年产50000吨碳酸二甲酯工艺设计

设计任务书

一、设计目标

为一个联合化工总厂设计一座碳酸二甲酯分厂。

二、设计根底条件

1、环境要求：

尽量采取可行的措施减少工厂对环境的不利影响，并对排出的污染物提出合理的治理

方案。

2、产品规格：

碳酸二甲酯产品的质量应满足中华人民共和国化工行业标准HG/T3934-2007规定的技

术指标：

指标（摩尔分率）

工程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，%99.599.899.8

水份，%<0,1<0.050<0.0020

甲醇含量，%<0.20<0.050<0.0020

色度（笛・钻色号），号1055

相对密度，g/cnP1.071±0.005

三、工作内容及要求

1、工程可行性论证

1）建设意义

2）市场分析

3）原料路线

4）建设规模

5）厂址选择

6）效益分析

2、工艺流程设计

1）工艺方案选择及论证

2）工艺流程计算机仿真设计

3）绘制带控制点工艺流程图

4）编制物料及热量平衡计算书

3、设备选型及典型设备设计

1）典型非标设备一一精馆塔的工艺设计，编制计算说明书。

2）典型标准设备一一换热器的选型设计，编制计算说明书。

3）其他设备的选型说明。

4）编制设备一览表。

4、车间设备布置设计

选择至少一个主要工艺车间，进行车间布置设计

1）绘制车间平面布置图；

2）绘制车间立面布置图；

3）鼓励采用三维模型设计。

5、分厂总平面布置设计

1）对主要工艺车间、辅助车间、产品储罐区、中心控制室、分析化验室、行政管理及

生活等辅助用房、设备检修区、工厂内部道路等进行合理的布置设计，并对方案进

行必要的说明；

2）绘制分厂平面布置总图；

3）鼓励采用三维模型设计。

4）经济分析与评价

根据调研获得的经济数据（可以参考以下价格数据）对设计方案进行经济分析与评价：

1）304不锈钢设备：36000元/t

2）中低压（W4MPa）碳钢设备：11000元/t

3）高压碳钢设备价格：15000元/t

4）低压蒸汽（0.8MPa）：100元/t

5）中压蒸汽（4MPa）：200元/t

6）电：0.6元/kW，hr

7）工艺软水：8元/t

8）冷却水：0.2元/t

9）污水处理费：0.5元人

目录

第一章总论.......................................................................I

1.1工程名称......................................................................1

1.2编制依据......................................................................1

1.3编制原那么......................................................................1

1.4设计范围......................................................................1

第二章工程可行性论证............................................................2

2.1建设背景......................................................................2

2.2建设意义......................................................................2

2.2.1环境效应.................................................................3

2.2.2社会效应.................................................................3

2.3产品简介......................................................................4

DMC物理化学性质.........................................................4

2.3.2根本用途.................................................................4

2.3.3产品价格....................................................................6

2.4市场分析.....................................................................7

碳酸二甲酯的市场现状.....................................................7

碳酸二甲酯的应用前景....................................................II

建议.....................................................................11

2.5中间产品市场分析.............................................................12

2.6下游产品简介.................................................................12

第三章工艺方案的选择...........................................................14

3.1概述..........................................................................14

3.2工艺路线.....................................................................14

3.2.1光气法..................................................................14

3.2.2甲醇氧化瓶基法..........................................................14

3.2.3酯交换法................................................................16

3.2.4尿素醇解法..............................................................17

3.3工艺路线比较...................................................................19

3.4本工程所选工艺方案..........................................................20

第四章工艺流程设计及Aspen模拟................................................22

4.1工艺流程简图.................................................................22

4.2带控制点的工艺流程图........................................................23

4.3工艺流程计算仿真模拟........................................................23

原料混合.................................................................23

MC的合成23

MC反响液的别离.........................................................24

DMC的合成.............................................................25

DMC产品的精制.........................................................25

第五章厂址选择...................................................................................................................................275.1选址原

那么......................................................................27

5.2厂址选择.....................................................................27

5.3气候概况.....................................................................285.4总厂介

绍......................................................................28

5.5选址优势.....................................................................29

交通便利.................................................................29

原料丰富.................................................................29

根底设施齐全............................................................29

市场所在地..............................................................30

政策鼓励.................................................................30

第六章物料衡算和热量衡算.......................................................32

6.1工艺流程物料衡算............................................................32

6.2工艺流程热量衡算............................................................36

MC的合成...............................................................36

MC反响液的别离.........................................................37

DMC的合成..............................................................37

第七章热量集成.................................................................38

7.1概述.........................................................................38

7.2设计结果.....................................................................38

第八章设备设计与选型...........................................................42

8.1精储塔的设计.................................................................42

8.1.1概述.....................................................................42

8.1.2精微塔的设计计算.......................................................43

8.1.3精储塔设备列表..........................................................43

8.1.4精微塔设备图............................................................43

8.2换热器的设计................................................................43

8.2.1概述.....................................................................43

8.2.2换热器的设计选型.......................................................44

8.3反响器的设计.................................................................45

8.3.1反响条件................................................................45

8.3.2物流组成................................................................45

8.3.3反响器的选型............................................................45

8.3.4反响器的反响流程.......................................................45

8.3.5反响器设备列表.........................................................46

8.4泵的选型.....................................................................46

8.4』泵的选型说明............................................................46

8.4.2泵的设计计算............................................................46

8.4.3泵设备歹U表..............................................................47

第九章厂区平面布置.............................................................48

9.1设计依据和范围..............................................................48

9.1.1设计依据................................................................48

9.1.2设计范围................................................................48

9.2平面布局方案................................................................48

9.2.1厂区组成................................................................48

9.2.2厂区平面图..............................................................49

9.2.3厂区3D图..............................................................49

9.2.4设计思路................................................................49

9.3工厂运输设计................................................................49

第十章车间平面布置.............................................................51

10.1设计依据....................................................................51

10.2车间组成....................................................................51

10.2.1反响器.................................................................51

10.2.2换热器.................................................................51

10.2.3离心泵.................................................................51

10.2.4精福塔.................................................................52

10.2.5罐区...................................................................52

10.2.6管廊...................................................................53

10.3车间布置图.................................................................53

10.3.1车间平面布置图........................................................53

1032车间3D布置图.........................................................53

第十一章经济分析与评价........................................................54

11.1总投资核算.................................................................54

11.1.1设备材料的选择与采购...................................................54

11.1.2其他的固定资产投资列表................................................55

11.1.3设计施工...............................................................55

11.1.4设计施工投资...........................................................56

11.1.5流动资金...............................................................56

11.2本钱核算....................................................................56

11.2.1制造本钱...............................................................56

11.2.2一般费用................................................................57

11.3工程经济性评估.............................................................59

11.4企业风险性分析.............................................................59

11.4.1企业收支平衡点.........................................................59

11.4.2投资平安率.............................................................60

第十二章环境保护...............................................................61

12.1建设地点环境现状............................................................61

12.2执行标准和标准.............................................................61

12.3主要污染源及污染物分析.....................................................62

12.3.1废气...................................................................62

12.3.2废水...................................................................62

12.3.3废渣...................................................................60

1234噪声....................................................................60

12.3.5生态...................................................................62

12.4主要防治措施...............................................................63

12.4.1废气的处理措施.........................................................63

12.4.2废水的处理措施........................................................63

12.4.3废渣的处理措施........................................................63

12.4.4噪声的处理措施.........................................................63

12.5绿化设计...................................................................63

第卜三章劳动平安与卫生.........................................................65

13.1设计依据....................................................................65

13.2建设工程中有害和危害物质分析..............................................65

有害因素...............................................................65

危害因素...............................................................66

13.3劳动平安措施................................................................66

13.3.1根本要求...............................................................66

13.3.2根本措施..............................................................66

第十四章土建工程...............................................................68

14.1设计标准....................................................................68

14.2设计原那么...................................................................68

14.3设计范围....................................................................68

14.4设计方案....................................................................69

第十五章给水与排水.............................................................70

15.1设计标准....................................................................70

15.2设计范围....................................................................70

15.3设计原那么....................................................................70

15.4设计方案70

15.4.1供水系统..............................................................70

15.4.2排水系统.............................................................71

第十六章配电....................................................................72

16.1设计标准....................................................................72

16.2配电设计...................................................................72

16.2.1概述..................................................................72

16.2.2配电系统的原那么.......................................................72

16.23供配电系统的要求.....................................................72

16.2.4供配电系统的电压选择.................................................74

16.2.5全厂供电方案..........................................................74

1626照明系统..............................................................75

第十七章自动控制...............................................................76

17.1概述........................................................................76

17.2仪表类型确实定.............................................................76

17.2.1气动控制仪表..........................................................76

17.2.2电动控制仪表.........................................................76

1723信号和自动保护........................................................76

17.3典型控制方案的说明....................................................................................................................7717.3.1精微

塔的控制...........................................................77

17.3.2反响器的控制.........................................................77

17.3.3泵的控制..............................................................77

17.3.4换热器与再沸器的控制.................................................78

第十八章节能....................................................................79

18.1概述........................................................................79

18.2能源条件说明...............................................................79

18.3设计原那么....................................................................79

18.4用能特点....................................................................79

18.5节能措施....................................................................80

第十九章防雷防静电工程.........................................................81

19.1概述........................................................................81

19.2防雷........................................................................81

19.2.1国家标准..............................................................81

19.2.2防雷直击措施.........................................................81

19.2.3防雷电感应措施.......................................................82

19.3防静电......................................................................83

19.3.1国家标准..............................................................83

19.3.2接土也83

19.3.3具体的接地措施........................................................83

静电接地的连接要求....................................................84

第二十章维修....................................................................85

20.1设备维修的根本概念.........................................................85

20.2设备的维护和保养...........................................................85

20.3设备的修理..................................................................86

20.3.1设备修理的种类........................................................87

20.3.2设备修理的方法........................................................87

20.3.3设备根本维修内容...........................................................................................................8820.4维修人员的

管理要求..........................................................89

第二十一章消防.................................................................91

21.1概述........................................................................91

21.2设计标准/标准...............................................................91

21.3消防环境....................................................................92

21.4消防工程...................................................................92

21.4.1消防系统..............................................................92

21.4.2应急处理..............................................................94

21.4.3供电系统..............................................................95

21.5操作与储存主要事项.........................................................95

21.6消防管理....................................................................95

21.6.1工作程序..............................................................96

21.6.2人员培训..............................................................97

第二十二章机构组织和劳动定员.................................................98

22.1组织结构....................................................................98

22.2生产班制....................................................................99

22.3员工来源和培训.............................................................99

22.3.1员工来源..............................................................99

22.3.2员工培训..............................................................99

22.4工厂管理策略...............................................................100

第二十三章产品营销............................................................102

23.1概述........................................................................102

23.2营销策略...................................................................102

23.2.1参谋式营销...........................................................102

2322网络营销..............................................................104

23.2.3关联营销.............................................................105

23.2.4文化营销.............................................................105

23.2.5广告宣传..............................................................106

参考文献........................................................................110

附录一板式精馀塔设计说明书....................................................110

1.1工艺设计.................................................................114

1.2设备设计.................................................................119

附录二换热器设计说明书........................................................129

2.1工艺设计....................................................................129

2.2设备设计....................................................................136

附录三设备一览表...............................................................154

附录四带控制点的工艺流程图....................................................159

附录五车间平面布置图..........................................................160

附录六车间3D布置图...........................................................161

附录七厂区平面布置图..........................................................163

附录八厂区3D布置图...........................................................164

附录九典型设备图...............................................................165

第一章总论

1.1设计目标

为一个联合化工厂总厂设计一座年产5万吨的碳酸二甲酯分厂。

1.2编制依据

(1)三井化学杯大学生化工设计竞赛指导书。

(2)《化工建设工程可行性研究报告内容和深度的规定》(1992年12月28日化

工部发布)及有关专业的国家标准。

(3)由技术所有方编写的碳酸二甲酯分厂工程建议书及上级部门有关批示。

(4)河南省新乡市的气象、水文、交通、环保资料。

1.3编制原那么

(1)认真贯彻执行国家根本建设的各项方针、政策和有关规定，执行国家及

各部委颁发的现行标准和标准。

(2)充分利用河南特色资源，有效利用它便利的交通条件和广阔的市场条

件。

(3)大力推进技术进步，积极采用新工艺、新技术，解决以往陈旧工艺的缺

点和弊端。

(4)装置设计采用可靠的平安技术，严格执行国家现行的有关平安法规，并

注重提高机械化和自动化水平。

(5)设计中尽一切努力节能降耗，节约用水，提高水的重复利用率，减少一

次水的用量。

(6)设计中选用环保生产工艺路线，生产过程中尽量减少“三废〃排放，同

时三废治理要做到同时设计、同时施工、同时投产、并考虑环保的综合治理。

1.4设计范围

2023年9月，郑州大学“智多星〃设计团队，开始设计以尿素和甲醇为原料生

产碳酸二甲酯的工艺。目前已进行了深入的可行性研究，工作范围包括：生产工

艺、设备选型、公用工程、工厂及车间布置、经济评估以及产品的市场营销等。

第二章工程可行性论证

2.1建设背景

化学工业的开展，在为人类提供丰富多彩的物质享受同时，也在严重的破坏人类

赖以生存的环境。大气酸化、江河污染、温室效应加剧、臭氧层破坏等等，都在

导致环境恶化，损害人类的健康，威胁着人类可持续开展的空间。从各种统计数

据来看，环境恶化已成不争的事实，迫切需要人类采取措施保护环境。20世纪

90年代后期，绿色化学的兴起为人类解决化学工业对环境污染问题提供了有效

的手段。国内外绿色化学的研究工作主要是围绕化学反响、原料、催化剂、溶剂

和产品的绿色化展开的，如下图。经过近些年来不断的研究和开发，绿色化学已

经取得了可喜的进展。

随着人们环保意识的加强和可持续开展战略的实施，许多传统的化学工业因

环境污染等问题而面临着严峻的挑战。而利用化学原理和方法从根本上减少或消

除传统工业对环境的污染，并改善人类生存环境和大幅度提高经济效益的绿色化

学工业那么正在全球蓬勃兴起。碳酸二甲幅作为一种重要的化工原料，在国内外

都长期处于供不应求的状态，而且目前国内外现有的碳酸二甲酯生产装置不仅生

产效率低，而且对环境均有不同程度的污染。

2.2建设意义

目前，国外碳酸二甲酯的生产总能力3.55万t/a,主要生产装置集中在美、

法、意、日等国。西欧占45.07%,美国占19.7%,日本占5.21%,产品主要用

于农药、医药中间体及聚碳酸酯等。

目前，我国DMC的应用主要在农药、医药产品和高分子材料上。用DMC

合成第三代抗菌素已有10多个生产厂家。江苏已建成30001/a卡巴吠喃生产装

置，上海与德国合资建成1.8万吨的聚碳酸酯厂；另外生产双酚A型聚碳酸酯的

局部厂家也已改为DMC为原料；我国对DMC燃料添加剂的研究已取得一定进

展，如开发成功将成为DMC的主要消费者之一。我国DMC的生产厂家约有1（）

家，总生产能力约为70001/a,需求量为1万吨左右，预计不久需求量将会到达

2万吨。随着我国对MC应用领域的不断扩大和深入，DMC的需求量将会越来

越大。因此，DMC的生产具有极其广阔的市场前景。

2.2.1环境效应

现代科学技术不断开展，人们越来越重视对环境的保护，化工企业要长期立

于不败之地，应尽量选用平安无毒的原料，生产过程少产生甚至不产生“三

废〃。鉴于碳酸二甲酯有着以上的物理化学性质，因此具有较为广泛的应用。

近年来，随着化，生产无毒化和精细化学品的开展，国内外对DMC及具衍生物

开发了许多新的用途，并形成C化学的重要分支，因而被称为未来世界化学合

成的新基石。

碳酸二甲酯，是一种重要的有机合成中间体，分子结构中含有皴基、甲基和

甲氧基等官能团，具有多种反响性能，在生产中具有使用平安、方便、污染少、

容易运输等特点。由于碳酸二甲聃毒性较小，是一种具有开展前景的“绿色〃化

工产品。近年来碳酸二甲酯的应用受到了越来越广泛的重视。

2.2.2社会效应

碳酸二甲酯工程不仅拉动当地就业，带动了当地的直接就'也和间接就业能

力，使当地的下岗工人重新回到工作岗位，提高了人们的生活水平。而且直接增

加了地方财政的税收，间接地增加了国家财政的收入。

碳酸二甲酯投资工程还可以提高当地的知名度，推动当地居民的消费能力，

进而促进该地区根底设施的建设。

2.3产品简介

2.3.1DMC物理化学性质

碳酸二甲酯（简称DMC）分子式（CH.Q）2CO,分子量90.08,相对密度

1.070,折射率1.3697,熔点4℃,沸点90.1C。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、醛、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，属于无毒或微毒化工产品，但在贮运上仍需按易燃有毒物品对待。由于其分

子中含有CH3-、CHQ-、CH3O-CO-、-CO-等多种官能团，因而具有良好的反响

活性，可以和醇、酚、胺、肿、酯等类化合物发生甲基化、皴基化、甲酯化和酯

交换反响，能取代剧毒的甲基化试剂和堞基化试剂光气而应用于有机合成工业，

被称之为有机合成的新基石，符合清洁生产和绿色化工的时代要求，特别是在合

成聚碳酸酯方面显示出了更加诱人的前景；此外，由于DMC具有较好的相溶性，

高辛烷值和介电常数等优良的物理性质，也被广泛应用于溶剂、汽油添加剂、锂

离子电池电解液等领域。

2.3.2根本用途

(1)生产二甘醇双烯丙基碳酸酯〔ADC/透明树脂〕

ADC有优良的光学特性、耐磨性、耐菌性、轻型，是一种热固性树脂。它可

代替玻璃，用作眼镜透镜及光电子材料。原先是以丙烯醇、二乙基乙二醇及光气

为原料制造的。用DMC代替光气，由于DMC低毒、无腐蚀，减轻了设备制造、

操作管理及废物处理等方面的技术要求。更为重要的是，能较容易地制造高品质

产品。因此正在开辟用作精密光电子材料等新领域。

(2)生产甲氨基甲酸秦酯(杀虫剂原料)

原采用Q-蔡酚和甲基异氟酸酯为原料或。-蔡酚和光气经由氯甲酸酯制造的。

但是上述两条途径均有危险。1984年印度帕巴拉邦大爆炸，就是实例。使用DMC

就能平安地与禁酚反响，制成甲氨基甲酸蔡酯。

(3)制造苯甲酸(香料等的原料)

原工艺是以苯酚和硫酸二甲酯为原料•，但存在副产物难处理等问题。用DMC

代替DMS制造苯甲醛，可以解决上述问题，且收率有所提高。

诚然，目前DMS价格较DMC廉价，但从包括副产物处理的全部制造过程来

看，DMC工艺的经济性未必就肯定差。

⑷制造聚碳酸酯(PC/透明树脂)

制造PC的方法有多种。现在世界上工业化的一个根本方法是以二氯甲烷为

溶剂在碱存在下，双酚A与光气反响。其中，碱可使用苛性钠、叱噬等。

DMC路线制PC,首先是DMC和酚的酯交换，生成碳酸二苯酚酯(DPC)；

再将DPC在熔融状态下，与双酚A进行酯交换，一边将酚脱离，一边制PC。目前

世界上众多生产厂家正在解决DMC路线工业化中存在的问题，实现非光气法的

无环境污染工艺。该工艺在经济和产品质量上，都已根本接近实现工业化。

(5)制造异氟酸酯

异氟酸酯化合物是化学工业重要的原料之一。原先是利用胺和光气来制取

的。用DMC在碱性催化剂存在下与胺化物反响，首先生成碳酸酯，碳酸酯受热

分解，生成异氟酸幅。

(6)制造聚碳酸二元醇(PCD/聚氨酯原料)

PCD是一种特殊的多元醇，将它与以PTMG、己内酰胺等为原料的聚氨酯相

比，能制造耐热，耐水解等优良性能的聚氨酯。

PCD原先是由1,6-己二醇和二苯基碳酸酯、碳酸二乙酯、乙烯基碳酸酯反响

制造的。但本钱方面未能与其它二元醇抗衡。

以DMC为原料与其他原料相比，有价格竞争力。

(7)制造氢氧化四甲钱(TMAH/光致抗蚀剂显影液)

TMAH是强碱，广泛应用于高集成度LSI照相平板印刷工艺中，用作正型光

致抗蚀剂显影液。

原先，以甲基氯为原料，一旦得到氯化四甲基氨，就可用电解法制造TMAH。

但据介绍，混在制品中极微细的氯化物，在光致蚀外表生成不溶物，在要求ppb

级微细晶格LSI的工程中，对抗蚀剂产生影响。

用DMC代替甲基氯，与三甲胺四级化反响制得四甲镂基甲基碳酸酯

(TMAMC),将TMAMC水解制成四甲铉碳酸氢胎(TMAHC),再电解，就可制得

TMAHo

DMC路线与甲基氯路线相比，没有混入氯化物的氽地。因此，能较容易地

制造高纯度TMAH。

(8)制造长链烷基碳酸酯(合成润滑油基材)

以DMC和高级醇(02〜G5)为原料，合成在分子骨架上具有默基的长链烷基

碳酸酯，作为合成润滑基材。

由于分子结构中具有碳酸酯基，和其他基材相比，除润滑性好、耐磨耗、洁

净、无腐蚀之外，还具备密封材料所要求的性能。

（9）制造胺基嗯理烷酮（兽药）的中间体胺基嗯唾烷二酮

利用DMC与氨基化物反响，碳酸酯化及环化而高收率地制造胺基嗯喋烷二

酮。

（10）制造碳酰二胡（清洁剂）

氨基麻广泛用作锅炉等的清洁剂。但其单体存在易致癌、易爆炸的危险。通

过DMC制造的碳酰二肿，不仅平安而且易于使用。

碳酰二胱虽然价格较贵，但使用平安，欧美等国正在普及。

（11）其他用途

DMC也可作为溶剂。除了能与其他有机溶剂很好相溶以外，还具有蒸发速

度快的特点。可以期望DMC在某些特定的领域用作溶剂（特殊涂料、药物等）。

还有人研究将DMC作为CCh的载体，制造喷雾溶剂0

DMC可用作辛烷值提高剂。过去由于价格等方面的制约，而无法推广使用。

最近，美国对汽车排放气中氧浓度作了规定，以作为环保的一个对策。DMC分

子中氧含量为53%,而目前使用的提高剂MTBE的氧含量为18%,相比之下，只添

少量的DMC就能提高氧浓度。

总之，随着环保意识的加强，DMC的用途将越来越宽。可以确信，以DMC

为核心，会形成各种衍生物群体，形成整个化学工业的一个重要产品类别。

产品价格

1997年以来我国DMC市场价格变化情况如以下图所示

1998年以后的近五年来，我国DM（价格（元/吨）和产量不断增长，国内DMC

市场逐步摆脱了对国外市场依赖的局面，这在很大程度对国内DMC的市场价格起

到了稳定的作用。2003年以后，由于国内碳酸二甲酯装置生产能力出现大幅度

的提高，生产能力相友过剩，市场竞争日趋剧烈，价格出现明显下降。

2.4市场分析

碳酸二甲酯的市场现状

（-）碳酸二甲酯的国外市场及预测

目前世界碳酸二甲酯的总生产能力约为17万t/a,产量和消费量约为9万t/a,

主要的生产企业十几家。包括GE（通用电气公司）、EnichemSynthesisSPA

大利）、Bayer（德国）BASF^MitsubishiChemicalCorporation（日本）以及日本宇

部等。全球碳酸二甲酯生产能力分布如下表所示。

2001年世界主要国家和地区碳酸二甲酯生产能力

国家和地区能力/（万t・a”）比例/%

美国7.041.2

西欧2.011.8

日本3.017.6

其他国家和地区5.029.4

合计17100

由表可见，目前世界碳酸二甲酯的生产主耍集中在美国、西欧、口本等国家

和地区，其生产能力占全球总量的70%以上。

2001年世界碳酸二甲酯的产量和消费量约9万3主