壬基酚课程设计化院

吉林化工学院化学与制药工程学院课程设计资料设计标题：壬基酚醇醚制备工段车间生产工艺设计学生姓名：学号：所在系别：化学与制药工程学院应用化学专业指导老师：职称：二零一三年十二月六日目录课程设计任务书 1份（1页）课程设计说明书 1份（29页）计算机绘图图纸 1套（2张）课程设计任务目录第一章综述 (2)1.1设计指导思想 (2)1.2装置及其设计方案 (2)1.3主要原料规格 (3)1.4产品规格 (5)第二章物料及热量衡算 (8)2.1物料衡算基准 (8)2.2管道物料衡算及有关反应时间的计算 (8)2.3预反应、反应和熟化反应阶段的物料衡算 (11)第三章热量衡算及主要设备计算 (13)3.1反应回路换热器E0102的选型计算 (13)第四章泵的选择 (19)4.1 PC-0101反应回路循环泵扬程计算 (19)附表 (22)前言随着石油化工的发展，以石油化学品环氧乙烷、环氧丙烷的衍生物聚乙二醇，聚丙二醇及其相应的醇醚体系所形成的高分子表面活性剂得到迅速发展。

例如：以环氧乙烷为基础原料生产的聚氧乙烯型非离子表面活性剂，现在已经在表面活性剂中占有相当大的比重。

表面活性剂工业是在五十年代末，随石油化工的兴起而迅速发展的新兴产业。

表面活性剂因具有一系列独特的物理和化学性质，应用十分广泛，并且迅速的从工业助剂向精细化工产品方向发展。

聚氧乙烯型表面活性剂是以含有活泼氢原子的疏水性物质同环氧乙烷进行加成而得到的，其中脂肪醇聚氧乙烯醚对酸、碱及氧化剂都比较稳定，成本也较低；硬脂酸聚氧乙烯酯在水中呈扩散状，具有良好的乳化、洗净效能；在化妆品、药膏、膏体鞋油等产品中作乳化剂，兼有增稠的作用；在纺织业中，用于合成纤维整理的乳化剂和油剂，具有柔软性和抗静电性；作为纸张淀粉涂层中的增稠剂和稳定剂；用于电缆管道中多路传输电线的润滑剂。

本生产工艺中以硬脂酸为链起使剂，以42%的K2CO3水溶液为催化剂在120-140C 压力0.15-0.3MPa的条件下加入环氧乙烷与其进行环氧基化反应，生成脂肪酸聚氧乙烯酯的加成产品。

传统工艺中，由于采用间歇式搅拌器，产品质量较差，液相中溶解未反应的环氧化物，产品大量积累，随时有爆炸的危险，且反应器顶部有大量的未反应的环氧乙烷的气相与搅拌器的机械转动相接触而产生静电，导致火灾，甚至爆炸。

另外，反应速度低，高温反应时间长所得AEO分布宽，产品色泽较深，副产物多。

本工艺用意大利PRESS第三代工艺技术，克服了传统工艺中的缺陷，从而增加了反映的速度，产品质量也明显提高。

同时副产物也减少，产品生产适应性强，它是当今醇醚生产工艺中最理想的生产技术。

PRESS生产工艺路线有以下优点：1．该工艺采用汽液接触式反应器，生产时间短，副产物少，产物分子量分布窄，产品色泽好。

2．该工艺采用高效真空系统，使液相物料在雾化状态下脱水，脱水率高，减少了副产品PEG的生成。

3．该工艺可以用来生产任何黏度低于0.5mpa·s的产品，可以广泛的用来处理原料。

4．该工艺三废处理好，设有尾气处理系统，并且新增设了一级酸洗塔，使含有EO的废气经处理后排入大气，减少了污染。

5．该工艺所采用的反应器没有机械转动部件，消除了釜式反应器因机械转动而产生的静电，避免了在填料口处环氧乙烷的泄漏，从而提高了装置的安全性。

第一章综述1.1设计指导思想（1）因地制宜，加快脂肪醇工程建设。

（2）引进与开创先进技术相结合，要积极消化和吸收开发引进的乙氧基化技术，防止重复引进，尽快组织国内科研、设计部门自行研制，再在取得成果的基础之上，尽快实现装置国有化。

（3）加强国内外技术交流，沟通信息，促进醇醚生产与应用技术更快的发展。

（4）对于易燃、易爆场所，采用可靠的设计方案检测，安装报警、消防设施。

（5）三废处理要达到排放的标准。

（6）要积极的扩大醇醚的应用市场。

（7）在加入WTO后，提高技术水平，提高商品在国际市场上的占有量。

1.2装置及其设计方案装置中设有两套并列的反应装置中和单元，一套用于生产洗涤剂，另一套用于生产工业助剂，从而适应醇醚产品的多系列，多品种的市场要求。

表1醇醚装置组成表Table 1 The Composition Table of The AEO Device序号单元名称内容及功能1 100 反应中和单元1 进行EO缩合及中和反应2 200 反应中和单元2 进行EO缩合及中和反应3 300 废气处理处理生产过程中含EO的废气4 400 中间储存产品中间贮存酸碱配置洗涤水5 500 原料准备化桶、倒桶、拆带熔化6 600 产品包装桶罐装、切片装袋7 700 装卸车栈台原料槽解冻，产品装槽车8 800 原料及产品罐区原料及产品贮存、热水制备9 900 控制室、配电室生产控制机变配电10 小试装置研发室研究开发新产品产品方案：生产名称：壬基酚聚氧乙烯酯生产能力：30000吨/年（300天/年计）日生产能力：100吨/日每日批数：10批批生产能力：10000kg1.3主要原料规格表2主要原料规格Table 2 Primarily Original Material Specification 序号名称指标名称规格1 EO 外观透明液体气味甜色号（Pt-Co）无密度（0/14℃）0.894～0.896含量99.5Wt% min水0.05Wt% maxCO2 0.0015Wt% max酸度（乙酸）0.012Wt% max醛（乙醇）0.01Wt% max蒸发残渣0.01g/100ml max2 壬基酚外观（20℃）白色或微黄色颗粒密度（80℃）0.9408水分值0.2% max羟值197.2mgKOH/g碘值0.8gI2/100g max酸值207±3mgKOH/g max熔点71.5～72℃皂化值211mgKOH/g max 3 NaOH 含量45.0Wt%Na2CO30.30Wt%Ni 0.040Wt%Fe2CO30.003Wt%颜色待确定4 工业醋酸色号〈30Pt-Co铁1ppm max甲酸0.5ppm max醛0.1醋酸80Wt% max蒸发残渣0.03 max重金属4ppm max比重（20-30℃） 1.070kg水分20%APHA 10 max5 过氧化氢含量25%游离酸（H2SO4）0.6%不挥发物含量0.12稳定度95%6 导热油牌号YD-300外观透明比重 1.01闪点（开杯）130K min凝固点-10K max酸值0.02mgKOH/g max总硫0.12Wt%黏度（50℃）56m2/s毒性低毒馏程（50%）25K/min 1.4产品规格表3产品规格Table 3 Product Specification产品名称指标名称期望值保证值C17H35COO(CH2CH2)4H外观乳白色固体乳白色固体水分0.1 0.2% max皂化值75～85 75～85mgKOH/g 羟值重复性±1 ±2mgKOH/g PH（1%水溶液，25℃） 5.0～7.0 5.0～7.0 HLB 12～13 12～13 聚乙二醇0.5 1APHA 20 50max1.5生产方法论述工业上，EO缩合反应是在一定温度下（120～200℃）和压力（0.2～0.6MPa）以及催化剂存在下进行的，传统的生产方法是在带搅拌的釜式反应器中进行的间歇操作。

埃索（ESSO）公司、壳牌（SHELL）公司和国内的生产方法都是如此。

液态环氧乙烷从反应釜下部通入，用搅拌器使其同链起始剂混合，由于反应物间的接触面积小，反应不均匀，在同一反应器中与链起始剂混合的环氧乙烷分子数相差较大，产品质量较差，副产物较多、反应时间长，反应不好控制，反应热不易导出，反应器的生产能力受到限制，而且因溶解在反应物中的环氧乙烷含量大，它与搅拌器机械转动产生静电往往会产生火灾，甚至发生爆炸事故。

意大利PRESS公司的“汽液接触法”生产技术，彻底改变了传统的生产工艺，其反应器的设计具有生产能力大、反应速度快、产品质量好、生产安全等优点，位于世界前列。

其特点如下：（1）提高了反应器的反应效率（通常是釜式反应器的3～5倍）和生产能力，同时由于链起始剂与环氧乙烷的反应面积增加，使反应速度快而均匀，在反应过程中反应分子有着基本相同的增长速度。

因此，最终产品醇醚的分子量分布较窄，副产物也明显减少。

由于反应速度快，生产周期短，制得的醇醚色泽好，无需进行脱色处理，而且批量之间有着良好的重复性，从而保证了产品质量。

（2）PRESS生产工艺没有机械传动部件，这就消除了釜式反应器因机械传动部件转动部件而产生的静电以及在填料函处泄漏EO，从而提高了装置安全性。

（3）PRESS反应器反应速度提高很快，因此，生产成本大幅下降，工程消耗亦低于传统方法。

1.6 生产工艺生产原理反应原理：C17H35COOH+nC2H4O—C17H35COOH（CH2CH2O）nH n=6工艺参数【化学成分】壬基酚聚氧乙烯酯【类型】非离子【技术指标】规格外观/25℃色泽/Pt-Co皂化值/mgKOH/g水数/mL水分/%PH值/1%水溶液HLB值SG-10 乳白色固体≤4075～85 —≤1.0 5.0～7.0 12～13设计基本要求壬基酚（C15H24O）+6EO，年产量30000吨，日产量（按300天计）100吨每批10吨=10000kg，每天10批链起始剂分子量M st=220最终产品分子量M fp=220+6×44=4841.7生产工艺流程叙述100号单元和200号单元是两套并列的反应中和生产线，分别设置在两个独立的厂房内。

反应工序来自原料准备单元（500）或原料罐区（800）的链起始剂，通过质量流量计后进入反应收集器（R0102），链起始剂的数量根据产品的配方由DCS软件决定，达到规定数量时，送料泵停止，并关闭管线上的自动阀，液体催化剂氢氧化钠从催化剂计量罐（V0102）用催化剂计量泵（P0103）加入汽液反应器（R0101），催化剂的数量用计量罐液位减少的方法自动控制。

在达到配方规定数量时，由DCS软件自动停止计量泵，链起始剂和催化剂溶液中含有水分，反应也生成一些水分，这些水分在反应器的循环和加热过程中通过真空脱出，真空系统是由反应真空泵（P0204）和蒸汽喷射泵（P0202）串接组成，吸入压力为1.33千帕（绝压）。

在链起始剂与EO反应前，反应器用氮气置换，被催化了的链起始剂在反应回路换热器（E0101/E0102）中被加热到反应开始温度120度。

在流量、温度、压力控制下向汽液反应器（R0101）通入EO开始反应，反应用导热油通过反应回路换热器（E0101/E0102）移出，导热油用导热油循环泵（P0104）通过导热油冷却器（E0104）用冷却水冷却。