年产邻苯二甲酸二丁酯毕业设计

摘要邻苯二甲酸二丁酯（DBP）是广泛用于塑料加工业中的一种良好的增塑剂。DBP生产工艺重要有三种：间歇法，半连续法和连续法。本设计采用半连续法生产工艺，用邻苯二甲酸酐和正丁醇进行酯化反映，以硫酸作为催化剂，生产工艺涉及酯化、中和水洗、脱醇、脱色过滤、废水解决等五个重要过程。本设计说明书重要介绍了生产工艺的选择与拟定，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）；苯酐；酯化反映；工艺设计AbstractDibutylphthalate(DBP)iswidelyusedinplasticsprocessingindustryasagoodplasticizer.TherearethreemainprocessesproductionofDBP:intermittent,semi-continuousprocessandcontinuousprocess.Thisdesignusesthesemi-continuousprocess,withophthalmicanhydrideandn-butanesforetherificationtosulfuricacidasacatalyst.Itsproductionprocessesincludingfivemainprocesses:etherification,neutralizationandwashed,alcohol,filteringandbleaching,andwastewatertreatment.Thisdesignspecificationmainlyintroducestheselectionanddeterminationofproductiontechnology,thebalanceofmaterialandenergy,thecalculationandselectionofmainequipment,thesiteselectionandlayoutofplant,andenvironmentalprotectionandlaborsafety.KeyWords:DibutylPhthalate(DBP);PhthalicAnhydride;EsterificationReaction;ProcessDesign目录TOC\o"1-3"\h\u26601第一章概述 1242141.1邻苯二甲酸二丁酯（DBP）的结构与性能 160321.2增塑剂的发展趋势 189111.3产品需求 2304641.3.1PVC行业基本情况 239231.3.2DBP国内外需求情况 225496第二章工艺流程的选择 4151682.1生产工艺的拟定 4292622.1.1DBP的合成原理 483822.2催化剂的选择 4126922.2.1对甲苯磺酸催化合成邻苯二甲酸二丁酯 596842.2.2树脂催化合成邻苯二甲酸二丁酯 590252.2.3无机盐催化合成邻苯二甲酸二丁酯 5289602.2.4杂多酸催化合成邻苯二甲酸二丁酯 6304602.2.5相转移催化合成邻苯二甲酸二丁酯 643992.2.6催化剂的拟定 642772.3工艺流程的拟定 7295552.3.1生产工艺的对比与选择 710742.3.2工艺流程的拟定 8205402.3.3工艺流程介绍 913755第三章原料与产品指标 1169363.1原材料的供应与指标 1144543.1.1邻苯二甲酸酐 11172793.1.2正丁醇 1155293.1.3辅助材料的供应 11122323.2产品标准及技术参数 114791第四章物料衡算 13278154.1反映釜（R0201） 14207544.2调配罐（V0202） 1676294.3粗酯罐（V0203） 1660424.4水洗釜（V0204） 16246754.5蒸馏塔（R0202） 1784234.6过滤器（X0201） 1857464.7分水罐（V0205） 19147204.8全装置物料衡算 2026794.8.1全装置物料平衡计算 20229414.8.2全装置物料平衡表 205304第五章能量衡算 22239875.1反映釜（R0201） 22307355.1.1物料吸热 22236815.1.2反映热 2267305.1.3反映釜总吸热 24202375.1.4热载体供热 2472515.2水洗釜（V0204） 2466345.2.1热量衡算 24145155.2.2冷却水用量 24285735.3蒸馏塔（R0202） 25172115.3.1物料吸热 2522385.3.2蒸馏塔总吸热 25150555.3.3加热蒸汽供热 2645465.3.4冷凝器冷却水的用量 2698935.3.5冷却水用量 26141355.4全装置热量平衡 27639第六章重要设备的相关计算及选型 28106496.1搅拌反映釜 28229496.1.1反映釜体积 28227596.1.2反映釜直径和高度 28283216.1.3壁厚 29281256.1.4夹套 29302026.1.5搅拌器设计选型 30238726.1.6搅拌轴设计 3183816.1.7传动装置 32308606.1.8反映釜传热计算 3381246.2水洗釜 3576876.2.1水洗釜体积 3521786.2.2水洗釜直径和高度 3556746.2.3壁厚 36202396.2.4传动装置 36268766.3过滤器 37234096.4其它设备 37228376.4.1正丁醇原料储罐 37194376.4.2正丁醇计量罐 38116276.4.3搅拌配料罐 3889476.4.4分液罐 38244556.4.5混合气体（水、正丁醇）冷凝器 38206606.5.6DBP产品冷凝器 39197436.4.7正丁醇进料泵 39230276.4.8联苯输送泵 3959946.4.9料液输送泵 40134736.6主设备一览表 416104第七章厂址的选择及厂区布置 44190807.1厂址选择 44139967.1.1厂址的选择原则 44230647.1.2厂址的选择 4469067.2厂房布置 46283727.2.1总图布置的选择原则 46102307.2.2车间平面布置说明 4613811第八章环境保护与劳动安全 4765318.1项目拟采用的环境保护标准 47228288.2环保措施 47251778.3污染物的排放及解决 4763458.3.1废渣的来源 47164478.3.2废渣的解决措施 48264888.3.3废水与废气 48243628.3.4噪声控制 4875368.4安全管理 48271998.5消防措施和管理 48178858.5.1消防措施 4887208.5.2消防管理 4924768参考文献 50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[1]，分子式为C16H22O4，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℃（238K），沸点340℃（613K），着火点202℃，蒸气压1.3Pa（20℃），密度（20℃）：1.05g/cm3，折光指数1.4900，闪点157℃（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，重要用于聚氯乙烯、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、醚、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。重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，在国内使用非常广泛，几与DOP相称。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。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、氯丁橡胶以及丁腈橡胶的增塑剂、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。最新的研究结果表白，DBP在培养基上能克制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[2]，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1000万吨/年，其中增塑剂占塑料助剂总产量的比例约为60%。目前增塑剂行业的发展趋势重要有以下几个方面：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、便宜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，而在国内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、我国增塑剂行业通过几十年发展，已经形成一定的规模。目前，我国从事塑料助剂生产的公司已有约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成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1.3.1PVC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。2023-2023年，全球聚氯乙烯（PVC）的市场需求[3]以年均4%的速度快速增长，特别是一些发展中国家，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，近年来正处在高速增长期。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；此外，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。1.3.2DBP国内外需求情况我国增塑剂行业通过几十年发展，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（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[4]重要涉及：（1）大量用于聚氯乙烯(PVC)塑料中作主增塑剂增长制品柔软性，特别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、氯丁橡胶以及丁腈橡胶的增塑剂。（6）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。DBP的用途如此广泛，特别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连续，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。此外一方面，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在国内外的需求量是相称大的。第二章工艺流程的选择2.1生产工艺的拟定2.1.1DBP的合成原理目前工业上DBP的合成多用苯酐和正丁醇为原料，在催化剂作用下通过酯化反映合成。DBP的合成是一个连串反映[5-6]，大体分为两步：第一步为邻苯二甲酸酐(苯酐)与正丁醇发生醇解反映，生成邻苯二甲酸单丁酯，如方程（1）所示，该反映为放热反映，无需催化剂，为不可逆反映，反映速度较快，在~120℃条件下20min左右即可完毕；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，该反映为可逆吸热反映，反映速度较慢，需在催化剂作用下才干完毕，是整个酯化反映的控制环节。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）所示的反映进行的。（1）（2）反映过程中，反映温度的提高可引起副反映，温度越高，副产物越多，酯化过程中重要副反映：反映过程中，控制适当的反映温度和选择硫酸催化剂的合合用量可以减少副产物的生成。2.2催化剂的选择目前，国内外常用的DBP合成方法是由邻苯二甲酸酐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。下面就近期国内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。2.2.1对甲苯磺酸催化合成邻苯二甲酸二丁酯对甲苯磺酸()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，同时不易引起副反映，价廉易得，易于保管、运送和使用，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)邻苯二甲酐，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。[7]2.2.2树脂催化合成邻苯二甲酸二丁酯强酸性阳离子互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，不会引起副反映。树脂可以回收、再生和反复使用。它不溶于反映体系，容易从反映体系中分离，操作方便，产品收率高，是工业生产的有用方法。杨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、酸酐比为4.0:1，催化剂用量2.0%，反映温度140℃～150℃，反映4h，酯产率达90%以上。该催化剂活性高，热稳定性好，选择性好，产品质量达成分析品级。阎道亮等运用磺酸型阳离子互换树脂催化邻苯二甲酸酐与正丁醇回流分水，也合成了邻苯二甲酸二丁酯，产品收率达94%以上，树脂反复使用4次，产品收率不减少。2.2.3无机盐催化合成邻苯二甲酸二丁酯有相称一部分无机盐自身具有酸性，或者自身是Lewis酸，或者金属原子具有缺电子结构，可以与邻苯二甲酸酐中的羰基配位，形成配位化合物而催化酯化反映的进行。当采用0.05mol(7.4g)邻苯二甲酸酐，0.20mol(18.3ml)正丁醇，0.011mol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：(酯收率92.1%)>(85.6%)>(61.0%)>(46.7%)>(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映体系，留在反映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，反映后溶液浑浊，需要通过滤后才干进行后解决，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。当酸酐与丁醇的物质比为1∶2.4，用量为2.021%，回流分水90min，酯化率达99.54%；若为2.581%，反映60min，酯化率达95.25%。陈锚等发现运用制成的SnO也能催化合成邻苯二甲酸二丁酯，当酸酐与丁醇的物质比为1:4，SnO用量占5%，140℃～320℃回流分水280min，酯化率达98.5%，并讨论了其反映机理。戴志晖等运用稀土氧化物为负载组分，制成稀土沸石分子筛催化剂DZH21，这是一种固体催化剂，具有反复催化性能。他们运用这种催化剂1.0%(对酸酐而言)，在醇酸摩尔比2.5∶1.1，40℃在釜式反映器中反映24h，酸酐转化率达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、醚副产物，是合成邻苯二甲酸二丁酯的良好方法。[8-9]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，并且其酸性和氢化还原性可以变换组成元素在很大范围内系统调节，它对许多反映具有高的催化活性和选择性，并且不挥发，对热稳定，污染少，可以大大减轻对设备的腐蚀，可以再生和反复使用。王恩波等运用杂多酸为催化剂合成了邻苯二甲酸二丁酯。采用，和为均相催化剂，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，在酸酐与丁醇的摩尔比1∶3.5的情况下，在125℃～230℃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。杨水金等对杂多酸催化剂进行了改善，合成了固载杂多酸盐为催化剂催化合成邻苯二甲酸二丁酯，也取得较好效果。[10]2.2.5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映速度很慢的反映起了促进作用。曹国安等在无水条件下由邻苯二甲酸酐与正丁醇反映先生成单丁酯，经碱中和后，与溴丁烷在相转移催化剂（三乙基苄基氯化铵）存在下发生酯化反映，生成邻苯二甲酸二丁酯。在使用三种碱（，和）中，发现效果最满意，酯收率达95%，同时发现在第二步反映中微量水的存在并不发生影响。[11]2.2.6催化剂的拟定上面介绍了随着国内外对环保及节能降耗规定的日益提高，国内众多公司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一定的特点，产品收率均相称高，其中不少具有较大的实用价值。只要通过进一步进行实验与筛选，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生产仍重要通过硫酸催化进行的。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：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；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；仅需低压蒸汽即可完毕，工艺操作条件简朴。2.3工艺流程的拟定2.3.1生产工艺的对比与选择DBP生产工艺重要有两种，间歇法和连续法。按生产的连续化限度又可细分为间歇、半连续、连续三种流程。（1）间歇流程投资小、设备简朴、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生产的重要方法。杨维之[12]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，从而减少了丁醇回收系统的操作费用并大大缩短了酯化反映时间，提高了产品质量并减少了生产成本。除此以外，采用多效蒸发原理解决含醇废水，在提高醇回收的同时减少蒸发能耗，以达成节能降耗的目的，在DBP工业生产中也获得了较好的使用效果。（2）半连续法是在间歇基础上的改善，常见做法是酯化反映采用间歇操作，其余工序采用连续操作，以减少劳动强度，提高工艺的自动化操控水平并优化生产工序。史耕等[13]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。重要的改善有：(i)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，改善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；(ii)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，减少活性炭用量；(iii)该工艺还在产品脱色、过滤、以及废水气提方面加以优化，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醚的连续脱除是DBP连续化工艺的关键。岳金彩等[14]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映的连续生产，其中新鲜丁醇采用分段进料，回收的丁醇、硫酸、以及苯酐等只在第一个酯化釜进料。岳金彩等还拟定了连续酯化的流程及操作条件，指出采用此流程其苯酐的转化率可达99.8%以上；该工艺采用了双塔流程分离副产物丁醚，并可得到高附加值的高纯度丁醚。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。2.3.2工艺流程的拟定综上所述，由于半连续式流程简朴，易控制、易操作，且设备简朴，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，和间歇式流程同样重要分酯化、中和水洗、脱醇、过滤精制、废水解决5个工序。醇回收流程DBP回收醇正丁醇硫酸苯酐醇回收流程DBP回收醇正丁醇硫酸苯酐醇脱色剂滤渣碱水水废水解决酯化中和水洗脱醇过滤器分液罐图3工艺流程框图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映釜。苯酐为白色粉末状固体，称量后从反映釜（R0201）上的大口径加料口加入。反映釜加热介质为联苯，由加热炉提供加热，联苯进口温度为240℃，升温0.5小时，使釜内物料温度达140℃。反映经酯解1小时，酯化6小时后完毕反映。反映过程中产生的部分水（H2O）及未反映的正丁醇（1-BUT）在反映结束后由釜顶蒸出，经冷凝器冷凝至92.7℃成液相后，送至分液罐（V0205）静置，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；下层则为醇水溶液，送至废水解决流程。反映釜反映完毕后，反映物料先经粗酯罐（V0203）再输送至送入水洗釜（V0204）加碱液进行中和水洗。水洗后静置一段时间，水层送至废水解决工序。水洗后的酯层送入真空蒸馏塔（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，再送至回收醇解决流程。蒸馏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、中间产物与未反映的废料等固体物，作焚烧或填埋解决。通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：回收醇流程回收醇流程M17M2V0202M5M12M13M1M3M4R0201M8M9V0203M11V0204V0205M6R0202M14M15M16X0201M10M7废水解决图4工艺流程图R0201-反映釜；R0202蒸馏塔；V0202-调配罐；V0203-粗酯罐；V0204-水洗釜；V0205分水罐；X0201过滤器；M1-原料正丁醇；M2-催化剂；M3-原料混合液；M4-原料苯酐；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；M11-中和水；M12-粗产品C；M13-脱出醇；M14-粗酯；M15-脱色剂；M16-滤渣；M17-DBP产品第三章原料与产品指标3.1原材料的供应与指标3.1.1邻苯二甲酸酐邻苯二甲酸酐，简称苯酐，是邻苯二甲酸分子内脱水形成的环状酸酐，为白色固体，因此假定苯酐纯度为100%。苯酐目前广泛应用于化工、医药、电子、农业、涂料、精细化工等工业部门。我国的苯酐重要用于生产邻二甲酸脂类增塑剂，好用的苯酐约占苯酐总消费量的60%，染料和油漆占25%，不饱和树脂和其他产品占15%左右。苯酐是一种重要的有机化工原料，重要用于生产塑料增塑剂、醇酸树脂、染料、不饱和树脂以及某些医药和农药。在中国规模以上(所有国有公司和年销售收入500万元以上的非国有公司，以下同)苯酐行业中，近年公司数量增长较快。2023年，共有苯酐制造规模公司48家，其中亏损公司11家，从业人员8300多人。从苯酐供需情况看，国内仍是供小于求，但近年来随着国内苯酐产量不断提高、进口量连续下降，自给率已达90%以上。预计未来几年，国内苯酐需求以每年12%左右的速度增长，产量增速大体相称或稍高些，总的看苯酐的供应情况相称乐观。3.1.2正丁醇目前，我国重要的正丁醇生产厂家有山东齐鲁石化、大庆石化、北京化学工业集团公司化工四厂、吉林化学工业公司、中国石化与德国BASF合资的扬子-巴斯夫公司。由此可知，正丁醇的供应量也是相称足的。正丁醇纯度为95%。3.1.3辅助材料的供应本项目采用浓硫酸为催化剂，本催化剂的用量小于0.3%，且来源充足，国内也有许多此类催化剂的厂家，足可满足本项目的需要。选择采用的浓硫酸纯度为93%（相对密度1.84）。过滤装置中采用的部分活性炭、硅藻土作为过滤介质，活性炭在过滤装置中起着吸附的作用，对原料进行分离解决。厂区附近均有许多化工产品供应商供应，可以节省材料的运送费用。3.2产品标准及技术参数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℃（238K），沸点340℃（613K），着火点202℃，蒸气压1.3Pa（20℃），密度（20℃）：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所示的技术规定，该规定引用自GB/T11405-2023。表3-1工业DBP重要技术指标项目指标优等品一等品二等品外观透明、无可见杂质的油状液体色度（Pt-Co）≤202560纯度/%≥99.599.098.0密度（20℃）/（g/cm3）1.044~1.048酸值（mgKOH/g）≤0.070.120.20闪点oC≥160水分/%≤0.100.150.20第四章物料衡算相关数据：①生产规模。设计任务规定邻苯二甲酸二丁酯的年产量：7200（100%）。②生产时间。每年300个工作日，间歇操作，反映时间为（升温0.5h+醇解1h+酯化6h）7.5h，按一天生产3釜（批）计算。天天生产能力：（7200×1000）/300＝24000kg/d③相关技术指标按设计工艺规定使各原料的摩尔配比（摩尔）如下：苯酐：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。由于该酯化反映为可逆反映，其中正丁醇作为过量原料提高反映的转化率，转化率为95%。④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酐148正丁醇74中间产物222DBP278水18浓硫酸98物料衡算简图如下图4.1：回收醇流程回收醇流程M17M2V0202M5M12M13M1M3M4R0201M8M9V0203M11V0204V0205M6R0202M14M15M16X0201M10M7废水解决图4.1物料衡算简图R0201-反映釜；R0202蒸馏塔；V0202-调配罐；V0203-粗酯罐；V0204-水洗釜；V0205分水罐；X0201过滤器；M1-原料正丁醇；M2-催化剂；M3-原料混合液；M4-原料苯酐；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；M11-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4.1反映釜（R0201）该生产装置年产量7200t，年开工7200h即300d，天天生产3批，DBP后解决（蒸馏、过滤）中产品损失率=2×0.5%=1.0%，水及正丁醇量较小，为计算方便，后解决过程损失率忽略不计。每釜应生产的产品质量＝=8080.80反映过程所涉及的化学变化：在R0201（主反映釜）中由催化剂催化使原料发生反映，反映分两步进行，反映方程式如下：—ⅰ在工艺条件下反映转化率为99%。—ⅱ反映转化率为95%。①由反映方程式ⅱ可得：中间产物的质量＝＝6792.65未反映的中间产物质量＝＝339.63参与第ⅱ步反映的正丁醇的质量＝＝2151.01反映生成的水的质量＝＝523.22由上及反映方程式ⅰ可得：反映所需苯酐的总质量＝＝4574.18，即30.91未反映的苯酐的质量＝＝45.74参与第ⅰ步反映的正丁醇的质量＝＝2264.22所以需正丁醇的总质量＝2151.012264.22＝4415.22故生成水的质量＝523.22由原料的配比可知加入的催化剂摩尔数为＝0.7727加入的正丁醇的摩尔数为=92.7198即硫酸质量＝＝75.72，加入的正丁醇的总质量＝=6861.26未反映的正丁醇的质量＝6861.26-4415.22=2446.04酯化釜中：塔底至少剩余水的质量=75.72/0.7-75.72=32.45塔顶气相产物中水的质量=523.22-32.45=490.77气相产物中丁醇的质量=490.77/0.422-490.77=672.19塔底剩余丁醇的质量=2446.04-672.19=1773.85②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，硫酸75.72，即M3＝6861.26+75.72＝6936.98M4（原料苯酐）＝4574.18M5（气相产物）：气相中的水质量＝490.77；气相中的正丁醇质量＝672.19即M5＝490.77+672.19＝1162.96M8（粗产品）：未反映的苯酐45.74，硫酸75.72，塔底剩余丁醇1773.85，塔底剩余水32.45，未反映中间产物339.63，含产品DBP8080.80即M8＝45.74+75.72+1773.85+32.45+339.63+8080.80＝10348.20对反映釜R0201做全物料平衡计算：M3M4＝6936.984574.18＝11511.66M5M8＝1162.9610348.20＝11511.66即M3M4＝M5M84.2调配罐（V0202）由4.1计算可知：M1（原料正丁醇）＝6861.26M2（催化剂）=75.72M3（原料混合液）＝M1M2＝6861.2675.72＝6936.984.3粗酯罐（V0203）由4.1~4.2计算可知：M8（粗产品A）：未反映的苯酐45.74，硫酸75.72，塔底剩余丁醇1773.85，塔底剩余水32.45，未反映中间产物339.63，含产品DBP的质量为8080.81即M8＝45.74+75.72+1773.85+32.45+339.63+8080.81＝10348.20M9（粗产品B）：未反映的苯酐45.74，硫酸75.72，塔底剩余丁醇1773.85，塔底剩余水32.45，未反映中间产物339.63，含产品DBP的质量为8080.81即M9＝M8=10348.204.4水洗釜（V0204）由4.1~4.3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碱液含NaOH量=2587.05×2.5%=64.68碱液含水量=2587.05-64.68=2522.37中和后总的水含量=2522.37+32.45=2554.82溶于水的丁醇约为水含量的20%，则溶于水的丁醇=2554.82×20%=510.96釜中剩余丁醇质量=1773.85-510.96=1262.89釜中剩余水的质量=2554.82×10%=255.48分出的水的质量=2554.82-255.48=2299.34由上述数据可得各物料质量如下：M9（粗产品B）：未反映的苯酐45.74，硫酸75.72，塔底剩余丁醇1773.85，塔底剩余水32.45，未反映中间产物339.63，含产品DBP的质量为8080.81即M9＝45.74+75.72+1773.85+32.45+339.63+8080.81＝10348.20M10（碱液）：碱液含NaOH量=2587.05×2.5%=64.68碱液含水量=2587.05-64.68=2522.37即M10＝64.68+2522.37=2587.05M11（中和水）：NaOH质量64.68，硫酸75.72，溶于水的丁醇510.96，分出的水2299.34未反映中间产物339.63，未反映的苯酐45.74，即M11＝64.68+75.72+510.96+2299.34+339.63+45.74＝3336.07M12（粗产品C）：釜中剩余丁醇1262.89，釜中剩余水的质量255.48，含产品DBP的质量为8080.81即M12＝1262.89+225.48+8080.81＝9599.18对中和釜（V0204）做全物料平衡计算：M9+M10＝10348.212587.05＝12935.25M11+M12＝3336.079984.57＝12935.25即M9+M10＝M11+M124.5蒸馏塔（R0202）由4.1~4.4计算可知：塔底产品中：含DBP的质量=8080.81×（1-0.5%）=8040.40具有水的质量=8040.40/99.5%×0.1%=8.08，含丁醇的质量=8040.40/99.5%×（1-99.5%-0.1%）=32.32脱出醇中：具有水的质量=255.48-8.08=247.40，含丁醇的质量=1262.89-32.32=1230.57含工序损失DBP的质量=8080.81×0.5%=40.40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，釜中剩余水的质量255.48，含产品DBP的质量为8080.81即M12＝1262.89+225.48+8080.81＝9599.18M13（脱出醇）：具有水的质量247.40，含丁醇的质量1230.57含工序损失DBP的质量40.40即M13＝247.40+1230.57+40.40＝1518.37M14（粗酯）：含DBP的质量8040.40具有水的质量8.08，含丁醇的质量32.32即M14＝8040.40+8.08+32.32＝8080.80对蒸馏塔塔（R0202）做全物料平衡计算：M12＝9599.18M13+M14＝1518.37+8080.80＝9599.17即M12＝M13+M144.6过滤器（X0201）由4.1~4.5计算可知：活性炭的质量=8080.80×2%=161.62工序损失DBP的质量=8080.80×0.5%=40.40剩余DBP质量=8040.40-40.40=8000.00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8040.40，具有水的质量为8.08，含丁醇的质量为32.32即M14＝8040.40+8.08+32.32＝8080.80M15（脱色剂）：活性炭的质量161.62即M15＝161.62M16（滤渣）：含活性炭的质量为161.62，含工序损失DBP的质量40.40即M16＝161.62+40.40＝202.02M17（DBP产品）：含产品DBP的质量8000.00，具有水的质量为8.08，含丁醇的质量为32.32即M17＝8000.00+8.08+32.32＝8040.40对过滤器（X0201）做全物料平衡计算：M14+M15＝8080.80+161.62=8242.42M16+M17＝202.02+8040.40＝8242.42即M14+M15＝M16+M174.7分水罐（V0205）由4.1~4.6计算可知：M5（气相产物）：气相中的水质量＝490.77；气相中的正丁醇质量＝672.19即M5＝490.77+672.19＝1162.96M6（回收醇）：被回收的正丁醇质量＝672.19-98.15=574.03，即M6＝134.03M7（废水）：气相中的水质量＝490.77溶于水中的正丁醇质量=490.77×20%=98.15即M7＝490.77+98.15＝588.92对分水罐（V0205）做全物料平衡计算：M5＝1162.96M6+M7＝574.03+588.92＝1162.95即M5+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＝6861.2675.724574.182587.05+161.62＝14259.83M6M7M11+M13M16M17＝574.03588.923336.071518.37202.02+8040.4＝14259.83即M1+M2+M4+M10+M15＝M6M7M13M16M17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全装置物料平衡表表4-2工艺流程物料平衡表单位：物料号苯酐正丁醇硫酸中间产物水氢氧化钠活性炭DBP总计M16861.266861.26M275.7275.72M36861.2675.726936.98M44574.184574.18M5672.19490.771162.96M6574.03574.03M798.15490.77588.92M845.741773.8575.72339.6332.458080.8010348.20M945.741773.8575.72339.6332.458080.8010348.20M102522.3764.682587.05M1145.74510.9675.72339.632299.3464.683336.07M121262.89255.488080.809599.18M131230.57247.440.41518.37M1432.328.088040.48080.80M15161.62161.62M16161.6240.4202.02M1732.328.0880008040.40表4-3进出物料平衡表（单位：）进料出料名称质量kg名称质量kgM16861.26M6574.03M275.72M7588.92M44574.18M113336.07M1010348.20M131518.37M15161.62M16202.02M178040.40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反映釜（R0201）5.1.1物料吸热由《化工手册》查得各物料热容及潜热如下：苯酐：℃；正丁醇(l)：℃；正丁醇(g)：℃；正丁醇汽化潜热：；H2SO4：℃；进料温度：25℃反映温度：140℃反映釜的温度由25℃升至140℃（涉及物料液体升温、汽化热及气体升温）时，各物料的吸热量：苯酐：kcal正丁醇：＝＝＝255587.25kcalH2SO4：kcal物料总吸热：＝28641.97255587.25171.69＝285450.15kcal5.1.2反映热燃烧热计算公式：48970m+10500n+x(cal/mol)式中：m—物质燃烧所需要氧原子数；n—物质燃烧后生成水分子数；x—修正值则各物质燃烧热计算：①苯酐：=48970×1510500×21812＝757362cal/mol②正丁醇：=48970×2×610500×512＝640150cal/mol③DBP：=48970×6310500×191812＝2027142cal/mol④反映2中生成水是放热反映，消耗的热量＝483.6kJ/mol=115533.47cal/mol总反映热为：＝＝100×(3.47)-757362-200×640150＝-96962cal/mol所以25℃时每釜料反映热：=-96962×3.0444＝-295191.11kcal反映时在140℃下进行的，假设反映经历如下历程：正丁醇正丁醇(g)苯酐140℃DBPH2O140℃正丁醇(l)苯酐25℃DBPH2O25℃由《化工手册》可查得：正丁醇：℃；H2O(l)：℃；H2O(g)：℃；DBP：℃计算如下：==584.53×0.28×(25-200)-255587.25＝-284229.22kcal（涉及DBP吸热，水汽化热及吸热）＝154662.73kcal故＝＝-284229.22-295191.11154662.73＝-424757.60kcal则总反映热为：==-424757.60kcal5.1.3反映釜总吸热＝285450.15–424757.60＝-139307.45kcal由于设备自身吸热与相比较小，正常生产后其设备是处在高温下的，吸热更少，因而在此只考虑热损失5%，则反映釜实际吸热：＝1.05＝1.05×(-139307.45)=-146272.82kcal5.1.4热载体供热,故给热速率：=5.42kcal/s查得联苯热容：℃联苯进口温度240℃，出口温度210℃，则240-210=30℃则联苯流量：kg/s＝0.31×3600=1116kg/h5.2水洗釜（V0204）5.2.1热量衡算基础数据：产品进釜温度：170℃出釜温度：60℃水进釜温度：25℃出釜温度：60℃正丁醇：℃；水：℃产品降温放热：正丁醇：kcal水：kcal故总放热为：=-33662.66-16295.40=-49958.06kcal5.2.2冷却水用量查得该温度下水热容：=0.997℃＝49958.06kcal由可得水用量为：kg实际吸热：＝1.05＝1.05×858192.12＝901101.73kcal5.3蒸馏塔（R0202）5.3.1物料吸热（1）基础数据：加料方式：泡点进料原料液温度：50℃混合液汽化的温度：104.5℃由《化工手册》及《化工原理》上册查得各物料热容及潜热如下：正丁醇：℃；水(l)：℃；水(g)：℃；水汽化潜热：蒸馏塔的温度由50℃升至104.5℃（涉及物料液体升温及汽化热升温）时，各物料的吸热量：正丁醇：kcal水：＝=＝850118.49kcal物料总吸热：kcal5.3.2蒸馏塔总吸热kcal由于设备自身吸热与相比较小，正常生产后其设备是处在高温下的，吸热更少，因而在此只考虑热损失5%，则蒸发器实际吸热：＝1.05＝1.05×858192.12＝901101.73kcal5.3.3加热蒸汽供热加热蒸汽给热速率：＝31.29kcal/s由《化工原理》上册查得加热蒸汽的热容：℃加热蒸汽进口温度147.7℃，出口温度117℃，则147.7-117=30.7℃则加热蒸汽流量为：kg/s＝0.99×3600＝3566kg/h5.3.4冷凝器冷却水的用量在操作过程中一般用冷凝的方法将二次蒸汽不断地移出，否则蒸汽与沸腾溶液趋于平衡，使蒸发过程无法进行。若将二次蒸汽直接冷凝，而不运用其冷凝热的操作称为单效蒸发。由于本次设计是采用单效蒸发，所以必须进行冷凝器冷却水用量的估算：基础数据：二次蒸汽温度：104.5℃二次蒸汽被冷凝后的温度：80℃冷却水温度：25℃冷却水用于冷凝后的温度：45℃需要蒸发的水的质量：1411.67kg水(g)：℃；水汽化潜热：；水(l)：℃；水降温放热：＝==-796160.71kcal故总放热为：kcal5.3.5冷却水用量由《化工原理》上册可以查得在25℃温度下水热容：=0.997℃＝796160.71kcal由可得水用量为：kg5.4全装置热量平衡表5.1总热量平衡表()入方出方名称热量名称热量反应釜物料总吸热149390.34总反映热222296.89联苯供热76551.88损失热3645.33水洗釜冷却水吸热26145.55水洗釜总放热26145.55蒸馏塔加热蒸汽供热471591.59损失热22456.74总吸热449134.85冷凝水吸热416670.71总放热416670.71共计1140350.07共计1140350.07第六章重要设备的相关计算及选型6.1搅拌反映釜6.1.1反映釜体积由物料衡算结果可知：生产每釜成品需要苯酐的质量为：4574.18kg；苯酐密度，需要正丁醇的质量为：6861.26kg；正丁醇密度则苯酐所占体积：3.082m3，正丁醇所占体积：8.473m3 所以物料总体积为：3.082+8.473=11.555m3由于尚有催化剂的加入，故取V=11.560m3考虑到反映釜内物料呈沸腾状态及釜内安装的附件，参照《化工设备设计基础》，根据标准投料系数范围，因反映状态平稳，由表6-1可知，取反映釜投料系数为0.8，则所需反映釜体积为：14.450m3表6-1设备装料系数表条件装料系数范围贮槽和计量槽0.85～0.9不带搅拌或搅拌缓慢的反映釜0.8～0.85带搅拌的反映釜0.7～0.8易起泡沫在沸腾条件下操作的设备0.4～0.66.1.2反映釜直径和高度表6-2几种反映釜的Ht/Di值表种类釜内物料类型Ht/Di一般反映釜气-液相型1～2液-固/液-液相型1～1.3发醇釜类1.7～2.5参照《化工设备设计基础》，因反映物料为液-液反映，由表6-2可知，Ht/Di=1～1.3，取反映釜的长径比H/Di＝1.2，反映釜的内径Di由下式估算：由1.1的所得数据及长径比，代入以上公式可求得内径为：2.379m=2379mm。反映釜的内径Di的估算值应圆整到公称直径系列。查GB/T25198-2023附录C，部分附录如表6-3，圆整后取Di=2400mm，封头取相同的直径，其直边高度查附录初选为=40mm。表6-3EHA椭圆形封头的尺寸、总深度、内表面积和容积表公称直径DN/mm曲面高度H1/mm直边高度H2/mm总深度H/mm内表面积A/m2容积V/m31900475255004.06240.96872023500255254.49301.12572100525405655.04431.35082200550405905.52291.54592300575406156.02331.75882400600406406.54531.9905选取标准反映釜，具体参数如下：釜体容积14.450m3，封头容积=1.9905m3，选取釜体壁厚s=10mm，封头直边高度40mm，曲边高度600mm，内表面积F=6.5453m2。则筒体高度为：2.314m，取圆整值2.4m。所以釜的总高度：＝3.68m釜的实际容积：V=14.838m36.1.3壁厚根据设计任务，反映釜工作时压力为0.3MPa，内径＝2400mm，取设计压力p为0.33MPa。原材料腐蚀不强，从经济方面考虑，反映釜采用通用材料0Cr18Ni9，查《化工设备机械基础》附表得知0Cr18Ni9材料在205℃、H/=1.2时，圆筒的壁厚选用10mm，其许用压力为0.38MPa；椭圆封头厚度同釜壁，选用10mm，许用压力为0.49MPa，大于设计压力0.33MPa，均符合设计规定。6.1.4夹套选用常用的不可拆式连接结构，夹套与内筒之间采用焊接，加工简朴，密封可靠。考虑加热介质性质，选取夹套材料与釜体一致，材料型号为0Cr18Ni9。夹套所需壁厚由下式计算：夹套内压为0.15MPa，计算压力=0.151.1=0.165MPa，查得在设计温度下许用压力为122MPa，焊接系数取0.9，腐蚀裕量C取2mm，故3.80mm考虑容器在制造、运送及安装过程中的刚度强度规定，参照《化工设备机械基础》，选取夹套壁厚为8mm。夹套内径按釜尺寸系列选取，以利于按标准选择夹套封头，夹套的内径取2400+100＝2500mm，符合压力容器的公称直径。夹套筒体高度由下式估算：＝＝2.184m反映釜筒体与上封头采用法兰连接，考虑物料的反映情况，选取夹套筒体高度＝2.2m，夹套顶边距离法兰的高度H0＝2.5-2.2＝0.3m，符合釜体法兰螺栓的装拆距离。6.1.5搅拌器设计选型反映釜内为液固非均相反映，考虑到加入的物料及物料粘度，选用斜桨式搅拌器。（1）叶轮尺寸拟定依据《化工设备设计基础》：取＝0.5，即叶轮直径d＝24000.5＝1200mm取＝6，即叶片宽度B=d/6＝1200/6＝200mm，取200mm。取＝0.25，即叶轮的安装高度C＝0.252400=600mm取Z＝2，即叶片数为2。（2）挡板为了消除“圆柱状回转区”和“打漩”，以及为了避免固体堆积或液体粘附，在反映釜采用离壁安装的竖挡板，挡板数为4，板宽为釜体内径的1/10，即B=240mm。挡板与釜壁的缝隙为板宽的1/6，即2401/6＝40，取40mm。（3）搅拌器的转速搅拌器的转速n、直径d与叶端切线速度u之间有如下关系式：叶端切线速度反映了搅拌作用的剧烈限度，根据搅拌目的、物料性质等来拟定，桨式搅拌器的切线速度范围：1.0～5.0m/s，取u＝3m/s，则转速：r/min（4）搅拌器功率依据《化工厂设计》之搅拌器设计，斜式搅拌器消耗的功率按罗顿、顾斯许和爱弗兰脱等导出的一般关联式计算：功率函数＝，以及系数、、（与搅拌器的几何尺寸有关）及雷诺数的值按下列公式计算：代入各数值，得：其中料液混合黏度＝=3.3661.10610-3＝3.72310-3kg/(m.s)。由值查桨式搅拌器功率函数图（—关联图），得＝0.53。将以上数值代入总公式，得：所以搅拌器功率的消耗为：kW考虑温度计套管等附件后搅拌功率消耗，则：＝1.2＝2.71.2＝3.24kW6.1.6搅拌轴设计根据轴的各方面规定较高的特点，选用通过调质解决的45#钢作为轴的材料，其许用扭转应力为：=30~40MPa。轴强度计算：轴的扭转强度条件是：式中：——轴横截面上的最大剪应力，MPa；——轴所传递的扭距，；——轴的抗扭截面系数，；——减少后的材料的许用应力，MPa。45钢取30MPa~40MPa。而对于实心轴，＝3.24kW，取=30MPa，则＝40.01mm轴刚度计算：为了防止搅拌轴产生过大的扭转变形，从而在运转中引起振动，影响正常工作，应把轴的扭转变形限制在一个允许的范围内，即规定一个设计的扭转刚度条件。工程上以单位长度的扭转角不得超过许用扭转角[]作为扭转的刚度条件，即式中：——轴扭转变形的扭转角，/m；G——搅拌轴材料的剪切弹性模数，MPa，对于碳钢及合金钢为8.1104MPa；——轴截面的极惯性矩，mm4，对于实心轴＝；——许用扭转角，/m。对于一般传动搅拌轴，＝0.5~1.0/m，取0.5/m，由上述可得实心轴直径：＝48.31mm搅拌轴的直径应同时满足强度和刚度两个条件，取两者较大值，即取d＝48.31mm，考虑到轴上键或孔对轴横截面的局部削弱，以及介质对搅拌轴的腐蚀，将搅拌轴直径增大并圆整，以便与其他零件相配合，取60mm。6.1.7传动装置电机：要拟定搅拌器马达所需要的实际功率，除了考虑搅拌液体时克服流体摩擦阻力所消耗的功率之外，还要考虑搅拌器空运转时克服机械摩擦阻力所需的功率。因此马达运转时的实际功率是两者之和。一般中小型搅拌器为1.5kW，则马达运转时实际功率＝3.24+1.5＝4.74kW。一般情况启动功率可达运转功率的1.5倍，4.741.5＝7.11kW，所以实际选用7kW的马达。选用1500r/min的Y系列三相异步电动机，安装形式为V1(直立)型，型号为Y200M-4，参数如下：表6-1电动机的选型及相关的参数项目数值及说明电动机类型Y系列三相异步电动机标定型号Y200M-4功率/kW7频率/Hz50电压/V380功率/kW7转速/r/min1450标准编号GB755-87减速器：电动机与减速机配套使用。减速机下设立一机座，安装在反映釜的封头上。考虑到传动装置与轴封装置安装时规定保持一定的同心度以及装卸检修的方便，常在封头上焊一底座。整个传动装置连同机座及轴封装置都一起安装在底座上。根据设计需要，选用立式摆线针齿行星减速机，型号为：BLD7.5-4-17；参数如下： 表6-2 减速器的选型及相关参数项目数值及说明减速机类型摆线针齿行星减速机标定符号BLD7.5-4-17公称出轴转速r/min85公称减速比176.1.8反映釜传热计算（1）夹套内壁对釜液的传热系数按ChiltonDrew和Jekens在夹套搅拌器公式：＝相关参数计算如下：（其中：=0.75kcal/kg.℃；=0.0812kcal/m.h.℃；=3.53910-4kg.s/m2——液体在主体温度下粘度，器壁温度t＝200℃时，＝3.47；——液体在器壁温度下粘度，器壁温度＝210℃时，＝3.0。）故内壁总传热系数：＝357.75kcal/m.h.℃（2）釜壁及垢层传热系数：取垢层厚度为0.3mm，查得：＝1.8kcal/m.h.℃碳素钢厚度：mm，查得：＝38.0kcal/m.h.℃（3）夹套内联苯对釜壁给热系数：给热系数可由lehrer公式计算：＝相关数据：夹套内定性温度取为tw=210℃，查得：＝0.094kcal/m.h.℃；=0.58kcal/m.h.℃；=904kg/m3；=1.368kcal/m.h；材料热膨胀系数=；常数m/h2；联苯质量流量W：W＝0.313600＝1116kg/h；联苯接管内径，=25mm；夹套总高度：＝1.6m相关参数计算：m=＝＝2516.21m/h＝＝＝5.42m/h＝1352.33m/h则＝79267.14＝＝＝287.51kcal/m2.h.℃（4）夹套总传热系数：＝＝149.18kcal/m2.h.℃（5）夹套传热面积（6）所需夹套传热面积釜内流体升温和维持平衡综合为175℃＝℃＝kcal/h故所需夹套传热面积为：＝＝5.29m2（7）夹套实际传热面积夹套面积高度为1.6m，下封头高度为0.39m，则：＝3.141.4（1.4-0.39）＝4.44m2下封头表面积：m2故夹套实际面积为：＝4.440+2.306＝6.746m2由于>A，所以不需要加盘管。6.2水洗釜6.2.1水洗釜体积进料绝大部分是DBP、正丁醇和水，正丁醇密度，密度，DBP密度。物料所占体积：取投料系数为0.8,则水洗釜体积：6.2.2水洗釜直径和高度选取釜内径，筒体高度=2400，由内径选取壁厚的标准椭圆封头：曲边高度，直边高度，内表面积，内容积，则该釜全容积与酯化反映釜相同：V=14.838m3与所需体积相称，故所选合适。釜的总高度：＝3.68m6.2.3壁厚水洗釜在常压下操作，设计压力为一个大气压，操作温度为60℃，选用0Cr18Ni9作为釜材料，在60℃许用应力为130MPa。采用双面焊，局部无损探伤，取焊缝系数＝0.9；一般钢板负偏差：；单面腐蚀：，故2.52mm考虑容器在制造、运送及安装过程中的刚度强度规定，取标准壁厚8mm。封头厚度与筒体厚度相同，亦满足设计规定。6.2.4传动装置（1）电机与主反映釜相同，除了考虑搅拌液体时克服流体摩擦阻力所消耗的功率之外，还要考虑水洗釜空转时，克服机械摩擦阻力所需的功率。因此马达运转时的实际功率是两者之和。参照主反映釜，马达运转时实际功率＝2.51+1.5＝3.66kW。一般情况启动功率可达运转功率的1.5倍，3.661.5＝5.49kW，所以实际选用5kW的马达。选用1500r/min的Y系列三相异步电动机，安装形式为V1(直立)型，型号为Y200M-4，参数如下：表6-3电动机的选型及相关参数项目数值及说明电动机类型Y系列三相异步电动机标定型号Y200M-4功率kW5频率Hz50电压V380转速r/min1440标准编号GB755-87（2）减速器与主反映釜相似，根据设计需要，选用立式摆线针齿行星减速机，型号为：BLD5.5-4-17，参数如下：表6-4减速器的选型及相关参数项目数值及说明减速机类型摆线针齿行星减速机标定符号BLD7.5-4-17公称出轴转速r/min85公称减速比176.3过滤器该设计反映流程为间歇操作，采用工业上应用较为广泛的板框压滤机。板框压滤机结构简朴、制造方便、占地面积较小而过滤面积较大，适应能力。按国家编制的压滤机系列标准及规定代号，根据生产任务需要，选用板框压滤机型号为：BAS20/635-25，具体参数如下：表6-5压滤机的选型及相关参数项目数值及说明种类型号板框压滤机BAS20/635-25排出方式暗流式压紧方式手动压紧操作压力/MPa0.3框内每边长/mm635框厚/mm25过滤面积/20滤框总容积/0.262生产能力m3/h86.4其它设备容器储罐类6.4.1正丁醇原料储罐备用原料一周，天天需要正丁醇6861.26×3＝20583.78kg（数据来自物料衡算，下同），考虑装料系数，即体积为＝3.18，则一周所需正丁醇体积为3.18×7＝222，故选用一个容积为250的原料储罐。6.4.2正丁醇计量罐每釜反映所需正丁醇的质量为6861.26kg，其体积为＝2.34（同上），所以选用一个容积为2.50的计量罐。6.4.3搅拌配料罐搅拌罐中添加了催化剂，需要搅拌溶解混合，由上计算可知，正丁醇体积为8.47，考虑催化剂的加入，则体积约为8.50，取装料系数为0.8,即所需体积为＝1.8，所以选用容积为2.0的立式搅拌配料罐（配有专用电机搅拌器）。6.4.4分液罐从水洗釜输出的料液含正丁醇6861.26kg，水1431.67kg。料液温度约为50℃,该温度下各液体密度分别为：819、988，则总体积为＝2.13，故选用一个容积为2.5的罐体，在罐体上安装有一视镜，可观测罐内分层情况。表6-6储罐设备序号流程编号设备名称设计条件材质备注介质温度压力1正丁醇储罐正丁醇常温常压Q235-A备用原料一周2V-0201计量罐正丁醇催化剂常温常压Q235-A3V-0202配料罐正丁醇催化剂常温常压Q235-A4V-0205分液罐正丁醇水常温常压Q235-A换热类6.4.5混合气体（水、正丁醇）冷凝器根据生产任务及同类生产装置资料，参考《流体力学与传热》，选用SC600Ⅱ-0.6-72.0型换热器，换热管为19mm，管心距为25mm，具体参数如下：表6-7冷凝器相关参数公称直径DN/mm公称压力PN/MPa管程数N管子根数n中心排管数管程流通面积/m2换热管长度L/mm计算换热面积/m26000.62416230.0368300072.06.5.6DBP产品冷凝器选用SC800Ⅱ-0.6-203.8型换热器，具体参数如下：表6-7SC800Ⅱ-0.6-203.8型换热器相关参数公称直径DN/mm公称压力PN/MPa管程数N管子根数n中心排管数管程流通面积/m2换热管长度L/mm计算换热面积/m28000.62776310.06864500203.8机泵类6.4.7正丁醇进料泵釜高3.68，架在钢平台上，以5.0计算，在原料液与进料口间列伯努利方程得：其中＝3.00，，＝0，＝1，大约估算＝1.5则所需泵的压头为=5.35参考《化工原理》上册附表，选用IS型单级单吸离心泵，型号为：IS50-32-125水泵，参数如下：表6-8IS50-32-125水泵相关参数型号转速nr/min流量扬程