【正文】 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(jiàn)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(jiàn)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)計(jì)算。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 共 58 頁(yè) 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(yè) 共 58 頁(yè) 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。 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(wàn)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 ≤。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。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 %。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。 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。此外 ， 利用 DME 還可以合成低烯烴、甲醛和有機(jī)硅化合物。關(guān)于 DME作發(fā)泡劑 ， 國(guó)外已相繼開(kāi)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。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) 。陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) I 年產(chǎn) 40 萬(wàn)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。 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。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)。 目前，全球二甲 醚總生產(chǎn)能力約為 21萬(wàn) t/a，產(chǎn)量 16萬(wàn) t/a左右，表 11為世界二甲醚主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)量。本設(shè)計(jì)采用氣相甲醇脫水法。 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(yè) 共 58 頁(yè) 量分?jǐn)?shù) ≥ %， 甲醇制二甲醚的工藝生產(chǎn)過(guò)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。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。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 %。用催化蒸餾工藝可以開(kāi)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。 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(kāi)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％ 。由設(shè)計(jì)要求知， 塔頂液相組成 xD1=(均為摩爾分?jǐn)?shù) ) xD2= xD3= 進(jìn)料液相組成 xF1= xF2= xF3= 以 ，對(duì)塔 1 做物料衡算，由年產(chǎn) 40 萬(wàn)噸二甲醚知， D1= F=D+W1 FxF1=DxD1+WxW1 解得 W1= xw1= 同理可計(jì)算出其它組分的含量，匯總于下表 ： 表 甲醚精餾塔的物料衡算 DME(1) 甲醇（ 2） 水（ 3） 塔頂 y 進(jìn)料 xF 塔底 xw 查相關(guān)文獻(xiàn) [3]得，二甲醚、甲醇、水在 ，不同溫度下的汽液平衡數(shù)據(jù)列于下表 ： 表 汽液平衡數(shù)據(jù) 二甲醚 甲醇 水 汽相 液相 汽相 液相 汽相 液相 38℃ 89℃ ℃ 38℃ 下 K 值 89℃ 下 K 值 145℃ 下 K 值 38℃ 下 a 值 22 1 89℃ 下 a 值 10 1 ℃ a 值 1 由恩特伍德公式得 i i , D m mi( x ) R1q? ???? （ 1） i 1, Fix 1q? ??? ??? （ 2） 進(jìn)料狀態(tài)為飽和液體， q=1，則 i 1 , Fi x 2 2 0 . 3 9 2 9 1 0 . 2 0 5 3 0 . 2 6 0 . 4 0 1 80 2 2 1 0 . 2 6? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? 用試差法求出 ? =，帶入（ 1）式 i i , D m mi( x ) 2 2 0 . 9 9 8 7 1 0 . 0 0 0 0 4 0 . 2 6 0 . 0 0 1 2 6R1 2 2 1 . 5 9 5 1 1 . 5 9 5 0 . 2 6 1 . 5 9 5? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? 故 Rmin= 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(yè) 共 58 頁(yè) 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。在熱力學(xué)計(jì)算陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 共 58 頁(yè) 中，將 NRTL 方程的模型參數(shù) ij? 整理成（ ? =） 2ij ijij ij bcT T??? ? ? (4) 式（ 4）中個(gè)二元體系的數(shù)值見(jiàn)表 4，表 43 和表 44 中二甲醚（ 1） 甲醇（ 2）、二甲醚（ 1） 水（ 2）、甲醇（ 1） 水（ 2）各二元體系的模型是利用文獻(xiàn)數(shù)據(jù)整理得到的。這樣塔頂、塔底的公用工程就可以分別用冷凝水和中壓（ 1015kgf/cm2）蒸 汽來(lái)實(shí)現(xiàn)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 58 頁(yè) 3 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)計(jì)算 物料衡算 將原料及產(chǎn)品規(guī)格換算成摩爾分率，即 原料：甲醇含量 ≥％，水含量 ≤％ 產(chǎn)品： DME≥％ ,甲醇含量 ≤％，水含量 ≤％ 要求年產(chǎn) 40 萬(wàn)噸二甲醚，則每小時(shí)應(yīng)生產(chǎn)二甲醚的量為： 4 0 0 0 0 1 0 0 0 5 0 0 0 / 1 0 8 6 . 9 5 7 k m o l / h8000 kg h? ?? 又因產(chǎn)品二甲醚回收率為 ％，則 x1 0 8 6 . 9 5 7 9 9 . 8 7 0 . 9 9 8F? ???％ 則反應(yīng)器生成二甲醚量為： Fx=