年产3万吨碳酸二甲酯项目设计

年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目摘要碳酸二甲酯( Dimethyl Carbonate，简 称 DMC)：化 学 式 CH3OCOOCH3，分 子 量为 90.08，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 3 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。通 过 本 次 实 验 ，我 学 习 到 了 工 厂 设 计 一 套 生 产 碳 酸 二 甲 酯 的 工 艺 流 程 的 整 个过程。关键词：碳酸二甲酯，合成，工艺流程1年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目AbstractDMC (Dimethyl Carbonate, referred to as DMC): chemical formula CH3OCOOCH3,molecular weight of 90.08, a transparent liquid at room temperature, slightlyfragrant.Insoluble in water, but with alcohols, ketones, esters and other any more thancompatibility. DMC toxicity is very small, essentially non-corrosive metal. DMCcontinuity with the ester, the hydrolysis reaction with water; can be used with activehydrogen 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 thehighly toxic phosgene, dimethyl sulfate, carbonyl chloride, etc., as agent, methyl andmethoxy agent Based agent, a chemical process developed a new series of cleanblocks.The design I chose direct alcoholysis of urea following features: (1) cheap and readilyavailable raw materials; (2) process is simple, easy to operate; (3) the reaction ofammonia can be recycled, environmentally friendly, green pollution-free; (4) Thereaction of water production, to avoid the complexity of methanol-DMC-waterseparation system, the subsequent separation and purification of simplicity.Through this experiment, I learned to design a production plant in the process ofdimethyl carbonate in the whole process.Keywords：DMC Dimethyl Carbonate Synthesis Process2年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目目录摘要 .1ABSTRACT .21.总论 .51.1设 计 项 目 .51.2 碳酸二甲酯的性质和用途.51.3设 计 原 则 .52 碳酸二甲酯生产工艺设计 .52.1工 艺 方 案 的 选 择 .52.2 碳酸二甲酯生产工艺.62.2.1 反 应 流 程 . 62.2.2反 应 条 件 及 能 耗 . 72.2.3反 应 主 要 设 备 . 72.2.4催 化 剂 的 比 较 与 选 择 . 73 物料衡算 .83.1流 程 简 述 .83.2碳 酸 二 甲 酯 合 成 及 分 离 工 段 .83.3反 应 精 馏 塔 物 料 衡 算 .93.4共 沸 精 馏 塔 物 料 衡 算 .103.5萃 取 精 馏 塔 物 料 衡 算 .103.6萃 取 剂 回 收 塔 物 料 衡 算 .113.7DMC精 制 塔 物 料 衡 算 .123.8甲 醇 精 制 塔 物 料 衡 算 .123.9总 流 程 物 料 衡 算 .134 主要设备设计与选型 .154.1换 热 器 的 设 计 .154.2 精馏塔的设计举例.174.2.1精 馏 塔 T5设 计 数 据 . 174.2.2计 算 过 程 ： . 194.2.3 反 应 精 馏 塔 . 214.3泵 的 选 型 举 例 .223年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目附录.24参考文献 .27声明.294年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目1.总 论1.1 设 计 项 目本课题以某石油化工厂尿素和甲醇为原料，进行年产 30000 吨工业碳酸 二 甲 酯 装 置 的 工 业 设 计 ，并 提 交 设 计 说 明 书 及 相 关 工 程 图 纸 。工 艺 设 计 流 程 模拟 采 用 Aspen或 Pro/II软 件 进 行 计 算 。配 管 设 计 采 用 PDSOFT三 维 管 道 设 计 与 管理 系 统 辅 助 设 计 ,年 工 作 时 间 大 于 8700 小时。1.2 碳酸二甲酯的性质和用途碳酸二甲酯(Dimethyl Carbonate，简 称 DMC)：化 学 式 CH3OCOOCH3，分 子量为 90.08，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 。碳 酸 二 甲 酯 是 一 种 新 兴 的 绿 色 基 础 化 学 原 料 ，可 以 满 足 当前清洁工艺的要求，符合可持续发展的战略趋势，同时兼具多种优良性能。1.3 设 计 原 则由于化工厂的投资建设,要考虑到环境、技术可行性等各方面的因素。2 碳 酸 二 甲 酯 生 产 工 艺 设 计2.1 工艺方案的选择目 前 国 内 外 生 产 碳 酸 二 甲 酯 的 方 法 主 要 有 光 气 甲 醇 法 、光 气 醇 钠 法 、甲 醇 酯交 换 法 、二 氧 化 碳 直 接 合 成 法 、尿 素 直 接 醇 解 法 、尿 素 间 接 醇 解 法 以 及 甲 醇 氧 化羰基法。本次实验我采用尿素直接醇解法，尿素直接醇解法有如下特点：（1）原料廉价易得；（2）工艺简单，易于操作；5年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目（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 复 杂 体 系 的 分 离 问 题 ，使 后 续 分离提纯简单化，节省投资。（5）虽 然 反 应 第 二 步 中 G0，在 热 力 学 上 为 非 自 发 反 应 ，但 可 以 通 过 提 高 温 度 ，增大压强来提高其转化率。由实验可知反应温度在 185， 压力 1.2MPa 时，尿素 和 甲 醇 在 反 应 精 馏 塔 中 反 应 ，在 此 条 件 下 尿 素 的 转 化 率 可 以 达 到 100%，碳酸二 甲 酯 的 选 择 性 大 于 98%，DMC 的 单 程 收 率 大 于 50%。2.2 碳酸二甲酯生产工艺2.2.1 反应流程图 2-1 为其流程示意图：1-反应精馏塔；2-共沸精馏塔；3-换热器；4- 膜分离器；5-冷凝器；6-萃取精馏塔；7-萃取剂回收塔；8-DMC 精制塔；9- 甲醇精制塔。图 2.1.1 工艺流程示意图流程简介：在 1 号 为 反 应 精 馏 塔 ，尿 素 和 甲 醇 分 别 以 熔 融 和 气 相 状 态 从 反 应 精 馏 塔 的 上端 和 下 端 进 入 塔 内 。两 者 在 塔 内 的 固 定 床 上 逆 流 接 触 产 生 反 应 ，其 中 未 反 应 的 部分 在 塔 底 列 管 式 反 应 器 上 继 续 发 生 反 应 ；反 应 精 馏 塔 可 以 将 反 应 产 生 的 DMC 精6年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目馏 出 去 ，因 此 可 以 打 破 反 应 的 平 衡 从 而 提 高 反 应 转 化 率 ，增 加 其 收 率 ；反 应 精 馏塔 上 端 为 一 个 全 凝 器 ，在 全 凝 器 上 端 可 采 出 氨 气 ，下 端 采 出 口 采 出 的 DMC 和 甲醇 混 合 物 经 过 2 号 共 沸 精 馏 塔 ，塔 顶 采 出 DMC 和 甲 醇 的 共 沸 物 ，塔 底 采 出 交 纯的 甲 醇 ，共 沸 物 再 经 过 4 号 膜 分 离 器 再 次 提 浓 ，打 破 DMC 和甲醇的二元共沸点，此 时 DMC 的 浓 度 可 达 40%，再经过分离车间提纯 。6 号为萃取精馏塔，采用邻二 甲 苯 为 萃 取 剂 ，使 用 萃 取 精 馏 的 方 法 分 离 甲 醇 和 DMC 可以大大降低其能耗。萃 取 精 馏 得 到 的 产 物 再 经 过 7 号 萃 取 剂 回 收 塔 和 8 号 DMC 精制塔最后得到含量为 99.9%的 DMC 产品。2.2.2 反应条件及能耗催化剂: 双金属催化剂ZnO-La 2O3，用量占尿素 质量的 27%；反应原料: 甲醇尿素15.85:1进料；反应条件:185，1.2MPa；反应工艺: 反应精馏；分离工艺: 膜分离，常压萃取精馏分离；尿素单耗：695.68kg/t DMC；甲醇单耗：754.56kg/t DMC；能耗: 3t水蒸气/t DMC 。2.2.3 反应主要设备尿素醇解法生产碳酸二甲酯反应精馏塔，萃取精馏塔，精馏塔。2.2.4 催化剂的比较与选择通过比较与分析ZnO 2-La2O3催化剂用于乙醇脱氢法生产有如下特点：（1）ZnO2-La2O3价格相比与有机锡便宜，并且容易与产品分离，分离后的ZnO2-La2O3可以再次烘培可以重复利用；（2）催化剂不含有毒元素；（3）副产物少，但有氨基甲酸甲酯和氨甲酸甲酯，容易分离；因 此 ，我 们 选 择 ZnO2-La2O3 催化剂作为尿素醇解法的催化剂。2.2.5 流程特色碳 酸 二 甲 酯 的 生 产 一 直 存 在 原 料 剧 毒 ，生 产 成 本 高 ，操 作 工 艺 复 杂 ，分 离 困难等限制其发展的诸多问题。7年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目本 流 程 采 用 尿 素 和 甲 醇 直 接 醇 解 法 合 成 碳 酸 二 甲 酯 降 低 原 料 的 成 本 ，减 少 投资 ，且 生 产 过 成 中 无 水 生 成 ，降 低 了 分 离 的 难 度 ；通 过 使 用 反 应 精 馏 塔 ，设 备 结构 紧 凑 ，布 局 适 合 尿 素 和 甲 醇 合 成 碳 酸 二 甲 酯 的 生 产 ，反 应 转 化 率 高 ，生 产 过 程安 全 易 控 ，操 作 方 便 ，使 生 产 流 程 更 为 简 捷 。通 过 使 用 蒸 气 渗 透 膜 分 离 技 术 ，不需要引入共沸剂。分离采用萃取精馏分离得到最优级产品，分离工艺简单易控。通 过 使 用 双 金 属 ZnO-La2O3 提 高 转 化 率 和 选 择 性 ，提 高 原 子 利 用 率 ，降 低 生 产 成本。3 物 料 衡 算3.1 流 程 简 述本厂主要生产碳酸二甲酯（3 万吨/ 年 ），同 时 副 产 氨 水 。由 尿 素 和 甲 醇 为 原料 ，在 反 应 精 馏 塔 内 反 应 。从 塔 顶 采 出 碳 酸 二 甲 酯 和 甲 醇 的 共 沸 物 ，经 过 膜 分 离器 提 浓 跨 过 共 沸 点 ，产 物 通 过 萃 取 精 馏 塔 ，两 个 碳 酸 二 甲 酯 精 馏 塔 ，最 终 生 产 纯度 为 99.9%碳 酸 二 甲 酯 。整 个 生 产 工 艺 包 括 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 以 及 产 品 的 分 离 精制两个阶段。3.2 碳酸二甲酯合成及分离工段尿 素 和 甲 醇 为 原 料 ，经 反 应 精 馏 塔 一 步 反 应 直 接 得 到 碳 酸 二 甲 酯 和 氨 气 ，氨气从反应精馏塔塔顶馏出，产物依次通过共沸精馏塔、膜分离器、萃取精 馏塔、在经过碳酸二甲酯精制精馏塔，最终生产纯度为 99.9%的 DMC。流程如图 4-1所示。(NH2)2CO+2CH3OH(CH 3O)2CO+2NH3图 3-2 碳酸二甲酯合成及分离工段流程模拟图8年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目3.3 反应精馏塔物料衡算表 3-3 反应精馏塔物料衡算表Stream No. IN OUT1 NH3 DMC-MEOHPhase VAPOR VAPOR VAPORTemperature 185 185 185Pressure atm 11.843 11.843 11.843ComponentKg/hr Mass Flow Mass Flow Mass FlowUREA 2049.45 0 0H2O 0 0.2442813 0CH3OH 22967.68 42.8983205 24306.5114DMC 0 0.42558668 2126.05828NH3 0 812.290673 0.08126721邻二甲苯 0 0 0MC 0 0 35.1771CH3NHCOOCH3 0 0 2.442413Total 24228.17 855.8403 26782.2724228.17 24228.179年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目3.4 共沸精馏塔物料衡算表 3-4 共沸精馏塔物料衡算表Stream No. IN OUT3 4 9Phase VAPOR LIQUID LIQUIDTemperature 166.774 60.2854 64.2264Pressure atm 0.987 0.987 0.987Component Mass Flow Mass Flow Mass FlowUREA 0 0 0H2O 0 0 0CH3OH 28454.0202 10264.4076 18189.6126DMC 2426.96315 2426.9631 1.2161e-35NH3 0.08126721 0.08052202 0.00071519邻二甲苯 0 0 0MC 37.177171 0.00989444 37.167277CH3NHCOOCH3 2.442813 0.08658291 2.35626011Total 30917.68 12688.55 18229.1430917.68 30917.693.5 萃取精馏塔物料衡算表 3-5 萃取精馏塔物料衡算表Stream No. IN OUT16 IN-OX 8 11Temperature 36.382 150 26.942 74.964Pressure atm 0.997 1.184 1 1Component Mass Flow Mass Flow Mass Flow Mass FlowUREA 0 0 0 0H2O 0 0 0 0CH3OH 4246.17527 0 3194.27137 1051.903910年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目续 表 3-5 萃取精馏塔物料衡算表Stream IN OUT16 IN-OX 8 11DMC 3333.9594 0 39.2667635 3294.69263NH3 0 0 0 0邻二甲苯 0.04777558 4784.763 7.25563301 4777.55514MC 0 0 0 0CH3NHCOOCH3 0 0 0 0Total 7580.182 4784.763 3240.794 9124.15212664.95 12664.953.6 萃取剂回收塔物料衡算表 3-6 萃取回收塔物料衡算表Stream No. IN OUT1 NH3 DMC-MEOHPhase VAPOR VAPOR VAPORTemperature LIQUID LIQUID LIQUIDPressure atm 1 1 1.1Component Mass Flow Mass Flow Mass FlowUREA 1449.45 0 0H2O 0 0.2442813 0CH3OH 22978.68 42.8988205 21406.5114DMC 0 0.42529668 2126.05808NH3 0 812.290883 0.08126721邻二甲苯 0 0 0MC 0 0 37.177171CH3NHCOOCH3 0 0 2.442813Total 24428.13 855.8593 26572.2724428.13 24428.1311年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目3.7DMC 精制塔物料衡算表 3-7 DMC精 制 塔 物 料 衡 算 表Stream No. IN OUT12 13 CIRCLE2Phase LIQUID LIQUID LIQUIDTemperature 70.678 90.218 63.426Pressure atm 1 1 1Component Mass Flow Mass Flow Mass FlowUREA 0 0 0H2O 0 0 0CH3OH 1051.9039 0.00052287 1051.89162DMC 3291.39794 2083.28635 1208.14376NH3 0 0 0邻二甲苯 0.04777555 0 0.04777558MC 0 0 0CH3NHCOOCH3 0 0 0Total 4343.35 2083.287 2260.0834343.35 4343.373.8 甲醇精制塔物料衡算表 3-8 甲醇精制塔物料衡算表Stream No. IN OUT15 MEOH 10Phase LIQUID LIQUID LIQUIDTemperature 58.197 15.085 98.285Pressure atm 1.974 1.97384653 1.974Component Mass Flow Mass Flow Mass FlowUREA 0 0 0H2O 0 0 012年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目续 表 3-8 甲醇精制塔物料衡算表Stream No. IN OUT15 MEOH 10CH3OH 21383.884 21360.4052 26.4788668DMC 39.2667635 39.2667635 0NH3 0.00071519 0.00071519 0邻二甲苯 7.25563301 6.83697073 0.41866227MC 37.167277 0 37.1672547CH3NHCOOCH3 2.35626011 0.03139798 2.32483202Total 21469.93 21406.54 63.3896221469.93 21469.933.9 总流程物料衡算表 3-9 总流程物料衡算StreamNo. FEED1IN OUTFEED IN-O IC-G OUT-O2 X AS XNH MEOH 3PROD WASUCT TEPhase LIQUID LIQUID LIQUIDVAPORVAPORLIQUIDLIQUIDLIQUIDLIQUIDTemperature 25 25 150 185 105147.71822615.0853318 32 26Pressureatm0.9867 0.987 1.184 11.843 3.948 1.1 1.974 0.803 1.776Compone Mass Mass Mass Mass Mass Mass Mass Mass Massnt Flow Flow Flow Flow Flow Flow Flow Flow FlowUREA 1449.45 0 0 0 0 0 0 0 0H2O 0 0 0 0.2442813 0 0 0 0 013年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目续 表 3-9 总流程物料衡算StreamNo. FEED1IN OUTFEED IN-O IC-G OUT-O2 X AS XNH MEOH 3PROD WASUCT TE0 22978 0 42.898 22.58 6.8294 21360.4 0.0005 26.478CH3OH .68 8205 1696 e-08 052 2287 866870 0 0 0.4252 0.242 3.2946 39.2667 2083.2 1.7726DMC 9668 6963 9263 635 8635 e-1910 0 0 812.29 0.080 0 0.00071 0 3.9644NH3 0883 5220 519 e-152邻二甲苯 0 0 4784.7630 0 4777.507376.836970731.1541e-320.41866227MC 0 0 0 0 0.0098944 0 2.0432e-05 0 37.1672547CH3NHCOOCH30 0 0 0 0.086582910 0.031397980 2.324832021449. 22978 4784.7 855.85 26.00 4780.8 21406.5 2083.2 63.389Total 45 .68 63 93 109 02 4 8729212.89 29212.886214年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目4 主 要 设 备 设 计 与 选 型4.1换 热 器 的 设 计列 管 式 换 热 器 是 目 前 化 工 及 酒 精 生 产 上 应 用 最 广 的 一 种 换 热 器 。它 主 要 由 壳 体 、管 板 、换 热 管 、封 头 、折 流 挡 板 等 组 成 。所 需 材 质 ，可 分 别 采 用 普 通 碳 钢 、紫 铜 、或不 锈 钢 制 作 。在 进 行 换 热 时 ，一 种 流 体 由 封 头 的 连 结 管 处 进 入 ，在 管 流 动 ，从 封 头 另一 端 的 出 口 管 流 出 ，这 称 之 管 程 ；另 -种 流 体 由 壳 体 的 接 管 进 入 ，从 壳 体 上 的 另 一 接 管处 流 出 ，这 称 为 壳 程 。图 6-1 为其结构示意图。1-封头法兰；2-介 质 A 接管法兰；3-壳体；4-换热管束；5-封头；6- 介 质 B 接管法兰图 4-1 列管式换热器用 Aspen Plus 每个换热器进行模 拟，得到相关物料参数后，得到数据如下：表 4-1 E308 选型计算换热器名称 E308换热器类型 无相变换热器换热器管程传热特点 液体无相变换热器壳程传热特点 气体无相变换热器功能选择 计算总传热系数进行换算换热器管程物料选择 有机化合物换热器壳程物料选择 有机化合物15年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目续 表 4-1 E308 选型计算设备数据换热器壳内径 0.4m换热器管长 3m换热器管数 32换热管外径 0.025m换热管内径 0.02m换热管间距 0.032m换热管排列方式 三角形换热管程数 2换热器传质单元数 1.887挡板切割高度与换热器壳内径 0.25m换热器挡板间距 0.6换热器挡板数 4传热数据换热器总传热系数 Kw/m2k 0.242换热器对数平均温差 30.830换热器热负荷 kw 40.821换热器实际换热面积 m2 7.540换热器理论所需面积 m2 5.469换热器管程流体流量 Kg/h 67600换热器壳程流体流量 Kg/h 67600换热器管程流速 M/s 0.233换热器壳程流速 M/s 0.023换热器管程压力降 atm 0.197换热器壳程压力降 atm 0.2换 热 器 管 程 Re 数 - 11765.99916年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目4.2 精馏塔的设计举例浮 阀 的 阀 片 可 以 浮 动 ，随 着 气 体 负 荷 的 变 化 而 调 节 其 开 启 度 ，因 此 ，浮阀 塔 的 操 作 弹 性 大 ，特 别 是 在 低 负 荷 时 ，仍 能 保 持 正 常 操 作 。浮 阀 塔 由 于 气液 接 触 状 态 良 好 ，雾 沫 夹 带 量 小 (因 气 体 水 平 吹 出 之 故 )，塔 板 效 率 较 高 ，生产 能 力 较 大 。塔 结 构 简 单 ，制 造 费 用 便 宜 ，并 能 适 应 常 用 的 物 料 状 况 ，是 化工 、炼 油 行 业 中 使 用 最 广 泛 的 塔 型 之 一 。图 6-2 为 其 结 构 示 意 图 ：1-出料口接管；2- 接管；3-塔盘；4- 回流管；5-塔顶接管； 6-进料管图 4-2 浮阀塔结构示意图我们首先通过 Aspen Plus 软件计算得到相关的设计参数和物性资料对生产过程中的精馏塔进行了初步设计。4.2.1精 馏 塔 T5设 计 数 据表 4-2 精 馏 塔 T5 具体数据一序号 项目 数值1 塔径 D /m 12 塔板间距 H T/m 0.453 塔板型式 单流型4 阀孔直径 d/m 0.03917年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目续 表 4-2 精 馏 塔 T5 具体数据一序号 项目 数值5 堰长 l w/m 0.656 外堰高 h w/m 0.0457 板上清液层高度 h l/m 0.068 降液管底与管间距 h 0/m 0.039 阀数 N/个 95-1 8.5610 阀孔速度 u 0/m.s11 阀孔动能因数 F 0 11.2412 阀间距 /m 0.0713 开孔率 0.2614 塔板压降 h p/m 0.06915 物性系数 K 0.8516 降液管内清液层高度 h d/m 液柱 0.13117 泛点负荷因素 Cf 0.1118 负荷上限（雾沫夹带控制） % 11419 负 荷 下 限 （最 小 气 流 量 控 制 ） % 44表 4-2 精 馏 塔 T5 具体数据二序号 项目 数值1 工作压力 /MPa 0.12 工作温度 / 723 设计压力 /MPa 0.124 设计温度 / 755 材料 Q265-A6 许用应力 /MPa 1117 材料的屈服极限 /MPa 2658 钢 板 负 偏 差 C1 /mm 0.89 腐 蚀 余 量 C2 /mm 110 焊缝系数 0.8511 筒体最小壁厚 碳 钢 DI=3800 Smin=312 名义厚度 /mm Sn=518年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目续 表 4-2 精 馏 塔 T5 具体数据二序号 项目 数值13 有效厚度 /mm 3.214 液压试验 /MPa 211.515 封 头 曲 面 深 度 Hf /mm 25016 形状系数 0.8517 计 算 厚 度 Sc /mm 0.6418 最小有效厚度 /mm 1.519 名 义 厚 度 Sn /mm 2.520 有 效 厚 度 S1 /mm 0.721 液压试验许用应力 /MPa 211.522 筒体质量 /kg 1394.1526 封头质量 /kg 31.1424 筒体总质量 /kg 1425.2825 塔盘的单位面积重量 /N/ 75026 塔盘数（个） 2527 塔盘总质量 /kg 1502.67528 裙座高度 /m 2.529 估计裙座质量 /kg 309.810130 塔上其余附件质量 /kg 394.3231 附件总质量 /kg 704.1332 空塔总质量 /kg 3632.0933 全塔操作质量 /kg 3633.634 全塔水压时的总质量 /kg 12925.974.2.2计 算 过 程 ：浮阀塔工艺尺寸的计算1.塔高：根据给定的分离任务，求出理论板层数后，就可以按照下式计算塔的有效高度，即：19年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目Z-塔高 m ;-塔内所需的理论板数;-总板效率-塔板间 距， m=25Z=12.75m 取 13m2 塔径依据流量可计算出塔径D-塔径，m3/sVS-塔内气体流量，mu-空塔气速， m/s工 作 温 度 为 72甲醇为气体 其 密 度 为 0.74g/cm33/svs=0.004m取 1m3 出口堰堰 长 lw 根 据 液 体 负 荷 及 溢 流 型 而 定 。单 溢 流 ，一 般 lw 为 （0.6-0.8）D，对 于 双 溢流，取为（0.5-0.6）D ，其 中 D 为塔径。板上液层高度为堰高与堰上层液层高度之和，即：hL=hW+ hOWhL-板上液层高度，mhW-堰高，mhOW-堰上液 层 高度，m算 得 hOW=0.0605m所以可以使用单溢流。浮阀的数目与排列20年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目故 气 体 通 过 浮 阀 孔 时 的 动 能 因 数 F0式中F0-气体通过阀空似的动能因数；U0-气体通 过阀控时的速度， m/s-气体密度，kg/m 3阀 控 气 速 u0 与 每 层 板 上 的 阀 控 数 N 的关系如下：3/s式 中 Vs-上升气体的流量，md0-阀控直径，m算得，N=954.2.3 反应精馏塔反应精馏是将化学反应与精馏分离2种过程在同一设备中进行的耦合过程程 。与 传 统 工 艺 相 比 ，反 应 精 馏 具 有 选 择 性 高 、转 化 率 高 、生 产 能 力 高 、产 品 纯度高、投资少、操作费用低和能耗低等特点。1-全凝器； 2-塔 盘；3-液体分布器；4- 固定床反应器；5- 列管式反应器；a-尿素进料管；i 、b-温度计 口；k、c-甲醇进料口；d- 物料出口；e-接管；f-塔底出料口； h、g-液位计口；j- 回流管接口21年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目图 4-2 反应精馏塔结构示意图注：具体详图见附图二。尿 素 醇 解 法 生 产 碳 酸 二 甲 酯 反 应 精 馏 塔 塔 身 为 圆 柱 状 ，由 反 应 段 精 馏 段 两 部分组成，下部分反应段，上部分分离段。塔 身 下 部 的 反 应 段 ：共 包 括 两 种 反 应 形 式 ，即 绝 热 与 换 热 两 种 反 应 形 式 。反应 段 下 端 为 换 热 的 列 管 固 定 床 。反 应 段 上 端 为 绝 热 固 定 床 。列 管 固 定 床 内 可 以 装催 化 剂 。列 管 固 定 床 外 上 部 有 通 加 热 蒸 汽 的 蒸 汽 入 口 ；列 管 固 定 床 管 外 下 部 有 蒸汽 凝 液 出 口 。列 管 式 固 定 床 下 部 为 气 相 甲 醇 进 料 口 ，甲 醇 进 料 口 下 为 液 位 控 制 区 。塔 底 部 有 循 环 液 出 口 。列 管 式 固 定 床 的 上 部 有 一 层 液 体 分 布 器 ，液 体 分 布 器 有 排液 孔 和 升 气 管 。液 体 分 布 器 上 部 有 循 环 物 料 进 料 口 。循 环 物 料 进 料 口 上 部 为 气 相甲 醇 进 料 口 ，气 相 甲 醇 进 料 口 上 部 为 绝 热 固 定 床 ，绝 热 固 定 床 层 顶 部 有 绝 热 固 定床 层 的 液 体 分 布 器 ，绝 热 固 定 床 层 的 液 体 分 布 器 上 有 排 液 孔 和 升 气 管 。在 绝 热 固定床层的液体分布器上有液体尿素进料口，尿素进料口以上为分离段。塔 身 上 部 的 分 离 段 ：分 离 段 下 端 是 板 式 精 馏 塔 ，有 塔 板 ，每 块 塔 板 上 装 有 俘阀 ，在 分 离 段 的 下 端 的 塔 板 之 间 分 别 有 三 个 粗 碳 酸 二 甲 酯 侧 线 采 出 口 ，在 第 一 块塔板上有回流口，分离段上端是全凝器，分离段的顶端有氨气出口。4.3泵 的 选 型 举 例表 4-3 P301 选型计算泵性能参数名称 取值流量 m3/h 23.711流速 m/s 0.839扬程 m 19.622入口压力 Kpa(绝压) 177.618出口压力 Kpa(绝压) 358.646压差 Kpa 181.028安装高度 m 2.0NPSHa m 2.49722年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目续 表 4-3 P301选 型 计 算名称 取值效率 % 70有效功率 kw 1.014轴功率 kw 1.448物料名称 UREA+DMC 操作容器内压力密度 kg/m3 800 吸入容器内黏度 Pas 0.2 操 作 压 力 kPa 101.235饱和蒸气压 排出容器内1.4kPa(绝压)雷诺数 335.442 操 作 压 力 kPa 200.023年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目附 录 工 艺 流 程 图 厂 区 布 置 平 面 图 结 构 示 意 图24年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目26年 产 3万 吨 碳 酸 二 甲 酯 的 合 成 项 目参 考 文 献1 李光兴,许汉昌,等.合成碳酸二甲 酯产物气相色谱分析J. 湖北化工,1995,(4):5612 江琦.碳酸二甲酯在化工 领域中的应用J, 石油化工 ,2000,29(2):1442147.3 萧翠玲,王艳花,董树生 . 21世纪的绿色基础化学原料-碳酸二甲酯J. 化工进展,2000,19(2):40-42.4 李正西.二甲基亚砜国内外市 场分析J. 江苏化工 ,2000,(5):29.5 王爱荣,汤志军.碳酸二甲 酯忌一哄而上N. 中国化工报,1998-06-13(3).6 戴志谦，贡为明.碳酸二甲酯的合成技术进展与市场J.泸天化科技,1999.（2）7 中国化工产品大全(上卷)M.北 京 :化学工业出版社,1994,7.8 化工产品手册(有机化工原料上册)M.北京: 化学工 业出版社,1985,6.9 王景春,