第五组DBP的生产

DBP(邻苯二甲酸二丁酯）的生产第五组：束宇宏潘晨薛莲朱莉莉•任务01DBP生产工艺路线的选择、DBP生产因素分析•任务02DBP生产典型设备选择•任务03DBP生产工艺流程组织•任务04DBP生产实训任务01DBP生产工艺路线的选择、DBP生产因素分析一、生产概貌检索•邻苯二甲酸二丁酯性质：•分子式：C16H22O4•分子量：278.34•中文别名：DBP•无色液体。•相对密度:1.045(21℃)。•熔点-35℃，•沸点340℃。•不溶于水，溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。•2.用途：•是塑料、合成橡胶、人造革等的常用增塑剂。也是香料的溶剂和固定剂。又可用作卫生害虫驱避剂，但作用比邻苯二甲酸二甲酯差。由邻苯二甲酸酐和正丁醇加热反应而制得邻苯二甲酸二丁酯作为增塑剂，对多种树脂具有很强溶解力。主要用于聚氯乙烯加工，可赋于制品良好的柔软性。但挥发性和水抽出性较大，因此制品耐久性差，应逐步限制其使用。该品是硝酸纤维素的优良增塑性，凝胶能力强。用于硝酸纤维素涂料，有很好的软化作用。稳定性、耐挠曲性、粘着性和防水性皆优。此外，该品还可用作聚乙酸乙烯、醇酸树脂、乙基纤维素以及氯丁橡胶的增塑剂、还可用于制造油漆、粘接剂、人造革、印刷油墨、安全玻璃、赛璐珞、染料、杀虫剂、香料溶剂、织物润滑剂等。•3、生产现状外国大公司生产历史悠久，工艺路线成熟，产品质量稳定。我国大多采用间歇法生产，规模小技术含量低，与进口产品相比市场竞争力低。5、前景预测预计未来邻苯二甲酸类增塑剂在薄膜、建筑材料、PVC人造革、汽车用品、PVC壁纸等领域的需求量将有所增加，电线方面的需求比较平稳，会有少许增长。二、生产工艺路线选择•主要由邻苯二甲酸酐和正丁醇加热反应而制得。•1反应原理•酯化反应，分二步进行•⑴单酯的生成：在115℃时苯酐很快的溶解于丁醇中并相互反应形成邻苯二甲酸单丁酯。（此反应不需要催化剂即可顺利进行且反应是不可逆的）•⑵双酯的生成：在145～150℃下单酯在催化剂硫酸的作用下，与丁醇反应生成双酯和水。此步反应是可逆反应，且进行很慢（平衡常数Kp=2～4）。等当量的单酯与醇反应平衡时，双酯产率为66%，为提高双酯产率必须使醇过量，并尽可能除去反应生成的水。双酯的生成机理实际是硫酸氢离子首先和羧酸（—COOH）生成钅羊盐，增加了羧基碳原子的正电性，再与醇进行亲核加成反应，加成物失去一水分子和一个氢离子而得酯。On-C4H9OHH2SO4COOC4H9COOH+n-C4H9OHH2SO4COOC4H9COOC4H9+H2OCOOC4H9COOH+OO2、不同催化剂催化工艺比较结论硫酸催化法催化剂工艺优点工艺缺点硫酸硫酸低廉吸水性强酸性强工艺成熟产品收率高氧化性有副反应，对设备有腐蚀有轻微污染使产品色泽加深对甲苯磺酸具有浓硫酸的一切优点，而且无氧化性，碳化作用较弱易于保管运输和使用价格较高且工艺不成熟尚未工业化强酸性阳离子交换树脂对设备腐蚀小、不易引起副反应、价廉易得、分离操作方便、收率高、且活性高、热稳定性好、选择性好工艺不成熟尚未工业化无机盐如一水硫酸氢钠。可重复催化收率高无副反应选择性100%工艺不成熟尚未工业化杂多酸高活性高选择性且不挥发对热稳定污染少工艺不成熟尚未工业化相转移催化剂反应条件温和收率高且少量水的存在对反应无影响工艺不成熟尚未工业化间歇法连续法优点缺点结论：间歇法液相反应生产任务小（300t/y）更经济，更灵活。（2）硫酸催化法工艺过程酯化–中和---脱醇—脱色—过滤—成品分装（1）选择操作方式生产控制灵活，设备结构简单，控制要求不高，切片易贮存和过程运输，开停车影响较小小吨位生产成本低。生产能力大，产品质量稳定，大吨位生产成本低。产品质量不够稳定，大吨位生产投资大。中小吨位生产投资大，控制要求高，设备堵塞可能影响连续生产优点。3、操作方式与硫酸催化法工艺过程•1、酯化核心步骤。酯化完成后降温至75℃左右再进入中和工序防止温度过高在中和工序发生皂化反应（）。•2、中和酯化合成的粗酯中，含有一定的酸度，这些酸度主要由：未反应的催化剂硫酸，苯酐，单丁酯构成，加纯碱中和生成可溶于水的钠盐与酯分离除去。•3、脱醇酯化是采取醇过量反应，所以不应该将这部分过量的醇带入成品，影响质量，因此按共沸点的原理以冲醇的办法把过量的醇拿出来，以便保证产品质量。•4、脱色脱醇后的酯色值较高以活性炭吸附。•5、过滤除去活性炭和机械杂质。三、生产工艺条件影响因素分析（酯化工序）•1、反应温度•热力学分析可逆吸热反应。升高温度能使体系平衡向右进行。•动力学分析连串反应，平衡常数较小（虽然比羧酸酰化较高），提高温度可缩短达到平衡的时间。前期反应不需要催化剂即可顺利进行且反应是不可逆的，温度可稍低。在后期，从理论上讲，反应温度越高，反应速度越快，温度每上升10℃，反应速度提高2～4倍，但反应温度过高则会发生过热分解，甚至焦化，使产品色泽加深，收率下降，因此反应温度要控制在150℃以下。结论前期单酯生成115-130℃后期双酯生成145-150℃2、原料配比R=醇/苯酐•热力学分析可逆吸热反应。R大，平衡向正反应方向移动，醇过量有利。•动力学分析连串反应，平衡常数较小，随着R增加酯化反应速度会加快，可缩短达到平衡的时间。生成双酯的反应为可逆平衡反应，为使反应进行完全，必须加入过量的醇和移除生成的水，加入过量的醇目的有两方面：①是促使向生成酯的方向进行，从而加快酯化反应速度，提高酯的产量。②是过量的醇作脱水剂，在常压下丁醇与水形成二元共沸物蒸出以除去生成的水。共沸点为92.4℃，组成：62%（丁醇），38%（水）重量比，冷却后利用冷液中丁醇与水的比重的差异将水分除去。但也不能过量太多，否则分离回收的负荷及能耗增大。结论R=1.1•3、搅拌的作用•搅拌可加快苯酐在丁醇中的溶解和生成单酯的程度，搅拌使传热均匀，即避免了局部过热，又可帮助生成水的蒸出，同时搅拌防止苯酐沉底，加快反应速度。•4、酯化压力•热力学分析：不是气相反应，不讨论压力对平衡的影响。•动力学分析：压力不直接影响反应速率，但影响反应系统的温度。结论常压。5、脱色剂为了除去副反应生成的色素物质，在酯化反应中加入适量的活性炭（一般为主物料总投量的0.1%）脱色。5催化剂•酯化反应如不用催化剂，反应进行得很慢，需要几百小时才能完成，加入硫酸做催化剂可以大大降低反应活化能，使反应在几小时即可完成。硫酸可溶于反应体系使酯化在均相下进行，反应条件温和，催化效果好。但催化剂的加入量要适量。加得太多，不仅会使设备腐蚀严重，而且很容易形成副反应，使生成物的色泽加深，从而影响产品的质量和收率。••结论硫酸任务02DBP生产典型设备选择•1、酯化反应器•反应器型式间歇操作搅拌釜式反应器BR•理由由间歇操作方式决定材质不锈钢内衬搪玻璃（即搪瓷，耐酸不耐碱）•理由邻苯二甲酸比苯甲酸强但比甲酸（pH=3.77）弱,属于弱酸；硫酸有强腐蚀性;防腐及保证产物纯度。•搅拌器桨式即可•理由反应传热量不大，物料黏度不大，不需要剧烈混合。•换热装置外夹套+内盘管（蛇管）介质饱和水蒸气•理由1夹套主要用于反应器的传热装置。可与反应器构成一个•整体，结构简单易于制造。•2为弥补夹套传热面不足的缺点，在内部加装盘管。•3、使用水蒸气，其不易结垢。•4、饱和水蒸气可通过调节蒸汽压力准确调节其温度；传热系数大且加热均匀，适用于反应温度小于180℃的情况。即本题情况。•保温材料泡沫石棉•理由使用温度50-250℃，热导率低，吸水率小，结构简单，价格低廉，机械强度高，化学稳定性好。•泡沫石棉是新型轻质高效的保温节能材料，它以天然矿物石棉纤维为原料，通过制浆、发泡、干燥成型工艺制成，具有容量轻、导热系数低、保温性能好、防水性能好、抗腐蚀、吸音防震，不刺激皮肤、无粉尘污染的特点，可任意裁剪、弯曲、施工简便迅速。该产品广泛应用于石油、化工、电力、冶金、建筑等部门，是各种热力管道、设备、窑炉、冷冻设备等工业保温、隔热的理想材料。反应装置选择•选择原则有利于共沸混合物的移除，提高平衡转化率。•装置说明带回流冷凝器和分层器的酯化装置•酯化器内呈沸腾状态，反应物料连续进入反应器，而共沸物从反应体系蒸出，水可直接从冷凝器底部分出，而与水不互溶的正丁醇会流入反应器。•理由共沸点低（酯化反应的温度即为醇与水的共沸温度）即当液温升至110℃以上时，开始沸腾（升温约需20分钟）。在不冲料的情况下，酯化反应在此沸腾状态下进行，在气相温度94℃左右，丁醇-水共沸物进入冷凝器物经酯化塔进行冷凝器。2、其他设备•1、脱醇装置•酯化是采取醇过量反应，所以不应该将这部分过量的醇带入成品，影响质量，因此按共沸点的原理以冲醇的办法把过量的醇拿出来，以便保证产品质量。•本质减压蒸馏（真空蒸馏）•构成蒸馏釜+小型填料塔（只有精馏段）+冷凝器+前后馏分贮槽+真空泵•注意小型填料塔也可以只用空的塔节代替•原理对于高沸点有机物（粗二丁酯），常温下蒸馏会发生分解、氧化或聚合等反应，可通过降低系统内压降低其沸点，使得液体在较低温度下汽化冷凝分离。•理由粗酯中二丁酯沸点高达340℃（常温下蒸馏会发生分解），丁醇沸点117.7℃据液体在常压减压下的沸点近似图可得不同真空度下二丁酯与丁醇的沸点。再利用沸点差异精馏。•2、过滤装置•过滤工段除去机械杂质和脱色阶段加入的活性炭。•结论三足式离心机•理由构造简单，运转平稳，适应性强，滤饼的中固体颗粒不易受到损伤，适合于处理小批量、多品种及固体为晶体颗粒或纤维状的物料。本题生产任务小，且所得产品为液体（故不用板框式压滤机）三足式离心机三足式离心机主要由转鼓、进料、洗涤、脱水、卸料等部分构成，其机体用摆杆悬挂在3根柱脚上，以减轻加料或其它原因造成的冲击。常见的三足式离心机有沉降式和过滤式两种。其卸料方式分为上部卸料和下部卸料，是间歇操作。三足式离心机的构造构造任务03DBP生产工艺流程组织主要原料状态性质处理方案苯酐固白色针状结晶固体输送预混、预热、单酯化釜预溶解正丁醇液无色液体液体输送1、原料预处理方案2、反应终点及后处理方案酯化酸值降至2mgKOH/g以下，无排水现象，如酸值下降慢，甚至不下降，可视为酯化反应终止。酯化反应结束后，应将料液降至75℃左右再进行中和，防止在中和时因温度过高发生皂化反应即酯碱性水解生成羧酸钠盐。然后中和、脱醇、脱色、过滤，最后产品包装。3、主要设备一览酯化釜反应核心装置。搅拌釜，有传热构件，搪玻璃（即搪瓷）中和釜酯化合成的粗酯中，含有一定的酸度，这些酸度主要由：未反应的催化剂硫酸，苯酐，单丁酯构成，加纯碱中和生成可溶于水的钠盐与酯分离除去。搅拌釜，不带传热装置。脱醇釜塔酯化是采取醇过量反应，所以不应该将这部分过量的醇带入成品，影响质量，因此按减压蒸馏把过量的醇拿出来，以便保证产品质量。减压蒸馏釜＋空塔或小型填料塔＋真空装置＋接收器。脱色釜脱醇后的酯色值较高以活性炭吸附。搅拌釜，无传热构件。离心机除去活性炭和机械杂质三足式。4、不带控制点工艺流程图任务04DBP生产实训一、酯化工序•1、备料，检查设备，开车•2、先通入计量好的丁醇，然后投料口投苯酐，同时开搅拌，再通硫酸，最后盖好手孔盖。•3、升温反应：开搅拌再打开冷凝器的冷却水，打开分层器下方脱水罐放空阀，以便随时排除体系内不凝性气体。然后打开夹套，盘管进汽阀通蒸汽慢慢升温，先控制汽在一个水平。当液温升至110℃以上时，开始沸腾（升温约需20分钟）。在不冲料的情况下，酯化反应在此沸腾状态下进行，在气相温度94℃左右，丁醇-水共沸物经酯化釜顶进行冷凝器，经分层器分层后（醇上水下），丁醇回流入酯化釜顶部，与汽化的共沸物进行质量交换后，流入酯化釜底，重新参与酯化反应。分层后的水流入脱水罐，当液温达到125℃时，开回流阀门，由于酯化反应过程中不断脱水，到一定时间后，蒸出物的水量逐渐减少，液相温度逐渐上升，当液温达到145～150℃时，反应平稳，出水甚少，反应四小时开始每隔30分钟取一次样，滴定酯化液酸度。当酸度达到工艺值时，反应完毕。停止蒸汽加热关回流阀门，开夹套冷却水，当液温降至80℃左右时通知