【正文】 反應(yīng)器應(yīng)加入甲醇量為： 1 0 8 7 . 7 1 9 2 2 7 1 9 . 2 9 8 k m o l /h8 0 1 0 0? ??％ ％ 甲醇原料進料量： 2 7 1 9 .2 9 8 2 7 4 3 .7 1 7 k m o l/h0 .9 9 1 1 ? 按化學計量關(guān)系計算反應(yīng)器出口氣體中各組分量 甲醇 27 43 .71 7 1 08 7 .71 9 56 8 .27 9k m ol / h?? 水含量 2743 .717 1 087 .719 1112 .138km ol / h?? 計算結(jié)果列表如下 表 物料衡算表 組分 進料 F0/(koml/h) 進料 qm0/(kg/h) 出料 F/(koml/h) 出料 qm/(kg/h) 二甲醚 0 0 甲醇 水 合計 計算催化劑床層體積 進入反應(yīng)器的氣體總量 Ft0=，給定空速 Sv=5000h1，所以 ， 催化劑床層體積 VR 為： 3 2 2 .42 7 6 8 .1 3 6 1 2 .4 0 m5000VNV qS ? ? ? 反應(yīng)器管數(shù) 反應(yīng)器管數(shù) n 擬采用管徑為 Ф27 ，故管內(nèi)徑 d=，管長 6m，催化劑充填高度 L為 ，所以： 220 85 ( 22) 4RVn pdL? ? ??? 采用正三角形排列，實際管數(shù)取 5750 根 熱量衡算 基準溫度取 298K,由物性手冊查的在 280℃ 下二甲醚（ 1）、甲醇（ 2）、水（ 3）的比熱容、粘度、熱導(dǎo)率分別為 : Cp1=（ kg/℃ ） CP2= kJ/（ kg/℃ ） CP3= kJ/（ kg/℃ ） μ1= 105pa μ2= 105pa μ3= 105pa 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 共 58 頁 λ1=(m2? k) λ2= w/(m2? k) λ3=(m2? k) 則原料氣帶入熱量 Q1=( + ) () = 107kJ/h 反應(yīng)后氣體帶走熱量 Q2=( + + ) () = 107kJ/h 反應(yīng)放出熱量 QR= 11770= 107 kJ/h 傳給換熱物質(zhì)的熱量 QC QC=Q1+QRQ2= 106 kJ/h 核算換熱面積，床層對壁給熱系數(shù)按式計算 . 5 ( ) e x p ( 4 . 6 )f p pt t f td G da dd? ??? 22882 6 403 kg/ ( m h)575 0 ( )4G ?? ? ??? 5 5 5f51 .63 1 0 39 .29 1 .75 1 0 1 .8 1 0 1 .7229 1 0 pa s? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?％ ％ ％ 50 .0 0 5 4 0 3 9 0 .1 2 33071 .7 2 2 9 1 0 3 6 0 0p fdG? ?????? ? ? ? ? ? ? ?％ ％ ％ 220 .2 5 8 9 w /( m k )0 .9 3 2 0 k J / ( m h k )??? ? ? 所以 . 9 3 2 0 0 . 0 0 53 . 5 ( 3 3 0 7 ) e x p ( 4 . 6 )0 . 0 2 2 0 . 0 2 2ta ? ? ? ? ? ? 2151 57 .6 kJ / ( m h k )? ? ? 查得碳鋼管的熱導(dǎo)率 ?=(m? h? k)， 較干凈壁面污垢熱阻 Rst= 105 (m? h? k)/ kJ， 代入總傳質(zhì)系數(shù) Kt 的計算式，得 0051111 2 3 4 1 .5 3 1 k J / ( m h k )1 0 .0 0 2 5 0 .0 2 2 0 .0 2 2 1 4 .7 8 1 01 5 1 5 7 .6 1 6 7 .5 0 .0 2 4 5 0 .0 2 7 2 7 1 7 .0tttsttmK ddRa d d a????? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? 整 個 反應(yīng)器床層可近似看成恒溫，均為 ，則傳熱推動力 tm? ( 5 5 3 . 1 5 5 1 0 ) ( 5 5 3 . 1 5 5 1 5 ) 4 0 . 6 5 K2mt ? ? ?? ? ? 需要傳熱面積為 ： 6 27 .7 0 1 0 8 0 .9 0 m2 3 4 1 .5 3 1 4 0 .6 5=CtmQA Kt ? ?? ??需 實際傳熱面積 t 2= = 5750 1mπ LdA ? ? ? ?實 A 實 A 需 ， 能滿足傳熱需求。同時該法也是目前國內(nèi)外生產(chǎn) DME 的主要方法 [2]。由于 H2SO4 具有強腐蝕性 , 而且甲醇與水等同處于液相中 , 因此 , 該法的工業(yè)化前景一般。目前 ,世界上有不少國家正在開發(fā) CO2 加氫制 DME 的催化劑和工藝 ， 但都處于探索階段。它可直接利用 CO 含量高的煤基合成氣 ， 還可在線卸載催化劑。 氣相甲醇脫水法制 二甲醚 氣相甲醇脫水法是甲醇蒸氣通過分子篩催化劑催化脫水制得 DME。（ 5）催化蒸餾法。 與 H2S 反應(yīng)制備二甲基硫醚。國內(nèi)外正在積極 開發(fā)它在冰箱、空調(diào)、食品保鮮劑等方面的應(yīng)用 ， 以替代氟里昂。氣相法的工藝過程主要由甲醇加熱、蒸發(fā)、甲醇脫水、二甲醚冷凝及精餾等組成。 DME是具有與 LPG 的物理性質(zhì)相類似的 化 學品，在燃燒時不會產(chǎn)生破壞環(huán)境的氣體，能便宜而大量地生產(chǎn)。 2) The calculation and selection of heat exchanger, pump。 （ 3）用作燃料 由于 DME具有液化石油氣相似的蒸氣壓 ， 在低壓下 DME變?yōu)橐后w ， 在常溫、常壓下為氣態(tài) ， 易燃、毒性很低 ， 并且 DME的十六烷值 (約 55) 高 ， 作為液化石油氣和柴油汽車燃料的代用品條件已經(jīng)成熟。我國二甲醚總生產(chǎn)能力約為 t/a,產(chǎn)量約為 t/a， 表 12為我國二甲醚主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)量。下面對這幾種方法作以介紹。 合成氣一步法生產(chǎn) 二甲醚 合成氣法制 DME 是在合成甲醇技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 ， 由合成氣經(jīng)漿態(tài)床反應(yīng)器一步合成DME， 采用具有甲醇合成和甲醇脫水組分的雙功能催化劑。 但是 ， 目前合成氣法制 DME 的研究國內(nèi)仍處于工業(yè)放大階段 ， 有上千噸級的成功的生產(chǎn)裝置 ，如山西煤化所、清華大學、杭州大學催化劑研究所等都擁有這方面的技術(shù)。天津大學化學工程系用甲醇合成催化劑 Cu Zn Al2O3 和 HZSM5 制備了 CO2 加氫制 DME 的催化劑。從技術(shù)難度方面考慮 , 第一種方法極易實現(xiàn)工業(yè)。 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 共 58 頁 2 技術(shù)分析 反應(yīng)原理 反應(yīng)方程式： ? ? ? ?3 3 2 2 R2 CH O H CH O H O H 2 5 0 1 1 7 7 0 K J / k m o l? ? ? ? ?； ℃ 反應(yīng)條件 本過程采用連續(xù)操作，反應(yīng)條件：溫度 T=250℃ 370℃ ，反應(yīng)壓力 ? ，反應(yīng)在絕熱條件下進行。根據(jù)經(jīng)驗，一般取 R/Rm=。 Table Interaction parameterk12of PRequation for binary systems System k12 DME(1)CH3OH(2) DME(1)H2O(2) CH3OH(1)H2O(2) Table Coefficients of model parameter ij? of NRTL equation for binary systems System A12 A21 b12 b21 c12 c21 DME(1)CH3OH(2) 182686 DME(1)H2O(2) 974420 1108017 CH3OH(1)H2O(2) 依據(jù)操作壓力，由泡點方程通過試差法計算出泡點溫度。精餾高純度 DME 的操作壓力適宜范圍為 ～ 這里采用塔頂冷凝器壓力為，塔頂壓力為 ，塔底壓力為 對該系統(tǒng)進行模擬計算，這樣塔頂溫度為 38℃ ，塔 底溫度為 ℃ 。 催化劑的選擇 本設(shè)計采用催化劑 γ AL2O3，催化劑為球形顆粒，直徑 dp 為 5mm， 床層空隙率 ε為 。 本設(shè)計采用汽相氣相甲醇脫水法制 DME，相對液相法，氣相法具有操作簡單 , 自動化程度較高 , 少量廢水廢氣排放 , 排放物低于國家規(guī)定的排放標準， DME 選擇性和產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點。他們是以甲醇為原料 , 用H2SO4 作催化劑 , 通過催化蒸餾法合成二甲醚的。 CO2 加氫制甲醇因受平衡的限制 ， CO2 轉(zhuǎn)化率低 ， 而 CO2 加氫制 DME 卻打破了 CO2 加氫生成甲醇的熱力學平衡限制。合成氣法現(xiàn)多采用漿態(tài)床反應(yīng)器 ， 其結(jié)構(gòu)簡單 ， 便于移出反應(yīng)熱 ， 易實現(xiàn)恒溫操作。中國仍有個別廠家使用該工藝生產(chǎn) DME， 并在使用過程中對工藝有所改進。 技術(shù)來源 目前合成 DME 有以下幾種方法：（ 1）液相甲醇脫水法（ 2）氣相甲醇脫水法（ 3）合成氣一步法（ 4） CO2 加氫直接合成。 （ 4）用作化工原料 DME 作為一種重要的化工原料 ,可合成多種化學品及參與多種化學反應(yīng) ： 與 SO3反應(yīng)可制得硫酸二甲酯 ； 與 HCl 反應(yīng)可合成烷基鹵化物 ； 與苯胺反應(yīng)可合成 N , N 二甲基苯胺 ； 與 CO 反應(yīng)可羰基合成乙酸甲酯 、 醋酐 ， 水解后生成乙酸 ； 與合成氣在催化劑存在下反應(yīng)生成乙酸乙烯 ； 氧化羰化制碳酸二甲酯 。 （ 2）用作制冷劑和發(fā)泡劑 由于 DME的沸點較低 ， 汽化熱大 ， 汽化效果好 ， 其冷凝和蒸發(fā)特性接近氟氯烴 ， 因此 DME作制冷劑非常有前途。將甲醇加熱蒸發(fā)，甲醇蒸氣通過 γAL2O3催化劑床層 ,氣相甲醇脫水制得二甲醚。與甲烷一樣，被 期望成為 21世紀的能源之一。 Key words: dimethyl ether, methanol, process design.陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 目錄 1 概 述 ............................................................................................................. 1 二甲醚 的用途 .......................................................................................... 1 設(shè)計依據(jù) .................................................................................................. 1 技術(shù)來源 .................................................................................................. 1 液相甲醇脫水法制 二甲醚 ................................................................ 1 氣相甲醇脫水法制 二甲醚 ................................................................ 1 合成氣一步法生產(chǎn) 二甲醚 ................................................................ 2 二氧化碳 加氫直接合成 二甲醚 ........................................................ 2 催化蒸餾法制 二甲醚 ........................................................................ 2 本設(shè)計采用的方法 ............................................................................ 3 原料及產(chǎn)品規(guī)格 ...................................................................................... 3 設(shè)計規(guī)模和設(shè)計要求 .............................................................................. 3 2 技術(shù)分析 ..........................................................................................