毕业设计--年产25000吨碳酸二甲酯生产车间工艺设计.doc
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毕业设计说明书
课题名称年产25000吨碳酸二甲酯生产车间工艺设计
英文名称TheProcessDesignofProductionWorkshopwithAnnualOutputof25000TonDimethylCarbonate
学院生物与化学工程学院
专业化学工程与工艺
65
年产25000吨碳酸二甲酯生产车间工艺设计
摘要
碳酸二甲酯(DMC)是一种重要的工业原料,被认为是新近崛起的极具发展前景的绿色化工产品,在溶剂、汽油柴油添加剂、锂离子电解液以及化学合成等领域广泛应用。
通过对几种碳酸二甲酯工业生产工艺比较,采用以氮气为保护气,甲醇气相氧化羰基化法制碳酸二甲酯工艺,该法是一种较为绿色的合成方法。
本课题进行的是年产25000吨碳酸二甲酯车间的工艺设计,主要对以氧气、甲醇、一氧化碳为原料制取碳酸二甲酯的工艺过程进行设计,并根据相关条件进行物料衡算和热量衡算。
根据工艺流程与操作条件对工序中的主要设备进行了计算与选型,设计还包括车间布置设计、经济分析、劳动保护、安全生产与“三废”处理等内容。
设计所得成果主要有设计说明书和相应的图纸,其中图纸包括车间平面布置图、带控制点的工艺流程图和主设备图。
关键词:
碳酸二甲酯;生产工艺;车间设计
Abstract
Dimethylcarbonate(DMC)isanimportantindustrialrawmaterial,isconsideredtobeverypromisingnewlyemerginggreenchemicalproducts,solvents,gasoline,dieselfueladditives,lithium-ionelectrolyte,andotherwidelyusedinchemicalsynthesis.Dimethylcarbonatebyseveralindustrialprocessesusedtocomparewithnitrogenasprotectivegas,methanolvaporphaseoxidativecarbonylationofdimethylcarbonatelegalprocess,themethodisamoregreensynthesismethod.
Thistopicistheannualoutputof25,000tonsfordimethylcarbonateplantprocessdesign,mainlywithoxygen,methanol,carbonmonoxideasrawmaterialsdimethylcarbonateprocessdesign,andinaccordancewiththerelevantconditionsofmaterialbalanceandheataccountancy.Accordingtoprocessandoperatingconditionsontheprocessofthemainequipmentforthecalculationandselection,designalsoincludesplantlayoutdesign,economicanalysis,laborprotection,safetyproductionandthe“threewastes”treatmentandsoon.Designresultsachievedmainlydesignspecificationandthecorrespondingdrawings,whichdrawingsincludeworkshopsfloorplanwithcontrolpointsandthemainequipmentflowchartdiagram.
Keyword:
DimethylCarbonate;ProductionProcess;PlantDesign
目录
摘要 1
Abstract 2
1 绪论 5
1.1 选题的意义和作用 5
1.2 碳酸二甲酯的性质及用途 5
1.2.1 DMC的物理性质和化学性质 5
1.2.2 碳酸二甲酯的用途 6
1.2.3 中国碳酸二甲酯的产量分析 6
1.3 碳酸二甲酯的生产方法及工艺简介 6
1.3.1 已工业化的工艺过程及其研究状况 6
1.3.2 碳酸二甲酯生产工艺的评述 9
1.4 计算机在设计中的应用 9
1.5 工艺选取和工艺流程简介 12
1.5.1 本设计的工艺选取 12
1.5.2 工艺流程简介 12
2 工艺计算 16
2.1 工艺参数 16
2.2 物料衡算 16
2.2.1 列管式固定床反应器的物料衡算 18
2.2.2 闪蒸罐的物料衡算 20
2.2.3 预精馏塔物料衡算 21
2.2.4 废水精馏塔的物料衡算 22
2.2.5 DMC精馏塔的物料衡算 23
2.2.6 甲缩醛精馏塔的物料衡算 24
2.3 热量衡算 25
2.3.1 原料预处理热量衡算 25
2.3.2 列管式固定床反应器的热量衡算 26
2.3.3 闪蒸罐的热量衡算 29
2.3.4 预精馏塔的热量衡算 29
2.3.5 废水精馏塔的热量衡算 31
2.3.6 DMC精馏塔热量衡算 32
2.3.7 甲缩醛精馏塔的热量衡算 33
3 列管式固定床反应器的设计 35
3.1 反应器的简介 35
3.2 反应器的分类 35
3.3 设计定义 37
3.4 反应器型式的选择 37
3.5 列管式固定床反应管的选择 37
3.5.1 床层体积的确定 37
3.5.2 确定列管式的基本尺寸 38
3.6 床层压力降的计算 38
3.7 传热面积的核算 38
3.7.1 床层对壁面给热系数的计算 38
3.7.2 总传热系数的计算 39
3.7.3 传热面积的核算 39
3.7.4 列管式固定床反应器塔径的确定 40
3.8 封头的选择 41
3.9 支座的选择 41
3.10 列管式反应器管程进出口接管公称直径的确定 41
3.10.1 管程进出口接管公称直径的确定 41
3.10.2 壳程流体进出接管公称直径的确定 42
3.11 管板与壳体、管箱、反应管的连接结构设计 42
3.11.1 壳体与管板的连接结构 42
3.11.2 管箱与管板的连接结构 42
3.11.3 反应管与管板的连接结构 43
4 其他主要设备的选型 44
4.1 换热器选型 44
4.2 泵的选型 44
4.3 塔的选型 44
4.4 设备一览表 45
5 车间布置设计 46
5.1 车间布置的基本原则和要求 46
5.1.1 基本原则 46
5.1.2 基本要求 46
5.2 车间布置的基本概况 48
5.3 厂房布置设计 49
6 公用系统和岗位定员 50
7 环境问题分析及“三废”处理 51
7.1 环境问题分析 51
7.2 “三废”分析 53
8 安全与工业卫生 56
8.1 生产安全技术管理 56
8.2 劳动保护和工业卫生 56
9 自控仪表及阀门 57
9.1 自控仪表 57
9.2 阀门 57
10 技术经济核算 58
10.1 概述 58
10.2 技术经济分析 58
10.2.1 项目总投资 58
10.2.2 产品成本和估算 59
10.2.3 利润计算 60
设计体会和收获 61
致谢 62
参考文献 63
主要技术符号说明 64
附工程图纸 65
1绪论
1.1选题的意义和作用
随着人类可持续发展战略的实施,化学工业面临着严峻的挑战。
工业化和城市化给环境带来了巨大的压力,对人类健康也造成了一定威胁。
积极研究和开发新的化学方法和技术,尽量减少使用或不使用对人类健康,生态环境有害的化学物质,“清洁生产工艺”和“绿色化学品”已成为21世纪化学工业发展的主导方向。
本设计为甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯(DMC)。
碳酸二甲酯(DMC)这种用途广泛的有机产品,既可取代光气、硫酸二甲酯等剧毒试剂,也可凭借其独特的化学性质合成许多新的衍生产品。
具有广阔的市场前景,并属于环保型绿色甲酯,受到国内外广泛关注。
其可用于制备西维因苯、甲醚、氟派酸、环丙杀星、呋喃丹等多种农药、医药产品。
还可用于制备光电子材料、粘合剂、润滑油、基衬等多种产品。
碳酸二甲酯可作为无铅汽油添加剂,将其加入油品中可提高辛烷值并降低尾气中NO和CO的排放量。
碳酸二甲酯本身无毒无味,能与其它有机物混溶。
在油漆、喷雾剂等方面有很大的市场潜力。
国内以碳酸二甲酯为原料已能生产近20种医药产品。
近年来,美国已提出用DMC逐步替代MTBE作为汽油添加剂,碳酸二甲酯被我国列入国家九五重点开发的50个精细化工产品范围。
碳酸二甲酯的发展将对我国的煤化工、甲醇化工起到巨大的推动作用。
因此,该选题有很高的研究价值和商业价值。
1.2碳酸二甲酯的性质及用途
1.2.1DMC的物理性质和化学性质
分子式:
C3H6O3(CH3O)2COCH3O-COOCH3
分子量:
90.07
碳酸二甲酯(methyl-carbonate简称DMC),在常温下为无色液体,沸点90.1℃,熔点4℃,密度1.069g/cm3,闪点(开杯)21.7℃,与水部分混溶,能于水形成共沸物。
但可以与醇、醚、酮等几乎所有的有机溶剂混溶。
折射率nD(20℃)1.3697粘度0.664mPa·s。
一分子碳酸二甲酯水解生成一分子碳酸和两分子甲醇。
碳酸乙烯酯水解生成碳酸和乙烯醇,乙烯醇不稳定金属无腐蚀性。
其分子中含有羰基、甲基、甲氧基等多种官能团,因而具有良好的反应活性。
另外,1992年DMC在欧洲通过了非毒性化学品(Nontoxicsubstance)的注册登记,属于无毒或微毒化工产品,但在储运上仍须按易燃有毒危险品对待。
碳酸二甲酯是一种无色透明液体,无毒,可燃,不溶于水,能与乙醇、乙醚等以任意比混溶。
其分子结构中含有-CO、-COOCH3、-CH3等多种官能团,化学性质非常活泼,作为有机合成中间体能与酚、醇、胺、肼、酯类化合物发生反应合成许多具有特殊性质的化合物,可广泛用于羰基化,甲基化,甲氧基化和羰基甲基化等有机合成反应。
1.2.2碳酸二甲酯的用途
碳酸二甲酯(DMC)这种用途广泛的有机产品,既可取代光气、硫酸二甲酯等剧毒试剂,也可凭借其独特的化学性质合成许多新的衍生产品。
具有广阔的市场前景,并属于环保型绿色甲酯。
受到国内外广泛关注。
其可用于制备西维因苯、甲醚、氟派酸、环丙杀星、呋喃丹等多种农药、医药产品。
还可用于制备光电子材料、粘合剂、润滑油、基衬等多种产品。
碳酸二甲酯可作为无铅汽油添加剂,将其加入油品中可提高辛烷值并降低尾气中NO和CO的排放量。
碳酸二甲酯本身无毒无味,能与其它有机物混溶。
在油漆、喷雾剂等方面有很大的市场潜力。
国内以碳酸二甲酯为原料已能生产近20种医药产品。
近年来,美国已提出用DMC逐步替代MTBE作为汽油添加剂,碳酸二甲酯被我国列入国家九五重点开发的50个精细化工产品范围。
1.2.3中国碳酸二甲酯的产量分析
碳
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