对苯二甲酸DOTP的合成工艺

课程设计题目对苯二甲酸二辛酯工艺设计学院专业班级学生学号指导教师化学工程系课程指导小组X年X月X日XX大学课程设计设计用纸I学院化学化工学院专业学生学号设计题目对苯二甲酸二辛酯工艺设计一、课程设计的内容主要内容为年产3000吨对苯二甲酸二辛酯工艺设计。通过物料衡算和能量衡算，确定关键设备的选型和材料，绘制出工艺流程图、反应釜、车间布置图等相关图纸，对生产过程中的安全技术、综合利用提出了合理的要求，并进行经济核算。二、课程设计的要求1.查阅国内外的相关文献不得少于5篇，完成课程设计任务。2.独立完成给定的设计任务后编写出符合要求的课程设计说明书，要求工艺设计合理，将研究、开发的技术及过程开发的成果与过程建设、经济核算衔接起来；绘制出必要的设计图纸。3.综合应用化学工程和相关学科的理论知识与技能，分析和解决实际问题。4.完成课程设计的撰写。三、文献查询方向及范围1．利用学校的清华同方数据库、万方学位论文全文数据库、ScienceDirect、ACS(美国化学学会)数据库查询卟啉在流动注射化学中的应用等中英文文献与硕博论文。2．主要参考文献[1]孙永泰.对苯二甲酸二辛酯（DOTP）的合成工艺及应用[M].塑料制造,2008年4月刊.[2]沈晓洁.由聚酯废料合成DOTP[J].抚顺石油学院学报,1998年6月第2期18卷[3]汪多仁.DOTP的非酸催化合成与应用[J].塑料助剂,1998年第3期.[4]王良、陶红侠，富氧化合物SnO2-ZnO催化废聚醋合成DOPT的研究[M].吉林师范大学学报（自然科学版），2006年5月第6期[5]KiyokoTakamura,TakatoshiMatsumoto.Characterizationofatitanium(IV)-porphyrincomplexasahighlysensitiveandselectivereagentforthedeterminationofhydrogenperoxide:acomputationalchemistryapproachandacriticalreview[J].AnalBioanalChem,2008,391:951-961.XX大学课程设计设计用纸II目录1前言……….……………………………………….….…………………………….11.1性质及用途…………………..........................………….………….………11.2产品特性…....................……….......…………….………….………………11.3DOTP对苯二甲酸现状……………………………………………………...21.4产品工艺介绍..............…………………………….…....……..……………21.4.1直接酯交换...................…………………………….…....………….21.4.2直接酯化...............……..…..……………….…..….………………..31.4.3影响酯化反应的主要因素........…….……………….…..….……..42工艺设计......................………………………………………………………...…..62.1工艺路线设计…………………………………...…………………………..62.2生产工艺………………………………………...…………………………..62.2.1工艺流程图………………………….……………...……………..62.2.2生产操作..…………………………….…………………………….63可行性分析………………………………………………………………………103.1工艺可行性分析………………………………………………………….103.2经济效益可行性分析…………………………………………………….10结论......................………….……….……………………..….……...…..….……….12参考文献......................………….……………………………………...….………..13附录......................……………..……....…...….…...…………………….………..14XX大学课程设计设计用纸-1-1前言1.1性质及用途增塑剂是加入高聚物(如橡胶、塑料、涂料等)中使加工成型时增加其可塑性能和流动性能并使成品具有柔韧性。DOTP是一种性能优良的增塑剂，由于结构上的不同，DOTP除塑化性能略低于邻苯二甲酸二辛酯外，其它物理机械性能均优于DOP，因此DOTP具有更广阔的应用领域。目前，DOTP主要用于耐温70℃电缆料，也可用做普通增塑剂。上个世纪七十年代初，DOTP首先由美国研制成功并在1976年正式进入工业应用领域。我国的研制工作从八十年代初开始，开始时主要以酯交换合成工艺为主，由于电缆料耐温标准由65℃级变为70℃级国际标准的改变，以及我国高碳醇(碳9碳10醇)的生产基本处于空白，因此对苯二甲酸二辛酯的研制成功既解决了耐温70℃级电缆料的生产用增塑剂问题，原材料又可立足国内，这样DOTP的应用迅速推开。从1985年开始国内着手于直接酯化工艺研究，1990年后实现工业化生产直接酯化原材料来源广，成本也比较低，产品质量可靠，因此很有发展前途[1]。1.2产品特性1.DOTP电、热性能好，在PVC塑料电用线护套中可替代DOP，也可用于人造革膜的生产。此外，具有优良的相容性，也可用于丙烯腈衍生物，聚乙烯醇缩丁醛、丁腈橡胶、硝酸纤维素等的增塑。并起着提高制品硬度和变形性的作用，在丁腈橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶等制品中可用作软化剂。特别用在电缆料上具有较好的增塑效果和低挥发性，广泛用于要求耐热、高绝缘的各种制品，是生产耐温70℃电缆料及其它要求耐挥发PVC制品的理想增塑剂。2.DOTP用于轿车内的PVC制品，能解决玻璃车窗起雾问题。DOTP还用于高级家具和室内装饰的油漆、涂料及精密仪器的优质润滑剂或润滑添加剂，硝基清漆助剂，纸张软化剂，聚酯酰胺双向拉伸薄膜，膜塑工艺品，血浆储存袋等。3.由于DOTP的线型分子结构和DOS、DOA相似，其耐寒性也较好。4.DOTP的体积电阻率较DOP高10-20倍，而且乃迁移性优异。5.由于DOTP不含邻苯二甲酸盐，不在欧盟及其他国家限制使用的16种含邻苯二甲酸增塑剂范围内，因此，是一种优良的环保型增塑剂。1.3DOPT原料对苯二甲酸现状[3]DOTP的原料精对苯二甲酸（PTA）是一种重要的中间休,主要用于PTB树脂、纤维、薄膜、PTB瓶及生产绝缘漆、染料的中间体等。据统计,世界PTA总生产能力为1200万t/a,到2000年生产能力年均增长速率XX大学课程设计设计用纸-2-为12%,总能力将达到2100万t/a。亚州生产能力增长迅速,到2005年亚州所占比率将达到世界总量的70%。到2000年世界PTA将严重过剩,从而使PTA成为低价而充裕的原料。由于PTA新装置还在陆续建成,到2000年亚太地区过剩量将达500万t。1995年PTA国内产量为76万t,进40.1万t。由于产不足需、扬子石化公司拟将45万t/a扩至60万t/a,上海石化股份有限公司将25万t/a扩至50万t/a,天津石化公司正建25万t/a装置,辽阳石化公司拟将23万t/a扩到35万t/a,济南化纤总公司将建设35万t/a装置,乌鲁木齐拟建25万t/a装置,洛阳石化总厂将建25万t/a装置。此外，镇海炼化股份有限公司50万t/a,海南35万t/a,汕头25万t/a装置都将先后开始建设。到2000年,国内新增能力为250万t/a,总产能可达400万t/a,社会总需求量400万t/a。利用PTA原料易得的优势,发展新增塑剂的生产将会恰逢其时。1.4产品工艺介绍目前使用的DOTP,一般都是以对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯为原料的工艺路线合成的,这种方法虽然具有产品纯度高、后处理较简单等优点,但对苯二甲酸及其酯均为紧俏化工原料,且价格比较贵,从而限制了DOTP的生产和使用。1.4.1直接酯交换[3]对苯二甲酸(TPA)和辛醇在催化剂存在下直接酯化而成。过程如图（1）图（1）即反应物在催化剂，高温、常压下进行酯交换反应，直到反应物酸值降到0.2mgKOH/g以下时酯交换反应已基本完成，然后经过后处理(中和、脱醇等)即得成品。反应条件反应时间：5~8小时；反应温度：180~220℃；反应压力：常压；供热方式：油锅炉供热；酯交换中和脱醇酯交换中和水洗净化压滤检验包装XX大学课程设计设计用纸-3-投料配比：DMT：辛醇=1：2－2.5(重量比)；催化剂加量：0.1—0.2%(全部投料量的重量比)。技术指标（如表1）表1：1.4.2直接酯化[3]对苯二甲酸二甲酯酯(DMT)或聚对苯二甲酸乙二醇酯废料与辛醇在催化剂存在下进行酯交换反应。过程如图（2）图（2）即反应物在催化剂存在下高温常压进行反应，直到反应体系酸值降到0.2mgKOH/g下，说明反应已完成，再经中和，脱醇一系列工序即得成品。反应条件反应时间：8~12小时；反应温度：180~230℃；反应压力：常压；催化剂用量：总物料量的0.1~0.2%反应物配比：对苯二甲酸：辛醇=1：2~2.5(重量比)。产品技术指标（如表2）色泽（碘比色）酸值（mgKOH/g）闪点（开口杯，℃）体积电阻（Ω，cm）加热减量（125℃，2小时）≤2*≤0.05≤210≥2×1013≤0.2对甲苯二酸辛醇B-Ti-催化剂酯化中和脱脂酯交换中和水洗净化压滤检验包装XX大学课程设计设计用纸-4-主要原材料消耗苯二甲酸450kg/T；辛醇685kg/T。表21.4.3影响酯化反应的主要因素酯交换反应为一均液相（升温DMT即熔化），反应主要受温度、催化剂加量、原料配比等因素影响，此反应属常见类型，不累述【1】。直接酯化由于反应原料对苯二甲酸特殊的物理、化学性质，高温时易升华，熔点为425℃且不溶于醇及酯化物中，反应过程中有相变化，其反应的动力学特征也不同于一般均液相反应。对苯二甲酸酯化反应对苯二甲酸在催化剂存在下加热进行酯化反应分两步进行。第一步，对苯二甲酸与辛醇反应生成单酯；第二步，单酯与辛醇反应（即DOTP）。反应式如下：反应生成的水和过量的辛醇形成共沸物，蒸出后，经冷凝醇水分离，醇回流入反应系统继续参与反应。反应初期主要是固状的对苯二甲酸与液状的辛醇生成单酯的反应，在搅拌情况下，反应混合物呈固液悬浮状态，属非均相反应。而反应第一步是决定反应速度的步骤，由于生成的单酯可溶于辛醇中呈均相反应，故非均相反应速度应与相界面的大小及相间扩散速度有关。相界消失，体系中所进行的反应，又以双酯化均相反应为主，双酯化的反应速度与反应物浓度、反应温度、催化剂等有关即为动力学控制过程，因此在对苯二甲酸酯化的小试结果进行工业生产放大时，应充分考虑到两者的差异。反应条件【3】催化剂：在对苯二甲酸酯化过程中催化剂的加量、“选择、物理状态都会对反应产生影响。我厂选择液体催化剂B-Ti；该催化剂属非酸性催化剂，加量为总物料量色泽（碘比色）酸值（mgKOH/g）闪点（开口杯，℃）体积电阻（Ω，cm）加热减量（125℃，2小时）≤2*≤0.05≤210≥2×1013≤0.2C8H17OH+HOOCCOOC8H17+H2OC8H17OOCCOOC8H17C8H17OH+HOCCOHOOHOOCCOOCH17+H2OXX大学课程设计设计用纸-5-的0.1%~0.2%。反应温度和压力：由于该反应为吸热反应，反应温度会直接影响反应速度，另外反应温度对转化率和酯液质量也会产生影响。由于所用原料辛醇的沸点为184℃，因此加压可以做为提高反应速度的一种手段。压力增大，辛醇沸点升高，整个体系温度也升高，进而可提高反应速度。醇酸投料配比：辛醇过量会使反应速度加快，也利于辛醇从体系中抽出。另外，辛醇如果过量太多会增加回收辛醇的量，使辛醇消耗提高，影响粗酯液的后处理。一般采用的比例为，酸: