【正文】 K) )/()()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(shuō)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/(kmol Dt 溫度下： 1pC? (kmol℃ )=(kmol℃ )=(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 ) 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/(kmol 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(hào) 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(cè) [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(shuō)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(huì)相應(yīng)降低，塔結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜。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(duì)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(shuō)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(jiǎn)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。再沸負(fù)荷主要是由合成反應(yīng)氣來(lái)提供，不足部分由甲醇塔加熱器的蒸汽來(lái)補(bǔ)充。 參見(jiàn) 20 萬(wàn)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。 二甲醚還能代替柴油作汽車燃料，又可作為民用燃料。 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。 （ 2）物理性質(zhì) DME 是具有揮發(fā)性醚味的無(wú)色氣體，有令人愉快的氣味，燃燒時(shí)的火焰略帶光亮。 （ 2）化學(xué)性質(zhì) 甲醇作為最簡(jiǎn)單的飽和脂肪醇因此具有脂肪醇的化 學(xué)性質(zhì)，即可進(jìn)行氧化、酯化、羰基化、胺化、脫水等化學(xué)反應(yīng)，在此只介紹幾種重要的化學(xué)反應(yīng)。在小試 1000h 工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行了單管試驗(yàn)。將甲醇和硫酸的混合物加熱可得 : 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(shuō)明書 8 CO+2H2=CH3OH 100℃ 時(shí)， CH3OH 十 H2SO4=CH3HSO4+H2O 100℃ 時(shí)， CH3HSO4+CH3OH=CH3OCH3+ H2SO4 該過(guò)程具有反應(yīng)溫度低、轉(zhuǎn)化率高 (80%)、選擇性好 (99%)等優(yōu)點(diǎn)，但也存在設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、釜?dú)堃杭皬U水污染環(huán)境、催化劑毒性大、操作條件惡劣等缺點(diǎn)，選擇該工藝可能性較小。圖紙包括工藝流程圖，主設(shè)備圖，車間布置平面等。 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。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，通過(guò)物料衡算和熱量衡算，以確定設(shè)備工藝參數(shù)和消耗工藝指標(biāo)，同時(shí)對(duì)二甲醚生產(chǎn)過(guò)程中的安全注意事項(xiàng)及 “ 三廢 ” 治理作了相關(guān)說(shuō)明，對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行了簡(jiǎn)單的初步技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。 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。上述各方面問(wèn)題的研究結(jié)果表明， 20 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。 （一）甲醇脫水制二甲醚 二甲醚可由甲醇脫水制得。我國(guó)化工部西南化工研究院也曾進(jìn)行過(guò)甲醇脫水制二甲醚的研究，考察了 13x 分子篩、氧化鋁及 ZSM 一 5 催化劑的性能，當(dāng)采用 ZSM 一 5在 200℃ 時(shí)，甲醇的轉(zhuǎn)化率可達(dá) 75%一 85%，選擇性大于 98%。 本設(shè)計(jì)采用的甲醇原料濃度為 90%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。此外，二甲醚可與三氟化硼形成絡(luò)合物，其分子式（ CH3） 2OBF3，此絡(luò)合物在空氣中發(fā)煙，而在水或醇中則可分解。本標(biāo)準(zhǔn)采用氣相色譜法，選用 GDX502 和 25%PEG1500/PoropakQ 柱，使用程序升溫，得到良好的分離效果。 第二， DME 作為化學(xué)中間體，主要用于制造硫酸二甲酯。在反應(yīng)器中約 80%的甲醇被轉(zhuǎn)化為二甲醚，而且二甲醚的選擇性為約 %，二甲醚反應(yīng)為放熱反應(yīng)。 天然氣和煤炭是規(guī)?；a(chǎn)二甲醚較為經(jīng)濟(jì)的原料。 含有 DME 的頂部氣體在二甲醚冷凝器中被大部分冷凝下來(lái)，然后送入二甲醚塔回流罐中，在二甲醚冷凝器中未冷凝的氣相作為燃料被放掉。再經(jīng)計(jì)量后由工藝管道輸送至往復(fù)泵進(jìn)口循環(huán)使用，甲醇回收塔底廢水中甲醇含量小于 %，經(jīng)冷卻稀釋后直接輸送鍋爐房作為脫硫除塵補(bǔ)充循環(huán)水。 由于泡點(diǎn)進(jìn)料 q=1，由汽液平衡數(shù)據(jù)用內(nèi)插法求得進(jìn)料液溫度 ?????FF tt℃ 此溫度下，甲醇的飽和蒸汽壓 , KPaP A? ，水的飽和蒸汽壓 ,4 8 KPaP B ? ??? BA pp? hk m o lDRVVhk m o lFqLLhk m o lDRLRRXXRFDFD/)1(//2 .8 52 .3 2 .3 71)1(11m i nm i n??????????????????????????????????????? 表 35 物料衡算結(jié)果表 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(shuō)明書 24 物料 流量（ kmol/h） 組成 物料 物流（ kmol/h） 進(jìn)料 塔頂產(chǎn)品 D 塔底殘液 W 精餾段上升蒸汽量V 提餾段上升蒸汽量V? 精餾段下降液體量L 提餾段下降液體量L? 熱量衡算 汽化塔 （ 1）加熱介質(zhì)和冷卻劑的選擇 常用的加熱劑有飽和水蒸氣和煙道氣。 (1 )V D LD D DV VI I x H x H? ? ? ? ? ?甲 水 其中 VH?甲 ——甲醇的蒸發(fā)潛熱； VH? 水 水的蒸發(fā)潛熱 蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系：2110 .3 8121()1 rV rTHH T?? ? ? ? 其中 rT ——對(duì)比溫度。℃ )=(kmol℃ )=(kmol hkjtCWQ WPw / 1 48 3 4 ??????? （ 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/ 4 9 1 0 0 5/ 1 4 1 9 0 4 2 0 3 0 1 1 4 6 5 1 4 8 3 4 8 8 2 0 1 ??????????所以， 表 24 熱量衡算結(jié)果表 進(jìn)料 冷凝器 塔頂餾出 塔底釜?dú)?再沸器 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(shuō)明書 29 液 液 平均比熱 [kJ/(kmolK)， 2pC? kcal/(kmolK) 12 ( 1 ) 6 7 . 2 1 0 . 9 2 9 6 4 4 . 4 6 ( 1 0 . 9 2 9 6 ) 6 2 . 9 4 / ( )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 hkjtCWQ WPw / ??????? （ 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