畢業(yè)設(shè)計2萬噸年碳酸二甲酯精制工段化工工藝設(shè)計萃取劑回收塔工藝設(shè)計及設(shè)備設(shè)計開題報告

1、安徽建筑工業(yè)學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院畢業(yè)論文開題報告題 目： 2萬噸/年碳酸二甲酯精制工段化工工藝設(shè)計-萃取劑回收塔工藝設(shè)計及設(shè)備設(shè)計 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 姓 名： 吳 胡 強 學(xué) 號： 08206040144 指導(dǎo)教師： 陳 廣 美 2012年3月 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）開 題 報 告一、課題的目的與意義 碳酸二甲酯(簡稱DMC)，分子式(CHO)2CO，是一種無色透明液體，無味無毒，化學(xué)反應(yīng)性能好，無腐蝕性、使用安全、運輸方便。在農(nóng)藥、醫(yī)藥、有機合成、溶劑、增氧機、塑料、染料、電子化學(xué)品、食品添加劑等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，已引起國內(nèi)外化工界的高度重視1。碳酸二甲酯的物理性質(zhì)：無色液體

2、，有芳香氣味，蒸汽壓為6.27KPa/20；熔點0.5，沸點90，溶解性：不溶于水，可混溶于多數(shù)有機溶劑、酸、堿；密度：相對密度（水=1）1.07；相對密度（空氣=1）3.1，穩(wěn)定性：穩(wěn)定，危險標(biāo)記7（易燃液體），主要用途：用作溶劑，用于有機合成代替光氣作羰基化劑，光氣雖然反應(yīng)活性較高，但是它的劇毒和高腐蝕性副產(chǎn)物使其面臨巨大的環(huán)保壓力，因此將會逐漸被淘汰；而DMC具有類似的親核反應(yīng)中心，當(dāng)DMC的羰基受到親核攻擊時，?；?氧鍵斷裂，形成羰基化合物，副產(chǎn)物為甲醇，因此可以代替光氣成為一種安全的反應(yīng)試劑合成碳酸衍生物，如氨基甲酸酯類農(nóng)藥、聚碳酸酯、異氫酸酯等，其中聚碳酸酯將是DMC需求量最大的領(lǐng)

3、域。代替硫酸二甲酯作甲基化劑，由于與光氣類似的原因，DMC也面臨被淘汰的壓力，而DMC的甲基碳受到親核攻擊時，其烷基-氧鍵斷裂，同樣生成甲基化產(chǎn)品，而且使用DMC比DMS反應(yīng)收率更高、工藝更簡單。主要用途包括合成有機中間體、醫(yī)藥產(chǎn)品、農(nóng)藥產(chǎn)品等。精餾能將液相粗產(chǎn)品中的其他物質(zhì)分離，從而獲得很高純度的產(chǎn)品。精餾是把液體混合物進行多次部分汽化，同時又把產(chǎn)生的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分離為所要求組分的操作過程稱為精餾。一般生產(chǎn)中都有副產(chǎn)物伴隨著產(chǎn)生，這就需要通過精餾這個過程來獲得比較高純度的產(chǎn)物，所以精餾在化工生產(chǎn)中是很重要的。二、研究現(xiàn)狀和前景展望目前國內(nèi)合成碳酸二甲酯的方法有用二氧化碳與環(huán)氧乙

4、烷反應(yīng)生成碳酸丙烯酯在與甲醇酯交換、光氣甲醇法、光氣甲醇鈉法、硫酸二甲酯與碳酸鈉在催化劑存在下進行酯交換、甲醇液相氧化羰基法、甲醇氣體氧化羰基法、甲醇二氧化碳法等。DMC的研究開發(fā)過程大致經(jīng)歷了四個階段。最初階段是20世紀(jì)年代，由 Hood Mundor 用光氣和甲醇合成了DMC，以后有改進為由光氣和甲醇鈉反應(yīng)合成DMC。這一階段的合成只能維持小規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，而且這些制備方法需要用光氣，操作安全要求，原料劇毒，工藝復(fù)雜，腐蝕設(shè)備，環(huán)境污染，已經(jīng)逐步被淘汰，第二階段是Ugo Romano在長期研究糖基化的基礎(chǔ)上，于1979年研究成功由co，氧氣和甲醇液相糖基化生產(chǎn)DMC的技術(shù)，20世紀(jì)80年代

5、中期，意大利ENI研究公司首先實現(xiàn)工業(yè)化。這一時期DMC合成技術(shù)和應(yīng)用研究逐步深入，是DMC研究的重要階段。第三階段是20世紀(jì)80年代末到90年代初的大力發(fā)展階段。這一階段各階段大公司紛紛推出了自己的羰基化，酯交換等非光氣法DMC生產(chǎn)技術(shù)和研究成果。第四階段是進入21世紀(jì)，酯交換法大力發(fā)展，大噸位的裝置在國內(nèi)外一套接一套投產(chǎn)，下一階段將是酯交換法原料路線多元發(fā)展階段。DMC各生產(chǎn)方法有缺點比較見表1表1 DMC各生產(chǎn)方法優(yōu)缺點比較工藝優(yōu)點缺點光氣法1 可工業(yè)化生產(chǎn)2 產(chǎn)率高1 光氣劇毒，且不易存放和運輸2 副產(chǎn)物HCL腐蝕性強，環(huán)境污染嚴重尿素醇解法1 原料便宜易得2 工藝條件溫和3 對環(huán)境有

6、好1 直接醇解法反應(yīng)效率低2 間接醇解法工藝流程較長氧化碳基法1 原料便宜易得2 對環(huán)境友好需在中壓下操作酯交換法1 已實現(xiàn)工業(yè)化2 產(chǎn)率較高3 清潔生產(chǎn)，對環(huán)境友好1 原料成本收油價格影響大2 生產(chǎn)規(guī)模和利潤受副產(chǎn)物限制目前DMC的生產(chǎn)主要集中在中國，美國，日本，意大利，德國等國家，2006年世界DMC總的產(chǎn)物達到31.2萬噸，總產(chǎn)量達到22.22萬噸。其中美國約占世界總產(chǎn)量26%以上，其次為中國，西歐和日本。在中國經(jīng)過2002到2001年的兩輪高速度建設(shè)和改造后，DMC的產(chǎn)量總量以9萬噸居世界之首。從產(chǎn)量來看，美國以5.8萬噸居于各國之首。DMC的生產(chǎn)國家主要有美國的通用電氣公司、意大利埃

7、尼公司、日本三棱化學(xué)公司以及日本余部公司等，其中美國GE公司是目前世界上最大的DMC生產(chǎn)廠家，其生產(chǎn)能力約占世界DMC總產(chǎn)能的20%，其次是日本三棱化學(xué)公司和日本余部公司。近年來，DMC年產(chǎn)量呈大幅度的增長趨勢，世界DMC的總年產(chǎn)量能力會達到百萬噸以上。國外DMC生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品豐富，產(chǎn)業(yè)鏈長，生產(chǎn)技術(shù)以液相氧化羰基化為主，其中美國和西歐各國的企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)能較大，而日本的DMC企業(yè)則比較多，而且技術(shù)和成本都具有較大優(yōu)勢。目前國內(nèi)有30余家企業(yè)將碳酸二甲酯列入中長期發(fā)展規(guī)劃，年產(chǎn)總量為30萬噸以上。預(yù)計2020年將形成150萬噸/年產(chǎn)能。如采用酯交換法生產(chǎn)碳酸二甲酯工藝。則可聯(lián)產(chǎn)126萬噸/年丙（乙

8、）二醇，同時可將73萬噸二氧化碳變廢為寶，實現(xiàn)節(jié)能減排。最大的DMC生產(chǎn)企業(yè)是山東石大盛華化工股份有限公司，年產(chǎn)能約為3.6萬噸/年其次是河北新朝陽責(zé)任有限公司，錦西煉油化工總廠華億實業(yè)總公司等。2007年，國內(nèi)主要碳酸二甲酯生產(chǎn)產(chǎn)量和大約在12.6萬噸/年左右6。三、課題主要內(nèi)容、擬解決的問題、研究特色和創(chuàng)新之處 綜合碳酸二甲酯生產(chǎn)工藝可以看出：無論是甲醇光氣法，還是醇鈉光氣法，都是比較古老的方法、工藝復(fù)雜、設(shè)備腐蝕嚴重、污染環(huán)境，不宜采用。本設(shè)計采用CO2和甲醇為原料直接合成碳酸二甲酯，先將甲醇和金屬鎂粉置于常壓或低壓容器中反應(yīng)生成甲氧基鎂和氫氣，回收氫氣，然后將甲氧基鎂放入高壓反應(yīng)器中，

9、通入甲醇、CO2氣體和臨界溫度低于CO2臨界溫度的氣體，經(jīng)過開車階段反應(yīng)6-7h連續(xù)攪拌反應(yīng)后，開始從高壓反應(yīng)釜中取出氣相產(chǎn)物，并使之流過透平機壓縮CO2循環(huán)回系統(tǒng)，反應(yīng)物甲醇用高壓泵送入高壓釜釜底，氣相產(chǎn)物再經(jīng)過除水塔、初蒸餾塔、萃取精餾塔和萃取劑再生精餾塔分離出甲醇、水和高純度DMC，形成一個連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)。在CO2和甲醇直接合成DMC的反應(yīng)中，CO2既作溶劑，又作為反應(yīng)介質(zhì)參與反應(yīng)。CO2和甲醇直接合成法的整個反應(yīng)路線是原子經(jīng)濟型反應(yīng)，原料廉價易得，無污染，產(chǎn)物分離容易，極具發(fā)展?jié)摿?。由超臨界狀態(tài)CO2和甲醇直接合成DMC的方法（直接法），由于原料CO2是地球上儲量最為豐富的碳資源之一，無

10、毒、安全、價格低廉，而且CO2是人類生產(chǎn)和生活過程的主要排放物，是一種“溫室”氣體，因此由CO2出發(fā)合成DMC既可生產(chǎn)綠色化學(xué)品，又可緩解環(huán)境問題，具有誘人的經(jīng)濟效益和環(huán)境保護雙重意義3。CO2和甲醇為原料直接合成DMC的反應(yīng)在熱力學(xué)上難以進行，反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率和收率都很低，反應(yīng)中生成的水顯著影響著催化劑的活性。因此研制高活性的新型催化劑和新反應(yīng)技術(shù)，促進二氧化碳的活化，提高碳酸二甲酯的收率，是整個工藝實現(xiàn)工業(yè)化的關(guān)鍵。 本生產(chǎn)方法的特點：1 采用新型催化劑，客服了舊酯交換選擇性的矛盾，大大提高了反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，提高了DMC產(chǎn)品的質(zhì)量，節(jié)約了能源消耗。2 解決了甲醇與DMC的共沸物分離問題，采用

11、以鄰二甲苯為萃取劑，其中來源豐富，價格便宜，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和毒性較低，萃取劑的沸點適中，精餾塔均采用常壓操作，改變了以前加壓共沸蒸餾動力能耗大的缺點。特別的，把傳統(tǒng)萃取精餾的三塔工藝，改變?yōu)檩腿?再生的兩塔工藝，設(shè)備成本大大降低。3 采用常規(guī)浮閥塔精餾，簡單方便，成功分離出純度為99%的1,2-丙二醇副產(chǎn)頻品，創(chuàng)造了很高利潤。4 與其他工藝相比，本工程采用的工藝技術(shù)簡單，流程技術(shù)簡單，流程簡短，自動化程度高，易于管理，實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)操作。5將間歇精餾改為連續(xù)精餾，大大的降低了能耗 6 引進特殊的工藝技術(shù)，使產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率得到了極大地提高。四、研究方法、步驟和措施根據(jù)畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容要求查閱碳酸二甲酯相關(guān)

12、的資料，包括其物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)和合成方法，比較每種合成工藝的優(yōu)缺點，確定一種可行的工藝設(shè)計方案。對萃取劑回收工藝做出研究，確定塔的選型，查找關(guān)于碳酸二甲酯外國文獻，選一篇進行翻譯。對已收集的資料進行整理和仔細閱讀，做出綜述。用AutoCAD繪制各設(shè)備圖和精致流程圖，萃取劑回收塔的控制流程圖，Aspen Plus可以進行工藝流程模擬，通過這個模擬優(yōu)化做出可行的優(yōu)化設(shè)計方案，利于比較方案選擇。五、參考文獻1 李麗娟, 閻淑萍, 等, 碳酸二甲酯的生產(chǎn). 應(yīng)用及發(fā)展J. 河北化工 2002 (1): 13-162 郝小蘭, 姚曉明, 徐卡秋. 碳酸二甲酯生產(chǎn)工藝的分析比較J. 天然氣的化工, 200

13、3, 28(4): 42-46.3 張紹剛, 駱有壽. 碳酸二甲酯合成反應(yīng)的工藝條件及動力學(xué)研究J. 化學(xué)反應(yīng)工程與工藝, 1991, 7(1): 10-194 馬敬環(huán), 劉家琪, 李俊臺, 等. 反應(yīng)精餾技術(shù)的進展J. 化學(xué)工程與工藝, 2003, 19 (1): 10-19.5 周傳光, 鄭世清, 胡仰棟等. 部分牛頓模擬反應(yīng)精餾過程J. 化學(xué)工程, 1992, 20 (4): 1-86 何小榮. 化工過程優(yōu)化M. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2003: 91-101.7 朱建華, 沈復(fù). 反應(yīng)精餾過程的非平衡級模型初探J. 計算機與應(yīng)用化學(xué), 1994, 11(3): 167-173.8 劉永新, 田慶來. 碳酸二甲酯的市場需求和生產(chǎn)技術(shù)進展J. 精細石油化工, 2002, (4): 41-469 Srinivas D, Srivastava R, Ratnasamy P. Transesterfications over titanosilicate molecular sieves J. Catal.Today, 2004, 96(3): 127-13310 Mouhua Wang, Ning Zhao, Wei W