年产2000吨PEK车间的初步设计 毕业设计

年产2000吨PEK车间的初步设计毕业设计

齐齐哈尔大学

课程设计（论文）

题目年产2000吨PEK车间的初步设计

学院化学与化学工程学院

专业班级

学生姓名

指导教师

成绩

2011年 10月10日

摘要

本设计完成了年产2000吨PKE的初步设计。首先介绍了产品生产的意义与作用以及在国内外的发展现状。确定了以月桂醇和环氧乙烷为原料合成中间体月桂醇聚氧乙烯醚（醇醚），再与五氧化二磷反应，生成醇醚磷酸酯，最后用氢氧化钾溶液中和PKE的工艺路线，完成了物料衡算、热量衡算及设备选型；对主要的设备进行了Aspen模拟和计算选型。

关键词：PKE；Aspen；催化剂；工艺路线；初步设计

Abstract

In the design, the preliminary design of the 2000 tons/year PEK workshop was completed. The significance and functions of PEK and the development of the situation at home and abroad were introduced. The technology chosen to lauryl alcohol and ethylene and ethylene oxide was synthesized from intermediate polyoxyethylene lauryl ether (ether) ,and through the phosphorylation reaction of phosphorus pentoxide, ether phosphate was generated ,finally, potassium hydroxide solution was used in the process route of synthesis of PEK.Mass balance and heat balance was calculated according to the content of the process ;The major equipment was simulated by Aspen and calculated selection.

Key words: PEK；Aspen；Catalyst；Process route ;Preliminary design

目录

摘要··························错误！未定义书签。Abstract························错误！未定义书签。第1章总论······················错误！未定义书签。

1.1概述·····················错误！未定义书签。

1.1.1 产品的意义与作用············错误！未定义书签。

1.1.2 国内外的现状及发展前景·········错误！未定义书签。

1.1.3 产品的性质和特点 (1)

1.1.4 生产方法概述 (1)

1.2设计依据 (2)

第2章工艺设计与计算 (2)

2.1工艺原理 (2)

2.2工艺路线的选择 (2)

2.3工艺流程简述 (3)

2.3.1 工艺流程示意图 (3)

2.3.1 工艺流程简述 (3)

2.4物料衡算 (4)

2.4.1 物料衡算 (4)

2.4.2 物料衡算表 (6)

2.6热量衡算 (7)

2.6.1 热量衡算的主要任务 (7)

2.6.2 热量衡算及所需媒介的量 (7)

2.6.3 热量衡算 (8)

2.7A SPEN过程模拟 (10)

第3章设备选型 (17)

3.1选型的原则 (17)

3.2关键设备的选型 (17)

3.2.1 聚合反应器的选择及计算 (17)

3.3其它设备的选型 (18)

3.3.1储罐的选择 (18)

3.3.2泵的选择 (21)

第4章设备一览表 (24)

结束语 (25)

参考文献 (26)

第1章总论

1.1 概述

1.1.1 产品的意义与作用

月桂醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾盐简称“PEK”，是醇醚型非离子改性为一种磷酸酯型阴离子表面活性剂，此类表面活性剂由于磷酸酯的存在而具有某种独特的功能，有较好的电解质相容性，热及碱稳定性、优良抗静电性、润滑性、阻蚀性，去污能力强，特别对硬表面去污能力尤佳；同时具有增溶性、乳化性、螯合、降低表面张力等作用。此外，有较好的配伍和在酸、碱溶液中稳定性，耐电离性较好。可广泛用于纺织工业、化妆品工业、塑料工业、洗涤剂工业、农药工业、皮革工业、机械等行业中，作为抗静电剂、染色剂、乳化剂、脱脂剂、金属加工冷却剂等，故称为特种“表面活性剂”。

1.1.2 国内外的现状及发展前景

目前，我国聚氧乙烯醚磷酸酯的生产处于初级发展阶段，国外磷酸酯表面活性剂发展较快，主要生产公司有日本松本优质公司、花王石碱公司、德国BASF公司、美国Monsanto公司，美国近十年平均增长率为5.8％，目前国内厂家不多，产量不大、品种不全，与国外相比差距较大。但近年来发展较快，其增长速率以每年大于8-10%的速度递增，为此，本课题设计脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯的合成工艺路线具有很大的使用价值。

1.1.3 产品的性质和特点

产品PEK表面活性剂为白色膏状物，其水溶液稳定性优异，它不仅可用作涤短纺丝油剂组分，而且还可广泛地应用在清洁剂、防锈剂、乳化剂、离子交换剂、医药等领域，还具有多种优良的功能，去污能力强，特别对硬表面去污尤佳。该产品具有如下特点：1）配伍性好，在各种液体产品中，与阴离子、非离子、两性离子都能很好的配伍；2）在酸碱溶液中稳定性好，例如在某些特殊偏酸性或偏碱性液体产品中易溶解，且稳定不分层、不沉淀；3）耐温性好，在较大温度范围内比较稳定；4)耐电离性较好。

1.1.4 生产方法概述

本课题采用月桂醇与环氧乙烷为原料，在碱性催化作用下，聚合生成月桂醇聚氧乙烯醚（醇醚），工艺条件为温度为135℃，压力为0.3MPa。n(EO):n（醇）=4：1，反应2h，然后醇醚与固体催化剂五氧化二磷发生酯化反应，在酯化釜中加入醇醚和水，升温至50℃，加入五氧化二磷，在70℃下反应2.5h；醇醚、水及五氧化二磷的摩尔比为2：1：1，水解反应通蒸汽速度为30kg/h，水解温度95℃，水解时间1h，由于工艺条件的限制，最后得到醇醚单酯和醇醚双酯为主的混合物，最后用氢氧化钾水溶液中和3.5h，

得到接近中性产品月桂醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾盐.

1.2 设计依据

课题目标：完成年产2000吨PEK 车间的初步设计任务

主要内容为：1）查阅文献，了解国内外关于PEK 的现状，进行外文翻译；2）进行工艺路线的选择，在此基础上进行物料，热量衡算，设备选型。3）手绘一张带控制点的工艺流程图，用CAD 机绘制车间平面布置图、关键设备装备图;5)用Aspen Plus 对聚合釜进行流程模拟。

技术参数：

年产量：2000吨PEK 年工作日：330天

原料：月桂醇、环氧乙烷、践行催化剂、五氧化二磷、氢氧化钾水溶液 产品：PEK

第2章 工艺设计与计算

2.1 工艺原理

本设计主要有聚合、酯化水解和中和反应，反应原理和方程式如下： (1) 聚合反应

C 12H 25OH+3C 2H 4O C 12H 25O ﹝C 2H2O ﹞3H (2) 酯化水解反应

C 12H 25O ﹝C 2H 4O ﹞3H+P 2O 5 C 12H 25O ﹝C 2H 4O ﹞3PO 3H 2+

C 12H 25O ﹝C 2H 4O ﹞3PO 2H ﹝C 2H 4O ﹞3OC 12H 25

P 2O 5+2H 2O H 4P 2O 7 C 12H 25O ﹝C 2H 4O ﹞3H+ H 4P 2O 7

C 12H 25O ﹝C 2H 4O ﹞3PO 2HOPO 2H ﹝C 2H 4O ﹞3OC 12H 25+2H 2O

C 12H 25O ﹝C 2H 4O ﹞3PO 2HOPO 2H ﹝C 2H 4O ﹞3OC 12H 25+H 2O(g)

C 12H 25O ﹝C 2H 4O ﹞3PO 3H 2

(3) 中和反应

C 12H 25O ﹝C 2H 4O ﹞3PO 3H 2+2KOH C 12H 25O ﹝C 2H 4O ﹞3PO 3K 2+2H 2O

C 12H 25O ﹝C 2H 4O ﹞3PO 2H ﹝C 2H 4O ﹞3OC 12H 25+KOH

C 12H 25O ﹝C 2H 4O ﹞3PO 2K ﹝C 2H 4O ﹞3OC 12H 25+H 2O