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1、课 程 设 计 说 明 书化工与制药学院课程设计说明书课题名称 6000吨/年氧化羰化制碳酸二甲酯合成工段的工艺设计 专业班级 工业催化与煤化工01 学生学号 学生姓名 学生成绩 指导教师 课题工作时间 2011.122012.01 化工与制药学院化工与制药学院课程设计任务书专业 工业催化与煤化工 班级 01 学生姓名 发题时间： 2011 年 12 月 23 日一、 课题名称6000吨/年氧化羰化制碳酸二甲酯合成工段的工艺设计指导教师：二、 设计任务1. 反应和分离工艺的确定。2. 工艺计算： 3. 安全评价4. 环境问题分析5. 项目技术经济效果评价6. 图纸（1） 全厂总平面布置图；（2
2、） 反应工段带控制点的工艺流程图；（3） 分离工段带控制点的工艺流程图（4） 反应器装配图（5） 常压精馏塔的装配图三、 设计所需技术参数1. 年工作日：300天，连续操作2. 原料纯度（质量含量）：甲醇的浓度99%，CO99%， O299%，N299%。3. 反应器温度控制在110140，反应压力控制在常压40atm，主反应为副反应为动力学方程为其中：R1，R2-主副反应反应速率，mol/(gh-1) R-气体常数 T-温度，Pi-各组分分压，MPa4. 反应进料气相组成为：甲醇20%，CO65%，O2 6%，其余为N2（以质量计）。反应甲醇转化率为20%，DMC收率为11.2%，选择性56
3、%。5过程中加热介质为饱和蒸汽，冷却介质为饱和水，冷却后反应液体温度为47。6. 催化剂性质：比表面积为1000m2/g, 颗粒密度为0.9g/cm3，孔容0.42 cm3/g，床层孔隙率0.38，催化剂直径6mm。7. 反应过程中物料损耗为2%。8. 分离过程物料损耗为0.5%。9. 分离工艺为三塔流程，DMO分离塔-减压恒沸精馏塔-加压恒沸精馏塔。10. DMO分离塔进料物料摩尔比为：甲醇: DMC:DMO=0.8:0.112:0.045；进料温度为320K，101.3KPa，塔底产品为DMO，纯度99.99%，塔底温度437K, 塔顶温度336.5K，常压操作。11. 减压精馏塔进料为D
4、MC和甲醇恒沸混合物（甲醇摩尔分率0.8），塔顶温度310K，操作压力30KPa，塔底产品为甲醇，纯度99%；加压精馏塔进料为减压精馏塔塔顶出来的恒沸物，塔顶温度为445K，操作压力800KPa，塔底产品为DMC，纯度99.5%。四、 设计说明书内容设计任务书题目名称，目录及页码第一章 项目说明第二章 工艺设计方案第三章 工艺计算 （反应段， 分离段）第四章 安全评价第五章 环境问题分析第六章 项目技术经济效果评价结语：设计体会，收获，致谢等参考文献五、 进度计划（列出完成项目设计内容、绘图等具体起始日期）2011.12.15 课程设计任务布置2011.12.16-2011.12.18 查阅资
5、料，确定工艺路线2011.12.19-2011.12.25 物料衡算和能量衡算2011.12.26-2011.1.2 设备选型和绘制主要设备图2011.1.3-2011.1.9 工艺流程图和全厂总平面布置图2011.1.10-2011.1.16 安全评价、环境问题分析、技术经济效果评价和答辩指导教师（签名）： 年 月 日 学科部（教研室）主任（签名）： 年 月 日 说明：1学生进行课程设计前，指导教师应事先填好此任务书，并正式打印、签名，经学科部（教研室）主任审核签字后，正式发给学生。设计装订时应将此任务书订在设计说明书首页。2如果设计技术参数量大，可在任务书后另设附表列出。3. 所有签名均要
6、求手签,以示负责。目录绪 论8第一章 项目说明91.1、产品与原料的介绍91.1.1原料与产品的基本性质91.1.2 DMC的用途101.2项目背景与发展概况101.2.1项目背景101.2.2主要生产工艺111.3国内外市场需求及预测121.3.1国内概况121.3.2替代光气和DMS的潜在需求121.3.3汽油添加剂领域的潜在需求121.4生产现状及估计131.4.1国外生产情况131.4.2国内生产情况131.5 销售价格分析13第二章 工艺设计方案152.1. 合成机理2152.2生产工艺流程152.3. 主要设备162.4 仓储方案162.4.1 ME的性质162.4.2 ME的储运
7、及应急处理162.4.3 DMC的性质172.4.4 DMC的储存18第三章 工艺计算19第一部分 反应段3.1物料衡算193.1.1物料衡算条件193.1.2 物料衡算基本依据193.2热量衡算213.2.1预热段能量计算223.2.2反应段能量计算233.3.反应器设计263.3.1计算反应体积263.3.2计算反应器直径303.3.3反应床层压降313.3.4 机械强度的计算和校核313.3.6管口设计333.3.7 气体分布器343.3.8 支座的设计343.3.9人孔的设计343.3.10 防火层的设计34第二部分 分离段3.4 常压精馏塔343.4.1 全塔物料衡算343.4.2
8、热量恒算353.4.3 常压精馏塔的设计353.4.4 附件的设计403.4.5 附属设备的设计463.4.5.2 储罐483.5减压精馏塔493.5.1物料衡算493.5.2热量恒算493.5.3减压精馏塔设计计算493.5.4 附属设备533.5.5 附属设备的设计573.5.5.2 储罐593.6加压精馏塔603.6.1 全塔物料衡算603.6.2 热量恒算603.6.3 加压精馏塔的设计613.6.4 附件的设计643.6.5 附属设备的设计693.7分离段总的衡算713.7.1常压精馏塔的物料衡算723.7.2 变压精馏塔的物料衡723.7.3 全塔的热量衡算73第四章 安全评价74
9、4.1.安全生产744.1.1主要毒害化学品744.2 厂区安全774.2.1火灾与爆炸的主要原因774.2.2防火防爆措施774.2.3车间生产安全设施的配备77第五章 环境问题分析785.1绪论785.2碳酸二甲酯生产过程环境现状概述795.3碳酸二甲酯生产过程污染物种类及其指标795.4 “三废”问题分析795.5“三废”治理方案80第六章 项目技术经济效果评价816.1生产成本和销售收入估算816.1.1生产总成本估算816.1.2单位成本816.1.3销售收入估算816.2 现金流量及资金运用826.3 项目评估指标856.4项目的盈亏分析856.5风险敏感分析856.6 评价的结论
10、和建议866.6.1项目在技术、经济和社会发展方面的合理性：866.6.2产品技术指标866.6.3存在问题及建议86参考文献87结语87绪 论碳酸二甲酯（Dimethyl Cabonate）简称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、
11、三氯乙烯等用于油漆涂料、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。此外，DMC还可作清洁剂、表面活性剂和柔软剂的添加剂。由于用途非常广泛，DMC被誉为当今有机合成的“新基石”。目前工业上主要采用非光气法新工艺以甲醇为原料合成DMC，这使得DMC的研究与开发也成为人们关注的热点。早期的光气法工业化生产DMC,由于光气是剧毒品，曾在第二次世界大战上用作化学武器，该法对生产安全及环境保护十分不利。近年来，国内外相继开展了非光气法合成DMC的新工艺。其中酯交换法合成法工艺路线长, 产物分离较困难生产成本较高，路线的经济性需进一步研究；氧化羰基化法以甲醇、CO和O2为原
12、料,在催化剂的作用下, 反应条件温和，催化剂的固载化有利于催化剂分离，并可减轻均相催化体系中卤离子导致的设备腐蚀，十分利于工业化生产。氧化羰基化法可直接利用初级化工原料，一步合成，具有工艺简单、原料易得无污染等特点，是极具吸引力的原子经济性德工艺路线。本次创业设计立足于目前的研究成果，首次开展了新工艺的工业设计研究。第一章 项目说明1.1、产品与原料的介绍1.1.1原料与产品的基本性质碳酸二甲酯（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
13、。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。本次设计采用氧化羰基化法，原料与产品的基本性质如下：（1）碳酸二甲脂碳酸二甲酯（Dimethyl Carbonate，简称DMC）：化学式CH3OCOOCH3，分子量为90.08，常温下为透明液体，略带香味。难溶于水，但能与醇、酮、酯等任意比混溶。DMC毒性很小，对金属基本上无腐蚀性。DMC具有酯的通性，可与水发生水解反应；可与含活泼氢基团的醇、酚、胺、酯等化合物反应；与二元醇或二元酚反应生成聚碳酸酯。DMC分子中含有羰基、甲基、甲氧基等基团，具有良好的反应性能，可代替剧毒的光气、硫酸二甲酯、氯甲烷等作为羰基化剂、甲基化剂和甲氧基化剂，成为开发一系列洁净化工工艺的新基块。（2）草酸二甲脂草酸二甲脂（Oxalic acide dimethyl ester，简称DMO）：化学式（CH3COO）2，分子量为118.09，无色单斜形结晶，能溶于醇和醚。微溶于冷水，在热水中分解。熔点54，沸点163.5，相对密度1.1479（54
