化工课程设计

化工课程设计主要内容：（一）技术和经济可行性研究报告（二）工艺路线与流程设计（三）物料和能量衡算及公用工程（四）设计说明书（五）主要设备选型及设计计算（六）车间布置设计㈠技术和经济可行性研究报告1.产品的确定和背景资料总述邻苯二甲酸二辛酯（DOP）是重要的通用型增加塑剂，主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。市场销售状态为无色透明液体。目前，邻苯二甲酸二辛酯（DOP）的主要生产原料为邻苯二甲酸酐和辛酯。因为约有50%的邻苯二甲酸酐和64%的辛酯消耗在邻苯二甲酸二辛酯（DOP）的生产上，因此在可行性研究前期，找到合适廉价的高纯邻苯二甲酸酐和辛酯的供应是至关重要的。通过选用适当的催化剂，通过间歇法和连续法都可以得到不错的收率和产品，因而均为可行的候选方案。在操作应密闭操作，局部排风，因为邻苯二甲酸二辛酯（DOP）受热分解释出腐蚀性、刺激性的烟雾对眼睛和皮肤有刺激作用，并且暴露在空气中遇到高温、强氧化剂，有引起燃烧爆炸的危险。1.1背景和目标化工厂设计的可行性研究中第一步是确定出待生产化学品的关键化学性质、突出的市场问题以及生产中潜在的困难。应该总结出该化学品的主要应用领域并确定出目前的市场需求。在此阶段还要找出可能的生产工艺，并且初步评价其可行性。本节目的是建立起对苯酐的总体印象。1.2化学结构和物理性质邻苯二甲酸二辛酯（DOP）是一种酯类化合物，由邻苯二甲酸酐和辛酯经过两步酯化得到，反应式如下：在室温下邻苯二甲酸二辛酯（DOP）呈无色或淡黄色油状透明液体。色度（APHA）＜30。酸度（以邻苯二甲酸计）＜0.01%.酯含量99%～100%。相对密度0.980～0.986g/cm3(25℃)，粘度80mPa.s（20℃）,58mPa.s(25℃)。凝固点-53℃，沸点386℃（0.1MPa）。闪点（开杯法）216～218℃,折射率1.4830～1.4859（20℃）。在水中溶解度＜0.01%(25℃)，水在本品中的溶解度0.2%(25℃)。溶于大多数有机溶剂和烃类，微溶于乙二醇、甘油和某些胺类，与大多数工业用树脂如聚氯乙烯、氯乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、硝酸纤纬素、乙基纤维素、醋酸丁酯纤维素等树脂和橡胶有良好的相容性，与醋酸纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、聚醋酸乙烯脂部分相溶。长期接触邻苯二甲酸二辛酯（DOP）可能引起皮肤过敏和产生刺激反应，或可能损害肝脏、肾脏。环境中的微量邻苯二甲酸二辛酯（DOP）是一种足以扰乱生态平衡和损害人体健康的污染物。研究证明，玩具中的DOP对肝脏和肾脏有慢性危害的潜在源。长期受高剂量的DOP侵害，会导致体重减少，肝的重量增大，肝细胞病理组织学发生变化，肾脏也会发生变化，最终会引发肝癌。1.3应用和用途邻苯二甲酸二辛酯(DOP)是邻苯二甲酸酯类中产能、产量、消费量最大的增塑剂品种。增塑剂总量的90%左右用于PVC加工制品中，其余约10%用于涂料、胶粘剂、橡胶加工、聚氨酯、醋酸纤维素等。其中通用级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的全部性能外，还具有很好的电绝缘性能，主要用于生产电线和电。食品级DOP，主要用于生产食品包装材料。医用级DOP，主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。在我国，邻苯二甲酸二辛酯(DOP)主要产品规格大多停留在工业级和电缆级，而食品级和医药级则有赖于进口。从需求的地区分布看，我国DOP需求集中在江、浙、闽、粤地区，占全国总需求的90%左右，主要消费领域为PVC人造革、电缆料、收缩膜和压延膜、PVC地板墙壁纸和管材等。从上世纪开始，由于塑料工业的快速发展，世界范围内的邻苯二甲酸二辛酯(DOP)的产量逐年呈稳定增长趋势，目前DOP全球产能为2700万t/a，在国内有大约13家企业生产在生产邻苯二甲酸二辛酯(DOP)，最大装置规模是10万吨（单套装置为2.5万吨），最小装置规模为3000吨/年。国内总产量22万吨左右，市场需求大约在50万吨，2004年进口DOP产品30万吨，主要是高端产品（用于电缆、食品包装材料用），因此利用国内的苯酐和辛醇资源，开发生产高端DOP产品具有非常大的市场拓展空间。近年来由于国际原油价格的上涨导致原料价格增长，最终使DOP市场价格一直上涨，2004年达到1.3~1.5万元/吨，目前工业级DOP实际成交价格大约1.06~1.15万元之间。电缆用和食品包装材料用DOP价格在1.25~1.30万元左右。但是由于邻苯二甲酸二辛酯(DOP)对人体具有一定的危害性，目前正受到无危害性增塑剂(DINP)的威胁,而且DOP价格与国际原油价格密不可分近两年国国际原油价格波动较大，而且很难预料，本报告暂按近十年国内增塑剂平均价格进行测算，取价为1.15~1.25万元左右。1.4基础化学邻苯二甲酸二辛脂，简称DOP。分子式：C24H38O4分子量：390是由邻苯二甲酸酐和辛酯在一定的催化和控制条件下酯化生成邻苯二甲酸二辛酯(DOP)，并伴随有水的生成。反应历程是先进行单酯化，生成苯酐单辛酯，再进行双酯化，生成邻苯二甲酸二辛酯，由于存在醇内脱水或生成其他异构体，降低了每千克原料所能得到的最高产量。合成反应是在液相中进行的，是吸热反应，因此在设计反应器时必须考虑提供足够的反应所需要的热量。根据反应式计算得到的最高产率是2.64kg(邻苯二甲酸二辛酯)/kg(邻苯二甲酸酐)，而实际生产中，1.5对各候选工艺过程的评价生产邻苯二甲酸二辛酯(DOP)目前最普遍的原料是邻苯二甲酸酐和辛酯。生产工艺的不同主要区别于催化剂的选择，传统的催化剂是以硫酸为主的酸性催化法，该类催化剂价格便宜，技术成熟可靠，催化剂活性高，能耗低，但对设备有腐蚀，废水处理较复杂，回收醇须处理再回用；目前邻苯二甲酸二辛酯(DOP)生产中使用最广泛的催化法是非酸触媒催化法，该法技术成熟可靠，产品质量好，废水量少且易处理，回收醇质量高，对设备腐蚀性少，总投资费用省，但催化剂活性低于硫酸，反应温度较高。设计中主要应考虑的是工艺路线采用的是间歇生产方法，还是采用连续生产方法。两种生产方法都是可行的，而且各有优缺点。根据国家国标GB11406—89规定，产品需要纯化到99.7%左右。原料和产品对皮肤、眼睛和肺都有刺激作用。工厂操作人员在有可能接触到有害物质的任何场合都应该配戴适当安全护具。1.6结论●在室温下邻苯二甲酸二辛酯（DOP）呈无色或淡黄色油状透明液体。它热分解释出腐蚀性、刺激性的烟雾对眼睛和皮肤有刺激作用，并且暴露在空气中遇到高温、强氧化剂，有引起燃烧爆炸的危险，因此需要配戴适当安全护具。●邻苯二甲酸二辛酯（DOP）作为化学中间体，用来生产PVC、涂料、胶粘剂、橡胶加工、聚氨酯、醋酸纤维素等●邻苯二甲酸二辛酯（DOP）是由邻苯二甲酸酐和辛酯来生产，该反应是吸热反应。●世界范围内邻苯二甲酸二辛酯（DOP）的需求稳中有降，前景不容乐观，但由于其价格低廉，又增塑效果好在亚洲市场任占主导地位。●对于新筹建的工厂，邻苯二甲酸酐和辛酯的来源是可行性研究的一项重要内容。2可行性研究和市场评价总述进行了邻苯二甲酸二辛酯（DOP）生产的初步可行性研究，内容包括：（a）市场评价：确定近年来邻苯二甲酸二辛酯（DOP）在全球范围、区域范围、国内范围的需求情况；（b）固定投资、操作费用和原材料费用的初步估算：用以确定产品的销售是否有竞争力。在此阶段，项目看起来是可行的。2.1市场评价2.1.1国外生产现状到1999年底,全球增塑剂生产能力为766万t，其中北美144万t，欧洲229万t，亚洲359万t,分别占全部的18.8%、29.9%、46.9%。到1999年底,全球的实际产量约为510万t,其中北美113万t,欧洲163万t,亚洲213万t分别占全部的22.2%、32%、41.8%。美国、西欧、日本增塑剂已发展到成熟期,近几年增长缓慢。国外主要增塑剂生产厂家见表国外主要增塑剂生产厂家1999年单位:万t地区公司能力品种美国埃克林公司34.50邻苯酯类、已二酸酯、偏苯三酸酯伊斯曼化学公司22.50邻苯酯类、已二酸酯、对苯酯、偏苯三酸酯ArstechChemialCo.9.50邻苯酯、已二酸酯、对苯酯、偏苯酯西欧荷兰埃克林公司30.00邻苯酯Pamtochim.S.A7.70邻苯酯埃尔夫·阿托3.20邻苯酯BP化学公司7.00邻苯酯BASF公司22.00邻苯酯、已二酸酯、聚合型、马来酸酯NesteOx6AB3.00邻苯酯类日本协和油化公司17.00邻苯酯窒素石化7.00邻苯酯类、已二酸酯三菱化学7.50邻苯酯三菱瓦斯化学6.00邻苯酯、偏苯三酸酯新日本化学11.60邻苯酯、偏苯三酸酯积水化学12.00邻苯酯、已二酸酯、偏苯三酸酯东邦理化5.00邻苯酯(注:数据由化学工业部规划院提供)2.1.2国外市场现状及预测1998年美国、西欧、日本增塑剂的消费量分别为94.5万t，111.6万t，50.2万t，其消费结构如表美国、西欧、日本增塑剂消费结构单位:万t名称美国西欧日本消费量结构(%)消费量结构(%)消费量结构(%)邻苯二甲酸酯类65.5069.30101.2090.7041.1081.90脂肪类化合物8.809.303.202.903.106.20环氧酯类5.305.60—*—*1.903.80偏苯三酸酯3.904.101.501.301.402.80磷酸酯类2.502.702.202.001.503.00聚合物类2.402.601.801.601.202.40其他6.106.101.701.50——合计94.50100.00111.60100.0050.20100.00(注:*包括在其它类中,数据由化学工业部规划院提供)1998年,美国DOP消费约65.5万t，消费结构为:建筑应用为45%，消费品为30%,医疗用品为25%。1998年日本邻苯二甲酸酯类消费41万t，其中:薄膜、片材用14.2万t，电线电缆用11.5万t建筑材料用4.2万t，垫圈/油管用2.7万t，PVC纤维/合成革用2.6万t，机械/工具用2.1万t，消费品用0.9万t，其它用2.9万t。DOP主要应用于PVC软制品，如薄膜、人造革、壁纸、地板、电线、电缆、鞋类、血袋等,故DOP的市场需求与PVC的软制品消费量紧密相关。1999年PVC全球消费量达2400，其中软制品占33%,，消费增塑剂达440万t,约占增塑剂消费总量的90%左右。1999年美国、西欧、日本的增塑剂生产及消费情况见1999年美国、西欧、日本增塑剂供消情况单位:万t名称美国西欧日本生产能力127191.482实际生产能力10115051消费量94.512850.2其中DOP消费量11.640.6824.7（注:数据由化学工业部规划院提供）美国、西欧、日本的增塑剂已发展到成熟期，亚洲是增塑剂最大的消费市场，也是增塑剂能力增加最多的地区。亚洲对邻苯酯类需求预测单位:万t项目1995年2000年2005年DOP120160200C9-10303550其他202530（注:数据由化学工业部规划院提供）从需求预测可看出，亚洲仍将以DOP为主导，占增塑消费量的70%以上2.1.3国内生产现状1999年,我国DOP生产能力达到48万t,约占增塑剂生产总能力的50%,国内主要生产厂家生产能力及产量见表1。1999年至2000年间,广东有3家企业投产,每年新增生产能力约17万t,详见表2。以上13个生产厂家1999年的DOP生产能力已经达到了年产48万t,再加上广东新上装置的生产能力,国内的年产能力达65万t的水平。另外,由于看好大陆市场,台湾联城石化公司加快在大陆投资,首先将台中的年产12万t邻苯二甲酸二辛酯(DOP)全厂转移到广东省中山县,大林园的一条邻苯二甲酸酐生产线也加紧迁移,以供应大陆下游厂家的需求。若考虑1999年进口DOP27万t的量,我国每年实际DOP的市场供应能力约100万t。