年产5万吨碳酸二甲酯项目初步设计与技术经济分析

摘要

碳酸二甲酯(DMC)的分子结构包含羰基、甲基和甲氧基等官能团，反应性能多样，主要特点有安全、方便、污染少等，是一种重要的有机合成中间体，市场应用前景广泛。本设计针对目前国内生产及供需现状，以河南省心连心化肥有限公司为依托，对一条年产5万吨碳酸二甲酯项目进行初步设计与技术经济分析。
　　 本文以绿色化学为背景，介绍了碳酸二甲酯的物理化学性质和用途，对其国际国内市场进行了综合分析，并对其应用前景进行了预测。
　　 本文最终选择尿素醇解法作为合成碳酸二甲酯的工艺方案。以尿素和甲醇为原料，在催化精馏塔中合成碳酸二甲酯并副产氨气。反应生成的氨气送回尿素厂重新反应生成尿素，再次作为原料进入反应器继续生成碳酸二甲酯。采用这种方法的直接好处就是生产过程中避免了水的产生，降低了分离的难度。同时具有原料价廉易得，有较好的经济效益，符合环保要求等优点。
　　 针对工艺路线绘制出工艺流程简图，并对工艺流程进行Aspen plus仿真模拟。根据工艺设计按操作单元完成了物料衡算，确定了每个单元进出物料的量。整个过程中质量差为Min-Mout=76486.8-76430.6=56.2(Kg/h)，相对偏差小于0.07％，故质量守恒。对工艺涉及到的热量交换进行了热量衡算，确定了换热系统中的物料用量。
　　 整个设计流程中能量消耗主要发生在原料的预热和精馏段各塔的再沸器，耗能极高。本文通过热量集成技术，以夹点理论为基础，基于Aspen Energy Analyzer完成了对能量的回收与利用的优化，热量利用充分、合理，循环下水经处理后作为生活洗浴用水，加热蒸汽返回总厂循环利用。充分利用废热和废料来产生热量。在这个设计过程中使操作费用和设备投资都得到降低，同时保证了工艺的可控性和安全性。
　　 结合物料衡算、热量衡算和工艺设计要求，对精馏塔和换热器做了详细的设计计算，包括工艺结构设计和机械设计，选择了适合本工艺所用主要设备的规格型号;对整个设计进行了工程投资和效益分析，静态投资回收期为3.1年，产量盈亏平衡点为42％，投资安全率为58％，大于30％，表明项目方案可行。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 背景及意义

1．1．1 背景

1．1．2 建设意义

1．1．3 环境效应

1．1．4 社会效应

1．2 碳酸二甲酯综述

1．2．1 碳酸二甲酯的物理化学性质

1．2．2 碳酸二甲酯的基本用途

1．3 碳酸二甲酯的市场分析

1．3．1 碳酸二甲酯的市场现状

1．3．2 碳酸二甲酯的应用前景

1．4 本课题研究的主要内容和意义

1．4．1 主要内容

1．4．2 研究的意义

2 工艺方案的选择

2．1 概述

2．2 工艺路线

2．2．1 光气法

2．2．2 甲醇氧化羰基化法

2．2．3 酯交换法

2．2．4 尿素醇解法

2．3 工艺路线比较

2．4 本项目所选工艺方案

3 工艺流程设计

3．1 工艺流程简图

3．2 工艺流程计算机仿真模拟

3．2．1 原料混合

3．2．2 MC的合成

3．2．3 MC反应液的分离

3．2．4 DMC的合成

3．2．5 DMC产品精制

4 物料衡算和热量衡算

4．1 工艺流程物料衡算

4．1．1 MC反应釜

4．1．2 精馏塔

4．1．3 DMC反应釜

4．1．4 精制工段

4．2 工艺流程热量衡算

4．2．1 MC的合成

4．2．2 MC反应液的分离

4．2．3 DMC的合成

5 热量集成技术

5．1 概述

5．2 软件的应用

5．3 结果分析

6 关键设备设计与选型

6．1 精馏塔的设计

6．1．1 概述

6．1．2 塔设备选型

6．1．3 精馏塔的设计计算

6．1．4 精馏塔机械设计结果

6．2 换热器的设计

6．2．1 概述

6．2．2 基本结构设计

6．2．3 换热器机械设计

6．3 设备一览表

6．3．1 塔类设备

6．3．2 反应器设备

6．3．3 容器设备

6．3．4 换热设备

6．3．5 离心泵

7 经济分析与评价

7．1 编制依据

7．2 建设项目投资估算

7．2．1 设备费用估算

7．3 成本核算

7．3．1 制造成本

7．3．2 一般费用

7．4 经济效益分析

7．4．1 销售收入

7．4．2 经济指标

7．5 企业风险性分析

8 结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表论文与科研成果