2014 - 化工设计--打印版

化工设计（课程设计）

题 目： 2万吨/年碳酸二甲酯的合成与精制

学生姓名： 魏安琦 学号： D01114001 院（系）：化学与化工学院 专业：化学工程与工艺 设计时间： 2014.11.18—2014.12.2 导师姓名： 程 芹 职称/学位： 讲师/博士

同组人姓名：王何玉、余琼、蒋姗姗、黄云鹤、王朝兴

目录

第1章 可行性分析.................................................................................................... 1

1.1 总论.................................................................................................................. 1

1.1.1 项目名称................................................................................................ 1 1.1.2 项目背景................................................................................................ 1 1.2 产品介绍........................................................................................................ 1 1.3 市场分析.......................................................................................................... 2

1.3.1国外......................................................................................................... 2 1.3.2国内......................................................................................................... 2 1.4 工艺技术方案.................................................................................................. 2

1.4.1技术总论................................................................................................. 2 1.4.2工艺路线介绍......................................................................................... 3 1.4.3方案比较............................................................................................... 11 1.5 设计方案的提出............................................................................................ 12 第2章 物料衡算...................................................................................................... 14

2.1总论................................................................................................................. 14 2.2 衡算方法........................................................................................................ 14 2.3 物料衡算任务................................................................................................ 15 2.4基础数据......................................................................................................... 15 2.5各流股计算..................................................................................................... 16 第3章 典型设备的工艺计算和选型........................................................................ 17

3.1 碳酸二甲酯和甲醇分离塔的工艺计算过程................................................ 17

3.1.1 工艺计算.............................................................................................. 17 3.1.2塔工艺尺寸........................................................................................... 20 3.1.3塔高的计算........................................................................................... 23 3.1.4符号归纳............................................................................................... 24 3.2 甲醇、乙二醇和催化剂分离塔的工艺计算................................................ 25

3.2.1.原料液及塔顶、塔底产品的摩尔分率............................................... 25 3.2.2 塔板数的确定...................................................................................... 25

3.2.3塔径的计算........................................................................................... 28 3.2.4塔高的计算........................................................................................... 31 3.2.4符号归纳............................................................................................... 31 3.3换热器选型..................................................................................................... 32

3.3.1概述....................................................................................................... 33 3.3.2换热器选型........................................................................................... 33 3.3.3换热器设计计算................................................................................... 34 3.3.4符号归纳............................................................................................... 40

第4章 管路布置........................................................................................................ 42

4.1概述................................................................................................................. 42 4.2 设计依据........................................................................................................ 42 4.3管道选型......................................................................................................... 42

4.3.1管径的一般要求................................................................................... 42 4.3.2管径的计算依据................................................................................... 43 4.3.3最经济管径的选定............................................................................... 43 4.3.4管壁厚度............................................................................................... 44 4.3.5工艺管道选型结果汇总....................................................................... 44

第5章 环保与安全.................................................................................................... 45

5.1噪声................................................................................................................. 45 5.2节水................................................................................................................. 45

5.2.1途径....................................................................................................... 45 5.2.2措施....................................................................................................... 45 5.3职业安全......................................................................................................... 46

5.3.1腐蚀....................................................................................................... 46 5.3.2工业毒物............................................................................................... 47

第6章 设计体会........................................................................................................ 48

第1章 可行性分析

1.1 总论 1.1.1 项目名称

2万吨/年碳酸二甲酯的合成与精制

1.1.2 项目背景

近年来,随着碳酸二甲酯生产工艺的突破,其应用领域日益广泛。作为一种清洁的有机化学试剂,碳酸二甲酯一方面可替代光气、硫酸二甲酯、氯甲烷及氯甲酸甲酯等剧毒或致癌物进行羰基化、甲基化、甲酯化及酯交换等反应生成多种重要化工产品;另一方面,以碳酸二甲酯为原料可以开发、制备多种高附加值的精细专用化学品,在医药、农药、合成材料、染料、润滑油添加剂、食品增香剂、电子化学品等领域应用广泛;第三,由于氧含量高、相容性好,可用作低毒溶剂和燃油添加剂。因此,碳酸二甲酯具有重要的应用价值和广阔的市场前景。

一方面DMC有望在诸多领域全面替代有毒光气、硫酸二甲酷(DMS)、氯甲烷及氯甲酸甲酯等剧毒或致癌物进行羰基化、甲基化、甲酯化及酯交换等反应,生成多种重要化工产品;另一方面,以DMC为原料可以开发、制备多种高附加值的精细化学品,在医药、农药、合成材料、染料、润滑油添加剂、食品增香剂、电子化学晶等领域获得广泛应用;此外,其他用途如溶剂、溶媒和汽油添加剂等也正在或即将实用化。所以,DMC被誉为21世纪有机合成的一个“新基块”,其发展将对我国的煤化工、甲醇化工、Cl化工起到巨大的推动作用。

1.2 产品介绍

碳酸二甲酯(Dimethyl Carbonate,简称DMC)是一个绿色新化学品,其毒性很低,欧洲在1992年把它列为无毒化学品。DMC分子中含有甲基、甲氧基、羰基和羰基甲氧基等基团,化学性质活泼,可以进行甲基化反应、甲氧基化反应、羰基化反应和羰基甲氧基化反应等多种反应,是一种新型的绿色有机合成中间体,同时也是溶剂和提高汽油辛烷值的添加剂。

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1.3 市场分析 1.3.1国外

DMC生产能力约为160kt/a左右，产量不足1OOkt/a;其中50%一60%用于取代剧毒的光气、硫酸二甲酯制造聚碳酸醋、西维因、苯甲醚等，20%一30%用于制造的环丙沙星等特殊用途的新产品，其余10%一20%用作溶剂。国外产能主要集中在美国、西欧、日本等。美国的产能最大，约占世界总产能的35%左右，主要用于生产呋喃哇酮;西欧主要生产呋喃哇酮及农药化学品、医药中间体和少部分聚碳酸醋;日本主要生产聚碳酸醋、农药化学品和医药中间体。

1.3.2国内

到2010年10月底，国内的DMC总产能约328kt，实际产能达到279kt，2011年有望达到470kt。

1.4 工艺技术方案 1.4.1技术总论

选择工艺时，有几条基本原则我们必须遵守。

首先，工艺必须能够稳定可靠，能够保证装置稳定运行。如果贸然采用过新的工艺进行设计，会导致大量设备、控制等方面的问题，甚至导致装置无法正常运行。因此，在选择工艺时，我们应当首先考虑具有一定应用先例，或是中试已经完成的工艺流程。

其次，工艺需要能够实现较高的对二甲苯选择性和较高的甲苯转化率。只有原料尽可能的多转化为产品，才能够创造效益，而如果仅仅选择性高，转化率较低，则会导致需要大量循环，增加设备费用和操作费用，因此在工艺的选择时，我们需要注意转化率和选择性的平衡。

再次，工艺技术方案需要具有环境友好性。工艺流程中应当尽量避免产生大量废水废渣等，至少应当有对于废物妥善处理的工段，使得其不会对环境造成影响。这不仅是企业经济效益和社会责任的体现，也符合“建设生态文明”的精神。

另外，工艺技术方案最好能够具有较低的能耗和较低的设备投资。能耗是操

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