毕业设计(论文)年产2万吨乙胺装置分离系统工艺设计-开题报告

毕业设计(论文)开题报告学生姓名： 辛清炜 学 号： 2013304050133 专 业： 能源化学工程 设计(论文)题目：20000吨/年乙胺装置分离系统工艺设计 指导教师： 李强 2017年 2 月 27 日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2002年4月26日”或“2002-04-26”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述1.1 课题研究目的和意义乙胺主要作为农药、医药、染料的中间体，然而在我国乙胺主要用在农药方面，用途还很单一，发展乙胺的其他用途行业。目前,国内生产的乙胺尚满足不了市场需求，部分仍依赖进口1。我国乙胺生产技术落后，总胺收率、选择性、时空产率以及单程转化率等技术指标与国外比差距超级大。研究开发工作也停留在60年代的水平上。今后发展的需要是不可能适应这种落后的局面的。因而当务之急是，引进国外先进技术，为扩大生产规模做好技术准备。大规模生产的前提是好的技术和大的分离装置系统，因此对乙胺装置分离系统工艺设计非常有必要。1.2 国内外研究现状1.2.1国内现状我国乙胺的开发始于1957年。一些制药厂、染料厂、农药厂等，根据各自的需要先后建成一批生产装置，其规模都相当小，至1980年发展到十余家，但总产量还不1500t/a。为满足禾草丹生产需要，株洲化工厂建成了我国第一套千吨级的二乙胺生产装置。其余厂家仍维持在几十至几百吨的规模，他们是吉林市农药厂、吉林通化第三化工厂、贵州化肥厂、河北宣化农药厂、上海大丰化工厂、重庆西南制药二厂、南京制药厂、辽宁开原化肥厂、北京化工厂、上海东海化工厂等。1.2.2国外现状 美国1962年乙胺产量为17000t，33500t是1976年的产量。美国1977年乙胺的消费比例是:农药(除草剂)占45%、医药15%、橡胶助剂15%、油漆15%、其它10%。欧美国家主要采用乙醇加压加氢的路线。其过程是将乙醇与氨的混合物在催化剂存在下进行气相反应,生成一乙胺、二乙胺、三乙胺的混合物,调整乙醇和氨的摩尔比，可以分得到以一乙胺、二乙胺或三乙胺为主的产品。所用催化剂有铜、镍、钴、铂等金属联产下,在氢气氛中，于180 260下进行反应，可制得一乙胺30.9%、二乙胺57.4%、三乙胺11.6%的产品2。1.3 乙胺的性质、用途及其合成方法1.3.1乙胺的性质乙胺（Ethylamine ）无色极易挥发的液体，乙胺通常是指一乙胺、二乙胺、三乙胺的混合物，有氨的气味，呈碱性。本品高毒。具有强烈刺激性，能刺激眼、气管、肺、皮肤和排泄系统。水溶液呈碱性，化学性质和甲胺相似。与无机酸、有机酸、酸性芳香族硝基化合物等作用具有一定熔点的盐。与铜、银等重金属生成络盐。与酰氯、酸酐等发生酰基化反应，生成N-取代酰胺；与羧酸生成的盐再经脱水也生成N-取代酰胺；与苯磺酰氯反应生成N-取代苯磺酰胺；与卤代烃、醇、酚或铵盐等羟基化试剂作用，氮上的氢原子可以被羟基取代。在乙胺水溶液中通入Cl2 生成N,N-二氯乙胺。与氰酸、二硫化碳、腈、环氧化物等发生加成反应。伯胺与脂肪族或芳香族反应，脱水生成schiff碱。与Grignard试剂反应，生成烃。对光不稳定，在140200时经紫外线照射，分解生成氢、氯、氨、甲烷和乙烷等。490555于低压下进行热解，生成氢、氯、甲烷等。其中一乙胺是无色透明或浅黄色易挥发性液体，冰点为- 80.55 ，沸点为16.6，密度为0.76 g/cm3，与水能以任何比例混溶，具有碱性，对皮肤、眼睛有刺激烧伤作用6。1.3.2乙胺用途乙胺主要用于生产农药，也用于染料、橡胶促进剂、表面活性剂、抗氧剂、离子交换树脂、飞机燃料、溶剂、洗涤剂、润滑剂、冶金选矿剂,以及化妆品和医药品等的生产。其中一乙胺是一种具有多用途的精细化工产品,可广泛用于医药、农药、选矿药剂、涂料、光化学品、纺织、高聚物、食品化学品、干洗剂等6；二乙胺是一种重要的有机化工原料,可用来合成橡胶助剂、农药、染料、医药等一系列精细化学品2。1.3.3乙胺的合成方法(1)乙烯氨化法C2H4+ NH3(C2H5)2NH+ (C2H5)3N此法1947年仍有专利,其后未见报道。(2)卤代烷氨解法CH3CH2Cl+ NH3C2H5NH2+ (C2H5)2NH+ (C2H5)3N此法始于本世纪40年代,主要因受到原料的制约,难于发展。(3)乙腈氢化法CH3CN+ H2C2H5NH2+ (C2H5)2NH+ (C2H5)N乙腈为丙烯腈的副产物,本世纪60年代以来许多国家开展了这方面的研究,但至今见工业化未报道,其主要原因是乙腈来源有限。(4)乙醛氨化法CH3CHO+ NH3C2H5NH2+ (C2H5)2NH+ (C2H5)3N日本从本世纪50年代起开始研究，并发展成为日本乙胺的主要生产方法。其特点是副产物少,反应条件温和。(5)乙醇氨解法C2H5OH+ NH3C2H5NH2+ (C2H5)2NH+ (C2H5)3N此法的研究报道集中在本世纪30年代至60年代，是欧美国家工业化的主要方法。此法又分为乙醇常压氨解、乙醇加压加氢氨解、乙醇加压不加氢氨解三条路线2。国内主要是乙醇胺化法，乙醇主要通过粮食发酵获得，原料来源广，在我国乙醇胺化法的主要生产技术方法有以下几种:采用铜、镍为催化剂,以乙醇和液氨为原料,临氢常压反应而得乙胺混合物,经过分离制成乙胺产品。常压法工艺流程比较简单，对设备要求不高,适应小规模生产。采用三氧化二铝(-A12O3)为催化剂,以乙醇和液氨为原料,加压(约为5.OMPa)反应而得乙胺混合物,再经过分离制成乙胺产品。此工艺在国内系由化工部上海化工研究院和化工部第六设计院于80年代共同开发研制并在湖南株洲化工厂建成了国内第一套年产1000吨的乙胺加压工艺4。1.4 乙胺的生产工艺1.41乙胺的生产工艺简述 1.4.2乙胺生产工艺特点乙胺生产中同时可以得到三种不同产品一乙胺、二乙胺和三乙胺。工艺技术特点:采用常压连续催化合成工艺技术,其流程简单,设备材料、结构无特殊要求,易于普遍推广;采用连续萃取蒸馏分离流程,可节约能耗3。1.5 乙胺分离系统工艺1.5.1乙胺分离依据乙胺合成粗产品中，氢气、甲烷、氨、一乙胺、二乙胺、乙醇、三乙胺和水的沸点依次升高,三乙胺与水和乙醇形成共沸物。乙胺的分离工艺主要是利用各物料挥发度的不同以及三乙胺与乙醇、水的三元共沸物在不同压力下共沸组成的不同,分别得到纯的一乙胺、二乙胺、三乙胺的不同产品。根据难分离的组分放在最后处理和最好将各组分逐个从塔顶馏出的经验规则,先将氨及轻气体(氢气和甲烷)、一乙胺和二乙胺逐一从塔顶馏出,塔底主要剩余共沸物。利用不同压力下三乙胺与乙醇、水的共沸组成不同的特点,控制压力,塔顶蒸出乙醇和三乙胺的混合物,对其再分离得到纯的三乙胺;塔底组分除水后返回循环罐3。其分离流程简图如图所示。乙胺分离流程简图 1.5.2乙胺分离过程中各塔分离状况T201塔为氨塔,目的是将粗产品中未反应的氨及轻气体(氢气和甲烷)的混合气分离出来,然后氨混合气从塔顶返回合成系统。釜液经脱氨后,用自动调节阀来控制流量送往T-202塔进行分离。T-202塔为一乙胺塔,目的是分离出粗胺中的一乙胺。粗胺在塔釜经蒸汽加热后,塔顶的馏出液采至一乙胺分料罐,釜液送往后续塔进行分离。T-203塔为二乙胺塔,目的是从T-202塔釜送来的物料中分离出二乙胺。物料在塔釜经蒸汽加热后,塔顶的馏出液采至二乙胺分料罐,釜液送往后续塔进行分离。T-301塔为醇塔,主要是将部分的乙醇和大部分的三乙胺与水进行分离。T-203塔釜送来的物料用低压蒸汽加热后,塔顶馏出液送到T-302塔,釜液送到T-303塔。T-302塔为三乙胺塔,主要是将从T-301塔顶送来的物料进行分离。T-301塔送来的物料经蒸气加热后,轻组分蒸到塔顶,经塔顶冷凝器冷凝后,塔顶采出轻组分,塔底采出三乙胺成品。T-303塔为脱水塔,主要是将T-301塔釜送来的物料进行脱水,回收乙醇及三乙胺。T-301塔底送来的物料经蒸汽加热后,塔顶采出乙醇到循环罐,塔底废水排去污水池进行集中处理。1.5.3乙胺分离系统的模拟计算和优化利用现代先进的计算机模拟软件AspenPlus对乙基胺分离系统进行设计和模拟计算得到各塔的理论板数、进料位置、馏出量和回流比等参数11。参考文献1李海.乙胺, 异丙胺生产技术简介J. 化工科技,1998,(02):67.2唐振周. 关于我国二乙胺的生产技术及其发展J. 湖南化工, 1996,(02):8-10+18.3申桂英.乙胺或异丙胺生产装置J. 精细与专用化学品,1995,(09):15.4高昌禄, 王琴, 徐东升. 乙腈加氢制乙胺类化合物J. 石化技术与应用,2001, 19(5):293-296.5宋岩,张吉波,张启忠. 乙腈加氢制乙胺的合成工艺研究J. 吉林化工学院学报,2003,(04):17-19.6周奇杰. 300t/a一乙胺联产工艺技术总结J. 精细化工中间体,2003,(04):36-37+55-56.7王拥军,石香玉. 复杂样品的多步分离系统的初步设计J. 焦作大学学报,2009,(03):85-86.8.石宝忠. 乙胺调研报告J. 化工科技市场,2003,(08):24-25.9.王静康.化工过程设计M.化学工业出版社，2006，5.10.尹先清.化工设计M.石油工业出版社，2006，11.11李群生, 陈文. 乙基胺分离系统各塔的设计和模拟计算J. 北京化工大学学报, 2010, 39(4): 36-48.12MayankshaB.deHaan.OptimalDesignofaReactiveDistillationColumnJ.CHEMLCAL ENGINEERING TRANSACTIONS Volume24，2011：295-300 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的方法（途径）：1 解决的问题本课题主要解决的是乙胺装置分离系统工艺设计问题。工艺设计应符合设计合理性的要求，所以需遵循“实用、经济、合理、准确、”的要求。因为设计要求是为工厂设计一个20000吨/年乙胺装置分离系统，工厂里设备众多，以车间化连续化生产，因此我们的设计装置要布置合理，经济实用。乙胺分离系统工艺设计以提高总胺收率主要目标,以分离效率，分离纯度等为重点。乙胺分离系统设计对乙胺生产工厂有着至关重要的意义，分离设计的内容一般包括精馏塔、脱氨塔、回收塔、吸收塔等。分离系统设计工艺包括乙胺分离过程中乙胺工艺选择、物料衡算、热量衡算、计算机软件AspenPlus模拟、物料衡算、设备计算、车间布置图、工艺流程图等。本课题主要解决是分离系统中分离设备的选择，工艺流程以及根据工厂要求进行物料衡算、热量衡算。从而为工厂大规模生产乙胺奠定基础。2.研究的途径 （1）设计任务要求：生产规模是20000吨/年，产品结构一乙胺、二乙胺、三乙胺分别为11000吨/年、6000吨/年和3000吨/年；合成过程条件，新鲜乙醇原料操作空速0.22h-1，循环气操作空速1250h-1，循环气中液氨含量不低于25%；热点温度205，压力1.6MPa，胺化过程热效应为-42.37kJ/mol，乙醇单程转化率88%，一乙胺、二乙胺、三乙胺在粗产品中比例为55:30:15（没有副反应）；分离过程操作条件，脱氨塔1.6MPa、乙胺产品塔0.4MPa。除按要求生产外，其余二乙胺、三乙胺循环返回合成系统。（2）前期准备：根据设计任务收集相关资料，查阅中外文献、请教老师和同学讨论分离系统设计注意要点，并且学习使用AspenPlus、AutoCA