化學工藝課程設計--年產7萬噸碳酸二甲酯工藝設計

1、<p><b>　　化學工藝課程設計</b></p><p>　　題 目： 年產7萬噸碳酸二甲酯工藝設計</p><p>　　學 院: 化學與材料工程學院 </p><p>　　專 業(yè): 化學工程與工藝 </p><p>　　班 級:

2、 14化工 </p><p>　　組 長: </p><p>　　組 員: </p><p>　　指導老師: </p><p>　　完成日期:

3、 </p><p><b>　　引　　言1</b></p><p><b>　　1總論2</b></p><p><b>　　1.1設計項目2</b></p><p>　　1.2碳酸二甲酯的性質和用途2</p>

4、<p>　　1.2.1碳酸二甲酯的性質2</p><p>　　1.2.2碳酸二甲酯的用途2</p><p>　　2碳酸二甲酯的制備方法4</p><p><b>　　2.1酯交換法4</b></p><p>　　2.1.1碳酸乙烯酯法4</p><p>　　3.大工藝路線的

5、比較7</p><p>　　3.1本設計所選工藝方案8</p><p>　　3.2甲醇氧化羰基化法流程9</p><p>　　4主要設備計算和選型13</p><p>　　4.1精餾塔的設計13</p><p>　　4.2精餾塔設計計算14</p><p>　　4.2.1換熱器的設計

6、14</p><p>　　(A)反應釜的計算與選型14</p><p>　　(a)確定反應釜體積14</p><p>　　(b)反應釜選型15</p><p>　　(d)確定反應釜夾套材料和壁厚16</p><p>　　(e)確定反應釜內筒的壁厚和材料17</p><p>　　(B)

7、泵的選型17</p><p>　　(a)泵的選型說明17</p><p>　　4.3.1車間布置設計18</p><p>　　(A)車間布置的基本原則18</p><p>　　4.3.2安全與環(huán)保19</p><p><b>　　(A)安全19</b></p><p

8、><b>　　(B)環(huán)保19</b></p><p><b>　　參考文獻21</b></p><p>　　附錄A設備一覽表24</p><p><b>　　致　　謝30</b></p><p><b>　　引言</b></p>

9、<p>　　碳酸二甲酯(Dimethylcarbonate，簡稱為DMC)是無毒無公害的主要工原料和產品之一，一種新型的綠色有機合成中間體，被稱為/21世紀有機合成領域的新基塊0。它在農藥、醫(yī)藥、高分子合成、燃料添加劑及溶劑中均有廣泛用途。由于生產和使用DMC的過程中，極少產生對環(huán)境的污染，因此，DMC已日益受到人們的重視，并將得到越來越廣泛的應用。DMC是一種重要的有機合成中間體，其結構中含有甲基、甲氧基、羰基、甲氧基羰基

10、，因而具有良好的反應活性，能與酚、醇、胺、肼、酯類化合物發(fā)生反應，生成許多重要的化工產品。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，以及生產主要用于照相印刷中作顯影液的四甲基醇(TMAH)?？纱嬗袆《镜墓鈿庾黥驶瘎?，合成如聚碳酸酯等工程材料，也可用于制造磁帶、磁盤等光電子產品。另外，由于DVD等高檔視聽產品的普及，光盤需求量大幅提高，對以DMC為原料生

11、產的聚碳酸酯的需求將不斷增大，因而用在此方面的DMC用量會大幅上升。DMC還可用于生產烯丙基二甘醇碳酸酯(ADC)。ADC是一種性能優(yōu)異的熱固性</p><p><b>　　總論</b></p><p><b>　　1.1設計項目</b></p><p>　　本課題以某石油化工廠尿素和甲醇為原料，進行年產70000噸工業(yè)碳

12、酸二甲酯裝置的工業(yè)設計，并提交設計說明書及相關工程圖紙。配管設計采用PDSOFT三維管道設計與管理系統(tǒng)輔助設計，年工作時間大于8700小時。</p><p>　　1.2碳酸二甲酯的性質和用途</p><p>　　1.2.1碳酸二甲酯的性質</p><p>　　(CH3O)2C=O，無色液體，有香味。相對密度1.065(17℃)，熔點-0.5℃，沸點90.6℃。不溶于

13、水，溶于許多有機溶劑，可混合于酸類和堿類。又稱碳酸甲酯，簡稱DMC。無色透明液體。相對分子質量90.08。相對密度1.0694。熔點2～4℃。沸點90～91℃、42℃(1.60×104Pa)。閃點21.7℃、16.7℃(閉式)。折射率1.3687。溶于水(20℃時13.9)、丙酮、氯仿、甲苯，易溶于乙醇、無機酸和堿溶液?；瘜W反應性強，可以提供甲基化基、羰基化基及?；匀〈鷮Νh(huán)境有污染的光氣、硫酸二甲酯等，受到廣泛注意。通

14、過對它的毒性進行研究后發(fā)現(xiàn)，DMC的毒性遠遠小于目前常用的化工原料（光氣、硫酸二甲酯），與大白鼠、小白鼠經口致死中量LD50=6400～12800mg/kg，與甲醇（LD50=3000mg/kg）相比，應該認為是安全的。以DMC為原料可合成食品添劑、抗氧化劑、植物保護劑、高級樹脂、燃料和藥物中間體、表面活性劑等，是有機合成的“新基塊”。</p><p>　　1.2.2碳酸二甲酯的用途</p><

15、;p>　　它可作為溶劑；由于本品毒性極低，廣泛用作醫(yī)藥原料，生產呋喃唑酮；農藥的中間體，制備殺蟲劑“西維因”(又稱“胺甲萘”，Carbanyl)、殺螨劑“呋喃丹”，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學材料；用作異氰酸酯的原料，由異氰酸酯可生產聚氨酯；用作生產熱固性樹脂烯丙基二甘醇碳酸酯，用作光學材料；用作生產對二氨基脲的原料，對二氨基脲是一種鍋爐清洗劑；用作長鏈烷基碳

16、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；也用作其他有機合成的中間體及甲基化劑和羰基化劑。</p><p>　　1.2.3碳酸二甲酯的應用</p><p><b>　?。ˋ)羰基化試劑</b></p><p>　　目前，羰基化試劑一般都采用光氣。光氣(COCl2)的反應活性

17、較高，但有劇毒，參加反應時易生成腐蝕反應設備的副產物，同時嚴重污染環(huán)境。因此，隨著化學工業(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能力，當其羰基受到親核基團攻擊時，酰基--氧鍵即發(fā)生斷裂，形成羰基化合物。因此DMC可以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。</p><p><b>　　(B)甲基化試劑</b></p><p

18、>　　常用的甲基化試劑硫酸二甲酯(DMS)和CH3Cl不僅具有毒性和腐蝕性，且堿用量大，又存在產物分離難題。用DMC作甲基化試劑可避免生產過程中的操作危險、設備腐蝕及環(huán)境污染等問題。如用DMC代替DMS與苯酚反應生產農藥、醫(yī)藥中間體的苯甲醚，產品收率高，副產物為甲醇和CO2。</p><p><b>　　(C)汽油添加劑</b></p><p>　　目前已應用的

19、汽油添加劑主要是甲基叔丁基醚(MTBE)。DMC可以提高汽油的辛烷值和氧含量，使汽油達到同等氧含量時使用的DMC的量比MTBE少4.5倍，從而降低了汽車尾氣中碳氫化合物、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。此外，生產DMC工藝過程中DMC和CH3OH是共沸物，不需要進行分離，可直接摻入汽油中使用，這樣既簡化了DMC的生產工藝過程又降低生產成本。</p><p><

20、;b>　　(D)電解液</b></p><p>　　碳材料陽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，而且導電性能高、電池壽命長。</p><p><b>　　(E)溶劑</b></p><p>　　DMC是性能優(yōu)良的溶劑，其熔、沸點范圍

21、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。此外，DMC還可用于柴油添加劑，合成高級潤滑油的基本材料長鏈烷基碳酸酯，生產香料、清洗劑、農藥等新型化學產品。</p><p>　　2碳酸二甲酯的制備方法</p><p><b>　　2.1酯交換法</b></p&g

22、t;<p>　　2.1.1碳酸乙烯酯法</p><p>　　1918年，HoodMurdock成功地用光氣與甲醇制得DMC。反應分兩步完成，首先由光氣與甲醇反應得氯甲酸甲酯，氯甲酸甲酯進而與甲醇反應得DMC產品。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。</p><p>　　C3H4O3+2CH3OH→CH3OC(O)

23、OCH3+HO(CH2)2OH</p><p>　　該酯化反應催化劑通常為堿金屬氫氧化物、醇鹽或碳酸鹽，如氧化鈉、氫氧化鉀、甲醇鈉和碳酸鉀等。20世紀90年代美國Texaco公司采用二步法成功地由環(huán)氧乙烷、二氧化碳和甲醇高選擇性地聯(lián)產DMC和乙二醇，活性最佳的催化劑是由叔胺和季胺官能團作用的樹脂，但是CH3OH與DMC形成的共沸物較難分離。德國Bayer公司提出以雙功能催化劑如ZnCl2+Bu4NI由環(huán)氧乙烷、二

24、氧化碳和甲醇連續(xù)合成了DMC。我國原化工部上?；ぱ芯吭汉驼憬I(yè)大學采用碳酸乙烯酯與甲醇進行酯交換聯(lián)產DMC和乙二醇，且已有中試成果。</p><p>　　2.1.2碳酸丙烯酯法</p><p>　　浙江大學化學系和華東理工大學化學工程系都是利用碳酸丙烯酯與甲醇為原料酯交換聯(lián)產DMC和1，2-丙二醇，且在國內已經工業(yè)化，反應的轉化率和選擇性都很高，產品收率可達到95%以上，而且DMC的純

25、度達到99%以上。自從1974年，美國專利US3803201提出采用甲醇鈉作為環(huán)狀碳酸酯和甲醇的酯交換反應的催化劑，到目前為止，甲醇鈉仍然是DMC合成工藝上最常采用的催化劑。此法反應條件溫和，產品收率高，但是原料不易得到，單位體積設備生產能力低，投資較大，產品成本高。</p><p>　　2.2甲醇氧化羰基化法</p><p>　　由甲醇、一氧化碳和氧為原料直接氧化羰基合成DMC，按反應相

26、態(tài)可分為液相法、氣相法和常壓非均相法。甲醇氧化羰基化合成法工藝先進，操作連續(xù)且簡便，對環(huán)境污染較小，被認為是相當有前途的DMC合成工藝，目前國內外競相開發(fā)此合成藝。</p><p><b>　　2.2.1液相法</b></p><p>　　意大利的Romano等對液相工藝研究做了很多工作，當以銅的化合物作為催化劑進研究時發(fā)現(xiàn)，CuCl2活性最好，DMC的收率最高，反應

27、中可避免二甲醚和氯甲烷副產物的生成，從而使甲醇對DMC的選擇性接近100%。1992年Daniele等又提出以二乙酰丙酮鈷作為新的催化劑用于甲醇的氧化羰基化合成DMC。由意大利EnichemSyethetic公司1983年首次將液相工藝實現(xiàn)工業(yè)化，目前規(guī)模已達到1.2萬t/a該方法中將CuCl2催化劑置于淤漿反應器中，反應溫度120～130℃，壓力2～3MPa，以CH3OH計DMC選擇性大于98%，反應過程中氧濃度始終控制在爆炸極限以下

28、[10]。日本三菱公司采用甲醇溶液液相法建有1.5萬t/a裝置，我國湖北興發(fā)化工集團采用國內開發(fā)的甲醇液相氧化羰基化法技術，建有4000t/aDMC生產裝置Taxaco公司開發(fā)的DMC生產工藝是采用甲氧基氯化銅為催化劑。當以丙酰胺為助溶劑時，在90℃，1.0MPa條件下反應，可以提高產率，同時使產品易于分離，從而降低了成本。如添加磷酰胺為助溶劑時，可進一步提高DMC的產量。國內原化工部西化工研究院上世紀80年代中期進行了液相氧</

29、p><p><b>　　2.2.2氣相法</b></p><p>　　1986年美國DOW化學公司開發(fā)了甲醇氣相氧化羰基化法技術，該技術采用浸漬過氧化銅和吡啶絡合物的活性炭作催化劑，并加入氯化鉀、氯化鎂和氯化鑭等助催化劑，含甲醇、CO和O2的氣態(tài)物流在通過裝填該催化劑的固定床反應器，在100～150℃，3MPa條件下合成DMC。氣相法避免了催化劑對設備的腐蝕，工藝簡單，是

30、極有發(fā)展前途的方法。該合成工藝的關鍵是高效催化劑的開發(fā)，尤其是提高DMC對CO的選擇性。</p><p>　　2.2.3宇部常壓氣相法</p><p>　　日本宇部興產公司在長期研究羰基合成草酸及草酸二甲酯的基礎上，從改進催化劑著手成功開發(fā)了低壓氣相羰基合成DMC技術。該公司1992年建成一套生產能力3000t/a的工業(yè)化裝置，并將擴建到年產3～5萬t的大型工業(yè)化裝置。該法以鈀為催化劑，以

31、亞硝酸甲酯為反應中間體，反應分兩步進行，反應溫度110～130℃，壓力0.2～0.5MPa?；瘜W反應式如下:</p><p>　　2CH3OH+2NO+1/2O2→CH3ONO+H2O</p><p>　　CO+2CH3ONO→CH3OC(O)OCH3+2NO</p><p>　　該法優(yōu)點是兩步反應分別在兩個反應器中進行，這樣避免了由于甲醇及水的作用而導致催化劑失活

32、，同時避免了甲醇和碳酸二甲酯以及水和碳酸二甲酯兩種共沸物生成從而減小了分離的困難，該工藝的一個缺點是生成亞硝酸甲酯的反應是快速強放熱反應，反應物的3個組分易發(fā)生爆炸，且引入了有毒的NO，但總體來說，該技術還是有希望成為合成DMC的主要工業(yè)方法。浙江大學和中科院福州物質結構所首先開發(fā)用亞硝酸甲酯作循環(huán)劑，采用Pd/C催化劑(添加助催化劑)，由CO、O2和甲醇在常壓、70～120℃條件下合成DMC。華東理工大學與齊魯石化公司研究院合作，開展

33、了氣相合成DMC的研究，目前該校正準備進行中試。近年來，天津大學、河北工業(yè)大學[和復旦大學都進行了CO氣相合成DMC的研究開發(fā)工作，在負載型催化劑方面做了大量的基礎研究工作。</p><p><b>　　2.3其它合成方法</b></p><p>　　2.3.1甲醇與CO2合成法</p><p>　　該方法原料便宜易得，CO2是工業(yè)中的主要排放

34、物，也是引起全球溫室效應的氣體，更是一種潛在的碳源。因此，從經濟和環(huán)保角度看，開發(fā)前景較好。但該反應屬于平衡反應，平衡偏向左側，因此如提高轉化率是其研究的關鍵。</p><p>　　2.3.2尿素醇解法</p><p>　　由尿素和甲醇合成DMC是20世紀90年代后期研究開發(fā)的工藝路線，其反應原理如下:</p><p>　　2CH3OH+(NH2)2CO→CH3OC

35、(O)OCH3+2NH3</p><p>　　尿素與甲醇催化合成DMC反應分兩步進行，首先是尿素與甲醇反應生成氨基甲酸甲酯，然后氨基甲酸甲酯再與甲醇催化反應生成DMC。對于該工藝而言，產物DMC的收率受到化學平衡的嚴重限制，目前從事此工藝的研究者主要以開發(fā)高效催化劑為突破口，已開發(fā)出多種不同類型的催化劑。</p><p>　　3.大工藝路線的比較</p><p>　

36、　表1幾種合成碳酸二甲酯技術路線優(yōu)缺點的比較</p><p>　　Table1ComparisonofroutesforsynthesisofDMC</p><p>　　3.1本設計所選工藝方案</p><p>　　1983年意大利EniChem公司首先報道了液相氧化羰基化法合成DMC，并于1988年實現(xiàn)了工業(yè)化生產。反應分兩步進行，反應式如下：</p>

37、<p>　　2CH3OH+1/2O2+2CuCl→2Cu(OCH3)Cl+H2O</p><p>　　CO+2Cu(OCH3)Cl→(CH3O)2CO+2CuCl</p><p>　　該工藝以CuCl為催化劑，甲醇既為反應物又是溶劑。反應條件：120-13℃，2-3MPa。</p><p>　　3.2甲醇氧化羰基化法流程</p><

38、p>　　反應是在一組（3個）裝有甲醇液體的連續(xù)攪拌的罐式反應器中進行的，操作溫度約100℃、壓力25MPa。氧和一氧化碳被壓縮到反應壓力后鼓泡進入第一級反應器的液體中。從下游產物分離回收的催化劑（以新鮮和循環(huán)甲醇的泥漿形式）又送到該反應器。氧只是部分送入該反應器，而一氧化碳則是以整個反應所需的量全部送入。未轉化的一氧化碳與蒸發(fā)出的液體和少量氧一起從反應器的上部被釋放后送到第二級反應器，反應液靠重力流入反應器。補充的氧以反應所需的量

39、添加到第二反應器中，這一程序一直延續(xù)到送入第一反應器的甲醇又30%轉化成碳酸二甲酯。由于氧以這種方式送入，各級反應器的上部排出氣均保持在爆炸極限以下，反應速率完全用添加氧的速率來控制，其他所有的參數(shù)均是恒定的。</p><p>　　另外，在該反應體系中，所有反應器的副反應大都減到最少，一氧化碳氧化成二氧化碳的反應也降低了（這和水濃度有關）。按一氧化碳計，碳酸二甲酯總選擇性為90%，一氧化碳的單程轉化率約67%。整

40、個液體的停留時間是4h。反應器中只有少量液體氣化到一氧化碳氣流中。通過反應器外部換熱器的循環(huán)液流動移出反應熱。由于采用CuCl作催化劑，反應過程中有HCl生成，整個反應器和催化劑處理系統(tǒng)需要用抗腐蝕結構材料。</p><p>　　最后一級反應器上的部分氣體被送到冷卻器和分離罐，冷夜和夾帶來的液體在分離罐分離后返回反應器。氣體被送到一個小的洗滌器與堿性溶液接觸后去副產物二氧化碳，然后將來自該洗滌器的全部氣體通過循環(huán)

41、壓縮機返回到第一反應器。第三反應器的流出液進入閃蒸罐被閃蒸到0.1MPa并釋放出溶解的氣體，將是釋放氣升壓返回到另一臺壓縮機的氣體循環(huán)回路中。而液體則進入兩個平衡過濾器中的一個以分離出催化劑，截留在過濾器中的催化劑用甲醇沖洗出去（用該工序潔凈的甲醇原料），收集到罐中，返回第一反應器。</p><p>　　無催化劑的液體送去萃取蒸餾回收系統(tǒng)。萃取塔常壓操作。冷凝后將塔頂流出物碳酸二甲酯產物抽送到碳酸二甲酯塔。送到萃

42、取蒸餾塔頂部的水量大約是碳酸二甲酯的10倍，塔底產物基本上是含15%甲醇的水，來自萃取塔上部的碳酸二甲酯送到碳酸二甲酯塔。冷凝的塔底產物注入有機相，然后分餾，而含有少量有機物的水相送去廢水處理。在接近塔底的側邊抽出碳酸二甲酯產物并貯存。少量重餾分從塔底抽出作殘渣處理。來自萃取蒸餾塔底的甲醇溶液送到甲醇回收塔，塔頂甲醇返回反應部分，而塔底水則去廢水處理。</p><p>　　甲醇液相氧化羰基化工藝，避免了使用劇毒的

43、光氣，而采用甲醇、一氧化碳和氧氣一步法直接合成碳酸二甲酯。該工藝的成功開發(fā)極大地促進了DMC的工業(yè)化進程，但是在實際生產過程中也存在一些問題。該反應以氯化亞銅或氯化銅為主催化劑，在反應生成的水條件下，游離氯不僅影響催化劑的壽命和活性同時對設備的腐蝕嚴重，產品中氯離子難于去除，影響了產品的質量。反應需在高壓條件下進行，設備投資較大，而且甲醇的單程轉化率相對較低。</p><p>　　美國DOW化學公司CurnutG

44、L等人提出以甲醇、O2和CO為原料，通過活性炭負載金屬Cu和Pd等氯化物催化劑的直接氣相氧化羰基化法合成DMC的工藝。反應條件為：溫度110～125℃，壓力1.5～2.5MPa。將體積比為65：25：10的CO，CH3OH和O2混合氣體通過反應器，碳酸二甲酯的生成速率為0.1L/(h·L)，選擇性為65％。近年來對氣相法的研究較多，王飛燕等進行了氣相連續(xù)工藝實驗，當銅基催化劑濃度為0.32g/mL，原料氣CO與氧氣摩爾比為2：

45、1，CO流量為400mL/min，O2流量為200mL/min，溫度為368K，反應壓力2.8MPa時，甲醇轉化率達54.7％，DMC選擇性達93.1％。與液相法相比直接氣相法工藝簡單，環(huán)境污染小，避免了催化劑等介質對反應器的腐蝕，產品易于分離。但是由于該法在反應過程中仍有水和CO2生成，導致DMC產率低且催化劑容易失活。此外，由于在反應過程中同時引入CO和O2，所以在操作過程中有潛在的爆炸危險。針對液相法游離氯對設備的腐蝕和氣相法產物

46、CO2影響催化劑活性和產品質量的問題，日本Ube公司于1992年開發(fā)了氣相間接法DMC的新工藝。該</p><p>　　2NO+2CH3OH+1/2O2→2CH3ONO+H2O</p><p>　　CO+2CH3ONO→CO(OCH3)2+2NO</p><p>　　反應在接近常壓下進行，降低了設備投資，原料氣中水的含量可降低到1000ppm以下，減少了副反應發(fā)生，

47、避免了甲醇-水-DMC之間形成共沸物而難以分離。該工藝的缺陷則在于引入了劇毒的NO并且第一步反應強烈放熱，若不及時移走熱量容易發(fā)生爆炸，因此Ube法的工業(yè)應用受到了極大的限制。</p><p>　　3.3生產工藝流程簡圖</p><p>　　尿素與催化劑和丙二醇在溶解釜中混合后從分段加熱式活塞流反應器上部進料，在反應區(qū)發(fā)生反應，生成的氨氣通過獨立的氣體通道上升到塔頂，去氨氣吸收塔，外來水作

48、吸收劑吸收氣體中夾帶的醇，經吸收后的氨氣去氨氣回收利用系統(tǒng)。含醇的吸收液進入精餾塔分離，塔底丙二醇不經冷卻作為循環(huán)劑回到尿素工段參與反應。分離塔頂為氨水出裝置作他用。</p><p>　　分段加熱式活塞流反應器生成的塔底混合物補充進一部分催化劑后從反應段上部進入酯交換塔，甲醇從酯交換塔反應段下部進料，反應段發(fā)生反應生成DMC后，甲醇與DMC以共沸物形式上升到塔頂，經冷凝后不凝氣去吸收塔，部分回流，另一部分經加熱后

49、以氣相從萃取塔底部進入萃取精餾塔進行精制。</p><p>　　本設計使用的萃取劑為碳酸丙烯酯，與再生塔底的碳酸丙烯酯混合后從萃取塔上段進料，與塔底部上升的蒸汽逆向接觸，共沸物中的DMC被萃取劑萃取。塔頂為純甲醇氣體，冷凝后與新鮮甲醇混合后去酯交換塔繼續(xù)反應。塔底為DMC與碳酸丙烯酯的混合物，經換熱后從萃取劑再生塔中段進料進行分離，塔頂?shù)玫紻MC高純度產品輸出裝置，塔底為碳酸丙烯酯，返回萃取塔進行循環(huán)。</

50、p><p>　　3.4帶控制點的工藝流程圖（見附錄）</p><p>　　4主要設備計算和選型</p><p><b>　　4.1精餾塔的設計</b></p><p>　　精餾塔分為板式塔和填料塔，其優(yōu)缺點各不相同，需根據(jù)實際情況而定。板式塔屬于逐級接觸式，在每一塊塔板上兩相呈均勻錯流接觸。填料塔是微分接觸式，填料塔應用也很

51、廣泛的，但是它操作范圍小，對液體負荷變化敏感，不適宜處理易聚合或者含有固體懸浮物的物料，填料塔涉及液體均布問題在氣液接觸需冷卻時會使結構復雜。</p><p>　　通常板式塔的設計資料更易得到，而且更可靠。填料塔更適合塔徑不是很大，腐蝕性物系，而且適合真空操作。由于該操作中有微量尿素，在停車操作中易結晶，所以我們選用板式塔。</p><p>　　板式精餾塔設計型計算就是在給定生產任務的情況

52、下確定塔板數(shù)。先由全塔物料橫算確定操作回流比，再將再沸器看做一塊理論板，確定提餾段操作線方程，由相平衡關系求出再沸器液體組成，最后進行逐板法或圖解法計算該塔理論板數(shù)。</p><p>　　4.2精餾塔設計計算</p><p>　　4.2.1換熱器的設計</p><p>　　本設計主要采取間壁式換熱器。間壁式換熱器的冷、熱流體被固體間壁隔開，并通過間壁進行熱量交換的換

53、熱器，因此又稱表面式換熱器，這類換熱器應用最廣，其分類見下表。間壁式換熱器根據(jù)傳熱面的結構不同可分為管式、板面式和其他型式。管式換熱器以管子表面作為傳熱面，包括蛇管式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器等；板面式換熱器以板面作為傳熱面，包括板式換熱器、螺旋板換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板換熱器等；其他型式換熱器是為滿足某些特殊要求而設計的換熱器，如刮面式換熱器、轉盤式換熱器和空氣冷卻器等。</p><p>

54、;　　(A)反應釜的計算與選型</p><p>　　(a)確定反應釜體積</p><p>　　根據(jù)DMC設計產量70000t/a，選定原料總進料體積流量為：</p><p>　　估算得到反應器的總體積為</p><p><b>　　每一個反應器體積為</b></p><p>　　設反應器的直徑為D

55、，反應器高度為H，則長徑比</p><p>　　一般=1～3，綜合考慮單位體積內傳熱面積，反應停留時間，加工難度以及設備費用等因素，選定=2，對于有氣體參加的反應可以獲得相當較大的比傳熱面積，減少返混現(xiàn)象，而且停留時間可以保證，設備費用在允許范圍之內。</p><p><b>　　則單臺反應器體積為</b></p><p><b>　

56、　①</b></p><p><b>　?、?lt;/b></p><p>　　由，帶入①、②可得，，經圓整后，查閱相關國家標準HG21607-96，取，反應器高度。</p><p>　　查閱相關行業(yè)標準HG21607-96《異形筒體和封頭》，查得封頭的公稱直徑為2400mm，選用淺蝶形封頭TH，厚度30mm，參數(shù)與TH一致，封頭上方安裝

57、有安全閥。</p><p>　　則單臺反應器的實際體積為</p><p>　　實際運行時反應器的總體積為</p><p><b>　　(b)反應釜選型</b></p><p>　　操作溫度120℃，操作壓力0.7MPa，可見反應中物料體積變化不大，可取釜內液體V=8.17m3，取其占塔釜體積的0.7，即裝填系數(shù)為0.7則

58、</p><p>　　V=8.17/0.7=11.67m3</p><p><b>　　H==2.193m</b></p><p>　　根據(jù)國標150-1998材料選用低合金鋼16MnR，由于所用催化劑為固體，所以選用固液相攪拌釜式反應器。</p><p>　　選用封頭內徑d=2400mm，即槽徑T為2400mm，則高度

59、=2.58m，圓整取為2600mm，液層高度</p><p>　　則高徑比為2580/2400=1.075，在1-6之間，滿足攪拌釜的要求。</p><p>　　(c)確定反應釜夾套的直徑和高度</p><p>　　D=d+100=2500mm(符合壓力容器公稱直徑要求</p><p>　　圓整取為2200mm</p><

60、p>　　則400mm，這樣便于筒體法蘭螺栓的裝拆</p><p><b>　　驗算夾套傳熱面積</b></p><p>　　149.8℃到140.4℃35.8kw160r/min即夾套傳熱面積符合要求</p><p>　　所需換熱面積的算法：熱負荷為35.8kw，另一流股的溫度變化為149.8℃到140.4℃，取傳熱系數(shù)K=200W/(m

61、2·℃)，則</p><p>　　(d)確定反應釜夾套材料和壁厚</p><p>　　夾套選取Q235-A的材質，可以知道板厚在4.5-16mm，設計溫度在150℃時Q235-A的許用應力[]=113MPa，因為有夾套有安全閥，所以P=1.1P那么P=0.77MPa，因為內部夾套無法探傷，故取=0.60，根據(jù)夾套的單板厚度負偏差C=0.6mm，單面腐蝕取腐蝕余量C=1.0mm。&

62、lt;/p><p>　　夾套的壁厚計算如下：</p><p>　　t==15.90mm</p><p>　　標準橢圓形夾套封頭的壁厚為：</p><p>　　t==15.84mm</p><p>　　圓整至鋼板規(guī)定尺寸，并查閱封頭標準，選取夾套的筒體和封頭壁厚均為16mm。</p><p>　　(e

63、)確定反應釜內筒的壁厚和材料</p><p>　　依題意可初步選取筒體厚度16mm，并取C=0.8mm，C=2.0mm</p><p>　　筒體有效壁厚為t=16-2.8=13.2mm</p><p>　　D=2500+2×16=2532mm</p><p>　　L≈=2200+25+350/3≈2342mm</p>

64、<p>　　L/D=2342/2532=0.925，由D/t和L/D</p><p><b>　　查表B=92MPa</b></p><p>　　則[p]==0.8MPa>0.77MPa</p><p>　　因為計算的[P]＞P且比較接近，所以筒體厚度可選為16mm</p><p><b>　　

65、(B)泵的選型</b></p><p><b>　　(a)泵的選型說明</b></p><p>　　1．滿足流量、揚程、壓力、溫度、汽蝕余量的工藝參數(shù)要求。</p><p>　　2．滿足輸送介質特性：</p><p>　　（1）對輸送易燃、易爆、有毒或貴重介質的泵，要求軸封可靠或采用無泄漏</p>

66、<p>　　泵，如屏蔽泵、磁力驅動泵、隔膜泵等。</p><p>　　（2）對輸送腐蝕性介質的泵，要求過流部件采用耐腐蝕材料。</p><p>　　（3）對輸送含固體顆粒介質的泵，要求過流部件采用耐磨材料，必要時軸封應采用清潔液體沖洗。</p><p>　　3．必須滿足現(xiàn)場安裝的要求</p><p>　?。?）對安裝在有腐蝕性氣

67、體存在的場合的泵，要求采取防大氣腐蝕的措施。</p><p>　?。?）對安裝在室外環(huán)境溫度低于-20℃以下的泵，要求考慮泵的冷脆現(xiàn)象，采用耐低溫材料。</p><p>　　（3）對安裝在爆炸區(qū)域的泵，應根據(jù)爆炸區(qū)域等級，采用防暴電動機。</p><p>　　4．確定泵的型號和制造廠時，應綜合考慮泵的性能、能耗、可靠性、價格和制</p><p&g

68、t;<b>　　造規(guī)范等因素。</b></p><p>　　(b)離心泵的設計計算及選型</p><p>　　以甲醇醇溶液進料泵P101為例，下面進行離心泵的設計計算及選型。</p><p>　　磁力泵是化工流程中杜絕跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，消除環(huán)境污染，創(chuàng)造“無泄漏車間”、“無泄漏工廠”，實現(xiàn)安全、文明生產的理想用泵。廣泛應用于石油、化工、制藥、

69、印染、電鍍、食品、環(huán)保等企業(yè)的生產流程中輸送不含鐵屑雜質的腐蝕性液體，尤其適用于易燃、易爆、易揮發(fā)、有毒和貴重液體的輸送。</p><p><b>　　1.泵的類型選取</b></p><p>　　結合甲醇醇性質，選用磁力泵。</p><p><b>　　2.壓頭的設計計算</b></p><p>

70、　　經過物料恒算，得到離心泵的相關數(shù)據(jù)：</p><p>　　液體為純（或濃度較高）的甲醇醇溶液，流量Q=105m3/h；離心泵將溶液輸送到11.0m高的反應器頂部，出口壓力0.1Mpa。</p><p><b>　　3.泵型號選取</b></p><p>　　結合流量以及揚程選擇型號為MPH-401CV5-D的磁力泵，標準輸出流量為120m3

71、/h，揚程為18m。</p><p><b>　　4.3其他設計說明</b></p><p>　　4.3.1車間布置設計</p><p>　　車間布置設計是完成設備工藝設計和初步設計工藝流程之后的設計內容。車間布置設計是對車間建筑物等設施配置的安排做出合理的布局。車間布置設計開始，設計進入各專業(yè)間共同協(xié)作階段，工藝專業(yè)在此階段除工藝設計本身外，

72、還需要了解和考慮總圖、土建、設備、儀表、電氣、供排水等專業(yè)及機械、安裝、操作等各方面的要求</p><p>　　(A)車間布置的基本原則</p><p>　　合理的生產車間布置應做到：經濟合理，節(jié)約投資，操作維修方便安全，設備排列簡潔、緊湊、整齊、美觀。要做到上述各點必須充分與正確地利用有關的國家標準與設計規(guī)范，特別是人們已積累的經驗。</p><p>　　車間布置

73、設計的原則有以下幾點：</p><p>　　(1)最大限度地滿足工藝生產包括設備維修的要求；</p><p>　　(2)有效地利用車間建筑面積(包括空間)和土地；</p><p>　　(3)要為車間的技術經濟指標、先進合理以及節(jié)能等要求創(chuàng)造條件；</p><p>　　(4)考慮其他專業(yè)對本車間布置的要求；</p><p&g

74、t;　　(5)要考慮車間的發(fā)展和廠房的擴建；</p><p>　　(6)車間中所采取的勞動保護、防腐防火、防毒、防爆及安全衛(wèi)生等措施是否符合要求；</p><p>　　(7)本車間與其他車間在總平面圖上的位置合理，力求使它們之間輸送管路最短，聯(lián)系最方便；</p><p>　　(8)考慮建廠地區(qū)的氣象、地質、水文等條件；</p><p>　　(

75、9)人流、物流不能交錯。</p><p>　　4.3.2安全與環(huán)保</p><p><b>　　(A)安全</b></p><p>　　為保證化工生產順利進行，同時滿足生產工藝和熱體生理要求，在冬季采用集中采暖方式調節(jié)生產車間及生活場所室內的溫度。同時，為了使工作環(huán)境的空氣達到并保持適宜的溫度、濕度計衛(wèi)生要求，并能保證操作人員所需的正常環(huán)境衛(wèi)生

76、條件，因此在有余熱、余溫、有害氣體及蒸汽、封塵車間或房間采取通風措施</p><p><b>　　(B)環(huán)保</b></p><p>　　(a)主要污染源的處理</p><p><b>　?。?）廢氣</b></p><p>　　本工藝中出現(xiàn)的主要氣體為氨氣，工藝中產生的氨氣經過處理后直接用管道輸送

77、到總廠進行合成尿素處理。因此，要對整個工藝流程裝置中最有可能發(fā)生泄露或泄壓的地方(例反應器安全閥，提純塔等等)，對其進行封閉處理。提純工段產生的少量氣體也進行焚燒處理，由于是低分子有機物燃燒，最終只會產生少量的二氧化碳和水，不會對大氣環(huán)境造成太大污染。</p><p><b>　?。?）廢水</b></p><p>　?、俨捎缅仩t廢水處理裝置，是這部分的廢水閉路循環(huán)不

78、外排。</p><p>　?、诓捎醚h(huán)冷卻水裝置，并在工藝中T級利用，實現(xiàn)清潔冷卻水的閉路循環(huán)。</p><p>　?、凵钆盼鬯腿胛鬯赜盟b置處理后回用。</p><p>　?、鼙竟こ滩扇U水清濁分流，分級使用，并使進入終端的廢水經終端處理后，可作為城鎮(zhèn)雜用水回收。</p><p>　?、輰θ珡S排放口實行在線監(jiān)測，增強了環(huán)境保護的監(jiān)測手

79、段。</p><p>　　本項目實施后可實現(xiàn)生產污水基本達到零排放，生活污水經過處理后將排放量降到最低，因此不會對當?shù)厮w環(huán)境造成大的影響。</p><p><b>　　（3)噪聲控制</b></p><p>　　本工程對產生強噪聲源的設備，設置減震裝置，并置于單獨的隔音間內；對個別噪聲大的場所的操作人員采取個人防護措施等。并且，保持設備處于良

80、好的運轉狀態(tài)，因設備運轉不正常時噪聲往往增大，要經常進行保養(yǎng)，加潤滑油，減小摩擦，降低噪聲。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]閡恩澤，傅軍．綠色化工技術的進展[J]．化工進展，1999，3：5-9</p><p>　　[2]張雪嬌，程永清．化工生產中“綠色原料”—碳酸二甲酷的應用[J]．化學工業(yè)與工程技術

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94、gt;</p><p><b>　　反應器設備</b></p><p><b>　　容器設備</b></p><p><b>　　換熱設備</b></p><p><b>　　離心泵</b></p><p><b>　　致

95、　　謝</b></p><p>　　本課程設計在選題及進行過程中得到了盧琴芳老師的悉心指導，在設計行文過程中，盧老師多次幫助我分析思路，開拓視角，在我遇到困難無法行文時候給予我最大的支持和鼓勵。盧老師嚴謹求實的治學態(tài)度，踏實堅韌的工作精神，將使我終身受益。再多華麗的言語也顯蒼白。在此，謹向盧老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。</p><p>　　感謝課程設計以來，化環(huán)系所有老師對

96、我設計上的幫助，正是您們無私的奉獻，才使我得以順利地完成化工原理課程設計。濃濃師恩，終身不忘。</p><p>　　兩個星期的精心準備，化工原理課程設計終于到了劃句號的時候，心頭照例該如釋重負，但寫作過程中常常出現(xiàn)的輾轉反側和力不從心之感卻揮之不去。課程設計的過程并不輕松：各種壓力的時時襲擾，知識積累的尚欠火候，致使我一次次埋頭于圖書館中，一次次在深夜奮力敲打鍵盤。第一次花費如此長的時間和如此多的精力，完成一篇具

97、有一定實際價值的化工原理課程設計，其中的艱辛與困難難以訴說，但曲終幕落后留下的滋味，是值得我一生慢慢品嘗的。</p><p>　　感謝這篇課程設計所涉及到的各位學者。本文引用了多位學者的研究文獻，如果沒有各位學者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇課程設計的寫作?！　「兄x我的同學和朋友，在我寫課程設計的過程中給予了我很多你們的素材，還在課程設計的撰寫和排版的過程中提供熱情的幫助?！　∮捎谖业膶W術水平有限，