【氣相法年產(chǎn)3000噸二甲基苯胺設(shè)計(jì)5300字（論文）】

m（4）產(chǎn)生N-甲基苯胺的量：m（5）其余雜質(zhì)為1.62%，苯胺轉(zhuǎn)化為其他雜質(zhì)的量：m5.1.2甲醇相關(guān)計(jì)算甲醇轉(zhuǎn)化率為90.2%，產(chǎn)物二甲醚選擇性2.75%，甲醇生成其他雜質(zhì)為1.02%，二甲醚收率I3=90.2%×2.75%=2.48%在根據(jù)主反應(yīng)計(jì)算出甲醇的量：m甲醇反應(yīng)過程中有損失量，所以設(shè)甲醇每天進(jìn)量為7702kg（1）甲醇純度為99.2%，計(jì)算甲醇內(nèi)部雜質(zhì)為：m（2）甲醇未反應(yīng)量：m（3）二甲醚生成量：m（4）甲醇生成其他雜質(zhì)的量：m5.1.3水生成量計(jì)算m5.1.4總結(jié)設(shè)反應(yīng)器設(shè)備損失量為1%mmmN，N-二甲基苯胺出料量：10770.5-107.705=10662.8kg/dN-甲基苯胺出料量：363-3.63=359.4kg/d二甲醚出料量：272.5-2.725=269.8kg/d產(chǎn)生雜質(zhì)總量：92.9＋149.0＋61.6＋77.9=381.4kg/d表2管式反應(yīng)器中物料平衡表名稱進(jìn)料量（kg/d）損失量（kg/d）出料量（kg/d）苯胺92900128.8甲醇77020748.8N，N-二甲基苯胺0107.70510662.8N-甲基苯胺03.63359.4二甲醚02.725269.8H2O003367.1雜質(zhì)381.4總計(jì)16992115.0616877.945.2精餾塔中的物料衡算5.2.1精餾塔1反應(yīng)器中產(chǎn)出物進(jìn)入精餾塔1進(jìn)行冷凝分離[10]，設(shè)精餾塔設(shè)備損失量均為1%，計(jì)算出各物料損失量。（1）N，N-二甲基苯胺損失量：m=10662.8×1%=106.628kg/dN，N-二甲基苯胺出料量：m1=10662.8-106.628=10556.2kg/d（2）N-甲基苯胺損失量：m=359.4×1%=3.594kg/dN-甲基苯胺出料量：m2=359.4-3.594=355.8kg/d二甲醚損失量：m=269.8×1%=2.698kg/d二甲醚出料量：m3=269.8-2.698=267.1kg/d假設(shè)兩次精餾后水分流失25%，雜質(zhì)去除40%，苯胺出料為0，甲醇損失15%水分：3367.1×25%=841.8kg/d,3367.1-841.8=2525.3kg/d雜質(zhì)：381.4×40%=152.56kg/d,381.4-152.56=228.8kg/d甲醇：748.8×15%=112.32kg/d,748.8-112.32=636.5kg/d表3精餾塔1物料衡算表名稱進(jìn)料量kg/d損失量kg/d出料量kg/d苯胺128.800甲醇748.8112.32636.5N，N-二甲基苯胺10662.8106.62810556.2N-甲基苯胺359.43.594355.8二甲醚269.82.698267.1水分3367.1841.82525.3雜質(zhì)381.4152.56228.8合計(jì)15918.11219.6146精餾塔2二甲醚及少量雜質(zhì)從精餾塔2塔頂分出，對(duì)二甲醚除雜并處理，塔底出來的甲醇和水進(jìn)行干燥對(duì)甲醇進(jìn)行回收.（1）二甲醚損失量：269.8×1%=2.698kg/d二甲醚出料量：269.8-2.698=267.1kg/d（2）甲醇損失量：636.5×1%=6.365kg/d甲醇出料量：636.5-6.365=630.1kg/d（3）水損失量25%水損失量：2525.3×25%=631.3kg/d水出料量：2525.3-631.3=1894kg/d雜質(zhì)去除40%，228.8×40%=91.52kg/d假設(shè)甲醇中含水量為10%，則甲醇干燥后可回收量為：630.1-630.1×10%=567.1kg/d總結(jié)：第一次生產(chǎn)按照苯胺9290kg/d，甲醇7702kg/d加入原料，會(huì)產(chǎn)生567.1kg/d的甲醇可回收利用，所以第二次生產(chǎn)開始只需要加入7134.9kg甲醇，苯胺量不變。5.2.3精餾塔3從精餾塔1塔底餾出物N，N-二甲基苯胺，N-甲基苯胺，經(jīng)過精餾塔3分離出產(chǎn)物。N，N-二甲基苯胺損失量：10556.2×1%=105.562kg/dN，N-二甲基苯胺出料量：10556.2-105.562=10450.6kg/dN-甲基苯胺損失量：355.8×1%=3.558kg/dN-甲基苯胺出料量：355.8-3.558=352.2kg/d6能量衡算根據(jù)能量守恒定律可知：Q進(jìn)=6.1反應(yīng)器的能量衡算假設(shè)苯胺，甲醇出汽化器的溫度為60℃，傳輸中損失5℃，物料進(jìn)入反應(yīng)器溫度為55℃，反應(yīng)溫度240℃，其中反應(yīng)的熱量來自300℃導(dǎo)熱油通過套管傳熱[11]。已知C苯胺=2.17kJ/(kg?K)，C甲醇=2.51kJ/(kg?K)，CN，N-二甲基苯胺=1.88kJ/(kg?K)CN-甲基苯胺=2.14kJ/(kg?K)，C二甲醚=1.83kJ/(kg?K)（1）物料的進(jìn)入熱量：Q，=C苯胺.m.t=2.17×9290×（55+273.15）=6615274.3KJ/dQ，，=C甲醇.m.t=2.51×7702×（55＋273.15）=6343802.4KJ/dQ1=Q，＋Q，，=6615274.3＋6343802.4=12959076.7KJ/d（2）產(chǎn)物帶出的熱量為：Q，=CN，N-二甲基苯胺.m.t=1.88×10662.8×（240+275.3）=10329736.8KJ/dQ，，=CN-甲基苯胺.m.t=2.14×359.4×（240+275.3）=396325.5KJ/dQ，，，=C二甲醚.m.t=1.83×269.8×（240+275.3）=254421.1KJ/dQ，，，，=C未反應(yīng)完甲醇.m.t=2.51×748.8×（240+275.3）=968500.2KJ/dQ2=10329736.8+396325.5+254421.1+968500.2=11948983.6KJ/d（3）反應(yīng)熱為Q=-108KJ/mol則反應(yīng)放熱量為：Q3=108×（10662.8÷121.18）=9503.1KJ/d（4）假設(shè)在反應(yīng)器中熱量損失為8.6%Q1+Q3+Q4=Q2+Q損失Q損失=（Q1+Q3+Q4）×8.6%Q4=Q2+Q損失-Q1-Q3求得Q4=104706.4KJ/d，Q損失=1124302.6KJ/d表4管式反應(yīng)器熱量衡算結(jié)果表名稱進(jìn)料熱量KJ/d出料熱量KJ/d物料12959076.70產(chǎn)物011948983.6導(dǎo)熱油104706.40反應(yīng)放熱9503.10熱損失01124302.6總計(jì)13073286.213073286.27設(shè)備選型對(duì)于本設(shè)計(jì)中汽化器，反應(yīng)器這兩個(gè)主要設(shè)備進(jìn)行選型7.1汽化器選型簡(jiǎn)單的氣化器一般是由量孔，浮子室[11]，噴管，喉管，節(jié)氣門[12]等組成，喉管上方稱之為進(jìn)氣室，下方為混合室。在汽化器中添加一些設(shè)備，減少一些對(duì)環(huán)境有危害的化合物的排放，從而減少一些物料使用量，同時(shí)降低對(duì)環(huán)境的影響。汽化器選擇壓力式汽化器，上吸式，雙重喉管式，雙腔式混合室[13]。7.2反應(yīng)器選型根據(jù)本設(shè)計(jì)而言，本設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到每天固定生產(chǎn)量，而反應(yīng)物在管式反應(yīng)器中，反應(yīng)速度快，生產(chǎn)效率高；管式反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)不繁瑣，便于后期檢修；且管式反應(yīng)器適用于大型連續(xù)化生產(chǎn)。7.2.1確定換熱管根數(shù)結(jié)合介質(zhì)性質(zhì)和后期處理清洗，采用φ45×3（mm），長(zhǎng)3.5m，由換熱面積F=Πd0（L-1）nn=F/Πd0(L-1)=64.8/3.14×0.045×（3.5-0.1）=135根7.2.2換熱管排列方式圖3換熱管排列圖用正三角排列方式，則每根管距離為：d=1.25d0=1.25×45=57mm7.2.3管式反應(yīng)器筒體直徑計(jì)算D=d（b-1）+lb:位于管數(shù)中心線上的管數(shù)；l:最外層管中心到殼壁間距b=1.1l=2d0=2×45=90mmD=d（b-1）+l=57×（12.8-1）+90=761.5m則取筒體直徑為800mm。7.2.4折流板數(shù)目確定選取折流板間距為B=200折流板數(shù)目N=7.2.5殼程筒體厚度該設(shè)計(jì)溫度為240℃，設(shè)計(jì)壓力為1.2MPa，選用15MnVR為材料，通過查表可得在240℃時(shí)的許用應(yīng)力[σ]t=170Mpa。δ=設(shè)計(jì)厚度：δd=δ+C2=6.34mm名義厚度：δn=δd+c+Δ=10.19mm（令c=0.4mm，Δ=3.45）有效厚度：δe=δn-c-C2=10.19-0.4-3=6.79mm7.2.6水壓試驗(yàn)校核試驗(yàn)壓力：PσσT<0.9φσS則水壓試驗(yàn)滿足要求。7.2.7其他設(shè)計(jì)法蘭應(yīng)用整體法蘭，接管可用焊接。8.盈利分析表5市場(chǎng)調(diào)查分析表名稱純度價(jià)格(元/噸)苯胺99%8200甲醇99.2%2400催化劑（β沸石）99%2100N，N-二甲基苯胺99%18000N-甲基苯胺99%8000二甲醚99%3800利潤(rùn)=銷售額-成本廠房建設(shè)，設(shè)備購(gòu)買，水電耗費(fèi)以及人工安裝費(fèi)等總計(jì)4000萬，每年設(shè)備維修費(fèi)等需150萬招收200個(gè)工人，月收入4200元，則每年應(yīng)發(fā)工資200×4200×11=9240000元每天的銷售額=（18000×10450.6）+（8000×352.2）+（3800×267.1）=191943.380元進(jìn)料價(jià)格=（8200×9290）+（2400×7702）+（2100×2000）=94666.9元利潤(rùn)=（191943.380-94666.9）×320-9240000-1500000=20388473.6元理想公司長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，兩年后公司開始盈利，每年盈利20388473.6元。9.三廢處理廢氣處理：本項(xiàng)目設(shè)計(jì)當(dāng)中產(chǎn)生的利用率較高，產(chǎn)出的廢氣偏少，通過簡(jiǎn)單處理之后就可以達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。廢水處理：廢水中會(huì)含有少量的甲醇和胺類物質(zhì)，通過建立廢水處理塔再對(duì)廢水進(jìn)行集中處理，將廢水進(jìn)行稀釋后，進(jìn)行沉降分離[15]，其可作為循環(huán)冷卻水進(jìn)行使用。廢固處理：本工程產(chǎn)生的廢固為生活垃圾，屬于一般固廢。生活垃圾袋裝打包收集，在固定的地方安放，派專車及時(shí)運(yùn)送，送入垃圾處理中心。噪音處理：本設(shè)計(jì)噪音主要來自混合器，汽化器，反應(yīng)器。采取的主要治理措施有：混合器，汽化器安裝設(shè)消音器，同時(shí)在設(shè)備周圍安裝隔音罩；對(duì)反應(yīng)器采取減振[16]措施；根據(jù)生產(chǎn)車間環(huán)境，在人流量較大或者辦公區(qū)域設(shè)置吸聲壁面、隔聲障壁等；還可以通過種植綠化帶來適量降低噪聲。10.結(jié)論本設(shè)計(jì)利用氣相法年產(chǎn)3000噸N，N-二甲基苯胺，年工作日320天，每天工作24h，苯胺、甲醇每天進(jìn)料分別為9290kg、7702kg，每天生產(chǎn)N，N-二甲基苯胺10662.8kg。反應(yīng)器熱量衡算中物料帶入熱量12959076.7KJ，反應(yīng)放熱9503.1KJ，反應(yīng)中熱量損失1124302.6KJ，導(dǎo)熱油加熱熱量為104706.4KJ，產(chǎn)物帶出熱量11948983.6KJ。反應(yīng)器選擇管式反應(yīng)器，管式反應(yīng)器中換熱管135根，按照正三角排列方式，管間距為57mm，反應(yīng)器筒體直徑為800mm，其中含有折流板17個(gè)，殼程筒體厚度設(shè)計(jì)為10.49mm。再對(duì)公司盈利進(jìn)行分析，公司將在兩年后開始盈利，每年盈利20388473.6元。生產(chǎn)過程中的三廢處理，控制廢氣排放量；廢水進(jìn)行沉降分離，循環(huán)利用；廢固進(jìn)行分類收集處理。環(huán)保型、高收率的氣相法合成N，N-二甲基苯胺工藝將成為主要研究方向，適合投入生產(chǎn)。參考文獻(xiàn)徐龍,祝一鋒,李小年.N－甲基苯胺和N,N－二甲基苯胺合成研究進(jìn)展[J].化工生產(chǎn)技術(shù),2009,16(3):30-36．ShivarkarAB,GupteSP,ChaudhariRV.SelectivesynthesisofN,N-dimethylanilinederivativesusingdimethylcarbonateasamethylatingagentandoniumsaltasacatalyst[J].JournalofMolecularCatalysisA:Chemical,2005,226(1):49-56.DaSilivaRA,EstevamIHS,BieberLW.Reductivemethylationofprimaryandsecondaryaminesandaminoacidsbyaqueousformaldehydeandzinc[J].TetrahedronLetters,2007,48(43):7680-7682.SelvaM,PerosaA,FabrisM.SequentialcouplingofthetransesterificationofcycliccarbonateswiththeselectiveN-methylationofanilinescatalysedbyfaujasites[J].GreenChemistry,2008,10(10):10068-1077.李國(guó),關(guān)乃佳,張懷等.用苯胺和甲醇在β沸石催化劑上合成N,N－二甲基苯胺[J].石油化工,2002,31(2):81-83.阮崢,劉朝輝,鄧智平等.環(huán)氧樹脂體系功能化研究進(jìn)展[J].裝備環(huán)境工程,2015,(01):51-