化学工艺学课程设计

JIU JIANG UNIVERSITY 化学工艺课程设计

题目年产3.5万吨碳酸二甲酯院系化学与环境工程学院

专业化学工程与工艺

姓名.................

班级..........

指导教师...................

2013年6月

目录

设计任务书 (1)

引言 (2)

第一章生产方案的选择 (3)

1.1概述 (3)

1.2工艺路线 (3)

1.2.1光气法 (3)

1.2.2甲醇氧化羰基化法 (3)

1.2.3酯交换法 (5)

1.2.4尿素醇解法 (6)

1.3工艺路线比较 (8)

1.4本项目所选工艺方案 (9)

第二章生产流程 (11)

2.1 反应流程 (11)

第三章工艺条件选择 (12)

3.1 本工艺体系特点 (12)

3.2反应条件及能耗 (12)

3.3 反应主要设备 (12)

3.4 催化剂的比较与选择 (12)

3.5 流程特色 (12)

第四章主要设备计算和选型 (13)

4.1换热器的选型 (13)

4.1.1确定设计方案 (13)

4.2 精馏塔的设计举例 (14)

4.3 浮阀塔工艺尺寸的计算 (15)

4.4 泵的设计计算 (16)

参考文献 (17)

附页一 (17)

致谢 (18)

设计任务书

一、设计目标

为一个设计一座年产3.5万吨碳酸二甲酯分厂。

二、设计基础条件

产品规格：

碳酸二甲酯产品的质量应满足中华人民共和国化工行业标准HG/T3934-2007规定的技术指标：

项目

指标（摩尔分率）

一级品优级品纯级品

外观无色透明液体，无可见杂质

碳酸二甲酯，% 99.5 99.8 99.8

水份，% ≤0.1 ≤0.050 ≤0.0020

甲醇含量，% ≤0.20 ≤0.050 ≤0.0020 色度(铂-钴色号)，号10 5 5

相对密度，g/cm3 1.071±0.005

三、厂址

九江地区

四、设计任务

1.生产方案

2.生产流程

4.工艺条件选择

5.主要设备计算和选型

6.其他设计说明

五、环境要求：

尽量采取可行的措施减少工厂对环境的不利影响，并对排出的污染物提出合理的治理方案。

六、绘制生产流程图

引言

碳酸二甲酯(Dimethyl Carbonate,简称DMC):化学式CH 3 OCOOCH 3 ,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。碳酸二甲酯是一种新兴的绿色基础化学原料,可以满足当前清洁工艺的要求,符合可持续发展的战略趋势,同时兼具多种优良性能。

现代科学技术不断发展，人们越来越重视对环境的保护，化工企业要长期立于不败之地，应尽量选用安全无毒的原料，生产过程少产生甚至不产生“三废”。鉴于碳酸二甲酯有着以上的物理化学性质，因此具有较为广泛的应用。近年来，随着化工生产无毒化和精细化学品的发展，国内外对DMC及其衍生物开发了许多新的用途，并形成C化学的重要分支，因而被称为未来世界化学合成的新基石。碳酸二甲酯，是一种重要的有机合成中间体，分子结构中含有羰基、甲基和甲氧基等官能团，具有多种反应性能，在生产中具有使用安全、方便、污染少、容易运输等特点。由于碳酸二甲酯毒性较小，是一种具有发展前景的“绿色”化工产品。近年来碳酸二甲酯的应用受到了越来越广泛的重视。

第一章生产方案的选择

1.1概述

目前工业生产和具有工业化前景的碳酸二甲酯的合成方法主要有：光气法、甲醇氧化羰基法、酯交换法和尿素醇解法四种，以下分别介绍这几种方法的基本原理、研究进展、存在的优缺点和部分采用此种工艺的企业。

1.2工艺路线

1.2.1光气法

此方法也称为甲醇光气法，即先由CO与Cl

2

作用生成光气，然后通过光气与甲醇或甲醇钠反应生成DMC。

CO + Cl

2→ COCl

2

(1)

2CH

3OH + COCl

2

→ CH

3

OC (O) OCH

3

+ 2HCl (2)

2CH

3ONa + COCl

2

→ CH

3

OC (O) OCH

3

+ 2NaCl (3)

它是合成DMC较早的方法，实际上是间接氧化羰基化过程。此法生产DMC 的

收率按甲醇计为90%，纯度95%以上。第3个方程式的合成路线有人称为醇钠法。

Ludo提出用甲醇钠与CO

2

反应生成碳酸钠甲酯，再以甲烷使其甲基化生成DMC。

光气法是传统的合成方法，工艺简单，技术成熟，虽然这些方法的DMC 产率

较高，但存在操作周期长，成本高，原料光气剧毒，安全性差，运输不方便，三

废量大等问题，不符合新的能源和环境的发展要求。目前，光气法正在逐步被其

它方法取代，属于淘汰性工艺。

1.2.2甲醇氧化羰基化法

该法以甲醇、CO、O

2

为原料，在催化剂作用下直接合成DMC，其反应式如下:

CO + 1/2O

2 + 2CH

3

OH → CH

3

OC (O)OCH

3

+ H

2

O

根据使用的催化剂不同，主要有以下2种不同的工艺路线。

(1) 液相法

该法是以甲醇、CO 和氧气为原料的均相反应，CuCl 为催化剂。反应分2步

进行:

氧化反应: 2CuCl + 2CH

3OH + 1/2O

2

→ 2Cu(CH

3

O)Cl + H

2

O

还原反应: 2Cu(CH

3O)Cl + CO → CH

3

OC(O)OCH

3

+ 2CuCl

操作压力2.5～3.0MPa ，温度90～130℃。以甲醇计，DMC的选择性为98%，