年产1.5万吨DOTP生产工艺流程及反应釜设计毕业论文

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1绪论 (1)1.1 DOTP发展史 (1)1.2 DOTP特性及用途 (1)1.3 设计任务 (2)2 DOTP生产工艺流程 (2)2.1 DOTP的性质 (2)2.2 工艺生产方法 (2)2.2.1 直接酯化法 (3)2.2.2 酯交换法 (4)2.2.3醇解法 (4)2.3工艺流程设计 (4)2.3.1 生产工艺流程确定 (4)2.4 酯交换工序 (5)2.4.1 DOTP产量换算 (5)2.4.2 总收率 (6)2.4.3 酯交换釜内原料量 (6)2.4.4 反应釜出料量计算 (8)2.5 中和、水洗工序 (9)2.6 脱醇工序 (9)2.7 汽提工序 (9)2.8 脱色、过滤 (9)3 反应釜设计 (9)3.1 反应釜选型 (9)3.2反应釜的总体结构 (10)3.2.1 反应釜筒体部分 (10)3.2.2 反应釜的四大装置 (10)3.3反应釜釜体设计 (11)V的确定 (11)3.3.1 反应釜操作容积3.3.2反应釜罐体几何尺寸的确定 (12)3.3.3反应釜罐体厚度、夹套厚度的计算 (13)3.3.4水压试验校核 (17)3.3.5反应釜夹套几何尺寸的确定 (18)3.4 夹套传热计算 (18)3.4.1热量计算 (18)3.4.2校核热负荷 (19)3.4.2.1确定传热面积 (19)3.5反应釜搅拌装置的设计 (22)3.5.1搅拌器的选用 (22)3.5.2搅拌功率的计算 (23)3.5.3 搅拌轴设计 (24)3.5.4按临界转速校核搅拌轴的直径 (27)3.5.5按强度校核搅拌轴直径 (28)3.6 反应釜传动装置设计 (31)3.6.1 电动机的选择 (31)3.6.2减速机的确定 (33)3.6.3 传动装置的机架 (34)3.6.4 反应釜的轴封装置 (35)3.6.5凸缘法兰 (36)3.6.6安装底盖 (37)3.6.7联轴器 (38)3.7 反应釜的其它附件 (41)3.7.1支座 (41)3.7.2 釜体法兰连接结构的设计 (42)3.7.3工艺接管的设计 (43)3.7.4人孔 (45)4 结束语 (47)致谢 (48)参考文献 (49)1绪论1.1 DOTP发展史增塑剂是加入高聚物( 如橡胶、塑料、涂料等) 中，在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的物质。

DOTP是聚氯乙烯（PVC）塑料用的一种性能优良的主增塑剂，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℃的电缆料，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，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的应用就迅速推开。

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 DOTP特性及用途DOTP自身的优良性能使其在增塑剂行业取得良好的市场发展前景，下面简要从几个方面加以概述：（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；DOTP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；DOTP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。

1.3 设计任务本次设计主要任务：（1）针对DOTP的物理性质，合成原理，操作条件，工艺要求以及流程选择等方面综合考虑，提出一项合理、高效、经济、环保的DOTP工艺流程方案。

（2）对工艺流程中的主要设备，如反应釜、换热器、分离器等设计计算与校核，并最终完成DOTP生产车间的设备布局。

本说明书将着重对DOTP生产中用到的反应釜进行设计。

2 DOTP生产工艺流程2.1 DOTP的性质对苯二甲酸二辛脂（DOTP），为近乎无色的低粘度液体。

它是聚氯乙烯（PVC）塑料用的一种性能优良的主增塑剂,其分子式为C24H38O4。

与目前常用的邻苯二甲酸二异辛酯（DOP）相比，具有耐热、耐寒、难挥发、抗抽出、柔软性和电绝缘性能好等优点，在制品中显示出优良的持久性、耐肥皂水性及低温柔软性。

因其挥发性低，使用DOTP能完全满足电线电缆耐温等级要求，可广泛应用于耐70℃电缆料（国际电工委员会IEC标准）及其它各种PVC软质制品中。

DOTP除了大量用于电缆料、PVC的增塑剂外，也可用于人造革膜的生产。

此外，具有优良的相溶性，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剂。

还可用于合成橡胶的增塑剂、涂料添加剂、精密仪器润滑剂、润滑剂添加剂，亦可作为纸张的软化剂。

2.2工艺生产方法DOTP 生产工艺理论上有以下三种：1)直接酯化法，对苯二甲酸(TPA) 和辛醇在催化剂存在下直接酯化而成；2)酯交换法，对苯二甲酸二甲酯（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；3)酰氯醇解法，对苯二甲酰氯与辛醇进行醇解反应。

由于对苯二甲酰氯价格高昂，此方案具有理论价值而工业运用价值不高。

2.2.1 直接酯化法工艺流程如下：图2-1 工艺流程简图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，并且该酯化反应为可逆吸热反应，因而外部热源加热有利于反应向生成对苯二甲酸二辛酯的方向移动。

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：第一步：()();21786666178O H H COOC H C HOOC COOH H C HOOC OH H C +→+第二步：()().21786681717866178O H H COOC H C OOC C H H COOC H C HOOC OH H C +→+ 它符合连串反应的规律，单酯的生成是慢反应，单酯再反应生成二酯是快反应，两步速率常数之比为19[2]。

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。

影响反应的因素除催化剂种类和用量外，还有醇酸的物质的量比、搅拌速度、对苯二甲酸粉末的粒度、反应生成的水是否及时移出等。

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。

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。

2.2.2 酯交换法工艺流程如下：图2-2工艺流程简图酯交换反应是可逆反应，其特点是随着反应物和生成物在体系中的浓度变化正反应速率和逆反应速率会相应发生变化，直至达到相等，反应过程出现动态平衡状态，反应物和生成物的浓度不再改变。

除物料配比以外，催化剂的催化活性及用量、反应温度以及反应时间都是对酯交换反应比较重要的影响因素。

聚酯作为一种通用塑料已被广泛应用于各类包装材料，如饮料瓶、纤维和薄膜。

近几年聚酯的用量迅速增加，废弃的聚酯也越来越多，因其具有极强的化学惰性，很难被空气或微生物所降解。

废聚酯制DOTP，该法原料易得、生产过程简单、成本低、收率高、产品可达优级品标准，既能缓解TPA的不足，又可变废为宝，具有经济和环境保护的双重效益。

利用废聚酯生产DOTP是废聚酯再循环利用的最有效途径之一。

2.2.3醇解法醇解法制取DOTP工艺过程步骤少、设备简单、操作方便、易于生产，如必要可回收乙二醇。

2.3工艺流程设计2.3.1 生产工艺流程确定酯交换法的反应条件较温和、反应时间短、产品质量好，收率高，DMT以工业产品计其转化率可达100%，收率在99%以上；使用废聚酯为原料有经济价值，但产品的质量较差，不能用于绝缘极的电缆料；直接酯化法，酯化反应时间较长，如何提高酯化反应速度是目前行业普遍关注的技术问题。

因此选用酯交换法生产DOTP 。

采用酯交换法来生产DOTP 其化学反应为：O CH O H C O H C O H C 4438241884101022+→+∆催化剂在该反应中所使用的催化剂分为酸性和非酸性。

使用酸性催化剂对设备的抗腐蚀性能要求较高，而非酸性则要求较低，采用非酸性催化剂可以降低设备费用，并且非酸性催化剂还可以降低该反应的反应温度。

本生产工艺采用非酸性催化剂。

由酯交换的反应方程式可知，甲醇是其副产品，它也是一种重要的工业原料，应将其收集起来。

该反应是可逆反应，DMT 价格较辛醇高，在生产过程中使辛醇过量，以促进反应的进行。

该生产工艺有连续操作和非连续操作，非连续操作劳动强度大，能耗高，效率低，而连续性操作劳动强度小，效率高，便于自动化控制。

因此，采用连续性操作。

在上文中介绍了酯交换的工艺流程，中和水洗在脱醇之前，由于中和剂对设备有一定的腐蚀作用，会增加设备费用，若将水洗置于脱醇之前，可降低后续设备的图2-3 工艺流程图2.4 酯交换工序2.4.1 DOTP 产量换算已知DOTP 年产量为1.5万吨，按每年300个工作日，共7200个小时 ，故DOTP质量流量为：h /kg 333.208372005.1=万吨DOTP W 产品DOTP 的组成如下表所示：表2-1 DOTP 成品组成2.4.2 总收率取反应釜损失为3%，精馏损失为1%，中和水洗为1%，分离机1%，转化率为100%，所以总收率为：()941.0%99%97%100%3=⨯⨯=W 2.4.3 酯交换釜内原料量酯化反应釜如下图所示：水图2-4 酯化反应釜化学反应方程式：643902641942244382418841010 催化剂O CH O H C O H C O H C +→+∆由物料衡算可得DMT 及辛醇用量，计算如下。