年产7200邻苯二甲酸二丁酯毕业设计

1、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）是广泛用于塑料加工业中的一种良好的增塑剂。DBP生 产工艺主要有三种：间歇法，半连续法和连续法。本设计采用半连续法生产工艺，用邻 苯二甲酸酊和正丁醇进行酯化反应，以硫酸作为催化剂，生产工艺包括酯化、中和水洗、 脱醇、脱色过滤、废水处理等五个主要过程。本设计说明书主要介绍了生产工艺的选择 与确定，物料和能量衡算，主体设备的选型与计算、厂址的选择及厂房布置、以及环境 保护与劳动安全。关键词：邻苯二甲酸二丁酯（DBP）;苯前；酯化反应；工艺设计Word资料AbstractDibutyl phthalate (DBP) is widely used in plastics p

2、rocessing industry as a good plasticizer. There are three main processes production of DBP: intermittent, semi-continuous process and continuous process. This design uses the semi-continuous process, with ophthalmic anhydride and n-butanes for etherification to sulfuric acid as a catalyst. Its produ

3、ction processes including five main processes: etherification, neutralization and washed, alcohol filtering and bleaching, and wastewater treatment. This design specification mainly introduces the selection and determination of production technology, the balance of material and energy,the calculatio

4、n and selection of main equipmentjhe site selection and layout of plantand environmental protection and labor safety.Key Words: Dibutyl Phthalate(DBP); Phthalic Anhydride;Esterification Reaction; Process Design第一章概述11.1 邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的结构与性能11.2 增塑剂的发展趋势11.3 产品需求21.3.1 PVC行业基本情况21.3.2 DBP国外需求情况2第二章工艺流

5、程的选择42.1 生产工艺的确定42.1.1 DBP的合成原理42.2 催化剂的选择42.2.1 对甲苯磺酸催化合成邻苯二甲酸二丁酯52.2.2 树脂催化合成邻苯二甲酸二丁酯52.2.3 无机盐催化合成邻苯二甲酸二丁酯5224杂多酸催化合成邻苯二甲酸二丁酯62.2.5 相转移催化合成邻苯二甲酸二丁酯62.2.6 催化剂的确定62.3 工艺流程的确定72.3.1 生产工艺的对比与选择72.3.2 工艺流程的确定82.3.3 工艺流程介绍9第三章 原料与产品指标113.1 原材料的供应与指标113.1.1 邻苯二甲酸肝113.1.2 正丁醇113.1.3 辅助材料的供应113.2 产品标准及技术参

6、数11第四章物料衡算134.1 反应釜(R0201) 144.2 调配罐(V0202) 164.3 粗酯耀(V0203) 164.4 水洗釜(V0204) 164.5 蒸镭塔(R0202) 174.6 过滤器(X0201) 184.7 分水罐(V0205) 194.8 全装置物料衡算204.8.1 全装置物料平衡计算204.8.2 全装置物料平衡表20第五章能量衡算22Word资料5.1 反应釜（R0201） 225.1.1 物料吸热225.1.2 反应热225.1.3 反应釜总吸热245.1.4 热载体供热245.2 水洗釜（V0204） 245.2.1 热量衡算245.2.2 冷却水用量2

7、45.3 蒸镭塔（R0202） 255.3.1 物料吸热255.3.2 蒸僧塔总吸热255.3.3 加热蒸汽供热265.3.4 冷凝器冷却水的用量265.3.5 冷却水用量265.4 全装置热量平衡27第六章主要设备的相关计算及选型286.1 搅拌反应釜286.1.1 反应釜体积286.1.2 反应釜直径和高度286.1.3 壁厚296.1.4 夹套296.1.5 搅拌器设计选型306.1.6 搅拌轴设计316.1.7 传动装置326.1.8 反应釜传热计算336.2 水洗釜356.2.1 水洗釜体积356.2.2 水洗釜直径和高度356.2.3 壁厚366.2.4 传动装置366.3 过滤器

8、376.4 其它设备376.4.1 正丁醇原料储罐376.4.2 正丁醇计量罐386.4.3 搅拌配料罐386.4.4 分液罐386.4.5 混合气体（水、正丁醇）冷凝器386.4.6 DBP产品冷凝器396.4.7 正丁醇进料泵396.4.8 联苯输送泵396.4.9 料液输送泵406.6主设备一览表41第七章厂址的选择及厂区布置447.1 厂址选择447.1.1 厂址的选择原则447.1.2 厂址的选择447.2 厂房布置467.2.1 总图布置的选择原则467.2.2 车间平面布置说明46第八章环境保护与劳动安全478.1 项目拟采用的环境保护标准478.2 环保措施478.3 污染物的

9、排放及处理478.3.1 废渣的来源478.3.2 废渣的处理措施488.3.3 废水与废气488.3.4 噪声控制488.4 安全管理488.5 消防措施和管理488.5.1 消防措施488.5.2 消防管理49参考文献50Word资料第一章概述1.1邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的结构与性能(1)结构DBP名为邻苯二甲酸二丁酯，分子式为6H22c>4,相对分子质量为278,结构式 为：(2)性能成品邻苯二甲酸二丁酯(DBP)是无色透明液体，可燃，具有芳香气味。凝固点-35 (238 K),沸点 340 (613K),着火点 202,蒸气压 1.3Pa (20),密度(20): 1.05

10、g/cm3,折光指数1.4900,闪点】57七(闭杯)。邻苯二甲酸二丁酯(DBP)是产量和用量最大的通用型增塑剂之一，主要用于聚氧 乙烯、纤维素、树脂等的生产，具有色泽浅、毒性低、耐低温、化学稳定性好等特点； 同时，DBP可溶于醇、酸、苯等多种有机溶剂，可用作胶粘剂和油墨添加剂或杀虫剂， 亦可用于合成橡胶、醋酸纤维等合成材料做软化剂，用途非常广泛，市场需求量大。邻苯二甲酸二丁酯对多种树脂具有很强溶解力。主要用于聚氯乙烯加工，可赋于制 品良好的柔软性。由于其相对价廉且加工性好，在国使用非常广泛，几与DOP相当。 但挥发性和水抽出性较大，因此制品耐久性差。该品是硝酸纤维素的优良增塑剂，凝胶 能力强

11、。用于硝酸纤维素涂料，有很好的软化作用。稳定性、耐挠曲性、粘着性和防水 性皆优。此外，该品还可用作聚乙酸乙烯、醇酸树脂、乙基纤维素、氢丁橡胶以及丁晴 橡胶的增塑剂、还可用于制造油漆、粘接剂、人造革、印刷油墨、安全玻璃、赛璐珞、 染料、杀虫剂、香料溶剂、织物润滑剂等。最新的研究结果表明，DBP在培养基上能抑制HL-60细胞的生长，是一种具有抗癌 功能的试剂。1.2 增塑剂的发展趋势中国塑料制品行业已连续十余年保持良好的发展态势，实现了稳定健康的发展， 而增塑剂是现代塑料工业最大的助剂品种，同时，它也是世界产量与消费量最大的塑料 助剂之一。目前，全球塑料助剂的用量估计约为】000万吨/年，其中增塑

12、剂占塑料助剂 总产量的比例约为60%o目前增塑剂行业的发展趋势主要有以下几个方面：1、生产方面，主增塑剂如DOP、DBP等趋于连续化大生产，而特殊增塑剂趋于多 品种、小批量间歇生产。2、产品方面，传统的、廉价的但安全风险较大的邻苯二甲酸酯类增塑剂逐渐被新 型的、安全性相对较高的DOTP(对苯二甲酸二辛酯)、偏苯三酸类增塑剂所取代，这一 趋势在国外市场表现显著，而在国由于价格等其它因素，邻苯二甲酸酯类增塑剂如 DOP、DBP等仍将被大量使用。3、我国增塑剂行业经过几十年发展，已经形成一定的规模。目前，我国从事塑料 助剂生产的企业已有约1000家，但正向规模化、集约化的方向进行结构调整。4、增塑剂

13、生产趋势向大型化、连续化、微机控制化发展，单套生产能力已经达到10 万吨/年以上。多品种系列化生产具有适应市场能力强、生产灵活性大的特点，以满足 不同塑料加工制品对特殊功能增塑剂品种的需求。1.3 产品需求1.3.1 PVC行业基本情况聚氯乙烯(PVC)是一类性价比优异、用途广泛的高分子合成材料，是世界上最早工 业生产化的树脂品种之一，也是五大通用型合成塑料之一。它具有良好的物理及力学性 能，目前全球使用量在各种合成材料中高居第二。2008-2014年，全球聚氯乙烯(PVC)的市场需求以年均4%的速度快速增长， 尤其是一些发展中国家，基于基础设施建设的迫切需求，市场需求呈现迅猛增长的态势。 作

14、为一个发展中的国家，我国聚氯乙烯树脂需求也将保持快速增长，特别是在建材方面, 近年来正处于高速增长期。随着我国市场国际化的步伐加大，聚氯乙烯树脂包装材料和 管材在水泥、化肥、粮食、食品、饮料、药品、洗涤剂、化妆品等领域都将有广阔的发 展空间，其需求量会有大幅度增长；另外，汽车、通讯、交通等领域对聚氯乙烯树脂的 需求也呈高速增长，我国的聚氯乙烯树脂工业仍有较大的发展空间。1.3.2 DBP国外需求情况我国增塑剂行业经过几十年发展，已经形成一定的规模，目前是亚洲增塑剂生产和 消费最大的国家。其中，邻苯二甲酸酯类增塑剂常用作PVC生产中的主增塑剂，用量 占增塑剂总量80%的垄断地位。邻苯二甲酸二丁酯

15、(DBP)与PVC相容性好，塑化效 率高，毒性很小，是PVC树脂很重要的主增塑剂之一，随着PVC等产品的大量生产， DBP增塑剂的需求量必然大幅增长。DBP的用途网主要包括：(1)大量用于聚氯乙烯(PVC)塑料中作主增塑剂增加制品柔软性，尤其是用作软 质制品的塑化剂，其中PVC人造革增塑剂用量约占其用量的50%。(2)用作硝酸纤维素的优良增塑剂，凝胶能力强。(3)用作合成橡胶的增塑剂。(4)用作涂料添加剂。用于硝酸纤维素涂料，有很好的软化作用。稳定性、耐挠 曲性、粘着性和防水性皆优。(5)用作聚乙酸乙烯、醇酸树脂、乙基纤维素、氢丁橡胶以及丁晴橡胶的增塑剂。(6)用于制造油漆、粘接剂、人造革、印

16、刷油墨、安全玻璃、赛璐珞、染料、杀 虫剂、香料溶剂、织物润滑剂等。DBP的用途如此广泛，尤其PVC行业对其需求量极大，所以我们可以预测：一方 面，随着我国工业化和城市化进程的持续，必将带动建材、农用薄膜、电缆等PVC应 用领域的发展，这将会支撑我国PVC产品需求保持较快的增速。另外一方面，目前各 个发展中国家的大量基础设施建设对PVC产品的需求量非常之大，对于我国PVC产品 的出口外销方面有利。因此，我们可以预测得到DBP在国外的需求量是相当大的。第二章工艺流程的选择2.1 生产工艺的确定2.1.1 DBP的合成原理目前工业上DBP的合成多用苯酊和正丁醇为原料，在催化剂作用下通过酯化反应合 成

17、。DBP的合成是一个连串反应回3大体分为两步：第一步为邻苯二甲酸酊（苯酊）与正丁醇发生醇解反应，生成邻苯二甲酸单丁酯，如 方程（1）所示，该反应为放热反应，无需催化剂，为不可逆反应，反应速度较快，在 120条件下20min左右即可完成；第二步为邻苯二甲酸单丁酯与正丁醇脱水生成DBP,如方程（2）所示，该反应为 可逆吸热反应，反应速度较慢，需在催化剂作用下才能完成，是整个酯化反应的控制步 骤。因此，大多数针对DBP合成的研究及其催化剂开发都是针对方程（2）所示的反应 进行的。（1）。二湍出+WOH若需CO0。 cog%DBP（2）反应过程中，反应温度的提高可引起副反应，温度越高，副产物越多，酯化

18、过程中 主要副反应：K0H-HjS04NROSO20H + H20HOH + H2 sO4 *（ROSOz + HiO反应过程中，控制适当的反应温度和选择硫酸催化剂的合适用量可以减少副产物的 生成。2.2 催化剂的选择目前，国外常用的DBP合成方法是由邻苯二甲酸酊与正丁醇在硫酸作用下酯化而 成，该方法具有硫酸催化剂价廉、工艺成熟、产品收率较高等优点。随着时代的进步, 科学技术的发展和环境意识的加强，人们广泛开展了新型催化剂的研究，先后筛选出一 Word资料批比硫酸腐蚀小、污染少、易于分离和操作的合成邻苯二甲酸二丁酯的方法。下面就近 期国在邻苯二甲酸二丁酯合成催化剂方面的部分研究予以综述。2.2

19、.1 对甲苯磺酸催化合成邻苯二甲酸二丁酯对甲苯磺酸(-。”6%5。阳凡。)是一种强的固体有机酸，其对设备的腐蚀性 和三废污染比硫酸小，同时不易引起副反应，价廉易得，易于保管、运输和使用，催化 剂用量小，是一种适合于工业生产的方法，其催化合成邻苯二甲酸二丁酯的优化条件是: 0.05mol (7.4g)邻苯二甲酊,0.20mol (18.3ml)正丁醇，在0.0026mol (0.5g)一水对甲 苯磺酸作用下回流分水3h,产品收率可达98.1%,产品纯度较高。I，】2.2.2 树脂催化合成邻苯二甲酸二丁酯强酸性阳离子交换树脂是一种高分子磺酸，价廉易得，对设备不存在腐蚀，不污染 环境，不会引起副反应

20、。树脂可以回收、再生和重复使用。它不溶于反应体系，容易从 反应体系中分离，操作方便，产品收率高，是工业生产的有用方法。志成等采用大孔强 酸性阳离子树脂催化合成了邻苯二甲酸二丁酯，该法采用DOOX大孔树脂，在醇、酸酊 比为4.0:1,催化剂用量2.0%,反应温度140150,反应4h,酯产率达90%以上。 该催化剂活性高，热稳定性好，选择性好，产品质量达到分析品级。阎道亮等利用磺酸 型阳离子交换树脂催化邻苯二甲酸酊与正丁醇回流分水，也合成了邻苯二甲酸二丁酯， 产品收率达94%以上，树脂重复使用4次，产品收率不降低。2.2.3 无机盐催化合成邻苯二甲酸二丁酯有相当一部分无机盐本身具有酸性，或者本身

21、是Lewis酸，或者金属原子具有缺电 子结构，能够与邻苯二甲酸酊中的瓶基配位，形成配位化合物而催化酯化反应的进行。 当采用0.05mol(7.4g)邻苯二甲酸肝，0.20mol (18.3ml)正丁醇，0.011 mol不同硫酸盐 为催化剂，回流分水2h,发现这几种硫酸盐的催化活性顺序为：NaHSO4Hq (酯收率92.1%)>%(SQ)&O (85.6%)>CuSO4 -5H2O (61.0%)>MnSO4 1H2O (46.7%)> NiSO4-6H2O (22.3%)这里的催化作用最佳，是合成邻苯二甲酸二丁酯的良好催化剂。同 时发现硫酸氢钠难溶于反应体系，

22、留在反应瓶中的固体仍有一定催化活性，只是每次稍 有损失，使产品收率逐步下降。而后面几种硫酸盐，反应后溶液浑浊，需要经过滤后才 能进行后处理，操作较麻烦。曾庆乐研究了四氯化锡对合成邻苯二甲酸二丁酯的催化作 用。当酸酊与丁醇的物质比为1 : 2.4, Sac。用量为2.021%,回流分水90min,酯化率 达99.54%;若为2.581%,反应60min,酯化率达95.25%。锚等发现利用 制成的Sn。也能催化合成邻苯二甲酸二丁酯，当酸酊与丁醇的物质比为 Word资料1:4, SnO用量占5%, 140320回流分水280min,酯化率达98.5%,并讨论了其反 应机理。戴志晖等利用稀土氧化物为负

23、载组分，制成稀土沸石分子筛催化剂DZH21,这 是一种固体催化剂，具有重复催化性能。他们利用这种催化剂1.0%（对酸酊而言），在醇 酸摩尔比2.5 : 1 .1, 40在釜式反应器中反应24h,酸酊转化率达97.64%,邻苯二甲酸 二丁酯收率97.64%,催化剂选择性100%,未发现有单酯、烯、酸副产物，是合成邻苯 二甲酸二丁酯的良好方法。（同2.2.4 杂多酸催化合成邻苯二甲酸二丁酯杂多酸是由两种以上无机含氧酸缩合而成的多元酸的总称。它不仅具有多元酸和多 电子还原能力，而且其酸性和氢化还原性可以变换组成元素在很大围系统调节，它对许 多反应具有高的催化活性和选择性，并且不挥发，对热稳定，污染少

24、，可以大大减轻对 设备的腐蚀，能够再生和重复使用。王恩波等利用杂多酸为催化剂合成了邻苯二甲酸二 丁酯。采用"30叱2。40，45必039和一"4sM为均相催化剂，A/P叱2圆 为非 均相催化剂以及以活性炭为载体，负载量为20%的负载杂多酸为催化剂，在酸肝与丁醇 的摩尔比1 ： 3.5的情况下，在125230下进行回流分水，发现均相催化剂用量为 1/1000,非均相催化剂用量为1/10000及负载催化剂的选择性均在99%以上，催化活性 97%以上。水金等对杂多酸催化剂进行了改进，合成了固载杂多酸盐及SMOJTiO?为 催化剂催化合成邻苯二甲酸二丁酯，也取得较好效果。11012

25、.2.5 相转移催化合成邻苯二甲酸二丁酯相转移催化是20世纪70年代以来发展起来的一种新型方法，对于某些过去难以进行 或反应速度很慢的反应起了促进作用。等在无水条件下由邻苯二甲酸酊与正丁醇反应先 生成单丁酯，经碱中和后，与漠丁烷在相转移催化剂（三乙基采基氧化铁）存在下发生 酯化反应，生成邻苯二甲酸二丁酯。在使用三种碱K2cO3和KO"）中， 发现K2cO3效果最满意，酯收率达95%,同时发现在第二步反应中微量水的存在并不发 生影响。（1,J2.2.6 催化剂的确定上面介绍了随着国外对环保及节能降耗要求的日益提高，国众多企业和研究单位致 力开发的部分新型的酯化催化剂，这些催化剂各自具有

26、一定的特点，产品收率均相当高, 其中不少具有较大的实用价值。只要经过深入进行试验与筛选，将会找到很有实用价值 的生产方法，并促进邻苯二甲酸二丁酯合成事业的进一步发展。但是由于催化剂成本、回收、操作复杂性、相关工艺开发成熟度以及技术推广等因 素，新型酯化催化剂获得实际工业化应用的不多，我国市场上DBP生产仍主要通过硫 Word资料酸催化进行的。因此，本设计选用硫酸催化剂，使用硫酸催化合成DBP的优势在于以下几个方面:(1)硫酸催化剂作为刚也上常用的“三酸两碱”之一，产量大，成本价廉； (2)采用硫酸催化合成邻苯二甲酸二丁酯，产率较高且工艺成熟；(3)仅需低压蒸汽即可完成，工艺操作条件简单。2.3

27、 工艺流程的确定（3） .1生产工艺的对比与选择DBP生产工艺主要有两种，间歇法和连续法。按生产的连续化程度又可细分为间歇、 半连续、连续三种流程。(1)间歇流程投资小、设备简单、生产灵活、易于小批量多品种生产，劳动强度 大，需严格控制生产时间及操作条以保证产品质量，是我国DBP生产的主要方法。维 之四等通过对丁醇的回流位置进行改造，减少了原料丁醇的投入量，从而降低了丁醇 回收系统的操作费用并大大缩短了酯化反应时间，提高了产品质量并降低了生产成本。 除此以外，采用多效蒸发原理处理含醇废水，在提高醇回收的同时降低蒸发能耗，以达 到节能降耗的目的，在DBP工业生产中也获得了较好的使用效果。硫酸碱水

28、图1 DBP生产工序(2)半连续法是在间歇基础上的改进，常见做法是酯化反应采用间歇操作，其余 工序采用连续操作，以降低劳动强度，提高工艺的自动化操控水平并优化生产工序。史 耕等口司在其2万吨/年装置的工艺设计上借鉴了国外DOP的生产技术，对DBP的间歇 工艺进行了改造。其整体的工艺流程类似图1所示。主要的改进有：。)酯化工序采用两 个并联的酯化釜交替操作并采用氮封系统，改进了粗酯冷却系统和酯化釜加热结构，以 减少操作时间，提高酯化生产率和产品质量，并实现节能降耗；川)在脱醇工序采用真空 双塔串联脱醇工艺以强化脱醇脱臭和干燥效果，降低活性炭用量；你)该工艺还在产品 脱色、过滤、以及废水气提方面加

29、以优化，在改善产品质量的同时减少了废水排放，节 约了能耗。该工艺在实际生产中取得了较优的节能指标，并减少了环境污染。(3)连续法生产自控水平高、质量稳定、劳动强度低、能耗低、生产量大，但设 备复杂、投资高、生产不如间歇法灵活，多用于大规模工业化生产。其中，连续酯化及副产物丁酸的连续脱除是DBP连续化工艺的关键。岳金彩等“基于酯化动力学，采用 了如图2所示的阶梯式串联酯化釜实现了酯化反应的连续生产，其中新鲜丁醇采用分段 进料，回收的丁醇、硫酸、以及苯酊等只在第一个酯化釜进料。岳金彩等还确定了连续 酯化的流程及操作条件，指出采用此流程其苯好的转化率可达99.8%以上；该工艺采用 了双塔流程分离副产

30、物丁酸，并可得到高附加值的高纯度丁酸。由于我国DBP的生产 规模普遍较小，较高的投资及复杂流程限制了其工业化应用；且与间歇法相比，生产品 种受工艺流程的制约，不如间歇法灵活。因此，连续化DBP工艺在我国应用较少。图2连续DBP酯化工序Word资料2.3.2工艺流程的确定综上所述，由于半连续式流程简单，易控制、易操作，且设备简单，投资少，因而 本设计采用半连续法生产DBP,该工艺流程并不复杂，生产DBP时，和间歇式流程一 样主要分酯化、中和水洗、脱醇、过滤精制、废水处理5个工序。苯醉碱水脱色剂正丁醇硫酸DBP图3工艺流程框图其中，酯化工序采用间歇操作，在酯化工序后加入一个中间储罐，其他工序采用连

31、 续操作。工艺流程框图如下:2.3.3工艺流程介绍原料丁醇与催化剂计量后送入调配罐(V0202),混合溶解后用泵送至反应釜。苯 酊为白色粉末状固体，称量后从反应釜(R0201)上的大口径加料口加入。反应釜加热 介质为联苯，由加热炉提供加热，联苯进口温度为240,升温0.5小时，使釜物料温 度达140。反应经酯解1小时，酯化6小时后完成反应。反应过程中产生的部分水(此。) 及未反应的正丁醇(1-BUT)在反应结束后由釜顶蒸出，经冷凝器冷凝至92.7成液相 后，送至分液罐(V0205)静直，由于正丁醇稍溶于水，所以在料液静置后即会产生分 层，上层为轻组分正丁醇，用泵输送回流至原料段循环使用；下层则

32、为醇水溶液，送至 废水处理流程。反应釜反应完毕后，反应物料先经粗酯罐(V0203)再输送至送入水洗釜(V0204) 加碱液进行中和水洗。水洗后静直一段时间，水层送至废水处理工序。水洗后的酯层送入真空蒸储塔(R0202)进行减压脱醇工序，绝大部分正丁醇和水 由塔顶蒸出，经冷凝器冷凝至92.7成液相后，再送至回收醇处理流程。蒸僧塔塔底物料由泵加压输送至过滤器(X0201)过滤、脱色，滤渣为活性炭、硅 藻土、中间产物与未反应的废料等固体物，作焚烧或填埋处理。经过滤脱色后的料液即 为产品邻苯二甲酸二丁酯(DBP)。根据工艺流程框图画出工艺流程简图如图4:|M2M17R0201-反应釜；R0202蒸僧塔

33、；V0202-调配罐；V0203-粗酯罐；V0204-水洗釜；V0205分水 罐；X0201过滤器;M】-原料正丁醇；M2-催化剂；M3-原料混合液；M4-原料苯酊；M5-气相产物；M6-回收醇；M7-废水；M8-粗产品A; M9-粗产品B; M10-碱液；Mil-中和水；M12-粗产品C; M13-脱出醇;M14-粗酯；M15-脱色剂；M16-滤渣;M17-DBP产品Word资料1.05g/cm3,折光指数1.4900,闪点157 （闭杯）。工业邻苯二甲酸二丁酯应符合表2-1所示的技术要求，该要求引用自GB/T 11405-2006 o表3-1工业DBP主要技术指标项目指标优等品一寺口口O一

34、寺口口外观透明、无可见杂质的油状液体色度(Pt-Co) <202560纯度/%99.599.098.0密度(201) / (g/cm3)1.0441.048酸值(mgKOH/g)0.070.120.20闪点160水分/%0.100.150.20第四章物料衡算相关数据：生产规模。设计任务规定邻苯二甲酸二丁酯的年产量：7200（100%） o生产时间。每年300个工作日，间歇操作，反应时间为（升温0.5h+醇解1 h+ 酯化6h） 7.5 h,按一天生产3釜（批）计算。每天生产能力：（7200x1000） /300 = 24000kg/d相关技术指标按设计工艺要求使各原料的摩尔配比（摩尔）如

35、下：苯酊：正丁醇：硫酸催化剂=1： 3.0 : 0.025质量标准：为方便计算，原料视为纯物质。产品规格：本设计中生产的DBP均为优等品，纯度为99.5%。产品损失：为方便计算，DBP在各工段的损失按每工段约0.5%的损失进行计算。由于该酯化反应为可逆反应，其中正丁醇作为过量原料提高反应的转化率，转化率 为 95%。各组分相对分子质量如下表4-1:表4-1各组分相对分子质量化合物分子式相对分子质量苯肝C/B148正】醇C4H 90H74中间产物C2Hl4O4222DBP278水h2o18浓硫酸h2so498物料衡算简图如下图4.1:MlM2' V0202(M3M4MIOM15M17图4

36、.1物料衡算简图V0203-粗酯罐；V0204-水洗釜；V0205分水R0201-反应釜；R0202蒸僧塔；V0202-调配罐； 罐;X0201过滤器；M4-原料苯肝；M5-气相产物；M6-回收醇；Mil-中和水；M12-粗产品C; M13-脱出醇;M】-原料正丁醇；M2-催化剂；M3-原料混合液； M7-废水；M8-粗产品A; M9-粗产品B; M10-碱液； M14-粗酯；M15-脱色剂；M16-滤渣；M17-DBP产品4.1 反应釜（R0201）该生产装置年产量7200t,年开工7200 h即300 d,每天生产3批，DBP后处理 （蒸僧、过滤）中产品损失率=2x0.5%= 1.0%,水

37、及正丁醇量较小，为计算方便，后处 理过程损失率忽略不计。每釜应生产的产品质量二丽瑞吟厂8080.8。依反应过程所涉及的化学变化：在R0201 （主反应釜）中由催化剂催化使原料发生反应，反应分两步进行，反应方 程式如下：C&HO+gHQH 在工艺条件下反应转化率为99%0 gHM+gHQHwHO-13OC>012"1404130-150C催化剂, DBP + 一 II反应转化率为95%0 由反应方程式ii可得:士 = 金也厂八 小壬- 8080.80x222,八7中间产物62”14。4的质里= CC- =6792.65必3278x0.93QQQH QH 乂 797未反应的

38、中间产物质量二；二八;x0.05 =339.63Zg8T278x0.95参加第ii步反应的正丁醇的质量二里等卫二2151.01 kg /278反应生成的水的质量二竺黑N =523.22口 ZyT2/0由上及反应方程式i可得：反应所需苯酊的总质量=I：；""1# =4574.18必/T ,即30.91 kmol-B 乙乙乙X kJ. XX未反应的苯酊的质量二言异甘0.01 =45.74心8T乙乙乙X U.yy参加第i步反应的正丁醇的质量，6”；：型4 =2264.22必.丁1乙乙乙所以需正丁醇的总质量=2151.01+2264.22 = 4415.22必.非故生成水的质量=5

39、23.22.87由原料的配比可知加入的催化剂摩尔数为30.91 xO.025=0.7727痴尸加入的正丁醇的摩尔数为30.91 x 3=92.7198kmol- B-l即硫酸质量=0.7727x98 = 75.72必田，加入的正丁醇的总质量=92.7198x74=6861.26必.非未反应的正丁醇的质量二 6861.26-4415.22=2446.04- B-1酯化釜中：塔底至少剩余水的质量=75.72/0.7-75.72=32.45依.川塔顶气相产物中水的质量=523.22-32.45=490.77依气相产物中丁醇的质量=490.77/0.422-490.77=672.19必塔底剩余丁醇的质

40、量=2446.04-672.19=1773.854非由上述数据可得各物料质量如下：M3 （原料混合液）含正丁醇 6861.26 kg Bj 硫酸 75.72 kg/t,即 M3 = 6861.26+75.72 = 6936.98kg- 3TM4 （原料苯酊）=4574.18必 3一1M5 （气相产物）：气相中的水质量=490.77 kg - 8T ;气相中的正丁醇质量=672.19秘 8 即 M5 = 490.77+672.19 = 1162.96 版 bM8 （粗产品）：未反应的苯酊45.74kg,硫酸7572kg. B-',塔底剩余丁醇1773.85,塔底剩余水32.45,未反应中

41、间产物339.63必4t,含产品DBP 8080.80小即 M8 = 45.74+75.72+1773.85+32.45+339.63+8080.80= 10348.20依" 对反应釜R0201做全物料平衡计算：M3+M4 = 6936.98 + 4574.18 = 11511.66 必M5 + M8 = 1162.96+ 10348.20 = 11511.66 5g b即 M3+M4=M5 + M84.2 调配罐（V0202）由4.1计算可知：Ml （原料正丁醇）=6861.26 kg B-iM2 （催化剂）=75.72相团M3 （原料混合液）=M1 + M2 = 6861.26

42、+ 75.72 = 6936.98 kg - B-l4.3 粗酯罐（V0203）由4.14.2计算可知：M8 （粗产品A）:未反应的苯酊45.74kg-B-l,硫酸7572k& B-',塔底剩余丁醇1773.85依,塔底剩余水32.45,未反应中间产物339.63必/t,含产品DBP的质量为8080.81依夕 即 M8 = 45.74+75.72+1773.85+32.45+339.63+8080.81 = 10348.20依" M9 （粗产品B）:未反应的苯酊45.74.3-',硫酸75.72塔底剩余丁醇1773.85版/L塔底剩余水32.45抬出-1未反应

43、中间产物339.63必/T,含产品DBP的质量为8080.81必夕 即 M9 = M8= 10348.20kg - 3T4.4 水洗釜（V0204）由4.14.3计算可知：由粗酯：碱液=4: 1,则 2.5%碱液质量=M9/4= 10348.21/4=2587.05砥3 碱液含 NaOH 量=2587.05 x2.5%=64.68%g- 3一1碱液含水量=2587.05-64.68=2522.37 kg - 8T中和后总的水含量=2522.37+32.45=2554.82依 "I溶于水的丁醇约为水含量的20%,则溶于水的丁醇=2554.82x20%=510.96必4釜中剩余丁醇质量二

44、 1773.85-510.96= 1262.89釜中剩余水的质量二2554.82 X 10%=255.48 kg - 3T分出的水的质量=2554.82-255.48=2299.34必 由上述数据可得各物料质量如下：M9 （粗产品B）:未反应的苯酊45.74必4T ,硫酸75.72必旷，塔底剩余丁醇1773.85依山、塔底剩余水32.45依I%未反应中间产物339.63必3, 含产品DBP的质量为8080.81即 M9 = 45.74+75.72+1773.85+32.45+339.63+8080.81 = 10348.20必M10 （碱液）：碱液含 NaOH 量=2587.05 x2.5%=

45、64.68&g 3一1碱液含水量=2587.05-64.68=2522.37 kg B-l即 M10 = 64.68+2522.37=2587.05 kg -Ml 1 （中和水）：NaOH 质量 64.68硫酸 75.72kg t溶于水的丁醇510.96必,分出的水2299.34kg/-未反应中间产物339.63必未反应的苯酊45.74必8-1即 Ml 1 = 64.68+75.72+510.96+2299.34+339.63+45.74 = 3336.07-M12 （粗产品C）:釜中剩余丁醇1262.89版 8、釜中剩余水的质量255.48-Z?-',含产品DBP的质量为80

46、80.81 kg B-'即 M12 = 1262.89+225.48+8080.81 = 9599.18-B-1对中和釜（V0204）做全物料平衡计算：M9+M 10=10348.21 + 2587.05 = 12935.25 kg - 5TMll+M12 = 3336.07 + 9984.57 = 12935.25 kg - 8T即 M9+M10 = M11+M124.5 蒸僧塔（R0202）由4.14.4计算可知：塔底产品中：含 DBP 的质量=8080.81 X （1-0.5%）=8040.40Zg-3 含有水的质量=8040.40/99.5% X 0.1 %=8.08 kg,含

47、丁醇的质量=8040.40/99.5%X （1-99.5%-0.1%） =32.32必 脱出醇中：含有水的质量二255.48-8.08=247.40kg ,含丁醇的质量二 1262.89-32.32=1230.57 必 8T含工序损失 DBP 的质量=8080.81 XO.5%=4O.4O-Z?-1 由上述数据可得各物料质量如下： M12 （粗产品C）:釜中剩余丁醇1262.89依/上釜中剩余水的质量255.48必,含产品DBP的质量为8080.81 kg B-'即 M12= 1262.89+225.48+8080.81 = 9599.18-B-1M13 （脱出醇）：含有水的质量247

48、.40必 3，含丁醇的质量1230.57a/T含工序损失DBP的质量40.40依T即 M13 = 247.40+1230.57+40.40 = 1518.37 kg - 8TM14 （粗酯）：含DBP的质量8040.40必/T含有水的质量8.08依出，含丁醇的质量32.32必即 M14 = 8040.40+8.08+32.32 = 8080.80 kg B-1对蒸储塔塔（R0202）做全物料平衡计算：M12 = 9599.18B-1M13+M14= 1518.37+8080.80 = 9599.17 kg - 3T即 M12 = M13+M144.6 过滤器（X0201）由4.14.5计算可知

49、：活性炭的质量=8080.80 X 2%=161.62必 8T工序损失 DBP 的质量=8080.80 x0.5%=40.40kg 8-1剩余 DBP 质量=8040.40-40.40=800。.。必由上述数据可得各物料质量如下：M14 （粗酯）：含产品DBP的质量为8040.40g必t , 含有水的质量为8.08必 3，含丁醇的质量为32.32必/T即 M14=8040.40+8.08+32.32=8080.80kg,M15 （脱色剂）：活性炭的质量161.62小田1即 M15= 161.62必/TM16 （滤渣）：含活性炭的质量为161.62必/T,含工序损失DBP的质量40.40必-3-

50、1g|M16= 161.62+40.40 = 202.02 kg - 8TM17 （DBP 产品）：含产品DBP的质量8000.00必3-1,含有水的质量为8.08必4L含丁醇的质量为32.32必/t即 M17=8000.00+8.08+32.32=8040.40kg,B-1对过滤器（X0201）做全物料平衡计算：M14+M 15 = 8080.80+161.62=8242.42 kg 3TM16+M 17 = 202.02+8040.40 = 8242.42 kg 3T即 M14+M15 = M16+M174.7 分水罐（V0205）由4.14.6计算可知：M5 （气相产物）：气相中的水质量

51、=490.77 kg - 8T ；气相中的正丁醇质量=672.19必 B 即 M5 = 490.77+672.19=1162.96 kg M6 （回收醇）：被回收的正丁醇质量= 672.19-98.15=574.03,即 M6= 13463 IgM7 （废水）：气相中的水质量=490.77 kg - B-l溶于水中的正丁醇质量二490.77 x 20%=98.15必 3T即 M7 = 490.77+98.15 = 588.92 kg - 3T对分水罐（V0205）做全物料平衡计算：M5=1162.96kg-8M6+M7 = 574.03+588.92 = 1162.95 kg - 3T即 M5

52、+M11 =M6+M74.8 全装置物料衡算4.8.1 全装置物料平衡计算M1+M2+M4+M10+M15二 6861.2675.72 + 4574.18 + 2587.05+161.62=14259.83 kg- B-lM6+M7 + M11+M13 + M16 + M17二 574.03 + 588.92 + 3336.07 +1518.37 + 202.02+8040.4 = 14259.83 kg - B-l即 Ml+M2+M4+M10+M15 = M6 + M7+M13 + M16 + M17全装置进出物料相等，符合质量守恒定律，物料平衡见表4-2及表4-3。4.8.2 全装置物料平

53、衡表表4-2工艺流程物料平衡表单位：kg4-'物料号苯酊 正J醇 硫酸中间产物 水 氢氧化钠活性炭 DBP总计Ml6861.266861.26M275.7275.72M36861.26 75.726936.98M44574.184574.18M5672.19490.771162.96M6574.03574.03M798.15490.77588.92M845.741773.85 75.72339.6332.458080.8010348.20M945.741773.85 75.72339.6332.458080.8010348.20M102522.37 64.682587.05Mil45.

54、74510.9675.72339.63 2299.34 64.683336.07M121262.89255.488080.809599.18M131230.57247.440.41518.37M1432.328.088040.48080.80M15161.62161.62M16161.6240.4202.02M1732.328.0880008040.40表4-3进出物料平衡表（单位：kgB进料出料名称质量kg名称质量kgMl6861.26M6574.03M27572M7588.92M44574.18Mil3336.07MIO10348.20Ml 31518.37M15161.62M16202.

55、02M178040.40合计14259.83合计14259.83第五章能量衡算以每釜料作为计算基准5.1 反应釜(R0201)5.1.1 物料吸熟由化工手册查得各物料热容及潜热如下：苯酊： 。川=0.280 kcal/kg-,正丁醇(I):G，2 = 0.723 kcallkg-正丁醇 ©：£,3=0461 kcal/kg七;正丁醇汽化潜热：q=92.8 kcal/kg ；H2so屋CP4 =0.199 kcal/kg-;进料温度：25反应温度：140反应釜的温度由25升至140 (包括物料液体升温、汽化热及气体升温)时，各 物料的吸热量：苯酊：2, = J?s CpXdt = 584.53 x 0.280 x (200 - 25) = 28641 .97 kcalf 184.5f2(X)正丁醇：