2萬噸年直接尿素醇解法合成DMC精制工段初步設計-畢業(yè)設計論文

2萬噸年直接尿素醇解法合成DMg制工段初步設計畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導教師簽名：日期：使用授權說明本人完全了解大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热?。作者簽名：日期：學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名：日期：年月日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期：年月日導師簽名:日期：年月導師簽名:日期：年月注意事項1.設計（論文）的內容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關鍵詞4）外文摘要、關鍵詞5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）.論文字數(shù)要求：理工類設計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于1.2萬字。.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔.裝訂順序）設計（論文））附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝指導教師評閱書指導教師評價：一、撰寫（設計）過程、學生在論文（設計）過程中的治學態(tài)度、工作精神優(yōu)□良□中□及格□不及格2、學生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度優(yōu)□良□中□及格□不及格3、學生綜合運用所學知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力優(yōu)□良□中□及格□不及格4、研究方法的科學性；技術線路的可行性；設計方案的合理性優(yōu)□良□中□及格□不及格5、完成畢業(yè)論文（設計）期間的出勤情況優(yōu)□良□中□及格□不及格二、論文（設計）質量、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？優(yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？優(yōu)□良□中□及格□不及格三、論文（設計）水平、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？優(yōu)□良□中□及格□不及格3、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平優(yōu)□良□中□及格□不及格建議成績：口優(yōu)口良□中□及格□不及格（在所選等級前的口內畫）指導教師:（簽名）（蓋章）年月日評閱教師評閱書評閱教師評價：一、論文（設計）質量、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？口優(yōu)口良口中口及格口不及格、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？口優(yōu)口良口中口及格口不及格二、論文（設計）水平、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義口優(yōu)口良口中口及格口不及格、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？口優(yōu)口良口中口及格口不及格、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平口優(yōu)口良口中口及格口不及格建議成績：口優(yōu)口良口中口及格口不及格（在所選等級前的口內畫）年月日教研室（或答辯小組）及教學系意見教研室（或答辯小組）評價:一、答辯過程、畢業(yè)論文（設計）的基本要點和見解的敘述情況優(yōu)□良□中□及格□不及格2、對答辯問題的反應、理解、表達情況優(yōu)□良□中□及格□不及格3、學生答辯過程中的精神狀態(tài)優(yōu)□良□中□及格□不及格二、論文（設計）質量、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？優(yōu)□良□中□及格□不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？優(yōu)□良□中□及格□不及格三、論文（設計）水平、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義優(yōu)□良□中□及格□不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？優(yōu)□良□中□及格□不及格3、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平優(yōu)□良□中□及格□不及格評定成績：□優(yōu)□良□中□及格□不及格教研室主任（或答辯小組組長）：（簽名）年月日教學系意見：系主任：（簽名）年月日摘要碳酸二甲酯（DimethylCarbonate,簡稱DMC）:常溫下為透明液體，略帶香味。難溶于水，但能與醇、酮、酯等任意比混溶。DMC#性很小，對金屬基本上無腐蝕性。DMC#有酯的通性，可與水發(fā)生水解反應；可與含活潑氫基團的醇、酚、胺、酯等化合物反應；與二元醇或二元酚反應生成聚碳酸酯。DMC分子中含有染基、甲基、甲氧基等基團，具有良好的反應性能，可代替劇毒的光氣、硫酸二甲酯、氯甲烷等作為談基化劑、甲基化劑和甲氧基化劑，成為開發(fā)一系列潔凈化工工藝的新基塊。設計4萬噸/年碳酸二甲酯的工廠設計。本次設計我選用尿素直接醇解法其特點如下：（1）原料廉價易得；（2）工藝簡單，易于操作；（3）反應產生的氨氣可以回收利用，對環(huán)境友好，綠色無污染；（4）反應過程無水生產，避免了甲醇DM。水這復雜體系的分離問題，使后續(xù)分離提純簡單化。關鍵詞：碳酸二甲酯；合成工藝流程AbstractDMC(DimethylCarbonate,referredtoasDMC):chemicalformulaCH3OCOOCH3atransparentliquidatroomtemperature,slightlyfragrant.Insolubleinwater,butwithalcohols,ketones,estersandotheranymorethancompatibility.DMCtoxicityisverysmall,essentiallynon-corrosivemetal.DMCcontinuitywiththeester,thehydrolysisreactionwithwater;canbeusedwithactivehydrogengroupswithalcohols,phenols,amines,estersandothercompoundsreaction;anddiolsorpolycarbonatedualphenolreaction.DMCmoleculescontainingcarbonyl,methyl,methoxyandothergroups,hasagoodreactionperformance,canreplacethehighlytoxicphosgene,dimethylsulfate,carbonylchloride,etc.,asagent,methylandmethoxyagentBasedagent,achemicalprocessdevelopedanewseriesofcleanblocks.ThedesignIchosedirectalcoholysisofureafollowingfeatures:(1)cheapandreadilyavailablerawmaterials;(2)processissimple,easytooperate;(3)thereactionofammoniacanberecycled,environmentallyfriendly,greenpollution-free;(4)Thereactionofwaterproduction,toavoidthecomplexityofmethanol-DMC-waterseparationsystem,thesubsequentseparationandpurificationofsimplicity.Throughthisexperiment,Ilearnedtodesignaproductionplantintheprocessofdimethylcarbonateinthewholeprocess.Keywords:DMCDimethyl；CarbonateSynthesisProcess目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要1AbstractIII第1章緒論1項目概述1建設背景1產品簡介2產品用途2國內外發(fā)展2市場需求3工藝路線3光氣法4甲醇氧化?；?酯交換法4尿素醇解法5工藝路線比較6工作依據(jù)6廠址選擇7選擇原則7廠址選擇7城市概況8生產制度與生產規(guī)模8生產規(guī)模8生產制度8產品規(guī)格9經(jīng)濟數(shù)據(jù)核算9第2章工藝設計與計算10工藝原理10工藝流程描述10工藝流程簡圖10工藝流程說明11物料衡算11精微塔11萃取精微塔12萃取劑回收塔13熱量衡算13MC精微塔14萃取精微塔14萃取劑回收塔15第3章設備選型16選型的原則16精微萃取塔的計算及選型16工藝設計16塔和塔板主要工藝尺寸的設計：17換熱器計算及選型24確定生產任務24確定物性數(shù)據(jù)24計算總傳熱系數(shù)25換熱器核算27第4章設備一覽表32第5章車間設備布置設計36平面布局方案36廠區(qū)組成36設計思路36工廠運輸設計37第6章自動控制38主要的控制原理38自動控制的內容38程序控制系統(tǒng)38自動檢測系統(tǒng)38自動控制系統(tǒng)38自動信號（報警）和保護系統(tǒng)39第7章安全生產與環(huán)境保護40安全生產40有害因素40危險因素40勞動安全措施40基本要求40基本措施41環(huán)保措施41建設期污染防治措施41運營期污染防治措施41飲用水源保護42第8章公用工程43供電43照明系統(tǒng)43電氣設備的結構型式43電信工程43供水44生產水源44生活水源44消防水源44室內給水系統(tǒng)44室外給水系統(tǒng)44消防給水系統(tǒng)44生活排水系統(tǒng)45雨水排水系統(tǒng)45其它用水45供熱45概述45熱公用工程45冷公用工程45結束語46致謝47參考文獻1第1章緒論項目概述項目名稱：2萬噸/年直接尿素醇解法合成DM錯制工段初步設計建設地點：齊齊哈爾市建設工期：2年項目內容：本項目是大慶石化總廠年產2萬噸碳酸二甲酯的項目，該項目主要是以尿素和甲醇為原料生產碳酸二甲酯。本項目的產品規(guī)模定位在年產2萬噸碳酸二甲酯。整個項目的注冊資金為8811萬元人民幣，由總公司注入自有資金。項目建設進度在考慮建設過程中的各環(huán)節(jié)時間安排情況和干擾因素的影響，建設期定為兩年。建設背景化學工業(yè)的發(fā)展，在為人類提供豐富多彩的物質享受同時，也在嚴重的破壞人類賴以生存的環(huán)境。大氣酸化、江河污染、溫室效應加劇、臭氧層破壞等等，都在導致環(huán)境惡化，損害人類的健康，威脅著人類可持續(xù)發(fā)展的空間。從各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，環(huán)境惡化已成不爭的事實，迫切需要人類采取措施保護環(huán)境。20世紀90年代后期，綠色化學的興起為人類解決化學工業(yè)對環(huán)境污染問題提供了有效的手段。國內外綠色化學的研究工作主要是圍繞化學反應、原料、催化劑、溶劑和產品的綠色化展開的，如圖所示。隨著人們環(huán)保意識的加強和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，許多傳統(tǒng)的化學工業(yè)因環(huán)境污染等問題而面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。而利用化學原理和方法從根本上減少或消除傳統(tǒng)工業(yè)對環(huán)境的污染，并改善人類生存環(huán)境和大幅度提高經(jīng)濟效益的綠色化學工業(yè)則正在全球蓬勃興起。碳酸二甲酯作為一種重要的化工原料，在國內外都長期處于供不應求的狀態(tài)，而且目前國內外現(xiàn)有的碳酸二甲酯生產裝置不僅生產效率低，而且對環(huán)境均有不同程度的污染。產品簡介碳酸二甲酯（簡稱DMC分子式（CH3Q2CQ分子量90.08,相對密度1.070,折射率1.3697,熔點4C,沸點90.1C。常溫下為無色液體，略帶香味，具有可燃性。微溶于水，與水可行成共沸物，可與醇、醴、酮等幾乎所有有機溶劑混溶。DMC1性很低，1992年DMCE歐洲通過了非毒性化學藥品的注冊登記，是無毒無公害的主要化工原料和產品之一⑴，但在貯運上仍需按易燃有毒物品對待產品用途（1）生產二甘醇雙烯丙基碳酸酯（ADC透明樹脂）ADCT優(yōu)良的光學特性、耐磨性、耐菌性、輕型，是一種熱固性樹脂。它可代替玻璃，用作眼鏡透鏡及光電子材料。原先是以丙烯醇、二乙基乙二醇及光氣為原料制造的。用DMC替光氣，由于DMC6毒、無腐蝕，減輕了設備制造、操作管理及廢物處理等方面的技術要求。更為重要的是，能較容易地制造高品質產品。因此正在開辟用作精密光電子材料等新領域。（2）生產甲氨基甲酸蔡酯（殺蟲劑原料）原采用a-茶酚和甲基異氟酸酯為原料或a-茶酚和光氣經(jīng)由氯甲酸酯制造的。但是上述兩條途徑均有危險。1984年印度帕巴拉邦大爆炸，就是實例。使用DM就能安全地與茶酚反應，制成甲氨基甲酸蔡酯。（3）制造苯甲醴（香料等的原料）原工藝是以苯酚和硫酸二甲酯為原料，但存在副產物難處理等問題。用DMCS替DMS制造苯甲醴，可以解決上述問題，且收率有所提高?？傊S著環(huán)保意識的加強，DM的用途將越來越寬?？梢源_信，以DMC；核心，會形成各種衍生物群體，形成整個化學工業(yè)的一個重要產品類別。國內外發(fā)展世界范圍內，國外DMC的生產能力已超過55萬，其中西歐占31.25%,日本占25%,美國占43.75%。主要生產廠家為：美國的PPG法國的SNPE德國的BASF意大利的ENI、日本的Daicel和宇部興產等公司。目前，我國碳酸二甲酯總生產能力約25萬噸/年，現(xiàn)有碳酸二甲酯生產廠家約10余家，其中較大規(guī)模的有朝陽化工集團、錦西煉油化工總廠、山東泰豐礦業(yè)集團、銅陵有色金屬公司、山東石大勝華、山東海科科技股份公司，泰興市鳳鳴化工，湖北興發(fā)化工集團股份有限公司，山東維爾斯化工有限公司，東營市?？菩略椿び邢挢熑喂?，山東德普化工科技有限公司，中科化工分公司等。短短的2年左右時間，中國一躍成為DMC的生產大國。但值得關注的是：目前國內不少廠家爭相在該領域投資，而酯交換法的原料依賴于石化，且工藝復雜，投資額較大，經(jīng)濟性不理想，盡管國外工藝早就成熟，但國外公司采用此工藝進行大規(guī)模生產的并不多見。市場需求隨著國民經(jīng)濟各行各業(yè)的發(fā)展和環(huán)保要求的日益嚴格，DMC的消耗量將急劇上升。2001年世界上DMC的主要應用領域是聚碳酸酯的合成，消耗量約為5萬噸，約占總消耗量的56.1%,醫(yī)藥消耗量約為2.0萬噸，約占22.5%,農藥消費量0.7萬噸，約占7.9%,其他方面的消耗量約為1.2萬噸，約占13.5%,2002年的DMC?肖耗量增長至10.1萬噸，其中醫(yī)藥行業(yè)的增長較快。預計全球DMC的市場需要量將以11%左右的速度快速增長。2010年，世界DMC的年需求量約30-40萬噸，預計到2015年，世界DMC的年需求量將達到45萬噸。DMC?在市場十分巨大，據(jù)統(tǒng)計，世界上每年僅取代光氣和硫酸二甲酯就需要200萬t以上的碳酸二甲酯；全部采用碳酸二甲酯生產聚碳酸酯的話，則需要30萬t;如采用作為汽油添加劑潛在用途市場打開后，則年需要630萬t。近幾年來，由于碳酸二甲酯深加工的下游產品一聚碳酸酯（PC）,聚氨酯，汽油添加劑，高能電池電解液等市場發(fā)展迅速，市場需求潛力不斷加大，歐洲、北美、南非、韓國和日本等國家和地區(qū)的新增年需求量約10萬噸。隨著BASFBAY-ERSNPE等世界主要碳酸二甲酯生產商的光氣法生產裝置停產，國際市場供需矛盾將會日趨緊張。我國碳酸二甲酯工業(yè)特點：裝置規(guī)模大型化，產業(yè)從數(shù)量型向質量型的增長模式轉變，產品結構得到調整。近年來國內有關的科研院所與企業(yè)合作，加大了對碳酸二甲酯下游產品的開發(fā)及產業(yè)化力度，在碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二苯酯、固體光氣等產品和領域中取得一定的成果，在部分企業(yè)中實現(xiàn)了工業(yè)化的生產，推動碳酸二甲酯企業(yè)產品向橫向及縱向多元化發(fā)展，促進了產品結構的調整與升級，對擴展碳酸二甲酯市場范圍和容量，降低市場風險起到了積極作用。國內一些科研單位仍在另起爐灶新開課題研究酯交換法碳酸二甲酯工藝，勢必造成新的盲目建設和資源浪費。工藝路線目前工業(yè)生產和具有工業(yè)化前景的碳酸二甲酯的合成方法主要有：光氣法、甲醇氧化談基法、酯交換法和尿素醇解法四種，以下分別介紹這幾種方法的基本原理、研究進展、存在的優(yōu)缺點和部分采用此種工藝的企業(yè)。光氣法此方法也稱為甲醇光氣法[3],即先由CGfCl2作用生成光氣，然后通過光氣與甲醇或甲醇鈉反應生成DMCCO+Cl2-COC12(1)2CH3OH+COC12-CH3OQO)OCH3+2HC1(2)2CH3ONa+COC*CH3O。。)OCH3+2NaC1(3)它是合成DM皎早的方法，實際上是問接氧化染基化過程。此法生產DMC的收率按甲醇計為90%%^度95犯上。第3個方程式的合成路線有人稱為醇鈉法。Ludo提出用甲醇鈉與CO2反應生成碳酸鈉甲酯，再以甲烷使其甲基化生成DMC甲醇氧化?；ㄔ摲ㄒ约状肌OO2為原料，在催化劑作用下直接合成DMC具反應式如下：CO+1/2O2+2CH3OH-CH3OC(O)OCH3+H2O根據(jù)使用的催化劑不同，主要有以下2種不同的工藝路線。⑴液相法該法是以甲醇、CO和氧氣為原料的均相反應，CuCl為催化劑。反應分2步進行：氧化反應：2CuCl+2CH3OH+1/2O2f2Cu(CH3O)Cl+H2O還原反應:2Cu(CH3O)Cl+CO-CH3OC(O)OCH3+2CuCl操作壓力2.5?3.0MPa,溫度90?130C。以甲醇計，DMC選擇性為98%單程收率32%總收率95%甲醇轉化率在10%-20%：問。反應過程中，甲醇既為原料又為溶劑，氧濃度始終保持在爆炸極限以下。⑵氣相法其化學原理與液相法相同。所用催化劑為Pd-Cl2、CuCl/C固體催化劑，反應也是分2步進行。氧化反應:2NO+2CH3OH+1/2O2f2CH3ONO+H2O還原反應:CO+2CH3ON8CH3OC(O)OCH3+2NO酯交換法酯交換法依起始物可分為直接酯交換法和間接酯交換法2種。酯交換法生產安全、清潔，而且耦合了工業(yè)上的環(huán)氧化物-環(huán)氧乙烷(EO)或環(huán)氧丙烷(PO)水合制各二元醇-乙二醇(EG)或l,2-丙二醇的工藝，在經(jīng)濟上具有競爭優(yōu)勢，也是目前國內DMCJ主要合成方法。工業(yè)化的酯交換法系采用兩步法，即先由環(huán)氧化物與CO&應生成碳酸乙烯酯(EC)或碳酸丙烯酯(PC),EC￡PCW甲醇進行酯交換反應生成DMC：相應的二元醇。一步法是以EO￡PO甲醇和CO為原料，在同一反應器中直接合成DMCJ方法。一步法生產工藝簡

單，設備投資低，己引起世人的關注,尿素醇解法尿素醇解法制備DMCI在國內外剛剛引起關注的一種新方法，成為研究熱點。尿素醇解法以來源廣泛、價格低廉的尿素和甲醇作基本原料，具有原料價廉易得、工藝簡單和反應產生的氨氣可以回收利用等優(yōu)點，并且反應過程無水生成，避免了甲醇2DMC2復雜體系的分離問題，使后續(xù)分離提純簡單化，節(jié)省投資，尤其對現(xiàn)有化肥廠開發(fā)下游產品具有吸引力，具有廣闊的開發(fā)前景。尿素醇解制備碳酸二甲酯的合成反應過程一致認為是分兩步進行的。由尿素出發(fā)合成碳酸二甲酯主要有以下三條工藝路線：(1)直接尿素醇解法合成碳酸二甲酯尿素直接醇解制備碳酸二甲酯的反應方程式如下：NH2CONH2+2CH3OH(CH3O)2CO+2NH3實際上分兩步進行，尿素首先醇解為氨基甲酸甲酯、然后再進一步醇解為碳酸二甲酯。具體反應為：NH2CONH2+CH3OHNH3COOCH3+NH3NH2COOCH3+CH30H(CH3O)2CO+NH3一定的反應溫度和壓力條件下，尿素先與一分子的醇反應生成氨基甲酸酯類化合物。然后生成的氨基甲酸酯類化合物再與另一分子的醇在以有機錫催化劑存在時反應生成碳酸二酯類化合物。兩步反應的醇可以相同也可以不同。控制氨基甲酸酯與第二步反應醇的摩爾比在2:1?10:1之間，控制反應體系中碳酸二酯類化合物質量百分含量在1%-3%L問。該反應工藝中尿素的轉化率較高，選擇性也較好，顯示了較好的用前景，具有較強的競爭力。(2)尿素一碳酸丙烯酯(或碳酸乙烯酯)一碳酸二甲酯路線該路線分兩步進行，尿素與丙二醇反應制備碳酸丙烯酯，碳酸丙烯酯再與甲醇反應制備碳酸二甲酯。碳酸丙烯酯與甲醇酯交換制備碳酸二甲酯是比較成熟的工藝，其中碳酸丙烯酯多采用二氧化碳與環(huán)氧丙烷環(huán)加成反應合成。(3)尿素--二苯基胭--苯氨基甲酸甲酯--碳酸二甲酯路線這條路線是由三個連續(xù)反應組成，中間產物二苯基月尿與苯氨基甲酸甲酯都是重要的化工產品，該反應歷程分三步進行，反應方程式如下：⑴第三步的原料苯氨基甲酸甲酯NH2CONH2+2PhNH2PhNHCONHPh+⑴第三步的原料苯氨基甲酸甲酯PhNHCONHPh+CH3OPhNHCOOCH3phNH32PhNHCOOCH3PhNHCONHPh+(CH3QCO該路線的第一步和第二步的轉化率和產率都比較高。歧化反應生成碳酸二甲酯時，也可以發(fā)生分解反應生成苯異氟酸酯。并且在一定條件下兩個反應是競爭反應，選擇合適的催化劑和反應條件提高苯氨基甲酸甲酯反應的選擇性具有理論意義。但該路線步驟多，設備投資大，工業(yè)化比較困難。工藝路線比較表1-1工藝路線比較工藝優(yōu)點缺點光氣法(1)可工業(yè)化生產；(2)產率局。(1)光氣劇毒，且不易存放和運輸；(2)副產物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2條件溫和；(3)對環(huán)境友好。(1)直接醇解法反應效率低；(2)間接醇解法工2流程較長。氧化厥化法(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)產率較局；(3)清潔生產，對環(huán)境友好。(1)原料成本受石油價格影響大；(2)生產規(guī)模和利潤受副產物限制。我國目前DM的工業(yè)合成方法仍然是光氣法和酯交換法為主，不但不符合環(huán)保的要求，而且也不經(jīng)濟，加上我國的DM生產能力遠遠不能滿足市場需要，大部分依賴進口，國家為此每年需花費大量外匯。隨著環(huán)保的需要，DM嬴求越來越多，對其進行開發(fā)研究，市場前景看好。目前正被廣泛關注的COK相氧化染基化法(一步法)、co直接合成法和尿素醇解法將成為合成DMCJ主要方法。由于CO?相氧化談基化法和氣相兩步法的工藝已成功工業(yè)化生產，COK相氧化跋基化的一步法可能會首先取得突破。CO直接合成法的前景最被看好，無論從經(jīng)濟、技術和環(huán)保等方面，該合成路線均具有一定的優(yōu)勢。尿素醇解法的最明顯的優(yōu)勢是反應過程沒有水生成，省去后續(xù)的DMC^甲醇一水共沸體系的分離，是最經(jīng)濟的生產方法。上述3種方法雖都存在很多需要解決的問題，但從出于經(jīng)濟和原料的考慮有望替代現(xiàn)有的酯交換法生產工藝。尿素醇解法的原料尿素和甲醇的生產工藝國內已經(jīng)很成熟，產量大，所以原料來源廣且價廉，尿素生產中利用了CO2可以減少溫室效應，因此我們選擇尿素醇解法作為本廠合成碳酸二甲酯的工藝方案。工作依據(jù)設計中要符合以下依據(jù)：(1)產品的技術指標(2)安全要求：在化工生產中大量的物質都具有易燃易爆有毒的性質，所以在設計上一定要考慮到安全問題，保證生產的安全進行和操作人員的人生安全。(3)經(jīng)濟要求：從社會效益出發(fā)，保證經(jīng)濟技術指標應有競爭力，需要經(jīng)濟的使用物力、人力，節(jié)省開支。1、《設計任務書》2、化學工業(yè)出版社《化工設計》3、齊齊哈爾大學《畢業(yè)設計工作手冊》4、化學工業(yè)出版社《化工工藝設計手冊》5、中國輕工業(yè)出版社《輕化工工廠設計概論》廠址選擇選擇原則廠址選擇是化工裝置建設的一個重要環(huán)節(jié)，也是一項政策性、技術性很強的工作。廠址選擇對工廠的建設進度、投資數(shù)量、經(jīng)濟效益、環(huán)境保護及社會效益等方面都有重大影響。由于只有廠址選擇確定之后，才能估算其建投資額和投產后的生產成本，才能對經(jīng)濟效益、環(huán)境影響、社會效益進行分析評估，判斷項目的可行性，因此廠址選擇工作是可行性研究的一部分，在有條件時，也可在編制項目建議書階段進行。廠址選擇的主要影響因素：原料、能源、水源和環(huán)境。廠址選擇的基本原則：.廠址直選在原材料、能源較豐富或供應方便的地區(qū)。.廠址直選在水資源豐富、水質較好的地區(qū)。.廠址應具有較便利的運輸條件。.選廠應注意節(jié)約用地、少占耕地。.選廠應注意對當?shù)氐沫h(huán)境保護。.選廠應考慮周圍的協(xié)作關系。.其他一些注意事項(避免在地震斷層和基本烈度9度以上的地震區(qū)，易遭受洪水、泥石流、滑坡的危害的山區(qū)，又開采價值的礦藏地區(qū)，國家規(guī)定的歷史文物、生物保護和風景旅游點)。廠址選擇根據(jù)以上原則將廠址選在齊齊哈爾，因為齊齊哈爾物源豐富，可以給工廠提供充足的原料，齊齊哈爾水源豐富解決了化工行業(yè)需水倆大難題。齊齊哈爾又是交通中心，公路和鐵路四通八達很方便，有利于原料和產品的運輸，并且齊齊哈爾的人口密度低，將

工廠建在齊齊哈爾安全上也有保障。大慶的自然環(huán)境良好，一般不發(fā)生洪澇災害，經(jīng)過工廠的水源下游無大中型城市，一旦發(fā)生事故也不會造成大范圍的人群中毒。齊齊哈爾所在地不是板塊接觸處，所以一般不會發(fā)生地震。綜上所述，將廠址選在齊齊哈爾是合理的。城市概況表1-2廠址選擇對比各地因素大慶齊齊哈爾哈爾濱原料來源來源穩(wěn)定原料易得原料易得產品銷售好好勞動力成本高低高交通運輸發(fā)達發(fā)達發(fā)達三廢處理標準較局標準較低要求嚴格電力貴便宜貴水源水質不好水質好水質不好土地資源較貴便宜貴生產制度與生產規(guī)模生產規(guī)模本廠的設計規(guī)模是年產2萬噸碳酸二甲酯，年實際工作日為330天。生產制度按五班3運轉進行連續(xù)工作，其生產車間崗位設置和勞動定員見下表表1-3生產車間崗位設置和勞動定員序號崗位班次每班人數(shù)合計人數(shù)1主工藝46242儀表自控4143控制分析4284儀器分析1225機泵房44166管理人員1667其他人員1888合計--68

產品規(guī)格表1-4產品規(guī)格項目指標（摩爾分率）■級品優(yōu)級品純級品外觀無色透明液體，尢口」見雜質碳酸二甲酯，%99.599.899.8水份，%<0.1<0.050<0.0020甲醇含量，%<0.20<0.050<0.0020色度（珀-鉆色號），號1055相對密度，g/cm31.071±0.005經(jīng)濟數(shù)據(jù)核算表1-4經(jīng)濟數(shù)據(jù)核算304不銹鋼設備36000元/t中低壓（04MPa碳鋼設備11000元/t高壓碳鋼設備價格15000元/t低壓蒸汽（0.8MPa）100元/t中壓蒸汽（4MPa200元/t第2章工藝設計與計算工藝原理尿素直接醇解制備碳酸二甲酯的反應方程式如下：NH2CONH2+2CH3OHf(CHaQ)2CO+2NH3實際上分兩步進行，尿素首先醇解為氨基甲酸甲酯、然后再進一步醇解為碳酸二甲酯。具體反應為：NH2CONH2+CH30H-NH3COOCH3+NH3NH2COOC。；H3+CH30Hf(CH3O)2CO+NH3工藝流程描述工藝流程簡圖由尿素和甲醇直接合成DMC勺粗產物中主要含有：MCDMG口甲醇。精制工段流程圖如圖，該精制工段共有3個操作單元，為：除MCI元、萃取精儲單元和萃取劑回收單F2F5甲醇循環(huán)換熱器6DMCF6F8F7F4F2F5甲醇循環(huán)換熱器6DMCF6F8F7F4圖2-1精制工段流程圖工藝流程說明DM版應完成后，液體混合物進入緩沖罐，再經(jīng)換熱至泡點溫度后打入精儲塔進行精微分離。常壓精儲，塔頂溫度為65C,微出物為DMG口甲醇，DM（J口甲醇經(jīng)冷卻后進入萃取機進行萃取，萃取劑選用糠醛，常溫常壓下萃取分離。塔底溫度172.6C,釜液為未轉化的氨基甲酸甲酯，返回DMCE應釜。萃取機是一種新型萃取設備，國內有許多廠家生產，而且該設備的處理量范圍較大，種類較多，可以用一個設備完成多級萃取，避免了多個萃取塔同時工作帶來的不便及設備安裝和管道鋪設的復雜，減少了工廠的成本。萃余相為甲醇，送至甲醇緩沖罐；萃取相為糠醛和DMC勺混合液，送至緩沖罐中，經(jīng)過換熱至泡點溫度進入精儲塔中進行分離。常壓精儲，塔頂溫度為90.3C,微出物為純度99.7%的DMC經(jīng)換熱至常溫后作為產品儲存。物料衡算物料衡算的理論基礎是質量守恒定理。它是指進入一個裝置（或設備）的主物料的量（包括損失量）和系統(tǒng)內部積累起來的物料的量，即研究某一體系內進出物料量及組成的變化。進行物料衡算時，首先必須確定衡算的體系。對一般體系，均可表示為：物料的積聚率=物料進入率-物料流出率+反應生成率-反應消耗率當系統(tǒng)沒有化學反應時，則：物料的積聚率=物料進入率-物料流出率在穩(wěn)定狀態(tài)下有：物料進入率=物料流出率年產碳酸二甲酯20000噸，每年按330天計算，每天生產量=40000/330=60.61噸,采用間歇反應，以1天為單位進行衡算，計算如下：最終產出DMC勺純度為99.7%,萃取率為98.8%,初步精儲回收率為70.8%2.3.1精微塔a.流程示意圖?213精制塔b、計算過程：進入精儲塔的物質含量：甲醇4703.35kmolDMC964.79kmolMC361.80kmol設塔頂出料為D,含甲醇的摩爾分數(shù)為0.827,DMC勺含量為0.17根據(jù)方程：F=D+W對于DMC由DXmCF=0.708得D=0.708*964.79/0.17=4018.06kmol貝(J有W=F-D=6029.94-4018.06=2011.88kmol表2-1精儲塔物料衡算一覽表組分進料（流股1）塔頂出料（流股2）出料塔底出料（流股3）kmol/d%(mol)kmol/d%(mol)kmol/d%(mol)甲醇4703.35783322.9482.71388.2069DMC964.7916683.0717281.6614MC361.80612.050.3342.0217總計6029.941004018.061002011.881002.3.2萃取精儲塔a.流程示意圖3萃取精儲塔b、計算過程已知糠醛：甲醇=8.43（質）DMC的萃取率為98.8%,貝U塔頂DM@683.07*0.988=674.873kmol塔底分離糠醛萃取劑的量為：5754.50kmol齊齊哈爾大學畢業(yè)設計說明書表2-2萃取塔物料衡算一覽表組分進料（流股1）塔頂出料（流股2）出料塔底出料（流股3）kmol/d%(mol)kmol/d%(mol)kmol/d%(mol)甲醇3322.9434.023320.8899.572.060.04DMC683.0778.200.25674.87310.49糠醛5760.5058.9860.185754.589.47總計9766.511003335.081006431.431002.3.3萃取劑回收塔a.流程示意圖211萃取劑回收塔3b、計算過程進入精儲塔的物質含量：DMC674.87kmol糠醛5754.50kmol設塔頂出料為D,含DMC勺摩爾分數(shù)為0.997,塔底出料為W由生產條件知D=672.86kmol根據(jù)方程：F=D+W貝UW=（674.87+5754.50）-672.86=5756.51kmol表2-3萃取劑回收塔物料衡算一覽表組分進料（流股1）塔頂出料（流股2）出料塔底出料（流股3）kmol/d%(mol)kmol/d%(mol)kmol/d%(mol)糠醛5754.5089.555.567.635698.9499.7DMC674.8710.5672.8692.372.010.3總計6429.37100728.421005700.951002.4熱量衡算根據(jù)能量守恒定律：輸入系統(tǒng)的能量=輸出系統(tǒng)的能量+系統(tǒng)積累的能量本廠所需主要設備有反應器、泵、換熱器、精儲塔、緩沖罐等。輸入整個生產系統(tǒng)的能量主要有加熱劑帶入的能量和進入物料的始，輸出的能量有冷卻劑帶走的能量和輸出物料的始。對于連續(xù)系統(tǒng)：Q+W=2Hout-ZjHinQ設備的熱負荷。W輸入系統(tǒng)的機械能。EHout——離開設備的各物料始之和。EHin——進入設備的各物料始之和。MC精儲塔換熱器熱負荷為：2653417.32W對于換熱器W=0EHin=-33310839WEHout=-30657422WEHout-EHin=-30657422-(-33310839)=2653417W=Q精儲塔熱負荷為：-5087737.7W對于精儲塔EHin=-30657422WEHout=-31979508-189534=-3216904.2WEHout-EHin=-3216904.2-(-30657422)=27440517.8W精儲塔需外力口功W=27440517.8-(-5087737.7)=32528255.5W萃取精儲塔換熱器熱負荷為：2457896.45W對于換熱器W=0EHin=-35654856WEHout=-32568456WEHout-EHin=-32568456-(-35654856)=3086400W=Q精儲塔熱負荷為：-5126365.4對于精儲塔EHin=-31425378W￡Hout=-31425378-189534=-31614912WEHout-EHin=-31614912-(-31425378)=27440517.8W精儲塔需外加功W=27440517.8-(-5126365.4)=32566883.2W萃取劑回收塔換熱器熱負荷為：2456986.24對于換熱器W=0EHin=-35320859WEHout=-32658424WEHout-EHin=-32658424-(-35320859)=2662435W=Q精儲塔熱負荷-5186727.5對于精儲塔EHin=-32677432W￡Hout=-33902507-189534=-33712973WEHout-EHin=-3216904.2-(-30657422)=28451513.5W精儲塔需外加功W=28451513.5-(-5186727.5)=33638241W第3章設備選型選型的原則設備選型應遵循的原則如下。①生產上適用一所選購的設備應與本企業(yè)擴大生產規(guī)?；蜷_發(fā)新產品等需求相適應。②技術上先進一在滿足生產需要的前提下，要求其性能指標保持先進水平，以利提高產品質量和延長其技術壽命。③經(jīng)濟上合理一一即要求設備價格合理，在使用過程中能耗、維護費用低，并且回收期較短。設備選型首先應考慮的是生產上適用，只有生產上適用的設備才能發(fā)揮其投資效果；其次是技術上先進，技術上先進必須以生產適用為前提，以獲得最大經(jīng)濟效益為目的；最后，把生產上適用、技術上先進與經(jīng)濟上合理統(tǒng)一起來。一般情況下，技術先進與經(jīng)濟合理是統(tǒng)一的。因為技術一上先進的設備不僅具有高的生產效率，而且生產的產品也是高質量的。但是，有時兩者也是矛盾的。例如，某臺設備效率較高，但可能能源消耗量很大，或者設備的零部件磨損很快，所以，根據(jù)總的經(jīng)濟效益來衡量就不一定適宜。有些設備技術上很先進，自動化程度很高，適合于大批量連續(xù)生產，但在生產批量不大的情況下使用，往往負荷不足，不能充分發(fā)揮設備的能力，而且這類設備通常價格很高，維持費用大，從總的經(jīng)濟效益來看是不合算的，因而也是不可取的精微萃取塔的計算及選型工藝設計（一）由物料包算可知：該精微塔中的輕組分為DMC重組分為糠醛。且F=267.9Kmol/h,XF=0.10;D=30.4Kmol/h,XD=0.997;W=237.5Kmol/h,Xw=0.04（二）由Aspen軟件模擬可直接得出以下幾個量：塔徑D=1.017m；理論塔板數(shù)Nt=16N;回流比R=0.42；塔底溫度153.3C；塔頂溫度90.3C；進料溫度102C；

降液管截面積Af=0.1m3;降液管底隙的流速uo=0.092m/s（三）塔效率的估算：Drickamer和Bradfor法m=14413.5Kg/h糠醛（A）:=6m=14413.5Kg/hDMC(B):d=0)Kg/m3DMC(B):d=0)Kg/m3m=2523.23Kg/h14413.5aA三14413.52523.23=0.62aaB=1-aA=0.38：l11601070得出:3Pl=1124.07Kg/m于是，進料流量：lh14413.52523.233…：l11601070得出:3Pl=1124.07Kg/m于是，進料流量：lh14413.52523.233…20.74m/h1124.07m=^4^=150Kmol/h96.092523.23=98.8Kmol/h90.07xA1a1a1b150=0.615098.8xBlB1a1b98.8C,=0.415098.8利用Orrick-Erbar法可計算出：塔內加料溫度102c下，糠醛黏度小0.295DMC黏度尸0.28貝U平均黏度pm=2x他=0.6*0.295+0.4*0.28=0.289mPa*s所以塔效率ET=0.17—0.616lgpm=0.17—0.616*lg0.289=0.51=51%3.2.2塔和塔板主要工藝尺寸的設計:塔高初選板間距HT=0.40m那么，塔的有效段高度依下式計算：Nt16—1Z=*Ht=16_J*0.4=11.76Et0.51塔徑塔徑D=1.017m經(jīng)圓整后為1.20m溢流裝置與液體流量塔式板的溢流裝置包括溢流堰、降液管及受液盤。溢流裝置的布置應考慮液流在塔板上的途徑。一般根據(jù)塔徑與液體流量，選取液流型式。由于該板式塔的液體流徑較長,塔板結構簡單，直徑小于2.2米，所以選取單流型。降液管有圓形與弓形兩類。為了充分利用塔內空間，提供較大的降液面積及兩相分離空間，我們選用弓形降液管。1.溢流堰a.堰長lW單溢流型塔板堰長lW=(0.6~0.8)D-0.7D=0.7*1.2=0.84b.堰上液層高度hoW由于顯=0.7；4=羋4=32.07,查液流收縮系數(shù)計算圖，得出E=1.06D螳0.842.52.84lh22.8420.742，平直堰的hOW=E(h)3=*1.06*()3-0.025m1000lW10000.84C.堰hW堰高與板上液層高度及堰上高度的關系如下：hL=hWhOW式中hL—板上液層局度，m；hOW—堰上液層局度，m所以hW=hL-hOW=0.06-0.025=0.035m2.降液管

降液管的寬度Wd與降液管的面積Af已知1W/=0.7,查弓形降液管寬度與面積的關系圖得：WX=0.14,Af/=0.0884,DDAp故Wd=0.14D=0.14*1.2=0.15n_2__22Af=0.0884*D=0.0884*0.785*1.2=0.1m4由式子.=35計算液體在降液管中的停留時間以檢驗降液管面積，即1sAH1sAH1s=0.1*0.4/(20.74/3600)=7.0>5s降液管的底隙高度h。降液管底隙高度即降液管下端與塔間的距離，以h降液管底隙高度即降液管下端與塔間的距離，以h。表示。為保證良好的液封，又不致使液流阻力太大，一般按下式計算:1sho)——lW*Uo式中U式中Uo----液體通過降液管底隙ho的流速,m/s。一般uo=0.07?0.25m/s,不易超過0.4m。該精微塔中uo=0.092m/s液體流速：1s==2074=5.67*10二m/s36003600.I567*10—所以ho二=0.1m不小于0.02?0.025m,不會引起堵塞1W*uo0.62*0.0923.受液盤及進口堰一般情況下多采用平行受液盤。當塔采用平行受液盤時，為保證降液管的液封并均布進入塔板的液流，也可設進口堰。塔板設計.塔板布置取邊緣區(qū)寬度Wc=0.04m,安定區(qū)寬度W.=0.07m

計算開孔面積TOC\o"1-5"\h\z2"n21xAa=2*(x.R-xR)sin-180R10.38=2*(0.38*0.56-0.38——*0.56*sin—)1800.562=0.780mD1.2其中x=-—(WdWs)=--(0.150.07)-0.38m22D…1.2R=—-Wc=--0.04=0.56m22.篩孔與篩孔率孔徑do篩孔的孔徑do的選取與塔的操作性能要求、物系性質、塔板厚度、材質及加工費用等有關。該塔板上物系的表面張力為正系統(tǒng)，易起泡沫，可采用do為5mmi勺小孔徑篩板。篩板厚度二由于該工藝沒有特殊要求，用一般碳鋼即可滿足要求。其厚度我們選為3mm.孔中心距t篩孔在篩板上一般按正三角形排列，其孔中心距t=3.5do=3.5*5.0=17.5mm開孔率當篩孔按正三角排列時，則開孔率=%=0.907=.^07=7.4%Aa(tdo)2.篩孔數(shù)n1158*10t2/一一1158*10t2/一一31158*10'、17.520.780=2949每層板上的開孔面積A。Ao=Aa=0.074*0.780=0.05773.2.3板式塔的結構與附屬結構.塔體結構

①塔頂空間為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，此段遠高于板間距（甚至高出一倍以上）。由于HT=0.4m,所以我們選用HD=1.5m由物料衡算可知：入料口處②塔底空間由物料衡算可知：入料口處糠醛m=14413.5Kg/h,密度P=1160Kg/m3DMCm=2523.23Kg/h,密度P=1070Kg/m3貝^在塔底貯存5min時的液量：VJ14413.5+2523.23:*60*5=1.73m3<1160*36001070*3600)于是Hdi1.732于是Hdi1.732-0.785*1.22-D4=1.53m又因為塔底液面之最下層塔板之間要有1?2m,所以Hd=Hd1+1.3=2.83m經(jīng)圓整得Hd=3.0m③人孔該精儲塔的實際塔板數(shù)有N=（16-1）/0.51=29.4=30塊，我們不妨每6塊塔板設一個人孔，在塔的有效高度內有5個人孔。再加上塔頂和塔底各有一個人孔共7個。設人孔處的板間距為0.7m,進料口處板間距為0.6m。人孔直徑定為450mm其伸出塔體的筒長為200mm人孔中心的操作平臺約為900mm④實際塔高H=n-nF-nP-1HTnFHFnpHPHDHB=30-1-5-1*0.41*0.65*0.71.53=17.8m.塔板結構由于塔徑超過800?900mm且根據(jù)剛度、安裝、檢修等要求，需將塔板分成數(shù)塊通過人孔送入塔內。針對實際塔徑，我們通常將塔分成3塊。.精儲塔的附屬設備精儲塔的附屬設備包括以下幾部分：蒸汽冷凝器、產品冷卻器、再沸器（蒸儲釜）、原料預熱器、它的連接管。高位槽及泵等，這些均可結合化工原理教材或化工手冊，并根

據(jù)我們的物料衡算與熱量衡算進行選型與設計。而且它們的選型還與實際情況、經(jīng)濟條件有關。4,篩板的流體力學驗算氣體通過篩板壓降相當?shù)囊褐叨萮p:hp=hc+h+h^pp(1)干板壓降相當?shù)囊褐叨萮c:依d0/6=5/3=1.67查干篩孔的流量系數(shù)圖的Co=0.84,液相密度H=1124.07Kg/m3,氣相密度一3：v=PM/RT=(101*(96.09+90,07)/2)/(8.314*(90.3+273,1))=3.11Kg/mv=92.05+38.66=130.71,vs=vM/(3600Pv)=(130.71*(90.06+90.07)/2)/3600*3.11=1,086氣體通過篩孔的氣速U0="=1.086=20.22m/s,則0.05370.0537Uc2P、，Uc2P、，hc=0.051*(,)(—)=0.051*(CoR』*(^^)=0.082m0.841124.07(2)氣流穿過板上液層壓降相當?shù)囊褐叨葍?At-AfAt-Af1.0860.1/0.0884-0.1=1.053m/s,Fa=ua、；Pv=1.503*3.11A0,5=1,857由充氣系數(shù)％與Fa的關聯(lián)圖可查取板上液層充氣系數(shù)%為0.57,依式hl=o*h=o*(hwhow)=0,57*0.06=0.0342m(3)克服液體表面張力壓降相當?shù)囊褐叨壬?04*25.3*10“:1gd404*25.3*10“:1gdo1124.07*9,81*0,005=0.00184m故h=0.082+0,0342+0.00184=0.118mp單板壓降如p=hpRg=0.118*1124.07*9.81=1.3kpa<1,5kpa(設計允許值)2,霧沫夾帶量的驗算

5.7*104ua32(a5.7*104ua32(a)二Ht-hf=0.022kg液/kg氣<0.1kg液/kg氣3*().25.3*10-0.4-0.15式中hf=。/0.4=2.5h=2.5*0.06=0.15在設計負荷下不會發(fā)生過量霧沫夾帶。.漏液的驗算Uow=4.4c°J(0.0056—0.13h=h。何=4.4*0.84*,(0.00560.13*0.06-0.00184)*1124.07/3.11=7.55m/s篩板的穩(wěn)定性系數(shù)女二生=20絲=2.671.5Uow7.55故在設計條件下不會過量漏液。.液泛驗算為防止降液管液泛的發(fā)生，應該使降液管中清夜高度hdM6(Ht+1)..3Lc2576*102hd-0.153(-)2-0.153*(51)2=0.00132mlwho0.62*0.1依式子Hd=hp+h+hd計算出Hd。Hd=0.118+0.06+0.00132=0.179m取6=0.5，則9(Ht+hw)=0.5*(0.4+0.035)=0.217m故Hd<6(Ht+hw),在設計負荷下不會液泛根據(jù)以上塔板的各項流體力學驗算，可以認為精儲塔塔徑及各個工藝尺寸合適表3-1工藝設計結果匯總理論塔板數(shù)16實際塔板數(shù)30塔效率51%塔徑1.2m實際塔高17.8m液流型單流行堰長0.84m板間距0.4m降液管形狀弓形堰圖0.025m邊緣區(qū)0.04m降液管截面積0.1m2開孔區(qū)囿積0.780m2安定區(qū)寬度0.07m降液管寬度0.15m篩孔直徑5mm板厚3mm降液管底細高度0.1m孔中心距17.5mm篩孔數(shù)2949開扎率7.4%每層板上的開孔面積0.0577m2塔頂空間1.5m塔底空間3.0m3.3換熱器計算及選型確定生產任務(1)生產任務：需將流量28.04kmol/h=2523.23kg/h的DMCtt90c冷卻到25C,壓力為0.7MPa；冷卻介質采用地下水，壓力為0.4MPa,冷卻水入口溫度為20C,出口溫度為45Co(2)流動空間及流速的確定由于冷卻水容易結垢，為便于清洗，應使循環(huán)水走管程，DM比殼程。選用的碳鋼管，管內流速取q=0.5m/s確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進出口溫度的平均值殼程DMC勺定性溫度為T=(90+25)/2=57.5C管程水的定性溫度為t=(2045)=32.5C根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的有關物性數(shù)據(jù)冷卻水在32.5C下的物性數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)來源于化學工程手冊第一篇)：密度pi=994kg/m3定壓比熱容Cpi=4.17kJ/(kg?C)導熱系數(shù)入i=0.621W/(m-C)粘度ai=0.000764Pa-sDM(CE50c下的有關物性數(shù)據(jù)如下(數(shù)據(jù)由化工數(shù)據(jù)書上相應公式計算而得)：密度po=1017kg/m3定壓比熱容Cpo=1.81kJ/(kg?C)導熱系數(shù)入o=0.206W/(m-C)粘度po=0.000464Pa?s

計算總傳熱系數(shù)(1)熱流量Qo=Wocpo&o=2523.23%81也0-25)=975777kJ/h=271(kW)(2)平均傳熱溫差(2)平均傳熱溫差M.tM.t2(90-45)-(25-20),90-45In25-20=18.2(C)(3)冷卻水用量miQoCpi」t9757779360kg/h4.17*(45-20)(4)(3)冷卻水用量miQoCpi」t9757779360kg/h4.17*(45-20)(4)總傳熱系數(shù)K管程傳熱系數(shù)Re二帆1」i994*0.02*0.5=13010.5a100000.000764:i=0.023〕(叱1)0.841)。4

di4i0621=0.023**13010.5*(0.0204.17*103*0.0007640.621嚴二2687殼程傳熱系數(shù)假設殼程的傳熱系數(shù)民o2300W/(m2?殼程傳熱系數(shù)假設殼程的傳熱系數(shù)民o2300W/(m2?℃)；污垢熱阻Rsi=0.000181m2C/W,Rso=0.000213m2C/W管壁的導熱系數(shù)入=50.6W/(mG)k=J0.0252687*0.02010.0250.0025*0.0250.0252687*0.02010.0250.0025*0.0250.000181*■0.0002130.02050.6*0.022512300=717.3W/(mG)計算傳熱面積

=717.3W/(mG)計算傳熱面積s'.s'.QKlm271*103717.3*18.2=20.76m2考慮18%的面積裕度，S=1.18XS'=8.120.76=24.5(m2)3.3.4工藝結構尺寸(1)管徑和管內流速選用(J)25X2.5傳熱管(碳鋼)，取管內流速ui=0.5m/s(2)管程數(shù)和傳熱管數(shù)依據(jù)傳熱管內徑和流速確定單程傳熱管數(shù)ns9360/(994*ns9360/(994*3600)20.785*0.022*0.5=16.66：17根按單程管計算，所需的傳熱管長度為L_S=24.5=18.4(m)二do%3.14*0.025*17按單管程設計，傳熱管過長，宜采用多管程結構。現(xiàn)取傳熱管長L=6m則該換熱器管程數(shù)為NP=-J8,=3.1之4(管程)Pl6傳熱管總根數(shù)N=17X4=68(根)(3)平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正系數(shù)90-2545-20=2.690-2545-20=2.645-2090-20=0.36按雙殼程，四管程結構，溫差校正系數(shù)應查有關圖表。可得小At=0.87平均傳熱溫差Atm=(|)AtAt'm=0.87X18.2=15.8(C)(4)傳熱管排列和分程方法采用組合排列法，即每程內均按正三角形排列，隔板兩側采用正方形排列。取管心距t=1.25d0,則t=1.25X25=31.25弋32(mm)橫過管束中心線的管數(shù)nc=1.19%N=1.19/68=9.8M0(根)

(5)殼體內徑采用多管程結構，取管板利用率4=0.6,則殼體內徑為D=1.05tN/=1.05*3268/0.6=357.7(mm)圓整可取D=400mm(6)折流板采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內徑的20%,則切去的圓缺高度為h=0.20X400=80(mm)取折流板間距B=0.3D,則B=0.3X400=120(mm)取200mm折流板數(shù)NB二傳熱管長/折流板間距-1=6000/200-1=29(塊)折流板圓缺面水平裝配。(7)接管Di4*8293.9/(3600*1017)3.14*1.2殼程流體進出口接管：取接管內油品流速為u=1.0m/s,則接管內徑為=Di4*8293.9/(3600*1017)3.14*1.2取標準管徑為50mm管程流體進出口接管：取接管內循環(huán)水流速u=1.5m/s,則接管內徑為c49360/(3600*994)八2D2=0.047m3.14*1.5取標準管徑為50mm3.3.5換熱器核算(1)熱量核算①殼程對流傳熱系數(shù)對圓缺形折流板，可采用凱恩公式%=0.362re嚴.(二產4#平當量直徑，由正三角形排列得4(—4(—xQrQ322-fx00252)2-2=0.0203.14x0.025殼程流通截面積BD(1-0.06*0.4*(1-0.025SO=0.0322=0.0052m2殼程流體流速及其雷諾數(shù)分別為Uo8293.9/(3600*1017)0.0052=0.44(m/s)diU耳Re二」i普蘭特準數(shù)Pr=1017*0.44*0.02192880.000464Cp」1.81*0.000464*1030.206=4.1粘度校正二嚴二(0.000464)。14=0.93

%0.0007640.36*0.206*：o:*0.020192880.55*4.11/3*0.93=1489W/(m2?C)②管程對流傳熱系數(shù)4Opr0￡e

R

4-4管程流通截面積管程流通截面積Sidi2ns-0.785*0.022*17=0.0053(m2)4管程流體流速Ui9360/(3600*994)0.0035=0.49m/sReidiUi=994*0.49*0.02^27505-0.000764一普蘭特準數(shù)Pcp」.4.17*0.000764*103%一，一0.621=5.13：i=0.023、展山上嚴必"1)0.4di%?W/(m2-C)0621=0.023**1257008*5.13=2643.90.020③傳熱系數(shù)K[+&?+絲+立+-L

飛取“修K=0.0252643.9*0.020二593W/m*k④傳熱面積S0.0250.0025*0.02510.000181*0.0002130.02050.6*0.02251489S_QKh271*103228.9m593*15.8該換熱器的實際傳熱面積SpSp—dolN=3.14*0.025*6*68=32m2該換熱器的面積裕度為H=SpS=3228.9*100%a。？％28.9傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產任務。(2)換熱器內流體的流動阻力①管程流動阻力EAPi=(出%P2)FNsNpNs=2,Np=4,Ft=1.5位年年，玲吟由Re=12750,傳熱管相對粗糙度0.01/20=0.005,查莫狄圖得入手0.032流速ui=0.49m/s,p=994kg/m3,所以Pi=0.032*60.02一2994*0.49*1145.6Pa2cc*994*0.492P2=3*358Pa%P=(1145.6358)*2*1.5*4=180432Pa管程流動阻力在允許范圍之內。②殼程阻力EAPo=(AP'P+龍)FtNsNs=2,Ft=l.15流體流經(jīng)管束的阻力,r:U2o.R=Ff°nc(NB1)——2F=0.5,fo=5.0*Re。?228=5.0*12570°228=0.58nc=10,Nb=29,u0=0.44m/s2/、1017*0.442.Pi=0.5*0.58*10*(291)*8564.8Pa2流體流過折流板缺口的阻力—'2B、；u2。△P2=NB(3.5—-)D2B=0.12m,D=0.4m一.一一一一.一2.R=29*(3.5-2*0.12)*1017*0.44=8279.2Pa0.42總阻力EAPo8564.8+8279.2=16844(Pa)殼程流動阻力也比較適宜。3.3.6換熱器主要結構尺寸和計算結果

表3-2換熱器工藝設計結果“熱器形式：固定管板式換熱面積（m2）:32工藝參數(shù)名稱管程殼程物料名稱冷卻水DMC操作壓力，Mpa0.40.7操作溫度，C20/4590/25流量，kg/h93608293.9流體密度，kg/m39941017流速，m/s0.490.44傳熱量，kW271總傳熱系數(shù)，W/m2K593傳熱系數(shù)，W/m2K2643.91489污垢系數(shù)，m2-K/W0.0001810.000213阻力降，Mpa0.01804320.0082792程數(shù)42管子規(guī)格625X2.5管數(shù)68管長mm:6000管間距，mm32排列方式正三角形折流板型式上下間距120mm切口高度80mm殼體內徑mm400保溫層厚度，mm10第4章設備一覽表塔類設備設備位號設備名稱規(guī)格材質操作條件重量t壓力Kpa溫度CT10除MC精儲板式1000*18000*中低壓塔頂108.5686.51塔塔25碳鋼塔底122.985進料114.275T10萃取精儲塔填料1000*10000*碳鋼120.080?3.52塔1260T10萃取劑回收板式1200*28000*中低壓塔頂106.39810.23塔塔25碳鋼塔底130.01285進料109.0109容器設備設備位號設備名稱類型材質規(guī)格重量/噸容積m3操作條件壓力Mpa溫度C介質V101中間罐立式中壓碳鋼2600*4000*42.2281.2170除MC精儲塔塔頂冷凝液V102中間罐立式低壓碳鋼2000*2000*40.870.120糠醛DMC

V103DMC成品儲罐立式低壓碳鋼2000*2000*44.91000.120DMC成品換熱設備設備位號設備名稱規(guī)格型號操作條件折流板間距重量/kg壓力Mpa溫度C介質殼程殼程殼程E101T101進料加熱器BEN450-0.6-29.0-1.5/19-20.40.830110冷卻水MC甲醇DMC60400E102T101塔頂回流冷凝器BEN600-1.6-47.2-2.2/19-10.30.55030甲醇DMC冷卻水60420E103T101塔底再沸器BEN400-4-14.5-1.5/19-10.1480130MC水蒸氣100400E104T102進料加熱器BEN400-0.60-57.8-6/15-2I0.1450130甲醇DMC水蒸氣100500E105T202塔頂回流冷凝器BEN600-1.6-47.2-2.2/19-10.30.55030甲醇冷卻水60420E106T202塔底再沸器BEN400-4-14.5-1.5/19-10.1480130DMC水蒸氣100400E107換熱器BEN450-0.6-29.0-1.5