【正文】 為實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)關(guān)鍵組分之間規(guī)定的分離要求，回流比必須大于它們的最小值，根據(jù) Fair 和 Bolles陜西理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁 共 58 頁 的研究結(jié)果， R/Rm 的最優(yōu)值約為 ，但在比值稍大的一定范圍內(nèi)接近最佳條件。 轉(zhuǎn)化率：反應(yīng)為氣相反應(yīng)，甲醇的轉(zhuǎn)化率在 80% 。 設(shè)計(jì)規(guī)模和設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)規(guī)模： 400,000 噸 DME/年，按照 8000 小時(shí)開工計(jì)算，產(chǎn)品流量 50,000kg/h， 合 ； 設(shè)計(jì)要求 ： 產(chǎn)品 DME：回收率為 ％，純度為 ％ ； 甲醇：塔頂甲醇含量 ≥95％，塔底廢水中甲醇含量 ≤3％ 。但相對(duì)其它兩類方法，目前該方法正處于工業(yè)放大階段，規(guī)模比較小，另外，它對(duì)催化劑、反應(yīng)壓力要求高，產(chǎn)品的分離純度低，二甲醚選擇性低，這都是需要研究解決的問題。用催化蒸餾工藝可以開發(fā)兩種 DME 生產(chǎn)技術(shù) ： 一種是甲醇脫水生產(chǎn) DME， 一種是合成氣一步法生產(chǎn) DME。 催化蒸餾法制 二甲醚 到目前為止 , 只有上海石化公司研究院從事過這方面 的研究工作。大連化物所研制了一種新型催 化劑 ， CO2 轉(zhuǎn)化率為 % ,DME 選擇性為 50 %。 二氧化碳 加氫直接合成 二甲醚 近年來 ， CO2 加氫制含氧化合物的研究越來越受到人們 的重視 ， 有效地利用 CO2， 可減輕工業(yè)排放 CO2 對(duì)大氣的污染。合成氣法所用的合成氣可由煤、重油、渣油氣化及天然氣轉(zhuǎn)化制得 ， 原料經(jīng)濟(jì)易得 ， 因而該工藝可用于化肥和甲醇裝置適當(dāng)改造后生產(chǎn)DME，易形成較大規(guī)模生產(chǎn) ； 也可采用從化肥和甲醇生產(chǎn)裝置側(cè)線抽得合 成氣的方法 ， 適當(dāng)增加少量氣化能力 ， 或減少甲醇和氨的生產(chǎn)能力 ， 用以生產(chǎn) DME。 由合成氣直接合成 DME， 與甲醇?xì)庀嗝撍ㄏ啾?， 具有流程短、投資省、能耗低等優(yōu)點(diǎn) ， 而且可獲得較高的單程轉(zhuǎn)化率。 該技術(shù)生產(chǎn) DME 采用固體催化劑 催化劑 ， 反應(yīng)溫度 200℃ ， 甲醇轉(zhuǎn)化率達(dá)到 75%～ 85%， DME 選擇性大于 98%， 產(chǎn)品 DME 質(zhì)陜西理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁 共 58 頁 量分?jǐn)?shù) ≥ %， 甲醇制二甲醚的工藝生產(chǎn)過程包括甲醇加熱 、 蒸發(fā)，甲醇脫水，甲醚冷卻 、 冷凝及粗醚精餾，該法是目前國(guó)內(nèi)外主要的生產(chǎn)方法。其工藝具有反應(yīng)條件溫和 (130～ 160) ℃ 、甲醇單程轉(zhuǎn)化率高 ( 85%) 、可間歇也可連續(xù)生產(chǎn)等特點(diǎn) ， 但是存在設(shè)備腐蝕、環(huán)境污染嚴(yán)重 、 產(chǎn)品后處理困難等問題 ， 國(guó)外已基本廢除此法。本設(shè)計(jì)采用氣相甲醇脫水法。 設(shè)計(jì)依據(jù) 本項(xiàng)目基于教科書上的教學(xué)案例，通過研讀大量的關(guān)于 DME 性質(zhì)、用途、生產(chǎn)技術(shù)及市場(chǎng)情況分析的文獻(xiàn)，對(duì)生產(chǎn) DME 的工藝過程進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 目前，全球二甲醚總生產(chǎn)能力約為 21萬 t/a，產(chǎn)量 16萬 t/a左右，表 11為世界二甲醚主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)量?？蓮V泛用于民用清潔燃料、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃料、醇醚燃料。發(fā)泡后的產(chǎn)品 ， 孔的大小均勻 ， 柔韌性、耐壓性、抗裂性等性能都有所增強(qiáng)。 二甲醚 的用途 （ 1）替代氯氟烴作氣霧劑 [1] 隨著世界各國(guó)的環(huán)保意識(shí)日益增強(qiáng) ， 以前作為氣溶工業(yè)中氣霧劑的氯氟烴正逐步被其他無害物質(zhì)所代替。 陜西理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) II The design of dimehyl ether process annual output 400,000 tons Ma Pengjun (Grade06,Class 1, Major Chemical Engineering and Technology ,School of Chemical and environmental sciences,Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723000,Shaanxi) Tutor: LI Zhizhou Abstract: As LPG and oil alternative fuel, DME has drawn attentions at present. Physical properties of DME is similar for LPG, and don’t produce bustion gas to damage the environment, so, It can be produced largely. Like methane, DME is expected to bee 21st century energy sources., DME is prepared by methanol dehydration, namely, synthetic methanol first and then methanol dehydration to dimethyl etherby methanol dehydration. Methanol dehydration to DME is divided into two kinds of liquid phase and gasphase process. This design uses a process gas of dimethyl ether prepared by dimethyl. Heating methanol to evaporation, methanol vapor through the γAL 2O3 catalyst bed, vapor methanol dehydration to dimethyl etherby. This process is made of methanol process heating, evaporation, dehydration of methanol, dimethyl ether condensation and distillation etc. Completed for the following work: 1) Distillation tower used in separation of dimethyl ether and methanol recovery , column height of tower ,diameter, arrangement of column plate etc。甲醇脫水制二甲醚分為液相法和氣相法兩種工藝 ， 本設(shè)計(jì)采用氣相法制備二甲醚工藝。陜西理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) I 年產(chǎn) 40 萬噸二甲醚工藝設(shè)計(jì) （陜西理工學(xué)院化學(xué)學(xué)院化工專業(yè) 06 級(jí) 1 班，陜西 漢中 723000） 指導(dǎo)教師： [摘要 ]作為 LPG 和石油類的替代燃料，目前二甲醚 (DME)倍受注目。目前生產(chǎn)的二甲醚基本上由甲醇脫水制得，即先合成甲醇，然后經(jīng)甲醇脫水制成二甲醚。主要完成 以下 工作： 1）精餾用到的二甲醚分離塔和甲醇回收塔的塔高、塔徑、塔板布置等的設(shè)計(jì)； 2）所需換熱器、泵的計(jì)算及選型； [關(guān)鍵詞 ]二甲醚，甲醇，工藝設(shè)計(jì) 。 DME 因其良好的理化性質(zhì)而被廣泛地應(yīng)用于化工、日化、醫(yī)藥和制冷等行業(yè) ， 近幾年更因其燃燒效果好和污染少而被稱為 “ 清潔燃料 ” ， 引起廣泛關(guān)注。關(guān)于 DME作發(fā)泡劑 ， 國(guó)外已相繼開發(fā)出利用 DME作聚苯乙烯、聚氨基甲酸乙酯、熱塑聚酯泡沫的發(fā)泡劑。在未來十年里 ， DME作為燃料的應(yīng)用將有難以估量的潛在市場(chǎng) ， 其應(yīng)用前景十分樂觀。此外 ， 利用 DME 還可以合 成低烯烴、甲醛和有機(jī)硅化合物。二甲醚市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊 ， 因此對(duì)二甲醚的生產(chǎn)工藝進(jìn)行研究很有必要。其中前二種方法比較成熟 ， 后三種方法正處于研究和工業(yè)放大階段。該工藝生產(chǎn)純度 %的 DME 產(chǎn)品 , 用于一些對(duì) DME 純度要求不高的場(chǎng)合。 該工藝特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單 ， 自動(dòng)化程度較高 ， 少量廢水廢氣排放 ， 排放物低于國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn) 。其過程的 主要反應(yīng)為 ： 甲醇合成反應(yīng) 23CO 2H CH O H 90 14 kJ / m ol ??＝ （ 1） 水煤氣變換反應(yīng) 2 2 2C O H O C O H 4019 kJ / m ol ? ? ? ? （ 2） 甲醇脫水反應(yīng) 3 3 3 22 CH O H CH O CH H O 2 3 1 4 k J / m o l ? ? ? （ 3） 在該反應(yīng)體系中 ， 由于甲醇合成反應(yīng)和脫水反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行 ， 使得甲醇一經(jīng)生成即被轉(zhuǎn)化為 DME，從而打破了甲醇合成反應(yīng)的熱力學(xué)平衡限制 ， 使 CO 轉(zhuǎn)化率比兩步反應(yīng)過程中單獨(dú)甲醇合成反應(yīng)有顯著提高。因此 , 漿態(tài)床合成氣法制DME 具有誘人的前景 ， 將是煤炭潔凈利用的重要途徑之一。清華大學(xué)加大了對(duì)漿態(tài)床 DME 合成技術(shù)的研究力度 ， 正與企業(yè)合作進(jìn)行工業(yè)中試研究 ， 在工業(yè)中試成功的基礎(chǔ)上 ， 將建設(shè)萬噸級(jí)工業(yè)示范裝置。日本 Arokawa 報(bào)道了在甲醇合成催化劑 (CuO ZnO Al2O3)與固體酸組成的復(fù)合型催化劑上 , CO2 加氫制取甲醇和 DME， 在 240 ℃ ， 310 MPa 的條件下 , CO2 轉(zhuǎn)化率可達(dá)到25 %， DME 選擇性為 55 %。結(jié)果表明 CO2 加 H2 制 DME 不僅打破了 CO2 加氫制甲醇反應(yīng)的熱力學(xué)平衡 ， 明顯提高了 CO2轉(zhuǎn)化率 ， 而且還抑制了水氣逆轉(zhuǎn)換反應(yīng)的進(jìn)行 ， 提高了 DME 選擇性。催化蒸餾工藝本身是一種比較先進(jìn)的合成工藝 , 如果改用固體催化劑 , 則其優(yōu)越性能得到較好的發(fā)揮。由表 1 可以看出，由合成氣一步法制 DME 的生產(chǎn)成本遠(yuǎn)較硫酸法和甲醇脫水法為低，因而具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)性。 表 二甲醚各 種生產(chǎn)方法技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較 方法 硫酸法 氣相轉(zhuǎn)化法 一步合成法 催化劑 硫酸 固體酸催化劑 多功能催化劑 反應(yīng)溫度 /℃ 130160 200400 250300 反應(yīng)壓力 /MPa 常壓 轉(zhuǎn)化率 /％ 90 7585 90 二甲醚選擇性 /％ 99 99 65 1000t/a 投資 /萬元 280320 400500 700800 車間成本（元 /噸） 45004800 46004800 34003600 二甲醚純度 /％ ≤ ≤ 990 原料及產(chǎn)品規(guī)格 原料：工業(yè)級(jí)甲醇 ； 甲醇含量 ≥％ 水含量 ≤％ ； 產(chǎn)品 ： DME 含量 ≥％ ， 甲醇含量 ≤500ppm， 水含量 ≤。在 400℃ 以下時(shí)，該反應(yīng)過程為單一、不可逆、無副產(chǎn)品的反應(yīng)，選擇性為 100%。 陜西理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 共 58 頁 床層壓力降計(jì) 算 ： 11R e ( ) 3 3 0 7 ( ) 6 3 5 9 . 61 1 0 . 4 8fsM dGme? ? ? ?? 因 REM1000 屬湍流 ，則 220331 1 1 .7 5 1 .7 5f s s fr u e Gp L Ld e d ???? ? ? ? ? 23() 1 5 05 627 .6 8187 6 K P a ?? ? ? ??? 陜西理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁 共 58 頁 4 甲醚精餾塔結(jié)構(gòu)計(jì)算 甲醚精餾塔的物料衡算及理論板數(shù) 本課題涉及三組分精餾，且三組分為互溶體系，故采用清晰分割法，以甲醚為輕關(guān)鍵組分，甲醇為重關(guān)鍵組分，水為重非關(guān)鍵組分。所以塔壓力采用加壓。 塔頂操作壓力 PD= 每層塔板壓降 P? = 進(jìn)料板壓力 PF=+? 24= 塔底 壓力 Pw=+? 62= 精餾段平均壓力 Pm=(+)/ 2= 全塔 平均壓力 Pm=(+)/ 2= 操作溫度計(jì)算 由汽液相平衡條件，有 ^^VLiiff? (i 1, 2, C )? … … ， 若 用逸度因子表示 )^ ^ ^ (, e x p [ ]ss LiiV V L si i i i i i i i V p pf p y j f x p j RT??? (1) 則 ^( )e x p [ ]LsssVi i i ii iV i p p ix p jy pj RT?? (2) 其中 000 0 0l n l nsEi Bp A C T D TT? ? ? ? (3) 二甲醚、甲醇和水的物性數(shù)據(jù)由文獻(xiàn) [4]查的，飽和蒸汽壓計(jì)算式（ 3）中的系數(shù)見文獻(xiàn) [5]采用狀態(tài)方程 活度因子法，有 PR 方程 計(jì)算氣象個(gè)組分的逸度因子，各二元體系的二元相 互作用參數(shù) k12的值見表 3；利用 NRTL 方程計(jì)算液相活度因子，進(jìn)行汽液平衡數(shù)據(jù)的熱力學(xué)