畢業(yè)設(shè)計--年產(chǎn)25000噸碳酸二甲酯生產(chǎn)車間工藝設(shè)計

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書</p><p>　　課題名稱 年產(chǎn)25000噸碳酸二甲酯生產(chǎn)車間工藝設(shè)計</p><p>　　英文名稱 The Process Design of Production Workshop with Annual Output of 25000 Ton Dimethyl Carbonate</p><p>　　學(xué)

2、 院 生物與化學(xué)工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 化學(xué)工程與工藝 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　碳酸二甲酯（DMC）是一種重要的工業(yè)原料，被認(rèn)為是新近崛起的極具發(fā)展前景的綠色化工產(chǎn)品，在溶劑、汽油柴油添加劑、鋰離子電解液以及化學(xué)合成等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。通過對幾種碳酸二甲酯工

3、業(yè)生產(chǎn)工藝比較，采用以氮?dú)鉃楸Ｗo(hù)氣，甲醇?xì)庀嘌趸驶ㄖ铺妓岫柞スに?，該法是一種較為綠色的合成方法。</p><p>　　本課題進(jìn)行的是年產(chǎn)25000噸碳酸二甲酯車間的工藝設(shè)計，主要對以氧氣、甲醇、一氧化碳為原料制取碳酸二甲酯的工藝過程進(jìn)行設(shè)計，并根據(jù)相關(guān)條件進(jìn)行物料衡算和熱量衡算。根據(jù)工藝流程與操作條件對工序中的主要設(shè)備進(jìn)行了計算與選型，設(shè)計還包括車間布置設(shè)計、經(jīng)濟(jì)分析、勞動保護(hù)、安全生產(chǎn)與“三廢”處理等內(nèi)

4、容。設(shè)計所得成果主要有設(shè)計說明書和相應(yīng)的圖紙,其中圖紙包括車間平面布置圖、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖和主設(shè)備圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞：碳酸二甲酯；生產(chǎn)工藝；車間設(shè)計</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Dimethyl carbonate (DMC) is an important industrial

5、raw material, is considered to be very promising newly emerging green chemical products, solvents, gasoline, diesel fuel additives, lithium-ion electrolyte, and other widely used in chemical synthesis. Dimethyl carbonate

6、 by several industrial processes used to compare with nitrogen as protective gas, methanol vapor phase oxidative carbonylation of dimethyl carbonate legal process, the method is a more green synthesis method. </p>

7、<p>　　This topic is the annual output of 25,000 tons for dimethyl carbonate plant process design, mainly with oxygen, methanol, carbon monoxide as raw materials dimethyl carbonate process design, and in accordance

8、with the relevant conditions of material balance and heat accountancy. According to process and operating conditions on the process of the main equipment for the calculation and selection, design also includes plant layo

9、ut design, economic analysis, labor protection, safety production and th</p><p>　　Keyword: Dimethyl Carbonate; Production Process; Plant Design</p><p><b>　　目錄</b></p><p>

10、;<b>　　摘 要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p><b>　　1緒 論5</b></p><p>　　1.1選題的意義和作用5</p><p>　　1.2碳酸二甲酯的性質(zhì)及用途5</p><p>　　1.2.1DMC的物

11、理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)5</p><p>　　1.2.2碳酸二甲酯的用途6</p><p>　　1.2.3中國碳酸二甲酯的產(chǎn)量分析6</p><p>　　1.3碳酸二甲酯的生產(chǎn)方法及工藝簡介6</p><p>　　1.3.1已工業(yè)化的工藝過程及其研究狀況6</p><p>　　1.3.2碳酸二甲酯生產(chǎn)工藝

12、的評述9</p><p>　　1.4計算機(jī)在設(shè)計中的應(yīng)用9</p><p>　　1.5工藝選取和工藝流程簡介12</p><p>　　1.5.1本設(shè)計的工藝選取12</p><p>　　1.5.2工藝流程簡介12</p><p><b>　　2工藝計算16</b></p

13、><p>　　2.1工藝參數(shù)16</p><p>　　2.2物料衡算16</p><p>　　2.2.1列管式固定床反應(yīng)器的物料衡算18</p><p>　　2.2.2閃蒸罐的物料衡算20</p><p>　　2.2.3預(yù)精餾塔物料衡算21</p><p>　　2.2.4廢水精

14、餾塔的物料衡算22</p><p>　　2.2.5DMC精餾塔的物料衡算23</p><p>　　2.2.6甲縮醛精餾塔的物料衡算24</p><p>　　2.3熱量衡算25</p><p>　　2.3.1原料預(yù)處理熱量衡算25</p><p>　　2.3.2列管式固定床反應(yīng)器的熱量衡算26<

15、;/p><p>　　2.3.3閃蒸罐的熱量衡算29</p><p>　　2.3.4預(yù)精餾塔的熱量衡算29</p><p>　　2.3.5廢水精餾塔的熱量衡算31</p><p>　　2.3.6DMC精餾塔熱量衡算32</p><p>　　2.3.7甲縮醛精餾塔的熱量衡算33</p><

16、;p>　　3列管式固定床反應(yīng)器的設(shè)計35</p><p>　　3.1反應(yīng)器的簡介35</p><p>　　3.2反應(yīng)器的分類35</p><p>　　3.3設(shè)計定義37</p><p>　　3.4反應(yīng)器型式的選擇37</p><p>　　3.5列管式固定床反應(yīng)管的選擇37</p>

17、;<p>　　3.5.1床層體積的確定37</p><p>　　3.5.2確定列管式的基本尺寸38</p><p>　　3.6床層壓力降的計算38</p><p>　　3.7傳熱面積的核算38</p><p>　　3.7.1床層對壁面給熱系數(shù)的計算38</p><p>　　3.7.2

18、總傳熱系數(shù)的計算39</p><p>　　3.7.3傳熱面積的核算39</p><p>　　3.7.4列管式固定床反應(yīng)器塔徑的確定40</p><p>　　3.8封頭的選擇41</p><p>　　3.9支座的選擇41</p><p>　　3.10列管式反應(yīng)器管程進(jìn)出口接管公稱直徑的確定41<

19、;/p><p>　　3.10.1管程進(jìn)出口接管公稱直徑的確定41</p><p>　　3.10.2殼程流體進(jìn)出接管公稱直徑的確定42</p><p>　　3.11管板與殼體、管箱、反應(yīng)管的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計42</p><p>　　3.11.1殼體與管板的連接結(jié)構(gòu)42</p><p>　　3.11.2管箱與管板

20、的連接結(jié)構(gòu)42</p><p>　　3.11.3反應(yīng)管與管板的連接結(jié)構(gòu)43</p><p>　　4其他主要設(shè)備的選型44</p><p>　　4.1換熱器選型44</p><p>　　4.2泵的選型44</p><p>　　4.3塔的選型44</p><p>　　4.4設(shè)

21、備一覽表45</p><p>　　5車間布置設(shè)計46</p><p>　　5.1車間布置的基本原則和要求46</p><p>　　5.1.1基本原則46</p><p>　　5.1.2基本要求46</p><p>　　5.2車間布置的基本概況48</p><p>　　5.3

22、廠房布置設(shè)計49</p><p>　　6公用系統(tǒng)和崗位定員50</p><p>　　7環(huán)境問題分析及“三廢”處理51</p><p>　　7.1環(huán)境問題分析51</p><p>　　7.2“三廢”分析53</p><p>　　8安全與工業(yè)衛(wèi)生56</p><p>　　8.

23、1生產(chǎn)安全技術(shù)管理56</p><p>　　8.2勞動保護(hù)和工業(yè)衛(wèi)生56</p><p>　　9自控儀表及閥門57</p><p>　　9.1自控儀表57</p><p><b>　　9.2閥門57</b></p><p>　　10技術(shù)經(jīng)濟(jì)核算58</p>&

24、lt;p>　　10.1概述58</p><p>　　10.2技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析58</p><p>　　10.2.1項目總投資58</p><p>　　10.2.2產(chǎn)品成本和估算59</p><p>　　10.2.3利潤計算60</p><p>　　設(shè)計體會和收獲61</p><

25、;p><b>　　致 謝62</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)63</b></p><p>　　主要技術(shù)符號說明64</p><p><b>　　附工程圖紙65</b></p><p><b>　　緒 論</b></p>

26、;<p><b>　　選題的意義和作用</b></p><p>　　隨著人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，化學(xué)工業(yè)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。工業(yè)化和城市化給環(huán)境帶來了巨大的壓力，對人類健康也造成了一定威脅。積極研究和開發(fā)新的化學(xué)方法和技術(shù)，盡量減少使用或不使用對人類健康，生態(tài)環(huán)境有害的化學(xué)物質(zhì)，“清潔生產(chǎn)工藝”和“綠色化學(xué)品”已成為21世紀(jì)化學(xué)工業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)方向。</p><

27、;p>　　本設(shè)計為甲醇氧化羰基化合成碳酸二甲酯（DMC）。碳酸二甲酯（DMC）這種用途廣泛的有機(jī)產(chǎn)品，既可取代光氣、硫酸二甲酯等劇毒試劑，也可憑借其獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)合成許多新的衍生產(chǎn)品。具有廣闊的市場前景，并屬于環(huán)保型綠色甲酯，受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。其可用于制備西維因苯、甲醚、氟派酸、環(huán)丙殺星、呋喃丹等多種農(nóng)藥、醫(yī)藥產(chǎn)品。還可用于制備光電子材料、粘合劑、潤滑油、基襯等多種產(chǎn)品。碳酸二甲酯可作為無鉛汽油添加劑，將其加入油品中可提高辛烷值

28、并降低尾氣中NO和CO的排放量。碳酸二甲酯本身無毒無味，能與其它有機(jī)物混溶。在油漆、噴霧劑等方面有很大的市場潛力。國內(nèi)以碳酸二甲酯為原料已能生產(chǎn)近20種醫(yī)藥產(chǎn)品。近年來，美國已提出用DMC逐步替代MTBE作為汽油添加劑，碳酸二甲酯被我國列入國家九五重點(diǎn)開發(fā)的50個精細(xì)化工產(chǎn)品范圍。碳酸二甲酯的發(fā)展將對我國的煤化工、甲醇化工起到巨大的推動作用。因此，該選題有很高的研究價值和商業(yè)價值。</p><p>　　碳酸二甲酯

29、的性質(zhì)及用途</p><p>　　DMC的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)</p><p>　　分子式：C3H6O3 （CH3O）2CO CH3O-COOCH3</p><p><b>　　分子量：90.07</b></p><p>　　碳酸二甲酯(methyl-carbonate簡稱DMC)，在常溫下為無色液體，沸點(diǎn)90.1℃，熔

30、點(diǎn)4℃，密度1.069g/cm3，閃點(diǎn)(開杯)21.7℃，與水部分混溶，能于水形成共沸物。但可以與醇、醚、酮等幾乎所有的有機(jī)溶劑混溶。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兩分子甲醇。碳酸乙烯酯水解生成碳酸和乙烯醇，乙烯醇不穩(wěn)定 金屬無腐蝕性。其分子中含有羰基、甲基、甲氧基等多種官能團(tuán)，因而具有良好的反應(yīng)活性。另外，1992年DMC在歐洲通過了非毒性化學(xué)品(Non to

31、xic substance)的注冊登記，屬于無毒或微毒化工產(chǎn)品，但在儲運(yùn)上仍須按易燃有毒危險品對待。</p><p>　　碳酸二甲酯是一種無色透明液體，無毒，可燃，不溶于水，能與乙醇、乙醚等以任意比混溶。其分子結(jié)構(gòu)中含有- CO、- COOCH3、- CH3 等多種官能團(tuán)，化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，作為有機(jī)合成中間體能與酚、醇、胺、肼、酯類化合物發(fā)生反應(yīng)合成許多具有特殊性質(zhì)的化合物，可廣泛用于羰基化，甲基化，甲氧基化和羰

32、基甲基化等有機(jī)合成反應(yīng)。</p><p><b>　　碳酸二甲酯的用途</b></p><p>　　碳酸二甲酯（DMC）這種用途廣泛的有機(jī)產(chǎn)品，既可取代光氣、硫酸二甲酯等劇毒試劑，也可憑借其獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)合成許多新的衍生產(chǎn)品。具有廣闊的市場前景，并屬于環(huán)保型綠色甲酯。受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注。其可用于制備西維因苯、甲醚、氟派酸、環(huán)丙殺星、呋喃丹等多種農(nóng)藥、醫(yī)藥產(chǎn)品。還可用于

33、制備光電子材料、粘合劑、 潤滑油、基襯等多種產(chǎn)品。碳酸二甲酯可作為無鉛汽油添加劑，將其加入油品中可提高辛烷值并降低尾氣中NO和CO的排放量。碳酸二甲酯本身無毒無味，能與其它有機(jī)物混溶。在油漆、噴霧劑等方面有 很大的市場潛力。國內(nèi)以碳酸二甲酯為原料已能生產(chǎn)近20種醫(yī)藥產(chǎn)品。近年來， 美國已提出用DMC逐步替代MTBE作為汽油添加劑， 碳酸二甲酯被我國列入國家九五重點(diǎn)開發(fā)的50個精細(xì)化工產(chǎn)品范圍。</p><p>　

34、　中國碳酸二甲酯的產(chǎn)量分析</p><p>　　碳酸二甲酯的發(fā)展將對我國的煤化工、甲醇化工起到巨大的推動作用。但目前國內(nèi)大都酯交換法，由于其工藝復(fù)雜、投資大，且原料環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷受石化行業(yè)制約，直接影響了該工藝技術(shù)的大規(guī)模化生產(chǎn)。</p><p>　　圖1-1 我國DMC產(chǎn)量增長趨勢</p><p>　　碳酸二甲酯的生產(chǎn)方法及工藝簡介</p>&l

35、t;p>　　已工業(yè)化的工藝過程及其研究狀況</p><p>　　(1)光氣法[19]</p><p>　　傳統(tǒng)的DMC生產(chǎn)方法是以甲醇與光氣，堿反應(yīng)制取DMC，反應(yīng)物經(jīng)中和，洗滌和蒸餾而制得。該工藝為高壓液相反應(yīng)，腐蝕性大，產(chǎn)率低，設(shè)備費(fèi)用高。其化學(xué)反應(yīng)式如下：</p><p>　　COCl2 + CH3OH → ClCOOCH3+ HCl

36、 （1-1）</p><p>　　ClCOOCH3+ CH3OH + NaOH→ H3OCOOCH3+ NaCl （1-2）</p><p>　　反應(yīng)分兩步進(jìn)行：①甲醇和光氣在低溫(0～10 ℃)下進(jìn)行液相反應(yīng)，脫除釋放出的HCl并加以回收;②氯甲酸甲酯與補(bǔ)充的甲醇反應(yīng)，速度較慢且在較高溫度下進(jìn)行，用叔胺或通過與冷堿液一

37、起攪拌可加速反應(yīng)進(jìn)行。堿液一起攪拌可加速反應(yīng)進(jìn)行。該法 DMC 總收率約為80 % (mol)。由于該工藝采用劇毒的光氣，消耗大量的燒堿，生產(chǎn)中的副產(chǎn)物腐蝕嚴(yán)重，因此已逐步被淘汰。</p><p>　　(2)酯交換法[17]</p><p>　　酯交換法又稱為酯基轉(zhuǎn)移法。工藝分兩步進(jìn)行第一步是環(huán)氧丙烷與二氧化碳作用先合成碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯；第二步以甲醇和碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯為原料，在

38、不同的條件下，制得碳酸二甲酯。酯基轉(zhuǎn)移法，是近年來合成DMC發(fā)展較快的一種方法?？梢粤蛩岫柞ィ―MS），碳酸乙烯酯（EC）或碳酸丙烯酯（PC）與甲醇進(jìn)行酯交換生產(chǎn)DMC。但是DMC有劇毒，污染環(huán)境且產(chǎn)品收率底，無工業(yè)化意義。因此主要采用碳酸乙烯酯（EC）或碳酸丙烯酯（PC）酯交換工藝生產(chǎn)。</p><p>　　DMC的反應(yīng)方程式：</p><p>　　R-CH20 + CO2 → （C

39、H2O）n CO （1-3）</p><p>　　(CH2O)n CO + 2CH3OH → （CH3O）2CO + EC/PC （1-4）</p><p>　　近年英國Shell公司開發(fā)了以環(huán)氧丙烷為原料生產(chǎn)DMC并以DMC為原料生產(chǎn)聚碳酸酯的新工藝，該工藝可以明顯降低投資和操作費(fèi)用。雖然酯交換法產(chǎn)品

40、收率高，反應(yīng)條件比較溫和，但是在我國由于目前碳酸乙（丙）烯酯的產(chǎn)量還很小，原料不容易得到，產(chǎn)品成本高，要采取此法必須同時發(fā)展乙（丙）烯酯才可以。</p><p>　　酯交換工藝用于大規(guī)模裝置有明顯優(yōu)勢，尤其是靠近石油化工廠建廠。此外，這一工藝的副產(chǎn)品也是重要的化工原料。此工藝主要受限于原料的來源，受地域限制。</p><p>　　(3)甲醇氧化羰基法[19]</p><

41、p>　　甲醇氧化羰基法是以一氧化碳、氧氣和甲醇為原料，在催化劑的作用下直接合成碳酸二甲酯。此法原料容易得到，原料廉價，毒性小，產(chǎn)品質(zhì)量好，但生產(chǎn)成本高，系統(tǒng)腐蝕性強(qiáng)，設(shè)備材質(zhì)要求高。與光氣化生產(chǎn)工藝相比，氧化羰基化法規(guī)模大，單位投資低，環(huán)境污染小，生產(chǎn)安全性高，產(chǎn)品成本也比較低，是目前發(fā)達(dá)國家的主要生產(chǎn)方法。該工藝的關(guān)鍵是選擇合適的催化體系。</p><p>　　(4)甲醇液相氧化羰基化法[20]</

42、p><p>　　ENI法CuCl是一種優(yōu)良的甲醇液相氧化羰化合成DMC催化劑，但是該催化劑與反應(yīng)物之間形成多相催化體系，降低了反應(yīng)效率；此外催化劑中氯離子流失會引起活性下降以及對設(shè)備的嚴(yán)重腐蝕。而Cu（11）相對Cu（1）在甲醇中的溶解性較好，但是活性和選擇較差，將其與可溶性高分子化合物配合改進(jìn)。甲醇液相氧化羰基化法：設(shè)備腐蝕和催化劑分離回收困難等特點(diǎn)，原料便宜，控制了氧氣濃度在爆炸極限以下，實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。甲醇?xì)庀?/p>

43、氧化羰基化法存在工藝復(fù)雜，副產(chǎn)物草酸二甲酯易堵管路等等問題目前是各大工業(yè)國家重點(diǎn)研究開發(fā)的技術(shù)路線。</p><p>　　2CH3OH + 1/2O2 → （CH3O）2CO + H2O （1-5）</p><p>　　甲醇液相氧化羰基化法：加入助劑和載體的方式進(jìn)一步開發(fā)性能更好的催化劑，并提高催化劑的活性和選擇性，延長催化劑的使用壽命，減少腐蝕

44、性。液相法是由ENI公司率先工業(yè)化，采用多項催化劑淤漿反應(yīng)器。將甲醇和白色粉狀CuCl催化劑加入高壓反應(yīng)釜，加熱攪拌，通入一氧化碳和氧氣，甲醇發(fā)生氧化羰基化反應(yīng)生成碳酸二甲酯，由于催化劑在反應(yīng)體系中成泥漿狀，故稱之液相泥漿法。甲醇在催化劑的作用下，通過兩步生成碳酸二甲酯：</p><p>　　R-CH20 + CO2 → （CH2O）n CO （1-6

45、）</p><p>　　(CH2O)n CO + 2CH3OH → （CH3O）2CO + EC/PC （1-7）</p><p>　　氯化亞銅被氧化Cu(OCH3)Cl，反應(yīng)比較容易實現(xiàn)，反應(yīng)活性和選擇均較高。對甲醇和金屬氯化鹽的反應(yīng)研究表明，反應(yīng)活性和選擇性均較好，這是CuCl作為甲醇氧化羰基化制備DMC優(yōu)選催化劑的基礎(chǔ)。而第二步反應(yīng)較難，需要較高的CO

46、分壓，通常反應(yīng)在80-120攝氏度，和2-4Mpat條件下進(jìn)行，雖然已經(jīng)工業(yè)化，但是仍然存在催化劑對設(shè)備腐蝕性和壽命短等缺點(diǎn)。為了克服這些缺點(diǎn)，通過加入助劑和配位題等方式進(jìn)行改進(jìn)，讓銅系催化劑的活性和穩(wěn)定性提高，腐蝕性降低。</p><p>　　我國目前主要的碳酸二甲酯的生產(chǎn)企業(yè)及使用的工藝路線、生產(chǎn)能力具體見下表。國內(nèi)目前總的生產(chǎn)能力約為60Kt/a。甲醇液相氧化羰基法：采用氯化亞銅催化劑及管式反應(yīng)器循環(huán)工藝，

47、甲醇既是反應(yīng)物又是溶劑，分為氧化和還原兩步進(jìn)行。第一步，氯化銅，甲醇和氧氣反應(yīng)生產(chǎn)甲氧基氯化銅；第二步，甲氧基氯化銅被還原生產(chǎn)DMC，并再生氯化亞銅。反應(yīng)溫度大120攝氏度，壓力2.5Mpa。DMC選擇性以CO計89.1%-90.6%，以甲醇計為98%。</p><p>　　(5)甲醇?xì)庀嘌趸驶╗8]</p><p>　　日本Ube公司在液相法的基礎(chǔ)上，于1992年實現(xiàn)了氣相法合成碳

48、酸二甲酯。當(dāng)前有兩種氣相氧化羰基化法：亞硝酸酯法和氣相直接氧化羰基化法。</p><p><b>　　1）亞硝酸酯法</b></p><p>　　該方法反應(yīng)原理是：采用亞硝酸酯作為中間介質(zhì)，通過氣相亞硝酸酯的羥基化反應(yīng)可以合成碳酸二甲酯，其反應(yīng)也分兩步進(jìn)行：</p><p>　　2NO + 2CH3OH + 1 /2O2 → 2CH3ONO +

49、 H2O （1-7）</p><p>　　2CH3ONO + CO → (CH3O) 2CO + 2NO （1-8）</p><p>　　該法的顯著特點(diǎn)是采用了兩個氣相反應(yīng)。第一步反應(yīng)較易進(jìn)行，且放出大量的反應(yīng)熱。第二步是關(guān)鍵步驟，反應(yīng)為亞硝酸甲酯和CO在催化劑存在下，發(fā)生羥基化反應(yīng)生成碳酸二甲

50、酯，并生成NO氣體。甲醇和反應(yīng)生成的水只涉及第一步反應(yīng)，而DMC則在第二步反應(yīng)中生成，避免了甲醇-水-DMC之間形成共沸物而難以分離。</p><p>　　2）直接氧化羰基化法</p><p>　　該法的化學(xué)原理與液相法相同，催化劑的活性組分基本上仍然是CuCl，它采用了固載化的CuCl催化劑，以解決液相法的腐蝕問題，且便于產(chǎn)品分離和回收。將氣相甲醇和CO、O2 的混合氣體通過裝有催化劑的

51、固定床反應(yīng)器中，直接氣相氧化羰基化生成碳酸二甲酯：</p><p>　　2CH3OH + CO + 1 /2O2→ (CH3O)2CO + H2O （1-9）</p><p>　　氣相氧化羰基化法具有如下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1)與液相法比，采用固定床反應(yīng)器，不需要分離生成物和催化劑的裝置，設(shè)備投資降低。</

52、p><p>　　(2)使用亞硝酸甲酯合成DMC，反應(yīng)在無水條件下進(jìn)行，催化劑壽命增加。</p><p>　　(3)合成所需加入的氧氣在亞硝酸甲酯再生器中反應(yīng)，合成器中不加入氧，所以CO2 等副產(chǎn)物少而且非氧氣氣氛使得爆炸危險性降低。</p><p>　　碳酸二甲酯生產(chǎn)工藝的評述</p><p>　　表 1-1 DMC各生產(chǎn)方法優(yōu)劣比較</

53、p><p>　　計算機(jī)在設(shè)計中的應(yīng)用</p><p>　　計算機(jī)自1946年面世以來，便以其快速運(yùn)算能力成為一種新型有效的運(yùn)算工具，用于各種工藝過程度模擬計算和工程分析，隨后計算機(jī)逐漸具備了數(shù)值和邏輯處理，數(shù)據(jù)貯存和數(shù)據(jù)庫管理，圖形生成、顯示、分析、檢查等功能，計算機(jī)的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大。近十年由于數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)己成為化工設(shè)計不可替代的優(yōu)化工具。計算機(jī)用于化工設(shè)計的主要有

54、：物理數(shù)據(jù)檢索，計算機(jī)輔助過程設(shè)計(CAPD)，計算機(jī)輔助設(shè)計(C計算機(jī)輔助工程(CAE)等。</p><p>　　數(shù)據(jù)庫的功能主要是：輸出所有存儲的物質(zhì)及其物性數(shù)據(jù)、檢索某一物質(zhì)的物性數(shù)據(jù)；檢索某物質(zhì)的物性數(shù)據(jù)來源；根據(jù)給定的某一物性的數(shù)值范圍檢索出滿足該值的相應(yīng)物質(zhì)；面向程序調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù)；物性數(shù)據(jù)估算等。</p><p>　　將一個由許多單元過程組成的化工流程用數(shù)學(xué)模型來描述

55、，在計算機(jī)上進(jìn)行物料和能量衡算，進(jìn)一步完成各個單元過程設(shè)備的工藝尺寸及成本計算，稱為“化工流程模擬”?；ち鞒棠M是計算機(jī)輔助過程設(shè)計(CAPD)的基礎(chǔ)，它能完成物料和熱量衡算，單元過程計算及流程方案的選擇和優(yōu)化，模擬計算結(jié)果生成帶控制點(diǎn)的工藝流程圖P&ID(Process Instrument Diagram)，并輸出物料和熱量平衡數(shù)據(jù)表及有關(guān)的文檔資料，是化工過程設(shè)計的重要工具。</p><p>　　

56、計算機(jī)輔助設(shè)計CAD (Computer Aided Design)是按照P&ID圖上顯示的設(shè)計意圖和有關(guān)的設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及工作經(jīng)驗要求，在CAD系統(tǒng)上建立化工裝置的軟模型，然后進(jìn)行碰撞、缺漏檢查，應(yīng)力分析等，然后輸出施工圖紙、材料報表及有關(guān)的設(shè)計文檔。</p><p>　　計算機(jī)輔助工程CAE是工程公司的計算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將各類應(yīng)用及不同專業(yè)的設(shè)計軟件一體化，并將設(shè)計、定貨、采購、施工集成化，所有設(shè)計

57、用的信息數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、定型設(shè)計資料等設(shè)計基礎(chǔ)資料均存入不同數(shù)據(jù)庫中供用戶調(diào)用，CAD運(yùn)用于全過程，實現(xiàn)“無圖板”設(shè)計。施工現(xiàn)場的計算機(jī)系統(tǒng)也與工程公司的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連通，實現(xiàn)資料共享，圖紙資料信息遠(yuǎn)距離傳送，建設(shè)現(xiàn)場按設(shè)計信息開工、備料，利用建好的三級軟模型指導(dǎo)施工、安裝、工程管理和試車。</p><p><b>　?。?）流程模擬軟件</b></p><p>　　早

58、在50年代初，計算機(jī)就在化學(xué)工業(yè)界開始應(yīng)用，當(dāng)時主要用于工藝計算，強(qiáng)調(diào)化工過程單元操作的計算機(jī)輔助設(shè)計，如蒸餾過程度計算等。在歷經(jīng)幾十午的發(fā)展，直到80年代以后，化工流程模擬軟件的開發(fā)和應(yīng)用才得到飛速的發(fā)展，特別是80年代末流程模擬軟件微機(jī)版的問世和Windows操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，流程模擬軟件的應(yīng)用水平進(jìn)入一個新階段。在通用流程模擬軟件發(fā)展的同時，專用模擬軟件也在不斷發(fā)展，目前成功應(yīng)用的有PRO/II開發(fā)的專用模擬軟件和HEXTRAN以及

59、傳熱、傳質(zhì)軟件FRI和HTFS等。但其中針對反應(yīng)過程度專用模擬軟件大多難用于設(shè)計，這主要由于反應(yīng)過程復(fù)雜，反應(yīng)部分的物料平衡、產(chǎn)品收率數(shù)據(jù)主要依靠實驗。</p><p>　　中國的計算機(jī)應(yīng)用也是從設(shè)計開始，用于開發(fā)碳酸二甲酯裝置流程模擬程序和精餾塔逐板計算程序。70年代中期，中國的石油化工行業(yè)設(shè)計院曾組織開發(fā)類似國外的化工流程模擬程序，但沒有取得成功。到了80年代前后，工藝計算程序開發(fā)與應(yīng)用的主要成就在于單元操作

60、計算，如復(fù)雜塔逐板計算、碳酸二甲酯模擬計算等。80年代中期，我國先后引進(jìn)了國外流程模擬軟件，其中主要是著名的ASPEN PLUS和PRO/II。流程模擬程序引進(jìn)后，各石油化工設(shè)計單位進(jìn)行了大量的二次開發(fā)工作，使程序更方便和切合于設(shè)計要求。同時青島化工學(xué)院也開發(fā)出我國第一個通用流程模擬軟件ESSC。</p><p>　?。?）化工過程計算軟件</p><p>　　20世紀(jì)90年代中后期，中國

61、各高校相繼購置了ASPEN PLUS或PRO/II大型流程模擬軟件，并在開發(fā)應(yīng)用上取得了較好的成果。但這些大型軟件價格較貴，購置數(shù)量有限，一般只供教師和研究生使用。為了提高畢業(yè)設(shè)計和課程設(shè)計的質(zhì)量和學(xué)生運(yùn)用計算機(jī)的能力。一些高校開發(fā)了一些供教學(xué)用的軟件，例如青島化工學(xué)院開發(fā)的工程化學(xué)模擬系統(tǒng)——化工之星，該軟件具有知識查詢、模擬計算、工程設(shè)計等功能，能用于概念設(shè)計、基礎(chǔ)設(shè)計和工程設(shè)計。該軟件的化工知識數(shù)據(jù)庫，包括了化學(xué)工程度基礎(chǔ)課程和專

62、業(yè)課及工程設(shè)計中采用的各類技術(shù)手冊的大多數(shù)內(nèi)容，可供用戶查詢和學(xué)習(xí)。對一些重要的原理和概念采用名詞解釋、公式、舉例說明等形式進(jìn)行講解，有的還有專題討論。知識數(shù)據(jù)庫中有大量的計算公式和計算圖表，并可進(jìn)行自動查表或計算。模擬計算包括方程和方程組的求解、矩陣運(yùn)算、方差分析和數(shù)據(jù)回歸等數(shù)據(jù)計算，以及純物質(zhì)的基礎(chǔ)物性計算、傳遞物性計算、熱力學(xué)計算、相平衡計算、石油餾分物性計算和流程模擬、各種單元設(shè)備模擬、過程分祈與優(yōu)化等模擬計算。工程設(shè)計包括各種

63、化工設(shè)備的選型和設(shè)計計算，并可在用戶參與下自動繪制工藝流程圖和設(shè)備簡圖，標(biāo)注尺寸，提供帶控制</p><p>　?。?）化工廠三維軟模型設(shè)計CAD技術(shù)</p><p>　　化工廠軟模型設(shè)計是利用CAD技術(shù)在計算機(jī)上構(gòu)造管道、設(shè)備、結(jié)構(gòu)等專業(yè)的三維工廠軟模型，并對構(gòu)造的工廠軟模型進(jìn)行碰撞檢查和優(yōu)化設(shè)計，最后從模型中取出各種施工圖和相應(yīng)的材料報表。</p><p>　　

64、三維工廠軟模型設(shè)計的基本思路是首先在計算機(jī)上建立三維模型坐標(biāo)，并在工廠模型坐標(biāo)系下按照實際尺寸建立所有的設(shè)備模型和結(jié)構(gòu)模型，然后根據(jù)P&ID圖及配管草圖在三維空間做配管設(shè)計，建立管道模型。對模型中的管道與管道、管道與設(shè)備、設(shè)備與鋼結(jié)構(gòu)等可能發(fā)生碰撞的地方進(jìn)行碰撞檢查并產(chǎn)生碰撞示意圖和碰撞報告，使設(shè)計人員知道和確認(rèn)各種碰撞問題，從而修改發(fā)生碰撞的管線，可以基本消除現(xiàn)場施工中經(jīng)常出現(xiàn)代碰撞問題。對模型進(jìn)行消隱和渲染處理后，還能從不同

65、的大小或不同的角度看到色彩和圖形非常逼真的工廠三維模型。有些圖形站具有漫游軟件，可使設(shè)計人員象在實際工廠中任意走動，從不同的角度來觀察和檢查工廠模型的每一部分。對三維軟模型進(jìn)行修改完善后，即可從中提取管道布置圖、單根管道圖、三維空視圖等各種施工圖紙盒相應(yīng)當(dāng)各種材料報表。</p><p>　　三維工廠軟模型設(shè)計CAD系統(tǒng)有一個龐大的工程數(shù)據(jù)庫，結(jié)構(gòu)、設(shè)備和配管等各專業(yè)都有相對獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫，其中管件庫中存放了各種標(biāo)準(zhǔn)

66、管件（管子、彎頭、閥門、法蘭、大子頭、墊片等）的名稱、公稱直徑、端類型及幾何數(shù)據(jù)等設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)資料，在建模時輸入的數(shù)據(jù)庫都會用相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，管道布置設(shè)計時由事先設(shè)定的管路等級庫來驅(qū)動閥門、法蘭、墊片等進(jìn)行自動選取，只要輸入管件名稱和插入位置，計算機(jī)就能自動將管件插入到管線的相應(yīng)位置。</p><p>　　本設(shè)計因為條件限制，未能全面地應(yīng)用計算機(jī)設(shè)計，我們只是應(yīng)用計算機(jī)來進(jìn)行繪圖。</p>

67、<p>　　工藝選取和工藝流程簡介</p><p><b>　　本設(shè)計的工藝選取</b></p><p>　　鑒于對各種方法的比較，本設(shè)計所采用的工藝為甲醇?xì)庀嘌趸驶?，其具有以下幾個方面的優(yōu)勢：</p><p><b>　?。?）原料</b></p><p>　　甲醇?xì)庀圄驶ǎ涸?/p>

68、一氧化碳，甲醇，氧氣，保護(hù)氣氮?dú)狻?)原料便宜易得； 2)對環(huán)境友好；3)原料毒性小，產(chǎn)品質(zhì)量好。</p><p><b>　?。?）工藝流程方面</b></p><p>　　甲醇氧化羰基化法是以CH4O、CO和O2為原料，在催化劑存在下，直接合成DMC。該法幾乎無副反應(yīng)發(fā)生。</p><p>　?。?）工藝路線單耗、投資評估比較</p&

69、gt;<p>　　甲醇?xì)庀嘌趸驶疍MC 生產(chǎn)裝置，是以一氧化碳、氧氣和甲醇為原料，產(chǎn)品是DMC，比較簡單。投資少，成本低且理論上甲醇全部轉(zhuǎn)化為碳酸二甲酯，無其它有機(jī)物生成。本車間原料、熱量動力由總廠提供。</p><p><b>　　工藝流程簡介</b></p><p>　　(1) 工藝原料： CO，O2和甲醇 工藝產(chǎn)品： DMC和甲縮醛<

70、;/p><p><b>　　(2) 工藝原理</b></p><p>　　2CH3OH+CO+1/2O2=（CH3O）2CO+H2O （1-10）</p><p><b>　　(3) 工藝特點(diǎn)</b></p><p>　　以甲醇，CO，O2 為主要原料氣相氧化羰基化合成碳酸二甲酯。該工藝使用C

71、uCl2負(fù)載于活性炭上制備的催化劑。在130攝氏度下，2Mpa壓力下，將混合原料氣通過固定床反應(yīng)器，反應(yīng)管內(nèi)裝填催化劑，甲醇的轉(zhuǎn)化率為60%，DMC的選擇性可達(dá)70%。此方法采用氣固相反應(yīng)，既避免了液相泥漿法中催化劑的分離，又避免了亞硝酸酯法中NO的有毒氣體的使用，使反應(yīng)過程變地簡單。</p><p><b>　　(4) 工藝特色</b></p><p>　?、?CO

72、2是地球上儲量最豐富的碳資源，由CO2出發(fā)合成DMC。一方面可以為化工及石化行業(yè)提供綠色產(chǎn)品。另一方面又可以解決環(huán)境問題，具有化工，能源，環(huán)保多重意義。</p><p>　　② 此方法原料便宜，易得到，投資少，工藝簡單。</p><p>　　(5) 反應(yīng)工藝設(shè)備</p><p>　　表1-2 流程中的工藝設(shè)備</p><p>　　(6) 工

73、藝流程簡述</p><p>　　如下圖1-2所示，反應(yīng)原料甲醇汽化升壓后與N2，O2和CO經(jīng)預(yù)處理后進(jìn)入固定床反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)以氣相狀態(tài)接觸并發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)生成DMC和水，同時有副反應(yīng)發(fā)生，生成CO2和甲縮醛。副反應(yīng)如下：</p><p>　　2CH3OH+CO→(CH3O)2CH2+1/2O2 （1-11）</p>

74、<p>　　2CO+O2=2CO2 (1-12)</p><p>　　由于反應(yīng)放熱，通過熱導(dǎo)油換熱，將溫度控制在所需溫度。反應(yīng)完成后將反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過冷凝器冷凝，進(jìn)入閃蒸罐進(jìn)行氣液分離。經(jīng)過這一處理大部分的CO，O2，H2O（g），CO2和N2 從閃蒸罐上部蒸出，其中還有少量的DMC和甲縮醛，這部分氣體按一定的比

75、例一部分進(jìn)入反應(yīng)器循環(huán)使用，一部分弛放。罐底產(chǎn)物含有大量的DMC，甲縮醛，H2O（g）并含有少量的CO，O2，CO2和N2，這些產(chǎn)物進(jìn)入預(yù)精餾塔精餾。預(yù)精餾塔塔頂蒸出的主要是甲醇和甲縮醛，蒸出后繼續(xù)進(jìn)入甲縮醛精餾塔分離甲醇和甲縮醛，其中塔釜獲得甲醇繼續(xù)回收使用，塔頂?shù)玫郊卓s醛。預(yù)精餾塔塔釜餾出的主要是DMC和水蒸氣，餾出物進(jìn)入廢水精餾塔，廢水精餾塔塔頂蒸出物進(jìn)入DMC精餾塔提純分離得到產(chǎn)品DMC，塔釜餾出物進(jìn)行廢水處理。</p&g

76、t;<p><b>　?、?合成階段</b></p><p>　　合成階段包括預(yù)處理和反應(yīng)階段。</p><p>　　預(yù)處理的目的是讓液體甲醇汽化，同時使反應(yīng)原料達(dá)到一定的反應(yīng)溫度，進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，由于合成反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此通過熱導(dǎo)油將熱量導(dǎo)走，作為后續(xù)工藝的熱源。</p><p><b>　?、?分離階段<

77、/b></p><p>　　反應(yīng)完成后反應(yīng)液中含有：</p><p>　　主反應(yīng)產(chǎn)物：DMC和H2O</p><p>　　未完全反應(yīng)的反應(yīng)物：CH3OH，CO2和O2</p><p><b>　　保護(hù)氣體：N2</b></p><p>　　副產(chǎn)物：甲縮醛和CO2</p><

78、;p>　　為了能夠充分利用原料，提高原料的利用率，需要將未反應(yīng)的甲醇，O2，CO循環(huán)到DMC反應(yīng)器中繼續(xù)反應(yīng)，而氣液則可通過閃蒸進(jìn)行分離，由于甲醇和甲縮醛還有水和DMC 可以形成共沸物，因此甲醇回收和DMC的分離需要通過精餾來完成。</p><p><b>　　1）閃蒸分離</b></p><p>　　閃蒸分離主要是為了將氣液物質(zhì)分離開來，氣相物質(zhì)從塔頂出去，氣

79、相物質(zhì)含有O2，CO2和甲縮醛，N2，部分甲醇，DMC，H2O。選擇極少一部分弛放，為防止CO2等在循環(huán)器中積累，其余氣體回流到反應(yīng)器中繼續(xù)反應(yīng)。液相物質(zhì)從塔底出來大部分為生成物，未反應(yīng)完的甲醇經(jīng)冷卻后進(jìn)入分離工藝。</p><p><b>　　2）預(yù)精餾分離</b></p><p>　　此工藝中液相物質(zhì)中的甲醇和甲縮醛，DMC和H2O形成共沸物，先使用預(yù)精餾塔將產(chǎn)物

80、中的四種液相混合物分離成輕質(zhì)液相甲醇和甲縮醛及重質(zhì)液相DMC和水兩部分，由于從閃蒸罐出來的物流中含有少部分氣體，選擇在預(yù)精餾塔的頂部放空。</p><p>　　3）甲醇與甲縮醛精餾分離</p><p>　　部分甲醇和甲縮醛要回流到反應(yīng)器中，故甲縮醛精餾塔只需分離出甲縮醛產(chǎn)品和甲醇與甲縮醛混合物即可，不需要得到兩種純物質(zhì)，甲縮醛為塔頂出料。</p><p>　　4）廢

81、水及DMC精餾分離</p><p>　　采用精餾的方式分離DMC和水，含DMC和水的混合物從預(yù)精餾塔流出后進(jìn)入，塔頂有冷凝器，塔底有再沸器。塔頂物冷凝后進(jìn)入，塔底含部分有機(jī)物的廢水處理池中進(jìn)行處理，進(jìn)入DMC精餾塔的物質(zhì)，塔頂蒸汽冷凝后進(jìn)入廢水精鎦塔循環(huán)，塔底為合格的DMC產(chǎn)品。</p><p>　　圖1-2 合成DMC工藝流程圖</p><p><b>

82、　　工藝計算</b></p><p><b>　　工藝參數(shù)</b></p><p>　　生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn)25000噸</p><p>　　生產(chǎn)時間：300天（7200小時）</p><p>　　進(jìn)入反應(yīng)器的反應(yīng)物料為氣體，催化劑為固體，反應(yīng)為氣固反應(yīng)。</p><p><b>

83、　　產(chǎn)品要求99%。</b></p><p>　　1）列管式固定床反應(yīng)器</p><p>　　操作壓力：2000kPa</p><p><b>　　反應(yīng)溫度：130℃</b></p><p>　　進(jìn)料比：甲醇：一氧化碳：氧氣=0.9:1.6:1.0（摩爾比）[7]</p><p>&l

84、t;b>　　2）閃蒸罐</b></p><p>　　操作壓力：1900kpa</p><p><b>　　操作溫度：40℃</b></p><p><b>　　3）預(yù)精餾塔</b></p><p>　　操作壓力：200kpa</p><p><b>

85、;　　操作溫度：80℃</b></p><p><b>　　4）甲縮醛精餾塔</b></p><p>　　操作壓力：300kpa</p><p><b>　　操作溫度：80℃</b></p><p><b>　　5）廢水精餾塔</b></p><

86、p>　　操作壓力：100kpa</p><p><b>　　操作溫度：100℃</b></p><p><b>　　6）DMC精餾塔</b></p><p>　　操作壓力：900kpa</p><p><b>　　操作溫度：175℃</b></p><

87、p><b>　　物料衡算</b></p><p>　　物料衡算計算的工作就是計算原料與產(chǎn)品定量轉(zhuǎn)變的平衡關(guān)系，就是計算幾種原料的消耗量，各種中間產(chǎn)品、副產(chǎn)品、成品產(chǎn)量以及生產(chǎn)過程中各階段的損失量和它們的組成。</p><p>　　物料計算的基礎(chǔ)是物料衡算，所謂物料的衡算就是計算化學(xué)反應(yīng)前后物料之間的平衡關(guān)系，它是能量衡算，設(shè)備工藝計算和所有工藝計算的基礎(chǔ)，是決定

88、生產(chǎn)過程中所需要設(shè)備臺數(shù)，容量和主要工藝尺寸的根本依據(jù)。</p><p>　　在進(jìn)行物料衡算的同時，需要深入的分析生產(chǎn)過程，利于確定生產(chǎn)過程的最經(jīng)濟(jì)，最合理的工藝條件，以達(dá)到確定最佳的工藝流程的目的，因此物料衡算對工藝設(shè)計起著重大的作用，另外在生產(chǎn)過程中，還可以借助于物料衡算發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)上存在的不合理的現(xiàn)象，檢查生產(chǎn)過程中的不合理耗損。</p><p>　　化工工藝設(shè)計，必須進(jìn)行物料衡算。物料

89、衡算是化工工藝設(shè)計中最基本最重要的內(nèi)容之一。通過物料衡算達(dá)到以下目的：</p><p>　?。?）據(jù)設(shè)計任務(wù)書可以計算出主要產(chǎn)品、副產(chǎn)品和廢物排出數(shù)量，或三廢成量。</p><p>　?。?）算出原料的消耗定額和消耗量。</p><p>　?。?）為能量衡算提供依據(jù)，計算出生產(chǎn)過程中需要提供或移走的能量（或可能是回收的能量）。</p><p>

90、;　?。?）據(jù)上述結(jié)果，可以對過程進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析、估算成本。以評價過程的經(jīng)濟(jì)合理性。</p><p>　?。?）設(shè)備或裝置的設(shè)計（包括驅(qū)動設(shè)備）選型提供數(shù)據(jù)，從而確定設(shè)備的臺數(shù)、套數(shù)和設(shè)備的主要尺寸等。</p><p>　　（6）物料輸送提供數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行工藝管道系統(tǒng)的設(shè)計以及為計量系統(tǒng)的設(shè)備提供條件。</p><p>　?。?）倉儲和運(yùn)輸系統(tǒng)以及公用工程提供設(shè)計依據(jù)

91、。</p><p>　?。?）通過對每一個過程或單元的衡算結(jié)果，可以修正和完善工藝流程的設(shè)計。此外物料衡算結(jié)果，可以修正很完善工藝流程的設(shè)計。</p><p>　　物料衡算是在給定某些物料量的值的情況下計算得到一些物料的值的。在計算中是多種多樣的，有些是簡單有些是復(fù)雜的，為了避免誤差，一般采用下列步驟：</p><p><b>　　收集計算數(shù)據(jù)。</

92、b></p><p>　　在本設(shè)計的主要數(shù)據(jù)為原料，包括甲醇、一氧化碳、氧氣、氮?dú)獾倪M(jìn)料量，</p><p><b>　　畫出物料流程圖</b></p><p>　　根據(jù)計算任務(wù)，畫出物料衡算方框圖，畫圖的目的是為了物料衡算時解決問題</p><p><b>　　確定衡算的范圍</b><

93、/p><p>　　在物料衡算中，會遇到復(fù)雜的計算，為了方便計算，本設(shè)計將范圍控制在反應(yīng)工段，在列管式固定床反應(yīng)器中發(fā)生的反應(yīng)看作一個獨(dú)立的體系計算。</p><p><b>　　選定計算的基準(zhǔn)</b></p><p>　　若作為計算基準(zhǔn)是數(shù)量在流程是已知的單位時間內(nèi)產(chǎn)物碳酸二甲酯的產(chǎn)量。則以碳酸二甲酯產(chǎn)量為基準(zhǔn)，算出原料量，由于工藝中，甲醇的成本高

94、，所以以甲醇為基準(zhǔn)，然后算出其他物料的進(jìn)料比。</p><p><b>　　列出物料平衡表</b></p><p>　　此表描述體系的物料。</p><p>　　列管式固定床反應(yīng)器的物料衡算</p><p>　　圖2-1 列管式固定床反應(yīng)器物料衡算簡圖</p><p>　　通過查閱文獻(xiàn)得到工藝要求

95、為：碳酸二甲酯純度≥99%，甲醇含量≤0.5%，水含量≤0.3%，催化劑活性組分20wt%的CuCl2，5wt%的KCl，甲醇轉(zhuǎn)化率80%，碳酸二甲酯的選擇性為80%，碳酸二甲酯的年消耗量為0.5% [7]。</p><p>　　設(shè)計采用年生產(chǎn)300天，即7200小時，下面對DMC合成工段進(jìn)行物料衡算。</p><p>　?。?）產(chǎn)物碳酸二甲酯的流量</p><p>

96、;　　DMC全年實際產(chǎn)量 </p><p>　　M=25000×（1+0.5%）=25125噸</p><p><b>　　單位時間內(nèi)產(chǎn)量 </b></p><p>　　W=25125×103÷7200=3489.58kg/h</p><p>　　n=3489.58÷90.08=

97、38.74 kmol/h</p><p>　?。?）各原料的進(jìn)料流量</p><p>　　根據(jù)甲醇的轉(zhuǎn)換率為80%，DMC的選擇性為80%，甲醇的相對分子量為32.4，一氧化碳的相對分子量為28.01，氧氣的相對分子量為32，以甲醇為標(biāo)準(zhǔn)計算，甲醇：一氧化碳：氧氣的進(jìn)料比為0.9：1.6：1.0[7]，則：</p><p>　　1）CH3OH的進(jìn)料量</p&g

98、t;<p>　　n1 = 38.74÷0.8÷0.8×2 = 121.06kmol/h</p><p>　　F1 = 121.06×32.04 = 3878.76 kg/h</p><p><b>　　2）CO的進(jìn)料量</b></p><p>　　n2 = 121.06×1.6/0

99、.9 = 215.22 kmol/h</p><p>　　F2 = 215.22×28.01 = 6028.31kg/h</p><p><b>　　3）O2的進(jìn)料量</b></p><p>　　n3 = 121.06×1/0.9 = 134.51 kmol/h</p><p>　　F3 = 134.

100、51×32 =4304.36kg/h</p><p>　　為了防止爆炸，氮?dú)獾娜≈捣秶鷳?yīng)大于202.67%，故本設(shè)計N2的進(jìn)料選擇為586.36kmol/h。</p><p>　?。?）各物料出料口流量</p><p><b>　　1）DMC的流量</b></p><p>　　n4 = 38.74 kmol/h

101、 </p><p>　　F4 = 38.74×90.08 = 3489.70 kg/h</p><p><b>　　2）水的流量</b></p><p>　　n5 = 38.74 kmol/h </p><p>　　F5 = 38.74×18.02=698.09 kg/h</p>&l

102、t;p><b>　　3）甲縮醛的流量</b></p><p>　　n6 = 9.69 kmol/h </p><p>　　F6 = 73.43×9.69=711.68kg/h</p><p><b>　　4）氧氣的流量</b></p><p>　　n7 = 115.14kmol/h

103、 </p><p>　　F7 =115.14×32=3684.48kg/h</p><p><b>　　5）甲醇的流量</b></p><p>　　n8=24.2kmol/h </p><p>　　F8=775.37kg/h</p><p><b>　　6）二氧化碳的流

104、量</b></p><p>　　n9=9.69kmol/h </p><p>　　F9=426.36kg/h</p><p><b>　　7）一氧化碳的流量</b></p><p>　　n10=157.10kmol/h </p><p>　　F10=4398.8kg/h&l

105、t;/p><p>　　表2-1 列管式固定床反應(yīng)器物料衡算表</p><p><b>　　閃蒸罐的物料衡算</b></p><p>　　圖2-2 閃蒸罐物料衡算簡圖</p><p>　　表2-2 主要物質(zhì)的物性</p><p>　　注：密度為20℃條件下</p><p>　

106、　由于操作溫度為40℃，在理想狀態(tài)忽略氣體雜質(zhì)影響，一氧化碳、二氧化碳、氧氣、氮?dú)馊珵闅庀喾蛛x，DMC、甲縮醛、水、甲醇全為液相分離，則閃蒸罐頂部的物質(zhì)為一氧化碳、二氧化碳、氧氣、氮?dú)狻?lt;/p><p>　?。?）各物質(zhì)流量為：</p><p>　　一氧化碳為157.10kmol/h=4398.8kg/h</p><p>　　二氧化碳為9.69 kmol/h=426

107、.36kg/h</p><p>　　氧氣為115.14 kmol/h=3684.48kg/h</p><p>　　氮?dú)鉃?86.36 kmol/h=16418.08kg/h</p><p>　　閃蒸罐底部的物質(zhì)為DMC、甲縮醛、水、甲醇。</p><p><b>　?。?）各物質(zhì)流量</b></p><

108、;p>　　DMC為38.74 kmol/h=3489.70kg/h</p><p>　　甲縮醛為9.69 kmol/h=711.68kg/h</p><p>　　水為38.74 kmol/h=698.09kg/h</p><p>　　甲醇為24.2 kmol/h=775.37kg/h</p><p>　　表2-3 閃蒸罐物料衡算表<

109、;/p><p><b>　　預(yù)精餾塔物料衡算</b></p><p>　　圖2-3 預(yù)精餾塔物料衡算簡圖</p><p>　　對預(yù)精餾塔進(jìn)行物料衡算[11]</p><p>　?。禾妓岫柞セ旌弦毫髁?，Kg/h</p><p>　?。核旔s出甲縮醛和甲醇共沸物的流量，Kg/h</p>&

110、lt;p>　?。核琢弦毫髁浚琄g/h</p><p>　?。毫弦褐屑卓s醛和甲醇共沸物的含量，（wt）%</p><p>　　：塔頂、塔底甲縮醛和甲醇共沸物的含量，（wt）%</p><p><b>　　由上一步可知：；；</b></p><p>　　根據(jù)要求： ；回收率取，即：；</p><p

111、><b>　　解得： ；</b></p><p><b>　??；</b></p><p>　　表2-4 預(yù)精餾塔物料衡算表</p><p>　　廢水精餾塔的物料衡算</p><p>　　圖2-4 廢水精餾塔物料衡算簡圖</p><p>　　對廢水精餾塔進(jìn)行物料衡算[11

112、]</p><p>　　：碳酸二甲酯和甲醇共沸物流量，Kg/h</p><p>　　：塔頂餾出的流量，Kg/h</p><p>　?。核琢弦毫髁浚琄g/h</p><p>　?。毫弦褐械暮?，（wt）%</p><p>　?。核?、塔底碳酸二甲酯的含量，（wt）%</p><p><b&

113、gt;　　由上一步可知：；</b></p><p><b>　??；</b></p><p>　　根據(jù)要求：；回收率取，即</p><p><b>　　解得：；</b></p><p>　　W=F-D=4188.03-3664.35=523.68kg/h；</p><p

114、>　　表2-5 廢水精餾塔物料衡算表</p><p>　　DMC精餾塔的物料衡算</p><p>　　圖2-5 DMC精餾塔物料衡算簡圖</p><p>　　對DMC精餾塔進(jìn)行物料衡算[11]</p><p>　?。禾妓岫柞セ旌弦毫髁?，kg/h</p><p>　　：塔頂餾出的流量，kg/h</p>

115、<p>　?。核琢弦毫髁浚琸g/h</p><p>　?。毫弦褐刑妓岫柞サ暮浚╳t）%</p><p>　?。核?、塔底碳酸二甲酯的含量，（wt）%</p><p><b>　　由上一步可知：；；</b></p><p>　　根據(jù)要求：；回收率均取，即；</p><p>&l

116、t;b>　　得：；</b></p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　表2-6 DMC精餾塔的物料衡算表</p><p>　　甲縮醛精餾塔的物料衡算</p><p>　　圖2-6 甲縮醛精餾塔物料衡算簡圖</p><p>　　對甲縮醛精餾塔塔進(jìn)行物料衡算[11

117、]</p><p>　　：甲縮醛混合液流量，kg/h</p><p>　?。核旔s出的流量，kg/h</p><p>　?。核琢弦毫髁浚琸g/h</p><p>　?。毫弦褐屑卓s醛的含量，（wt）%</p><p>　?。核?、塔底甲縮醛的含量，（wt）%</p><p><b>　

118、　由上一步可知：；；</b></p><p>　　根據(jù)要求：；回收率取，即；</p><p><b>　　得：；</b></p><p>　　W=F-D=1486.81-1138.78 =348.03kg/h；</p><p>　　表2-7 甲縮醛精餾塔物料衡算表</p><p>&l

119、t;b>　　熱量衡算</b></p><p>　　能量衡算是化工設(shè)計中極其重要的組成部分，熱力學(xué)第一定律是能量衡算的依據(jù)，物料衡算是能量衡算的基礎(chǔ)。通過能量衡算可以確定過程中要提供或移走的熱量，從而為換熱器的設(shè)計提供依據(jù)，同時也為反應(yīng)器、結(jié)晶器、塔式設(shè)備、輸送設(shè)備、壓縮系統(tǒng)、分離設(shè)備及各種控制儀表等提供參數(shù)，并確定單位產(chǎn)品的能耗指標(biāo)等。熱量計算的基本過程是在物料計算的基礎(chǔ)上進(jìn)行單元設(shè)備的熱量計算