油 70%煤油 氢氧化钠 本工艺生产由磺化油、煤油和氢氧化钠组成，由 于磺化油的粘度比较高，所以利用煤油加以稀释，又由于磺化油和煤油具有酸性，所以采用氢氧化钠增加碱性，以 3 达到中性，由于本工艺生产不含腊的成份，所以其燃烧后产生的黑烟较少，污染比较轻。 实施例一： 磺化油合成柴油由磺化油、煤油和氢氧化钠组成，其组份按重量百分比为：磺化油 70%，煤油 氢氧化钠 实施例二： 磺化油合成柴油由磺化油、煤油和氢氧化钠组成，其组份按重量百分比为：磺化油 75%，煤油 氢氧化钠 实施例三： 磺化油合成柴油由磺化油、煤油和氢氧化钠组成，其组份按重量百分比为：磺化 油 80%，煤油 氢氧化钠 磺化油是微黄色至深棕色液体，溶于水和乙醇，遇酸分解，是石油化学工业的重要产品，是阴离子型表面活性剂的一类，具有润滑、乳化、分散、润湿的作用，广泛用于纺织、制革、造纸、金属加工等工业，也可作农药乳化剂。 工艺简述如下： 交换反应： 在搪玻璃酯交换釜中加入蓖麻油、丁醇和浓硫酸，搅拌、加热升温至 90，保温 8h，静置 12h，分出下层甘油。 化反应： 在磺化搪玻璃反应釜中加入蓖麻油酸丁酯，搅拌冷却至 0加入 98%浓硫酸，加完后搅拌 1h。 和反应： 压入磺化物，在中和釜中加入（ 53化物）搅拌，温度控制在45一下，搅拌 15置过夜分出下层废酸。搅拌加入三乙醇胺，中和到 和时温度不超过 45，得到产品。 4 要反应式： 1、酯交换： C H 3 ( C H 2 ) 5 C H - C H 2 C H = C H - ( C H 2 ) 7 C O O 3 C 3 H 5 + 3 C 4 H 9 O 蓖麻油 丁醇 3 C H 3 ( C H 2 ) 5 C H - C H 2 C H = C H - ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9 + C 3 H 5 ( O H ) 3O H 蓖麻油酸丁酯 甘油 2、磺化： C H 3 ( C H 2 ) 5 C H C H 2 C H C H ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9 + H 2 S O 4O 硫酸 C H 3 ( C H 2 ) 5 C H C H 2 C H C H ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9O S O 3 H+H 2 O 磺化蓖麻油酸丁酯 水 3、中和： C H 3 ( C H 2 ) 5 C H C H 2 C H C H ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9O S + N ( C H 2 C H 2 O H ) 3磺化蓖麻油酸丁酯 三乙醇胺 N ( C H 2 C H 3 O H ) 3 C H 3 ( C H 2 ) 5 C H - C H 2 C H = C H - （ C H 2 ） 7 C O O C 4 H 90 S O 3 H 磺化油 (定计算基准： 5 本方案采用间歇式操作，间歇式操作以一批进料量为基准进行计算。（ ， ） 据上述生产方法确定生产路线，见工艺流程图（ 2. 工艺流程图（ 2 6 第三章 . 物料衡算 步计算产量： 装置生产能力为： 35 0 0 0 1 0 1 . 1 8 9 4 /3 0 0 2 4 5 8 3 . 8 1 9 5 /k m o l hh g m o l因为设计裕量 10%，总损失 10%，酯交换收率 70%，磺化收率 75%，中和收率80%。 故所需加入的蓖麻油为： ( 1 0 . 1 0 )3 0 . 7 0 0 . 7 5 0 . 8 0 ( 1 0 . 5 0 . 5 ) 1 . 1 8 9 4 / 1 . 13 0 . 7 0 0 . 7 5 0 . 8 0 0 . 9k m o l h 1 3 7 /km ol h 校正，当 1 3 7 /F km o l h 时： 产物的产量 3 0 . 7 0 0 . 7 5 0 . 8 3 0 0 2 4 5 8 3 . 8 1 9 5 /1 . 1 0 . 9FP h g m o l 3 1 . 1 5 3 7 / 0 . 7 0 0 . 7 5 0 . 8 3 0 0 2 4 5 8 3 . 8 1 9 5 /1 . 1 0 . 95 0 0 0 . 1 / 5 0 0 0 /k m o l h h g m o 年 年所以当进料为 1 3 7 /合设计标准。 交换反应计算： 酯交换：根据酯交换反应方程式： C H 3 ( C H 2 ) 5 C H - C H 2 C H = C H - ( C H 2 ) 7 C O O 3 C 3 H 5 + 3 C 4 H 9 O 3 C H 3 ( C H 2 ) 5 C H - C H 2 C H = C H - ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9 + C 3 H 5 ( O H ) 3O 蓖麻油需要 3丁醇与之反应，生成 3蓖麻油酸丁酯和 1 甘油，故需要加入丁醇的量为 1 . 1 8 9 4 / 3 3 . 5 6 8 2 /1k m o l h k m o l h 因为酯交换收率为 70% ， 所以产物蓖 麻油酸丁酯的量为 1 . 1 8 9 4 / 3 7 0 % 3 . 5 6 8 2 /1k m o l h k m o l h 甘油的量为 1 . 1 8 9 4 / 7 0 % 0 . 8 3 2 5 8 /k m o l h k m o l h 分甘油时蓖麻油酸丁酯损失 5% ， 则，进行磺化反应的蓖麻油酸丁酯的量为2 . 4 9 8 / ( 1 5 % ) 2 . 3 7 3 1 /k m o l h k m o l h 化反应计算： 磺化反应：根据磺化反应方程式 : C H 3 ( C H 2 ) 5 C H C H 2 C H C H ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9 + H 2 S O 4O 3 ( C H 2 ) 5 C H C H 2 C H C H ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9O S O 3 H+H 2 O 1蓖麻油酸丁酯需要 1硫酸与之反应，生成 1磺化蓖麻油酸丁酯 1水，故需要加入硫酸的量为 2 3 1 /h 因为磺化反应的收率为 75% ， 所以产物磺化蓖麻油酸丁酯的量为 2 . 3 7 3 1 / 7 5 % 1 . 7 7 9 8 /k m o l h k m o l h 水的量为 2 . 3 7 3 1 / 7 5 % 1 . 7 7 9 8 /k m o l h k m o l h 分废酸时磺化蓖麻油酸丁酯损失 5% ， 则，进行中和反应的磺化蓖麻油酸丁酯的量为 1 . 7 7 9 8 / ( 1 5 % ) 1 . 6 9 0 8 /k m o l h k m o l h 和反应计算： 中和反应：根据中和反应方程式 : 8 C H 3 ( C H 2 ) 5 C H C H 2 C H C H ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9O S + N ( C H 2 C H 2 O H ) 3N ( C H 2 C H 3 O H ) 3 C H 3 ( C H 2 ) 5 C H - C H 2 C H = C H - （ C H 2 ） 7 C O O C 4 H 90 S O 3 H 1磺化蓖麻油酸丁酯需要 1三乙醇胺与之反应，生成 1磺化油 需要加入三乙醇胺的量为 1 0 8 /h 因为中和反应的收率为 80% ， 所以产物磺化油 . 6 9 0 8 / 8 0 % 1 . 3 5 2 6 4 8 /k m o l h k m o l h 料衡算 1、酯交换： 由方程式： C H 3 ( C H 2 ) 5 C H - C H 2 C H = C H - ( C H 2 ) 7 C O O 3 C 3 H 5 + 3 C 4 H 9 O 3 C H 3 ( C H 2 ) 5 C H - C H 2 C H = C H - ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9 + C 3 H 5 ( O H ) 3O 1 3 3 1 : h h h h m ： h h h h 又因收率为 70%且分甘油损失为 5%,则蓖麻油丁酯的产量为 h*h 2、磺化反应： 由方程式： C H 3 ( C H 2 ) 5 C H C H 2 C H C H ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9 + H 2 S O 4O H 9 C H 3 ( C H 2 ) 5 C H C H 2 C H C H ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9O S O 3 H+H 2 O 蓖麻油酸丁酯 1 1 1 1 : h h h h M: h h h h 又因收率为 75%且分废酸损失为 5%,则磺化蓖麻油丁酯的产量为： h*h 3、中和反应： 由方程式： C H 3 ( C H 2 ) 5 C H C H 2 C H C H ( C H 2 ) 7 C O O C 4 H 9O S + N ( C H 2 C H 2 O H ) 3N ( C H 2 C H 3 O H ) 3 C H 3 ( C H 2 ) 5 C H - C H 2 C H = C H - （ C H 2 ） 7 C O O C 4 H 90 S O 3 H 磺化蓖麻油酸丁酯 1 1 1 kg/ m ： h h h m: h h h 又因收率为 80%则磺化油的产量为： h*h 10 第四章 绘制物料平衡图 见图（附录图 4 第五章 能量衡算 全面的能量衡算应该包括热能、动能、电能、化学能和辐射能等。但在许多工程操作中，经常涉及的能量是热能，所以化工设计中的能量衡算就是热量衡算。 工设计工作中，通过热量衡算可以得到的设计参数包括： （ 1）换热设备的热负荷 换热设备包括热交换器、加热器、冷却器、汽化器等。 （ 2）反应器的换热量：包括间歇釜式反应器、连续釜式反应器等。 （ 3）吸收塔冷却 装置的热负荷 （ 4）冷激式多段传热固定床反应器的冷激剂用量。 （ 5）加热蒸汽、冷却水、冷冻盐水的用量。 （ 6）有机高温热载体和熔盐的循环量。 （ 7）冷冻系统的制冷量和冷冻剂的循环量。 （ 8）换热器冷、热支路的物流比例。 （ 9）设备进、出口的各股物料中某股物料的温度。 本方案中热量衡算要求较少，只需进行计算得反应器的换热量以选取合适的换热器规格。 工序中涉及能量衡算 : 主要是酯交换反应的搪玻璃反应釜，故主要针对酯交换工段，进行热量衡算，按工段要求将蓖麻油与丁醇加热至 90，选取蓖麻油和丁醇的起始温度为 25。 由内差法求出蓖麻油在 25时的比热容： 11 12 5 2 0 5 0 2 00 . 4 3 2 1 0 . 4 5 4 0 0 . 4 3 2 1C解得： 1 0 . 4 3 5 8 / ( )C k c a l k g C 同理求出在 90时蓖麻油的比热为： 21 0 0 9 0 1 0 0 5 00 . 4 9 2 9 0 . 4 9 2 9 0 . 4 5 4 0C 解得 : 2 0 . 4 8 5 1 2 / ( )C k c a l k g C 物质在 围内 知此温度范围内的平均定压比热容为（ t1+，也等于 1与 一般来说，物质的 是它的曲率并不大，只要在计算时温度变化范围不大，可按直线计算。但是我方案中采用取 2的对数平均值作为整个加热过程的比热，这样更准确一些。 C= （ (C 1) (5则： 0 . 4 8 5 1 2 0 . 4 3 5 8 0 . 4 6 0 0 / ( )0 . 4 8 5 1 2 4 3 5 8C k c a l k g C 查化工工艺设计手册知：丁醇的比热为 ,由酯交换反应机理知丁醇与蓖麻油的摩尔比为 3:1，则其各占的质 量分数为： 蓖麻油 %= 1 1 2 2 . 1 1 6 0 0 . 8 0 9 21 1 2 2 . 1 1 6 0 2 6 4 . 4 8 0 7 所以 :丁醇 %= ： Q 吸 =t (5所以： Q 吸 =（ *（ *（ 90 =h 则： Q 吸总 = Q 吸 *22h=2=h 将本传热过 程按对流传热考虑： 12 t 25 90 100 100 (t 1)- ( / (t 1)/( （ 5 则： ( 1 0 0 2 5 ) ( 1 0 0 9 0 ) 3 2 . 2 5 9 61 0 0 2 5 0 9 0 查化工手册知搪玻璃反应器的总传热系数为： 23 2 0 / ( )K k c a l m h C 加热过程为 T=1h 由： Q= （ 5 所以： S=Q/K =320*)=六章 绘制物料衡算图 见图（附录图 6 13 第七章 设备计算 根据物料衡算、能量衡算、工艺流程草图进行设备计算（设备容积、换热面积、形式），根据生产能力及原料、产品物性，选则装量系数 =交换设备的计算： 根据其生产量、预处理时间为 2h，生产过程中所用的时间，知整个酯交换反应时间为 22h，故 物料加入体积 22*50+22*09=取装料系数 1=根据 =7 化工工艺设计手册选搪玻璃反应罐 选取搪玻璃 其公称容积为 5000个 化过程设备计算： 根据其生产量、预处理时间为 2h，生产过程中所用的时间，知整个磺化过程所需时间为 3h，故物料加入体积 3*60+3*834=取装置系数 2= 化工工艺设计手册选搪玻璃反应罐 选取搪玻璃 其公称容积为 1000个 洗设备计算： 14 根据其生产量、预处理时间为 2h，生产过程中所用的时间，知整个水洗过程所用时间为 14h，故物料加入的体积 33 51 4 7 7 3 . 5 6 5 8 / 9 6 0 ( 1 4 2 . 3 7 3 1 1 8 . 0 2 / 1 0 0 0 ) 1 23 ， 物 料 按装置系数 3= 12/5化工工艺设计手册 选搪玻璃反应罐 选取搪玻璃 其公称容积为 5000 和反应设备的计算： 根据其生产量、预处理时间为 2h，生产过程中所用的时间，知整个水洗过程所用时间为 2h，故物料加入的体积 41 4 9 . 1 8 8 22 7 3 4 . 9 1 6 4 / 9 6 0 ( 2 7 3 4 . 9 1 6 4 ) / 1 1 2 4 1 . 9 7 9 9 44 3 4 . 6 3 0 3V ， 物 料 选择装填系数 4= = 取搪玻璃 其公称容积为 3000 径的计算和选取： 交换反应设备管径的计算： 4/m 3体积流量，径，1、蓖麻油贮料罐管径： 油及粘度大的液体 流速 u=2 m/s 选取 u=0.5 m/s 由于 管径 d= 4 1 1 2 2 . 1 1 6 / 9 5 03 . 1 4 0 . 5 3 6 0 0=15 故选取 32 2热轧无缝钢管 2、丁醇贮料罐管径： 取 u=s d= 34 2 6 4 . 2 8 0 7 ( / ) / 8 0 9 ( / )3 . 1 4 0 . 5 3 6 0 0k g h g d m=选取 32 2热轧无缝钢管 3、硫酸贮料罐管径 取 u=0.5 m/s d= 34 2 3 2 . 7 5 ( / ) / 1 8 3 4 ( / )3 . 1 4 0 . 5 3 6 0 0k g h g d m=选取 32 2热轧无缝钢管 分层设备管径的计算： 1、蓖麻油酸丁酯贮料 罐管径 油及粘度大的液体 流速 u=2 m/s 选取 u=0.5 m/s 由于 管径 d= 4 8 4 1 . 4 2 3 2 1 / 9 6 03 . 1 4 0 . 5 3 6 0 0=选取 32 2热轧无缝钢管 2、甘油贮料罐管径 取 u=0.5 m/s 16 d= 4 1 0 9 . 5 3 6 4 / 1 2 6 03 . 1 4 0 . 5 3 6 0 0=选取 32 2热轧无缝钢管 磺化反应设备管径的计算： 1、分层损失 5后的蓖麻油酸丁酯贮料罐管径 选取 u=0.5 m/s 由于管径 d= 34 8 4 1 . 4 2 3 1 ( / ) / 9 6 0 ( / )3 . 1 4 0 . 5 3 6 0 0k g h g d m=选取 32 2热轧无缝钢管 2、洗涤过程中磺化蓖麻油酸丁酯和水的贮料罐管径 选取 u=0.5 m/s 由于管径 d= 4 7 7 3 . 5 9 6 2 / 9 6 0 5 3 . 4 5 4 0 8 / 1 0 0 03 . 1 4 0 . 5 3 6 0 0=选取 32 2热轧无缝钢管 和反应设备管径的计算： 1、洗涤损失 5后参加中和反应的磺化蓖麻油酸丁酯贮料罐管径 选取 u=0.5 m/s 由于管径 d= 4 7 3 4 . 9 1 6 4 / 9 6 03 . 1 4 0 . 5 3 6 0 0=选取 32 2热轧无缝钢管 17 2、三乙醇胺贮料罐管径 取 u=1 m/s d= 4 2 5 2 . 2 4 7 4 / 1 1 2 43 . 1 4 1 3 6 0 0=选取 32 2 18 第八章 核算 交换过程的核算： 根据设备结果复核物料衡算、能量衡算和物料平衡图，由设备计算结果知：在酯交换过程中选择 5000L 的 9个，装量系数为 则 V=45 由反应原理知反应罐中蓖麻油与丁醇的摩尔比为 1:3，则其体积比为： 9 3 3 . 4 3 0 3 1 8 0 9 3 . 5 7 4 77 4 . 1 2 1 6 3 9 5 0V M n 丁醇蓖 麻 油 蓖 麻 油 蓖 麻 油丁 醇 丁 醇 丁 醇 蓖麻油 由 V 丁醇 = （ 8 V 丁醇 = （ 8 所以得： ：蓖麻油在一个生产周期 22质量流量为： 50/22=h 丁醇在一个生产周期 22质量流量为 09/22=h 由反应式知： 蓖麻油 蓖麻油酸丁酯 3* 得： h 19 由于酯交换的收率为 70%， 故实际产量为 W=h 化反应过程的核算： 磺化时所用的反应罐