【正文】 本攪拌器選用 CBY 型葉輪。 常用的攪拌器形式有很多。達(dá)到相同的均勻 度，盤式直葉渦輪所消耗的功率是軸向流葉輪的四倍。 選用封頭內(nèi)徑 di =2400mm，即槽徑 T 為 2400mm，則高度 24idVh ??=，圓整取為2600mm，液層高度 mdVHi 4 2 ?? ? 則高徑比為 2580/2400=，在 16之間，滿足攪拌釜的要求。經(jīng)過一定反應(yīng)時(shí)間，反應(yīng)達(dá)到要求的轉(zhuǎn)化率后，將物料排出反應(yīng)器完成一個(gè)生產(chǎn)周期。內(nèi)構(gòu)件有擋板、盤管等。 水和二氧化碳使甲醇鈉催化劑失活是由于發(fā)生下列化學(xué)反應(yīng)： OHCHN a O HOHO N aCH 323 ???? OHCHN a O C O O N aO C O O C HCHN a O H 333 22 ???? O C O N aCHCOO N aCH 323 ??? 結(jié)果是 ONaCH3 變?yōu)闊o活性的 32CONa 和 OCONaCH3 而導(dǎo)致催化劑失活，并使再沸器中易堵的部位發(fā)生堵塞。它的突出優(yōu)點(diǎn)是選擇性高。通過對 ZSM5進(jìn)行陽離子交換和浸漬法改性發(fā)現(xiàn)， ZSM5 分子篩堿性中心對反應(yīng)起主 要作用，適當(dāng)強(qiáng)度 的 堿 中 心 更 有 利 于 反 應(yīng) 的 正 向 進(jìn) 行 。 將堿土金屬硅酸鹽如 32SiONa 、 3KHSiO 、 32SiOLi 等負(fù)載在 2SiO 上作為反應(yīng)的催化劑，在 80125 ℃、 ， ECOHCH /3 ( 摩 爾 比 =4 時(shí) ， 其 活 性 順 序 為32SiONa 3KHSiO 32SiOLi ，其中水玻璃負(fù)載在 2SiO 上作為催化劑時(shí)，碳酸乙烯酯的轉(zhuǎn)化率約為 30%。通過蒸餾除去碳酸二甲酯和甲醇的共沸物后，殘留物在同一條件下繼續(xù)和甲醇反應(yīng)，可獲得 80%的轉(zhuǎn)化率，其副產(chǎn)物仍很少。 則單臺反應(yīng)器的實(shí)際體積為 322 )( mHDV ?????? ?? 實(shí)際運(yùn)行時(shí)反應(yīng)器的總體積為 1 mmVV a ???? 催化劑用量 已知 20L 反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)所須的催化劑用量為 400g。 反應(yīng)器體積的初步計(jì)算 根據(jù)專利 ，已知環(huán)氧丙烷以 2L/h的體積流量通入到 20L反應(yīng)器內(nèi)，反應(yīng)所須的催化劑用量為 400g，采用比較普遍、成熟的“經(jīng)驗(yàn)放大設(shè)計(jì)方法”，對中試反應(yīng)器進(jìn)行等比例放大，來計(jì)算反應(yīng)器的體積。 R101 反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 反應(yīng)器設(shè)計(jì)臺數(shù) m 由于生成碳酸丙烯酯反應(yīng)中反應(yīng)物的進(jìn)料量較大，可以考慮增加反應(yīng)器臺數(shù)來減少單個(gè)反應(yīng)器的體積，同時(shí)考慮到反應(yīng)器的中催化劑需要定時(shí)進(jìn)行再生與更換，而且 DMC工藝過程要求采用連續(xù)型操作，因此通過切換反應(yīng)器來滿足反應(yīng)器內(nèi)催化劑的再生與更換需要，到達(dá)連續(xù)生產(chǎn)的目的。 ④反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮了催化劑的優(yōu)勢，大幅度提高了催化劑的使用壽命。 圖 31 R101反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖 其中 1— 反應(yīng)器； 2— 進(jìn)料口； 3— 出料口； 4— 反應(yīng)區(qū)域； 5— 產(chǎn)物區(qū)域； 6— 移熱裝置； 7— 催化劑放置裝置； 8— 移熱介質(zhì)進(jìn)口； 9— 移熱介質(zhì)出口； 10— 不銹鋼絲網(wǎng)。 該反應(yīng)是一個(gè)強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)過程中產(chǎn) 生大量的熱，可能會使催化劑高溫失活，并造成催化劑選擇性的降低；也可能使原料或產(chǎn)品發(fā)生團(tuán)聚或結(jié)焦等現(xiàn)象，對反應(yīng)器材料的選擇要求提高，設(shè)備的投資費(fèi)用大大增加；對反應(yīng)器清洗維修造成困難，催化劑的再生和更換帶來操作上的不便，使得反應(yīng)流程的操作費(fèi)大大增加；同時(shí)也使產(chǎn)品純度發(fā)生變化，極大地影響后續(xù)反應(yīng)的進(jìn)行以及 DMC 產(chǎn)品產(chǎn)量和產(chǎn)品純度。 反應(yīng)器形式 碳酸丙烯酯反應(yīng)器 R101 選用了一種新型高效節(jié)能的反應(yīng)器形式。根據(jù)以下設(shè)計(jì)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)： ①合理性 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)必須滿足工藝要求，需要考慮到其設(shè)計(jì) 的合理性和可行性，而且設(shè)計(jì)施工時(shí)必須校核材料能夠否滿足強(qiáng)度、剛度等性能指標(biāo)。因此，用乙醇對失活的催化劑進(jìn)行浸漬處理，運(yùn)用有機(jī)物之間的相似相溶原理，將堵塞催化劑活性炭載體中的有機(jī)大分子溶解，并且沖洗掉堵塞孔道的固體 小顆粒，可以使催化劑的活性有效提高。反應(yīng)的單程轉(zhuǎn)化率很高，反應(yīng)條件較為溫和，而且催化劑的選擇性達(dá)到 100%，產(chǎn)物的品質(zhì)高，無副產(chǎn)物生成，易于規(guī)模化生產(chǎn)。 ②浸漬：催化 劑的配比按照上述組成比例，將所需質(zhì)量的催化劑與 %（質(zhì)量百分比）的 KI 水溶液及 1N的 LiNO3 水溶液于蒸餾水中，與處理好的活性炭進(jìn)行等體積浸漬，浸漬溫度控制在 60℃，恒溫 4小時(shí)，最后在 120℃下干燥得到催化劑成品。 該催化劑具有原料成本低、制造簡單、穩(wěn)定性好、可重復(fù)利用等特點(diǎn)。 催化劑的選擇 由環(huán)氧丙烷和二氧化碳直接合成碳酸丙烯酯有多種催化劑，多數(shù)屬于含有金屬鹵化物的雙組分催化劑體系。在此對 T301 共沸物萃取塔的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹，設(shè)計(jì)主要包括：工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)。 反應(yīng)器 R102 表 24 反應(yīng)器 R102物料衡算表 進(jìn) 料 出 料 物料名稱 物質(zhì)的量/kmol 摩爾分率 質(zhì)量/kg 質(zhì)量分率 物料名稱 物質(zhì)的量/kmol 摩爾分率 質(zhì)量/kg 質(zhì)量分率 烯酯 CO2 0 8 其中： PO PC PG MET 合計(jì) 0 130 0 H2O 0 8 DMC 0 97 0 其中： MET 7 630 2 PG 9 05 3 CO2 PGMO 5 0 6 1 H2O 1 2 合計(jì) 0 350 0 DMC 合計(jì) 進(jìn)料總計(jì) 350 出料總計(jì) 350 熱量衡算 反應(yīng)器 R101 表 25 反應(yīng)器 R101能量衡算表 進(jìn)料 溫度 /℃ 壓力 /MPa 焓值 /kW 出料 溫度 /℃ 壓力 /MPa 焓值 /kW 二氧化碳原料 20 混合物 120 環(huán)氧丙烷原料 20 合計(jì) 合計(jì) 反應(yīng)器焓變 /KW 反應(yīng)器 R102 表 26 反應(yīng)器 R102能量衡算表 進(jìn)料 溫度 /℃ 壓力 /MPa 焓值 /kW 出料 溫度 /℃ 壓力 /MPa 焓值 /kW 甲醇原料 120 混合物 120 3 環(huán)氧丙烷原料 168 合計(jì) 合計(jì) 反應(yīng)器焓變 /KW （吸熱） 精餾塔 T201 表 27 精餾塔 T201能量衡算表 進(jìn)料 溫度/℃ 壓力/MPa 出料 溫度/℃ 壓力/MPa 塔頂熱負(fù)荷/kW 丙二醇與碳酸丙烯酯混合物 120 塔頂丙二醇 塔底丙烯酯 萃取塔 T301 表 28 萃取塔 T301能量衡算表 進(jìn)料 溫度/℃ 壓力/MPa 出料 溫度/℃ 壓力/MPa 塔頂熱負(fù)荷 /kW 甲醇與碳酸二甲酯共沸物進(jìn)料 塔頂甲醇混合物 塔底 DMC與萃取劑 6 再生塔 T302 表 29 再生塔 T302能量衡算表 進(jìn)料 溫度 /℃ 壓力/Mpa 出料 溫度 /℃ 壓力/MPa 塔頂熱負(fù)荷 /kW 碳酸二甲酯與萃取劑 塔頂 DMC產(chǎn)品 塔底萃取劑 各換熱器的能量衡算表 表 210 再沸器 E201的能量衡算表 管程 殼程 進(jìn)口 碳酸丙烯酯液體 中壓蒸汽 出口 碳酸丙烯酯 氣、液態(tài)混合物 蒸汽冷凝液 進(jìn)口 出口 進(jìn)口 出口 操作壓力 /MPa 熱負(fù)荷 /kW 表 211 再沸器 E302的能量衡算表 管程 殼程 進(jìn)口 鄰二甲苯和 DMC 混合液體 低壓蒸汽 出口 鄰二甲苯和 DMC 氣、液態(tài)混合物 蒸汽冷凝液 進(jìn)口 出口 進(jìn)口 170 出口 170 操作壓力 /MPa 熱負(fù)荷 /kW 表 212 再沸器 E305的能量衡算表 管程 殼程 進(jìn)口 鄰二甲苯液體 低壓蒸汽 出口 鄰二甲苯氣、液態(tài)混合物 蒸汽冷凝液 進(jìn)口 出口 進(jìn)口 170 出口 170 操作壓力 /MPa 熱負(fù)荷 /kW 第 3 章 設(shè)備選型 選型原則 在碳酸二甲酯生產(chǎn)工藝中，采用環(huán)氧丙烷和二氧化碳生成碳酸丙烯酯，再由甲醇與之反應(yīng)生成碳酸二甲酯（ DMC），并且可分離得到高純度的丙二醇副產(chǎn)品，聯(lián)合生產(chǎn)丙二醇產(chǎn)品具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 工藝流程的總消耗、產(chǎn)出及排放 表 22 工藝總消耗、產(chǎn)出及排放表（按每小時(shí)計(jì)） 原 料 物料名稱 物質(zhì)的量 /kmol 摩爾分率 質(zhì)量 /kg 質(zhì)量分率 其中： CO2 H2O 合計(jì) 其中： PO H2O 合計(jì) 其中： MET H2O 合計(jì) 鄰二甲苯（注） 產(chǎn) 品 物料名稱 物質(zhì)的量 /kmol 摩爾分率 質(zhì)量 /kg 質(zhì)量分率 MET H2O DMC OXYL 合計(jì) PC PG PGMO 合計(jì) 排 放 物料名稱 物質(zhì)的量 /kmol 摩爾分率 質(zhì)量 /kg 質(zhì)量分率 CO2 H2O 注：鄰二甲苯萃取劑循環(huán)使用，僅需要極少量新鮮鄰二甲苯補(bǔ)充損失的萃取劑。 （ 2）建設(shè)單位或研究單位提供的要求、設(shè)計(jì)參數(shù)以及小試或中試試驗(yàn)數(shù)據(jù)等，主要包括：主要化學(xué)反應(yīng)方程式、反應(yīng)物配比、轉(zhuǎn)化率、選擇性 、總收率、催化劑狀態(tài)加入配比量、催化劑是否回收使用、物料安全性能（爆炸上下限）等；原料及產(chǎn)品的分離方式、各步的回收率，若采用分離劑分離時(shí)，加入分離劑的配比等；化學(xué)品的物性，如沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、飽和蒸汽壓、臨界參數(shù)、閃電、密度、粘度、溶解度、擴(kuò)散系數(shù)、亨利系數(shù)、相對揮發(fā)度、表面張力、比熱容等。 物料衡算的依據(jù) 物料 衡算的依據(jù)是質(zhì)量守恒定律。 工藝參數(shù) 反應(yīng)器 R101 的操作壓力為 3MPa，溫度為 120℃。萃取劑鄰二甲苯與共沸物逆向接觸，（ T301）塔頂設(shè)置全凝器，塔頂?shù)募状佳h(huán)使用。該反應(yīng)需要的少部分的熱量， 由萃取劑再生塔（ T302）塔底物流供熱，從反應(yīng)器（ R102）出來的碳酸二甲酯、副產(chǎn)品丙二醇、過量的碳酸丙烯酯和過量的甲醇首先經(jīng)過過濾器（ V104）后，經(jīng)減壓閥立即進(jìn)入閃蒸罐（ V105），使恰好成共沸比例的碳酸二甲酯與過量甲醇完全氣化進(jìn)入（ T301）進(jìn)行萃取精餾。萃取出的碳酸二甲酯與鄰二甲苯再進(jìn)入再生塔，鄰二甲苯萃取劑回到萃取塔循環(huán)使用，產(chǎn)品碳酸二甲酯出塔進(jìn) 入罐區(qū)。 （ 8）其他生產(chǎn)廠過量的 CO2直接排放，本工程由于建在 CO2生產(chǎn)裝置旁，過量的 CO2可直接排入 CO2生產(chǎn)裝置中回收利用，降低了 CO2原料的消耗。 （ 4）采用常規(guī)篩板塔精餾，簡單方便，成功分離出純度為 99%的 1， 2丙二醇副產(chǎn)品，創(chuàng)造了很高利潤。 （ 2）采用新型催化劑，克服了舊酯交換選擇性、轉(zhuǎn)化率較低的矛盾，大大提高了反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，提高了 DMC 產(chǎn)品的產(chǎn)量，節(jié)約了能源消耗。該工藝優(yōu)點(diǎn)在于萃取劑來源豐富，價(jià)格便宜，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和毒性較低。 第二段反應(yīng)生成碳酸二甲酯工藝，反應(yīng)器為自主設(shè)計(jì)的 3個(gè)攪拌釜式反應(yīng)器實(shí)現(xiàn)間歇操作。 (2)其中催化劑也采用該反應(yīng)器中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所配套的催化劑（專利號 ），充分確保其反應(yīng)質(zhì)量。 綜合以上因素，并遵循立足國內(nèi)，降低工程投資的原則，確定本工程擬 采用酯交換法生產(chǎn)碳酸二甲酯的工藝技術(shù)，以液體二氧化碳、環(huán)氧丙烷和甲醇為原料生產(chǎn)碳酸二甲酯，并聯(lián)產(chǎn) 1， 2丙二醇。氣相法雖然避免了 ENI 工藝的環(huán)境及腐蝕問題，但實(shí)際上開發(fā)研制的催化劑使用壽命相當(dāng)短，而且需 要用鹽酸再生，選擇性也低于 ENI 技術(shù)，大大限制了它的應(yīng)用（國內(nèi)在這方面的研究才剛剛起步，尚處于實(shí)驗(yàn)階段）。 工藝方案確定 （ 1） 綜合以上碳酸二甲酯生產(chǎn)工藝可以看出：無論是甲醇光氣法，還是醇鈉光氣法，都是比較古老的方法、工藝復(fù)雜、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、污染環(huán)境，本工程不宜采用此方法。 表 51列出了不同生產(chǎn)規(guī)模技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的對比內(nèi)容。另外，河北唐山朝陽化工公司在華東理工大學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行完善，形成了自己的獨(dú)特 DMC 聯(lián)產(chǎn)工藝技術(shù)，并成為國內(nèi)的 DMC 行業(yè)領(lǐng)頭羊，該公司也對外轉(zhuǎn)讓 DMC 酯交換技術(shù)。國際上只有意大利的艾尼公司實(shí)現(xiàn)了羰基合成工業(yè)化，但是也有