-cruise
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
p>
X
月
X
日
XX
大学课程设计
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、
p>
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;
p>
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、
Scienc
eDirect
、
ACS(
美国化学<
/p>
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
.
< br>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
p>
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<
/p>
年第
3
期
.
[4]
王良、陶红侠,
富氧化合物
SnO2-ZnO
催化废聚醋合成
p>
DOPT
的研究
[M].
< br>吉林师范大学
学报(自然科学版)
,
2006
年
5
< br>月第
6
期
[5]
Kiyoko
Takamura,
Takatoshi
Matsumoto.
Characterization
of
a
titanium(IV)-porphyrin
complex
as
a
highly
sensitive
and
selective
reagent
for
the
determination
of
hydrogen
peroxide: a
computational chemistry approach and a critical
review[J]. Anal Bioanal Chem,
2008,
391: 951-961.
I
设计用纸
XX
大学课程设计
目
录
1
前言
…
……
.
………………………………………
.
…
.
……………………………
p>
.1
1.1
性质及用途
< br>…………………
..........................
…………
.
…………
.
………
1
1.2
产品特性
…
............
........
………
.......
……………
.
…………
.
………………
1
1.3 DOTP
对苯二甲酸现状
……………………………………………………
< br>...2
1.4
产品工艺介绍
..............
…………………………….…..
..
……
.
.……………
2
p>
1.4.1
直接酯交换
.........
..........
…………………………….…..
..<
/p>
…………
.2
1.4.2
直接酯化
...............
……
..
…
..
………………<
/p>
.
…
..
…
p>
.
………………
..3
1.4
.3
影响酯化反应的主要因素
........
……
.
………………
.
…
..
…
.
……
..4
2
工艺设计
.
.....................
………………………………………………
………
...
…
..6
2.1
工艺路线设计
…………………
………………
...
…………………………
..6
2.2
生产工艺
< br>………………………………………
...
…………………
………
..6
2.2.1
工艺流程图
…………………………
.
……………
...
……………
..6
2.2.2
生产操作
..
……………………………
.
…………………………
…
.6
3
可行性分析
………………………………………………………………………
10
p>
3.1
工艺可行性分析
………………………
…………………………………
.10
3.2
经济效益可行性分析
…………………………………………………
…
.10
结论
..........
............
…………
.
……….……………………
..
…
.<
/p>
……
...
…
.
.
…
.
………
.12
参考文献
....................
..
………….……………………………………
...
…
.
………
..13
附录
......................
……………
..
……
.
. . .
…
..
.
…
.
…
.
..
……………………
.
………
..14
II
设计用纸
XX
大学课程设计
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<
/p>
DOP
,
因此
D
OTP
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,<
/p>
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<
/p>
[1]
。
1.2
产品特性
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
p>
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。
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。
的体积电阻率较
DOP
高
10-20<
/p>
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<
/p>
甲酸增塑剂范围内,因此,是一种优良的环保型增塑剂。
1.3
DOPT
原料对苯二甲酸现状
[3]
DOTP
的原料精对苯二甲酸(
PT
A
)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
p>
t/a,
到
2000
年生产能力年均增长速率
- 1 -
设计用纸
XX
大学课程设计
为
12%
,
总能力将达到
2100
万
t/a
p>
。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<
/p>
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
< br>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
, <
/p>
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
3
5
万
t/a,
汕头
< br>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
。
< br>
利用
PTA
原料易得的优势<
/p>
,
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
)
酯
交
换
中
和
脱
醇
检验包装
中和水洗
净化压滤
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:
< br>180~220
℃;
反应压力:常压;
供热方式:油锅炉供热;
- 2 -
设计用纸
XX
大学课程设计
< br>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
:
色泽
酸值
闪点
体积电阻
加热减量
(碘比色)
(
mg
KOH/g
)
(开口杯,℃)
(
< br>Ω
,
cm
)
(
125
℃,
< br>2
小时)
≤
2
*
≤
0.05
≤
210
≥
2
×
10
13
≤
0.2
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
p>
物
在
催
化
剂
存
在
下
高
温
常
压
< br>进
行
反
应
,
直
到
反
应
体
系
酸
值
p>
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:
< br>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
)
- 3 -
对
甲
苯
二
酸
辛
醇
酯
化
中
和
B
p>
-
T
i
-
催
化
剂
脱
脂
中和水洗
净化压滤
检验包装
设计用纸
XX
大学课程设计
主要原材料消耗
苯二甲酸
450kg/T
;
辛醇
685kg/T
。
表
2
色泽
酸值
闪点
体积电阻
加热减量
(碘比色)
(
mg
KOH/g
)
(开口杯,℃)
(
< br>Ω
,
cm
)
(
125
℃,
< br>2
小时)
≤
2
*
≤
0.05
≤
210
≥
2
×
10
13
≤
0.2
1.4.3
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
【
p>
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
42
5
℃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:
O
C
8
H
17
O
H+HO
C
O
C
OH
COOC
8
< br>H
17
HOOC
COOCH
p>
17
+
H
2
O
COOC
8
H
p>
17
+H
2
O
p>
C
8
H
17
OH+HOOC
C
8
H
17
OOC
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-T
i
;该催化剂属非酸性催化剂,加量为总物料量
- 4 -
设计用纸
XX
大学课程设计
< br>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
p>
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
:
醇
=1:2
—<
/p>
2.5
。直接酯化法有其广阔的发展前途,国内众多厂
家使用效果良好。
- 5 -
设计用纸
-cruise
-cruise
-cruise
-cruise
-cruise
-cruise
-cruise
-cruise
-
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