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1、目录目录 摘要摘要 1 第一章第一章 项目说明项目说明 2 1 产品与原料的介绍 2 2 项目背景和发展概况 4 3 国内外市场需求及预测 6 4 生产现状及估计 7 5 销售价格分析 8 第二章第二章 工艺设计方案工艺设计方案 10 1 合成机理 10 2 生产工艺流程描述 10 3 主要设备 11 4 仓储方案 11 第三章第三章 工艺计算工艺计算 13 第一部分第一部分 反应段反应段 13 1 物料衡算 13 2 热量衡算 14 3 反应器的设备计算 20 第二部分第二部分 分离段分离段 29 4 常压精馏塔 29 4 1 物料衡算 29 4 2 热量衡算 30 4 3 设备计算 31
2、4 4 附属设备 50 5 加压精馏塔 54 5 1 物料衡算 54 5 2 热量衡算 54 5 3 设备计算 55 5 4 附属设备 72 6 减压精馏塔 75 6 1 物料衡算 75 6 2 热量衡算 75 6 3 设备计算 76 6 4 附属设备 100 第四章第四章 安全评价安全评价 104 1 安全生产 104 2 厂区安全 109 2 1 火灾爆炸事故原因多样化 109 2 2 怎样预防火灾爆炸事故 109 2 3 车间生产安全设施的配备 111 第五章第五章 环境问题分析环境问题分析 113 1 碳酸二甲酯生产过程环境现状概述 113 2 碳酸二甲酯生产过程污染物种类及其指标 1
3、13 3 三废 问题分析 116 4 总结 117 第六章第六章 项目技术经济效果评价项目技术经济效果评价 118 1 费用估算 118 2 总收益估算 121 3 项目的盈亏分析 121 4 风险敏感分析 122 5 评价的结论和建议 122 摘要摘要 精馏是多级分离过程 即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程 因此 可是混合物得到几乎完全的分离 精馏可视为由多次蒸馏演变而来的 精馏操作广泛用于分离纯化各种混合物 是化工 医药 食品等工业中尤为常 见的单元操作 化工成产中 精馏主要用于以下几种目的 1 获得馏出液塔顶的产品 2 将溶液多级分离后 收集馏出液 用于获得甲苯 氯苯等 3 脱出杂质
4、获得纯净的溶剂或半成品 如酒精提纯 进行精馏操作的设备叫做 精馏塔 精馏过程中采用连续精馏流程 原料液经预热器加热到指定温度后 送入 精馏塔的进料板 在进料板上与自塔顶上部下降的回流液体汇合后 逐板溢流 最后流入塔底再沸器中 在每层板上 回流液体与上升蒸汽互相接触 进行热 和质的传递过程 操作时 连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品 部分 汽化 产生上升蒸汽 依次通过各层塔板 塔顶蒸汽进入冷凝器中被全部冷凝 并将部分冷凝液用泵送回塔顶作为回流液体 其余部分经冷却器后被送出作为 塔顶产品 根据精馏原理可知 单有精馏塔还不能完成精馏操作 必须同时拥有塔底 再沸器和塔顶冷凝器 有时还有配原料液 预
5、热器 回流液泵等附属设备 才 能实现整个操作 本文采用甲醇氧化羰化法制碳酸二甲酯 DMC 采用填料塔 填料塔自它发明以来 已广泛地应用于化工生产的各个领域 近二十年 规整填料塔对板式塔 散装填料以及其它多种塔设备产生了巨大的冲击 在国 内外引起众多研究者的极大兴趣 在近几年的文献中 国外有大量的规整填料研 究报道 它因其高通量 低压降 操作稳定而广泛地用于气一液 液一液接触的 塔设备中 如蒸馏 吸收 萃取等诸多领域 特别是在气液接触中 已越来越多 地被采用 如已有设备通过利用规整填料来更换塔内构件 从而达到提高塔负荷 的目的 一日 但国内在这方面的研究则较少 如何设计规整填料蒸馏塔已成 为一个
6、重要的课题 它对自行设计 改进现有设备生产状况都较为重要 规整填 料种类较多 有板波纹填料 格栅填料 丝网填料等 材质有金属 塑料 陶瓷 等 即使同样的种类亦有不同的规格 它们的比表面 空隙率及几何尺寸存在 差异 这样在选择填料时 应根据体系物性 操作负荷 压降要求 同时兼顾材 料性能等 进行综合考虑 保证既经济又能正常生产 第一章第一章 项目说明项目说明 1 1 产产品品与与原原料料的的介介绍绍 1 1 1 1 碳酸二甲脂碳酸二甲脂 碳酸二甲酯 DMC 是一种重要的有机化工中间体 由于其分子结构 中含有羰基 甲基 甲氧和羰基甲氧基 因而可广泛用于羰基化 甲基 化 甲氧基化和羰基甲基化等有机合
7、成反应 用于生产聚碳酸酯 异氰 酸酯 聚氨基甲酸酯 聚碳酸酯二醇 烯丙基二甘醇碳酸酯 甲胺基甲 酸萘酯 西维因 苯甲醚 四甲基醇铵 长链烷基碳酸酯 碳酰肼 丙 二酸酯 丙二尿烷 碳酸二乙酯 三光气 呋喃唑酮 肼基甲酸甲酯 苯胺基甲酸甲酯等多种化工产品 由于DMC 无毒 可替代剧毒的光气 氯甲酸甲酯 硫酸二甲酯等作为甲基化剂或羰基化剂使用 提高生产操 作的安全性 降低环境污染 作为溶剂 DMC 可替代氟里昂 三氯乙 烷 三氯乙烯 苯 二甲苯等用于油漆涂料 清洁溶剂等 作为汽油添 加剂 DMC 可提高其辛烷值和含氧量 进而提高其抗爆性 1 此外 DMC 还可作清洁剂 表面活性剂和柔软剂的添加剂 由
8、于用途非常广泛 DMC 被誉为当今有机合成的 新基石 当前制 DMC 的主要方法是氧化羰化法 该法以 CH3OH CO 和 O2 为原料 原料价廉易得 投资少 成本低且理论上甲醇全部转化为 DMC 无其它有机物生成 受到工业界极大重视 被认为是DMC 最 有前途的生产方法 也是各大工业国家重点研究 开发的技术路线 1 21 2 草酸二甲脂草酸二甲脂 草酸二甲脂 Oxalic acide dimethyl ester 简称 DMO 化学式 分子量为 118 09 无色单斜形结晶 能溶于醇和醚 微溶于冷水 3 2 CH COO 在热水中分解 熔点 54 沸点 163 5 相对密度 1 1479 5
9、4 折光率 1 379 82 1 闪点 75 主要用于制药 农药 有机合成 纯甲醇的制 备 也用作增塑剂 一般在硫酸存在下由草酸与甲醇酯化而得 属有毒物品 且高热 明火可燃 能与氧化剂起作用 故存放在通风低温干燥处 与氧化剂 食品添加剂分开存放 1 31 3 甲醇甲醇 甲醇 Methyl alcohol 又称 木醇 或 木精 系结构最为简单的饱 和一元醇 化学式 CH3OH 分子量为 32 04 无色澄清液体 有刺激性气味 微 有乙醇样气味 易挥发 易流动 燃烧时无烟有蓝色火焰 甲醇对金属特别是 黄铜有轻微的腐蚀性 甲醇能与水 醇 醚等有机溶剂互溶 能与多种化合物 形成共沸混合物 能与多种化合
10、物形成溶剂混溶 溶解性能优于乙醇 能溶解 多种无机盐类 如碘化钠 氯化钙 硝酸铵 硫酸铜 硝酸银 氯化铵和氯化 钠等 易燃 蒸气能与空气形成爆炸极限 6 0 36 5 体积 有毒 一般误 饮 5 10ml 可致眼睛失明 密闭操作 储存于阴凉 通风的库房 可由氢与一 氧化碳的混合物在高温高压下通过催化剂合成 也可由低级烷烃氧化制得 此 外 还可从木材干馏时得到的焦木酸分出 1 41 4 COCO 一氧化碳 Carbon monoxide 化学式 CO 分子量 28 01 密度 1 250g l 冰点为 207 沸点 190 纯品为无色 无臭 无刺激性的气体 在水中的溶解度甚低 但易溶于氨水 空气
11、混合爆炸极限为 12 5 74 一氧 化碳进入人体之后会和血液中的血红蛋白结合 进而使血红蛋白不能与氧气结 合 从而引起机体组织出现缺氧 导致人体窒息死亡 因此一氧化碳具有毒性 一氧化碳是无色 无臭 无味的气体 故易于忽略而致中毒 常见于家庭居室 通风差的情况下 煤炉产生的煤气或液化气管道漏气或工业生产煤气以及矿井 中的一氧化碳吸入而致中毒 1 51 5 氧气氧气 氧气 Oxygen 化学式 O2 分子量 32 是空气的组分之一 大气中体积 分数为 20 95 无色 无臭 无味 氧气比空气重 在标准状况 0 和大气 压强 101325 帕 下密度为 1 429 克 升 能溶于水 但溶解度很小
12、在压强为 101kPa 时 氧气在约 180 摄氏度时变为淡蓝色液体 在约 218 摄氏度时变成 雪花状的淡蓝色固体 工业上氧气一般由空气分离得到 1 61 6 氯化铜氯化铜 绿色至蓝色粉末或斜方双锥体结晶 在湿空气中潮解 在干燥空气中风化 在 70 至 200 时失去水分 易溶于水 乙醇和甲醇 略溶于丙酮和乙酸乙酯 微溶于乙醚 其水溶液对石蕊呈酸性 0 2mol L 水溶液的 pH 为 3 6 相对密度 2 51 熔点约 100 有毒 有刺激性 用于颜料 木材防腐等工业 并用 作消毒剂 媒染剂 催化剂 氯化铜有毒 溶液为绿色 氯化铜稀溶液是蓝色 离子为绿色 固体为蓝色 无水氯化铜呈棕黄色 常
13、以 CuCl2 n 的形式存在 2 2 项项目目背背景景与与发发展展概概况况 碳酸二甲酯 Dimethyl Cabonate 简称DMC 常温时是一种无色透明 略有气味 微甜的液体 熔点 4 沸点90 1 密度1 069 g cm3 难溶 于水 但可以与醇 醚 酮等几乎所有的 有机溶剂混溶 DMC 在常压下和甲醇 共沸 共沸温度63 8 DMC 毒性很低 在1992 年就被欧洲列为无毒产品 是一种符合现代 清洁工艺 要求的环保型化工原料 因此DMC 的合成技术受到 了国内外化工界的广泛重视 我国化工部在 八五 和 九五 期间将其列为重点 项目 2 2 1 1 工工艺艺概概况况 DMC 的优良性
14、质和特殊分子结构决定了DMC 广泛的用途 概括如下 1 3 1 代替光气作羰基化剂 光气 Cl CO Cl 虽然反应活性较高 但是它的剧毒和高腐蚀性副 产物使其面临巨大的环保压力 因此将会逐渐被淘汰 而DMC CH3O CO OCH3 具有类似的亲核反应中心 当DMC 的羰基受到亲核攻击时 酰基 氧键断裂 形成羰基化合物 副产物为甲醇 因此DMC 可以代替 光气成为一种安全的反应试剂合成碳酸衍生物 如氨基甲酸酯类农药 聚碳酸酯 异氢酸酯等 其中聚碳酸酯将是DMC 需求量最大的领域 据 预测 2005 年 80 以上的 DMC 将用于生产聚碳酸酯 2 代替硫酸二甲酯 DMS 作甲基化剂 由于与光
15、气类似的原因 DMS CH3O SO OCH3 也面临被淘汰的压 力 而 DMC 的甲基碳受到氢核攻击时 其烷基 氧键断裂 同样生成甲 基化产品 而且使用 DMC 比 DMS 反应收率更高 工艺更简单 主要用途 包括合成有机中间体 医药产品 农药产品等 3 低毒溶剂 DMC 具有优良的溶解性能 其熔 沸点范围窄 表面张力 大 粘度 低 介质界电常数小 同时具有较高的蒸发温度和较快的蒸发速度 因 此可以作为低毒溶剂用于涂料工业和医药行业 从表1 可以看出 DMC 不仅毒性小 还具有闪点高 蒸汽压低和空气中爆炸下限高等特点 因 此是集清洁性和安全性于一身的 绿色溶剂 4 汽油添加剂 DMC 具有高
16、氧含量 分子中氧含量高达53 优良的提高辛烷值 作用 R M 2 105 无相分离 低毒和快速生物降解性等性质 使 汽油达到同等氧含量时使用的DMC 的量比甲基叔丁基醚 MTBE 少 4 5 倍 从而降低了汽车尾气中碳氢化合物 一氧化碳和甲醛的排放总量 此外还克服了常用汽油添加剂易溶于水 污染地下水源的缺点 因此 DMC 将成为替代 MTBE 的最有潜力的汽油添加剂之一 在2002 年美国化 学会会议上 我国天津大学的无污染 低成本生产汽油添加剂DMC 的 技术成为本次会议最受瞩目的三大发明之一 这说明了DMC 作为汽油 添加剂的优势已经被广泛认同 2 2 2 2 主主要要生生产产工工艺艺 1 光气法 是最早实现工业化生产 DMC 的方法 由于光气的剧毒性和工艺杂性 及其对设备的严重腐蚀性 且产品氯含量高 已经被逐步淘汰 目前国 内外基本上已没有光气法 DMC 生产装置 2 酯交换法 该工艺主要包括两步 首先是原料环氧丙烷或环氧乙烷与 CO 在一定的压力和温度下进行反应 生成粗碳酸丙烯酯或碳酸乙烯 酯 经精馏塔脱除轻组分和催化剂后得到高纯碳酸丙烯酯 碳酸乙烯 酯 第二步是碳酸丙烯酯或碳
