丙酮论文的开题报告

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25万吨/年二甲醚精馏系统及二甲醚精馏塔设计

一、课题的目的与意义

二甲醚又称甲醚，简称DME，分 子 式：CH3OCH3 ，结 构 式：CH3—O—CH3 。二甲醚在常温常压下是一种无色气体或压缩液体，具有轻微醚香味。相对密度(20℃)，熔点℃，沸点℃，室温下蒸气压约为，与石油液化气(LPG)相似。溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多种有机溶剂。易燃，在燃烧时火焰略带光亮，燃烧热(气态)为 1455kJ/mol。常温下DME具有惰性，不易自动氧化，无腐蚀、无致癌性，但在辐射或加热条件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等。

二甲醚是醚的同系物，但与用作麻醉剂的乙醚不一样，却具有神经毒性;能溶解各种化学物质;由于其具有易压缩、冷凝、气化及与许多极性或非极性溶剂互溶特性，广泛用于气雾制品喷射剂、氟利昂替代制冷剂、溶剂等，另外也可用于化学品合成，用途比较广泛。

二甲醚作为一种基本化工原料，由于其良好的易压缩、冷凝、汽化特性，使得二甲醚在制药、燃料、农药等化学工业中有许多独特的用途。如高纯度的二甲醚可代替氟里昂用作气溶胶喷射剂和致冷剂，减少对大气环境的污染和臭氧层的破坏。由于其良好的水溶性、油溶性，使得其应用范围大大优于丙烷、丁烷等石油化学品。代替甲醇用作甲醛生产的新原料，可以明显降低甲醛生产成本，在大型甲醛装置中更显示出其优越性。作为民用燃料气其储运、燃烧安全性，预混气热值和理论燃烧温度等性能指标均优于石油液化气，可作为城市管道煤气的调峰气、液化气掺混气。也是柴油发动机的理想燃料，与甲醇燃料汽车相比，不存在汽车冷启动问题。它还是未来制取低碳烯烃的主要原料之一。由于石油资源短缺 、煤炭资源丰富及人们环保意识的增强，二甲醚作为从煤转化成的清洁燃料而日益受到重视，成为2010年来国内外竞相开发的性能优越的碳一化工产品。作为 LPG和石油类的替代燃料，二甲醚是具有与LPG的物理性质相类似的化学品，在燃烧时不会产生破坏环境的气体，能便宜而大量地生产。与甲烷一样，被期望成为21世纪的能源之一。

二、研究现状和前景展望

1.研究现状

目前DME的制取工艺有合成气一步法以及甲醇两步法，其中两步法包括甲醇液相法以及气相法。甲醇液相硫酸催化法和甲醇气相法制取二甲醚的生产技术较为成熟，两种方法均有工业装置运转。

甲醇脱水法以精甲醇为原料，脱水反应副产物少，二甲醚纯度高达99%，使用于有较高要求的气雾产品，也可以用作制冷剂或医用气雾剂的抛射剂5，且三废排放少。该工艺比较成熟，可以依托老企业建设新装置，也可单独建厂生产。但该方法要经过甲醇合成、甲醇精馏、甲醇脱水和二甲醚精馏等工艺，流程较长，因而设备投资大，产品成本高，受甲醇市场波动的影响也比较大。

合成气法生产二甲醚的生产工艺在淤浆床中，反应温度分布均匀，热平衡较易控制，操作简单且稳定性好，生产成本低。合成气法所用的合成气可由煤、重油、渣油气化以及天然气转化制得，原料经济易得，因而该工艺可用于化肥厂和甲醇厂。这些工厂可将甲醇装置适当改造用于生产二甲醚，形成规模生产。目前一步法生产二甲醚面临的关键问题是：需要高效低价的煤制气工艺及设备;需要能满足大型化二甲醚生产的反应器;解决以煤为原料制二甲醚生产过程中CO2的利用问题; 相关催化剂的开发与生产;成熟而经济的二甲醚分离提纯技术。

2.前景展望

目前，尽管二甲醚产品供大于求，二甲醚在推广应用上遇到一定的困难，但从以下几方面分析，总体上对二甲醚行业来讲是机遇大于挑战。

( 1) 在2009 年5 月18 日国务院办公厅下发的石化行业调整和振兴规划中，已将煤制二甲醚列为重点抓好的五类示范工程之一，说明利用煤炭高效清洁转化生产二甲醚已引起国家的高度重视。国家发改委发布的《关于加强煤化工项目建设管理，促进产业健康发展的通知》中要求一般不应批准规模在1 000 kt /a 以下的二甲醚项目，这对于遏制盲目扩张二甲醚产能、引导二甲醚产业有序发展、保持二甲醚市场的相对稳定将起到积极的作用。

( 2) 2010 年9 月2 日，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理

委员会2010 年第4 号( 总第159 号) 文( 中华人民共和国国家标准批准发布公告) 联合批准发布了编号为GB 25035—2010 的《城镇燃气用二甲醚》国家标准，标准对二甲醚作为城镇燃气使用的质量要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和储存提出了严格的规定，已于2011 年7 月1 日起实施。这使得二甲醚作为城镇燃气使用有法可循，二甲醚大规模进入民用燃气市场有了合法的身份。

( 3) 经国务院批准，财政部、税务总局联合发布通知，为支持和促进二甲醚的推广使用，自2008 年7 月1 日起，二甲醚按13% 的增值税税率征收增值税，税收上对二甲醚生产企业给予了一定的优惠。这意味着政府已加大对替代能源———二甲醚的扶持力度。

( 4) 随着二甲醚在城市公交车、出租车上的成功推广使用和相应配套设施的建立和完善，二甲醚需求量会大幅增加，将为二甲醚提供一个稳定的大市场。

( 5) 中国城市燃气协会二甲醚专业委员会的成立，对促进二甲醚作为城镇民用燃气的进程将发挥积极的作用。

( 6) 随着国际原油价格的疯涨，我国作为一个石油进口大国，无疑会带来较大的能源安全风险。在此情况下，国家发展和改革委办公厅[2006] 1404 号文已将发展二甲醚煤基醇醚燃料列为缓解石油供应短缺、高油价矛盾替代工作的重点，这无疑为二甲醚行业带来了良好的发展商机。

三、课题主要内容、拟解决的问题、研究特色和创新之处

1.主要内容

如图所示，甲醇经过处理后进入二甲醚合成塔中反应，得到的产物中主要含有二甲醚、甲醇以及水分，将产物送入二甲醚精馏塔中进行精馏分离。由于分离体系中的泡点的不同，二甲醚泡点最低，故得到的轻组分为二甲醚，从塔顶分离出来，而甲醇和水分则从塔底从来。重组分中含有大量的未被反应的甲醇，再送进甲醇回收塔中进行分离，得到较纯的甲醇再次循环利用。

本次毕业设计中应用的物料衡算是工艺设计的基础，根据所需设计项目的年产量，通过对全过程或单元过程的物料衡算，可以计算出原料的消耗量、副产品量及输出过程物料的损耗量等;并在此基础上作能量衡算，计算出蒸汽、水、电、煤或者其他燃料的消耗定额;最终可以根据这些计算确定所生成产品的技术经济指标。同时根据物料衡算所得的各单元设备的物流量及其组成、能量负荷及其等级，对生产设备和辅助设备进行选型或者设计，从而对过程所需设备的投资及其项目可行性进行估价。

2.需解决的问题

本次设计的流程有多种，根据对三废排放、节能节源的比较，选择工艺流程，并通过对精馏塔的比较以及对于经济效益的比较，选择本次精馏塔的类型，并且根据自己对整个流程的了解画出本设计的物料流程图，最后通过计算机绘制精馏工段的物料流程图、精馏设备的控制流程图、精馏塔的设备图、±平面的设备布置图;用A2图纸手工绘制二甲醚精馏工段的物料流程图、预塔冷却器的控制流程图、预塔冷却器的设备图、±平面的设备布置图。

3.特色和创新

本设计考虑到原料的充分利用，即将未被反应的甲醇通过回收循环利用，这样，既能减少原料的损耗，同时也符合经济效益。同时，被设计中二甲醚采用的是甲醇气相法，其优点：

生产二甲醚的原料可为精甲醇或粗甲醇， 蒸汽消耗和生产成本较低。

二甲醚反应器是列管式反应器，反应温度易控制，且催化剂在反应器中分布较均匀。

采用先进塔器内件和分离工艺， 回收效果好， 流程简化， 醇耗低。

四、研究方法、步骤和措施

查阅并收集与毕业设计内容相关的资料，认真总结，完成文献综述;同时根据文献综述的详细内容进行总结归纳，完成开题报告。

尝试通过ASPEN PLUS，对甲醇精馏流程进行全流程模拟;对单个设备预塔冷却器进行设计和模拟，并分析其操作影响因素从而得到一个较为可行性的优化方案。

对全流程进行物料衡算、能量衡算，并对所使用的换热器的设备尺寸进行计算，从而绘制工艺流程图。

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【关键词】 川芎摘要：目的考察9种药材中氯氰菊酯、氰戊菊酯的残留量。方法利用气相色谱(GCECD)分析方法测定药材中除虫菊酯类农药的残留量。结果川芎等8种药材中除虫菊酯类农药的残留量较低，低于相关农药的含量标准。结论测定结果表明该法操作简便，分离效果好，符合农药残留分析要求。关键词：药材； 除虫菊酯类农药残留； 气相色谱法Determination of the Residues of Cypermethrin and Fenvalerate in Nine Medical MaterialsAbstract：ObjectiveTo determine the residues of cypermethrin and fenvalerate in nine medical materials. MethodsThe contents of residue of cypermethrin and fenvalerate were determined by gas chromatography. ResultsThe contents of residue in eight medical materials were very low，which is fit for relative standard of residue of pesticides. ConclusionThis method has easy operation, high sensitivity and words：Medical material; Pyrethroid pesticides residue; GCECD中药材及其制剂的农药残留问题近年来逐渐引起人们的重视，中药材在栽培过程中，需施用化学农药以防止病虫害的侵蚀，由此引起了药材的农药污染问题，尽快建立中药中农药残留量的检测方法及限量标准，对保证人们用药安全具有积极的意义。拟除虫菊酯类农药是一类具有良好杀虫效果的广谱性农药，在药材种植中被广泛应用，然而它存在一定的异构体，这就导致了建立其残留测定方法的困难性。尽管在农产品中其残留测定方法已有报道〔1〕，但因中药成分复杂，其中农药残留量属超痕量范畴，这样使得农药的提取、分离、净化与富集的难度加大，现有文献中有关药材中拟除虫菊酯类农药检测较少〔2〕。本文运用了毛细管气相色谱法对川芎等9种药材中氯氰菊酯、氰戊菊酯的残留量进行了检测。1 仪器与试药 仪器HP6890气相色谱仪；电子捕获检测器（uECD）；玻璃层析柱(10mm×21cm)；旋转蒸发器；减压、恒温水浴（SEASTAR R系列）；高速组织捣碎机（DS1）；高速分散均质机（FJ200）。 试剂与标准品氟罗里硅土（Florisil,60～80目），中性氧化铝（层析用、MERCK）；SPEFlorisil (JW, ACCUBOND, ， g)；丙酮、乙腈、二氯甲烷、石油醚、无水硫酸钠均为分析纯，丙酮、正己烷、醋酸乙酯、甲醇为HPLC级（用于标准溶液、样品最终的定容，供检测器检测用）；除虫菊酯类农药标准品从有关标准机构获得，用正己烷/醋酸乙酯配制混合标准品溶液。2 方法与结果 提取将药材切碎，充分混合均匀，或干燥，粉碎过筛。精密称取 g样品于三角瓶中，加200 ml丙酮，浸泡4 h，振荡30 min，用装有石英砂的抽滤漏斗抽滤，吹去大量丙酮。 净化 液－液分配萃取丙酮提取液加50 ml饱和氯化钠溶液，用150 ml二氯甲烷经2次萃取，二氯甲烷萃取液经无水硫酸钠脱水，用少量二氯甲烷洗涤无水硫酸钠，合并萃取液，用旋转蒸发器在减压条件浓缩至少许(2～3 ml)。 层析柱净化制备混合吸咐剂层析柱，分别称取3 g氟罗里硅土、1 g中性氧化铝和 g活性炭，按干法依次装入一玻璃层析柱中，在吸咐剂层的上下两端各加约1 cm的无水硫酸钠层。用20 ml石油醚将提取浓缩液移入层析柱中，然后用30 ml石油醚和30 ml二氯甲烷混合溶剂淋洗，收集全部淋洗液，用旋转蒸发器在减压条件下浓缩至少量，并定容为8 ml。 SPE精净化与检测将2 ml定容液（等于 g样品）注入SPE小柱（ g）中，用20 ml正己烷/醋酸乙酯（6/4）混合溶剂淋洗，收集，用旋转蒸发器在减压条件下浓缩至少许，经气流吹干，用正己烷1 ml定容，供ECD检测菊酯类农药。 色谱操作条件电子捕获检测器（uECD）；色谱柱：HP1701，30 m/ mm；柱室温度：程序升温 180℃（10℃/min）→260℃（30 min）；进样口温度：250℃；检测器温度：260℃；载气：N2，10psi。 标准工作曲线分别精密称取氯氰菊酯、氰戊菊酯标准品，加入正己烷、醋酸乙酯，配制成系列梯度标准液，然后分别进样测定，其化合物的出峰顺序由单一农药标准液在同样条件下予以确证，扫描色谱图见图1。按含量(ng)峰面积(ares)绘出标准工作曲线。见表1。图1 拟除虫菊酯类标准品图谱 重现性考察取混合标准品溶液1μl注入气相色谱仪，测定峰面积，计算，即得：氯氰菊酯RSD为 (n=5)，氰戊菊酯RSD为 (n=5)，证明该法的重现性良好，适合农药残留日常检测工作的需要。 添加回收率用未经药剂处理的空白样品，加入各种标样进行方法的添加回收率测定，添加浓度为， mg/kg。结果见表2。结果符合农药残留测定对回收率的要求。表1 氯氰菊酯、氰戊菊酯的标准曲线方程品种 （略） 农药残留量的计算R=M×Vf Vi×W公式中：R残留量；M待测样本中的农药含量(ng)；Vf样本最终定容体积(ml)；Vi样本的进样体积(μl)；W样本重量(g)。 9种药材中菊酯类农药残留的检测结果按上述条件操作，对9种药材共9个样品中拟除虫菊酯类农药氯氰菊酯，氰戊菊酯的含量进行了测定，结果见表3。测定结果表明：以上川芎等8种药材中氯氰菊酯、氰戊菊酯的含量均低于检测限，仅广藿香中氰戊菊酯的含量为，残留量相对较高。表3 药材中拟除虫菊酯类农药残留结果品 种（略）3 讨论气相色谱法是农药残留分析的主要方法〔3〕，具有操作简便、分析速度快、分离效能高、检测灵敏度高等优点，适合于中药中痕量农药的测定。使用气相色谱法，多种农药可以一次进样，得到完全的分离、定性和定量，配以高性能的选择性检测器，使分析速度更快，结果更可靠。气相色谱分析拟除虫菊酯类农药残留所用检测器一般为电子捕获检测器，其具备灵敏度高、稳定性和重复性好、线性范围宽、响应速度快以及操作简单、应用范围广等特点。药材中拟除虫菊酯类农药残留量检测的原理为样本用有机溶剂提取，经中性氧化铝、氟罗里硅土混合层析柱初步净化，然后将净化样本提取液分为数等份，再分别用SPE小柱精净化后ECD检测。本方法操作简便快捷、工效高，节省试剂、能源，对环境污染小，有利于保护环境及操作人员的健康，有助于评价与监测药材中菊酯类农药残留状况，为指导药材种植者合理而有效地使用农药提供了一定的依据。参考文献：〔1〕 Pang G F, Fan C L,Chan Y Z, et al．Rapid method for determination of multiple pyrethroid residues in fruits and vegetables by capillary column chromatography〔J〕.Chro-matogr A,1994, 667：348．〔2〕 赵燕燕，孙启时，王文泽．中药材农药残留研究概况〔J〕.中药材，2001，24(7)：529．〔3〕 张俊清，刘明生，邢福桑，等．近年来中药材农药残留的研究概况〔J〕.中国药学杂志，2003，38(1)：