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年产55万吨甲醇工艺设计课程设计l
化工设计课程设计
题 目:年产5.5万吨甲醇工艺设计
院 系:
专 业:
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学生姓名:
指导教师:
目录
一、 设计说明书 1
二、 工艺流程设计 6
三、 物料能量衡算 7
四、 设备计算 10
五、工艺条件 23
六、原料消耗 23
七、三废排放 24
八、设备一览表 25
九、平立面布置 26
参考文献 27
设计说明书
1.1 甲醇的性质
甲醇是最简单的化学品之一,是最重要的化工基础原料和清洁液体燃料,广泛应用于有机合成、染料、医药、农药、涂料、汽车和国防等工业中。甲醇是最早由木材和木质素干馏制得,故俗称木醇。
1、甲醇的物理性质
甲醇是最简单的饱和脂肪酸,分子式CH3OH,相对分子质量32.04。甲醇分子中的碳原子和氧原子的成键轨道为四面体结构的SP3杂化轨道,相互重叠结合成C—O键。而O—H键是氧原子的一个SP杂化轨道和氢原子的1S轨道相互重叠,氧原子的两对未共用电子分别占据其他的两个SP3 杂化轨道。
常温常压下,纯甲醇是无色透明,易挥发、可燃,略带醇香味的有毒液体。甲醇可以和水以及乙醇、乙醚等许多有机液体无限互溶,但不能与脂肪烃类化合物相互溶。甲醇蒸气和空气混合能形成爆炸性混合物,爆炸极限为6.0%~36.5% (体积)。甲醇的一般性质见表1-1
表1-1 甲醇的物理性质 序号 项目 单位 数值 1 沸点 ℃ 64.5-64.7 2 凝固点 ℃ -97--97.8 3 闪点 ℃ 12(闭口)-16(开口) 4 自燃点 ℃ 473(空气中)-461(氧气中) 5 蒸汽压力(20℃) Pa 11825 6 临界压力 MPa 7.95 7 临界温度 ℃ 240 8 燃烧热(25℃液体) KJ/mol 726.55 9 蒸发潜热(64.7℃) KJ/mol 35.3 10 液体热容(20-25℃) KJ/mol·℃ 2.51-2.53 11 气体热容(77℃) KJ/mol·℃ 1.63 12 爆炸上限 % 36.5 13 爆炸下限 % 6 14 最小点火能量 MJ 0.216
2、甲醇的化学性质
甲醇具有脂肪醇的化学性质,即可进行氧化、酯化、羰基化,氨化、脱水等反应。甲醇裂解产生CO和H2,是制备CO和H2的重要化学方法。
(1)氧化反应 甲醇在电解银催化剂上可被空气氧化成甲醛,是重要的工业制备甲醛的方法。
CH3OH+ 0.5 O2→HCHO + H2O
甲醇完全燃烧时氧化成Co和HO,放出大量的热:
CH3OH + O→CO2+ H2O + 726.55 kJ/mol
(2)酯化反应 甲醇和硝酸作用生成硝酸甲酯
CH3OH +HNO3→CH3 NO3+ H2O
(3) 羰基化反应 甲醇和光气发生羰基化反应生成氯甲酸甲酯,进一步反应生成碳酸二甲酯:
CH3OH + COCl2→CH3O COCl + HCl
CH3O COCl + CH3OH→(CH3O)2CO
(4) 胺化反应 在压力5~20Mpa,温度370~420℃下,以活化氧化铝或分子筛催化剂,甲醇和氨发生反应生成一甲胺,二甲胺和三甲胺的混合物,经精馏分离可得一甲胺,二甲胺和三甲胺一甲胺,二甲胺和三甲胺产品。
CH3OH + NH3→CH3NH2 + H2O
2CH3OH + NH3→(CH3)2 NH + 2H2O
3CH3OH + NH3→(CH3)3 + 3H2O
(5)脱水反应 甲醇在高温和酸性催化剂如ZSM-5,r-Al2O3 作用下分子间脱水生成二甲醚:
2CH3OH→(CH3)2O+ H2O
(6)裂解反应 在铜催化剂上,甲醇可裂解成CO和H2:
CH3OH→CO + H2
(7) 氯化反应 甲醇和氯化氢在Zn/ZrO催化剂上发生氯化反应生成一氯甲烷:
CH3OH + HCl→CH3Cl + H2O
氯甲烷和氯化氢在CuCl2/ ZrO2催化剂作用下进一步发生氧氯化反应生成二氯甲烷和三氯甲烷。
CH3OH + HCl + 0.5O 2→CH2Cl 2 + H2O
CH3Cl2 + HCl + 0.5O 2→CHCl3 + H2O
(8 ) 其他反应 甲醇和苯在3.5MPa,350~380℃反应条件下,在催化剂的作用下可生成甲苯:
CH3OH + C6H6→C6H5 CH3 + H2O
220℃,20MPa下,甲醇在钴催化剂的作用下发生同系化发反应生成乙醇:
CH3OH + CO + H2→CH3 CHOH + H2O
1.2甲醇的用途
甲醇是一种重要的有机化工原料,应用广泛,可以用来生产甲醛,合成橡胶、甲胺、对苯二甲酸二甲酯、甲基苯烯酸甲酯、氯甲烷、醋酸、甲基叔丁基醚等一系列有
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