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1、
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引 言 0
1 總論 2
1.1設計項目 2
1.2碳酸二甲酯的性質和用途 2
1.2.1碳酸二甲酯的性質 2
1.2.2碳酸二甲酯的用途 2
2碳酸二甲酯的制備方法 4
2.1 酯交換法 4
2.1.1碳酸乙烯酯法 4
3.大工藝路線的比較 8
3.1本設計所選工藝方案 9
3.2 甲醇氧化羰基化法流程 10
4主要設備計算和選型 14
4.1 精餾塔的設計 14
4.2 精餾塔設計計算 15
2、
4.2.1 換熱器的設計 15
(A) 反應釜的計算與選型 16
(a)確定反應釜體積 16
(b) 反應釜選型 17
(d) 確定反應釜夾套材料和壁厚 17
(e) 確定反應釜內筒的壁厚和材料 18
(B) 泵的選型 18
(a) 泵的選型說明 18
4.3.1 車間布置設計 20
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(A) 車間布置的基本原則 20
4.3.2 安全與環(huán)保 21
(A) 安全 21
(B) 環(huán)保 21
參 考 文 獻 22
附錄
3、A 設備一覽表 26
致 謝 32
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引 言
碳酸二甲酯 ( Dimethyl carbonate, 簡稱為 DMC) 是無毒無公害
的主要
工原料和產品之一 ,一種新型的綠色有機合成中間體 , 被稱為 /
21 世紀有機合成領域的新基塊 0。它在農藥、 醫(yī)藥、 高分子
合成、 燃料添加劑及溶劑中均有廣泛用途。由于生產和使用
DMC 的過程中 , 極少產生對環(huán)境的污染 , 因此 ,DMC 已日益受到人們的重視 , 并將得到越來越廣泛的應用。 DM
4、C 是一種重要的有機合成中間體 , 其結構中含有甲基、 甲氧基、 羰基、 甲氧
基羰基 , 因而具有良好的反應活性 , 能與酚、 醇、 胺、 肼、酯類化合物發(fā)生反應 , 生成許多重要的化工產品。 DMC 可代替有毒的硫酸二甲酯作甲基化劑 , 制備苯甲醚 ( 苯甲醚是重要的農
藥、 醫(yī)藥中間體 ) , 還可用作油脂工業(yè)抗氧化劑、
食用香料等 ,
以及生產主要用于照相印刷中作顯影液的四甲基醇
( TMAH)
。
可代替有劇毒的光氣作羰基化劑
, 合成如聚碳酸酯等工程材料
,
也可用于制造磁帶、
磁盤等光電子產品。另外
, 由于 DVD 等
高檔視聽產品的
5、普及
, 光盤需求量大幅提高 , 對以 DMC 為原料
生產的聚碳酸酯的需求將不斷增大
, 因而用在此方面的 DMC
用
量會大幅上升。 DMC 還可用于生產烯丙基二甘醇碳酸酯
( ADC) 。 ADC 是一種性能優(yōu)異的熱固性樹脂
, 可替代玻璃用
于眼鏡片和光電材料等新的領域
,代替各種有毒溶劑 ( 苯、 甲苯 )
作涂料、 油漆的溶劑 ,也可代替甲基叔丁基醚作汽油添加劑。
DMC 的分子量含氧高達 53 % , 且辛烷值高 , 可用作汽油添加劑 , 以增加汽油含氧量 , 提高燃燒效率 , 降低毒性尾氣排放 , 這些方面都要優(yōu)于 MT
6、BE 。 DMC 還是與環(huán)境友好的綠色化合物 , 隨著
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世界各國對環(huán)境污染的日益重視 , 利用 DMC 的特性及將其作為
合成中間體開發(fā)綠色化工產品 , 有著巨大的吸引力和市場潛
力。設計 7萬噸 /年碳酸二甲酯的工廠設計 , 本次設計我選用甲醇
氧化羰基法。經(jīng)過本次實驗 , 我學習到了工廠設計一套生產碳酸
二甲酯的工藝流程的整個過程。
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1 總論
1
7、.1 設計項目
本課題以某石油化工廠尿素和甲醇為原料 , 進行年產 70000 噸工業(yè)碳酸二甲酯裝置的工業(yè)設計 , 并提交設計說明書及相關工程圖紙。配管設計采用 PDSOFT 三維管道設計與管理系統(tǒng)輔助設計 ,年工作時間大于
8700 小時。
1.2 碳酸二甲酯的性質和用途
1.2.1 碳酸二甲酯的性質
(CH 3O)2C=O,無色液體 ,有香味。相對密度 1.065(17℃),熔點 -0.5℃,沸
點 90.6℃。不溶于水 ,溶于許多有機溶劑 ,可混合于酸類和堿類。又稱碳酸甲酯 ,簡稱 DMC 。無色透明液體。相對分子質量 90.08。相對密度
1.
8、0694。熔點 2～4℃。沸點 90～ 91℃、 42 ℃(1.60 104Pa)。閃點
21.7℃、 16.7℃(閉式 )。折射率 1.3687。溶于水 (20℃時 13.9)、 丙酮、氯仿、 甲苯 , 易溶于乙醇、 無機酸和堿溶液?；瘜W反應性強 , 能夠提供甲基化基、 羰基化基及?；?,以取代對環(huán)境有污染的光氣、 硫酸二甲酯等 ,受到廣泛注意。經(jīng)過對它的毒性進行研究后發(fā)現(xiàn) , DMC 的毒性遠遠小于當前常見的化工原料 ( 光氣、 硫酸二甲酯 ) , 與大白鼠、 小白鼠經(jīng)口致死中量 LD 50=6 400～12 800 mg/kg, 與甲醇 ( LD 50=3 000mg/kg)
9、相比 , 應該認為是安全的。以 DMC 為原料可合成食品添劑、 抗氧化劑、 植物保護劑、 高級樹脂、 燃料和藥物中間體、 表面活性劑等 , 是有機合成的”新基塊”。
1.2.2 碳酸二甲酯的用途
它可作為溶劑 ;由于本品毒性極低 ,廣泛用作醫(yī)藥原料 ,生產呋喃唑酮 ; 農藥的中間體 ,制備殺蟲劑 ”西維因 ”(又稱 ”胺甲萘 ”,Carbanyl)、 殺螨劑 ”呋
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喃丹 ”,用于蔬菜、 果樹、 棉花的病蟲害防治 ;制備磷酸二苯酯 ,用作聚碳酸酯的原料 , 聚碳酸酯廣泛用作工程塑料及光
10、學材料 ;用作異氰酸酯的原料 ,由異氰酸酯可生產聚氨酯 ;用作生產熱固性樹脂烯丙基二甘醇碳酸酯 , 用作光學材料 ;用作生產對二氨基脲的原料 ,對二氨基脲是一種鍋爐清洗劑;用作長鏈烷基碳酸酯及四甲基氫氧化銨的原料 ;制備苯甲醚、 香料、
N- 甲基咔唑和均二氨基脲的原料 ;本身可用作汽油添加劑 ,以提高辛烷值 ;
也用作其它有機合成的中間體及甲基化劑和羰基化劑。
1.2.3 碳酸二甲酯的應用
( A) 羰基化試劑
當前 , 羰基化試劑一般都采用光氣。光氣 (COCl 2)的反應活性較高
但有劇毒 , 參加反應時易生成腐蝕反應設備的副產物 , 同時嚴重污染
11、環(huán)
境。因此 , 隨著化學工業(yè)的發(fā)展 , 光氣將逐漸被淘汰。 DMC 具有和光
氣類似的親核反應能力 , 當其羰基受到親核基團攻擊時 , ?；?- - 氧鍵
即發(fā)生斷裂 , 形成羰基化合物。因此 DMC 能夠代替光氣作高分子合
成材料等的中間體 , 如氨基甲酸酯、 聚碳酸酯、 異氰酸酯等。
(B) 甲基化試劑
常見的甲基化試劑硫酸二甲酯 (DMS) 和 CH3Cl 不但具有毒性和腐
蝕性 , 且堿用量大 , 又存在產物分離難題。用 DMC 作甲基化試劑可避
免生產過程中的操作危險、 設備腐蝕及環(huán)境污染等問題。如用 DMC
代替 D
12、MS 與苯酚反應生產農藥、 醫(yī)藥中間體的苯甲醚 , 產品收率高
,
,
副產物為甲醇和 CO2。
(C)汽油添加劑
當前已應用的汽油添加劑主要是甲基叔丁基醚 ( MTBE) 。 DMC 能夠提高汽油的辛烷值和氧含量 , 使汽油達到同等氧含量時使用的 DMC 的量比 MTBE 少 4.5 倍, 從而降低了
13、汽車尾氣中碳氫化合物、
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一氧化碳和甲醛的排放總量 ; 使用 DMC 還克服了 MTBE 易溶于水、污染地下水源等缺點。另外 , 生產 DMC 工藝過程中 DMC 和CH 3OH 是共沸物 , 不需要進行分離 , 可直接摻入汽油中使用 , 這樣既簡化了
DMC 的生產工藝過程又降低生產成本。
(D) 電解液
碳材料陽極電池的電解液所用溶劑一般含 50%～ 90%的DMC 。將
添加 DMC 的電解液用于鋰離子電池中 , 電池具有高電流密度和良好
的抗氧化還原性能
14、 , 而且導電性能高、 電池壽命長。
(E)溶劑
DMC 是性能優(yōu)良的溶劑 , 其熔、 沸點范圍窄 , 表面張力大 , 粘度
低 , 介電常數(shù)小 ,蒸發(fā)溫度高 , 蒸發(fā)速度快。因此 , 它作為集清潔性和安全性于一體的綠色溶劑 , 可用作特種干油漆的溶劑及醫(yī)藥品的溶媒介質。另外 , DMC 還可用于柴油添加劑 , 合成高級潤滑油的基本材料長鏈烷基碳酸酯 , 生產香料、 清洗劑、 農藥等新型化學產品。
2 碳酸二甲酯的制備方法
2.1 酯交換法
2.1.1 碳酸乙烯酯法
1918 年 , Hood Murdock 成功地用光氣與甲醇制得 DMC 。反應分
兩步完成 , 首先由光氣與甲醇反應得氯甲酸甲酯 , 氯甲酸甲酯進而與甲
醇反應得 DMC 產品。以后 DMC 的合成方法不斷發(fā)展 , 出現(xiàn)了酯交換
法、 甲醇氧化羰基化法以及以甲醇和二氧化碳為原料的合成方法。
C3H4O3+2CH 3OH →CH 3OC(O)OCH 3+HO(CH 2)2OH
該酯化反應催化劑一般為堿金屬氫氧化物、 醇鹽或碳酸鹽 , 如氧化
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