【正文】 .......................................36 理論塔板數(shù)的計(jì)算 .......................................................38 初餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ...............................................39 塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算 ...........................................................40 填料層高度的計(jì)算 .......................................................42 附屬設(shè)備的選型計(jì)算 .....................................................42 回收塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 .................................................43 物料衡算 ...............................................................43 熱量衡算 ...............................................................45 理論塔板 數(shù)的計(jì)算 .......................................................47 回收塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ...............................................47 塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算 ...........................................................49 填料層高度的計(jì)算 .......................................................50 附屬設(shè)備的選型計(jì)算 .....................................................50 3 致謝 .................................................................................53 參考文獻(xiàn) .............................................................................54 附錄 ................................................................55 前 言 二甲醚又稱甲醚、木醚氧、二甲，是最簡(jiǎn)單的脂肪醚重要的甲醇下游產(chǎn)品之一。二甲醚的理化性質(zhì)比較獨(dú)特，熱植高，無(wú)毒、無(wú)害，具有潛在的廣泛用途，除作為有機(jī)化工原料廣泛用于制藥、染料、農(nóng)藥等，還用于替代氟里昂用作汽溶膠噴射劑和制冷劑，由于其良好的燃料性能，具有實(shí)用、通用、環(huán)保、安全、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的優(yōu)點(diǎn)，最近作為民用代用燃料和柴油代用燃料，二甲醚受到人民的日益重視。 20 世紀(jì) 70 年代，二甲醚開(kāi)始被用作氣霧劑，以取代破壞臭氧層的氟里昂。近幾年來(lái)，在各國(guó)尋求清潔燃料的過(guò)程中，二甲醚的良好燃燒性能和低污染排放的特性使其日益受到重視。二甲醚作為清潔燃料具備如下特征：（ 1）資源量豐富，來(lái)源廣；（ 2）環(huán)境友好，其排放物對(duì)環(huán)境的影響很?。唬?3）技術(shù)可行、成熟，可在大范圍內(nèi)使用；（ 4）經(jīng)濟(jì)可行，其成本有競(jìng)爭(zhēng)力；（ 5）易于實(shí)現(xiàn)，其運(yùn)行所需要的基礎(chǔ)設(shè)施和現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施基本相容，不需要另裝一套裝置。 本設(shè)計(jì)流程簡(jiǎn)潔明暢，工藝條件溫和，操作簡(jiǎn)易方便。而且設(shè)備臺(tái)數(shù)較少，設(shè)備制作立足于國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀，均能在國(guó)內(nèi)制造而 不需進(jìn)口，可大大降低項(xiàng)目投資。按國(guó)家現(xiàn)行基本建設(shè)政策和市場(chǎng)價(jià)格對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行了財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)計(jì)算。工程總投資估算值 14300 萬(wàn)元，項(xiàng)目的內(nèi)部收益率所得稅前為 %，高于基準(zhǔn)收益率 12%。其它各項(xiàng)效益指標(biāo)及盈虧平衡分析結(jié)果均表明本項(xiàng)目具有很強(qiáng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。上述各方面問(wèn)題的研究結(jié)果表明， 10萬(wàn)噸 /年二甲醚項(xiàng)目符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和未來(lái)能源市場(chǎng)發(fā)展方向，市場(chǎng)預(yù)測(cè)樂(lè)觀，工藝方案合理，工藝技術(shù)成熟可靠，投資估算和財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)結(jié)果也表明項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益明顯。 本設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和圖紙兩部分。說(shuō)明書(shū)主要包括工藝流程的確定，物料衡算， 熱量衡算，工藝設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型，廠房平面布置，還有進(jìn)行初步的經(jīng)濟(jì)分析等。圖紙包括工藝流程圖，主設(shè)備圖，車間布置平面等。 設(shè)計(jì)者：武曉佩 2020 年 11 月 25 日 1 1 文獻(xiàn)綜述 二甲醚 概述 二甲醚的發(fā)展現(xiàn)狀 自 20 世紀(jì) 70 年代，二甲醚開(kāi)始被用作氣霧劑，以取代破壞臭氧的氟利昂。近幾年來(lái)，在各國(guó)尋求清潔車用替代燃料的過(guò)程中，二甲醚的良好燃燒性能和低污染排放特性使其日益受到重視。 二甲醚（ DME）常溫常壓下是一種無(wú)色低毒的可燃性氣體，性能與液化石油氣相似，燃燒時(shí)不析碳，無(wú)殘液，燃燒 廢氣無(wú)毒，是一種理想的清潔燃料。 DME 還是一種新型的 、 理想的 、 可替代車用燃料的“ 21 世紀(jì)的綠色燃料”。隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重及石油資源的日益匱乏，對(duì)二甲醚的需求量迅速增加，因此二甲醚的合成研究已成為各國(guó)科技人員的研究焦點(diǎn)。 二甲醚是 21 世紀(jì)的超清潔燃料，無(wú)論是作為民用燃料 、 或替代柴油 、 汽油作為汽車燃料 、 或是用于發(fā)電，其制備 、 儲(chǔ)運(yùn)等都比較容易解決，并能促進(jìn)新一代汽車 、 電力等工業(yè)的發(fā)展。 目前，二甲醚發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題在于配套措施不完善 、 市場(chǎng)發(fā)展不成熟 、 二甲醚使用觀念有待更新。 二甲醚的傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用及 其拓展 （ 1）傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用 第一，做氣霧劑、制冷劑和發(fā)泡劑。 DME 作為停止使用的氯氟烴的替代物，在氣霧劑制品中顯示出良好的性能，如： ① 不污染環(huán)境，對(duì)臭氧破壞系數(shù)為零； ② DME 在水中溶解度為 34%，若加 6%的乙醇，則可與水混溶，它與各種樹(shù)脂也有極高的溶解能力； ③ 毒性很微弱，用在化妝品上觀察不到有什么問(wèn)題； ④ 可用水或氟制劑作阻燃劑；⑤ 使噴霧產(chǎn)品不易致潮，加之與其他氣霧劑相比，其成本低、價(jià)格便宜從而被認(rèn)為是新一代理想的氣霧推進(jìn)劑。在西歐各國(guó)已經(jīng)成為民用氣溶膠制品的氯氟烴的替代品。目前 DME 在世界噴射劑的用量中居第二位，僅次于碳?xì)浠衔?，其次，由?DME 容易液化的特性，許多國(guó)家正在開(kāi)發(fā)以 DME 代替氯氟烴做制冷劑的技術(shù)。 Bohnenn 報(bào)道了用 DME 與氟里昂混合制成特種制冷劑，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)后，認(rèn)為隨著 DME 含量的增加，制冷能力增加，能耗降低并且在冷凍食品時(shí)可免除異味和臭味。另外 Kohl 等人報(bào)道了以 DME、丙烷、丁烷制無(wú)氟制冷劑的方法。 第二， DME 作為化學(xué)中間體，主要用于制造硫酸二甲酯。 DME 同發(fā)煙硫酸反應(yīng)可以生成硫酸二甲酯；同苯胺反應(yīng)生成高純 N， N二甲基苯胺，脫水成乙烯，羰基化可以制取醋酸甲酯；與硫化氫反應(yīng)生成 二甲基硫醚，進(jìn)而可生成二甲基亞砜。 2 除此之外 DME 還是重要的化工原料 ,可用于許多精細(xì)化學(xué)品的合成 ,同時(shí)在輕化、制藥、燃料、農(nóng)藥等工業(yè)中有許多獨(dú)特的用途。 （ 2）新近拓展的應(yīng)用領(lǐng)域 作為新型高效清潔燃料是 DME 應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)嶄新的拓展應(yīng)用領(lǐng)域。 DME 作為民用燃料比液化氣具有更優(yōu)良的物理化學(xué)性能（如表 1，表 2 所示）。由于 DME 的分子結(jié)構(gòu)與烴類不同，只有 CH 與 CO鍵，沒(méi)有 CC 鍵，所以燃燒時(shí)無(wú)黑煙， CO 與 NOx 排放量很低，符合潔凈燃料的要求；而且燃燒性能良好，燃燒廢氣無(wú)毒，完全符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；單一組成，無(wú)殘液 ；在室溫下可壓縮成液體，用現(xiàn)有的液化石油氣罐盛裝，燃具與 LPG 基本通用，是優(yōu)良的民用潔凈燃料。當(dāng)溫度在 37． 8℃時(shí)，二甲醚的蒸汽壓低于 1378kPa，符合液化石油氣的要求（如表 11）所示。 表 1 DME 液化氣與液化石油氣性質(zhì)比較 項(xiàng)目 分子量 壓力 Mpa (60℃ ) 燃燒溫度 ℃ 爆炸下限 % 理論空氣量 預(yù)混氣熱值 KJ/ m3 LPG DME 2055 2250 3903 4219 表 2 DME 與 0＃柴油的比較 對(duì)比項(xiàng)目 DME 0＃柴油 分子量 190～ 220 沸點(diǎn)（℃） 180～ 360 十六烷值 55～ 60 40～ 50 低熱值（ kJ/kg） 28840 42500 理論空燃比 9 氧含量（ %） — 硫化物 — 有 國(guó)內(nèi)二甲醚市場(chǎng)簡(jiǎn)況 現(xiàn)狀 中國(guó) DME 生產(chǎn)起步較晚，但發(fā)展加快。 1994 年廣東中山化工廠建成 2500 噸 /年 DME 生產(chǎn)裝置。此前，只有江蘇昆山化工廠有少量生產(chǎn)。近幾年，國(guó)內(nèi)陸續(xù)又有一些廠家投產(chǎn) DME，其中生產(chǎn)規(guī)模較 3 大的有山東臨沂 魯明化工有限公司、廣東中山精細(xì)化工實(shí)業(yè)有限公司、江蘇吳縣合成化工廠、江蘇昆山化工原料廠、湖南雪納新能源有限公司 ﹑ 山東久泰科技股份有限公司及瀘天化公司等企業(yè)，年總產(chǎn)量已超過(guò) 50 萬(wàn)噸。 近年來(lái)，我國(guó) DME 的生產(chǎn)發(fā)展迅速。 2020 年全國(guó) DME 總生產(chǎn)能力僅有 萬(wàn)噸 /年，產(chǎn)量約為 2萬(wàn)噸 /年，開(kāi)工率處于 63％ 的較低水平。到 2020 年，發(fā)展到 30多家生產(chǎn)企業(yè)，年生產(chǎn)能力約 48萬(wàn)噸，產(chǎn)量約 32 萬(wàn)噸，開(kāi)工率 67%。 4 年間能力和產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)，起年均增長(zhǎng)率分別為 79%和 96%。 寧夏銀川正在籌劃的年產(chǎn) 83 萬(wàn)噸 DME 項(xiàng)目 ，計(jì)劃今年年底投產(chǎn)，初步?jīng)Q定采用美國(guó)空氣產(chǎn)品與化學(xué)品公司技術(shù)。計(jì)劃投資 億元。寧夏石化集團(tuán)公司、中煤四達(dá)礦業(yè)公司、西安交通大學(xué)、原化工部第二設(shè)計(jì)院、中國(guó)成達(dá)化學(xué)工程公司等參與合作。該項(xiàng)目將由煤炭為起始原料生產(chǎn) DME。項(xiàng)目建設(shè)將分二個(gè)階段，第一階段生產(chǎn) 21 萬(wàn)噸 /年，第二階段再擴(kuò)增 62 萬(wàn)噸 /年。由美國(guó)貿(mào)易發(fā)展署出資援助招標(biāo)、美國(guó)福陸公司中標(biāo)所作的寧夏煤基 DME（一期） 83 萬(wàn)噸／年項(xiàng)目報(bào)告已于 2020 年 4 月完成，后因資金技術(shù)問(wèn)題項(xiàng)目尚未啟動(dòng)。寧夏煤炭資源豐富，但因?yàn)榈靥幬鞑?，且鄰省陜西、?nèi)蒙古、甘肅等均為富 煤省份，煤炭外運(yùn)十分困難。寧夏決定大力發(fā)展電力和煤化工等產(chǎn)業(yè)，建設(shè)大型 DME 廠是其中一項(xiàng)。美國(guó)政府出資 萬(wàn)美元對(duì)該項(xiàng)目給予援助。 表 3 2020 年我國(guó) DME 主要生產(chǎn)廠家及其能力 企 業(yè) 生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)能力（噸 /年） 4 廣東中山凱達(dá)有限公司 重慶英力燃化有限公司 江蘇昆山化工廠 武漢青江公司 吳縣合成化學(xué)廠 上海申威氣霧劑公司 河南沁陽(yáng)紫陽(yáng)鄉(xiāng) 河南內(nèi)鄉(xiāng)化工局 無(wú)錫新苑化工集團(tuán) 貴州宏華新能源公司 榆次燃料化工公司 安徽蒙城化肥廠 義烏光陽(yáng)化工公司 渭河煤化工集團(tuán)公司 陜 西新型燃料燃具公司 山西渾源化肥廠 山東臨沂魯明化工有限公司 湖北田力實(shí)業(yè)公司 廣州廣氮集團(tuán)公司 云南解化集團(tuán)公司 山東久泰股份有限公司 湖南雪納新能源有限公司 中國(guó)瀘天化股份有限公司 中國(guó)瀘天化股份有限公司 山西潞安 陜西神華 寧夏銀川 內(nèi)蒙古鄂爾多斯市 山東臨沂市 兩步法 氣相脫水 漿態(tài)床一步法 兩步法 氣相脫水 兩步法 液相脫水 兩步法 氣相脫水 兩步法 氣相脫水 兩步法 氣相脫水 兩步法 氣相脫水 兩步法 氣相脫水 兩步法 氣相脫水 兩步法 氣相脫水 兩步法 氣相脫水 兩步法 氣相脫水 兩步法 氣相 脫水 兩步法 氣相脫水 漿態(tài)床一步法 兩步法 液相脫水 固定床一步法 兩步法 氣相脫水 兩步法 液相脫水 兩步法 液相脫水 兩步法 氣相脫水 兩步法 氣相脫水 兩步法 氣相脫水 古定床一步法 流態(tài)床一步法 流態(tài)床一步法 流態(tài)床一步法 12500（ 94/98 年分期投產(chǎn)） 3000（ 04年 4月試產(chǎn) /已停） 1000（ 91年 3月試產(chǎn)） 1500（ 95年 9月試產(chǎn)） 1000（ 96年 7月試產(chǎn)） 800（ 95 年 3 月試產(chǎn)） 10000（ 04年 1月試產(chǎn)） 10000（ 04年 8月試產(chǎn)） 10000（ 03年 5月試產(chǎn)） 5000（ 05年 3月試產(chǎn)） 10000（ 04年 12 月試產(chǎn)） 5000（ 04年 10月試產(chǎn)） 2500（ 98年 9月試產(chǎn)） 10000（ 05年 10 月試產(chǎn)） 500（ 97 年 6 月試產(chǎn)） 5000（ 01年 1月試產(chǎn)） ★ 5000（ 04 年 12 月試產(chǎn)） 1500（ 97年 9月試產(chǎn)，現(xiàn)停產(chǎn)） 5000（ 98年 10月試產(chǎn)） 5000（ 06年 2月試產(chǎn)） ★ 30000（ 05 年 12 月試產(chǎn)） 30000（ 05年 11 月投產(chǎn)） 10000（ 03年 8月投產(chǎn)） 100000（ 05 年 9 月投產(chǎn)） 150000（籌建中）