開題報告課題名稱 年產(chǎn) 1.5 萬噸碳酸二甲酯化工廠的設(shè)計課題來源 課題類型 指導(dǎo)教師姓 名 學(xué) 院 專業(yè)年級選題的背景和意義：碳酸二甲酯是重要的有機(jī)化工原料之一，具有有機(jī)合成的新基石和綠色化工產(chǎn)品之稱，在二十一世紀(jì)將具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來，碳酸二甲酯作為環(huán)保性綠色化工產(chǎn)品，受到國內(nèi)外廣泛的關(guān)注。由于其獨特的分子結(jié)構(gòu)，一方面它有望在諸多領(lǐng)域全面代替光氣、硫酸二甲酯（DMS ） 、氯甲烷、甲酯化及酯交換等反應(yīng)生成多種重要化工產(chǎn)品；另一方面，以碳酸二甲酯為原料可以開發(fā)、制備多種高附加值的精細(xì)專用化學(xué)品 [1-4]，在醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料、染料、潤滑油添加劑、食品增香劑、電子化學(xué)品等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用；第三，其非反應(yīng)性用途如溶劑 [5-8]、溶媒和汽油填加劑等也正在或即將實用化。正是由于它誘人的工業(yè)應(yīng)用前景，世界各國特別是美國、日本、意大利等都在關(guān)注其合成路線的研究和發(fā)展。本項目選擇尿素甲醇直接合成法，以尿素和甲醇為原料，首次用反應(yīng)精餾塔生產(chǎn)碳酸二甲酯。研究的基本內(nèi)容和擬解決的主要問題：研究內(nèi)容：1. 設(shè)計尿素醇解法生產(chǎn)碳酸二甲酯的生產(chǎn)工藝路線；2. 選擇一種合適的催化劑來提高甲醇醇的轉(zhuǎn)化率和碳酸二甲酯的產(chǎn)率；3. 改進(jìn)尿素醇解法的工藝流程來提高乙酸乙酯的產(chǎn)率（反應(yīng)精餾塔，尿素熔融裝置） ；4. 反應(yīng)產(chǎn)物碳酸二甲酯與甲醇容易形成二元共沸物，難以分離，尋找一種合適的方法來分離這兩種物質(zhì)。5. 對碳酸二甲酯生產(chǎn)工藝的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，物料衡算，熱量衡算，主要設(shè)備的計算等。擬解決的問題：1. 選擇一種合適的催化劑來提高尿素的轉(zhuǎn)化率和碳酸二甲酯的產(chǎn)率；2. 改進(jìn)尿素醇解法的工藝流程來提高碳酸二甲酯的產(chǎn)率（反應(yīng)精餾塔，尿素熔融裝置） ；3. 反應(yīng)產(chǎn)物乙酸乙酯與甲醇容易形成二元共沸物，難以分離，尋找一種合適的方法來分離這兩種物質(zhì)。研究方法及措施：1. 工藝部分(1) 通過翻閱大量的文獻(xiàn)資料以及對市場的分析來確定生產(chǎn)碳酸二甲酯的工藝路線；(2) 利用別人研發(fā)出來的最新專利來改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高尿素的轉(zhuǎn)化率與碳酸二甲酯的產(chǎn)率；(3) 對現(xiàn)有工藝流程進(jìn)行大膽創(chuàng)新，突破工藝流程中的幾個瓶頸問題；2. 非工藝部分(1) 用 Aspen 軟件來模擬整個生產(chǎn)流程，并進(jìn)行相應(yīng)的物料衡算，熱量衡算；(2) 運用化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)所學(xué)內(nèi)容，調(diào)查目前的市場行情，對整個項目進(jìn)行建設(shè)投資估算以及投資收益分析；(3) 用 Aspen Plus 軟件對換熱器進(jìn)行模擬，得到相關(guān)數(shù)據(jù)來選擇所需的換熱器；(4) 首先通過 Aspen Plus 軟件模擬精餾塔，計算得到相關(guān)的設(shè)計參數(shù)和物性資料，然后再使用Hydrodyn 和 Mechanic 兩個軟件，對精餾塔進(jìn)行初步設(shè)計。研究工作的步驟、進(jìn)度： 第 7 學(xué)期第 1 周——第 3 周：課題的選定，并擬訂設(shè)計方案；第 7 學(xué)期第 4 周——第 7 周：查閱相關(guān)文獻(xiàn)，書寫開題報告及綜述；第 7 學(xué)期第 8 周——第 10 周：確定工藝路線，設(shè)計工藝流程；第 7 學(xué)期第 11 周——第 14 周：查閱文獻(xiàn)資料，改進(jìn)工藝流程；第 7 學(xué)期第 15 周——第 18 周：用 Aspen 軟件模擬整個流程，得到物料衡算與熱量衡算；第 7 學(xué)期第 19 周——第 21 周：對整個項目進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析、設(shè)備設(shè)計與選型；第 8 學(xué)期第 1 周——第 2 周：數(shù)據(jù)處理整理；第 8 學(xué)期第 3 周——第 7 周：書寫論文階段，論文答辯準(zhǔn)備。主要參考文獻(xiàn)：[1] Michael Ap,Chr Istolpher Lm.Review of dimethyl car2bonate(DMC)manufacture and its characteristics as a fuel additive[J]. Energy Fuel,1997,(11):2～29.[2] Ono Y.Dimethyl carbonate for environmentally beninn reactions[J].Pure Appl Chem,1996,68(2):367～375.[3] 趙天生,韓怡卓,孫予罕,等一種從甲醇和二氧化碳直接合成碳酸二甲酯的方法[P]:CN,1242356.2000-01- 26.[4] Dan Ielle BT,Thomas J,Rosane L,etal.The role of dis2tannoxanes in the synthesis of dimethyl carbonate from carbon diox2ide[J].App l.Catal.A,2003,255(1):93～99.[5] 侯振山,韓布興,劉志敏,等.一種由二氧化碳和甲醇直接合成碳酸二甲酯的方法[P]:CN1368495A.2002-09- 11.[6] 曹發(fā)海,劉殿華,房鼎堿性催化劑作用下CO 2與甲醇直接合成碳酸二甲酯的探索性研究[J]. 化學(xué)世界,2000, 11:594～596.[7] 鐘順和,程慶彥,黎漢生.負(fù)載型Sn 2(OMe)2Cl2/SiO2催化劑的制備、表征與催化合成碳酸二甲酯[J].高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報,2003,24(1):125 ～129.[8] 何永剛,淳遠(yuǎn),朱建華,等.固體堿在二氧化碳-甲醇法合成碳酸二甲酯反應(yīng)中的作用[J]. 無機(jī)化學(xué)學(xué)報, 2000,16(3):477～ 483.指導(dǎo)教師意見：該學(xué)生選題合適，有較強(qiáng)的實際意義和研究價值，查閱了大量的文獻(xiàn)資料，課題設(shè)計合理，技術(shù)路線正確，設(shè)計方案較為科學(xué)，基本符合化學(xué)工程與工藝專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，同意開題！希望該生能按照進(jìn)度安排，認(rèn)真進(jìn)行設(shè)計工作，順利完成畢業(yè)設(shè)計。指導(dǎo)教師 （簽名）專業(yè)系、部意見：專業(yè)系、部領(lǐng)導(dǎo) （簽名） 年 月 日 二級學(xué)院審核意見：二級學(xué)院領(lǐng)導(dǎo) （簽名） 二級學(xué)院（公章） 年 月 日 課題來源：教師科研、企業(yè)生產(chǎn)實際、學(xué)生自立、其他。課題類型：理論研究型、實驗研究型、技術(shù)開發(fā)型、工程設(shè)計型、應(yīng)用型、其他。