【正文】 二甲醚還能代替柴油作汽車燃料，又可作為民用燃料。 由于二甲醚用耐壓罐車或裝入鋼瓶后運(yùn)輸很安全便捷，因此從成本上考慮，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該選擇在富產(chǎn)煤炭或天然氣的地區(qū)（甲醇兩步法生產(chǎn)則可考慮少些），年產(chǎn)規(guī)模至少要在萬噸以上，并且盡可能在工藝上實(shí)現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)。 參見 20 萬噸 /二甲醚生產(chǎn)裝置帶物料點(diǎn)工藝流程方框圖（圖 11） (PFD) 氣相甲醇 釜?dú)堃? 釜?dú)堃? 釜?dú)堃? 回收甲醇 產(chǎn)品 DME（ %） 圖 11 二甲醚生產(chǎn)工藝流程方框圖 (2)反應(yīng) 在 DME 合成反應(yīng)器中產(chǎn)生的反應(yīng)如下所示 : 2CH3OH== CH3O CH3+H2O+DME 反應(yīng)器是絕熱軸流式固定床反應(yīng)器。 原料甲醇 甲醇汽化 合成塔 （甲醇?xì)庀嗝撍? 冷凝、 氣液分離 初餾塔 回收塔 DME 精餾塔 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說明書 15 (4)二甲醚精餾 來自二甲醚合成系統(tǒng)的工藝液體被送入二甲醚精餾塔中部，塔底再沸是通過精餾塔加熱器的蒸汽流量控制完成，在 DME 精餾塔中 DME 與甲醇和水分開，一二甲醚產(chǎn)品從精餾塔頂部回收，而甲醇和水一起從塔底去除，并為原料甲醇提供預(yù)熱熱源。再沸負(fù)荷主要是由合成反應(yīng)氣來提供，不足部分由甲醇塔加熱器的蒸汽來補(bǔ)充。 粗甲醇中間罐的稀甲醇液體由屏蔽泵加壓輸送至甲醇回收塔進(jìn)行精餾分離，塔頂分餾出精甲醇組分，塔底分離出廢水，精甲醇蒸汽被循環(huán)水冷卻成常溫精甲太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說明書 16 醇液體，經(jīng)計(jì)量后進(jìn)入回收甲醇中間罐。操作回流比可取為最小回流比的 倍，所以取回流比 m i n1 ..2 1 .2 3 .7 6 4 .5 1RR? ? ? ? 甲醇 水混合液的t x 圖01020304050607080901000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100液相甲醇（%）氣相甲醇（%） 平均相對揮發(fā)度 α ： t=℃ 時(shí) 1 ( 1 ) 2 8 . 3 4 ( 1 0 0 5 . 3 1 ) 7 . 0 5( 1 ) ( 1 0 0 2 8 . 3 4 ) 5 . 3 1ABBByx yxy x y x? ? ? ?? ? ? ?? ? ? 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說明書 19 t=℃ 時(shí) 2 ( 1 ) 9 1 . 9 4 ( 1 0 0 8 7 . 4 1 ) 1 . 6 4( 1 ) ( 1 0 0 9 1 . 9 4 ) 8 7 . 7 4ABBByx yxy x y x? ? ? ?? ? ? ?? ? ? 12 7 . 0 5 1 . 6 4 4 . 3 522??? ? ?? ? ? 合成塔 進(jìn)塔甲醇蒸汽流量 D? =由反應(yīng)式 3 3 3 22 C H O H C H O C H H O?? 其單程轉(zhuǎn)化率為 80%， DME 選擇性 ≥99% 則生成二甲醚的出塔流量為hk m o lNhk m o lNhk m o lD/)(/%20%/21??????????????????出塔水的流量為為未反應(yīng)的甲醇出塔流量 初餾塔 本塔設(shè)計(jì)為二甲醚、甲醇、水三組分的精餾計(jì)算，現(xiàn)做簡化設(shè)計(jì)，按二甲醚 ——甲醇兩組分精餾計(jì)算，因?yàn)樗姆悬c(diǎn)高于甲醇的沸點(diǎn)，可近似處理將水的流量并到甲醇中按二組分精餾計(jì)算設(shè)計(jì)初餾塔。 （ 1） 物料衡算 進(jìn)料 ? ?? ? hk m o lF / ???????? 其中甲醇含量為， ? ? ? ? hk m o l/%%% ??????1 3 9 . 1 4 1 0 . 2 8 1 8 % 3 8 . 5 8 0 8 0 . 3 1 1 ( 1 9 2 . 9 6 % ) 5 . 5 7 0 ( 1 0 . 3 4 8 3 % ) 3 8 . 8 6 9 /k m o l h? ? ? ? ? ? ? ? ? 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說明書 23 則甲醇的摩爾分率即進(jìn)料組成 Fx 為， %??Fx 3 2 . 0 4 / , 1 8 . 0 2 /M k g k m o l M k g k m o l??甲 醇 水 98 / 4 %98 / 4 2 / 2Dx ???， 0. 5 / 32 .0 4 %0. 5 / 32 .0 4 99 .5 / 18 .0 2Wx ??? 由物料衡算方程解得 D=， W=進(jìn)料平均相對分子質(zhì)量 ? ? hk mo lM /%% ?????? 塔頂產(chǎn)品平均相對分子質(zhì) 量 : 1 3 2 . 0 4 9 6 . 5 0 % 1 8 . 0 2 ( 1 9 6 . 5 0 % ) 3 1 . 5 5 /M k g k m o l? ? ? ? ? ? 塔釜產(chǎn)品平均相對分 子質(zhì)量 : 3 3 2 . 0 4 0 . 2 8 1 8 % 1 8 . 0 2 ( 1 0 . 2 8 1 8 % ) 1 8 . 0 6 /M k g k m o l? ? ? ? ? ? 則質(zhì)量流量 : hkgWDFhkgWhkgD/ 8/ / ?????????????? 操作壓力為 。本設(shè)計(jì)選用（溫度為 ℃ ）的飽和水蒸氣作為加熱介質(zhì)，水蒸氣易獲得、清潔、不易腐蝕加熱管，不但成本會相應(yīng)降低，塔結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜。 （ 2）冷凝器的熱負(fù)荷及冷卻介質(zhì)消耗量 冷凝器的熱負(fù)荷 ( 1 ) ( )C V D L DQ R D I I? ? ? 其中 VDI ——塔頂上升蒸汽的焓； LDI ——塔頂餾出液的焓。 加熱蒸汽消耗量 rH??水 蒸 氣 kj/kg (℃ ,) hkgwh / 0 0 7 5 71 8 6 7 ??? 表 12 熱量衡算數(shù)據(jù)結(jié)果列表 符號 CQ CW FQ DQ WQ SQ? hW 數(shù)值 kcal/h kg/h 0 kcal/h kcal/h 107 kcal/h kg/h 合成塔 合成反應(yīng)熱的計(jì)算：查天大四版物理化學(xué)上冊 [11]附錄得， 2 ( 2 0 0 . 6 6 ) ( 1 8 4 . 0 5 ) ( 2 4 1 . 8 1 8 ) 2 4 . 5 4 8 /r B mQ fH k J m o l??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 則反應(yīng)放熱為： hkjQ r /( 2 4 . 5 4 8 ) 33 ??????? 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說明書 27 進(jìn)塔甲醇蒸汽的 熱量： hkjQ CDi /32 21 89 )( ?????????????? 其中 DQ ——汽化塔塔頂餾出液帶出熱量； CQ ——甲醇蒸汽由 ℃ 加熱到240℃ 所需熱量； ——℃ 時(shí)甲醇的比熱容，單位 kcal/(kg 二甲醚的比熱容采用摩爾定壓方程 23,pmC A B T C T D T? ? ? ?計(jì)算得出（數(shù)據(jù)來自于化學(xué)工程師手冊 [4]P59），甲醇的比熱容查自于化工工藝手冊上冊 [3]2702 Dt 溫度下： 1pC? kcal/(kmolK) 12 ( 1 ) 6 7 . 2 0 0 . 9 2 9 6 4 4 . 4 6 ( 1 0 . 9 2 9 6 ) 6 5 . 6 0 / ( )p D p D p DC C x C x k J k m o l K? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Wt 溫度下： 1pC? kcal/(kmolK) 12 ( 1 ) 8 0 . 1 1 0 . 0 0 3 4 8 3 4 8 . 0 6 ( 1 0 . 0 0 3 4 8 3 ) 4 8 . 1 7 / ( )p W p W p WC C x C x k J k m o l K? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Dt 溫度下： 1 /kJ kg? ? ， 2 2 7 4 . 1 5 / 1 1 4 7 . 8 1 /k c a l k g k J k g? ?? 12 ( 1 ) 3 8 4 . 9 1 0 . 9 2 9 6 1 1 4 7 . 8 1 ( 1 0 . 9 2 9 6 ) 4 3 8 . 6 2 /DDx x k J k g? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 注：查于化工工藝設(shè)計(jì)手冊 [3]2819 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說明書 28 塔頂 12 ( 1 ) 4 6 . 0 7 0 . 9 2 9 6 3 2 . 0 4 ( 1 0 . 9 2 9 6 ) 4 5 . 0 8 /DDM M x M x k g k m o l? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 2）塔頂以 0℃ 為基準(zhǔn)， 0℃ 時(shí)塔頂上升氣體的焓值為 VQ hkjVtCVQ DPV / 2 2 1 8 4 ???????????? ?（ 3）回流液的焓 RQ 1 ? kcal/(kmolK) 12 ( 1 ) 6 7 . 0 7 0 . 9 2 9 6 4 4 . 7 2 ( 1 0 . 9 2 9 6 ) 6 5 . 5 0 / ( )p p D p DC C x C x k J k m o l K? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? hkjtCLQ DPR / 5 18 ???????? （ 4）餾出液的焓 DQ 。K) 12 ( 1 ) 7 1 . 7 1 0 . 3 9 0 6 4 5 . 6 8 ( 1 0 . 3 9 0 6 ) 5 5 . 8 5 / ( )p p F p FC C x C x k J k m o l K? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 所以 hkjtCFQ FPF / ??????? （ 7）塔底殘液焓 WQ ?！?)=(kmol℃ )= kJ/(kmol℃ )=(kmol℃ )= kJ/(kmol Dt 溫度下： 1pC? (kmolK) )/()()1(21 kk m o lKJxCxCC WPWPPW ????????????Dt 溫度下： 1 /kJ kg? ? 2 2 4 6 4 .8 5 /kJ kg? ? 12 ( 1 ) 1 1 7 8 . 0 0 . 9 6 5 0 2 4 6 4 . 8 5 ( 1 0 . 9 6 5 0 ) 1 2 2 3 . 0 4 /DDx x k J k g? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 注：查于化工工藝設(shè)計(jì)手冊 [10]2819 塔頂 1 3 2 . 0 4 9 6 . 5 0 % 1 8 . 0 2 ( 1 9 6 . 5 0 % ) 3 1 . 5 5 /M k g k m o l? ? ? ? ? ? （ 2）塔頂以 0℃ 為基準(zhǔn)， 0℃ 時(shí)塔頂上升氣體的焓值為 VQ hkjVtCVQ DPV / 9 8 1 1 ??????????? ? （ 3）回流液的焓 RQ 1pC =(kmolK) )/()()1(21 kk mo lKJxCxCC FPFPP ???????????? 所以 hkjtCFQ FPF / 8 8 4 0 7 ??????? （ 7）塔底殘液焓 WQ hkjtCWQ WPw /2 7 0 9 8 6 ??????? 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)說明書 32 （ 8）再沸器（全塔范圍列衡算式） 設(shè)再沸器損失能量 ?損 B F C W DQ Q Q Q Q Q? ? ? ? ?損 hkjQhkjQBFDWCB/ 6 3 6 0 4/ 6 3 6 0 4 8 8 4 0 7 8 4 7 2 02 7 0 9 8 6 5 3 0 9 ??????????所以， 表 36 熱量衡算結(jié)果表 進(jìn)料 冷凝器 塔頂餾出液 塔底釜?dú)堃? 再沸器 平均比熱 [kj/(kmol18