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四川大学化学工程学院化工工艺设计课程——邻苯二甲酸二辛酯设计说明书指导老师：党亚固小组成员：宋扬、王煜、潘铮、贾晨、苏乔、胡聿明1编制设计说明书1.1设计依据1.1.1设计任务书1.1.2技术资料1.1.3设计原则（1）认真贯彻落实国家基本建设的有关政策、法规，合理安排建设周期，严格控制工程建设项目的生产规模和投资。（2）严格遵循现行消防、安全、卫生、劳动保护等有关规定、规范，保障生产安全顺利进行和操作人员的安全。（3）产品生产和质量指标符合国家及地方颁发的各项相关标准。（4）注重环境保护，设计中选用清洁生产工艺，在生产过程中减少“三废”排放，同时采用行之有效的“三废”治理措施，严格执行“三废”治理、“三同时”的方针。（5）坚持体现“社会经济效益、环保效益和企业经济效益并重”的原则，按照国民经济和社会发展的长远规划，行业、地区的发展规划，在项目调查、选择。1.2市场预测与分析1.2.1产品市场情况分析我国DOP生产企业共有26家，产能270万吨/年；2010年产量141万吨，进口量16万吨。预计2015年，DOP生产企业将增加至28家，产能340万吨/年，增长26%。参考[1]中国苯酐-DOP产业链分析及发展建议。最近5年，我国DOP表观消费量除2008年出现下滑外，其他年份都在增长，2006年表观需求量133万吨，2010年上升到157万吨，5年增长18%；2011年表观消费155万吨，与2010年基本持平略有下降。预计未来5年，我国每年DOP表观消费量为145～155万吨。由于自给率高，需求主要由国内供应，进口量占消费量比例将持续下降。最近5年，我国DOP产能扩张迅猛，2006年产能161万吨/年，2010年增加到270万吨/年，5年增长68%。预计2011-2012年还有50万吨/年新增产能投产，到2015年底产能将增加到320万吨/年。2006-2010年，国内DOP产量从100万吨上升到141万吨，增长42%，2011年产量149万吨，比2010年仅增长5.6%。到2015年预计产量仍将维持在140～155万吨，装置开工率仅为50%左右。1.2.2产品价格趋势分析1.2.3产品替代产品分析1.2.4市场风险分析1.3产品方案1.3.1产品名称和性质产品名称：邻苯二甲酸二辛脂英文简称：DOP产品分子式：C24H38O4结构式：分子量：390.62产品的理化性质：（1）性状：无色或微黄色非水溶性的油状液体，能与乙醇、丙酮等有机溶剂相混溶，不溶于水。（2）物理常数沸点：370℃(1.0325×105Pa,760mmHg)折光率：1.4859（20℃）闪点：218.33℃（开杯）黏度：81.4CP（里泊）（20℃）相对密度：0.9861（20℃）燃点：241℃冰点：-55℃熔点：-16℃流动点：-41℃体积电阻：1×1011（欧米伽·cm）比热：（50~150℃）平均为0.57卡/克蒸发热：23.6千卡/克分子溶解度：在水中小于0.1%（20℃）挥发热：（150℃）20mg/cm2小时1.3.2产品的质量规格1.3.3产品规模（t/d或t/a）1.3.4副产品数量（t/d或t/a）表1-1产品规格产品名称规格级别产量t/a单价元/tDOP纯度=99.5%500001.3.5产品包装方式1.4生产方法和工艺流程1.4.1生产方法(扼要说明设计所采用的原料路线和工艺路线)目前，国外生产有以下几种工艺：酸性触媒生产工艺（硫酸或对甲基苯磺酸）、非酸触媒生产工艺（金属氧化物，两性触媒，或脂类触媒）及无催化剂工艺，在单元生产方式上有连续法（各工艺单元均连续），半连续法（脱醇、中和连续）及间歇法，目前，国内以硫酸为触媒的生产工艺正在逐步转向非酸触媒的生产工艺，单元生产方式连续法和间歇法兼有。本设计采用的是半连续法非酸触媒生产工艺。使用的原料有邻苯二甲酸酐、辛醇、钛酸四异丙酯、纯碱、活性炭，下面列出各种原料的理化性质和使用方法。1.4.2化学反应方程式（写出方程式，注明化学物质名称，主要操作条件）（1）酯化工序第一步：苯酐和辛醇反应生成苯二甲酸单辛酯，以下式表示：此反应不需要在催化剂作用下即可进行，温度在120~130℃时反应可以基本完成。第二步：苯二甲酸单辛酯和辛醇反应生成苯二甲酸二辛脂和水以下式表示：此步反应需要在Cat钛酸四异丙酯作用下进行，反应液温在225~235℃可以基本完成。酯化反应的总反应式为：此反应为一可逆反应，为使反应尽快向形成酯的方向进行必须将反应过程中生成的水迅速从反应体系中移出。1.4.3工艺流程（1）酯化工序邻苯二甲酸酐和2-乙基己醇在催化剂钛酸四异丙酯的作用下，经过常压加热脱水得到邻苯二甲酸二辛酯粗酯。（2）后处理工序酯化合格后，打料过程中利用酯化反应余热将酯化反应过量醇大部分脱出，液温在180℃~200℃时，在真空状态下用管道泵加入碱水降酸值，然后从釜底蒸汽分配盘通入活蒸汽，利用负压下降低回收醇的沸点，醇水共沸的原理，将过量醇从反应体系中移出，从而得到精酯。（3）过滤工序后处理合格物料，在此工序经过网板式密闭过滤机过滤去除杂质，得到合格成品。以上几个工序可表示为：酯化闪蒸、后处理、脱醇压滤成品1.4.3.1工艺流程简图（方块图）1.4.3.2带控制点工艺流程图及流程简述（1）酯化工序用离心泵将纯度为99.3%的苯酐从苯酐贮罐泵到高处计量槽V0104，再次用离心泵将纯度为99.7%的辛醇从辛醇贮罐泵到高处计量槽V0103，使用液位控制系统控制物料进料，保证苯酐与辛醇按1:2的质量比加入反应釜。辛醇分四次加入。表1单锅进料一级酯化釜进料苯酐辛醇一级酯化二级酯化闪蒸中和减压蒸馏网板过滤苯酐辛醇A钛酸四异丙酯醇水分离醇水共沸物醇水共沸物Na2O3机械杂质DOP成品辛醇B废水量（KG）19378.6538757.3二级酯化进料单酯催化剂量（KG）36145.61395二级酯化出料DOP单酯辛醇水量（KG）50505.05144.485019.652331向反应釜R0101中通入高压蒸汽加热，通过反应液温度控制器调节蒸汽阀开度，控制一级酯化釜温度在120~130℃；苯酐和辛醇迅速发生一级酯化反应生成单酯，转化率100%，反应完成以后，将物料通入二级酯化釜R0102、R0103、R0104，反应釜事先在反应釜夹套通入蒸汽升温并在反应釜中通如氮气和催化剂质量为总投料量千分之二十四的钛酸四异丙酯，利用温度传感器调节蒸汽阀开度，控制二级酯化反应液体温度在225~235℃，反应时间。冷凝水加以循环利用，从反应釜R0104出料中苯酐转化率达到99.6%，反应结束后将酯化混合物通入贮罐，待用。各级酯化反应进料出料如上表所示。（2）后处理工序将酯化液浆通过泵P0204打到闪蒸塔T0201，利用真空泵P0202对闪蒸塔T0201抽真空，利用压力控制显示器保证塔内真空度不低于-0.08MPa。酯化液打浆的过程中，利用酯化反应余热将酯化反应过量醇大部分脱出。闪蒸后物料密度达到0.965g/cm3~0.980g/cm3时，送入中和塔T0202.打开纯碱贮罐进料阀，在酯化打浆料液温在180℃~200℃时，将配置好的纯碱溶液（3）过滤工序1.5物料能量衡算物料计算结果(以物料平衡图或物料流程图表示)分子量：苯酐148.12异辛醇130.0DOP390.3H2O18日产DOP50000÷330=151.15吨每小时生产151.15÷24=6.31313吨要求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：6.31313×99.5%=6.28吨设整个过程之中DOP损失量为4%则实际每小时产纯DOP为6.28÷（1－4%）=6.54吨1.5.1一级酯化段物料计算根据一级酯化反应式：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：6.54×1000÷390.3÷0.995=16.84kmol根据投料比苯酐：异辛醇=1:2.2异辛醇投入量为16.84×2.2=37.048kmol又回流异辛醇量21.55kmol总异辛醇量37.048+21.55=58.598kmol出釜异辛醇量为37.048－16.84+21.55=41.758kmol单酸酯的量16.84kmol1.5.2二级酯化段物料计算进釜异辛醇41.758kmol单酸酯的量16.84kmol氧化铝与辛酸亚锡复配催化剂量0.28kmolN28m3/h出釜第一釜的转化率XA=0.523DOP的物质的量nd=16.84*0.523=8.80732异辛醇量为nb=41.758-8.80732=32.95单酸酯的量16.84－8.80732=8.03268氧化铝与辛酸亚锡复配催化剂量0.28kmol产生的水的物质的量n水=16.84*0.523=8.80732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釜中，经测定nb:n水=2.5:1。所以nb=8.80732*2.5=22.01mol/h.N28m3/h,转化为摩尔流量：∴每一小时有：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）16.8458.5980量（kmol/h）041.75816.84摩尔含量（%）22.2377.760摩尔含量（%）069.9730.02hkmol/kmolmol32216.016.32215.303314.81015008排出反应釜。390.2230500.10115.473314.8)63.3961.1732216.0(mpnRTV二级酯化段釜物料衡算入釜异辛醇单酸酯氧化铝与辛酸亚锡N2水DOP量（kmol/h）41.75816.840.280.3221600出釜异辛醇单酸酯氧化铝与辛酸亚锡N2水DOP量（kmol/h）32.958.032680.280.322168.807328.807321.6原材料方案、动力供应和公用工程1.6.1原材料辅材料、动力工程的消耗表1-2原料消耗原料名称规格级别消耗量万t/a邻苯二甲酸酐辛醇表1-3辅助原料消耗序号名称消耗量单位1钛酸四异丙酯2纯碱3活性炭1.6.2公用工程消耗表1-4公用工程消耗序号名称消耗量单位1水2电3汽4煤1.7资源综合利用及节能、节水措施1.7.1资源综合利用本项目单体生产主要原材料为苯酐、辛醇，年消耗量分别为380吨、671吨，原料转化率高，醇回收利用率较高，污染物排放量低，资源得到了有效利用。能耗现状本项目装置能耗表见表11-1。表11-1装置能耗表序号名称单位消耗定额折标煤系数折标煤（kg）总能耗（t）/a1电kW.h1500.122918.13518.1352蒸汽（1）t3.4421.674.30474.3043仪表空气Nm370.040.280.284压缩空气Nm35.00.040.200.25氮气Nm322.60.040.940.945蒸汽（2）t1.11894.9106.098106.098合计199.957200.0本项目单位产品综合能耗标准煤0.2t，年总能耗为200t标准煤。1.7.2环境保护1环境保护指导思想及原则指导思想：以经济建设为中心，以环境保护为重点，逐步使环境与经济、社会发展相协调，努力开展环境的综合整治，加强自然生态的保护，积极防治环境污染，合理利用资源，使环境建设、经济建设、工业区建设同步规划、同步实施、同步发展，实现经济效益、社会效益和环境效益的统一。环境保护规划的原则：（1）坚持全面规划，合理布局，突出重点，兼顾一般的原则。（2）坚持实事求是，因地制宜的原则。（3）坚持谁污染谁治理，谁开发谁保护的原则。（4）坚持以防为主，防治结合，综合治理的方针。2环境目标及污染物排放标准（1）国家或地方的有关环保法规《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国水污染防治法（修正）》《中华人民共和国大气污染防治法》（2000年4月29日颁布）《中华人民共和国环境噪声污染防治法》（1996年10月29日颁布）《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》（2004年1