年产4万吨碳酸二甲酯说明书.doc

齐齐哈尔大学毕业设计摘要碳酸二甲酯(DimethylCarbonate，简称 DMC)：常温下为透明液体，略带香味。难溶于水，但能与醇、酮、酯等任意 比混溶。DMC 毒性很小，对金属基本上无腐蚀性。DMC 具有酯的通性，可与水 发生水解反应；可与含活泼氢基团的醇、酚、胺、酯等化合物反应；与二元醇或 二元酚反应生成聚碳酸酯。DMC 分子中含有羰基、甲基、甲氧基等基团，具有 良好的反应性能，可代替剧毒的光气、硫酸二甲酯、氯甲烷等作为羰基化剂、甲 基化剂和甲氧基化剂，成为开发一系列洁净化工工艺的新基块。设计4万吨/年碳酸二甲酯的工厂设计。本次设计我选用尿素直接醇解法其 特点如下：（1）原料廉价易得；（2 ）工艺简单，易于操作；（3 ）反应产生的氨气 可以回收利用，对环境友好，绿色无污染；（4 ）反应过程无水生产，避免了甲醇 DMC水这复杂体系的分离问题，使后续分离提纯简单化。关键词：碳酸二甲酯，合成，工艺流程AbstractDMC (Dimethyl Carbonate, referred to as DMC): chemical formula CH3 OCOOCH3 a transparent liquid at room temperature, slightly fragrant.Insoluble in water, but with alcohols, ketones, esters and other any more than compatibility. DMC toxicity is very small, essentially non-corrosive metal. DMC continuity with the ester, the hydrolysis reaction with water; can be used with active hydrogen groups with alcohols, phenols, amines, esters and other compounds reaction; and diols or polycarbonate dual phenol reaction. DMC molecules containing carbonyl, methyl, methoxy and other groups, has a good reaction performance, can replace the highly toxic phosgene, dimethyl sulfate, carbonyl chloride, et c., as agent, methyl and methoxy agent Based agent, a chemical process developed a new series of clean blocks. The design I chose direct alcoholysis of urea following features: (1) cheap and readily available raw materials; (2) process is simple, easy to operate; (3) the reaction of ammonia can be recycled, environmentally friendly, green pollution-free; (4) The reaction of water producti on, to avoid the complexity of methanol-DMC-water separation system, the subsequent sepa ration and purificatio n of simplicity. Through this experiment, I learned to design a production plant in the process of dimethyl carbonate in the whole process. Keywords ：DMC Dimethyl CarbonateSynthesis Process第1章 项目总论51.1 项目概述51.2 建设背景51.3 产品简介61.3.1 产品用途61.3.2 国内外发展61.3.3 市场需求71.4 工艺路线81.4.1 光气法81.4.2 甲醇氧化羰基化法591.4.3 酯交换法91.4.4 尿素醇解法101.4.5 工艺路线比较121.5 工作依据131.6 厂址选择131.6.1 选择原则131.6.2 厂址选择131.6.3 城市概况141.7.1 生产制度141.7.2 生产规模14第2章 工艺设计与计算162.1 工艺原理162.2 工艺流程描述162.2.1 工艺流程简图162.2.2 MC的合成162.2.3 DMC的合成172.3 物料衡算172.4 热量衡算192.4.1 MC的合成202.4.2 MC反应液的分离202.4.3 DMC的合成21第3章 设备选型223.1 选型的原则223.2 反应器计算223.2.1 计算催化剂床层体积VR223.2.2 反应器管数的确定233.2.3 核算换热面积233.2.4 管的排列方式233.2.5 反应器内经233.2.6 反应器壳体壁厚的计算233.3反应器的选型243.3.1 封头的选型243.3.2 参数汇总表243.4 其他设备选型253.4.1精馏塔的设计253.4.2 换热器的设计253.4.3 泵的选型273.5 Aapen 模拟28第4章 设备一览表32第5章 车间设备布置设计355.1平面布局方案355.2厂区组成355.3设计思路355.4工厂运输设计36第6章 自动控制376.1概述376.2仪表类型的确定376.2.1气动控制仪表376.2.2电动控制仪表376.2.3信号和自动保护376.3 典型控制方案的说明386.3.1精馏塔的控制386.3.2反应器的控制386.3.3泵的控制386.3.4换热器和再沸器的调节39第7章 安全生产与环境保护407.1安全生产407.1.1有害因素407.1.2危险因素407.2劳动安全措施407.2.1基本要求407.2.2基本措施417.3 环保措施417.3.1 建设期污染防治措施417.3.2 运营期污染防治措施417.3.3 饮用水源保护42第8章 公用工程448.1 供电448.1.1 照明系统448.1.2 电气设备的结构型式448.1.3 电信工程448.2 供水458.2.1 生产水源458.2.2 生活水源458.2.3 消防水源458.2.4 室内给水系统458.2.5 室外给水系统458.2.6 消防给水系统458.2.7 生活排水系统468.2.8 雨水排水系统468.2.9 其它用水468.3 供热468.3.1 概述468.3.2 热公用工程468.3.3 冷公用工程46第1章 项目总论1.1 项目概述项目名称：尿素醇解法年产4万吨碳酸二甲酯合成车间的初步设计建设地点：齐齐哈尔市建设工期：2年项目内容：本项目是大庆石化总厂年产4万吨碳酸二甲酯的项目，该项目主要是以尿素和甲醇为原料生产碳酸二甲酯。本项目的产品规模定位在年产4万吨碳酸二甲酯。整个项目的注册资金为8811万元人民币，由总公司注入自有资金。项目建设进度在考虑建设过程中的各环节时间安排情况和干扰因素的影响，建设期定为两年。1.2 建设背景 受经济危机影响，国内尿素市场延续着2008 年年末的低迷进入2009 年。年初正处于化肥淡储期间，尿素价格持续低迷，1700 元/吨的出厂价同比去年下降了100 元。目前，我国尿素产量已蝉联世界之首，产量过剩、供大于求已成为不争的事实。据中国氮肥工业协会预测：2009 年我国尿素产量将达到5100-5200 万吨，但由于河南心连心、内蒙鄂尔多斯联合化工等尿素装置的陆续投产，预计全年将会有400 多万吨的新增产能，再加上去年受经济危机影响原本打算投产的企业延续到今年才开工，今年国内尿素产能将会突破6000 万吨。2009年1-6 月份，我国尿素产量逐月增加，虽然国内外市场都不景气，但生产企业的步伐没有停止，除1 月份月产量比去年同时期略有下降外，从2 月份开始每月均有增幅，其中5 月份增长最快，当月尿素产量接近600 万吨，与去年同比增加23.9%，如此巨大的产量使得我国尿素市场价格非常廉价也非常充足，波动的可能性很小，市场供应缓冲能力很强。我国尿素产地从产量排名依次为山东、河南、山西、四川、内蒙古、湖南、河北，其中山东省是我国最大的尿素生产基地，总产能超过1000 万吨，2009 年1-6 月份生产尿素528 万吨，占全国同期产能的16%。国内现有近200 家甲醇生产商。今年以来，国外的甲醇价格最低报价为1600 元/吨，依此可以估计国内甲醇市场将不会有很大的价格增长空间，这也是我们以甲醇和尿素为原料合成碳酸二甲酯的一个很大的优势。碳酸二甲酯（简称DMC）与醇、醚、酮等几乎所有的有机溶剂混溶。DMC 毒性很低，是一种符合现代“清洁工艺”要求的环保型有机化工原料。DMC 可替代剧毒的光气和硫酸二甲酯（DMS）主要用作羰基化剂和甲基化试剂、汽油添剂、合成聚碳酸酯的原料等。随着国内外环保要求的进一步提高，应用领域的拓展以及出口量的进一步增加。DMC 被认为是一种具有发展前景的“绿色”化工产品，由于其环保、安全的特性，DMC 的应用推广日益受到重视，尤其是将为其替代光气、DMS、MTBE 以及在环保溶剂等领域中的发展提供广阔的空间。到2003 年底，国内DMC 生产企业有二十几家，总生产能力7.31 万吨/年，产量约2.3 万吨。净出口量约0.3 万吨，表观消费量2 万吨。DMC 是一种环保绿色原料，可以满足当前清洁工艺的要求，同时兼具多种优良性能，符合可持续发展的战略趋势。根据市场需求及预测分析，随着医药、环保涂料以及汽油添加剂等领域的发展，预计到2010 年DMC需求量将达到4 万吨，2015 年市场需求量将达到7 万吨。1.3 产品简介碳酸二甲酯（简称DMC）分子式（CH3O）2CO，分子量90.08，相对密度1.070，折射率1.3697，熔点4，沸点90.1。常温下为无色液体，略带香味，具有可燃性。微溶于水，与水可行成共沸物，可与醇、醚、酮等几乎所有有机溶剂混溶。DMC毒性很低，1992年DMC在欧洲通过了非毒性化学药品的注册登记，是无毒无公害的主要化工原料和产品之一1，但在贮运上仍需按易燃有毒物品对待。1.3.1 产品用途 DMC是一种重要的有机合成中间体，其结构中含有甲基、甲氧基、羰基、甲氧基羰基，因而具有良好的反应活性，能与酚、醇、胺、肼、酯类化合物发生反应，生成许多重要的化工产品。DMC可代替有毒的硫酸二甲酯作甲基化剂，制备苯甲醚(苯甲醚是重要的农药、医药中间体)，还可用作油脂工业抗氧化剂、食用香料等，以及生产主要用于照相印刷中作显影液的四甲基醇胺(TMAH)。可代替有剧毒的光气作羰基化剂，合成如聚碳酸酯等工程材料，也可用于制造磁带、磁盘等光电子产品。另外，由于DVD等高档视听产品的普及，光盘需求量大幅提高，对以DMC为原料生产的聚碳酸酯的需求将不断增大，因而用在此方面的DMC用量会大幅上升。DMC还可用于生产烯丙基二甘醇碳酸酯(ADC)。ADC是一种性能优异的热固性树脂，替代玻璃用于眼镜片和光电材料等新的领域，代替各种有毒溶剂(苯、甲苯)作涂料、油漆的溶剂，也可代替甲基叔丁基醚作汽油添加剂。DMC的分子量含氧高达53，且辛烷值高，可用作汽油添加剂，以增加汽油含氧量，提高燃烧效率，降低毒性尾气排放，这些方面都要优MTBE。DMC还是与环境友好的“绿色化合物”，DMC已日益受到人们的重视，并将得到越来越广泛的应用2.1.3.2 国内外发展 世界范围内，国外DMC 的生产能力已超过55 万，其中西欧占3125，日本占25，美国占4375。主要生产厂家为：美国的PPG、法国的SNPE、德国的BASF、意大利的ENI、日本的Daicel 和宇部兴产等公司。目前，我国碳酸二甲酯总生产能力约25 万吨/年，现有碳酸二甲酯生产厂家约10 余家，其中较大规模的有朝阳化工集团、锦西炼油化工总厂、山东泰丰矿业集团、铜陵有色金属公司、山东石大胜华、山东海科科技股份公司，泰兴市凤鸣化工，湖北兴发化工集团股份有限公司，山东维尔斯化工有限公司，东营市海科新源化工有限责任公司，山东德普化工科技有限公司，中科化工分公司等。短短的2 年左右时间，中国一跃成为DMC 的生产大国。但值得关注的是:目前国内不少厂家争相在该领域投资，而酯交换法的原料依赖于石化，且工艺复杂，投资额较大，经济性不理想，尽管国外工艺早就成熟，但国外公司采用此工艺进行大规模生产的并不多见。1.3.3 市场需求随着国民经济各行各业的发展和环保要求的日益严格，DMC 的消耗量将急剧上升。2001年世界上DMC 的主要应用领域是聚碳酸酯的合成，消耗量约为5 万吨，约占总消耗量的56.1%，医药消耗量约为2.0 万吨，约占22.5%，农药消费量0.7 万吨，约占7.9%，其他方面的消耗量约为1.2 万吨，约占13.5%，2002 年的DMC 消耗量增长至10.1 万吨，其中医药行业的增长较快。预计全球DMC 的市场需要量将以11%左右的速度快速增长。2007 年，世界DMC 的年需求量约30-40 万吨，预计到2010 年，世界DMC 的年需求量将达到45 万吨。DMC 潜在市场十分巨大，据统计，世界上每年仅取代光气和硫酸二甲酯就需要200 万t 以上的碳酸二甲酯；全部采用碳酸二甲酯生产聚碳酸酯的话，则需要30 万t；如采用作为汽油添加剂潜在用途市场打开后，则年需要630 万t。近几年来，由于碳酸二甲酯深加工的下游产品聚碳酸酯(PC)，聚氨酯，汽油添加剂，高能电池电解液等市场发展迅速，市场需求潜力不断加大，欧洲、北美、南非、韩国和日本等国家和地区的新增年需求量约10 万吨。随着BASF、BAY-ER、SNPE 等世界主要碳酸二甲酯生产商的光气法生产装置停产，国际市场供需矛盾将会日趋紧张。我国碳酸二甲酯工业特点：装置规模大型化，产业从数量型向质量型的增长模式转变，产品结构得到调整。近年来国内有关的科研院所与企业合作，加大了对碳酸二甲酯下游产品的开发及产业化力度，在碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二苯酯、固体光气等产品和领域中取得一定的成果，在部分企业中实现了工业化的生产，推动碳酸二甲酯企业产品向横向及纵向多元化发展，促进了产品结构的调整与升级，对扩展碳酸二甲酯市场范围和容量，降低市场风险起到了积极作用。2000 年到2005 年，我国生产碳酸二甲酯的共有约二十余家企业，大都是小厂，生产规模较小，技术和经济都较落后。2005 年后国内增加了几套采用酯交换法的碳酸二甲酯装置，使国内碳酸二甲酯的生产能力有所提高。酯交换法因原料来源丰富，消耗二氧化碳；清洁生产，对环境友好而受到青睐。但国内酯交换法生产装置工艺雷同，差异化程度低，技术水平相当：技术的局限性使得各个企业之间的成本趋同，很难再大幅度下降，相互之间的竞争加剧。国内一些科研单位仍在另起炉灶新开课题研究酯交换法碳酸二甲酯工艺，势必造成新的盲目建设和资源浪费。近年来我国碳酸二甲酯产品的出口得到较快的发展。2003 年国内有5 家企业实现了产品出口，出口量达到10000 吨，超过了国内实际消费量，从而使产品出口成为国内碳酸二甲酯产品主要流向。由于受到国内碳酸二甲酯下游产品市场开发增长的限制，以及国内装置生产能力快速增长的压力，寻求产品出口已经成为国内碳酸二甲酯企业市场争夺的热点。近年来河北新朝阳及唐山朝阳两家企业在国内碳酸二甲酯出口市场上占据主导地位，其产品已经得到国外用户的广泛认同。随着其产品结构的相关多元化方向的发展，其在海外的市场份额将继续保持增长。目前国内其它碳酸二甲酯生产企业也逐步加大了产品出口的力度，如山东石大胜华化工股份有限公司，2007 年出口5000 万美元；河北新朝阳化工股份有限公司，产品80主要销往美国、日本、印度、意大利、瑞士等欧洲国家，每年创外汇近千万美元。预计，今后几年内我国碳酸二甲酯产品的出口仍将保持一定的增长速度。今后，随着碳酸二甲酯下游产品的不断开拓，例如世界异氰酸酯类化合物的年产量已达数百万吨，以聚碳酸酯(PC)为例，随着光盘用聚碳酸酯生产，建材中空板，非一次性饮用水桶、水瓶等容器的广泛应用，汽车、电子等其他领域用聚碳酸酯项目的建设，如果全部用碳酸二甲酯代替光气生产聚碳酸酯，则前景更为广阔。1.4 工艺路线 目前工业生产和具有工业化前景的碳酸二甲酯的合成方法主要有：光气法、甲醇氧化羰基法、酯交换法和尿素醇解法四种，以下分别介绍这几种方法的基本原理、研究进展、存在的优缺点和部分采用此种工艺的企业。 1.4.1 光气法 此方法也称为甲醇光气法3，即先由CO与Cl2 作用生成光气，然后通过光气与甲醇或甲醇钠反应生成DMC。 CO + Cl2 COCl2 (1) 2CH3OH + COCl2 CH3OC (O) OCH3 + 2HCl (2) 2CH3ONa + COCl2 CH3OC (O) OCH3 + 2NaCl (3) 它是合成DMC较早的方法，实际上是间接氧化羰基化过程。此法生产DMC 的收率按甲醇计为90%，纯度95%以上。第3个方程式的合成路线有人称为醇钠法。Ludo提出用甲醇钠与CO2 反应生成碳酸钠甲酯，再以甲烷使其甲基化生成DMC。 光气法是传统的合成方法，工艺简单，技术成熟，虽然这些方法的DMC 产率较高，但存在操作周期长，成本高，原料光气剧毒，安全性差，运输不方便，三废量大等问题，不符合新的能源和环境的发展要求。目前，光气法正在逐步被其它方法取代，属于淘汰性工艺4。 1.4.2 甲醇氧化羰基化法5 该法以甲醇、CO、O2 为原料，在催化剂作用下直接合成DMC，其反应式如下: CO + 1/2O2 + 2CH3OH CH3OC (O)OCH3 + H2O 根据使用的催化剂不同，主要有以下2种不同的工艺路线。 (1) 液相法 该法是以甲醇、CO 和氧气为原料的均相反应，CuCl 为催化剂。反应分2步进行: 氧化反应: 2CuCl + 2CH3OH + 1/2O2 2Cu(CH3O)Cl + H2O 还原反应: 2Cu(CH3O)Cl + CO CH3OC(O)OCH3 + 2CuCl 操作压力2.53.0MPa ，温度90130。以甲醇计，DMC的选择性为98%，单程收率32%，总收率95%，甲醇转化率在10%20%之间。反应过程中，甲醇既为原料又为溶剂，氧浓度始终保持在爆炸极限以下。 (2) 气相法 其化学原理与液相法相同。所用催化剂为Pd-Cl2 、CuCl/C固体催化剂，反应也是分2步进行。 氧化反应: 2NO + 2CH3OH + 1/2O2 2CH3ONO + H2O 还原反应: CO + 2CH3ONO CH3OC(O)OCH3 + 2NO 采用亚硝酸甲酯作为反应循环剂，固定床中常压、50100条件下反应，同时副产草酸二甲酯。DMC的选择性96%，甲醇的转化率接近90%。美国DOW化学公司1986年开发了甲醇气相氧化羰基化法技术。该技术采用浸渍过氯化甲氧基酮/ 吡啶络合物的活性炭作催化剂，并加入氯化钾等助催化剂。反应条件为温度110125，压力1.52.5 MPa ，将体积比为652510的CO，CH3OH 和O2混合气体通过反应器，碳酸二甲酯的生成速率为0.1L(hL)-1。选择性为65%。 气相法目前仍处于试验研究阶段，常压操作，生产稳定性高，催化剂活性高，甲醇转化率高，但是反应中使用含氮氧化物，对设备腐蚀严重，且DMC与草酸二甲酯分离困难，催化剂比较贵，寿命达不到工业化生产的要求。这些缺点限制了DMC工业化生产的发展。液相法已经实现了工业化生产，生产安全性高，缺点是由于反应副产物主要是水，水对催化剂影响较大，所以甲醇单程转化率较低。另外，卤化物催化剂中引入氯离子，腐蚀性强，催化剂寿命短。考虑到原料来源广，投资小，有工艺成熟，经济效益好的特点，且理论上甲醇全部转化为碳酸二甲酯，无其它有机物生成，因此液相法受到工业界极大重视，被认为是碳酸二甲酯最有前途的生产方法。我们应该大力研究推广该合成路线的研究开发。 1.4.3 酯交换法 酯交换法依起始物可分为直接酯交换法和间接酯交换法2种。酯交换法生产安全、清洁，而且耦合了工业上的环氧化物-环氧乙烷(EO)或环氧丙烷(PO)水合制各二元醇-乙二醇(EG)或l，2-丙二醇的工艺，在经济上具有竞争优势，也是目前国内DMC的主要合成方法。工业化的酯交换法系采用两步法，即先由环氧化物与CO2反应生成碳酸乙烯酯(EC)或碳酸丙烯酯(PC)，EC或PC与甲醇进行酯交换反应生成DMC和相应的二元醇。一步法是以EO或PO、甲醇和CO2为原料，在同一反应器中直接合成DMC的方法。一步法生产工艺简单，设备投资低，己引起世人的关注，目前以开发小试生产工艺。酯交换法是以碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯与甲醇酯交换反应生产碳酸二甲酯，同时联产乙二醇或丙二醇。常用的催化剂为碱金属的氢氧化物、醇盐或碳酸盐。如氢氧化钾、甲醇钠和碳酸钾、四元铵或二元铵的固体阴离子交换树脂、季铵杂环化合物、路易士酸和有机碱(三元胺、三苯磷)为主催化剂，添加氧化锌为助催化剂等6-7。碳酸乙烯酯是以环氧乙烷与二氧化碳合成的，碳酸丙烯酯则是以环氧丙烷与二氧化碳合成的。 总体说来，酯交换法(以环氧烷为耦合剂的C02和甲醇间接合成法)具有收率高、腐蚀性小、反应条件温和、过程无毒等优点。但仍存在原料(环氧烷)易燃易爆以及因过程联产丙二醇或乙二醇使其生产成本易受市场影响等缺点。 (1)碳酸乙烯酯与甲醇酯交换法 (CH2O) 2CO + 2CH3OH (CH3O) 2CO + HOCH2CH2OH (2)碳酸丙烯Na(PC)与甲醇的酯交换 C4H6O3 + 2CH3OH (CH3O) 2CO + CH3CHOHCH2OH 酯交换技术进一步开发关键在于:(1)一般认为酯交换为可逆反应，转化率较低，因此提高转化率非常关键；(2)分离精制塔构型和萃取剂的筛选，对提高产品纯度非常重要。 1.4.4 尿素醇解法 尿素醇解法制备DMC是在国内外刚刚引起关注的一种新方法，成为研究热点。尿素醇解法以来源广泛、价格低廉的尿素和甲醇作基本原料，具有原料价廉易得、工艺简单和反应产生的氨气可以回收利用等优点，并且反应过程无水生成，避免了甲醇2DMC2水复杂体系的分离问题,使后续分离提纯简单化，节省投资，尤其对现有化肥厂开发下游产品具有吸引力，具有广阔的开发前景。尿素醇解制备碳酸二甲酯的合成反应过程一致认为是分两步进行的。由尿素出发合成碳酸二甲酯主要有以下三条工艺路线: 直接尿素醇解法合成碳酸二甲酯 尿素直接醇解制备碳酸二甲酯的反应方程式如下: NH2CONH2 + 2CH3OH (CH3O) 2CO + 2NH3 实际上分两步进行，尿素首先醇解为氨基甲酸甲酯、然后再进一步醇解为碳酸二甲酯。 具体反应为： NH2CONH2 + CH3OH NH3COOCH3 + NH3 NH2COOCH3 + CH3OH (CH3O)2CO + NH3 一定的反应温度和压力条件下，尿素先与一分子的醇反应生成氨基甲酸酯类化合物。然后生成的氨基甲酸酯类化合物再与另一分子的醇在以有机锡催化剂存在时反应生成碳酸二酯类化合物。两步反应的醇可以相同也可以不同。控制氨基甲酸酯与第二步反应醇的摩尔比在2:110:1之间，控制反应体系中碳酸二酯类化合物质量百分含量在1%-3%之间。该反应工艺中尿素的转化率较高，选择性也较好，显示了较好的用前景，具有较强的竟争力。 （2）尿素一碳酸丙烯酯 (或碳酸乙烯酯)一碳酸二甲酯路线 该路线分两步进行，尿素与丙二醇反应制备碳酸丙烯酯，碳酸丙烯酯再与甲醇反应制备碳酸二甲酯。碳酸丙烯酯与甲醇酯交换制备碳酸二甲酯是比较成熟的工艺，其中碳酸丙烯酯多采用二氧化碳与环氧丙烷环加成反应合成。 孙予罕等在专利中公开将丙二醇或乙二醇与尿素的物质的量比为100：1，固体碱催化剂与尿素的物质的量比为0.001加入反应器，反应温度100200，在真空度为6.67-70 KPa或在鼓氮条件下进行，反应时间为0.5-20 h，以氧化锌为催化剂，反应温度为105 氮气流速为10 mL/min，反应时间20h时，丙二醇的转化率为65.28%，碳酸丙烯酯以尿素计算的收率为99.55%。 （3）尿素-二苯基脲-苯氨基甲酸甲酯-碳酸二甲酯路线 这条路线是由三个连续反应组成，中间产物二苯基脲与苯氨基甲酸甲酯都是重要的化工产品，该反应历程分三步进行，反应方程式如下: NH2CONH2 + 2PhNH2 PhNHCONHPh + 2NH3 (1) PhNHCONHPh + CH3OH PhNHCOOCH3 + phNH3 (2) 2PhNHCOOCH3 PhNHCONHPh + (CH3O) 2CO (3) 工艺过程为:第一步将尿素投入玻璃反应釜中，再加入盐酸、水、苯胺，搅拌，待温度升到104时开始回流l h，再升温至106，反应3 h，然后加盐酸保温搅拌45 min，反应完毕过滤水洗，干燥得声品。不使用水作溶剂，直接由尿素与苯胺制备二苯基脲，n(苯胺)/n(尿素)=8，反应时间为4 h时，高效液相色谱检测N，N一二苯基脲的收率为99.5%。第二步为高压反应，Chen等在n(甲醇)/n(二苯基脲)=12. 5、反应温度160、反应时间为3 h，HPLC检测DPU的转化率达到99.6%，苯氨基甲酸甲酯的选择性为99.4%。第三步反应实际上是苯氨基甲酸甲酯的歧化反应，可以使用的催化剂很多，主要包括碱金属、碱金属化合物，钦和错的化合物以及锌、钙、锡、铅的化合物等，但催化剂的活性差别很大。以Pb(AC)23H2O的催化效果最好，反应温度180，反应时间3.5 h，苯氨基甲酸甲酷的转化率为87.30%，DMC的选择性为85.2%。 该路线的第一步和第二步的转化率和产率都比较高。第三步的原料苯氨基甲酸甲酯歧化反应生成碳酸二甲酯时，也可以发生分解反应生成苯异氰酸酯。并且在一定条件下两个反应是竞争反应，选择合适的催化剂和反应条件提高苯氨基甲酸甲酯反应的选择性具有理论意义。但该路线步骤多，设备投资大，工业化比较困难。 1.4.5 工艺路线比较工 艺 优 点 缺 点 光气法 (1)可工业化生产； (2)产率高。 (1)光气剧毒，且不易存放和运输； (2)副产物HCl腐蚀性强，环境污染严重。 尿素醇解法 (1)原料便宜易得； (2)工艺条件温和； (3)对环境友好。 (1)直接醇解法反应效率低； (2)间接醇解法工艺流程较长。 氧化羰化法 (1)原料便宜易得； (2)对环境友好。 需在中压下操作。 酯交换法 (1)已实现工业化； (2)产率较高； (3)清洁生产，对环境友好。 (1)原料成本受石油价格影响大； (2)生产规模和利润受副产物限制。 我国目前DMC的工业合成方法仍然是光气法和酯交换法为主，不但不符合环保的要求，而且也不经济，加上我国的DMC生产能力远远不能满足市场需要，大部分依赖进口，国家为此每年需花费大量外汇。随着环保的需要，DMC需求越来越多，对其进行开发研究，市场前景看好。 目前正被广泛关注的CO气相氧化羰基化法(一步法)、CO2直接合成法和尿素醇解法将成为合成DMC的主要方法。由于CO液相氧化羰基化法和气相两步法的工艺已成功工业化生产，CO气相氧化羰基化的一步法可能会首先取得突破。CO2直接合成法的前景最被看好，无论从经济、技术和环保等方面，该合成路线均具有一定的优势。尿素醇解法的最明显的优势是反应过程没有水生成，省去后续的DMC一甲醇一水共沸体系的分离，是最经济的生产方法。上述3种方法虽都存在很多需要解决的问题，但从出于经济和原料的考虑有望替代现有的酯交换法生产工艺。 尿素醇解法的原料尿素和甲醇的生产工艺国内已经很成熟，产量大，所以原料来源广且价廉，尿素生产中利用了CO2可以减少温室效应，因此我们选择尿素 醇解法作为本厂合成碳酸二甲酯的工艺方案。 1.5 工作依据 本设计是按照齐齐哈尔大学化学与化学工程学院下达的毕业设计任务书和化工设计国家标准：GB/T 23956-2009化工设计说明书编写规定、GB/T 4756-1998化工工程设计、GB/T 256-2001化工工艺设计手册，以及齐齐哈尔大学发布的齐齐哈尔大学本科毕业生设计（论文）工作手册，根据设计要求查询大量文献后进行设计。1.6 厂址选择1.6.1 选择原则厂址选择是化工装置建设的一个重要环节，也是一项政策性、技术性很强的工作。厂址选择对工厂的建设进度、投资数量、经济效益、环境保护及社会效益等方面都有重大影响。由于只有厂址选择确定之后，才能估算其建投资额和投产后的生产成本，才能对经济效益、环境影响、社会效益进行分析评估，判断项目的可行性，因此厂址选择工作是可行性研究的一部分，在有条件时，也可在编制项目建议书阶段进行。厂址选择的主要影响因素：原料、能源、水源和环境。厂址选择的基本原则：1. 厂址宜选在原材料、能源较丰富或供应方便的地区。2. 厂址宜选在水资源丰富、水质较好的地区。3. 厂址应具有较便利的运输条件。4. 选厂应注意节约用地、少占耕地。5. 选厂应注意对当地的环境保护。6. 选厂应考虑周围的协作关系。7. 其他一些注意事项（避免在地震断层和基本烈度9度以上的地震区，易遭受洪水、泥石流、滑坡的危害的山区，又开采价值的矿藏地区，国家规定的历史文物、生物保护和风景旅游点）。1.6.2 厂址选择综合考虑以上几项因素，我们的工厂选择建在黑龙江省齐齐哈尔市西南地区，经济开发区的整体环境优良。拥有丰富的自然资源和土地资源；拥有充足的劳动力供应，完善的生产、生活配套设施；拥有科学的产业规划和良好的产业发展基础。如图：齐齐哈尔市地理位置1.6.3 城市概况 齐齐哈尔市地处大庆、哈尔滨、内蒙古中心地带，交通十分便利。厂址选择对比各地因素大庆齐齐哈尔哈尔滨原料来源来源稳定原料易得原料易得产品销售一般好好劳动力成本高低高交通运输发达发达发达三废处理标准较高标准较低要求严格电力贵便宜贵水源水质不好水质好水质不好土地资源较贵便宜贵1.7 生产制度与生产规模1.7.1 生产制度以尿素和甲醇为原料年产4万吨碳酸二甲酯合成车间的设计，年开工天数330天，即年开工8000小时。1.7.2 生产规模按五班3运转进行连续工作，其生产车间岗位设置和劳动定员见下表序号岗位班次每班人数合计人数1主工艺46242仪表自控4143控制分析4284仪器分析1225机泵房44166管理人员1667其他人员1888合计-681.8 产品规格 项目指标（摩尔分率） 一级品 优级品 纯级品 外 观无色透明液体，无可见杂质 碳酸二甲酯，% 99.5 99.8 99.8 水份，% 0.1 0.050 0.0020 甲醇含量，% 0.20 0.050 0.0020 色度(铂-钴色号)，号 10 5 5 相对密度，g/cm3 1.0710.005 1.9 经济数据核算 304不锈钢设备36000元/t中低压（4MPa）碳钢设备11000元/t高压碳钢设备价格15000元/t低压蒸汽(0.8MPa)100元/t中压蒸汽（4MPa）200元/t电0.6元/kWhr 工艺软水8元/t冷却水0.2元/t第2章 工艺设计与计算2.1 工艺原理 尿素直接醇解制备碳酸二甲酯的反应方程式如下: NH2CONH2 +