年生产10万吨邻苯二甲酸二辛酯工艺设计

摘要邻苯二甲酸二辛酯，简称DOP,俗称二辛酯。分子式：C24H38O4是重要的通用型增塑剂，是目前国内外用量最大的增塑剂之一，广泛用于橡胶、塑料行业的DOP用量，几乎占了DOP用量的七成以上。经过分析比较各种生产原料、合成工艺后，本设计工艺流程是采用串联多釜反应器连续酯化技术，催化剂是采用氧化铝与辛酸亚锡以1:1比例复配催化剂年产8万吨邻苯二甲酸二辛酯，以满足国内需求。原则，在比较国内外各种先进生产方法、工艺流程和设备配置基础上，选用是从苯酐和异辛醇出发经过酯化反应、脱醇、精制得到产品的工艺路线生产邻苯设计包括生产工艺设计论证、工艺计算及设备设计选型，附有带控制点的工艺流程图，主要生产设备结构尺寸图，生产车间的设备配置图。最后部分考虑1总论2生产原料、设备选用和工艺条件2.2项目原料2.2工艺条件2.2工艺反应设备3工艺反映原理和注意事项3.2反应注意事项4工艺流程4.2脱醇过程4.4汽提过程4.5过滤过程5物料衡算5.2一级酯化物料计算6自动控制6.2检测和控制6.4仪表防护7分析化验7.3含量7.4酸度8三废处理、安全卫生防护8.2安全卫生防护结束语1邻苯二甲酸二辛酯简介邻苯二甲酸二辛酯(简写为DOP,俗称二辛酯)具有以下特征：无色粘性液体，微有气味，能溶于专款专用脂肪烃和芳香烃，微溶于甘油，不溶于水，密度是0.981g/ml,熔点是-50℃,沸点是384℃,折射率n20/D是1.485-1.487,闪邻苯二甲酸二辛酯是通用型增塑剂，主要用于聚氯乙烯酯的加工，还可用于化地树酯、醋酸树酯、ABS树酯及橡胶等高聚PVC人造革和PVC电线电缆，这些行业的DOP用量，几乎占了DOP用量的工业上为最广泛使用的增塑剂，除了乙酸纤维素、聚乙酸乙烯外，与绝大多混合性能好，增塑效率高，挥发性较低，低温柔软性较好通用级DOP:广泛用于塑料、橡胶、油漆及乳化剂等工业中。用其增塑的PVC可用于制造人造革、农用薄膜、包装材料、持续稳定增长，建筑、汽车等行业的迅速发展，也会,PVC电线电缆开始出现用量下降的趋势，但是在其中工业生产的产品规格如表1所示。2生产原料、设备选用和工艺条件①原料邻苯二甲酸酐具有以下特点白色鳞片结晶，熔点130.2℃,沸点284.5℃的晶体。它几乎不溶于水，能刺激性作用，空气中的浓度不宜超过2mg/L。②2-乙基己醇(辛醇)为无色透明液体额，特俗气味，沸点181~183℃,溶在工业上可以用乙炔、乙烯或者丙烯以及粮食为原料生产2-乙基己醇。2.2工艺条件酯化反应温度即为辛醇与水的共沸温度，通过共沸物的汽化带走反应热和水分，反应易控制。反应温度高对化学平衡和反应速率有好多好处，但反应温度130~150℃;采用非酸性催化剂温度为190~230℃,大于240℃DOP则会产生裂之花是可逆反应，为提高转化率，任意反应物过量，均可促使反应平衡向右移动。由于辛醇价格较低并能与水形成共沸混合物，过量的辛醇可以将水带出反应系统，降低生成物的浓度，有利于向又进行，因此，辛醇过量，辛醇与苯酐的配比为(2.2~2.5):1(摩尔比),若辛醇2.3工艺反应设备(1)具有适宜的流体力学条件，能保证气液两相充分接触，使反应以尽可能(2)在保证最大生产能力要求的气液流量的前提下，不能发生液泛。(3)①反应器设计原则②塔设备设计原则(1)具有适宜的流体力学条件，达到气液两相的良好接触；(2)结构简单，处理能力大，压降低；(3)强化质量传递和能量传递。整个生产过程中，酯化是关键，其主要设备是酯化反应器。反应器的选用关其操作流程比较简单，控制也比较容易，反应其各部分的组成和温度稳定一致，无聊停留时间也一样，通常采用的间歇式反应器为带有搅拌和换热(夹套和蛇管热交换)的釜式设备，为了仿佛和保证产物纯度，可以采用衬搪玻璃的反应釜。其中的所需的容器及其各种工艺标准如表2所示：表2设计采用的专业标准规范3工艺反应原理邻苯二甲酸酐与2-乙基己醇酯化一般分为两步。第一步，苯酐和辛醇合成单酯，反应速度很C24H3804+CH3CH2CH2C①醇分子内脱水形成烯烃。C8H17OH醇分子内脱水形成烯烃C8H16.②醇分子间脱水形成醚。C8H17OH醇分子间脱水形成醚C8H1OC8H17。④生成异丙醇(来自催化剂本身)从而生成相应的酯。⑤生成正丁醇(来自催化剂本身)从而生成相应的酯。1%左右。数量低，沸点较低，在酯化过程中，作为低沸物派出系统。(1)将原料中的任一种过量(一般为醇类),使平衡尽量向右移动；(2)将反应生成的酯或者水两者中任何一个即及时的从反应系统中除去，促使酯化完全，生产中常以过量的醇作为溶剂与水共沸作用，且这种共沸可以在(3)酯化反应一般分为两步，第一步生成单酯，这步反习速率很快，但是由单酯反应生成酯的过程却很缓慢，工业上一般采用催化剂和提高反应温度来提中和粗酯中的酸性杂质并除去，使粗酯酸值降低。同时醇和酯的分离通常采用水蒸气蒸馏法，有事采用醇和水一起被蒸出，然后用蒸馏法分开。回收醇是利用醇和酯的沸点不同，采用减压蒸馏的方法回收，回收醇中要求酯含量越低越好，否则循环使用中会使产品色泽加深，因此必须严经醇酯分离后的粗酯采用汽提和干燥的方法，除去水分和低分子杂质很少量醇。通过吸附剂和助滤剂的媳妇脱色作用，保证产品的色泽和体积电阻率两项指标，同时除去产品中残存的微量催化剂和其他机械杂质，最后得到高质量的邻苯二甲酸单酯与辛醇进一步酯化生成双酯的反应是可逆的吸热反应，从热力学分析，升高温度，增加反应物弄，降低生成物的浓度，都能使平衡向着生反应生成的水与醇形成共沸物，从系统中脱出，以降低生成物的浓度，使整个邻苯二甲酸单酯与辛醇进…步酯化生成双酯的反应是可逆的吸热反应，其平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剂产品和减少污染。因此本设计采用的是非酸性催化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(1)酸性催化剂以硫酸为首的酸类催化剂是传统的酯化催化剂：常用的有：对甲苯磺酸、十二烷基苯磺酸、磷酸、锡磷酸、亚锡磷酸、苯磺酸和氨基磺酸等。此外硫酸氢钠等酸式盐，硫酸铝、硫酸铁、等强酸弱碱盐，以及对苯磺酰硫酸>对甲苯磺酸>苯磺酸>2-萘磺酸>氨基磺酸硫酸活性高，价格便宜，是应用最普遍的酸性催化剂，用他制备DOP,在100~130℃就有很高的催化剂作用。但是硫酸也有知名的弱点，不仅严重腐蚀设备，还会因其氧化、脱水作用与醇发生一系列的副反应，生成醛醚、硫酸单酯、硫酸双酯、不饱和物和羧基化合物，使醇的精致和回收复杂化。为了避免这一问题，可以使用活性地狱硫酸但较为温和的其他酸作为催化剂。比如用对甲苯(2)非酸性催化剂非酸性催化剂有①铝的化合物，如氧化铝、氯酸钠，含水Al2O3+NaOH等②IVB族元素化合物，如氧化钛，钛酸四丁酯，氧化锆、氧化亚锡和硅的化合物④VA族元素化合物，氧化锑、羧酸铋等。非酸性催化剂的应用对酸性工艺来说是一项重大的技术进步，使用非酸性催化剂可缩短酯化反应时间，产品色泽优良，回收醇只需简单处理，即可循环使在实际生产中一般有两种生产邻苯二甲酸二辛酯的方法：酸性催化剂间歇生其中酸性催化剂间歇生产邻苯二甲酸二辛酯操作流程与控制比较简单，反应器个部分的组成和温度稳定一致，物料停留的是原料消耗定额高，能量消耗大，劳动生产率低，产品质量稳定。多用于多品副反应少，简化了中和、水洗工序，废水量减少，产品质量稳定，原料及能量酸性催化剂间歇生产邻苯二甲酸二辛酯生由单酯、酯化、中和、脱醇、过滤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)进料温度及5金的反应温度见表2。(3)催化剂量：0.03%(wt)(7)总转化率：约99.5%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：(2)进料粗酯含醇量：16%～17%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(1)NaOH水溶液浓度：0.3(wt%)(3)粗酯：碱=6:1(vol)(6)NaOH单耗：0.4kg/tDOP(7)中和水洗后酸值：0.01～0.02KOHmg/DOP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0(1)粗酯人塔温度：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)在粗酯中加入吸附剂和助滤剂，脱除粗酯中含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DOP生产工艺流程方块图(见图1)工艺流程图如图2所示：邻苯二甲酸酐与2-乙基己醇以1:2的质量比在总无聊质量分数为0.25%~0.3%的硫酸催化剂作用写，于150℃左右进行减压酯化反应。操作系统的压力维持在80kPa,酯化时间一般为2~3小时，酯化时加入总物料的0.1%~0.3%的活性炭，5%的碱液中和，在经过80~85℃热水洗涤，分离后粗酯在130~140℃与80kPa的减压下进行脱醇，知道闪电为190℃以上为止。脱醇后再以直接争气脱去低沸物，必要时在脱醇前可以补加一定量的活性炭，最后经过压滤而得到成级酯化釜温度控制不低于180,最后一级酯化温度为220～230,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…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3～5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。kPa,50～80℃)、干燥(1.32kPa,50～80℃)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)成分为滤剂的吸附，脱色作用，保证产品DOP的色泽和体积电阻率两项指标，同时除的收率以苯酐或以辛醇为99.3%。回收的辛醇一部分直接循环到酯化部分使用，另一部分需进行分馏和催化加氢处理。生产废水(COD值700～1500mHg/L)用活性污泥进行生化处理后再5、物料衡算DOP年生产能力根据设计任务规定为年生产80000吨/年，取工作日为330天。DOP10000吨年生产日330天故每小时要得纯DOP为：12.63×99.5%=12.57吨设整个过程之中DOP损失量为4%则实际每小时产纯DOP为12.57÷(1-4%)=13.09吨分子量：苯酐148.12异辛醇130.0DOP390.3H2O185.2一级酯化物料计算二级酯化反应式：第一步酯化转化率为100%,第二步酯化转化率为99.5%.一小时一级酯化反应釜进釜苯酐的量为：苯酐：异辛醇=1:2.2又回流异辛醇量21.55kmol总异辛醇量74.16+21.55=95.71kmol出釜异辛醇量为74.16-33.71+21.55=62.00kmol5.3二级酯化物料计算进釜异辛醇62.00kmol单酸酯的量33.71kmol氧化铝与辛酸亚锡复配催化剂量0.32kmol出釜第一釜的转化率XA=0.523DOP的物质的量33.71*0.523=17.63kmol/h氧化铝与辛酸亚锡复配催化剂量0.32kmol产生的水的物质的量n水=33.71*0.523=17.63kmol/h异辛醇一部分作为带水剂与水一起出釜，异辛醇经冷凝器冷却再回流至反应N28m/h,转化为摩尔流量：p=38*1015008.314*303.15=322.16mol=0101.500∴每一小时将有：=2061m3排出反应釜。5.4酯化工段物料衡结果表4.一级酯化段物料衡算表表5二级酯化段釜1物料衡算表6自动控制为对生产过程中各种工艺参数进行测量、指示和记录，本厂设有大量检测仪表，代替了操作人员对工艺参数的不断人工观察与记录，节省了大量的人力与时间。同时，在自动检测过程中，一旦发现工艺参数超过了设定允许范围，计算机自控系统自动地发出声光报警信号，告诫操作人员注意；与此同时联锁系统立即采取应急措施，打开安全阀或切断某些管道，必要时紧急停车，以防事故的发生和扩大，最大限度的保护操作人员的安全。6.1仪表设计说明6.2检测和控制根据工艺生产过程的需要，在控制上采用了集中和就地相结合的方案，即重要的工艺参数集中在控制室进行指示、报警、控制和操作，非重要的工艺参数于就地指示。所有工艺参数的显示，打印、趋势记录以及信号越限报警均由DCS来完成，DCS留有与上位机的通讯接口，以便将来与总厂调度通讯，使厂方的管理人员时时刻刻掌握整个工厂的生产运行状况。6.3仪表配置集中检测采用铂热电阻或热电偶：t<300℃选用铂热电阻Pt100,t~300℃选保护套管主要采用1Cr18Ni9Ti;防爆区域内的仪表，选用相应等级的防爆仪表；就地显示主要采用万向型双金属温度计，保护套管主要采用1Cr18Ni9Ti。集中检测采用智能型3051压力变送器或差压变送器。有的地方选用远传压力集中检测的流量采用标准孔板配3051差压变送器。有腐蚀的地方或煤黑水等介质，将采用电磁流量计，就地流量测量，采用双波纹主要材质采用不锈钢或PTFE。6.4仪表的防护1施工安装与检修中仪表安全防护注意事项温(护)箱、仪表管线等设备的都时常发生。(8)不经仪表专业人员同意不宜接用仪表用压缩空气和仪表专用电源。洛阳2操作运行过程中仪表安全防护注意事项(2)严禁不经仪表专业人员允许自行开、关仪表阀门(带手轮的控制阀除外)。在—些化工企业因某种原因一些操作工人私自开关计量仪表阀门和修改仪表(5)打扫卫生时严禁使用有机溶剂擦拭仪表、仪表面板及DCS和PLC键(8)已投入运行的DCS,PLC任何人员操作仪表。仪表专业对仪表进行维护检修需操作仪表应先征得工艺主(9)在现场仪表周围115m以内，DCS,PLC操作站、控制站周围3m以内，(10)分布于全厂各路边、装置区、房顶、地板下的感温、感烟装置、火灾7分析化验项目邻苯二甲酸二辛酯，已经生产出来了，但是我们必须检测分析其是否符合我们的生产要求。我们常检测邻苯二甲酸二辛酯的色度、密度、水分、酸度、蒸7.1色度：我们一般采用/T12717中规定的色度测定法。允许差：取两次测定结果之算术平均值为实验结果，两次平行试验结果之差不得大于2号。7.2密度：采用/T12717中规定的密度测定法(韦氏天平法)。允许差：取两次测定结果之算术平均数为实验结果，两次平行测试结果之差不得大于0.0005g/cm37.3邻苯二甲酸二辛酯含量的测定：采用高压液相色谱测定色谱柱[Nuclevsi]C18为4.6mm×250mm(7μ),流动相为甲醇：水=93:7,流量100mL/min,检测器工作波长UV224nm,检测器灵敏度0.500AUFS,进样量10μL,柱温25℃.按以上条件，分别测定工作溶液及样品，允许差：取两次测定结果之算术平均值为实验结果，两次平行试验结果只差