研究意義及現(xiàn)狀
塑料在建筑、交通、航空、電器、日用家具等領(lǐng)域中應(yīng)用越開越廣，但由于塑料的可燃性而造成的火災(zāi)事故也日益成為一個重大的問題，因而阻燃劑的研究與生產(chǎn)發(fā)展速度突飛猛進(jìn)。有機(jī)磷系阻燃劑的阻燃性能優(yōu)良，對環(huán)境較友好，在阻燃劑領(lǐng)域備受關(guān)注并極具發(fā)展前景，在我國具有較大的發(fā)展?jié)摿涂臻g。但是由于有機(jī)磷系阻燃劑自身的一些缺陷，熱：多為液體、揮發(fā)性大、發(fā)煙量大、熱穩(wěn)定性較差等，促使其應(yīng)用受到了限制。因此，對有機(jī)磷系阻燃劑的研究還有待繼續(xù)加強(qiáng)。磷酸三苯酯是用途廣泛，應(yīng)用效果良好的阻燃劑之一，可作為纖維素樹脂、乙烯基樹脂、天然橡膠和合成橡膠的阻燃性增塑劑，其阻燃率高，阻燃產(chǎn)品具有良好的力學(xué)性能保持率、透明性、柔軟性和韌性。隨著我國對塑料應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大和深入，磷酸三苯酯的需求量將會越來越大。因此，磷酸三苯酯的生產(chǎn)具有極其廣闊的市場前景。
目前國內(nèi)只有少量工業(yè)用磷酸三苯酯的生產(chǎn)、使用廠家，而且，在進(jìn)出口貿(mào)易也很少。因此，磷酸三苯酯的市場完全需要開拓。
研究方案
本課題遵循的設(shè)計原則和指導(dǎo)思想：
(1)大力推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，積極采用新工藝、新技術(shù)，解決以往陳舊工藝的缺點和弊端。
(2) 設(shè)計中盡一切努力節(jié)能降耗，節(jié)約用水，提高水的重復(fù)利用率，減少一次水的用量。
(3) 設(shè)計中選用環(huán)保生產(chǎn)工藝路線，生產(chǎn)過程中盡量減少“三廢”排放，同時三廢治理要做到同時設(shè)計、同時施工、同時投產(chǎn)、并考慮環(huán)保的綜合治理
生產(chǎn)方法
苯酚﹑氫氧化鈉﹑三氯氧磷摩爾配比為0.90:0.99:0.33在二氯甲烷作為有機(jī)溶劑的有機(jī)相中進(jìn)行酯化反應(yīng)，生成磷酸三苯酯。采用間歇操作，反應(yīng)方程式：
3c6h5oh + 3naoh +pocl—→3h2o +3nacl +po(c6h5o)3
預(yù)期目標(biāo)
生產(chǎn)工藝具有反應(yīng)溫度低、反應(yīng)速度快﹑合成工藝綠色環(huán)保﹑工藝簡單﹑能耗低﹑產(chǎn)品收率高成本低廉且易工業(yè)化等優(yōu)點，合成的磷酸三苯酯達(dá)到規(guī)格，收益良好。
進(jìn)度安排
2.26~3.22：分析課題，收集相關(guān)資料，查閱中英文文獻(xiàn)，確定初步的生產(chǎn)工藝，并完成開題報告;
3.23~4.23：由確定的生產(chǎn)工藝初步開始物料衡算，能量衡算，從而確定設(shè)備的的型號。最后進(jìn)行投資估算。
4.24~5.25：撰寫畢業(yè)設(shè)計論文，提交初稿，同時不斷修改、完善論文;
5.25~5.30：準(zhǔn)備ppt及畢業(yè)論文答辯。
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一、課題的目的與意義
二甲醚又稱甲醚，簡稱DME，分 子 式：CH3OCH3 ，結(jié) 構(gòu) 式：CH3—O—CH3 。二甲醚在常溫常壓下是一種無色氣體或壓縮液體，具有輕微醚香味。相對密度(20℃)0.666，熔點-141.5℃，沸點-24.9℃，室溫下蒸氣壓約為0.5MPa，與石油液化氣(LPG)相似。溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多種有機(jī)溶劑。易燃，在燃燒時火焰略帶光亮，燃燒熱(氣態(tài))為 1455kJ/mol。常溫下DME具有惰性，不易自動氧化，無腐蝕、無致癌性，但在輻射或加熱條件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等。
二甲醚是醚的同系物，但與用作麻醉劑的乙醚不一樣，卻具有神經(jīng)毒性;能溶解各種化學(xué)物質(zhì);由于其具有易壓縮、冷凝、氣化及與許多極性或非極性溶劑互溶特性，廣泛用于氣霧制品噴射劑、氟利昂替代制冷劑、溶劑等，另外也可用于化學(xué)品合成，用途比較廣泛。
二甲醚作為一種基本化工原料，由于其良好的易壓縮、冷凝、汽化特性，使得二甲醚在制藥、燃料、農(nóng)藥等化學(xué)工業(yè)中有許多獨特的用途。如高純度的二甲醚可代替氟里昂用作氣溶膠噴射劑和致冷劑，減少對大氣環(huán)境的污染和臭氧層的破壞。由于其良好的水溶性、油溶性，使得其應(yīng)用范圍大大優(yōu)于丙烷、丁烷等石油化學(xué)品。代替甲醇用作甲醛生產(chǎn)的新原料，可以明顯降低甲醛生產(chǎn)成本，在大型甲醛裝置中更顯示出其優(yōu)越性。作為民用燃料氣其儲運、燃燒安全性，預(yù)混氣熱值和理論燃燒溫度等性能指標(biāo)均優(yōu)于石油液化氣，可作為城市管道煤氣的調(diào)峰氣、液化氣摻混氣。也是柴油發(fā)動機(jī)的理想燃料，與甲醇燃料汽車相比，不存在汽車?yán)鋯訂栴}。它還是未來制取低碳烯烴的主要原料之一。由于石油資源短缺 、煤炭資源豐富及人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，二甲醚作為從煤轉(zhuǎn)化成的清潔燃料而日益受到重視，成為2010年來國內(nèi)外競相開發(fā)的性能優(yōu)越的碳一化工產(chǎn)品。作為 LPG和石油類的替代燃料，二甲醚是具有與LPG的物理性質(zhì)相類似的化學(xué)品，在燃燒時不會產(chǎn)生破壞環(huán)境的氣體，能便宜而大量地生產(chǎn)。與甲烷一樣，被期望成為21世紀(jì)的能源之一。
二、研究現(xiàn)狀和前景展望
1.研究現(xiàn)狀
目前DME的制取工藝有合成氣一步法以及甲醇兩步法，其中兩步法包括甲醇液相法以及氣相法。甲醇液相硫酸催化法和甲醇?xì)庀喾ㄖ迫《酌训纳a(chǎn)技術(shù)較為成熟，兩種方法均有工業(yè)裝置運轉(zhuǎn)。
甲醇脫水法以精甲醇為原料，脫水反應(yīng)副產(chǎn)物少，二甲醚純度高達(dá)99%，使用于有較高要求的氣霧產(chǎn)品，也可以用作制冷劑或醫(yī)用氣霧劑的拋射劑5，且三廢排放少。該工藝比較成熟，可以依托老企業(yè)建設(shè)新裝置，也可單獨建廠生產(chǎn)。但該方法要經(jīng)過甲醇合成、甲醇精餾、甲醇脫水和二甲醚精餾等工藝，流程較長，因而設(shè)備投資大，產(chǎn)品成本高，受甲醇市場波動的影響也比較大。
合成氣法生產(chǎn)二甲醚的生產(chǎn)工藝在淤漿床中，反應(yīng)溫度分布均勻，熱平衡較易控制，操作簡單且穩(wěn)定性好，生產(chǎn)成本低。合成氣法所用的合成氣可由煤、重油、渣油氣化以及天然氣轉(zhuǎn)化制得，原料經(jīng)濟(jì)易得，因而該工藝可用于化肥廠和甲醇廠。這些工廠可將甲醇裝置適當(dāng)改造用于生產(chǎn)二甲醚，形成規(guī)模生產(chǎn)。目前一步法生產(chǎn)二甲醚面臨的關(guān)鍵問題是：需要高效低價的煤制氣工藝及設(shè)備;需要能滿足大型化二甲醚生產(chǎn)的反應(yīng)器;解決以煤為原料制二甲醚生產(chǎn)過程中CO2的利用問題; 相關(guān)催化劑的開發(fā)與生產(chǎn);成熟而經(jīng)濟(jì)的二甲醚分離提純技術(shù)。
2.前景展望
目前，盡管二甲醚產(chǎn)品供大于求，二甲醚在推廣應(yīng)用上遇到一定的困難，但從以下幾方面分析，總體上對二甲醚行業(yè)來講是機(jī)遇大于挑戰(zhàn)。
( 1) 在2009 年5 月18 日國務(wù)院辦公廳下發(fā)的石化行業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃中，已將煤制二甲醚列為重點抓好的五類示范工程之一，說明利用煤炭高效清潔轉(zhuǎn)化生產(chǎn)二甲醚已引起國家的高度重視。國家發(fā)改委發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)煤化工項目建設(shè)管理，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》中要求一般不應(yīng)批準(zhǔn)規(guī)模在1 000 kt /a 以下的二甲醚項目，這對于遏制盲目擴(kuò)張二甲醚產(chǎn)能、引導(dǎo)二甲醚產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展、保持二甲醚市場的相對穩(wěn)定將起到積極的作用。
( 2) 2010 年9 月2 日，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局和中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理
委員會2010 年第4 號( 總第159 號) 文( 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)批準(zhǔn)發(fā)布公告) 聯(lián)合批準(zhǔn)發(fā)布了編號為GB 25035—2010 的《城鎮(zhèn)燃?xì)庥枚酌选穱覙?biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)對二甲醚作為城鎮(zhèn)燃?xì)馐褂玫馁|(zhì)量要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標(biāo)志、包裝、運輸和儲存提出了嚴(yán)格的規(guī)定，已于 年7 月1 日起實施。這使得二甲醚作為城鎮(zhèn)燃?xì)馐褂糜蟹裳?，二甲醚大?guī)模進(jìn)入民用燃?xì)馐袌鲇辛撕戏ǖ纳矸荨?/p>
( 3) 經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，財政部、稅務(wù)總局聯(lián)合發(fā)布通知，為支持和促進(jìn)二甲醚的推廣使用，自2008 年7 月1 日起，二甲醚按13% 的增值稅稅率征收增值稅，稅收上對二甲醚生產(chǎn)企業(yè)給予了一定的優(yōu)惠。這意味著政府已加大對替代能源———二甲醚的扶持力度。
( 4) 隨著二甲醚在城市公交車、出租車上的成功推廣使用和相應(yīng)配套設(shè)施的建立和完善，二甲醚需求量會大幅增加，將為二甲醚提供一個穩(wěn)定的大市場。
( 5) 中國城市燃?xì)鈪f(xié)會二甲醚專業(yè)委員會的成立，對促進(jìn)二甲醚作為城鎮(zhèn)民用燃?xì)獾倪M(jìn)程將發(fā)揮積極的作用。
( 6) 隨著國際原油價格的瘋漲，我國作為一個石油進(jìn)口大國，無疑會帶來較大的能源安全風(fēng)險。在此情況下，國家發(fā)展和改革委辦公廳[2006] 1404 號文已將發(fā)展二甲醚煤基醇醚燃料列為緩解石油供應(yīng)短缺、高油價矛盾替代工作的重點，這無疑為二甲醚行業(yè)帶來了良好的發(fā)展商機(jī)。
三、課題主要內(nèi)容、擬解決的問題、研究特色和創(chuàng)新之處
1.主要內(nèi)容
如圖所示，甲醇經(jīng)過處理后進(jìn)入二甲醚合成塔中反應(yīng)，得到的產(chǎn)物中主要含有二甲醚、甲醇以及水分，將產(chǎn)物送入二甲醚精餾塔中進(jìn)行精餾分離。由于分離體系中的泡點的不同，二甲醚泡點最低，故得到的輕組分為二甲醚，從塔頂分離出來，而甲醇和水分則從塔底從來。重組分中含有大量的未被反應(yīng)的甲醇，再送進(jìn)甲醇回收塔中進(jìn)行分離，得到較純的甲醇再次循環(huán)利用。
本次畢業(yè)設(shè)計中應(yīng)用的物料衡算是工藝設(shè)計的基礎(chǔ)，根據(jù)所需設(shè)計項目的年產(chǎn)量，通過對全過程或單元過程的物料衡算，可以計算出原料的消耗量、副產(chǎn)品量及輸出過程物料的損耗量等;并在此基礎(chǔ)上作能量衡算，計算出蒸汽、水、電、煤或者其他燃料的消耗定額;最終可以根據(jù)這些計算確定所生成產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。同時根據(jù)物料衡算所得的各單元設(shè)備的物流量及其組成、能量負(fù)荷及其等級，對生產(chǎn)設(shè)備和輔助設(shè)備進(jìn)行選型或者設(shè)計，從而對過程所需設(shè)備的投資及其項目可行性進(jìn)行估價。
2.需解決的問題
本次設(shè)計的流程有多種，根據(jù)對三廢排放、節(jié)能節(jié)源的比較，選擇工藝流程，并通過對精餾塔的比較以及對于經(jīng)濟(jì)效益的比較，選擇本次精餾塔的類型，并且根據(jù)自己對整個流程的了解畫出本設(shè)計的物料流程圖，最后通過計算機(jī)繪制精餾工段的物料流程圖、精餾設(shè)備的控制流程圖、精餾塔的設(shè)備圖、±0.00平面的設(shè)備布置圖;用A2圖紙手工繪制二甲醚精餾工段的物料流程圖、預(yù)塔冷卻器的控制流程圖、預(yù)塔冷卻器的設(shè)備圖、±0.00平面的設(shè)備布置圖。
3.特色和創(chuàng)新
本設(shè)計考慮到原料的充分利用，即將未被反應(yīng)的甲醇通過回收循環(huán)利用，這樣，既能減少原料的損耗，同時也符合經(jīng)濟(jì)效益。同時，被設(shè)計中二甲醚采用的是甲醇?xì)庀喾?，其?yōu)點：
生產(chǎn)二甲醚的原料可為精甲醇或粗甲醇， 蒸汽消耗和生產(chǎn)成本較低。
二甲醚反應(yīng)器是列管式反應(yīng)器，反應(yīng)溫度易控制，且催化劑在反應(yīng)器中分布較均勻。
采用先進(jìn)塔器內(nèi)件和分離工藝， 回收效果好， 流程簡化， 醇耗低。
四、研究方法、步驟和措施
查閱并收集與畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容相關(guān)的資料，認(rèn)真總結(jié)，完成文獻(xiàn)綜述;同時根據(jù)文獻(xiàn)綜述的詳細(xì)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)歸納，完成開題報告。
嘗試通過ASPEN PLUS，對甲醇精餾流程進(jìn)行全流程模擬;對單個設(shè)備預(yù)塔冷卻器進(jìn)行設(shè)計和模擬，并分析其操作影響因素從而得到一個較為可行性的優(yōu)化方案。
對全流程進(jìn)行物料衡算、能量衡算，并對所使用的換熱器的設(shè)備尺寸進(jìn)行計算，從而繪制工藝流程圖。p副標(biāo)題e
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綜述本課題研究動態(tài)、選題目的及意義 研究動態(tài)：
類比圖像是以日常事物和生活情景為主要內(nèi)容，并且能夠?qū)崿F(xiàn)類比作用的圖像。目前，圖像系統(tǒng)包括類比圖像、模型圖像、演示圖像等。其中類比圖像是以日常事物和生活環(huán)境(類比物)中學(xué)習(xí)者所熟悉的內(nèi)容為依托來實現(xiàn)類比作用的圖像，并且與類比的概念(標(biāo)準(zhǔn)物)具有表面、結(jié)構(gòu)或功能上的相似性。對于美國高中化學(xué)教材(《化學(xué)：概念與應(yīng)用》)中的類比圖像設(shè)計很有特色，對于我國的化學(xué)教育者設(shè)計類比圖像有一定的啟示。
目的及意義：
教科書的插圖功能作出明確界定,插圖分別具有表征、解釋、組織、轉(zhuǎn)換和裝飾等5種功能。圖像類比含有解釋功能,不僅避免冗長的文字?jǐn)⑹?而且以直觀、簡明的特點傳遞復(fù)雜、抽象的科學(xué)概念,對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程有正面幫助。在教科書中使用圖像類比,有助提高教師教學(xué)活動的質(zhì)量和學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)成效。新的教材觀認(rèn)為教科書只是提供教學(xué)范例和素材的文本,其價值在于內(nèi)容的動態(tài)生成。但是教科書作為師生互動的、最有影響力的教學(xué)資料,圖像類比的使用情況具有不容低估的意義。
研究基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
一、經(jīng)過廣泛查閱相關(guān)資料選定化學(xué)教學(xué)方法
二、工藝設(shè)計
1、選定工藝的概述(意義、前景、詳細(xì)工藝流程等)
2、(1)物料衡算并繪制物料流程圖;
(2)對換熱器進(jìn)行熱量衡算，計算出換熱面積;
(3)主要設(shè)備選型說明;
(4)填寫設(shè)備一覽表。
三 、繪制管道及儀表流程圖
(1)計算主要管道的管徑;
(2)設(shè)計控制方式;
(3)繪制管道及儀表流程圖。
四、用aspen plus軟件進(jìn)行流程模擬
研究方法、步驟及措施 方法： 1 、調(diào)查研究 2、 設(shè)計 3、 模擬與論證
步驟： 1、通過調(diào)查研究選定工藝設(shè)計的方法 2、對選定的工藝方法進(jìn)行
設(shè)計 3、運用aspen plus軟件進(jìn)行流程模擬
措施： 1、廣泛查閱相關(guān)資料 2、運用aspen plus、cad、chem office軟件進(jìn)行相關(guān)計算、制圖。
研究進(jìn)度計劃
XX年12月之前： 確定研究課題，進(jìn)一步查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，完成開題報告。
XX年3月30日前： 完成設(shè)計初稿，提交指導(dǎo)教師。
XX年4月20日前： 完成設(shè)計第二稿，提交指導(dǎo)教師。
XX年5月10日前： 完成設(shè)計第三稿，提交指導(dǎo)教師，準(zhǔn)備答辯。
XX年5月25日前： 根據(jù)答辯意見，修改論文。
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