化工工艺课程设计

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。引言01 总论21.1设计项目21.2碳酸二甲酯的性质和用途21.2.1碳酸二甲酯的性质21.2.2碳酸二甲酯的用途22碳酸二甲酯的制备方法42.1 酯交换法42.1.1碳酸乙烯酯法43.大工艺路线的比较83.1本设计所选工艺方案93.2 甲醇氧化羰基化法流程104主要设备计算和选型144.1 精馏塔的设计144.2 精馏塔设计计算154.2.1 换热器的设计15(A) 反应釜的计算与选型16(a)确定反应釜体积16(b) 反应釜选型17(d) 确定反应釜夹套材料和壁厚17(e) 确定反应釜内筒的壁厚和材料18(B) 泵的选型18(a) 泵的选型说明184.3.1 车间布置设计20资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。(A) 车间布置的基本原则204.3.2 安全与环保21(A) 安全21(B) 环保21参 考 文 献22附录 A 设备一览表26致谢32资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。引言碳酸二甲酯 ( Dimethyl carbonate, 简称为 DMC) 是无毒无公害的主要工原料和产品之一,一种新型的绿色有机合成中间体, 被称为 /21 世纪有机合成领域的新基块0。它在农药、医药、高分子合成、燃料添加剂及溶剂中均有广泛用途。由于生产和使用DMC 的过程中 , 极少产生对环境的污染 , 因此 ,DMC 已日益受到人们的重视 , 并将得到越来越广泛的应用。 DMC 是一种重要的有机合成中间体 , 其结构中含有甲基、 甲氧基、 羰基、 甲氧基羰基 , 因而具有良好的反应活性 , 能与酚、 醇、 胺、 肼、酯类化合物发生反应 , 生成许多重要的化工产品。 DMC 可代替有毒的硫酸二甲酯作甲基化剂 , 制备苯甲醚 ( 苯甲醚是重要的农药、 医药中间体 ) , 还可用作油脂工业抗氧化剂、食用香料等 ,以及生产主要用于照相印刷中作显影液的四甲基醇( TMAH)。可代替有剧毒的光气作羰基化剂, 合成如聚碳酸酯等工程材料,也可用于制造磁带、磁盘等光电子产品。另外, 由于 DVD 等高档视听产品的普及, 光盘需求量大幅提高 , 对以 DMC 为原料生产的聚碳酸酯的需求将不断增大, 因而用在此方面的 DMC用量会大幅上升。 DMC 还可用于生产烯丙基二甘醇碳酸酯( ADC) 。 ADC 是一种性能优异的热固性树脂, 可替代玻璃用于眼镜片和光电材料等新的领域,代替各种有毒溶剂 ( 苯、 甲苯 )作涂料、油漆的溶剂 ,也可代替甲基叔丁基醚作汽油添加剂。DMC 的分子量含氧高达 53 % , 且辛烷值高 , 可用作汽油添加剂 , 以增加汽油含氧量 , 提高燃烧效率 , 降低毒性尾气排放 , 这些方面都要优于 MTBE 。 DMC 还是与环境友好的绿色化合物 , 随着资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。世界各国对环境污染的日益重视, 利用 DMC 的特性及将其作为合成中间体开发绿色化工产品, 有着巨大的吸引力和市场潜力。设计 7万吨 /年碳酸二甲酯的工厂设计, 本次设计我选用甲醇氧化羰基法。经过本次实验, 我学习到了工厂设计一套生产碳酸二甲酯的工艺流程的整个过程。资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。1 总论1.1 设计项目本课题以某石油化工厂尿素和甲醇为原料 , 进行年产 70000 吨工业碳酸二甲酯装置的工业设计 , 并提交设计说明书及相关工程图纸。配管设计采用 PDSOFT 三维管道设计与管理系统辅助设计 ,年工作时间大于8700 小时。1.2 碳酸二甲酯的性质和用途1.2.1 碳酸二甲酯的性质(CH 3O)2C=O,无色液体 ,有香味。相对密度 1.065(17),熔点 -0.5,沸点 90.6。不溶于水 ,溶于许多有机溶剂 ,可混合于酸类和碱类。又称碳酸甲酯 ,简称 DMC 。无色透明液体。相对分子质量 90.08。相对密度1.0694。熔点 24。沸点 90 91、 42 (1.60 104Pa)。闪点21.7、 16.7(闭式 )。折射率 1.3687。溶于水 (20时 13.9)、 丙酮、氯仿、 甲苯 , 易溶于乙醇、 无机酸和碱溶液。化学反应性强 , 能够提供甲基化基、 羰基化基及酰基化基 ,以取代对环境有污染的光气、 硫酸二甲酯等 ,受到广泛注意。经过对它的毒性进行研究后发现 , DMC 的毒性远远小于当前常见的化工原料 ( 光气、 硫酸二甲酯 ) , 与大白鼠、 小白鼠经口致死中量 LD 50=6 40012 800 mg/kg, 与甲醇 ( LD 50=3 000mg/kg) 相比 , 应该认为是安全的。以 DMC 为原料可合成食品添剂、 抗氧化剂、 植物保护剂、 高级树脂、 燃料和药物中间体、 表面活性剂等 , 是有机合成的”新基块”。1.2.2 碳酸二甲酯的用途它可作为溶剂 ;由于本品毒性极低 ,广泛用作医药原料 ,生产呋喃唑酮 ; 农药的中间体 ,制备杀虫剂 ”西维因 ”(又称 ”胺甲萘 ”,Carbanyl)、 杀螨剂 ”呋资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。喃丹 ”,用于蔬菜、 果树、 棉花的病虫害防治 ;制备磷酸二苯酯 ,用作聚碳酸酯的原料 , 聚碳酸酯广泛用作工程塑料及光学材料 ;用作异氰酸酯的原料 ,由异氰酸酯可生产聚氨酯 ;用作生产热固性树脂烯丙基二甘醇碳酸酯 , 用作光学材料 ;用作生产对二氨基脲的原料 ,对二氨基脲是一种锅炉清洗剂;用作长链烷基碳酸酯及四甲基氢氧化铵的原料 ;制备苯甲醚、 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剂,以提高辛烷值 ;也用作其它有机合成的中间体及甲基化剂和羰基化剂。1.2.3 碳酸二甲酯的应用( A) 羰基化试剂当前 , 羰基化试剂一般都采用光气。光气(COCl 2)的反应活性较高但有剧毒 , 参加反应时易生成腐蚀反应设备的副产物, 同时严重污染环境。因此 , 随着化学工业的发展, 光气将逐渐被淘汰。DMC 具有和光气类似的亲核反应能力, 当其羰基受到亲核基团攻击时, 酰基 - - 氧键即发生断裂 , 形成羰基化合物。因此DMC 能够代替光气作高分子合成材料等的中间体, 如氨基甲酸酯、聚碳酸酯、异氰酸酯等。(B) 甲基化试剂常见的甲基化试剂硫酸二甲酯(DMS) 和 CH3Cl 不但具有毒性和腐蚀性 , 且碱用量大 , 又存在产物分离难题。用DMC 作甲基化试剂可避免生产过程中的操作危险、设备腐蚀及环境污染等问题。如用DMC代替 DMS 与苯酚反应生产农药、医药中间体的苯甲醚, 产品收率高,副产物为甲醇和CO2。(C)汽油添加剂当前已应用的汽油添加剂主要是甲基叔丁基醚 ( MTBE) 。 DMC 能够提高汽油的辛烷值和氧含量 , 使汽油达到同等氧含量时使用的 DMC 的量比 MTBE 少 4.5 倍, 从而降低了汽车尾气中碳氢化合物、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。一氧化碳和甲醛的排放总量 ; 使用 DMC 还克服了 MTBE 易溶于水、污染地下水源等缺点。另外 , 生产 DMC 工艺过程中 DMC 和CH 3OH 是共沸物 , 不需要进行分离 , 可直接掺入汽油中使用 , 这样既简化了DMC的生产工艺过程又降低生产成本。(D) 电解液碳材料阳极电池的电解液所用溶剂一般含50% 90%的DMC 。将添加 DMC 的电解液用于锂离子电池中, 电池具有高电流密度和良好的抗氧化还原性能, 而且导电性能高、电池寿命长。(E)溶剂DMC 是性能优良的溶剂, 其熔、沸点范围窄 , 表面张力大 , 粘度低 , 介电常数小 ,蒸发温度高 , 蒸发速度快。因此 , 它作为集清洁性和安全性于一体的绿色溶剂 , 可用作特种干油漆的溶剂及医药品的溶媒介质。另外 , DMC 还可用于柴油添加剂 , 合成高级润滑油的基本材料长链烷基碳酸酯 , 生产香料、 清洗剂、 农药等新型化学产品。2 碳酸二甲酯的制备方法2.1 酯交换法2.1.1 碳酸乙烯酯法1918 年 , Hood Murdock 成功地用光气与甲醇制得DMC 。反应分两步完成 , 首先由光气与甲醇反应得氯甲酸甲酯, 氯甲酸甲酯进而与甲醇反应得DMC 产品。以后DMC 的合成方法不断发展, 出现了酯交换法、 甲醇氧化羰基化法以及以甲醇和二氧化碳为原料的合成方法。C3H4O3+2CH 3OH CH 3OC(O)OCH 3+HO(CH 2)2OH该酯化反应催化剂一般为碱金属氢氧化物、醇盐或碳酸盐 , 如氧化