【10萬噸二甲基甲酰胺的工藝設(shè)計(jì)6300字（論文）】

萬噸二甲基甲酰胺的工藝設(shè)計(jì)摘要：二甲基甲酰胺（DMF）具有十分廣闊的市場前景，它不僅是一種良好的工業(yè)溶劑，也是一種有機(jī)合成材料，因此在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。目前為止，二甲基甲酰胺的生產(chǎn)工藝主要有一氧化碳一步法，甲醇脫氫二步法，甲酸酯化二步法等等。本篇設(shè)計(jì)主要討論一氧化碳一步法生產(chǎn)二甲基甲酰胺的工藝設(shè)計(jì)，一氧化碳一步法是由一氧化碳和二甲胺在以甲酸鈉甲醇溶液為催化劑、溫度50-100℃、壓力1Mpa條件下一步合成DMF，這種方法具有原料成本較低，耗能低，寬源，生產(chǎn)技術(shù)先進(jìn)，最終可生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，且純度高達(dá)99%以上，所以一氧化碳一步法適合大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)二甲基甲酰胺。國內(nèi)外的大規(guī)模企業(yè)大多數(shù)采用了這種方法。關(guān)鍵詞：二甲基甲酰胺;DMF;溶劑;一氧化碳一步法目錄TOC\o"1-3"\h\u31761摘要 15153引言 4218351產(chǎn)物分析 4126522工藝設(shè)計(jì) 5192312.1設(shè)計(jì)項(xiàng)目 533202.2甲酸酯化二步法 538452.2.1原料介紹 553152.2.2設(shè)計(jì)原理 7306642.2.3工藝流程簡述 7271782.3甲醇脫氫二步法 761832.3.1設(shè)計(jì)原理 7144542.3.2工藝流程簡述 7275532.4CO一步法 874332.4.1原料介紹 8211292.4.2催化劑介紹（甲醇鈉甲醇溶液） 855212.4.3設(shè)計(jì)原理 981472.4.4工藝流程簡述 9197542.5三種工藝方法比較 9200313工藝計(jì)算 10100833.1CO一步法工藝條件 10245133.1.1反應(yīng)參數(shù) 1083093.1.2反應(yīng)過程 11167383.2物料衡算 1151693.2.1原料規(guī)格 1179153.2.4甲醇鈉 12188083.2.5剩余物質(zhì) 12115403.2.6物料衡算表 12200123.3熱量衡算 13261303.3.1熱量衡算公式[10] 13204803.3.2反應(yīng)過程中的熱效應(yīng) 13214383.3.3物料出設(shè)備時所帶走的熱量Q4 13165433.3.4物料帶入設(shè)備的熱量 1470703.3.5冷卻劑與系統(tǒng)交換的熱量Q2 14184113.3.6熱損失Q5+Q6 14257563.3.7熱量衡算表 14239174設(shè)備選型 15110684.1反應(yīng)器的選型 15271924.2塔板類型的選取 151244.3精餾塔的工藝計(jì)算 1578674.4精餾塔的主要工藝尺寸計(jì)算 16206834.4.1精餾塔塔徑的計(jì)算 16175044.4.2提餾段塔徑的計(jì)算 17316824.5塔板設(shè)計(jì) 17207144.5.1塔板布置 1726814.6塔體結(jié)構(gòu) 18291614.6.1塔頂 184324.6.2塔底 18145364.6.3人孔 18302494.6.4塔高 1851765產(chǎn)品成本估算及經(jīng)濟(jì)評價(jià) 19319725.1原料消耗 19271435.2其他成本消耗 1977055.2.1水費(fèi) 19319115.2.1其他 19269145.3消耗總成本 19250705.4生產(chǎn)利潤 20309136總結(jié) 2015575參考文獻(xiàn) 2029268ABSTRAC 2214926致謝 23引言二甲基甲酰胺，別名DMF，其分子式為CH3H7NO,淡胺味無色液體，互溶于水和大部分有機(jī)溶劑，是一種優(yōu)秀的工業(yè)溶劑和有機(jī)合成材料。它具有一定的生殖毒性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、溶解能力、熱穩(wěn)定性、高閃光點(diǎn)和沸點(diǎn)。在制藥行業(yè)，農(nóng)藥行業(yè)，腈綸行業(yè)，電子行業(yè)，燃料行業(yè)等行業(yè)廣泛使用。DMF作為溶劑時，在腈綸行業(yè)被廣泛應(yīng)用；DMF作為清洗電路板的材料時，再電子行業(yè)被廣泛應(yīng)用；DMF作為藥物合成的中間體時，在醫(yī)藥行業(yè)被廣泛應(yīng)用；DMF作為合成高效低毒殺蟲劑的原料時，在農(nóng)藥行業(yè)被廣泛應(yīng)用；在其他行業(yè)DMF可以作為粘合劑，染料溶劑，危險(xiǎn)氣體的載體等等[1]，因此市場對二甲基甲酰胺的需求被不斷促進(jìn)，無論中國還是世界，DMF的開發(fā)前景都非常廣闊。目前國內(nèi)DMF生產(chǎn)行業(yè)五巨頭總的DMF產(chǎn)量接近年產(chǎn)50萬噸，均采用了一步法工藝，因此一步工序在中國占有卓越地位，這種生產(chǎn)能力超過國內(nèi)DMF總能力的80%，所以一步法的過程技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，使其競爭優(yōu)勢更加明顯[2]。1產(chǎn)物分析N,N-二甲基甲酰胺英文名：N,N-Dimethylformamide別名：DMF化學(xué)式：HCON(CH3)2分子式：CH3H7NO分子量：73.09CAS號：68-12-2表1DMF物理性質(zhì)名稱內(nèi)容名稱內(nèi)容外觀無色透明液體蒸氣密度2.51氣味有淡的氨氣氣味蒸氣壓2.7mmHg(20℃)，0.49kpa（3.7mmHg25℃）熔點(diǎn)-61℃閃點(diǎn)57.78℃（136℉）沸點(diǎn)152.8°C儲存條件可以室溫保存密度0.944g/mL（20℃,100kPa）溶解度參數(shù)δ=12.1折射率n20/D1.42817敏感性吸濕化學(xué)性質(zhì)：沒有水、酸、堿的情況下，化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定。在酸的作用下分解成甲酸，二甲胺鹽，在堿的作用下分解成甲酸鹽，二甲胺。如果是明火、高熱的情況，會造成燃燒、爆炸。[3]。2工藝設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)項(xiàng)目年產(chǎn)10萬噸二甲基甲酰胺的工藝設(shè)計(jì)2.2甲酸酯化二步法2.2.1原料介紹甲酸分類：羧酸化學(xué)式：HCOOH分子式：CH2O2CAS號：64-18-6分子量：46.03表2甲酸的物理性質(zhì)名稱內(nèi)容名稱內(nèi)容密度1.22g/cm3折光率1.3714燃燒熱254.4kJ/mol閃點(diǎn)68.9℃臨界溫度306.8℃臨界壓力8.63MPa相對蒸汽密度1.59飽和蒸汽壓5.33kPa化學(xué)性質(zhì)：甲酸具有強(qiáng)烈的還原性，可以發(fā)生銀鏡反應(yīng)。在飽和脂肪酸中，酸性最強(qiáng)。在室溫下會分解成一氧化碳和水,加熱到160℃以上分解放出二氧化碳和氫，與濃硫酸一起加熱至60~80℃，分解放出一氧化碳，甲酸的堿金屬鹽加熱至400℃生成草酸鹽[4]。甲醇英文名：methylalcohol分子式：CH3OH分子量：32.04CAS號：67-56-1、170082-14-7表3甲醇的物理性質(zhì)名稱內(nèi)容名稱內(nèi)容物態(tài)液體顏色透明無色沸點(diǎn)64.5-64.7℃密度0.791g/mL閃點(diǎn)52℉蒸氣密度1.11蒸汽壓127mmHg折射率n20/D1.329爆炸上限44.0爆炸下限5.5水溶性易溶儲存條件室溫化學(xué)性質(zhì)：易燃，遇明火和高溫可能會引起燃燒和爆炸。由于氧化劑或燃燒引起的化學(xué)反應(yīng)火災(zāi)，加熱的容器有爆炸的危險(xiǎn)。它可以在較低的地方向遠(yuǎn)處蔓延，遇明火會引著回燃。燃燒分解一氧化碳、二氧化碳，有劇毒[5]。二甲胺英文名：dimethylamine別名：N-甲基甲胺化學(xué)式：C2H7N分子量：45.08CAS號：124-40-3表4二甲胺的物理性質(zhì)名稱內(nèi)容名稱內(nèi)容外觀無色氣體氣味類似氨相對密度0.68閃點(diǎn)-17.8℃熔點(diǎn)-96℃沸點(diǎn)7.4℃毒性高毒水溶性易溶于水化學(xué)性質(zhì)：易燃，燃燒產(chǎn)生有毒氮氧化物煙霧，有弱堿性，與無機(jī)酸形成水溶性鹽。2.2.2設(shè)計(jì)原理HCOOH+CH3OH→HCOOCH3+H2OHCOOCH3+(CH3)2NH→HCON(CH3)2+CH3OH2.2.3工藝流程簡述首先甲酸和甲醇酯化生成甲酸甲酯，然后，甲酸甲酯與二甲胺反應(yīng)生成DMF和甲醇。甲醇通過蒸餾從粗產(chǎn)物中回收[6]。最后，通過真空蒸餾獲得二甲基甲酰胺。圖1所示為生產(chǎn)工藝流程示意圖。 圖1甲酸酯化二步法制二甲基甲酰胺工藝流程示意圖這種方法的制造工序比較落后，產(chǎn)品質(zhì)量較差，不能擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，不能降低原料成本，生產(chǎn)過程中生產(chǎn)含有醇和酸的廢水，造成環(huán)境污染。2.3甲醇脫氫二步法2.3.1設(shè)計(jì)原理2CH3OH→HCOOCH3+2H2HCOOCH3+(CH3)2NH→HCON(CH3)2+CH3OH2.3.2工藝流程簡述甲醇的脫氫是吸熱反應(yīng)。甲醇最初用脫氫反應(yīng)器生成甲酸甲酯，甲酸甲酯連續(xù)與二甲胺反應(yīng)生成高純度DMF，最終分離精制產(chǎn)物。該方法制DMF與甲酸酯化二步法相比，無污染環(huán)境的含醇、酸廢水產(chǎn)生，降低了20~30的消耗和生產(chǎn)成本，并且所得產(chǎn)物純度相對較高，完全滿足合成革，腈綸抽絲等的生產(chǎn)要求。2.4CO一步法2.4.1原料介紹一氧化碳化學(xué)式：CO英文名：carbonmonoxide分子量：28CAS號：630-08-0表5一氧化碳的物理性質(zhì)名稱內(nèi)容名稱內(nèi)容物態(tài)無色氣體氣味無味冰點(diǎn)-205.1℃沸點(diǎn)-191.5℃密度1.25g/L毒性有毒臨界溫度-140.2℃臨界壓力3499kPa化學(xué)性質(zhì)：在室溫下，遇明火和高溫，可能會引起燃燒和爆炸。屬于可燃性、爆炸性氣體。2.4.2催化劑介紹（甲醇鈉甲醇溶液）甲醇鈉化學(xué)式：CH3ONa英文名：Sodiummethoxide分子量：54.02CAS號：124-41-4表6甲醇鈉的物理性質(zhì)名稱內(nèi)容名稱內(nèi)容外觀白色粉末閃點(diǎn)11℃相對密度(水=1)1.3相對密度(空氣=1)1.1溶解性溶于甲醇乙醇沸點(diǎn)＞450℃折射率1.3700水溶性易溶于水2.4.3設(shè)計(jì)原理(CH3)2NH+CO→HCON(CH3)22.4.4工藝流程簡述在溫度50-100度、壓力1Mpa、催化劑為甲醇鈉甲醇溶液的條件下，一氧化碳與二甲胺直接合成二甲基甲酰胺。該方法制備DMF，每生產(chǎn)1噸二甲基甲酰胺，需要消耗甲胺（＞99%）630kg，一氧化碳330m3。一步法生產(chǎn)工藝的工藝流程比較簡單，且原料成本低，來源廣，綜合能耗比較低，最終產(chǎn)品的收率高、純度高。一氧化碳一步法的生產(chǎn)工藝在大規(guī)模生產(chǎn)推廣上比較適合，世界上采用此方法生產(chǎn)DMF的企業(yè)在世界上占大多數(shù)，生產(chǎn)過程裝置具有很強(qiáng)的競爭能力，我國有幾臺大型的DMF裝置建設(shè)也是采用的CO一步法技術(shù)，比如浙江江山，安徽淮南化肥廠，巴揚(yáng)石化[7]。2.5三種工藝方法比較從原料來源、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)境影響進(jìn)行對比，可以得出：甲酸酯化二步法生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)規(guī)模較小，產(chǎn)品質(zhì)量差，且過程有環(huán)境污染物生成；甲醇脫氫二步法成本低，產(chǎn)品質(zhì)量高，且無污染，但是生產(chǎn)規(guī)模還有待改進(jìn)；CO一步法生產(chǎn)成本較低，生產(chǎn)規(guī)模大，產(chǎn)品純度高，且污染極小[8]，工藝原料簡單易得，能耗低，DMF收率可達(dá)98%，純度可達(dá)99.99%。原料來源充足，合成氨廠精煉弛放氣中的CO就可以利用[9]。因此，CO一步法是最為理想的DMF生產(chǎn)工藝。CO一步法制DMF工藝流程示意圖見圖2。2234567910118圖2CO一步法生產(chǎn)二甲基甲酰胺工藝流程圖1.壓縮機(jī)2.干燥器3.混合器4.反應(yīng)器5.粗產(chǎn)品貯槽6.過濾器7.接受槽8.甲醇蒸餾塔9.蒸發(fā)器10.DMF蒸餾塔11.成品貯槽3工藝計(jì)算3.1CO一步法工藝條件3.1.1反應(yīng)參數(shù)反應(yīng)溫度：100℃反應(yīng)壓力：1.8MPa配料比：CO:DMA=1:1催化劑濃度：25%（甲醇鈉）CO轉(zhuǎn)化率：95.81%DMF選擇性：96.58%3.1.2反應(yīng)過程壓縮后的CO氣體在與二甲胺、催化劑混合前，要先在干燥器內(nèi)脫硫、脫烴和脫水，再送入反應(yīng)器，于1.8MPa和100℃的條件下合成二甲基甲酰胺，在粗品二甲基甲酰胺貯槽中儲存。經(jīng)過濾除去催化劑中的粗產(chǎn)品，送入蒸發(fā)器蒸發(fā)后的二甲基甲酰胺再進(jìn)入蒸餾塔[10]，完成后的二甲醇胺在塔底得到。按年生產(chǎn)時間8400h計(jì)算，二甲基甲酰胺得產(chǎn)出效率約為100000÷8400=11.90t/h，本設(shè)計(jì)設(shè)定生成產(chǎn)物得純度為99.99%。因二甲基甲酰胺產(chǎn)率為98%，則反應(yīng)生成得產(chǎn)物效率約為11.90×99.99%÷98%=12.14t/h。3.2物料衡算3.2.1原料規(guī)格表6原料規(guī)格表3.2.2一氧化碳S：選擇性；X：轉(zhuǎn)化率；min：進(jìn)樣量；mout：出樣量；m：二甲基甲酰胺質(zhì)量由 S=m/(min–mout)*100% 96.58%=12.14t/h/(min-mout)*100%得 min-mout=12.14t/h/96.58%*100%=12.57t/h又 X=(min-mout)/min*100%得 min=(min-mout)/X*100%=13.12t/h所以 mout=min-(min-mout)=0.55t/h因此一氧化碳的進(jìn)料量為13.12t/h一氧化碳的出料量為0.55t/h一氧化碳消耗質(zhì)量：mCO=min-mout=12.57kg/h3.2.3二甲胺原料配比（摩爾比）：一氧化碳：二甲胺=1：1二甲胺的進(jìn)料摩爾量為1*13.12/28=0.4686kmoL/h二甲胺的進(jìn)料量為0.4686*45=21.09t/h二甲胺的出料量為mout=min-（min-mout）S=m/(min–mout)*100%mout=21.09-12.57=8.52t/h3.2.4甲醇鈉原料配比為：一氧化碳：二甲胺：甲醇鈉=1:1:1.5甲醇鈉的進(jìn)料摩爾量為：1.5*13.12/28=0.703kmoL/h甲醇鈉的進(jìn)料量為0.703*54=38.0t/h按催化劑消耗量為6.8%來算：硫酸氫鉀的消耗量為：38.0*6.8%=2.6t/h硫酸氫鉀的出料量為：38-2.6=35.4t/h3.2.5剩余物質(zhì)M=13.12t/h+21.09t/h+38.0t/h-35.4t/h-0.55t/h-8.52t/h-12.14t/h=15.6t/h3.2.6物料衡算表表6物料衡算表進(jìn)料出料名稱質(zhì)量（kg/h）質(zhì)量（kg/h）一氧化碳13.120.55二甲胺21.098.52甲醇鈉3835.4剩余物質(zhì)015.6產(chǎn)品012.14總量72.2172.213.3熱量衡算設(shè)反應(yīng)開始進(jìn)料溫度為25℃，反應(yīng)終止出料溫度為100℃3.3.1熱量衡算公式原理：∑Q進(jìn)=∑Q出平衡式：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6Q1=G·Cp·TQ4=G·Cp·TQ2=Q4+Q5+Q6-Q1-Q3Q進(jìn):Q1:反應(yīng)物料進(jìn)入到反應(yīng)器所產(chǎn)生的熱量，kJQ2:冷卻劑或加熱劑與系統(tǒng)所交換的熱量（冷卻劑為“-”，加熱劑為“+”），kJQ3:反應(yīng)過程的熱效應(yīng)（吸熱為“-”，放熱為“+”），kJ[11]Q出:Q4:物料反應(yīng)結(jié)束后帶出的熱量，kJQ5:反應(yīng)器本身消耗的熱量，kJQ6:反應(yīng)過程中的熱損失，kJ3.3.2反應(yīng)過程中的熱效應(yīng)查資料可得：表7原料與產(chǎn)物的燃燒熱與比熱容物質(zhì)燃燒熱（kJ/mol）比熱容（kJ/kg·k）一氧化碳283.001.04二甲胺1741.801.10二甲基甲酰胺1915.462.10水286.004.186（1）過程的熱效應(yīng)Qr=∑Q反-∑Q正=286.00kJ/mol+1915.46kJ/mol-1741.80kJ/mol-283.00kJ/mol=176.66kJ/mol（2）熱效應(yīng)Q3Q3=176.66kJ/mol×（12.14÷28+12.14÷45）*1000=124253.67kJ/h3.3.3物料出設(shè)備時所帶走的熱量Q4（1）DMF出設(shè)備時所帶走的熱量QA=G·CP·T=11.90×2.10×373.15×1000=9325018.5kJ（2）水出設(shè)備時所帶走的熱量 QB=G·CP·T=3.35×4.186×373.15×1000=5232719.8kJ（3）未參加反應(yīng)的一氧化碳和二甲胺以及雜質(zhì)帶走的熱量一氧化碳帶走的熱量：QC=G·CP·T=0.55×1.04×373.15×1000=213441.8kJ二甲胺帶走的熱量：QD=G·CP·T=8.52×1.10×373.15×1000=3497161.8kJ（4）物料帶出設(shè)備的熱量Q4Q4=QA+QB+QC+QD=9325018.5kJ+5232719.8kJ+213441.8kJ+3497161.8kJ=18268341.9kJ3.3.4物料帶入設(shè)備的熱量（1）一氧化碳帶入設(shè)備的熱量： QB=G·CP·T=13.12×1.04×298.15×1000=4068197.12kJ（2）二甲胺帶入設(shè)備的熱量： QF=G·CP·T=21.09×1.10×298.15×1000=6916781.85kJ（3）物料帶入設(shè)備的熱量：Q1=QB+QF=4068197.12kJ+6916781.85kJ=10984978.97kJ3.3.5冷卻劑與系統(tǒng)交換的熱量Q2因?yàn)椋篞1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6假設(shè)Q5+Q6=（15%）×Q2Q2=(Q4-Q1-Q3)÷0.85=(18268341.9-10984978.97kJ-124253.67kJ)÷0.85=8422481.48kJ3.3.6熱損失Q5+Q6Q5+Q6=（15%）×Q2=8422481.48kJ*0.15=1263372.22kJ3.3.7熱量衡算表表8熱量衡算表進(jìn)料出料物質(zhì)名稱熱量（kJ）物質(zhì)名稱熱量（kJ）一氧化碳4068197.12一氧化碳213441.8二甲胺6916781.85二甲胺3497161.8熱效應(yīng)124253.67二甲基甲酰胺9325018.5交換熱8422481.48水5232719.8熱損失1263372.22總計(jì)19531714.12總計(jì)195531714.124設(shè)備選型4.1反應(yīng)器的選型為了操作簡單，提高產(chǎn)率，該設(shè)計(jì)使用鼓泡式反應(yīng)器。4.2塔板類型的選取DMF不易結(jié)焦，粘度小，篩板塔有結(jié)構(gòu)相對簡單、造價(jià)很低，且板上液面落差小，氣體的分布情況較均勻，氣體壓降低，傳質(zhì)效率較高，生產(chǎn)能力較大的優(yōu)點(diǎn)，選用篩板塔是為了確保精確設(shè)計(jì)和先進(jìn)控制手段[12]。4.3精餾塔的工藝計(jì)算在本篇設(shè)計(jì)中，二甲胺的回收率為99%，含量≥98%，轉(zhuǎn)化率為85%，二甲基甲酰胺回收率為98%，含量≥99%，年產(chǎn)量為10萬噸/年，由此可計(jì)算出二甲基甲酰胺的流量V[8]。若每年工作8400小時，則:V=100000000/（0.98x8400)=12147.72kg/h=166.29kmo1/h根據(jù)主反應(yīng)方程式:CO+(CH3)2NH→(CH3)NCOH可推出(CH3)NH:(CH3)NCOH=1:1生產(chǎn)lmolDMF需要1mol的二甲胺原料由DMF的回收率為98%，可得到實(shí)際生產(chǎn)DMF的量為:nDMF=166.29/0.98=169.684kmol/hn二甲胺=169.684kmol/h由二甲胺轉(zhuǎn)化率為85%，可得二甲胺的實(shí)際進(jìn)料量為：n'=169.684/0.85=199.63kmol/h未反應(yīng)的二甲胺的量n''=199.63x0.15=29.945kmo1/h為了分離甲醇，物料在進(jìn)入DMF分離塔之前必須先進(jìn)入甲醇分離塔，因此，在DMF分離塔中，可以忽略材料中含有的微量甲醇[13]。在進(jìn)入二甲基甲酰胺蒸餾塔前的進(jìn)料中，X二甲胺=29.945×45.08/(29.945×45.08+169.684×73.09)=0.098XDMF=169.684×73.09/(29.945×45.08+169.684×73.09)=0.902由于是分離塔，所以在進(jìn)入二甲基甲酰胺蒸餾塔前的塔釜中不存在化學(xué)反應(yīng)，二甲胺回收率為99%，所以塔釜中nDMF=169.684kmol/hn二甲胺=29.945×0.1=2.9945kmol/hX二甲胺=169.684/(169.684+2.9945)=0.9827XDMF=2.9945/(169.684+2.9945)=0.0173在進(jìn)入二甲基甲酰胺蒸餾塔前的塔頂中，二甲胺含量≥98%，回收率為99%，所以塔頂中n二甲胺=2.9945×0.99=2.9646kmol/hnDMF=169.684×0.2=33.9368kmol/hX二甲胺=2.9646×45.08/（33.9368×73.09+2.9646×45.08）=0.3501XDMF=33.9368×73.09/（33.9368×73.09+2.9646×45.08）=0.6499二甲胺的實(shí)際進(jìn)料量=進(jìn)料量+循環(huán)的量所以，n二甲胺=199.63+2.9646=202.5946kmol/h4.4精餾塔的主要工藝尺寸計(jì)算4.4.1精餾塔塔徑的計(jì)算取板間距HT=0.4mhL=0.07m，則HT-hL=0.4-0.07=0.33m×（）?=×（）?=0.9848查史密斯關(guān)聯(lián)圖，得C20=0.067C=C20（）0.2=0.067×（）0.2=0.069Umax=C×=0.069×=0.9455m/s取安全系數(shù)為0.7，則U=0.7Umax=0.7×0.9455=0.662m/sD===0.76m塔徑圓整為0.8m，則塔截面積AT=×D2=×0.82=0.5024m2空塔氣速U===0.595m/s4.4.2提餾段塔徑的計(jì)算取板間距HT=0.4mhL=0.07m，則HT-hL=0.4-0.07=0.33m×（）?=×=0.9646查史密斯關(guān)聯(lián)圖，得C20=0.074C=C20（）0.2=0.074×（）0.2=0.073Umax=C=0.073×=1.003m/s取安全系數(shù)為0.7，則U=0.7Umax=0.7×1.003=0.7021m/sD===0.79m塔徑圓整為0.8m，則塔截面積AT=×D2=×0.82=0.5024m2空塔氣速U==0.342/0.5024=0.681m/s4.5塔板設(shè)計(jì)4.5.1塔板布置取Ws=0.05m,Wc=0.035mX=-（Wd+Ws）=-（0.12+0.07）r=-Wc=-0.035=0.365m開孔面積Aa=2（x+sin-1）=0.312m24.5.2篩孔數(shù)n和開孔率取篩孔的孔徑do=5mm,板厚δ=3mm,按正三角形排列取=3,故孔中心距t=3×5=15mm=0.015m篩孔數(shù)n===1484孔開孔率=×100%=0.907×（）2×100%=10.08%氣體通過篩孔的氣速Uo=精餾段Uo===9.5m/s提餾段Uo===10.87m/s4.6塔體結(jié)構(gòu)4.6.1塔頂取1.8HT=1.8×0.4=0.72m故塔頂空間取1m4.6.2塔底塔底液面和最下層塔板之間留2m的距離4.6.3人孔因?yàn)樗睆綖?.8m，所以設(shè)人孔直徑為0.4m，人孔處的板間距為0.6m，每隔7層塔板設(shè)一人孔4.6.4塔高H=(n-nF-nP-1)HT+nPHP+nFHF+HD+HBn=128nF=1nP=18HT=0.4mHP=0.6mHD=lmHB=3mHF=1.5HT=0.6m故H=(128-1-18-1)×0.4+18×0.6+1×0.6+1+3=58.6m取H=59m5產(chǎn)品成本估算及經(jīng)濟(jì)評價(jià)5.1原料消耗(1)一氧化碳M1=13.12t/h-0.55t/h=12.57t/h則其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為：12.57*1200=15084元/h（2）二甲胺M2=21.09t/h-8.52h/t=12.57t/h 則其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為：12.57*6299.99=79190.87元/h（3）甲醇鈉 M3=38t/h-35.4t/h=2.6t/h 則其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為：2.6*4500=11700元/h總的消耗：15084+79190.87+8652=11700元/h則年原料消耗總成本為11700×8400=98280000元5.2其他成本消耗5.2.1水費(fèi)本工藝設(shè)計(jì)反應(yīng)溫度：T1=25℃,T2=100℃，則水每小時消耗的質(zhì)量約為40t，經(jīng)過市場調(diào)查可以得知水的價(jià)格為2元/噸8400小時總用水量：40×8400=336000t通過調(diào)查得知水的市場價(jià)格為2元/噸，則用水消耗總成本為：336000×2=672000元5.2.1其他用電、裝置維修儀表安裝、儀表安裝等不可預(yù)見費(fèi)用：30000元5.3消耗總成本表9能量消耗表序號名稱花費(fèi)/元1原料982800002水6720003其他300004總計(jì)989820005.4生產(chǎn)利潤DMF的市場價(jià)格為11000元/噸，所以年產(chǎn)10萬噸DMF的總價(jià)為100000×11000=1100000000元利潤=價(jià)格-成本=1100000000-98982000=1001018000元6總結(jié)本設(shè)計(jì)的工藝目標(biāo)是年產(chǎn)10萬噸二甲基甲酰胺的工藝設(shè)計(jì)，通過在圖書館和知網(wǎng)等渠道查閱相關(guān)資料以及借鑒以前學(xué)長學(xué)姐的設(shè)計(jì)完成了這篇設(shè)計(jì)，因?yàn)榛どa(chǎn)存在嚴(yán)重的環(huán)境污染，并且需要損耗大量的原料，所以格外要求反應(yīng)容器的性能，為減少不必要的浪費(fèi)，本文詳細(xì)計(jì)算原料的損耗，并對敘述主要設(shè)備的選型，本篇設(shè)計(jì)種的表格和工藝流程圖和是使用Word和CAD等軟件制作得來。本設(shè)計(jì)以甲醇鈉甲醇溶液做催化劑，一氧化碳和二甲胺為生產(chǎn)原料，一步生成二甲基甲酰胺為原理生產(chǎn)二甲基甲酰胺的工藝，通過設(shè)計(jì)過程中對的熱量衡算、物料衡算、經(jīng)濟(jì)衡算等，讓我清楚地了解到二甲基甲酰胺的生產(chǎn)工藝，設(shè)備選型的計(jì)算部分也大大加深了我對化工原理這門學(xué)科的理解，在這個工藝中，由于甲醇鈉甲醇溶液作為催化劑的優(yōu)點(diǎn)，大大減少了廢物的排放，對