摘 要

季戊四醇油酸酯是常用的润滑油基础油之一。季戊四醇油酸酯(PETO)是一种受阻多元醇酯，由于其醇部分的β碳上的氢原子全部被烷基所取代因而具有优良的热稳定性和氧化稳定性。此外PETO还具有良好的摩擦润滑特性和优良的低温性能、黏温性能及良好的可生物降解性等，因此，在润滑油领域得到了广泛的应用。

采用直接酯化法合成季戊四醇油酸酯，使用对甲苯磺酸作为催化剂进行工艺流程设计。此次设计的目的是完成年5000吨季戊四醇油酸酯合成车间。通过查阅文献资料确定投料配比，然后进行热量衡算和物料衡算。通过衡算确定生产车间的基本布置情况、基本设备如搅拌反应釜的选型和计算。根据计算得到的数据和相应的国家标准进行图纸的绘制，包括：工艺流程图、设备装置图、和车间的平面布置图。

关键词：季戊四醇油酸酯；工艺流程；物料衡算；能量衡算；设备选型

Abstract

Pentaerythritol oleate is one of the commonly used lubricant base oils. Pentaerythritol oleate (PETO) is a hindered polyhydric alcohol ester. Since the hydrogen atom on the β carbon of the alcohol portion is replaced by an alkyl group, it has excellent thermal stability and oxidation stability. In addition, PETO also has good friction and lubrication characteristics, excellent low temperature performance, viscosity temperature performance, and good biodegradability. Therefore, PETO has been widely used in the field of lubricants.

The direct esterification method was used to synthesize pentaerythritol oleate, and the process flow was designed using p-benzenesulfonic acid as a catalyst. The purpose of this design is to complete a 5,000-ton pentaerythritol oleate synthesis workshop. Determine the input ratio by consulting the literature, and then perform heat balance and material balance. The basic layout of the production workshop, the selection and calculation of basic equipment such as stirred reactors are determined through calculation. According to the calculated data and corresponding national standards, drawings are drawn, including: process flow diagrams, equipment and device diagrams, and floor plans of the workshop.

Key words: Lubricating oil；pentaerythritol oleate；process flow；material balance； energy balance；equipment selection

目录

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2项目背景 1

1.3设计内容及思路 2

1.3.1设计的主要内容 2

1.3.2设计参考 2

第二章 生产工艺和流程选择 3

2.1产品名称 3

2.2物化性质 3

2.3合成方法简介 3

2.4合成条件的选择 4

2.5工艺流程设计 4

第三章 物料衡算 5

3.1 衡算依据 5

3.1.1基础数据 5

3.1.2设计要求 5

3.2物料衡算过程 5

第四章 能量衡算 7

4.1能量衡算基础 7

4.2酯化反应过程的能量衡算 8

第五章 主要设备的选型和计算 12

5.1 设计任务 12

5.2 设备选型原则； 12

5.3 设计依据 12

5.4反应釜釜体和夹套的设计与计算 13

5.4.1确定筒体和封头的几何尺寸 13

5.4.2确定高径比 13

5.4.3确定夹套 14

5.4.4确定夹套的材料和壁厚 14

5.4.5选择筒体的材料和确定壁厚 15

5.5水压实验及强度较核 17

5.5.1内筒体水压实验压力 17

5.5.2夹套水压实验压力 17

5.5.3内筒水压强度校核 17

5.5.4夹套水压强度校核 18

第六章 搅拌釜密封、搅拌传动装备及附属的选择 19

6.1选择釜体法兰 19

6.2搅拌轴、搅拌器及传动装置的设计 19

6.2.1选择搅拌器、搅拌轴和联轴器 19

6.2.2功率计算 19

6.2.3传动装置选型 20

6.2.4轴封装置 21

6.3容器支座的选用 21

6.3.1反应釜的总重量计算 21

6.4人孔、温度计与工艺接管选择 22

6.4.1人孔的选择 22

6.4.2温度计的选择 23

6.5工艺接管的选择 23

第七章 车间布置 24

7.1车间布置的内容 24

7.2车间布置的原则 24

7.3车间布置的设计 25

第八章 经济衡算 26

8.1成本和费用的计算 26

8.1.1经济性评价的费用参考数据 26

8.1.2原材料费用 26

8.1.3外购燃料和能量费用 26

8.1.4设备及场地投资费用 27

8.1.5工资及福利 27

8.1.6修理费 28

8.1.7其他费用 28

8.1.8成本估算总表 28

8.2销售收入和税金的估算 28

8.2.1产品收入 28

8.2.2税金的估算 29

8.3利润的计算 29

第九章 三废处理 31

9.1反应产生的废料 31

9.2废气的处理 31

9.3废渣的处理 31

结论 32

致谢 33

参考文献 34

第一章 绪论

1.1引言

本次设计工艺是合成一种重要的新戊基多元醇—季戊四醇油酸酯。季戊四醇油酸酯的有四个酯基且β位碳上没有氢原子，因此具有热氧化安定性好，蒸发损失低，润滑性能、低温性能和粘温性能好等特点，已广泛用于多个领域，如航空润滑油、汽车润滑剂、空气压缩机、抗燃液压油等^[1,2]。

1.2项目背景

润滑油在现代工业有着重要作用，在生产生活中有着不可以或缺的地位^[3]。目前，全球每年消耗3000-4000万吨润滑油制剂，它在使用过程中大部分通过挥发泄露等方式进入环境，这部分约占总体的50%，其中液压油损耗更多，它在使用过程中有着高达70％～80％的损耗。所以最终每年通过各种途径进入环境的不可回收的润滑油有2000万吨之多^[4,5]。其中我国又是世界润滑剂消费大国，我国每年的年表观消费量可达1000万吨。这些润滑剂中超过95%都是石油基润滑剂，而大多数石油基润滑剂有毒且不可再生。与此同时，产生的废润滑剂中富含S, P, C1及重金属等有毒有害元素，对环境造成了严重的污染。因此，废矿物油被我国列为危险废弃物。

植物油具有良好的润滑性、高闪点、高粘度指数和良好的抗剪切性^[6]，可以作为生产绿色润滑剂的原料，同时也减少了矿物基润滑剂的消耗，节省石油能源。季戊四醇油酸酯就是其中具有代表性的一种。与石油基的润滑油相比，季戊四醇油酸酯不仅具有石油基润滑油的优良性能：①热稳定性好，因为润滑油很多需要在高温条件下使用，所以一般要求润滑油的分解温度在 300℃以上；②低温性能优良，使得设备可以在恶劣的环境下使用；③液体范围较宽，使其具有较高的黏度系数；④在金属表面容易形成吸附作用，因为润滑油分子结构中含有很多的高活性的酯基基团，这样才能形成牢固的润滑油膜，也就具有较好的摩擦润滑特性 。同时它还满足生物可降解和可再生等绿色环保方面的要求。所以，季戊四醇油酸酯合成润滑剂有良好的发展前景^[7]。

1.3设计内容及思路

1.3.1设计的主要内容

通过查阅文献对季戊四醇油酸酯的生产工艺分析，采用油酸和季戊四醇直接酯化反应的方法，主要包括以下内容：

1. 分析，确定季戊四醇油酸酯的生产工艺路线；
2. 季戊四醇油酸酯生产项目的工艺流程设计；
3. 季戊四醇油酸酯生产项目的主要设备设计；
4. 季戊四醇油酸酯生产项目的车间设备布置设计。

1.3.2设计参考

1、《化工工艺设计手册》（上下册，第五版）；