化工工藝課程設(shè)計(jì)

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1、 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。 引 言 0 1 總論 2 1.1設(shè)計(jì)項(xiàng)目 2 1.2碳酸二甲酯的性質(zhì)和用途 2 1.2.1碳酸二甲酯的性質(zhì) 2 1.2.2碳酸二甲酯的用途 2 2碳酸二甲酯的制備方法 4 2.1 酯交換法 4 2.1.1碳酸乙烯酯法 4 3.大工藝路線的比較 8 3.1本設(shè)計(jì)所選工藝方案 9 3.2 甲醇氧化羰基化法流程 10 4主要設(shè)備計(jì)算和選型 14 4.1 精餾塔的設(shè)計(jì) 14 4.2 精餾塔設(shè)計(jì)計(jì)算 15

2、 4.2.1 換熱器的設(shè)計(jì) 15 (A) 反應(yīng)釜的計(jì)算與選型 16 (a)確定反應(yīng)釜體積 16 (b) 反應(yīng)釜選型 17 (d) 確定反應(yīng)釜夾套材料和壁厚 17 (e) 確定反應(yīng)釜內(nèi)筒的壁厚和材料 18 (B) 泵的選型 18 (a) 泵的選型說(shuō)明 18 4.3.1 車間布置設(shè)計(jì) 20 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。 (A) 車間布置的基本原則 20 4.3.2 安全與環(huán)保 21 (A) 安全 21 (B) 環(huán)保 21 參 考 文 獻(xiàn) 22 附錄

3、A 設(shè)備一覽表 26 致 謝 32 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。 引 言 碳酸二甲酯 ( Dimethyl carbonate, 簡(jiǎn)稱為 DMC) 是無(wú)毒無(wú)公害 的主要 工原料和產(chǎn)品之一 ,一種新型的綠色有機(jī)合成中間體 , 被稱為 / 21 世紀(jì)有機(jī)合成領(lǐng)域的新基塊 0。它在農(nóng)藥、 醫(yī)藥、 高分子 合成、 燃料添加劑及溶劑中均有廣泛用途。由于生產(chǎn)和使用 DMC 的過(guò)程中 , 極少產(chǎn)生對(duì)環(huán)境的污染 , 因此 ,DMC 已日益受到人們的重視 , 并將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 DM

4、C 是一種重要的有機(jī)合成中間體 , 其結(jié)構(gòu)中含有甲基、 甲氧基、 羰基、 甲氧 基羰基 , 因而具有良好的反應(yīng)活性 , 能與酚、 醇、 胺、 肼、酯類化合物發(fā)生反應(yīng) , 生成許多重要的化工產(chǎn)品。 DMC 可代替有毒的硫酸二甲酯作甲基化劑 , 制備苯甲醚 ( 苯甲醚是重要的農(nóng) 藥、 醫(yī)藥中間體 ) , 還可用作油脂工業(yè)抗氧化劑、 食用香料等 , 以及生產(chǎn)主要用于照相印刷中作顯影液的四甲基醇 ( TMAH) 。 可代替有劇毒的光氣作羰基化劑 , 合成如聚碳酸酯等工程材料 , 也可用于制造磁帶、 磁盤等光電子產(chǎn)品。另外 , 由于 DVD 等 高檔視聽(tīng)產(chǎn)品的

5、普及 , 光盤需求量大幅提高 , 對(duì)以 DMC 為原料 生產(chǎn)的聚碳酸酯的需求將不斷增大 , 因而用在此方面的 DMC 用 量會(huì)大幅上升。 DMC 還可用于生產(chǎn)烯丙基二甘醇碳酸酯 ( ADC) 。 ADC 是一種性能優(yōu)異的熱固性樹脂 , 可替代玻璃用 于眼鏡片和光電材料等新的領(lǐng)域 ,代替各種有毒溶劑 ( 苯、 甲苯 ) 作涂料、 油漆的溶劑 ,也可代替甲基叔丁基醚作汽油添加劑。 DMC 的分子量含氧高達(dá) 53 % , 且辛烷值高 , 可用作汽油添加劑 , 以增加汽油含氧量 , 提高燃燒效率 , 降低毒性尾氣排放 , 這些方面都要優(yōu)于 MT

6、BE 。 DMC 還是與環(huán)境友好的綠色化合物 , 隨著 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。 世界各國(guó)對(duì)環(huán)境污染的日益重視 , 利用 DMC 的特性及將其作為 合成中間體開發(fā)綠色化工產(chǎn)品 , 有著巨大的吸引力和市場(chǎng)潛 力。設(shè)計(jì) 7萬(wàn)噸 /年碳酸二甲酯的工廠設(shè)計(jì) , 本次設(shè)計(jì)我選用甲醇 氧化羰基法。經(jīng)過(guò)本次實(shí)驗(yàn) , 我學(xué)習(xí)到了工廠設(shè)計(jì)一套生產(chǎn)碳酸 二甲酯的工藝流程的整個(gè)過(guò)程。 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。 1 總論 1

7、.1 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 本課題以某石油化工廠尿素和甲醇為原料 , 進(jìn)行年產(chǎn) 70000 噸工業(yè)碳酸二甲酯裝置的工業(yè)設(shè)計(jì) , 并提交設(shè)計(jì)說(shuō)明書及相關(guān)工程圖紙。配管設(shè)計(jì)采用 PDSOFT 三維管道設(shè)計(jì)與管理系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì) ,年工作時(shí)間大于 8700 小時(shí)。 1.2 碳酸二甲酯的性質(zhì)和用途 1.2.1 碳酸二甲酯的性質(zhì) (CH 3O)2C=O,無(wú)色液體 ,有香味。相對(duì)密度 1.065(17℃),熔點(diǎn) -0.5℃,沸 點(diǎn) 90.6℃。不溶于水 ,溶于許多有機(jī)溶劑 ,可混合于酸類和堿類。又稱碳酸甲酯 ,簡(jiǎn)稱 DMC 。無(wú)色透明液體。相對(duì)分子質(zhì)量 90.08。相對(duì)密度 1.

8、0694。熔點(diǎn) 2～4℃。沸點(diǎn) 90～ 91℃、 42 ℃(1.60 104Pa)。閃點(diǎn) 21.7℃、 16.7℃(閉式 )。折射率 1.3687。溶于水 (20℃時(shí) 13.9)、 丙酮、氯仿、 甲苯 , 易溶于乙醇、 無(wú)機(jī)酸和堿溶液?；瘜W(xué)反應(yīng)性強(qiáng) , 能夠提供甲基化基、 羰基化基及?；?,以取代對(duì)環(huán)境有污染的光氣、 硫酸二甲酯等 ,受到廣泛注意。經(jīng)過(guò)對(duì)它的毒性進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn) , DMC 的毒性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于當(dāng)前常見(jiàn)的化工原料 ( 光氣、 硫酸二甲酯 ) , 與大白鼠、 小白鼠經(jīng)口致死中量 LD 50=6 400～12 800 mg/kg, 與甲醇 ( LD 50=3 000mg/kg)

9、相比 , 應(yīng)該認(rèn)為是安全的。以 DMC 為原料可合成食品添劑、 抗氧化劑、 植物保護(hù)劑、 高級(jí)樹脂、 燃料和藥物中間體、 表面活性劑等 , 是有機(jī)合成的”新基塊”。 1.2.2 碳酸二甲酯的用途 它可作為溶劑 ;由于本品毒性極低 ,廣泛用作醫(yī)藥原料 ,生產(chǎn)呋喃唑酮 ; 農(nóng)藥的中間體 ,制備殺蟲劑 ”西維因 ”(又稱 ”胺甲萘 ”,Carbanyl)、 殺螨劑 ”呋 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。 喃丹 ”,用于蔬菜、 果樹、 棉花的病蟲害防治 ;制備磷酸二苯酯 ,用作聚碳酸酯的原料 , 聚碳酸酯廣泛用作工程塑料及光

10、學(xué)材料 ;用作異氰酸酯的原料 ,由異氰酸酯可生產(chǎn)聚氨酯 ;用作生產(chǎn)熱固性樹脂烯丙基二甘醇碳酸酯 , 用作光學(xué)材料 ;用作生產(chǎn)對(duì)二氨基脲的原料 ,對(duì)二氨基脲是一種鍋爐清洗劑;用作長(zhǎng)鏈烷基碳酸酯及四甲基氫氧化銨的原料 ;制備苯甲醚、 香料、 N- 甲基咔唑和均二氨基脲的原料 ;本身可用作汽油添加劑 ,以提高辛烷值 ; 也用作其它有機(jī)合成的中間體及甲基化劑和羰基化劑。 1.2.3 碳酸二甲酯的應(yīng)用 ( A) 羰基化試劑 當(dāng)前 , 羰基化試劑一般都采用光氣。光氣 (COCl 2)的反應(yīng)活性較高 但有劇毒 , 參加反應(yīng)時(shí)易生成腐蝕反應(yīng)設(shè)備的副產(chǎn)物 , 同時(shí)嚴(yán)重污染

11、環(huán) 境。因此 , 隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展 , 光氣將逐漸被淘汰。 DMC 具有和光 氣類似的親核反應(yīng)能力 , 當(dāng)其羰基受到親核基團(tuán)攻擊時(shí) , ?；?- - 氧鍵 即發(fā)生斷裂 , 形成羰基化合物。因此 DMC 能夠代替光氣作高分子合 成材料等的中間體 , 如氨基甲酸酯、 聚碳酸酯、 異氰酸酯等。 (B) 甲基化試劑 常見(jiàn)的甲基化試劑硫酸二甲酯 (DMS) 和 CH3Cl 不但具有毒性和腐 蝕性 , 且堿用量大 , 又存在產(chǎn)物分離難題。用 DMC 作甲基化試劑可避 免生產(chǎn)過(guò)程中的操作危險(xiǎn)、 設(shè)備腐蝕及環(huán)境污染等問(wèn)題。如用 DMC 代替 D

12、MS 與苯酚反應(yīng)生產(chǎn)農(nóng)藥、 醫(yī)藥中間體的苯甲醚 , 產(chǎn)品收率高  ,  , 副產(chǎn)物為甲醇和 CO2。 (C)汽油添加劑 當(dāng)前已應(yīng)用的汽油添加劑主要是甲基叔丁基醚 ( MTBE) 。 DMC 能夠提高汽油的辛烷值和氧含量 , 使汽油達(dá)到同等氧含量時(shí)使用的 DMC 的量比 MTBE 少 4.5 倍, 從而降低了

13、汽車尾氣中碳?xì)浠衔铩? 資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。 一氧化碳和甲醛的排放總量 ; 使用 DMC 還克服了 MTBE 易溶于水、污染地下水源等缺點(diǎn)。另外 , 生產(chǎn) DMC 工藝過(guò)程中 DMC 和CH 3OH 是共沸物 , 不需要進(jìn)行分離 , 可直接摻入汽油中使用 , 這樣既簡(jiǎn)化了 DMC 的生產(chǎn)工藝過(guò)程又降低生產(chǎn)成本。 (D) 電解液 碳材料陽(yáng)極電池的電解液所用溶劑一般含 50%～ 90%的DMC 。將 添加 DMC 的電解液用于鋰離子電池中 , 電池具有高電流密度和良好 的抗氧化還原性能

14、 , 而且導(dǎo)電性能高、 電池壽命長(zhǎng)。 (E)溶劑 DMC 是性能優(yōu)良的溶劑 , 其熔、 沸點(diǎn)范圍窄 , 表面張力大 , 粘度 低 , 介電常數(shù)小 ,蒸發(fā)溫度高 , 蒸發(fā)速度快。因此 , 它作為集清潔性和安全性于一體的綠色溶劑 , 可用作特種干油漆的溶劑及醫(yī)藥品的溶媒介質(zhì)。另外 , DMC 還可用于柴油添加劑 , 合成高級(jí)潤(rùn)滑油的基本材料長(zhǎng)鏈烷基碳酸酯 , 生產(chǎn)香料、 清洗劑、 農(nóng)藥等新型化學(xué)產(chǎn)品。 2 碳酸二甲酯的制備方法 2.1 酯交換法 2.1.1 碳酸乙烯酯法 1918 年 , Hood Murdock 成功地用光氣與甲醇制得 DMC 。反應(yīng)分 兩步完成 , 首先由光氣與甲醇反應(yīng)得氯甲酸甲酯 , 氯甲酸甲酯進(jìn)而與甲 醇反應(yīng)得 DMC 產(chǎn)品。以后 DMC 的合成方法不斷發(fā)展 , 出現(xiàn)了酯交換 法、 甲醇氧化羰基化法以及以甲醇和二氧化碳為原料的合成方法。 C3H4O3+2CH 3OH →CH 3OC(O)OCH 3+HO(CH 2)2OH 該酯化反應(yīng)催化劑一般為堿金屬氫氧化物、 醇鹽或碳酸鹽 , 如氧化