年产8万吨邻苯二甲酸二辛酯(DOP)生产车间初步工艺设计

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1、XX大学化工学院化工课程设计阐明书题 目：年产8万吨邻苯二甲酸二辛酯（DOP） 生产车间初步工艺设计 学 号: X 姓 名： X 年 级： X 学 院： 化工学院 专 业： 化学工程与工艺 指引教师： XXXXX 完毕日期： XXXXXX 摘要 邻苯二甲酸二辛酯,简称DOP。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、塑料和医药工业用途广泛，在国民经济中占有十分重要的地位。通过度析比较多种生产原料、合成工艺后，本设计工艺流程是采用串联多釜反映器持续酯化技术，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

2、足国内需求。本设计遵循“技术成熟，工艺先进、设备配备科学、环保安全、经济效益”等原则，在比较国内外多种先进生产措施、工艺流程和设备配备基本上，选用是从苯酐和异辛醇出发通过酯化反映、脱醇、精制得到产品的工艺路线生产邻苯二甲酸二辛酯。设计的重点是生产工艺设计论证、工艺计算及设备设计选型，附有带控制点的工艺流程图，重要生产设备构造尺寸图，生产车间的设备配备图。最后部分考虑环保和劳动安全，以达到减少“三废”排放，加强“三废”治理，保证安全生产，消除并尽量减少工厂生产对职工的伤害。核心词：DOP 异辛醇 苯酐 工艺设计 工艺计算 设备选型 AbstractDioctyl phthalate ,refer

3、red to as DOP, Molecular Formula: C24H38O4 .It is important to general-purpose plasticizer and has become the largest amount used of plasticizerthe at home and abroad, now it is widely used in rubber, plastics and pharmaceutical industry, plays an important role in the national economy. After analys

4、is and comparison of various raw materials, synthesis, the design process is the use of multi-tank reactors in series continuous esterification technology, the catalyst is alumina with a 1:1 ratio of Sn catalyst compound annual output of 100,000 tons Dioctyl phthalate, to meet domestic demand. The d

5、esign follows the mature technology, advanced technology, equipment configuration scientific, environmental safety, economic efficiency, the principle of reciprocity. After comparing domestic and foreign advanced production methods, process and equipment configuration , the choices are starting from

6、 phthalic anhydride and iso-octanol after esterification, de alcohol, refined by product line production process octyl phthalate. Design for production process design argument, the design of facilities and process selection, with a flow chart with control points, the main production equipment and si

7、ze chart, workshop equipment configuration diagram. The last part is about environmental protection and labor safety, in order to achieve reduction of the three wastes emissions, strengthen the three wastes treatment, to ensure safe production purposes. Key word: DOP Ethylhexanol Phthalic Process De

8、sign Process Calculation Equipment Selection 目录一总论71概述71.1增塑剂DOP的性质71.2产品用途71.3DOP在国民经济中的重要性71.4 DOP的市场需求82设计的目的和意义83设计根据和原则83.1设计根据83.2设计原则84设计范畴95DOP生产能力及产品质量原则9 5.1生产能力9 5.2产品质量原则9二生产工艺流程设计与论证 10 1生产工艺选择与论证10 2工艺参数的拟定 11 2.1酯化工序 .11 2.2中和、洗涤工序 .11 2.3脱醇工序 .12 2.4干燥、过滤工序 .12 3产工艺流程图及其阐明 13 3.1 DOP

9、生产工艺流程图 13 3.2 生产工艺流程阐明13三工艺计算141.物料衡算14 1.1设计生产能力 14 1.2二级酯化段釜1物料计算 15 1.3酯化工段物料衡成果 16 2热量衡算 17四 重要设备设计与选型18 1反映釜的设计与选型19 1.1反映釜体积拟定 19 1.2反映釜高度与底面直径 20 1.3反映釜温度与压力 20 1.4反映釜壁厚度计算 21 1.5搅拌器的设计及选型 22 1.5.1搅拌器型式合用条件表 23 1.5.2 搅拌器的选用及尺寸 23 1.5.3搅拌功率的计算 23 1.6夹套传热面积的计算与核算 23 1.6.1 被搅拌液体侧的对流传热系数 23 1.6.

10、2夹套冷却水对流传热系数 24 1.6.3夹套传热面积25 1.7 反映釜的重要技术特性汇总 26 2冷凝器的设计与选型 27 2.1选择换热器的类型 28 2.2流动空间及流速的拟定 28 2.3传热面积的拟定 28 2.4冷凝器工艺尺寸的计算 29 2.4.1管子数n的拟定 29 2.4.2管子的排列方式，管间距的拟定 30 2.4.3 壳体直径的拟定 30 2.4.4折流板 30 2.4.5接管 30 2.5.壳体厚度 31 2.6换热器封头的拟定 31 2.7容器法兰的选择 31 2.8开孔补强 31 2.9支座 31 2.10冷凝器设计汇总 31五环保与劳动安全 .321DOP三废解

11、决.322.DOP安全生产.33六设计成果评析与总结.34道谢.35参照文献.35附图 1带控制点的工艺流程图2 重要生产设备构造尺寸图3 换热器构造示意图4 生产车间的设备配备布置图5 DOP厂房总布置图一总论1概述1.1增塑剂DOP的性质 DOP化学名为邻苯二甲酸二辛酯，是一种带有支链的侧链醇酯，无色油状液体，有特殊气味。比重0.9861(20/20 ),熔点-55 ，沸点370 （常压），不溶于水，溶于乙醇、乙醚、矿物油等大多数有机溶剂。与二丁酯（DBP）相比，DOP的挥发度只有DBP的1/20；与水的互溶性低，并有良好的电性能，但也有其局限性点，其在热稳定性、耐迁移性、耐寒性和卫生性方

12、面稍差。1.2产品用途邻苯二甲酸二辛酯是重要的通用型增塑剂，重要用于聚氯乙烯树脂的加工，还可用于化纤树脂、醋酸树脂、ABS树脂及橡胶等高聚物的加工，也可用于造漆、染料、分散剂等。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、电缆等。电气级DOP，具有通用级DOP的所有性能外，还具有较好的电绝缘性能，重要用于生产电线。品级DOP，重要用于生产食品包装材料。医用级DOP，重要用于生产医疗卫生制品，如一次性医疗器具及医用包装材料等。重要用途：DOP是通用型增塑剂，重要用于聚氯乙烯脂的加工、还可用于化地树脂、醋酸树脂、ABS树脂及橡胶等

13、高聚物的加工，也可用于造漆、染料、分散剂等、DOP增塑的PVC可用于制造人造革、农用薄膜、包装材料、电缆等。本品是一种多种树脂均有很强溶解力的增塑剂,能与多种纤维素树脂、橡胶、乙烯基树脂相溶，有良好的成膜性、粘着性和防水性。常与邻苯二甲酸二乙酯配合用于醋酸纤维素的薄膜、清漆、透明纸和模塑粉等制作中。少量用于硝基纤维素的制作中。亦可用作丁腈胶的增塑剂。本品还可用作驱蚊油（原油）、聚氟乙烯涂料、过氧化甲乙酮以及香料（人造麝香）的溶剂。可以作为酯互换法生产邻苯二甲酸二环己酯和邻苯二甲酸高碳醇酯以及其她有机合成的原料。1.3 DOP在国民经济中的重要性邻苯二甲酸二辛酯(DOP)是目前使用最广泛的增塑剂

14、，约占国内增塑剂总量45%，是重要的通用型增塑剂，任何增塑剂都是以它为基准来加以比较的，技术经济上占有绝对优势。据有关资料报道，近年来国外增塑剂生产能力超过了6400kta，国内增塑剂需求增长率为8左右，产品具有质量高、品种多、环境污染少的特点。在石油化学工业、医药工业、轻纺工业、生物化工以及能源、交通运送行业均有广泛用途，在国民经济中占有十分重要的地位。1.4 DOP的市场需求随着国内国民经济迅速增长，增塑剂作为基本化工合成材料助剂的市场需求量将大幅提高。在用量大的新领域，国内市场需求将强劲增长。但由于邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)在某些应用领域的性能超过了DOP，估计将来几年内，全球DOP

15、市场将面临DINP的挑战。在市场上，DOP始终占有价格优势，而将来时间估计DOP的低价优势会有所削弱。2设计的目的和意义 通过本课程设计力求达到如下目的和意义：（1）在学习掌握所学的化学工艺学、化工机械设备基本、化工原理等课程的基本理论和基本知识的基本上，通过这次课程设计，培养我们综合运用这些知识分析和解决实际问题的能力以及协作攻关的能力，训练我们使用文献资料和进行技术设计、运算的能力，提高文字和语言体现能力，为后来的学习和毕业论文（设计）打下基本。（2）通过完毕设计，可以懂得DOP的用途；基本掌握苯酐和异辛醇制DOP的生产工艺；理解国内外DOP工业的发呈现状；以及DOP工业的发展趋势。3项目

16、设计根据和原则3.1设计根据本化工课程设计，以设计任务书为基本，综合文献检索、资料收集，综合分析，以最新科研成果和实际经验为根据，搏众家之长，选择合适设计方案。3.2设计原则 本课题遵循的设计原则和指引思想如下：（1）按技术先进、成熟可靠、经济合理的原则对技术方案进行论证，以拟定最佳方案；（2）尽量采用节能工艺和高效设备，充足发挥规模效应，减少能耗、物耗和生产成本，提高项目的经济效益和社会效益；（3）考虑“三废” 治理和综合运用副产物，充足注重环保防污、科学生产、生产安全和提高社会效益为原则主体。4设计范畴本设计范畴涉及：（1）工艺生产措施拟定、生产流程设计与论证（2）工艺计算（涉及物料衡算，

17、热量衡算）（3）酯化合成工艺重要生产设备设计与选型（4）安全生产与环保治理措施（5）设计绘图 设计重点：生产工艺设计与论证，工艺计算，设备设计与选型，设计绘图。5DOP生产能力及质量原则5.1生产能力该项目年产8万吨DOP，年动工日为330天（全天候），日产DOP 242.42吨。5.2产品质量原则本产品质量规格为一级品，执行产品质量国标GBl14068原则，见表1 所示。表1 DOP质量指标项目指标优级品一级品合格品外观透明液体，无悬浮物酯含量，%99.099.5099.50密度（20），g/cm30.9810.986酸度（以对苯二甲酯计） % 0.0150.020闪点，210205色度（铂

18、-钴）号 50100200加热减量，%0.10.20.25体积电阻率，1011?.m210.5二、生产工艺流程设计1生产工艺选择与论证 生产过程操作分为间歇式和持续操作。间歇式生产的长处是设备简朴变化生产品种容量；缺陷是原料消耗定额高，能量消耗大，劳动生产效率低，产品质量不稳定。间歇式生产方式合用于多品种、小批量的生产。而持续法生产能力大，适合于大吨位的DOP的生产。由于本设计产品生产量较大，故采用持续法生产。酯化反映设备分塔式反映器和串联多釜反映器两类。前者构造复杂，但紧凑，投资较低，操作控制规定高，动力消耗少。而反映釜，流动形式接近返混，釜内各部分构成和温度完全一致，多釜串连后，可使停留时

19、间分布特性向平推流转化。并且DOP等主增塑剂的需要量很大，且全持续化生产的产品质量稳定，原料及能量消耗低，劳动生产率高，比较经济。因此本设计采用串联多釜反映器全持续化生产工艺。 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除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剂。 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映时间长，不适合做酯化反映催化剂，相反，复配型催化剂催化反映时间短，转化率高，酸值减少幅度大，比较适合做酯化反映催化剂。氧化铝与辛酸亚锡以1：1比例复配非酸性

20、催化剂合成DOP效果最佳，力求达到流程简朴，设备少，热能运用合理，产品质量高。 根据国内在引进装置上成功使用国产催化剂的经验，选用国产催化剂，既满足了工艺和产品质量的规定，又节省了外汇，可以收到良好的经济效果。持续非酸性催化酯化工艺，是上世纪80年代初开始成功应用于工业化生产的先进技术，其典型的工艺流程有两种：1、酯化脱醇一中和水洗一汽提干燥一过滤；2、酯化一中和水洗一脱醇-汽提-干燥一过滤。 两者比较，第种技术用采用氧化铝与辛酸亚锡1：1比例复配催化剂酯化反映具有反映时间短、酯收率高、产品质量好(酸值低、色度低、热稳定性好、体积电阻率大) 、解决条件简朴等长处。并且公用工程消耗低，热能运用合

21、理，可以生产多牌号的DOP产品，结合国内条件和生产操作经验，故拟采用类典型工艺流程，设计国产化新的工艺流程。综上分析，本设计选用酯化脱醇一中和水洗一汽提干燥一过滤工艺流程，采用串联多釜反映器持续酯化技术，催化剂采用氧化铝与辛酸亚锡以1：1比例复配型催化剂。2工艺参数的拟定2.1 酯化工序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1：1比例复配催化剂作用下酯化反映生成粗酯，重要工艺参数拟定如下：(1)进料温度及5釜的反映温度见表2。(2)投料比：PA：2一EH=1：230 (wt)(3)催化剂量：003 (wt)(4)酯化压力：常压(带氮封)表2 进料温度及与釜反映温度PA

22、2一EH 催化剂釜1 釜2 釜3釜4釜517017520190200210220230(5)停留时间：约7h，酯化釜体积27.4m3(6)酯化釜搅拌器转速：74rmin(7)总转化率：约9952.2 脱醇工序由于酯化反映是在过量醇的条件下进行的，必须将粗酯中的醇脱除，回收反复运用。本设计采用真空降膜脱醇工艺，热能运用合理，脱醇效率高，可脱醇至1左右。脱醇工艺参数拟定如下：(1)进料粗酯温度：230(2)进料粗酯含醇量：1617(3)降膜脱醇真空度：30mbar(4)加热蒸汽压力：20ba2.3 中和、水洗工序由于在酯化过程中会生成某些酸性杂质，如单酸酯等，本设计采用加入Na0H水溶液进行中和，

23、生成可溶于水的钠盐与酯分离。中和水洗工艺参数拟定如下：(1)Na0H水溶液浓度：03(wt)(2)水洗温度：95(3)粗酯：碱=6：1(vo1)(4)中和搅拌转速：180rmin(5)水洗搅拌转速：50rmin(6)NaOH单耗：04kgtDOP(7)中和水洗后酸值：001002KOH mgDOP2.4 汽提工序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，本设计采用过热蒸汽直接减压汽提工艺。汽提干燥工艺参数拟定如下：(1)粗酯人塔温度：1401600C(2)汽提塔顶部真空度：40mbar(3)干燥塔顶部真空度：99mbar(4)粗酯量：汽提蒸汽量：10：1(wt)(5)干燥塔出

24、口酯中含水量：001 005 (wt)2.5 过滤工序在粗酯中加入吸附剂和助滤剂，脱除粗酯中含色素的有机物和吸附脱除残存的催化剂和其他机械杂质，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。过滤工序工艺参数拟定如下：(1)粗酯温度：90(2)芬达过滤器粗滤周期：48h(3)精滤后DOP色值：1015(HAzEN)3. 生产工艺流程图及其阐明3.1DOP生产工艺流程简图（见图1）苯酐、异辛醇助滤剂无离子水NaOH催化剂、N2汽提脱醇过滤干燥中和水洗二级酯化一级酯化产品滤液废水图1 DOP工艺流程方块图3.2 生产工艺流程阐明（参照CA

25、D图纸：工艺流程图）熔融苯酐和辛醇以一定的摩尔比(1:2.21:2.5)在130-150先制成单酯,再经预热后进入四个串联的阶梯式酯化釜的第一级.非酸化催化剂也在此加入.第二级酯化釜温度控制不低于180,最后一级酯化温度为220230,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%。为了避免反映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，水洗是在一种带搅拌的容器中同步进行的。碱的用量为反映混合物酸值的35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

26、独的水洗。非酸性催化剂也在中和、水洗工序被洗去。 然后物料经脱醇（1.322.67 kPa,5080）、干燥（1.32 kPa,5080）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SiO2、AL2O3、Fe2O3 、CaO、MgO等。该工序的重要目的是通过吸附剂和助滤剂的吸附，脱色作用，保证产品DOP的色泽和体积电阻率两项指标，同步除去DOP中残存的微量催化剂和其她机械杂质。最后得到高质量的DOP。DOP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

27、进行分馏和催化加氢解决。生产废水（COD值7001500mHg/L）用活性污泥进行生化解决后再排放。 本工艺流程特点：原料简朴，工艺流程短，物料循环使用，生产效率高。三、工艺计算1、物料衡算1.1设计生产能力 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，此规模采用持续操作比较合理。DOP80000吨 年生产日330天 日产DOP 80000330=242.42吨 每小时生产242.4224=10.10吨 规定达到最后产品达规格产品规格：一等品 DOP含量99.5%故每小时要得纯DOP为：10.1099.5%=10.05吨设整个过程之中DOP损失量为4%则实际每

28、小时产纯DOP为10.05（14%）=10.47吨分子量：苯酐 148.12 异辛醇130.0 DOP 390.3 H2O 18 + H2O1.2一级酯化段物料计算根据一级酯化反映式： 二级酯化反映式：第一步酯化转化率为100%，第二步酯化转化率为99.5%.一小时一级酯化反映釜 进釜 苯酐的量为：10.471000390.30.995=26.96kmol 根据投料比 苯酐：异辛醇=1 : 2.2 异辛醇投入量为26.962.2=59.31 kmol 又回流 异辛醇量21.55 kmol 总异辛醇量59.31 +21.55=80.86 kmol 出釜 异辛醇量为59.3126.96 + 21.

29、55 =53.90 kmol 单酸酯的量 26.96 kmol1.2二级酯化段釜1物料计算 进釜 异辛醇 53.90 kmol 单酸酯的量 26.96 kmol 氧化铝与辛酸亚锡复配催化剂量0.32 kmol N2 8 m3/h 出釜 第一釜的转化率XA=0.523 DOP的物质的量 异辛醇量为 单酸酯的量 26.96 14.10=12.86 氧化铝与辛酸亚锡复配催化剂量0.32 kmol 产生的水的物质的量n水=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映釜中，经测定 nB:n水=2.5:1。因此nB=14.102.5=35.25kmol/h N2 8m3/h,转化为摩

30、尔流量： 每一小时将有：3排出反映釜。1.3酯化工段物料衡成果表4一级酯化段物料衡算表入塔苯酐异辛醇单酸酯出塔苯酐异辛醇单酸酯量（kmol/h）26.9680.860量（kmol/h）053.9026.96 摩尔含量（%）25.075.00摩尔含量（%）066.6733.33表5 二级酯化段釜1物料衡算表入釜异辛醇单酸酯氧化铝与辛酸亚锡N2 水DOP 量（kmol/h）53.9026.960.320.3221600出釜异辛醇单酸酯氧化铝与辛酸亚锡N2 水DOP 量（kmol/h）39.8012.860.320.3221614.1014.102.热量衡算表6 各物质比热容物质Cp,m/kJ/(m

31、ol.k)(303K）Cp,m/kJ/(mol.k)(423K）/kJ/mol异辛醇0.28560.34540.3155-373.2苯酐0.25590.28290.2694-672.6邻苯二甲酸一辛酯0.45230.53470.4935-978.7注：A-苯酐；B-异辛醇;C-邻苯二甲酸一辛酯1. 预热器显热计算：预热器采用3.9MPa蒸汽将原料先预热到1500CQA =nA=6kJQB=6kJ2. 反映釜热量的衡算以一级酯化反映釜为例：持续釜式反映器可当作为一敞开物系，根据热力学第一定律，其热力学衡算式可体现为： 式中：物系焓变及反映焓变，kJ; q物系与环境互换的热。由于反映是在恒温下进行

32、，因此物系焓变为零。反映 焓变的计算如下： A(l，423.15K)+ B(l,423.15K) C(l,423.5K) A(l，404.75K) A(s，404.75K) A(s，298.15K)+ B(l,298.15K) C(l,298.5K)6kJ/h由于在恒温恒压下进行，因此=-32 kJ/h6kJ/h6kJ/h6kJ/h6kJ/h因此：6kJ/h故反映物系将放出6kJ/h，为保持反映在恒温下进行，需在夹套中冲一定流量的冷却水。 四、重要设备设计与选型1、反映釜的设计与选型1.1反映釜体积拟定 为以便起见，如下用A表达苯酐，用B表达异辛醇。物料在反映过程中的体积基本不变。由于搅拌速度

33、较大，反映物料在反映器内的流动状况可视为呈全混流，在定态时，在等温等容条件下对整个反映器作A的物料衡算：反映釜容积按下式计算： VR=Q0t(1+)(8) Q0=QA+QB(9) 式中：QA和QB，分别为苯酐和异辛醇的体积流量;为搅拌容器的备用系数，一般取0.10.15，本设计取0.1。 QA=nAMA/At(10)式中：nA单位时间内（1小时）解决的苯酐摩尔数；MA苯酐的式量；A 苯酐密度 1.527g/cm3; t单位时间（1 h） QA=nAMA/t=26.961000148.12 (1.527 3600)=726.43cm3 / S同理异辛醇体积流量QB B 异辛醇密度 0.8176g

34、/cm3 QB=nBMB/Bt=80.861000130.0 (0.8176 3600)=3571.36m3 / SQ0=QA+QB=726.43+3571.36=4297.79cm3 / S单级酯化反映釜中，物料的平均停留时间为1.37 h VR=Q0t（1+） =4297.791.3736001.1 =23.3m3 装料系数，根据实际生产条件或实验成果而定，一般取0.60.85。若搅拌时产生泡沫或呈沸腾状态，应取低值，约为0.60.7；若搅拌状态平稳或物料的粘度较高可取0.80.85。本设计物料搅拌状态较平稳，取0.85。 故搅拌釜的有效体积为： V=VR/0.85=23.3/0.85=2

35、7.4m3 1.2反映釜高度与底面直径反映釜的高度与底面直径关系： H=1.3Di底面直径：故液面深度h=4VR/Di2=3.32m反映釜高： H=1.3Di=3.321.3=4.32m当，查表16-6得各参数如表6所示表6 所查得的各参数曲面高度h1直边高度h2800mm40mm1.3反映釜温度与压力查表45 设计温度：150+20170混合液平均密度 =nAMA/(nAMA+nBMB)A+ nBMB/(nAMA+nBMB)B =0.51431.527 + 0.60400.8176 =1.28已知：PW =0.1015MPa则工作压力：查表42 设计压力为工作压力的110%，则设计压力为：

36、Pc=1.1PT=1.10.14MPa=0.154MPa设备选材：查课本附表9-1设备选材：由于原料和产物对钢材的腐蚀不大，温度为150，压力为常压，本设计从满足生产工艺需要及保证酯化釜使用寿命的角度出发，酯化釜的材质选用高合金钢0Cr18Nil2M-o2Ti。1.4厚度计算Pc=0.165MPa，T=170，Di=3200mm，t=99MPa，=1.0(双面焊对接，100%探伤)，腐蚀裕量C2=2mm计算厚度S如下：设计厚度Sd如下： Sd=4.3，查表4-9负偏差C1=0.25mmSd+C1=4.75mm 圆整后为5mm，即名义厚度Sn=5mm 复验Sn6%=0.3mm C1=0.25mm

37、 故最后取C1=0.25mm因此该反映釜可以用5mm的 0Cr18Nil2M-o2Ti高合金钢板制作。水压校验：根据 有：由此得：=180 故其强度满足规定。1.5搅拌器的设计及选型表8 搅拌器型式合用条件表搅拌器型式流动状态搅拌目的搅拌容器容积 (m3)转速范畴(r/min)最高粘度(P)对流循环湍流扩散剪切流低粘度混合高粘度液混合传热反映分散溶解固体悬浮气体吸取结晶传热液相反映涡轮式110010300500桨式12001030020推动式1100010500500折叶启动涡轮式1100010300500布尔马金式110010300500锚式110011001000螺杆式1500.55010

38、00螺带式1500.5501000注：有者为合用，空白者不详或不合用。1.5.1 搅拌器的选用及尺寸搅拌器的选型要根据搅拌目的，物料粘度，搅拌容器容积的大小来综合考虑。 参照上表，为了实现物料的均相混合，达到返混，因此本设计选用六片平直叶圆盘涡轮式搅拌器。由化工原理上册教材中表4-1，选用叶轮直径d/Di=0.33,即d=0.99m,叶宽b=0.2m转速取n=1.2r/s，叶轮距槽底高度C为D/3=0.99m。 为了消除也许的打旋现象，强化传热和传质，安装nb=6块宽度W为0.1Di即0.32m的挡板。全档板判断如下： 1.2 。N=1.26=0.42，由于0.420.35,因此，符合全档板条

39、件。1.5.2搅拌功率的计算采用永田进治公式法计算。 Re=(d2n)/式中：d=0.99m,n=1.2r/s,混合液平均密度=1.28g/cm3,=3.510-4Pa.s故Re=5.31106104为湍流，=Np,为功率因数，Np为功率数查图Rushton算图，当Re=4.7106时=Np=6.2故 搅拌功率N=Npn3d5=13041.3W 1.6夹套传热面积的计算与核算选用螺旋板夹套，环隙E=100mm，螺距P=50mm。1.6.1 被搅拌液体侧的对流传热系数采用佐野雄二推荐的关联式计算:Nuj=0.512(D4/3)0.227Pr0.33(d/Di)0.52(b/Di)0.08=4N/

40、(Di2H),式中N=13041.3W,Di=2.99m,=1280kg/m3,H=4.32m故=0.34W/kg=/=3.510-4/1280=2.7310-7m2/s(Di4/3)0.227=1.1104Pr=Di/=0.512(D4/3)0.227Pr0.33(d/D)0.52(b/D)0.08 =0.5121.11040.710.330.330.520.200.08 =2.5104故=0.112.5104/2.99=919W/(m2.oC)1.6.2夹套冷却水对流传热系数采用下式计算：De/=0.027Re0.8Pr0.33V0.14(1+3.5(De/Dc)即=0.027Re0.8P

41、r0.33V0.14(1+3.5(De/Dc)/De冷却水进入夹套温度25oC,冷却水出夹套温度55oC，则其定性温度t=40oC，在此温度下，水的有关物性如下：比热容cp=4.174kJ/(kg.oC)=导热系数=63.38密度=992.2kg/m3黏度=0.000656Pa.s。Pr=4.32由于反映物系放出热量Q1=6kJ/h=1225.00kW，搅拌功率N=13041.3W故搅拌槽需移出热Q=Q1+N=1238.04kW。因此冷却水质量流量m=Q/cp(t2-t1)= 1238.04/(4.17430)=9.88kg/s。夹套中水流速u=m/(PE)=9.88/(992.20.050.

42、1)=1.99m/s，De=4E=0.4mDc=2.9mRe=Deu/=0.41.99992.2/0.000656=1.2010610-5De/=0.027Re0.8 Pr0.33 (1+3.5(De/Dc)0 =0.027(1.20106)0.8(4.3210-5)0.33(1+3.50.4/2.9) =106.04=106.0463.38/0.4=16802.8W/(m2.oC) 因此总传热系数：1/K=1/+1/=1/919+1/16802.8=0.00115K=869.6W/(m2.oC)1.6.3夹套传热面积由Q=KF = oC得F=Q/K=1238.04103/(869.6109.

43、5)=23.3m2需要核算一下夹套也许传热面积与否满足传热规定。由于搅拌槽能提供的最小传热面积：DiH=3.142.994.32=40.6m2。该面积不小于所需传热面积F=23.6m2，因此夹套设计符合规定。图2 反映釜基本构造1.7反映釜的重要技术特性汇总 表9 反映釜的重要技术特性项目符号设计计算数据及选型搅拌器搅拌形式六片平直叶圆盘涡轮式搅拌器叶轮直径d1.1m叶轮宽度b0.2m叶轮距釜底高度c0.99m搅拌转速n1.2r/s桨叶数z6搅拌功率N13041.3W搅拌附件挡板数nb6挡板宽度w0.32m反应釜搅拌釜全容积（不涉及封头部分）V29.1m3液面深度h3.32m搅拌釜实际高度H4

44、.32m搅拌釜内经Di2.99m工作压力PT0.14MPa搅拌釜厚度Sn5mm夹套夹套形式螺旋板夹套螺旋板螺距P0.05m夹套环隙E0.10m夹套内冷却水流速u1.99m冷却水每小时移出热量Q1189.32kW被搅拌液体侧的对流传热系数890W/(m2.oC)夹套侧冷却水对流传热系数16802.8W/(m2.oC)搅拌槽总传热系数K869.6W/(m2.oC)所需夹套面积F23.3m2由于釜内介质具有一定的腐蚀性, 规定对釜体及釜盖内表面进行搪铅解决(铅层厚68 )并衬耐酸瓷板二层。考虑到搪铅工艺的实行和搪铅时的铅中毒， 釜体和釜盖须采用法兰连接。此外 ，还考虑到釜内介质的反映速度难以控制以及

45、介质的腐蚀性， 设备不适宜采用安全阀作超压泄放装置， 故设立了一泄放口径为200mm的爆破片 （厚 3mm的铅制平板型爆破片内衬厚 2mm 的耐酸橡胶板）作为设备的超压泄放装置。2、冷凝器的设计与选型 对于二级酯化反映，由于是可逆反映，过程中有水生成，从而会影响反映的进行限度。因此需要将水带出反映釜，增进反映向产物方向进行。反映液中，异辛醇将作为带水剂把水从反映釜中带出，而这样必将挥霍原料，因此在反映釜上安装一种换热器加一种分离器，用于排水和回流异辛醇。这里将以二级反映第一种釜为例进行换热器的计算与选型。2.1选择换热器的类型由于反映温度在C如下进行，两流体温度变为：热流体进入换热器的温度为1

46、900C，出口温度定为600C；冷流体（循环水）进口温度为250C，出口温度为550C。该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时进口温度会减少，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大，因此初步拟定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。2.2流动空间及流速的拟定由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，因使循环冷却水走管路，热流体走壳程。选用的碳钢管，管内流速取0.5m/s。 2.3传热面积的拟定两股流体的进出口温度为：热流体（出换热器气） 20060 冷流体 （水） 55 25 故传热推动力：Tm = =77.46分子量：苯酐 148.12 异辛醇130.0 DOP 390.3 H2O

47、18 表10入冷凝器的气体的比热容组分 异辛醇水N2比热容KJ/(kg.)C600CC600CC600C2.2251.7154.5054.1780.7960.745构成 kmol35.2514.100.32216产生热Q1 kJ/h1263853.5154262.21016.6 Q1=mcpT,T=1400CQ1=1263853.5+154262.2+1016.6=1419132.3kJ/h 表11 冷凝液组分气化热和液体热容组分异辛醇水气化热wr KJ/mol61.99 40.69液体比热容KJ/(kg.)2.2944.178构成 kmol/h35.2514.10冷凝放热 kJ/h 2185

48、147.6 57372.9冷凝放出总热Q2=2185147.6 + 57372.9 =2758876.6kJ/hQ总=Q1 + Q2 =1419132.3 + 2758876.6 =4178008.9kJ/h =1160.6kw故冷却水用量：w水=总传热系数K=869.6W/(m2.oC)管程流体的定性温度t=(55+25)/2=40oC,循环冷却水有关物性数据密度=992.2kg/m3定压比热容cp=4.174KJ/(kg.)导热系数 0.6338W/(m2.oC)粘度 0.000656Pa.s由公式Q=AK Tm 可得 A=Q/（KTm）=116060/（77.46869.6）=25.47

49、m2 考虑15%的裕度，则 A=1.15A=29.3m22.4工艺尺寸的计算2.4.1管子数n的拟定 选用的碳钢管，管内流速取0.5m/s。按单管程计算管字数： 采用四管程，则L=L1/4=1.5m 管数n1=4n=240根2.4.2管子的排列方式，管间距的拟定 设计采用正三角形排列，取管间距为a=32mm 。2.4.3 壳体直径的拟定 壳体直径： Di=t(nc-1)+2do式中：Di换热器内径，mm； nc横过管束中心线的管数，由于是正三角形排列，； do 换热管外径，mm； 因此，Di=32（19-1）+225=625mm ，圆整取700mm。 2.4.4折流板 采用弓形折流板，取弓形折

50、流板圆缺高度为壳体内径的25%，则切去的圆缺高度为：h=175mm取折流板间距B=0.3Di,则B=210mm。折流板数 NB=L/B -1 =6.767 块，折流板圆缺面水平装配。查化工设备机械基本得，折流板最小厚度为4mm，折流板外径696mm，折流板开孔直径为25.80+0.41，材料为Q235-A钢；拉杆选用16，共6根，材料为Q235-AF钢。2.4.5接管 壳程流体进出接管：去接管内热流体流速5m/s 管程流体进出接管：去接管内冷却水流速为2.99m/s,则接管内径为 取原则值径为90mm2.5.壳体厚度壳体材料选用20R钢，计算壁厚的公式为：S=PcDi/（2t-Pc）式中：Pc计算压力，取Pc为11.1=1.1MPa ； Di=700mm；=0.85 80=130Mpa（取壳体温度为80）S=7001.1/（21300.85-0.11）=3.18mm取C2=2mm ；C1=0.25mm，圆整后取S=6mm，复验66%=0.360.25 故最后取C1=0.25mm故S=6mm2.6换热器封头的拟定 上下封头均采用原则椭球形封头，根据封头为DN1400