【气相法年产3000吨二甲基苯胺设计5300字（论文）】

m（4）产生N-甲基苯胺的量：m（5）其余杂质为1.62%，苯胺转化为其他杂质的量：m5.1.2甲醇相关计算甲醇转化率为90.2%，产物二甲醚选择性2.75%，甲醇生成其他杂质为1.02%，二甲醚收率I3=90.2%×2.75%=2.48%在根据主反应计算出甲醇的量：m甲醇反应过程中有损失量，所以设甲醇每天进量为7702kg（1）甲醇纯度为99.2%，计算甲醇内部杂质为：m（2）甲醇未反应量：m（3）二甲醚生成量：m（4）甲醇生成其他杂质的量：m5.1.3水生成量计算m5.1.4总结设反应器设备损失量为1%mmmN，N-二甲基苯胺出料量：10770.5-107.705=10662.8kg/dN-甲基苯胺出料量：363-3.63=359.4kg/d二甲醚出料量：272.5-2.725=269.8kg/d产生杂质总量：92.9＋149.0＋61.6＋77.9=381.4kg/d表2管式反应器中物料平衡表名称进料量（kg/d）损失量（kg/d）出料量（kg/d）苯胺92900128.8甲醇77020748.8N，N-二甲基苯胺0107.70510662.8N-甲基苯胺03.63359.4二甲醚02.725269.8H2O003367.1杂质381.4总计16992115.0616877.945.2精馏塔中的物料衡算5.2.1精馏塔1反应器中产出物进入精馏塔1进行冷凝分离[10]，设精馏塔设备损失量均为1%，计算出各物料损失量。（1）N，N-二甲基苯胺损失量：m=10662.8×1%=106.628kg/dN，N-二甲基苯胺出料量：m1=10662.8-106.628=10556.2kg/d（2）N-甲基苯胺损失量：m=359.4×1%=3.594kg/dN-甲基苯胺出料量：m2=359.4-3.594=355.8kg/d二甲醚损失量：m=269.8×1%=2.698kg/d二甲醚出料量：m3=269.8-2.698=267.1kg/d假设两次精馏后水分流失25%，杂质去除40%，苯胺出料为0，甲醇损失15%水分：3367.1×25%=841.8kg/d,3367.1-841.8=2525.3kg/d杂质：381.4×40%=152.56kg/d,381.4-152.56=228.8kg/d甲醇：748.8×15%=112.32kg/d,748.8-112.32=636.5kg/d表3精馏塔1物料衡算表名称进料量kg/d损失量kg/d出料量kg/d苯胺128.800甲醇748.8112.32636.5N，N-二甲基苯胺10662.8106.62810556.2N-甲基苯胺359.43.594355.8二甲醚269.82.698267.1水分3367.1841.82525.3杂质381.4152.56228.8合计15918.11219.6146精馏塔2二甲醚及少量杂质从精馏塔2塔顶分出，对二甲醚除杂并处理，塔底出来的甲醇和水进行干燥对甲醇进行回收.（1）二甲醚损失量：269.8×1%=2.698kg/d二甲醚出料量：269.8-2.698=267.1kg/d（2）甲醇损失量：636.5×1%=6.365kg/d甲醇出料量：636.5-6.365=630.1kg/d（3）水损失量25%水损失量：2525.3×25%=631.3kg/d水出料量：2525.3-631.3=1894kg/d杂质去除40%，228.8×40%=91.52kg/d假设甲醇中含水量为10%，则甲醇干燥后可回收量为：630.1-630.1×10%=567.1kg/d总结：第一次生产按照苯胺9290kg/d，甲醇7702kg/d加入原料，会产生567.1kg/d的甲醇可回收利用，所以第二次生产开始只需要加入7134.9kg甲醇，苯胺量不变。5.2.3精馏塔3从精馏塔1塔底馏出物N，N-二甲基苯胺，N-甲基苯胺，经过精馏塔3分离出产物。N，N-二甲基苯胺损失量：10556.2×1%=105.562kg/dN，N-二甲基苯胺出料量：10556.2-105.562=10450.6kg/dN-甲基苯胺损失量：355.8×1%=3.558kg/dN-甲基苯胺出料量：355.8-3.558=352.2kg/d6能量衡算根据能量守恒定律可知：Q进=6.1反应器的能量衡算假设苯胺，甲醇出汽化器的温度为60℃，传输中损失5℃，物料进入反应器温度为55℃，反应温度240℃，其中反应的热量来自300℃导热油通过套管传热[11]。已知C苯胺=2.17kJ/(kg∙K)，C甲醇=2.51kJ/(kg∙K)，CN，N-二甲基苯胺=1.88kJ/(kg∙K)CN-甲基苯胺=2.14kJ/(kg∙K)，C二甲醚=1.83kJ/(kg∙K)（1）物料的进入热量：Q，=C苯胺.m.t=2.17×9290×（55+273.15）=6615274.3KJ/dQ，，=C甲醇.m.t=2.51×7702×（55＋273.15）=6343802.4KJ/dQ1=Q，＋Q，，=6615274.3＋6343802.4=12959076.7KJ/d（2）产物带出的热量为：Q，=CN，N-二甲基苯胺.m.t=1.88×10662.8×（240+275.3）=10329736.8KJ/dQ，，=CN-甲基苯胺.m.t=2.14×359.4×（240+275.3）=396325.5KJ/dQ，，，=C二甲醚.m.t=1.83×269.8×（240+275.3）=254421.1KJ/dQ，，，，=C未反应完甲醇.m.t=2.51×748.8×（240+275.3）=968500.2KJ/dQ2=10329736.8+396325.5+254421.1+968500.2=11948983.6KJ/d（3）反应热为Q=-108KJ/mol则反应放热量为：Q3=108×（10662.8÷121.18）=9503.1KJ/d（4）假设在反应器中热量损失为8.6%Q1+Q3+Q4=Q2+Q损失Q损失=（Q1+Q3+Q4）×8.6%Q4=Q2+Q损失-Q1-Q3求得Q4=104706.4KJ/d，Q损失=1124302.6KJ/d表4管式反应器热量衡算结果表名称进料热量KJ/d出料热量KJ/d物料12959076.70产物011948983.6导热油104706.40反应放热9503.10热损失01124302.6总计13073286.213073286.27设备选型对于本设计中汽化器，反应器这两个主要设备进行选型7.1汽化器选型简单的气化器一般是由量孔，浮子室[11]，喷管，喉管，节气门[12]等组成，喉管上方称之为进气室，下方为混合室。在汽化器中添加一些设备，减少一些对环境有危害的化合物的排放，从而减少一些物料使用量，同时降低对环境的影响。汽化器选择压力式汽化器，上吸式，双重喉管式，双腔式混合室[13]。7.2反应器选型根据本设计而言，本设计应达到每天固定生产量，而反应物在管式反应器中，反应速度快，生产效率高；管式反应器内部结构不繁琐，便于后期检修；且管式反应器适用于大型连续化生产。7.2.1确定换热管根数结合介质性质和后期处理清洗，采用φ45×3（mm），长3.5m，由换热面积F=Πd0（L-1）nn=F/Πd0(L-1)=64.8/3.14×0.045×（3.5-0.1）=135根7.2.2换热管排列方式图3换热管排列图用正三角排列方式，则每根管距离为：d=1.25d0=1.25×45=57mm7.2.3管式反应器筒体直径计算D=d（b-1）+lb:位于管数中心线上的管数；l:最外层管中心到壳壁间距b=1.1l=2d0=2×45=90mmD=d（b-1）+l=57×（12.8-1）+90=761.5m则取筒体直径为800mm。7.2.4折流板数目确定选取折流板间距为B=200折流板数目N=7.2.5壳程筒体厚度该设计温度为240℃，设计压力为1.2MPa，选用15MnVR为材料，通过查表可得在240℃时的许用应力[σ]t=170Mpa。δ=设计厚度：δd=δ+C2=6.34mm名义厚度：δn=δd+c+Δ=10.19mm（令c=0.4mm，Δ=3.45）有效厚度：δe=δn-c-C2=10.19-0.4-3=6.79mm7.2.6水压试验校核试验压力：PσσT<0.9φσS则水压试验满足要求。7.2.7其他设计法兰应用整体法兰，接管可用焊接。8.盈利分析表5市场调查分析表名称纯度价格(元/吨)苯胺99%8200甲醇99.2%2400催化剂（β沸石）99%2100N，N-二甲基苯胺99%18000N-甲基苯胺99%8000二甲醚99%3800利润=销售额-成本厂房建设，设备购买，水电耗费以及人工安装费等总计4000万，每年设备维修费等需150万招收200个工人，月收入4200元，则每年应发工资200×4200×11=9240000元每天的销售额=（18000×10450.6）+（8000×352.2）+（3800×267.1）=191943.380元进料价格=（8200×9290）+（2400×7702）+（2100×2000）=94666.9元利润=（191943.380-94666.9）×320-9240000-1500000=20388473.6元理想公司长期运转，两年后公司开始盈利，每年盈利20388473.6元。9.三废处理废气处理：本项目设计当中产生的利用率较高，产出的废气偏少，通过简单处理之后就可以达到国家排放标准。废水处理：废水中会含有少量的甲醇和胺类物质，通过建立废水处理塔再对废水进行集中处理，将废水进行稀释后，进行沉降分离[15]，其可作为循环冷却水进行使用。废固处理：本工程产生的废固为生活垃圾，属于一般固废。生活垃圾袋装打包收集，在固定的地方安放，派专车及时运送，送入垃圾处理中心。噪音处理：本设计噪音主要来自混合器，汽化器，反应器。采取的主要治理措施有：混合器，汽化器安装设消音器，同时在设备周围安装隔音罩；对反应器采取减振[16]措施；根据生产车间环境，在人流量较大或者办公区域设置吸声壁面、隔声障壁等；还可以通过种植绿化带来适量降低噪声。10.结论本设计利用气相法年产3000吨N，N-二甲基苯胺，年工作日320天，每天工作24h，苯胺、甲醇每天进料分别为9290kg、7702kg，每天生产N，N-二甲基苯胺10662.8kg。反应器热量衡算中物料带入热量12959076.7KJ，反应放热9503.1KJ，反应中热量损失1124302.6KJ，导热油加热热量为104706.4KJ，产物带出热量11948983.6KJ。反应器选择管式反应器，管式反应器中换热管135根，按照正三角排列方式，管间距为57mm，反应器筒体直径为800mm，其中含有折流板17个，壳程筒体厚度设计为10.49mm。再对公司盈利进行分析，公司将在两年后开始盈利，每年盈利20388473.6元。生产过程中的三废处理，控制废气排放量；废水进行沉降分离，循环利用；废固进行分类收集处理。环保型、高收率的气相法合成N，N-二甲基苯胺工艺将成为主要研究方向，适合投入生产。参考文献徐龙,祝一锋,李小年.N－甲基苯胺和N,N－二甲基苯胺合成研究进展[J].化工生产技术,2009,16(3):30-36．ShivarkarAB,GupteSP,ChaudhariRV.SelectivesynthesisofN,N-dimethylanilinederivativesusingdimethylcarbonateasamethylatingagentandoniumsaltasacatalyst[J].JournalofMolecularCatalysisA:Chemical,2005,226(1):49-56.DaSilivaRA,EstevamIHS,BieberLW.Reductivemethylationofprimaryandsecondaryaminesandaminoacidsbyaqueousformaldehydeandzin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