【導(dǎo)讀】由于該反應(yīng)是一個有機合成反應(yīng)，主副反應(yīng)同時進行，主反應(yīng)產(chǎn)物為碳酸二甲。3CHOH，需進行三元物系的分離。考慮到三組分同為有機物，其相對揮發(fā)度相差較大，所。以用精餾的方法分離。DMO最難揮發(fā)，用常壓精餾塔將它首先分離出來；DMC和DMO. 除主要的工藝計算外，考慮到對實際生產(chǎn)有較好的指導(dǎo)作用和環(huán)境污染的問題，課題。也要求進行生產(chǎn)工藝的經(jīng)濟核算、安全評價、生產(chǎn)工廠區(qū)域平面設(shè)計以及環(huán)境問題的分析。目前，國內(nèi)還沒有大型的碳酸二甲酯的生產(chǎn)線，而且碳酸二甲酯是一種重要的工業(yè)原料，具有很好的經(jīng)濟效益。該課題選用的氧化羰化制碳酸二甲酯工藝合成法是一種較為綠色的。產(chǎn)生過多環(huán)境污染，對目前化工生產(chǎn)有很重要的指導(dǎo)意義。

　　

【正文】 消費巨大的中間體 ,其品種龐大 ,銷售價格也參差不齊，按照不同類型，其參考價格與草酸二甲酯參考價格如下： 國產(chǎn)碳酸二甲酯： 6000 元 /噸左右；進口碳酸二甲酯： 7000 元 /噸左右； 國產(chǎn)草酸二甲酯： 26000 元 /噸左右；進口草酸二甲酯： 30000 元 /噸左右； 碳酸二甲酯市場競爭的激烈程度已經(jīng)達到了一個目標市場上存在多種優(yōu)勢產(chǎn)品的狀況，所以要想立足，企業(yè)及其產(chǎn)品就必須有足夠強大的優(yōu)勢。無論在技術(shù)上還是在價 格方面都有著絕對的優(yōu)勢，具體如下： 技術(shù)優(yōu)勢 我們采用現(xiàn)在國內(nèi)比較熱門的甲醇氧化羰基化 DMC 工藝路線，該方法具有原料廉價易得，工藝簡單，環(huán)境污染小等優(yōu)點，是當前 DMC 最主要的生產(chǎn)方法。 價格優(yōu)勢 以下幾點原因造成國外進口碳酸二甲酯價格較高。 （ 1）國外勞動市場較昂貴，產(chǎn)品單位人工生產(chǎn)成本比國內(nèi)高。增加了產(chǎn)品的人工費用。 （ 2）關(guān)稅在一定程度上增加了國外碳酸二甲酯的成本。 （ 3）在進入國內(nèi)市場以后，國外碳酸二甲酯生產(chǎn)廠商需要與國內(nèi)公司合資或者合作，尋找合適的代理商，這更給他 們帶來不小的成本。 （ 4）國內(nèi)一些市場的地方保護，增加了國外生產(chǎn)商的公關(guān)成本。 （ 5）進口碳酸二甲酯在操作市場空間上，容易受到各級政府部門的不同程度的阻礙。這些成本的增加必然 導(dǎo)致國外產(chǎn)品在國內(nèi)市場價格的提高。 武漢工程大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計 7 第 2 章 工藝設(shè)計方案 合成機理 主要反應(yīng)式如下： 主反應(yīng)： CH3OH + 2CO + 21O2 → DMC + H2O （ 55%） 副反應(yīng)： 2CH3OH + 2CO + 21O2 → DMO + H2O （ 45%） 生產(chǎn)工藝流程描述 甲醇氣相氧化羰基化法直接合成碳酸二甲酯的原料甲醇、一氧化碳、氧氣為初級原料，價格便宜，許多聯(lián)醇廠及化肥廠均可解決。此外它們也可由天然氣或煤轉(zhuǎn)化得到，而我國有豐富的煤炭資源，可為該合成方法提供充足的一氧化碳和甲醇原料。甲醇氣相氧化羰基化法一步直接合成碳酸二甲酯工藝路線由于其原料便宜易得、毒性小、工藝簡單成本低等特點，是極有發(fā)展前途的方法。 在甲醇氣相氧化羰基化法合成 DMC 工藝中 ,反應(yīng)體系為氣固相體系，氣相除一 部分循環(huán)到反應(yīng)體系中進行反應(yīng)外，其余可以放空，解決了工業(yè)三廢的問題。從反應(yīng)器流出的粗產(chǎn)品為 DMC、 MeOH、 DMO、 H2O 多元混合物，經(jīng)脫水處理后變?yōu)镈MC、 MeOH 和 DMO 三元混合物。本設(shè)計就采用甲醇羰基化法合成 DMC。 DMOMeDMC混合物的分離，主要特點是 DMC 與 Me 存在共沸現(xiàn)象 (常壓下的共沸溫度為℃，共沸物中 DMC 質(zhì)量分數(shù)為 ％ )，難以用普通方法分離，如果采用萃取精餾的方法進行分離操作，會引進新的組分（萃取劑），這樣就需要對四元組分進行分離，這樣做不僅使得數(shù)據(jù)難以查找，而且增大 了整個過程的復(fù)雜度，也使得設(shè)計過程的計算量大大增加，不宜采用。為此計算了不同壓力下的 DMCMe的 Txy 圖及 xy 圖，由此可以得到 DMCME 的恒沸點及恒沸組成。由于DMOMeDMC 混合液中 DMC 與 Me 形成二元恒沸物，而草酸二甲酯（ DMO）與此恒沸物的相對揮發(fā)度的差別很大，因此通過普通精餾可以分離出草酸二甲酯（ DMO），再將塔頂?shù)暮惴形锿ㄟ^減壓 加壓雙塔精餾模式分離出來。變壓精餾可以有效的分離二元共沸液體混合物，具有工藝簡單，不引入雜質(zhì)，節(jié)能耗的優(yōu)點。且 DMC和 MeOH 共沸體系滿足變壓共沸精餾的條件 ，即混合物的共沸組成隨著壓力的變武漢工程大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計 8 化靈敏。所以可以考慮使用變壓精餾分離 DMC 和 Me的混合液。 本過程主要是采用甲醇氣相氧化羰基化法合成碳酸二甲酯，用甲醇、氧氣和一氧化碳作原料來合成碳酸二甲酯（ DMC），還需要按照空氣比加入一定的氮氣防止爆炸事故，但是，用這三種作原料，不僅有 DMC 生成還有草酸二甲酯（ DMO）生成。 主要流程如下： 首先將原料輸入預(yù)熱器預(yù)熱汽化，然后將其輸入到固定床換熱反應(yīng)器中反應(yīng)，反應(yīng)溫度控制在 110140℃，壓力控制在 1atm40atm。之后物料流經(jīng)氣液分離器，出口的氣相直接燃燒排空，液 相（ DMC、 DMO CH3OH、）直接進入分離段。 分離段的主要設(shè)備是三個精餾塔。精餾塔（ 1）為常壓塔，用來分離出 DMO，塔釜主要成分是 DMO，塔頂?shù)闹饕煞质?DMC、 CH3OH，塔頂物流進入精餾塔 (2)；精餾塔（ 2）為減壓塔，操作壓力為 30kPa，用來分離出 CH3OH，塔釜主要成分是CH3OH，塔頂成分大部分是 DMC，還有少部分 CH3OH，塔頂物流進入精餾塔（ 3）；精餾塔（ 3）為加壓塔，操作壓力為 800kPa，主要是為了分離出少量的 CH3OH 獲得高純度的 DMC， DMC 從塔釜排出。 具體的分離段的工藝流程圖 如附圖 三 . MEDMCDMO 混合液經(jīng)泵（ P101）送入草酸二甲酯分離塔（ T101），甲醇與恒沸物（ ME/DMC）從塔頂餾出，經(jīng)冷凝器（ E101）冷凝器至液體，流入儲槽（ V103），塔釜產(chǎn)物為草酸二甲酯（ DMO），經(jīng)冷卻器（ E109）冷卻后流入 DMO 儲槽（ V102/103），E102 為 T101 塔再沸器，提供精餾塔的熱量。同樣 E105及 E107為 T102 塔及 T103塔的再沸器。 T101 餾出液 MEDMC 混合液由 V104進入甲醇分離塔的減壓恒沸精餾（ T102），T102 為真空操作，料液直接吸入，此外， T103塔頂恒沸物（ ME/DMC 混合液）由恒沸物儲槽（ V104）吸入進入 T102 塔，塔頂餾出液經(jīng)冷凝器（ E103）采用冷鹽水冷凝成液體，然后流入回流罐（ V105），回流罐（ V105）與真空裝置連接，使T102 塔維持在減壓下進行操作。然后恒沸物由中間槽流入接受槽（ V106/V107） ,兩槽交替使用（減壓 /常壓），在作接受槽時為減壓狀態(tài)，并與真空裝置連接，當儲槽充滿時，將另一儲槽作接受槽，關(guān)閉其真空，開啟通大氣閥，使恒沸物流入恒沸物儲槽（ V110），塔底甲醇流入儲槽（ V108/V109）。 武漢工程大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計 9 恒沸物儲槽（ V110）的 ME 與 DMC 混合液，由泵（ P105）送至碳酸二甲酯分離塔（ T103）， T103 為加壓操作，塔頂餾出的恒沸物經(jīng)冷凝器（ E106）冷凝后進入回流罐（ V110），然后流入恒沸物接收槽（ V112）恒沸物儲槽（ V113/V114）交替使用（ 加壓 /常壓），以有利于恒沸物進入 T102 塔。塔頂產(chǎn)物進入 T102 塔。塔頂產(chǎn)物 DMC 經(jīng)冷卻器（ E108）冷卻后送入中間槽（ V115），然后壓送至儲槽（ V116）。 主要設(shè)備 T101：常壓塔 E101：冷凝器 V101：回流罐 E102：再沸器 P102：回流泵 V102： DMO 儲罐 V103： DMO 儲罐 E109：冷凝器 T102：減壓塔 E104：冷凝器 E105：再沸器 V108：塔釜常壓槽 V109：塔釜常壓槽 V111：回流罐 V105：回流罐 P103：減壓塔進料泵 P104：回流泵 P106：真空泵 V106：塔頂常壓槽 V107：塔頂常壓槽 E110：冷凝器 T103：加壓塔 E107：冷凝器 V110：回流罐 E106：再沸器 V115：塔頂加壓槽 P108：空氣壓縮機 V111： DMC 儲槽 V112：塔頂廢液儲槽 P101：常壓塔進料泵 P105：加壓塔進料泵 V104：二元混合物儲罐 E103：冷凝器 E108：冷凝器 武漢工程大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計 10 倉儲方案 倉儲庫房設(shè)計如下圖： 圖 倉儲庫房設(shè)計 理化特征 表 DMC 物 化特征 外觀與性狀 無色液體，有芳香氣味 主要用途 用作溶劑，用于 有機合成 熔點 沸點 相對密度 (水 =1) 1． 07 相對密度 (空氣 =1) 3． 1 飽和蒸汽壓 (kPa) 6． 27(20℃ ) 溶解性 不溶于水，可混溶于多 數(shù)有機溶劑，酸、堿 危險性概述 表 DMC 危險性概述 侵入途徑： 吸入食入經(jīng)皮膚吸收 毒性： 屬微毒類 LD50： 13000mg／ kg(大鼠經(jīng)口 )； 6000mg／ kg(小鼠經(jīng)口 ) LC50：該物質(zhì)對環(huán)境有危害，應(yīng)特別注意對水體的污染。 健康危害： 吸入、攝入或經(jīng)皮膚吸收后對身體可能有害。本品對皮膚有刺激作用，其蒸氣或煙霧對眼睛、粘膜和上呼吸道有刺激作用。 儲存區(qū) 揀貨區(qū) 揀貨區(qū) 揀貨區(qū) 儲存區(qū) 揀貨區(qū) 揀貨區(qū) 揀貨區(qū) 驗 收 及 分 發(fā) 作 業(yè) 區(qū) 管 理 工 作 室 及 生 活 間 武漢工程大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計 11 急救措施 表 DMC 急救措施 皮膚接觸： 脫去污染的衣著，用肥皂水及清水徹底沖洗。 眼睛接觸： 立即翻開上下眼瞼，用流動清水沖洗 15 分鐘。就醫(yī)。 吸入： 脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。注意保暖，靜臥休息。就醫(yī)。 食入： 誤服者用水漱口，就醫(yī)。 接觸控制和個體防護 表 DMC 接觸控制和個體防護 工程控制： 生產(chǎn)過程密閉，加強通風(fēng)。 呼吸系統(tǒng)防護： 空氣中濃度較高時，應(yīng)該佩戴防毒口罩。 眼睛防護： 必要時戴化學(xué)安全防護眼鏡。 防護服： 穿防靜電工作服。 手防護： 戴防護手套。 其他： 工作現(xiàn)場嚴禁吸煙。工作后，淋浴更衣。特別注意眼和呼吸道的防護。 消防措施 表 DMC 消防措施 燃燒性： 易燃 建規(guī)火險分級： 甲 閃點 (℃ )： 19 危險特性： 遇明火、高熱易燃。若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險。 燃燒 (分解 )產(chǎn)物： 一氧化碳、二氧化碳。 穩(wěn)定性： 穩(wěn)定 禁忌物： 氧化劑、還原劑、強酸、強堿、潮濕空 氣。 聚合危害： 不能出現(xiàn) 滅火方法： 砂土、泡沫、干粉、二氧化碳。 DMC的廣泛用途 碳酸二甲酯（ DMC）是一種重要的有機合成原料及中間體， DMC 帶有 CO、COOCH3 和 CH3 基團?？蛇M行羰基化、甲基化、甲氧基化和羧甲基化反應(yīng)，取代傳統(tǒng)使用的有毒原料光氣、硫酸二甲酯和甲基氯等。因此， 1992 年 DMC 在歐洲被登記為綠色無毒化學(xué)品。 DMC 可替代光氣合成聚碳酸酯、碳酸二苯酯、異氰酸酯（ TDI、 MDI、 HDI、 IPPI）及烯丙基二甘醇碳酸酯（ ADC）； 也可用于合成氨基甲酸酯類農(nóng)藥（西維因）、苯甲醚、甲基芳胺等；此外， DMC 具有高的含氧量武漢工程大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計 12 （ 53． 3％），可以用做汽油添加劑，能有效提高汽油的辛烷值；還具有與其它溶劑相溶性好，蒸發(fā)速度快的特點，適于在特種油漆、藥物制造行業(yè)使用。因此，碳酸二甲酯是一種有廣闊發(fā)展前景的化學(xué)品。 DMC的儲存 DMC 屬于第 3類中閃點易燃液體，危險貨物包裝標志為 7； DMC 用深色的玻璃瓶 ,瓶塞用磨口玻璃塞倉儲密封；不要讓它接觸有機物，在有機物中個溶解性很強 ,如橡膠塑料等儲運注意事項： 儲存于陰涼、干燥、通風(fēng)良好的不 燃庫房； 遠離火種、熱源。倉溫不宜超過 10℃； 防止陽光直射； 保持容器密封； 應(yīng)與氧化劑分開存放； 儲存間內(nèi)的照明、通風(fēng)等設(shè)施應(yīng)采用防爆型； 罐儲時要有防火防爆技術(shù)措施； 禁止使用易產(chǎn)生火花的機械設(shè)備和工具； 搬運時要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。 武漢工程大學(xué)專業(yè)課程設(shè)計 13 第 3 章 工藝計算 在工業(yè)生產(chǎn)中，最主要的部分就是工藝設(shè)計及反應(yīng)工段和分離工段的設(shè)計，本章作為整個課程設(shè)計的設(shè)計核心，主要對反應(yīng)工段和分離工段進行了詳細的工藝計算。首先是反應(yīng)器的設(shè)計計算，包括物料衡算、熱 量衡算、反應(yīng)器設(shè)備尺寸的設(shè)計計算 。然后，由于本設(shè)計中的分離工段用到了三種精餾塔，分別是常壓精餾塔、減壓精餾塔和加壓精餾塔，所以在整個分離工段的實際計算中需要分別對三種精餾塔進行物料衡算、熱量衡算及塔設(shè)備的設(shè)計計算。 反應(yīng)器 化學(xué)反應(yīng)器是將反應(yīng)物通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的裝置 , 是化工生產(chǎn)及相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。由于化學(xué)反應(yīng)種類繁多、機理各異 , 因此 , 為了適應(yīng)不同反應(yīng)的需