年产6万吨硫酸二甲酯工艺设计.doc

1、目录.设计任务书 .12.工艺路线的选择 .32.1 合成方法的选择 .32.2 生产原理 .32.3 工艺流程的确定 .43.物料衡算 .94.热量衡算 .105.典型设备吸收塔的设计 .115.1 设备设计 .115.2 选型设计计算 .115.3 典型设备图(附图二) .126.投资与成本估算 .146.1 车间装置人员配置表 .146.2 设备投资 .146.3 投资估算及分析 .206.4 项目效益和风险分析 .217.厂房布置及生产车间的组成 .227.1 厂房设计要求 .227.2 水电要求 .227.3 生产车间的组成 .228.安全环保生产要求 .238.1 安全生产 .23

2、8.2 三废处理 .26致谢 .28参考文献 .29附图 .301年产 6 万吨硫酸二甲酯工艺设计及吸收塔设计.设计任务书1.1 项目硫酸二甲酯的工艺设计1.2 设计内容生产工艺设计设计典型设备吸收塔1.3 设计规模年 产 ： 60000 吨的硫酸年生产日 ： 300 天。日生产能力： 200 吨( 日均生产 24 小时，每小时生产 8.3 吨1.4 设计依据该设计说明书是依据富驰化工医药股份有限公司的生产资料,并结合设计任务书的内容和生产管理规范的相关文件而设计的。1.5 产品用途产品广泛用于医药、农药及其他工业行业，是良好的甲基化剂，用于制造二甲基亚矾、咖啡因、香草醛、氨基比林、甲氧氨苄嘧

3、啶和农药乙酰甲胺磷等，在有机合成中，用于代替卤化烷作甲基化剂。1.6 原料介绍1.6.1 硫酸应符合 GB534-82 的规定含量98.0%，灼烧残渣含量0.10% 1.6.2 甲醇应符合 GB333-35 的规定，但也可以使用工业回收甲醇，要求含量298.0% ，外观无色透明1.6.3 硫酸氢甲酯硫酸氢甲酯的比重要求为 1.551.66（25） 。配制方法：a.耐酸容器中置于一定量的甲醇，其量按配制的氢甲酯的量定。b.向甲醇内加入 98%的硫酸，要求混合液的温度不超过 70，必要时容器夹套水冷却，加酸时不宜太快，一般要保持 12 小时以上。c.混合液体比重达到要求是停止加酸，为保证其较好的催

4、化活性，至少应静置三天后使用。 11.6.4 生产辅助材料a.氢氧化钠固体 98%以上含量使用时，配制 10%左右的溶液要求PH12。b.液氨符合 GB536-88，一级品的含量99.8%液体不水氨。c.无水乙醇。d.自行配制 0.5mol/l 的氢氧化钾的乙醇溶液。e 润滑油类。 21.7 产品介绍 1.7.1 产品名称中文名称 硫酸(二) 甲酯 英文名称 methyl sulfate；dimethyl sulfate 别名：硫酸甲酯分子式：C 2H6O4S；(CH3)2SO4危险标记 13(剧毒品) ，20( 腐蚀品) 31.7.2 产品理化性能无色或微黄色，略有葱头气味的油状可燃性液体。

5、硫酸二甲酯分子量126.14。相对密度 1.3322(20/4)。熔点 31.8 。沸点 188/开环。闪点 83.33。自燃点 187.78。蒸气密度 4.35。蒸气压 2.00kPa(15mmHg 76) 。溶于乙醇和乙醚,在水中溶解度 2.8g/100ml。在 18易迅速水解成3硫酸和甲醇。在冷水中分解缓慢。遇热、明火或氧化剂可燃。 41.8 技术指标(企业指标)表 1 硫酸二甲酯产品应达标要求指 标指标名称一级品 合格品硫酸二甲酯含量(CH 3)2SO4/% 98.5% 98.0%酯含量(以 H2SO4 计)/% 0.6% 0.8%1.9 生产方式该车间设计为产量较小的精细化工产品，故

6、采用下单投料生产包装出厂间连续批量生产。2 工艺路线的选择2.1 合成方法的选择硫酸二甲酯的合成方法很多，如钠盐法、无水硫酸与甲醇直接反应法、二甲醚与三氧化硫合成法、氯磺酸合成法、硫酸氢甲酯法等。但除二甲醚与三氧化硫合成法外，都存在着产品收率低，原材料消耗大、设备腐蚀严重等问题。本设计中采用二甲醚和三氧化硫反应来生产硫酸二甲酯。先由甲醇脱水得到二甲醚。再将 25%发烟硫酸加热蒸出三氧化硫气体，用硫酸二甲酯喷淋吸收。吸收了三氧化硫的硫酸二甲酯与二甲醚气体在合成塔反应，即生成硫酸二甲酯。工业品硫酸二甲酯的纯度98%。原料消耗定额：甲醇 550kg/t、发烟硫酸（25%）3000kg/t。 52.2

7、 生产原理（1）甲醇催化脱水反应： 64CH3HSO 42CH3 OH （CH 3） 2O + H2O130140H=1.775KCaL/moL（2）硫酸二甲酯的合成反应： 7（CH 3） 2 SO 4（CH 3） 2 O + SO3 （CH 3） 2 SO 47090H=-44.89KCaL/moL（3）二甲酯合成副反应：SO3 + H2O + （ CH3） 2 SO 4 2 CH3HSO 42 CH3HSO 4 （CH 3） 2 SO 4 + H2SO 4（4） 甲醇脱水的主要反应： 82CH3OH C2H4 + 2H2O2.3 工艺流程的 确定硫酸二甲酯的合成方法很多，如钠盐法、无水硫酸

8、与甲醇直接反应法、二甲醚与三氧化硫合成法、氯磺酸合成法、硫酸氢甲酯法等。但除二甲醚与三氧化硫合成法外，都存在着产品收率低，原材料消耗大、设备腐蚀严重等问题。2.3.1 工艺流程简述a.采用二甲醚和三氧化硫合成二甲脂的工艺路线，二甲醚的本源由甲醇催化脱水制得，该工艺有合成效益高，成品杂质含量少的特点，这样避免复杂的硫酸二甲脂净化操作，只5要通过简单的精馏，就可以制得质量较高的成品，这对于安全生产和防止环境污染是具有积极意义的。 9b.二甲醚是由甲醇催化脱水制得，借助催化剂进行，这个方法的特点是副反应少，即使转化率并不十分高，但是未反应的甲醇和反应以后的水份自气相的二甲醚中分离比较容易，因此操作步

9、骤简单，分离效果好。c.三氧化硫来自发烟硫酸，含量在 7%左右，在吸收塔中三氧化硫被二甲脂的母液吸收，大量的惰性气体在塔顶放空，因而塔直径和循环母液量较大。2.3.2 生产工艺流程（1）甲醇的气化精甲醇自高位槽经流量计进入汽化器，在加热至（蒸汽加热）至7080时，甲醇气化器，不挥发杂质后留在汽化器内需要定期清洗。（2）甲醇催化脱水甲醇催化脱水是在三台 2000L 的转化器内进行，反应器内填有12001500 的 CH3HSO 4 做催化剂，当催化剂温度控制在 115时，甲醇气体自底部进入反应器，均匀鼓泡，脱水而生成（CH3）2O，故转化器出口的气体成分主要有（CH3）2O，H2O,CH3OH

10、正确控制工艺条件时，其转化率可达 80%左右。(3).醚化气的净化醚化气在除沫器中分离去部分所带来强酸性液体后，进入碱洗槽底部，醚化气在 510%氢氧化钠的溶液层中均匀鼓泡，酸性液沫成为钠盐进入溶液中，中型的醚化气自碱洗槽出来后进入水冷器.为了防止甲醇和二甲醚气体溶解碱汽液中，在碱性过程中，汽体和气体的温度必须保持 70以上，随着碱汽操作的运行，汽液中氢氧化钠的含量逐步降低待汽液接近中性时，应及时更换洗液。(4).二甲醚干燥洗去酸性液体沫的醚化气先通过，以常温水为中介的冷凝器，醚化气中绝大部分的水和甲醇，在冷凝器中凝为液体的液甲醇自气相中分离出来，这种淡甲醇常温比重约：0.95，除甲醇外，其中

11、还溶解了一定量的二甲醚，6收集在淡甲醇储槽中，送回淡甲醇精馏回收甲醇，自水冷器出来的气体，基本是二甲醚，温度约 35左右，但是还剩有一定的甲醇和水蒸气，还需要进一步在氨冷器中降温分离。二甲醚气体在水冷器出来后，直接进入以液氨为冷却介质的氨冷器在其中降至 010，残余的甲醇和水几乎全部自气相中被分离出来，二甲醚气体经甲醚分离器进行一步分离淡甲醇以后，送往酯化循环槽，冷凝下来的谈甲醇含有约 40%水分和 10%以上的二甲醚，收集在淡甲醇储槽中，送回淡甲醇精馏回收甲醇(5)三氧化硫的吸收一级吸收塔 B 使用来自硫酸车间的转化器三段出口，含 7%SO3 的转化气。由 SO3 吸收塔底部进入一吸塔内，在

12、其上升通过填料层时被硫酸二甲酯母液吸收，成为含三氧化硫的硫酸二甲酯溶液。该吸收 SO3 后的二甲酯溶液酸度控制在 10-12%（按硫酸含量计） 。三氧化硫和硫酸二甲酯几乎是互溶的，因此其溶解度主要决定于温度，在上述操作温度下，1 份硫酸二甲酯大约可以溶解 2 份三氧化硫（以重量计） 。SO 3 温度很高且吸收操作是放热的，循环泵和吸收塔之间置有水冷器，可通过水冷，一级吸收系统B 的温度为 7085 。气体经过一级吸收塔后，从一吸塔顶进入二级吸收塔底与硫酸二甲酯母液中进一步混合以除去气体中含有的 SO3。该二吸系统中应通过水冷器调节使得 SO3 的吸收温度低，尽可能使得排放尾气中 SO3 含量最

13、低，保持二级吸收系统的温度为 30-60。同时二级吸收系统中的二甲酯溶液酸度控制在 10%以下以充分吸收 SO3。N 2 等惰性气体将经过除沫层，分离夹带雾沫后，排入大气。一吸塔 A 使用来自硫酸五热出口的转化气，SO 3 含量为 1.5%，气体经过该吸收塔吸收除沫后直接放空。一吸系统 A 酸度控制在 1012%，吸收温度控制为 3050。(6)硫酸二甲酯的合成硫酸二甲酯的合成是酯化塔内进行的，除酯化外旁边没有循环槽和循环泵，循环槽内储有吸收了 SO3 的母液，通过泵进入塔顶经分布器、调料、均匀下塔，汇集塔底，流入循环槽。有转化过来的二甲醚气体经循环槽进行一次鼓泡合成后，有塔底进入7塔内，在上

14、升过程中通过填料层与 SO3-(CH3)SO4 母液进行合成反应，生成(CH3)2SO4 流入槽内，随着反应过程的继续，溶在（CH 3） 2SO4 的 SO3 不断减少，而二甲酯的量不断增加，等增长到一定的量是，根据生产的条件可暂时吸收，降低游离 SO3，待达到要求是可将槽内粗制品打入粗制槽，然后将吸收槽的母液串入部分至酯化槽进行下一段生产。(7)粗制品精馏硫酸二甲酯的精制采用简单蒸馏，粗制品投入两台 2000L 蒸发锅内，在真空度达到-750mmhg 高时温度达到 120时，开始受热气化，随着过程的继续，锅内物料组成变化，蒸发与硫酸氢甲酯的残渣留在锅内，气化的二甲酯经水冷器冷却至 40以下时

15、为液体，经过处理后排掉，继续投料进行下一次蒸发。真空的制造：采用水力真空和蒸汽喷射的二级真空。（8）设备参数主要技术控制指标表 2 硫酸二甲酯生产指标控制项目 控制点 控制指标 时间间隙 控制人口醚化锅 115-145 每小时 粗制工汽化器 70-80 每小时 粗制工碱洗槽 =70 每小时 粗制工水冷器出口 5 每小时 粗制工氨冷气出口 5-10 每小时 制冷工酯化塔出口 85-95 每小时 粗制工酯化塔进口 85-95 每小时 粗制工酯化槽 95-105 每小时 粗制工吸收塔进口 60-65 每小时 粗制工吸收塔出口 80-85 每小时 粗制工吸收槽 85-95 每小时 粗制工蒸发锅 120

16、-145 每小时 精制工再沸腾 80-90 每小时 粗制工温度/精馏塔顶 70 每小时 粗制工8真空度 750mmhg 每小时 精制工二甲醚气压 20-80mmhg 每小时 粗制工压力进车间蒸汽压力 4-6kgf/m 每小时 班长吸收酯化 11-16 每小时 精制工粗制精制 =3%,0.6% 每小时 粗制工 精制工10甲醇液体甲醇蒸汽二甲醚气体70-801155水蒸汽硫酸氢甲酯二甲醚气体70以上5-10%NaOH（甲醇气化） （除酸性物质）二甲醚气体水冷器（粗略除去水份和乙醇）二甲醚气体氨冷器（进一步除去水份和乙醇）（甲醇脱水）0-10出来约35SO3 气体SO3-(CH3)SO4 二甲酯母液（SO 3 气体的吸收）硫酸二甲酯粗产品水冷保持 70-80纯度为 98.5%硫酸二甲酯产品真空度-750mmhg，120然后水冷至40以下（二甲酯的精制）