甲醇精馏工艺及塔器优化设计论文[大全]

第一篇：甲醇精馏工艺及塔器优化设计论文[大全]

甲醇作为非常重要的化工原料，其制备过程较为复杂，随着科技的进步，在甲醇精馏工艺上我国化工行业已经取得了巨大的进步。目前，国内应用最多的是鲁奇节能工艺的改进版本，但是由于目前的需求更高，要求也不断升级，所以技术人员还需要对精馏工艺进行优化设计和完善，选用更加合理的塔器甲醇精馏。因为在甲醇精馏工艺分析方面和塔器选择优化方面还有发展进步的空间，所以本文着重对此进行了分析。

1甲醇精馏工艺分析

(1)双塔精馏工艺传统的甲醇精馏装置主要使用双塔精馏工艺，该工艺主要应用精馏塔和预精馏塔，应用最为广泛。甲醇的与处理工艺是由与之精馏塔完成，预热器完成甲醇的预热，塔釜泵对粗甲醇实行加压，然后将其置于预精馏塔中，去除粗甲醇的水分。为了实现大量的甲醇能留住，特别是在液相中，最大限度的实现甲醇回收，需要将塔顶的两极冷凝应用起来，在塔内形成了一种返流现象，这样不仅最大程度的回收了甲醇，还提高其稳定性能。塔顶会出现一些甲醇或者初馏份，这些溢出的部分在通过某些通道回到主精馏塔中，我们生产的甲醇在塔顶，废物及循环甲醇水会在塔底，最终实现甲醇的精馏。(2)三塔精馏工艺三塔精馏同双塔精馏相比应用更为广泛，其生产效率非常高。三塔精馏有加压塔和常压塔，其生产过程较为绿色环保，能源使用较少，利用率较高。粗甲醇进入预热器，然后在送到精馏塔。粗甲醇杂质发生分解，精馏的甲醇去往塔顶，然后经过燃料管，用塔釜泵加压物料并送到加压塔。甲醇经过冷凝进入回流槽，冷凝后会出现两种产品，一种是甲醇水溶液，一种是精甲醇产品。

2甲醇精馏塔器优化设计

(1)理论优化,配置塔器精甲醇的生产离不开精馏塔，精馏塔在生产甲醇中起到了至关重要的作用，因此在甲醇精馏塔器设计中应该对其进行理论优化。一般设计人员认为操作和结构设计对甲醇的生产有巨大影响，尤其是操作配置和精馏塔的结构设计，事实证明确实会对甲醇产量造成重大影响。因此选择塔器的时候，应该根据生产甲醇的规模和特点进行设计，在保证效益的前提下选择塔器，从而在根本上降低生产操作成本，实现企业利益增加。同时塔器的增加可以提高废弃溶液的利用和回收，间接地降低成本和提高甲醇质量。

(2)预精馏塔优化设计甲醇在精馏期间会出现消耗的问题，这是由于在预精馏塔的顶部会出现凝气问题，最后导致甲醇消耗掉。因此，采用何种方式能够降低再生产过程中甲醇的消耗呢，研究人员通过研究分析，通过优化设计预制精馏塔的设计能够实现降低甲醇消耗的问题。在此期间还能够更多的回收甲醇。预精馏塔的优化设计操作为根据甲醇的生产要求，以及一些器具的规格最后确定调节以及控制塔顶凝器的参数。

(3)加压塔优化设计加压塔的优化设计主要包括使塔器内的甲醇纯度足够高，一般情况下要保证精甲醇的纯度高于55%，另外对于填料过程要保证操作规范，塔内的温度要保证。对于与常压塔的联系也要巧妙利用，这样能够实现有效的调节和控制，温度和压力两个参数之间是有必要联系的，因此塔器内的的温度和压力需要互相配合调节。

(4)常压塔优化设计常压塔的优化设计主要包括控制内部温度实现塔顶的甲醇气体加压完成，因为加压塔和常压塔之间存在联系，所以需要关注二者之间是如何产生相互之间的作用的。

(5)控制杂醇油的采出情况杂醇油能够降低高沸点物质的浓度，一般在常压塔的底部应用广泛，能够便于塔器的操作。因此在采出杂醇油过程中要注意加入适当的萃取水和注意精馏的负荷。通过这两点因素最后决定杂醇油的采出量。

(6)准确的管理塔底残液在实际的操作中，我们必须充分认识到塔底残液中甲醇含量及甲醇浓度受温度问题的影响较大。塔底残液中产生的过高甲醇含量是因生产工艺中温度超出了既定范围而产生的。为给予甲醇转换处理工作足够的时间，我们要严格控制塔顶温度和进料量，预防温度超出范围引发轻组分或重组分的过分下移或上浮。

3结语

本文主要阐述了甲醇精馏的工艺分析和塔器的优化设计，在甲醇精馏方面主要讲述了两种我国应用较为广泛的双塔精馏工艺和三塔精馏工艺，这两种精馏工艺在我国精甲醇制备中起到了至关重要的作用。在塔器的优化设计方面，本文主要阐述了从理论优化,配置塔器、预精馏塔优化设计、加压塔优化设计、常压塔优化设计、控制杂醇油的采出情况以及准确的管理塔底残液等几个方面。针对不同塔器提出了不同的建议，希望读者能够在文中收获关于甲醇精馏工艺以及塔器优化设计方面的知识。

参考文献：

[1]单体锋.优化甲醇精馏工艺的流程分析[J].化工管理,2016,(27):113.[2]朱铭.优化甲醇精馏工艺的分析[J].化工管理,2016,(27):123.[3]叶鑫,吕建宁,丁干红,宫万福.甲醇热泵精馏新工艺[J].化工进展,2010,(S2):74-77.[4]常虹,王永胜,王东岩,张述伟.甲醇精馏系统模拟与优化[J].计算机与应用化学,2010,(09):1283-1288.

第二篇：齐齐哈尔大学化学工程与工艺专业毕业设计论文(20万吨甲醇羰基化法醋酸车间醋酸精馏工段)

摘 要

甲醇羰基化法醋酸又名尼龙酸，是己二酸生产过程产生的副产物，仅国内己二酸生产企业每年就副产混合二元酸40-60万吨。由于其含杂质、水分多，颜色呈绿色或黄褐色，难以利用。国外一般将其送进污水处理装置作焚烧或填埋处理；国内有采用重结晶法回收，但回收率低于60％，废水量较大，不仅对环境造成污染，而且也造成资源的浪费。为了物尽其用，本文开展了应用基础研究以C4-C6混合二元酸为原料、对甲苯磺酸为催化剂，制备混合二元酸二甲酯，并利用减压精馏得到纯净的二甲酯。实验中考查了各种反应的影响因素，并利用制备的混合二甲酸二甲酯与异辛醇进行酯交换制备混合二元酸二异辛酯。

根据实验数据表明，通过酯化法分离混合二元酸的工艺路线是可行的。酯化的适宜反应条件为：反应时间5.0h，醇酸物质的量比6:1，催化剂用量1.0%混合酸，以此条件，二元酸二甲酯的收率可达89%。酯化所得粗酯可以在压力为40mmHg下进行减压精馏，截取95～105℃下的馏分，为丁二酸二甲酯，截取110～120℃下的馏分，为戊二酸二甲酯，截取145～155℃下的馏分，为己二酸二甲酯。利用精馏所得的二元酸二甲酯，通过酯交换法制得的二元酸二异辛酯的颜色很浅，说明通过酯化法可以有效地分离混合二元酸。

关键词：甲醇羰基化；醋酸；酯交换；混合二元酸二甲酯

I

Abstract Mixed dibasic acid(DBA), also known as nylon acid, adipic acid production process by-products, only domestic producers of adipic acid by-product mixture in each of dicarboxylic acid 40-60 million tons.Because of its impurities, water content, the color green or brown, it is difficult to use.Foreign general to be sent to sewage treatment plant for incineration or landfilling;domestic use recrystallization recovery, but recovery was less than 60%, large amount of wastewater, not only pollute the environment, but also a waste of resources.In order to make the best use, this application of basic research carried out to C4-C6 dicarboxylic acid as raw material mixture, p-toluenesulfonic acid as catalyst, prepared by mixing two yuan acid ester, and the use of vacuum distillation to get pure dimethyl ester.Experiment examined the response of various factors, and use a mixture of dimethyl ester prepared with different octanol prepared by mixing two yuan for transesterification ethylhexyl sebacate.According to the experimental data show that, by esterification of dicarboxylic acid mixture separation process route is feasible.Esterification of the appropriate reaction conditions: reaction time 5.0h, alkyd molar ratio of 6:1, 1.0% mixed acid catalyst, in this condition, binary acid ester yield of 89%.Esters derived from crude esterification can be carried out under the pressure of 40mmHg vacuum distillation, the interception of 95 ~ 105 ℃ under the distillate, as dimethyl succinate, the interception of 110 ~ 120 ℃ under the fractions for Dimethyl glutarate , the interception of 145 ~ 155 ℃ under the distillate, is dimethyl adipate.The use of binary distillation from acid ester by transesterification of the binary system were acid-ethylhexyl the color is very light, indicating that by esterification can be effectively separated mixed dicarboxylic acid.Key words: mixed dibasic acid;toluenesulfonate;transesterification;mixed two yuan Dimethyl

II

目 录

摘要..............................................错误！未定义书签。Abstract..........................................................II

第1章 绪论........................................................5 1.1 课题的目的、意义............................................5 1.1.1 甲醇羰基化法醋酸的由来....................................5 1.1.2 甲醇羰基化法醋酸的利用....................................6 1.1.3 甲醇羰基化法醋酸的分离....................................7 1.1.4 甲醇羰基化法醋酸的用途...................................10 1.2 甲醇羰基化法醋酸制备的研究...................................11 1.2.1 固体酸H催化法........................................11 1.2.2 硫酸氢钠催化法........................................12 1.2.3 固载磷钨酸催化法......................................12 1.2.4 树脂催化法............................错误！未定义书签。1.2.5 一水硫酸氢钠催化法....................错误！未定义书签。1.2.6 复合固体酸催化法......................错误！未定义书签。1.2.7 杂多酸催化法..........................错误！未定义书签。

1.3 本课题的研究内容...........................错误！未定义书签。第2章 实验部分...................................错误！未定义书签。

2.1 实验原理...................................错误！未定义书签。2.1.1 酯化反应原理...........................错误！未定义书签。2.1.2 减压蒸馏原理...........................错误！未定义书签。2.1.3 酯交换反应原理.........................错误！未定义书签。2.2 实验仪器设备及试剂.........................错误！未定义书签。2.2.1 实验仪器设备...........................错误！未定义书签。2.2.2 实验试剂...............................错误！未定义书签。2.3 实验装置图.................................错误！未定义书签。2.4 实验步骤...................................错误！未定义书签。2.4.1 甲醇羰基化法醋酸的合成...................错误！未定义书签。

III

2.4.2 甲醇羰基化法醋酸的分离...................错误！未定义书签。2.4.3 甲醇羰基化法醋酸的应用实验...............错误！未定义书签。2.5 工艺流程框图...............................错误！未定义书签。2.6 分析方法...................................错误！未定义书签。2.6.1 酸值的测定.............................错误！未定义书签。2.6.2 酯化率的确定...........................错误！未定义书签。第3章 实验记录及数据处理.........................错误！未定义书签。3.1 酯化的影响因素选择及其水平的确定...........错误！未定义书签。3.2 酯化正交实验结果...........................错误！未定义书签。3.3 数据处理...................................错误！未定义书签。第4章 实验结果讨论...............................错误！未定义书签。

4.1 酯化过程中反应时间的影响...................错误！未定义书签。4.2 酯化过程中醇酸摩尔比的影响.................错误！未定义书签。4.3 酯化过程中催化剂用量的影响.................错误！未定义书签。4.4 甲醇羰基化法醋酸的分离与提纯.................错误！未定义书签。4.5 甲醇羰基化法醋酸的应用实验...................错误！未定义书签。结论..............................................错误！未定义书签。参考文献..........................................................14 鸣谢..............................................................28

IV

辽宁石油化工大学本科生毕业论文

第1章 引 言

1.1 课题的目的意义

甲醇羰基化法醋酸又名尼龙酸，是己二酸生产过程产生的副产物，仅国内己二酸生产企业每年就副产混合二元酸40-60万吨。由于其含杂质、水分多，颜色呈绿色或黄褐色，难以利用。国外一般将其送进污水处理装置作焚烧或填埋处理；国内有采用重结晶法回收，但回收率低于60％，废水量较大，不仅对环境造成污染，而且也造成资源的浪费。本课题通过酯化法分离混合二元酸不仅反应条件温和而且二元酸二甲酯的收率可达89%。利用精馏所得的二元酸二甲酯，通过酯交换法制得的二元酸二异辛酯的颜色很浅，说明通过酯化法可以有效地分离混合二元酸。因此，本课题不仅大大提高了回收率而且具有良好的环境效益。

1.1.1 甲醇羰基化法醋酸的由来

（1）甲醇羰基化法醋酸醇的生产路线

国内外己二酸生产工艺大多以苯为起始原料，一般先由苯催化加氢制成环己烷，然后用空气氧化制取KA油(环己醇和环己酮的混合物)，或部分加氢生成环己烯，再水合生成环己醇，利用硝酸氧化得己二酸，即二步氧化法；工业上由KA油生产己二酸大多采用硝酸氧化法。另外开发的工艺路线有空气氧化等多种工艺。

①KA油或环己醇硝酸氧化法

在铜、钒催化剂的作用下，用硝酸氧化KA油或环己醇生产己二酸。己二酸收率一般在94%左右，主要副产物是戊二酸和丁二酸(DBA)。这种工艺在2-酸生产中占主导地位，目前国际上主要生产厂家如美国的杜邦公司和孟山都公司、法国的罗那公司、国内辽阳石化都是用KA油进行硝酸氧化；日本旭化成和我国的神马集团用环己醇进行硝酸氧化。我国神马集团、日本旭化成采用65%硝酸多釜反应器串联操作，温度控制在70-90℃，己二酸结晶采用卧式真空绝热蒸发结晶器，氧化产生的氮氧化合物采用三塔串联吸收，母液酸由浓缩塔浓缩重复利用；阳离子树脂吸附铜、钒催化剂。这套装置的缺点是己二酸结晶器需定期清洗，结晶情况比较严重。另外，由于采用硝酸作氧化剂，易引起氮氧化合物大气污染等问题。法国罗那公司在韩国建成的己二酸装置对结晶器进行了改进，采用新型常压结晶器，从根本上解决了己二酸装置需定期停车清洗结晶器的难题。意大利RADICI公司生产己二酸，辽宁石油化工大学本科生毕业论文

采用独特的铜、钒催化剂回收工艺，从而不需要设置阳离子树脂吸附塔回收催化剂。美国杜邦公司和孟山都公司的氧化反应器则采用二级高、低温反应器，低温反应器为列管式反应器(反应温度80℃)，高温反应器为空塔式反应器(反应温度110℃)，结晶器采用立式连续真空蒸发结晶器，1～1.5个月需停车一次。

②环己烷法

是目前世界上己二酸生产中主要采用的方法，产量占总产量的90%以上，原料为苯。环已烷法共分两步进行，第一步为苯加氢作环已烷，世界上共有两工艺，一种为气相加氢，一种为液相加氢。美国普遍采用前一种工艺，西欧和日本则多采用液相加氢工艺，目前辽化的环己烷技术采用欧洲技术加上公司本身的技术改进，为液相加氢工艺，较原引进时工艺技术指标先进，操作稳定。第二步环已烷氧化制备醇酮的生产路线，根据过程中是否加入催化剂分为：催化氧化和无催化氧化。催化氧化又可根据催化剂品种的不同而分为钴盐氧化法和硼酸氧化法。（2）废酸水的由来及利用现状

辽阳石油化纤公司化工引进的法国无催化氧化生产工艺，是以环己烷为原料，先空气氧化得到环己醇和环己酮混合液，然后再用硝酸氧化制得己二酸。在生产环己醇和环己酮的过程中，总有相当部分的环己烷要转变为副产物，副产物的组成十分复杂，包括1～6个碳原子的一元酸、二元酸、含氧酸、酯类、缩聚物及少量低级醇、酮、醛等。副产物分两大部分从装置排出，大部分通过水洗除掉形成BI废酸水，排到污水处理装置处理。其余部分随产物进到精馏系统，最后以焦油(X油)形式排出。

目前工业上环己烷氧化废碱液的处理方法主要有焚烧法和化学法两种。焚烧法是将有机废碱液加入蒸发锅内，加热浓缩去除20%～60%的水分。浓缩物放入焚烧炉内加热至250～300℃，直至浓缩物自燃，停止加热。利用浓缩物燃烧时的热量浓缩新的废碱液。当浓缩物燃烧完毕，在温度700～800℃下继续加热0.5～3个小时。焚烧物即成碳酸钠成品。这种方法比较简单，但是它不仅产生二次污染，而且资源浪费严重，显然不值得提倡。

1.1.2 甲醇羰基化法醋酸的利用

目前，许多生产厂家都没有专门回收DBA的车间或分厂，DBA产量较为可观，售价也较便宜。国外一般将其送进污水处理装置作焚烧或填埋处理，国内有采用重结晶法回收，但回收率低于60％，废水量较大，不仅对环境造成污染，而且也造成辽宁石油化工大学本科生毕业论文

了资源的浪费。对DBA进行综合利用既可节约资源，又有利于保护环境。但由于DBA含杂质和水分多，颜色呈绿色或土黄色，不利于对DBA进行综合利用[1][2]。近年来，国内外对混合二元酸进行了一系列的研究和综合利用，主要包括DBA的分离纯化和DBA的酯化，即利用DBA合成增塑剂和混合二元酸二甲酯（DME）等。其中，二元酸二甲酯的合成及应用是利用混合二元酸的一个重要途径。

1.1.3甲醇羰基化法醋酸的分离

长期以来，国内外科研及工程技术人员对C4~C6混合二元酸的分离与纯化工艺的研究较多，取得了丰硕的成果。并对其进行分析与研究。现将收集到的国内外C4~C6混合二元酸的分离与纯化技术列述如下。(1)酯化蒸馏法

①蒸发

蒸发工艺是浓缩、冷却、结片而制取C4~C6混合二元酸。②酯化

酯化所用的醇是C1~C4醇中的一种醇，酯化催化剂是一种无机酸类，包括固体超强酸。酯化反应温度为60-140℃，应压力为常压。酯化反应经过一个分馏塔不断除去反应所生成的水，与水一起出来的经分离后的回收醇返回到酯化釜中，反应趋向完全。

③精馏

精馏工艺是把混合二元酸酯经过一个精馏塔分离为单体二元酸酯。精馏是在减压下进行的。

④水解

水解工艺是将单体二元酸酯分别放入水解釜中，各自加入一定量的水进行水解。水解反应在沸腾温度下进行，同时连续取出反应生成的醇，使水解反应趋向完成。取出的醇返回到酯化工艺过程中。水解反应结束后使二元酸溶液冷却结晶，然后各自经过滤器得到纯的相应单体二元酸。(2)脱水蒸馏法

乙酸酐和混合二元酸以0.75:1的质量比例混合，加热回流反应3h，然后在120℃蒸出乙酸，再在减压条件下蒸出残余乙酸和乙酸酐后，分别收集160～165℃(5.333kPa)、163～164℃(2.533kPa)两个馏分，前者为丁二酸酐，后者为戊二酸酐。反应残液用热水溶解，然后冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得到己二酸。方法可

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行，接利用混合二元酸获取有用的产品，达到分离混合二元酸的目的[3]。

根据戊二酸与丁二酸、己二酸在冷水中溶解度的不同进行分离，将混合二元酸溶解于水中，冷却，析出丁二酸和己二酸晶体，用布氏漏斗抽滤，分离出晶体。滤液通过阳离子交换树脂交换脱除金属离子，然后用活性炭脱色。滤液浓缩，得到淡粉色固体，为戊二酸粗产品，浓缩后产品纯度不够理想，为进一步纯化，根据戊二酸易脱水形成相应酸酐，而酸酐易通过减压蒸馏的方法进行纯化，所以将其粗产品制成酸酐。将戊二酸粗产品与乙酸酐一起加入圆底烧瓶，在水浴上加热回流，然后用冷水充分冷却，析出戊二酸酐晶体，抽滤，晶体在室温下自然干燥，然后减压蒸馏，收集149-152℃的馏分(1.3kPa)，水解为戊二酸，测其熔点为97-99℃。这样得到的产品纯度较高，而且涉及的化学反应及操作均较为简单[4]。(3)氨化蒸馏法

在170-230℃，无水氨气与混合二元酸中的戊二酸、丁二酸反应生成相应的戊二酰亚胺和琥珀酰亚胺，所用无水氨气的量应能使戊二酸和丁二酸全部氨化，而且其量小于能使戊二酸、丁二酸和己二酸全部氨化的量，这些二酰亚胺可用蒸馏、分步结晶或溶剂萃取的方式从氨化混合物中分离出来，混合二元酸中的己二酸组分主要是以己二酸的形式回收。在温度为170-215℃，压力小于3.33kPa的条件下蒸馏分离氨化的混合物[5]。(4)直接减压蒸馏法

直接蒸馏分离C4~C6混合二元酸容易发生副反应，造成损失，影响纯度。因此对直接蒸馏法进行改进：

①混合二元酸溶液冷却至10℃，将己二酸结晶出来，但大部分丁二酸、戊二酸仍保留在母液中，然后离心分离。

②母液中主要含有戊二酸、丁二酸及少量的己二酸，然后进行间歇蒸馏，在6.27kPa残压，汽相温度125℃的条件下，采出丁二酸，压力不变，在230℃条件下采出戊二酸。(5)萃取(浸取)法

用适量的水溶解混合二元酸固体，使水溶液结晶以获得高纯度的己二酸晶体(纯度为98%)和母液1，使母液1结晶以获得粗己二酸(纯度为85%)和母液2，将母液2蒸发浓缩以获得固体1，用单环芳烃(苯)浸取此固体1以溶解其中的戊二酸,将浸取液中的溶剂蒸发得到戊二酸。不溶于单环芳烃(苯)的固体2在低分子量脂肪族酮

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类溶剂(如丙酮)中重新溶解，使酮类溶液结晶以获得高纯度的丁二酸(纯度为98%)[6]。

混合二元酸中己二酸含量约为12%-24%，戊二酸含量约为50%-74%，丁二酸含量约为13%-25%。从此混合二元酸中分出单体二元羧酸的方法为：将混合二元酸溶解于热水中，冷却，收集结晶。结晶中丁二酸含量超过50%，己二酸含量约为20%-45%，滤液含有大部分的戊二酸。用二异丙醚溶解结晶中含有的少量戊二酸后得到固体，然后用55%-65%的硝酸溶液溶解此固体，冷却并收集结晶出的丁二酸。蒸发脱除硝酸，浓缩水溶液，冷却并收集结晶出的己二酸[7]。

先用苯、硝基苯或氯仿浸取混合二元酸分离出戊二酸，然后用由水、环己醇和环己酮组成的萃取剂(水的质量与环己醇和环己酮的质量比为0.1-20)，从含有丁二酸和己二酸的水溶液中萃取出己二酸，萃取温度为20-120℃。从有机相中回收己二酸，剩余的有机相用作空气或硝酸氧化生产己二酸的原料，再冷却溶液以结晶出高纯度(99.8%)的己二酸。

向混合二元酸溶液中加入足够不溶的溶剂以形成水-溶剂比在0.05-5的混合物1。溶剂是C6~C15的饱和脂肪醇和由其与乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、己二酸、戊二酸、丁二酸生成的酯。将混合物1分离成水相1和溶剂相1。将足够的水加入溶剂相1以形成水-溶剂比在0.1～10的混合物2。将混合物2分离成水相2和溶剂相2，从水相2中回收己二酸。从丁二酸和戊二酸的水溶液中分离出丁二酸的方法为：向水溶液中加入足够不溶的溶剂以形成水-溶剂比在0.05-5的混合物3，溶剂同前。将混合物3分离成水相3和溶剂相3；从水相3中回收丁二酸。向溶剂相3中加入足够的水以形成水-溶剂比在0.1～10的混合物4，将混合物4分离成水相4和溶剂相4，从水相4中回收戊二酸[8]。(6)结晶法

通过蒸发脱除混合二元酸溶液中的硝酸，从剩余的母液中结晶出己二酸和丁二酸，使戊二酸留在溶液中。结晶过程分为两个阶段：一个阶段温度为45～55℃，另一阶段温度为20～30℃。结晶出的丁二酸脱水生成丁二酸酐，通过蒸馏把丁二酸酐和己二酸分开。从剩余的母液中结晶出戊二酸，结晶分为两个阶段，一个阶段温度为10～20℃，另一个阶段温度为20～30℃[9]。(7)脱水法

通过脱水可使二元酸在有机溶剂中饱和并析出晶体，可通过蒸发、过滤或膜渗

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透等方法进行脱水，也可通过吸收和吸附如利用3A分子筛或多孔硅胶进行脱水。对脱水后的含酸溶剂进行冷却，利用离心过滤机过滤或沉降池使有机溶剂与固体酸分离，并通过干燥等手段进行酸类的分离与纯化。可用适宜溶剂分离丁二酸和己二酸[10]。

(8)尿素加合结晶法

当混合二元酸中己二酸的含量为0～7%时，加入的尿素与混合二元酸的物质的量比应为1.2-1.5，溶液中戊二酸与丁二酸的质量比≤1.2。当混合二元酸中己二酸的含量为7%～30%时，加入的尿素与混合二元酸的物质的量比应为1.5～1.8，戊二酸尿素加合物从溶液中沉淀出来；溶液中戊二酸与丁二酸的质量比≤1.4。混合二元酸与尿素的反应可在水、醇、酮或酯中进行。

为了分离母液中的丁二酸和己二酸，向已经分离出戊二酸尿素加合物的滤液中再加入最初二元酸量0.2～2.0倍的尿素，经加合、冷却结晶，析出丁二酸尿素加合物。过滤将其分离出来，后对母液进行浓缩以沉淀出己二酸和己二酸尿素加合物，用脂环族醚处理己二酸尿素加合物以得到粗己二酸，粗己二酸通过重结晶得到高纯度的己二酸。

二元酸尿素加合物分离方便，易用过滤的方式从溶液中分离出来。可用离子交换树脂或脂环族醚分解二元酸尿素加合物为单体二元酸和尿素，常用强酸性离子交换树脂。用热水或热的有机溶剂使强酸性离子交换树脂上吸附的尿素脱附[11]。

1.1.4 甲醇羰基化法醋酸的用途

混合二元酸二甲酯是由三种二价酸酯组成的混合物(DBE)，俗称尼龙酸二甲酯，包括琥珀酸二甲酯、戊二酸二甲酯和己二酸二甲酯。混合二元酸二甲酯为无色透明液体，毒性低，溶解能力强，能生物降解，沸点高，可作为高效环保溶剂，广泛应用于烟草、医药、橡胶、塑料、高档汽车烤漆、彩色钢板涂料、木器涂料、家电涂料等。混合二元酸二甲酯也可以作为医药、染料和香料行业中重要的有机中间体，应用于分析仪器的固定液高档涂料、稀释剂、化学反应的溶剂等[12]。现举出几个典型的例子。

（1）木器涂料

DBE沸点高，馏程长，可以帮助调节挥发速度，改善溜平，防止白雾、针孔等表面缺陷出现。DBE和常规溶剂如乙醇，丙酮，丁酯，乙二醇醚类具有良好的相溶性。在环保安全性能方面，DBE将是传统溶剂如卤代烷（三氯乙烷、氯甲烷等），辽宁石油化工大学本科生毕业论文

酮（环己酮、异佛尔酮等），甲苯等溶剂的良好替代品。

（2）烤漆工业

DBE有特殊的挥发性，随着温度的升高，DBE的挥发速度比其它溶剂提高的更快，即在挥发过程的前半段DBE挥发慢，后部分挥发快，这样允许更有利烘干过程，溶剂挥发更平均，有利于改善溜平、光泽，消除表面缺陷。

（3）油墨工业

有些油墨如SCREEN INK 中常常需要有高沸点溶剂，如ISOPHORONE，但其毒性大，臭味浓，而DBE却可以弥补着方面的缺陷，加以取代。

（4）树脂工业

DBE 具有低黏度，其一可降低树脂的黏度而无需降低分子量或者固含量，其二在保持同一黏度时，可提高固含量。利用DBE这一特点，可生产出高固体份，低黏度的树脂。

（5）工业清洗剂

DBE可有效的清除设备和工作区残留部分固化漆。DBE无论单独使用还是同其它溶剂混合，都是溶解聚氨酯、丙烯酸、环氧、聚酯和醇酸脂的良好溶剂，它还可以除去聚氨酯、不饱和树脂和弹性体。

（6）储存

储存DBE并不需要特别注意事项，没有腐蚀性，没有光化学反应性，应归类为非有害物质，而且燃火性低，可分类属非易燃品。

1.2 甲醇羰基化法醋酸制备的研究

二元酸二甲酯的合成目前主要是使二元酸在浓硫酸催化作用下与甲醇酯化而得到，这种采用浓硫酸催化酯化的工艺存在许多问题，例如设备腐蚀，副产剧毒的硫酸二甲酯以及后处理较繁锁，环境污染严重等。目前，也有以水合硫酸氢钠、杂多酸、磷钨酸等为催化剂，通过酯化反应制备该化合物的报道。

1.2.1 固体酸H催化法

该方法以固体酸H代替浓硫酸用于二元酸二甲酯的合成，旨在寻找一种可以代替硫酸的新型实用催化剂。通过对催化剂的比较，对反应时间、酸醇比、催化剂浓度以及催化剂使用寿命对反应影响的考察确定了固体酸H催化合成混合二元酸二甲酯的最适宜条件。

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对于酯化反应，适当地延长反应时间，有利于反应正向进行。但由于酯化反应是一个平衡反应，一旦反应达到平衡，即使再延长反应时间，也无法提高其转化率。因此，考察了时间对酯化反应的影响，确定了适宜的反应时间。增大反应物的浓度，可使反应正向进行。因此可通过提高酸醇比来提高转化率。催化剂的浓度与使用寿命对反应也有很大影响。

该方法固体酸H具有催化活性高、易分离、工艺简单、不腐蚀设备、循环使用及减少污染等优点，是一种可以替代浓硫酸的理想新型催化剂。确定了混合二元酸二甲醋的最佳合成条件为反应时间：300min；酸醇比：1:4；催化剂浓度：10％；反应温度：甲醇回流温度72～76℃。在最佳条件下，二元酸二甲酯转化率可达96.38％，催化剂可连续使用六次以上，转化率不低于96％[13]。

1.2.2 硫酸氢钠催化法

该方法以混合二元酸和甲醇为原料，以硫酸氢钠为催化剂，合成了混合二元酸二甲酯。考察了醇酸量的比反应温度、催化剂用量、反应时间对混合二元酸二甲酯收率的影响。固定催化剂量和混合酸量，在回流温度下考察了醇酸量的比对酯化反应收率和残渣率的影响，随着醇酸量的比的增加，混合酸二甲酯的收率逐渐降低，残渣率逐渐升高，这是由于醇酸量的比增加，甲醇体积分数增加，反应体系回流反应温度降低所致。反应时间对酯化反应收率和残渣率的影响，在相同条件下，随着反应时间的增加，混合二元酸二甲酯的收率也逐渐增加，残渣率逐渐降低。反应温度对酯化收率的影响，随着温度的升高，酯化反应收率也升高，残渣率降低。固定醇酸量的、反应时间和反应温度，考察催化剂用量对酯化反应收率和残渣率的影响，甲酯收率随催化剂用量增加而增加，随着催化剂的增加，混合二元酸二甲酯的收率反而降低。

反应温度低于80℃将使混合酸二元酸二甲酯收率下降；提高醇酸量的比使反应温度下降，导致二甲酯收率降低；酯化时间以4h为宜，继续延长反应时间将引发副反应；硫酸氢钠催化剂适宜的使用量为20～30g（/mol酸）。单次酯化，混合二元酸二甲酯收率最高为80％。

1.2.3 固载磷钨酸催化法

该方法是以固载型磷钨酸催化剂催化混合二元酸(DBA)和甲醇反应合成混合二元酸二甲酯(DBE)。考察了催化剂用量、醇酸物质的量比、反应时间及带水剂等因素对酯化率的影

辽宁石油化工大学本科生毕业论文

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参考文献

[1] 邓剑如，单婷婷，陈浪，等.用混合二元酸制备混合酸二甲酯[J].化工环保，2008，28（1）：74-76.[2] Shen Guoliang.Study on separation of mixture of binary a cid by extraction crytallization method.In:Advance in environmental engineering and chemical engineering.Guang Zhou: South China University of Technology, 1997: 161-165.[3] 赵运胜，沈国良，徐铁军，等.由混合二元酸制取过氧化戊二酸[J].精细化工，1995，24(2)：115-117.[4] 沈晓洁.从混合二元酸中分离纯化戊二酸[J].广西化工，1998，27(4)：34-35.[5] Valentine J.Reduction of Nitrogen Oxides Emissions from Diesel Engines[P].US 5535708.1996.[6] 唐炬.醇酮装置废酸水中副产物的回收利用探讨[J].合成纤维工业，1995，18(1)：45-47.[7] 张丹阳，贾长英，张晓娟，等.混合二元酸与甲醇酯化反应动力学研究[J].杭州化工，2010，40（1）：22-25.[8] 朱建民，张晓娟，董礼娟，等.固体酸H催化合成C4-6混合二元酸二甲酯的研究[J].精细化工，1996，13(2)：44-46.[9] Peter.Balaz, Evaboldi, Zarova.Leaching and dissolution of a pentlandite concentrate pretreated by mechanical activation[J].JOURNAL OF TIANJININ STITUTE OF URBAN CONSTRUCTION.2000(1): 20-28.[10]刘国际，王艳军，鲁丰乐，等.固载磷钨酸催化合成混合二元酸二甲酯的研究[J].河南化工，2005，7(22)：15-16.[11]吴书侠，朱建华.树脂催化合成混合二元酸二甲酯[J].合成技术及应用，2004，12(19)：14-16.[12]周维友，胡炳成，刘祖亮，等.一水硫酸氢钠催化合成混合二元酸二辛酯[J].精细化工，2009，6(26)：558-560.[13]Lee C C，SuiG D，ElizarovA，etal.Multistep synthesis of a radiolabeled imaging probe using integrated microfluidics [J].Science, 2005, 310: 1793-1796.[14]梅允福，班丽娜，季刚，等.用复合固体酸催化剂“绿色”催化合成混合二元酸二甲酯[J].广州化工，2009，37(1)：98-99.[15]王艳军，杂多酸催化剂的制备及混合二元酸二甲酯的合成工艺研究[D].郑州大学硕士学位论文，2005，5(19)：15-17.[16]郭宏珍，连续反应精馏法合成脂肪酸甲酯[D].江南大学硕士学位论文，2007，5(10)：22-24.辽宁石油化工大学本科生毕业论文

[17]周文，王芳斌，蒋金芝，等.己二酸生产副产品—混合二元酸的综合利用[J].化工环保，2008，28(2)：162-164.[18]Richard P S, Scott K S, John D H, et a1．．Dissolution of cellulose with ionic liquids［J］．J AM CHEM SOC, 2002, 124: 4974-4975.鸣谢

通过一个学期的努力，在徐老师的精心指导、帮助下，我顺利的完成了本次论文。这次毕业论文是我从理论到实践迈出的新一步，为日后的工作研究打下了良好的基础。而徐老师认真、严谨、求实、一丝不苟的治学学风和兢兢业业、吃苦耐劳的工作作风以及对学术和工作的奉献精神，所有这一切都给我留下了深刻的印象，并使我受益终生。在以后的工作中，我一定要以徐老师为榜样，认真做好自己的本职工作。在此谨向徐老师表示衷心的感谢！

此外，我还要向在我完成毕业论文过程中给予我很大帮助的许多老师表示深深的谢意。

第三篇：化妆品工艺论文设计

化妆品工艺论文设计

科

目

化妆品工艺学

院

系

化学与环境工程学院 专

业

化学工程与工艺081班

姓

名

杨

玲

学

号

081301126 指导老师

王 婷 婷

摘

要

化妆品作为一种时尚产品，其发展方向是日趋倾向于天然性、疗效性和多功能性。以科技为先导，采用新工艺、新设备迅速推出新产品，是近年来国际化妆品工业发展的一大趋势。化妆品的工艺、设备及包装容器近些年有了长足发展，其中低能乳化法是目前国际上流行的一种生产工艺。低能乳化法是以机械强乳化装置达到乳化的效果。以机械乳化代替化学乳化，可减少表面活性剂对人体皮肤的刺激。水-油-水多相乳化法是一种较佳的生产工艺。以该法制得的膏体由无数超薄微胶囊构成，这种微胶囊的壁厚仅为0.01微米，使用时遇压后瞬间破裂，内含的香精和天然添加剂即时流出，滋润皮肤。这种膏体对皮肤有较强的渗透力，因而可被皮肤迅速吸收，并能在皮肤表面形成一层液晶保护膜，对人体安全无刺激。

关键词：化妆品、天然性、多功能性、低能乳化法、渗透力

川楝子,佛手柑,白术各五十克 ,八月柞,木蝴蝶,龟板,白芍,沉香,高丽参各三十克,泽泻,黄芩,乌术粉各二十克,茯苓,柴胡,金精粉各十克,白砂糖七百克,蜂蜜五百克,猪苦胆汁3个.配法:上药为细面,先把胆汁,蜂蜜,白砂糖放在锅里先熬,把水熬净,再放入药面拌匀,倒瓷盆里,再放锅里蒸30分钟,拿出冷凉做丸（丸重九克）,一日三次,一次一丸,用麦饭石泡开水饭后送服

乳化护肤品生产工艺

一、引言

皮肤与化妆品：化妆品大多涂在人的皮肤表面，与人的皮肤长时间连续接触，配方合理、与皮肤亲和性好、使用安全的化妆品能起到清洁、保护、美化肌肤的作用；相反使用不当或者使用质量低劣的化妆品，会引起皮肤炎症或其他皮肤疾病。因此，为了更好的研究化妆品功效，开发与皮肤亲和性好、安全、有效的化妆品，同时作为消费者的我们能正确的选择适合自己肌肤特性的化妆品很重要，这就需要我们去学习了解化妆品工艺和配方。在此，我主要介绍有关乳化护肤品的生产工艺。

二、论文内容

(一)生产程序

(1)油相的制备 将油、脂、蜡、乳化剂和其他油溶性成分加入夹套溶解锅内，开启蒸汽加热，在不断搅拌条件下加热至70－75℃，使其充分熔化或溶解均匀待用。要避免过度加热和长时间加热以防止原料成分氧化变质。容易氧化的油分、防腐剂和乳化剂等可在乳化之前加入油相，溶解均匀，即可进行乳化。

(2)水相的制备 先将去离子水加人夹套溶解锅中，水溶性成分如甘油、丙二醇、山梨醇等保湿剂，碱类，水溶性乳化剂等加人其中，搅拌下加热至90－100℃，维持20min灭菌，然后冷却至70～80℃待用。如配方中含有水溶性聚合物，应单独配制，将其溶解在水中，在室温下充分搅拌使其均匀溶胀，防止结团，如有必要可进行均质，在乳化前加入水相。要避免长时间加热，以免引起粘度变化。为补充加热和乳化时挥发掉的水分，可按配方多加3％～5％的水，精确数量可在第一批制成后分析成品水分而求得。

(3)乳化和冷却

上述油相和水相原料通过过滤器按照一定的顺序加入乳化锅内，在一定的温度(如70－80℃)条件下，进行一定时间的搅拌和乳化。乳化过程中，油相和水相的添加方法(油相加入水相或水相加入油相)、添加的速度、搅拌条件、乳化温度和时间、乳化器的结构和种类等对乳化体粒子的形状及其分布状态都有很大影响。均质的速度和时间因不同的乳化体系而异。含有水溶性聚合物的体系、均质的速度和时间应加以严格控制，以免过度剪切，破坏，聚合物的结构，造成不可逆的变化，改变体系的流变性质。如配方中含有维生素或热敏的添加剂，则在乳化后较低温下加入，以确保其活性，但应注意其溶解性能。

乳化后，乳化体系要冷却到接近室温。卸料温度取决于乳化体系的软化温度，一般应使其借助自身的重力，能从乳化锅内流出为宜。当然也可用泵抽出或用加压空气压出。冷却方式一般是将冷却水通人乳化锅的夹套内，边搅拌，边冷却。冷却速度，冷却时的剪切应力，终点温度等对乳化剂体系的粒子大小和分布都有影响，必须根据不同乳化体系，选择最优条件。特别是从实验室小试转人大规模工业化生产时尤为重要。

(二)乳化剂的加入方法

(1)乳化剂溶于水中的方法

这种方法是将乳化剂直接溶解于水中，然后在激烈搅拌作用下慢慢地把 油加入水中，制成油/水型乳化体。(2)乳化剂溶于油中的方法

将乳化剂溶于油相(用非离子表面活性剂作乳化剂时，一般用这种方法)，有2种方法可得到乳化体。

①将乳化剂和油脂的混合物直接加入水中形成为油/水型乳化体。

②将乳化剂溶于油中，将水相加入油脂混合物中，开始时形成为水/油型乳化体，当加入多量的水后，粘度突然下降，转相变型为油/水型乳化体。(3)乳化剂分别溶解的方法

这种方法是将水溶性乳化剂溶于水中，油溶性乳化剂溶于油中，再把水相加人油相中，开始形成水/油型乳化体，当加人多量的水后，粘度突然下降，转相变型为油/水型乳化体。如果做成W/O型乳化体，先将油相加入水相生成O/W型乳化体，再经转相生成W/O型乳化体。(4)初生皂法

用皂类稳定的O/W型或W/O型乳化体都可以用这个方法来制备。将脂肪酸类溶于油中，碱类溶于水中，加热后混合并搅拌，2相接触在界面上发生中和反应生成肥皂，起乳化作用。这种方法能得到稳定的乳化体。例如硬脂酸钾皂制成的雪花膏，硬脂酸胺皂制成的膏霜、奶液等。(5)交替加液的方法

在空的容器里先放人乳化剂，然后边搅拌边少量交替加入油相和水相。这种方法对于乳化植物油脂是比较适宜的，在食品工业中应用较多，在化妆品生产中此法很少应用。

(三)转相的方法

(1)增加外相的转相法 当需制备一个O/W型的乳化体时，可以将水相慢慢加入油相中，开始时由于水相量少，体系容易形成W/O型乳液。随着水相的不断加入，使得油相无法将这许多水相包住，只能发生转相，形成O/W型乳化体。(2)降低温度的转相法

对于用非离子表面活性剂稳定的O/W型乳液，在某一温度点，内相和外相将互相转化，变型成为W/O乳液，这一温度叫做转相温度。由于非离子表面活性剂有浊点的特性，在高于浊点温度时，使非离子表面活性剂与水分子之间的氢键断裂，导致表面活性剂的HLB值下降，即亲水力变弱，从而形成W/O型乳液；当温度低于浊点时，亲水力又恢复，从而形成O/W型乳液。利用这一点可完成转相。一般选择浊点在50-60℃左右的非离子表面活性剂作为乳化剂，将其加入油相中，然后和水相在80℃左右混合，这时形成W/O型乳液。随着搅拌的进行乳化体系降温，当温度降至浊点以下不进行强烈的搅拌，乳化粒子也很容易变小。(3)初生皂法

用皂类稳定的O/W型或W/O型乳化体都可以用这个方法来制备。将脂肪酸类溶于油中，碱类溶于水中，加热后混合并搅拌，2相接触在界面上发生中和反应生成肥皂，起乳化作用。这种方法能得到稳定的乳化体。例如硬脂酸钾皂制成的雪花膏，硬脂酸胺皂制成的膏霜、奶液等。(4)交替加液的方法

在空的容器里先放人乳化剂，然后边搅拌边少量交替加入油相和水相。这种方法对于乳化植物油脂是比较适宜的，在食品工业中应用较多，在化妆晶生产中此法很少应用。(三)转相的方法

(1)增加外相的转相法

当需制备一个O/W型的乳化体时，可以将水相慢慢加入油相中，开始时由于水相量少，体系容易形成W/O型乳液。随着水相的不断加入，使得油相无法将这许多水相包住，只能发生转相，形成O/W型乳化体。

(2)降低温度的转相法

对于用非离子表面活性剂稳定的O/W型乳液，在某一温度点，内相和外相将互相转化，变型成为W/O乳液，这一温度叫做转相温度。由于非离子表面活性剂有浊点的特性，在高于浊点温度时，使非离子表面活性剂与水分子之间的氢键断裂，导致表面活性剂的HLB值下降，即亲水力变弱，从而形成W/O型乳液；当温度低于浊点时，亲水力又恢复，从而形成为O/W型乳液。利用这一点可完成转相。

(3)加入阴离子表面活性剂的转相法

在非离子表面活性剂的体系中，如加入少量的阴离子表面活性剂，将极大提 高乳化体系的浊点。利用这一点可以将浊点在50－60℃的非离子表面活性剂加入油相中，然后和水相在8013左右混合，这时易形成W/O型的乳液，如此时加入少量的阴离子表面活性剂，并加强搅拌，体系将发生转相变成O/W型乳液。

(四)低能乳化法

在通常制造化妆品乳化体的过程中，先要将油相、水相分别加热至75～95℃，然后混合搅拌、冷却，而且冷却水带走的热量是不加利用的，因此在制造乳化体的过程中，能量的消耗是较大的。如果采用低能乳化，大约可节约50％的热能。低能乳化法在间歇操作中一般分为2步进行：

第1步先将部分的水相(B相)和油相分别加热到所需温度，将水相加入油相中，进行均质乳化搅拌，开始乳化体是W/O型，随着B相水的继续加入，变型成为O/W型乳化体，称为浓缩乳化体。

第2步再加入剩余的一部分未经加热而经过紫外线灭菌的去离子水(A相)进行稀释，因为浓缩乳化体的外相是水，所以乳化体的稀释能够顺利完成，此过程中，乳化体的温度下降很快，当A相加完之后，乳化体的温度能下降到50～60C。

(五)搅拌条件

乳化时搅拌愈强烈，乳化剂用量可以愈低。但乳化体颗粒大小与搅拌强度和乳化剂用量均有关系。过分的强烈搅拌对降低颗粒大小并不一定有效，而且易将空气混人。在采用中等搅拌强度时，运用转相办法可以得到细的颗粒，采用桨式或旋桨式搅拌时，应注意不使空气搅人乳化体中。一般情况是，在开始乳化时采用较高速搅拌对乳化有利，在乳化结束而进入冷却阶段后，则以中等速度或慢速搅拌有利，这样可减少混入气泡。如果是膏状产品，则搅拌到固化温度止。如果是液状产品，则一直搅拌至室温。

(六)混合速度

分散相加人的速度和机械搅拌的快慢对乳化效果十分重要，可以形成内相完全分散的良好乳化体系，也可形成乳化不好的混合乳化体系，后者主要是内相加得太快和搅拌效力差所造成。乳化操作的条件影响乳化体的稠度、粘度和乳化稳定性。研究表明，在制备O/W型乳化体时，最好的方法是在激烈的持续搅拌下将水相加入油相中，且高温混合较低温混合好。

在制备W/O型乳化体时，建议在不断搅拌下，将水相慢慢地加到油相中去，可制得内相粒子均匀、稳定性和光泽性好的乳化体。对内相浓·度较高的乳化体系，内相加入的流速应该比内相浓度较低的乳化体系为慢。采用高效的乳化设备较搅拌差的设备在乳化时流速可以快一些。(七)温度控制

制备乳化体时，除了控制搅拌条件外，还要控制温度，包括乳化时与乳化后的温度。

由于温度对乳化剂溶解性和固态油、脂、蜡的熔化等的影响，乳化时温度控制对乳化效果的影响很大。如果温度太低，乳化剂溶解度低，且固态油、脂、蜡未熔化，乳化效果差；温度太高，加热时间长，冷却时间也长，浪费能源，加长生产周期。一般常使油相温度控制高于其熔点10-15℃，而水相温度则稍高于油相温度。通常膏霜类在75～95℃条件下进行乳化。

以上是乳化护肤品的大致生产过程。

完美肌肤是每位女士的追求，如何做到真正的皮肤光滑，水分充 足。选用合适自己乳化护肤品可以让你更加美丽，看起来更年轻，与此同时自信也会倍增。

三、谢辞

在八周的化妆品工艺的学习中，我不再会自我感觉皮肤完美而忽视对自己肌肤的保养，现在我能自动少吃或者不吃会伤害皮肤的食物。好的皮肤会向大家展示你光鲜的一面，在增强自信的同时让你一天都过得舒爽。感谢王老师细心的讲解，同时那些视频也教会了我如何让自己变得好看，如何去自制化妆品，如何去打扮自己。在此，我再次感谢您让我学到了这么多美化肌肤的方法！

四、参考文献

张素霞

《芦荟凝胶原汁制备工艺的研究》

Ara Der Marderosian,金怀荣 《生物学研究与化妆品配方概论》 章苏宁 《化妆品工艺学》

裘炳毅 《化妆品化学与工艺技术大全》 吴可克 《功能性化妆品》 金其璋 《香料香精化妆品》

第四篇：焦炭塔工艺设计应考虑的几个问题

SEI第二届延迟焦化年会论文〔5〕

焦炭塔工艺设计应考虑的几个问题

中国石化工程建设公司

李出和

1.概述

延迟焦化装置的主要设备有加热炉、焦炭塔、分馏塔、放空塔、加热炉进料泵、水力除焦机械等，其中加热炉被认为是焦化装置的关键设备，而焦炭塔那么是焦化装置的核心设备。因为焦炭塔是焦化装置的反响器，加热炉、分馏塔、放空系统、冷切焦水处理系统、水力除焦系统等的设计均与之有关。虽然焦炭塔是一个空筒设备，但它的设计涉及到几乎全装置的工艺过程，因此在焦炭塔的工艺设计不仅要考虑焦炭塔的规格尺寸设计，还应考虑与之相关系统的设计。

.焦炭塔直径和高度确实定

焦炭塔的直径和高度主要取决于装置的处理量、原料性质、操作温度、操作压力和循环比。装置的处理量是决定焦炭塔大小的主要参数，焦炭塔的单塔处理量越大，要求的焦炭塔直径越大，这主要是由焦炭塔塔内的允许气速决定的。原料进入焦炭塔，在塔内适宜的压力、温度和停留时间的条件下发生裂解和缩合反响，裂解反响产生气体及轻质及中质油品，缩合反响生成焦炭并停留在塔内。在焦炭层以上为主要反响区，即泡沫层。泡沫层分轻相泡沫及重相泡沫，轻相泡沫在上部，其密度约为30～100kg/m3，重相泡沫在焦层以上，其密度约为100～700

kg/m3，泡沫层温度一般为460～480℃。热态的焦炭层高度一般高于冷态的焦炭高度。随着原料的不断进入，产生的焦炭量增加，焦炭层高度增加，泡沫层也随之连续升高。

由于泡沫层为反响区，一般不希望泡沫被油气夹带到焦炭塔出口的油气管线和分馏塔，导致管线结焦和分馏塔内结焦影响正常操作和产品质量，因此应考虑焦炭塔内油气的适宜气速，适宜气速应该是泡沫夹带的临界气速乘上一个平安系数。据资料报导，国外在焦炭塔内不注入消泡剂时，设计焦炭塔内油气气速一般为0.11～0.17m/s。在使用消泡剂时，由于泡沫层密度变大，设计焦炭塔内油气速度一般为0.12～0.21m/s。根据适宜的油气速度和焦炭塔内的实际油气流量来考虑焦炭塔的直径，为减少泡沫夹带，新设计焦炭塔建议采用低的油气速度，国内焦炭塔设计的油气速度一般低于0.10～0.15m/s。

焦炭塔内的油气体积流量和渣油进料量、原料性质、操作条件有密切的关系。在确定焦炭塔的直径以前应首先确定焦炭塔的操作条件和产品分布。渣油是以碳、氢、硫、氮、氧等为主要元素的大分子烃类，通常分为饱和烃、芳烃、胶质和沥青质，沥青质含量高及残炭值高的渣油生焦率较高，液体收率较低，同等处理量的焦炭塔内的油气体积流量小，应采用较小直径的焦炭塔，反之应采用较大直径的焦炭塔。当原料性质确定后，对焦炭塔规格影响较大的主要是循环比、反响温度和压力。循环比减少，循环油量减少，气体、汽油、柴油收率下降，焦炭塔内的油气体积流量减少，适宜采用较小直径的焦炭塔；循环比增加，循环油量增加，气体、汽油、柴油收率提高，焦炭塔内的油气体积流量增大，适宜采用较大直径的焦炭塔。提高焦化炉出口温度可增产液体产品收率，但调整的幅度是很窄的。一般情况下是根据原料性质确定最正确的操作温度，采用较高的焦化炉出口温度时可适当放大焦炭塔的直径。采用低压操作可改善焦化产品分布，在国内外已普遍认可，国内焦炭塔顶操作压力一般为0.15～0.18Mpa，国外最低的到达0.1～0.15Mpa。压力降低一般是提高蜡油的收率，但是增大了焦炭塔的气体体积流量，势必使焦炭塔的塔径加大，装置的投资增加，因此应综合设备投资、操作费用和产品分布等因素确定适宜的操作压力。

另外焦化加热炉的注汽注水量、在线清焦用汽量、四通阀及切断阀的汽封蒸汽量对焦炭塔的直径确定也有较大的影响，一般加热炉的注汽注水量按炉新鲜进料的1.0～1.5％考虑，在线清焦时应考虑减少渣油进料，增加蒸汽量，蒸汽量可按2～8/h考虑。焦炭塔底阀门的汽封一般考虑0.3～0.6t/h的蒸汽量。

在根本确定焦炭塔的直径后，根据原料性质、焦炭产率、生焦时间、泡沫层高度来确定焦炭塔的高度。焦炭产率和原料性质、操作条件有关，泡沫层高度和原料性质、反响温度及压力有关。当在焦炭塔内注入消泡剂后，泡沫层的高度减少。当单塔处理能力、原料性质和操作条件确定后，塔内的焦层高度主要确定于生焦时间。目前国内焦化装置设计的生焦时间均为24小时，国外焦化生焦时间一般为10～24小时，采用18小时的占大多数，采用短的生焦时间，可以提高焦炭塔的利用率，或者同等规模的焦炭塔的高度减少。在确定焦炭塔高度时应留有一定的平安空高，平安空高一般为塔顶切线离泡沫层顶部的距离，国内设计的焦炭塔一般平安空高3～5米，国外焦炭塔的平安空高一般为2～3米。空高越大，焦炭塔的利用率越低，但油气在塔内的沉降时间延长，对减少油气线和分馏塔内结焦有利。焦炭塔直径和高度相互补充，当装置处理量、操作条件确定后，直径增大可以适当降低高度，高度增加也可以适当减少塔径。国内在过去建设的焦炭塔的直径一般为5.4～6.4米，其高径比一般为3～4。最近建设的大直径焦炭塔的高径比一般为2～3。美国焦炭塔的高径比一般为2～3。

焦炭塔的直径和高度受到冷焦和除焦能力、设备制造、运输、吊装等的限制，直径不宜太大和太高，美国目前运行的最大焦炭塔的直径为9.14米。建议在装置处理量较大，采用一炉二塔使焦炭塔的直径和高度特别庞大时，采用缩短生焦时间或二炉四塔或三炉六塔更为适宜。

3.焦炭塔相关系统的设计

焦炭塔的相关系统主要是吹汽放空、给水冷焦及冷焦水处理、水力除焦及切焦水处理、油气预热等。焦炭塔的大小和焦炭塔的操作周期对其相关系统的设计产生较大影响，焦炭塔的大小和操作周期不同，假设到达同样的处理效果，操作自动化程度、吹入蒸汽的流量、冷焦水的流量、切焦水压力和流量、油气预热流量不会同，即其相应系统的配置有较大的差异，因此在确定焦炭塔的大小和生焦周期时应慎重考虑。采用较短的生焦时间可表达装置的设计水平，美国经常采用的是16～18小时，而国内都是采用24小时。这不仅和操作管理及工作制度有关，而且和焦炭塔的设计及配套系统设计有关，在设计焦炭塔时应分别给于考虑。

3.1

吹汽放空系统

焦炭塔停止生焦以后，未反响的渣油和反响生成的局部油气停留在焦炭塔内，假设不去除将影响焦炭的质量和增加冷焦水中的油含量。通常先少量吹入蒸汽，从焦炭塔焦层汽提轻质油品至焦化分馏塔，小吹汽的蒸汽量和焦炭塔的直径、焦炭产量、生焦时间有关，在生焦时间短，焦炭塔直径大、焦炭产量多的情况下，要使焦炭塔中的轻油充分吹出,应加大蒸汽量,但蒸汽量的增加将受到分馏塔设计的限制，一般为2～5.0t/h。小吹汽后，焦炭塔内仍然存在许多重质污油，应该用大量蒸汽进行汽提，蒸汽量一般为8～18t/h，视塔径及焦炭产量不同而定，此时再进分馏塔，将影响分馏塔的操作。因此在焦化装置设置吹汽放空系统，专门处理焦炭塔大吹汽时吹出的油汽和给水冷焦时产生的含油蒸汽。目前国内的吹汽放空系统一般设计为密闭的油吸收式放空系统，该系统是用蜡油吸收油汽中的污油，用空冷器或水冷器冷凝未被吸收的蒸汽及轻质油气，该系统不仅减少了环境污染，而且回收了大量的污油和污水。放空塔的设计和大吹汽的蒸汽流量有关，最大空塔气速以吸收油品不被蒸汽夹带为原那么，放空塔塔径根据蒸汽及油气流量和允许空塔气速确定，吸收及换热挡板根据入口蒸汽中含油量和换热量确定。国内外一般采用挡板作为吸收换热板，挡板数量为8～16层。在确定焦炭塔直径的同时应考虑放空塔直径和放空系统的冷凝冷却器的设计。大直径的焦炭塔和短的生焦时间，需要的汽提蒸汽量大，配套的放空塔及冷凝冷却器也应该加大。

3.2

给水冷焦及冷焦水处理系统

在焦炭塔拆卸塔顶底盖以前，必须把焦炭塔冷却到焦炭的自燃点以下或更低，防止翻开塔顶底盖后发生焦炭自燃和大量油汽外出影响环境。通常是向塔内通入少量的水〔约10～30t/h〕，水在塔内汽化吸热冷却焦炭，产生的蒸汽排至放空系统进行处理，再向塔内大量给水〔200～400t/h〕，使焦炭塔充满并溢流，冷却焦炭至100℃以下，然后自底部排水至冷焦水处理系统。焦炭塔的设计应考虑给水冷焦，给水冷焦的操作条件又决定着冷焦水处理系统的设计。焦炭塔直径越大，径向焦层厚度增加，塔壁处焦炭不易被冷却，另外焦炭塔体积增大，充满焦炭塔需要的一次冷却水量增加，因此冷焦水的给水量和冷却时间应适当延长。冷焦水处理系统应该考虑加大冷焦水热水和冷水的贮罐或贮水池，满足一次冷焦使用，冷焦水冷水泵和热水泵也应考虑选用大流量泵，保证能在规定的时间内充满焦炭塔。冷焦水处理系统的旋流除油器、冷却器可以考虑延长操作时间，不一定按焦炭塔塔径的增加而选用的太大。焦炭塔的给水线特别是放水线应加大直径，防止放水时间太长。在冷焦操作时，经常出现大吹汽后小给水时，焦炭未硬结塌落，导致给水不畅通，有的炼油厂采用先大给水使通道的焦炭固化，再由小给水过渡到大给水，效果比拟明显。

焦炭塔的最大操作荷重应考虑冷焦操作，因为冷焦操作时焦炭塔内充满水，水中有焦炭，焦炭的真比重大于水，最大操作荷重为水的重量加焦炭的重量。

3.3

水力除焦及冷切焦水处理

水力除焦及切焦水处理系统主要包括高压水泵、控制阀、高压胶管、钻杆、切焦器、钻机绞车、塔底盖装卸机、焦炭抓斗、切焦水沉淀池、切焦水贮水罐〔或贮水池〕等。上述设备的设计及选型应和焦炭塔的设计相配套。高压水泵的压力和流量和焦炭塔内的生焦量、焦炭塔直径、焦炭硬度和切焦时间有关，一般情况下生焦量大、切焦时间要求的短、焦炭硬、焦炭塔直径大要求的切焦水的压力和流量就大。焦炭塔直径增加，切焦水流量和压力也应加大。高压胶管、控制阀、钻杆、切焦器的设计压力应按高压水泵最高出口压力考虑，目前国产的该类设备的设计压力有32Mpa和42Mpa两种。

钻机绞车、控制阀、高压水泵、高压水切断阀等的联锁控制操作也是焦炭塔辅助系统设计的内容之一，该系统采用PLC测定钻杆位置、钻杆转速、除焦水压力、钢丝绳拉力等并显示其数值，通过程序控制实现除焦过程的平安操作。塔底盖装卸机和焦炭塔下出焦口的高度及大小有关，目前国内φ5400~φ6800的焦炭塔下出焦口为φ1600，φ8400~φ8800的焦炭塔下出焦口为φ1800。为缩短塔顶底盖的拆装时间、降低劳动强度，应逐步考虑采用自动卸盖机，国外已有成熟的技术，国内正在研究开发当中。

焦炭抓斗的大小和除焦速度有关，大直径焦炭生焦量多，同样的除焦时间，单位时间内除焦量大，抓斗应及时把除下的焦炭抓走，因此应考虑选用抓吊量大的抓斗吊车。

切焦水沉淀池的设计和切焦水的流速及停留时间相关，切焦水流量增加，到达同样的处理效果应延长停留时间，因此应考虑适当加大切焦水沉淀池或设切焦水过滤器。

切焦水贮罐是高压水泵的进料缓冲罐，其大小应满足一次切焦用水的要求，高压水泵需要的汽蚀余量〔NPSHR〕，对该罐的设计也有影响，焦炭塔直径越大，一次切焦水耗量越多，高压水泵流量越大，泵的汽蚀余量越大，因此设计切焦水贮罐时应考虑适当加大直径和增加高度。

大给水冷焦水的流量和焦炭塔直径、焦炭产量和冷焦时间有关，给水冷焦时径向的冷却速度约为：2.4米/时，当水蔓过焦层时应侵泡2小时或塔满后溢流1小时方能把φ9400塔内的焦炭冷却，在确定焦炭塔直径时应充分考虑冷焦时间和冷焦水的流量。

3.4

焦炭塔的油气预热系统

焦炭塔在切换新的进料以前，必须进行蒸汽试压和油气预热，通常预热到300℃以上。其主要目的是使塔体逐渐预热升温，防止塔体由于温差太大、疲劳寿命减少使塔体变形和防止由于巨大的塔体吸热、降低初始反响温度而产生出较软的焦炭。焦炭塔的预热时间和焦炭塔的大小及预热油气量有关，焦炭塔越大，在一定的时间内完成塔体预热需要的油气量越多。焦炭塔的油气预热是把生产塔的油气通过焦炭塔顶出口油气线引至预热塔，被冷凝冷却的油气混合物自塔底转油线进入甩油罐〔气液别离罐〕，未凝油气返回分馏塔，凝缩油的温度、流量和组成随着预热的时间进程而变化，前期温度低、含水较多，后期温度较高、油品较重。炼油厂通常把含水的凝缩油〔<120℃〕经冷却后送至污油罐，而把高温的凝缩油〔≥120℃〕直接送到分馏塔下部回炼。在焦炭塔设计时应考虑油气预热系统设备及阀门的大小。一般而言，焦炭塔直径越大，油气线上的阀门越大，甩油罐及甩油泵越大，焦炭塔的油气预热对分馏塔热平衡及物料平衡的影响也越大。油气管线上的电动环阀应可调节，平衡两路气体的压力，控制适宜的预热速度。

4.小结

焦炭塔是焦化装置的核心设备，在设计时不仅应考虑影响焦炭塔本身结构尺寸的因素，而且还应考虑焦炭塔的结构尺寸对其相关系统的影响。因此焦炭塔设计时应综合考虑原料性质，装置规模，产品分布，操作温度，操作压力，循环比，泡沫层高度，生焦时间，焦炭塔的制造、运输、安装、热处理等因素来确定合理的焦炭塔规格。水力除焦机械、吹汽放空塔、冷切焦水处理设备、油气管线阀门及甩油罐的设计与选型应和焦炭塔的设计配套，该配套系统的设计能力和设计水平也将直接影响到焦炭塔的设计，焦炭塔的设计应成套化设计。

第五篇：脱硫吸收塔除雾器标准化工艺及优点介绍

脱硫吸收塔除雾器标准化工艺及优点介绍湿法脱硫设备系统是我公司根据用户实际情况专业设计的标准化脱硫设备工艺，从而对气体进行系统的脱硫设备、再生、熔硫。脱硫设备采用物理、化学相结合，脱硫处理技术塔具有设备可长期运行、连续脱硫设备、无二次污染而且有副产品硫磺、处理气量大、脱硫设备精度高等优点，整个脱硫设备、再生、熔硫、处理工艺还有高效简单、管理方便、运行费用低等优点。

湿法脱硫设备原理

湿法脱硫设备可以归纳分为物理吸收法、化学吸收法和氧化法三种。物理和化学方法在硫化氢再处理问题，氧化法是以碱性溶液为吸收剂，并加入载氧体为催化剂，吸收H2S，并将其氧化成单质硫，湿法氧化法是把脱硫设备剂溶解在水中，液体进入设备，与气体混合，气体中的硫化氢(H2S)，与液体产生氧化反应，生成单质硫吸收硫化氢的液体有氢氧化钠、氢氧化钙、硫酸钠、硫酸亚铁等。目前，成熟的氧化脱硫设备法即采用889脱硫设备剂进行脱硫设备，在正常工艺条件下，脱硫设备效率可达99.6%以上。

分为高塔再生和再生槽再生两种配套设备，两种设备各具特点。我公司可根据用户实际情况，进行设计制造，确保达到用户实际效果需求。因工艺较复杂，材质要求较高，需要的辅助设备较多，所以设备造价较高，但有副产品，没二次污染等特点。湿法脱硫设备特点

(1)备可长期不停的运行，连续进行脱硫设备酸。

(2)用PH值来保持脱硫设备效率，运行费用低。

(3)工艺复杂需要专人值守。

(4)设备需保养。

(5)适用于气量大、硫含量高、脱硫设备精度高的气体。