【正文】 0℃，出口溫度為 35℃?！?) △ t==℃ SQ? = 107 kcal/h 27 0 0 0 4/1 6 2 mtKQA C ??????? 選用兩個塔底再沸器，則每個再沸器的換熱面積為： A? =A /2= 2m 選取再沸器的型號為： Ф273 3000，換熱面積為 F= 合成塔及其附屬設備的計算選型 物料衡算 進塔甲醇蒸汽流量 D? =由反應式 OHO C HCHOHCH 23332 ?? 其單程轉化率為 80%， DME 選擇性≥ 99% 蘭州交通大學 畢業(yè)設計 15 則生成二甲醚的出塔流量為 hk m o lD /??????? 未反應 的甲醇出塔流量為 hk m olN /%20% ???? 出塔水的流量為 hk m olN /)( ??????? 合成塔的選取 ： 合成塔的尺寸為立式 Φ1000 6680，催化劑載量 V= 熱量衡算及附屬設備的選型計算 （ 1）合成反應熱的計算： 查天大四版物理化學上冊附錄得， m o lkJfHQ mB /5 4 )8 1 4 1() 8 4() 0 0(2 ????????????? ? ?? ? 反應放熱為 : m o lkJQr / 6 8210%80%)5 4 ( 33 ????????? 進塔甲醇蒸汽的熱量： hkJQ CDi/ 8 6 4 2 5 1)( ????????????? 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； —— ℃時甲醇的比熱容，單位 kcal/(kg目前，填料的開發(fā)與應用仍是沿著散裝填料與規(guī)整填料兩個方面進行。本設計選用 20℃ 的冷卻水，選升溫 10℃ ，即冷卻水的出口溫度為 35℃ 。結合甲醇脫水反應式可得下式： OHOCHCHOHCH 23332 ?? ? ?330 00 0 10 99 .9% 32 .04( 2 ) / 80 % 90 % 80 41 .29 58 / h 30 0 24 46 .07?? ? ? ? ?? kg 汽化塔及其附屬設備的計算選型 物料衡算 已知 F′=， xF′=90%， xD′=99%,xW′=%（以上均為質量百分數(shù)）， k m o lkgMk m o lkgMk m o lkgM O C HCHOHOHCH /,/,/3323 ??? 摩爾分率： %???Fx %???Dx %???Wx 進料平均相對分子質量 M 平均 =% +% =則進料摩爾流量為： ‘平 均 k / m o l hM?? 蘭州交通大學 畢業(yè)設計 7 總物料 WDF ?? ； 易揮發(fā)組分 WDF WxDxFx ?? 帶入數(shù)據(jù)解得： D=塔頂產(chǎn)品平均相對分子質量 為 M=%+(%)=塔頂產(chǎn)品質量流量 為 D==塔釜產(chǎn)品平均相對分子質量 為 M=%+(%)=塔釜產(chǎn)品質量流量 為 W==表 物料衡算結果表 單位 進料 F 塔頂 D 塔釜 W 物料 kg/h kmol/h 組成 質量分率 摩爾分率 90% % 99% % % % 表 甲醇 水平衡時的 t、 x、 y 數(shù)據(jù) 平衡 溫度 t 100 85 78 液相 甲醇 x 0 氣相 甲醇 y 0 平衡 溫度 t 70 68 液相 甲醇 x 100 氣相 甲醇 y 100 根據(jù)汽液平衡表（即 xyt 表），利用內(nèi)插法求 解 塔頂溫度 tLD、 tVD 6 6 . 99 8 . 2 4 8 7 . 4 1 6 5 . 0 11 0 0 8 7 . 4 1 6 4 . 7 6 6 . 9LD LDt tC?? ? ? ? ??? 塔釜溫度 tW 1001 0 0 9 2 . 9 9 9 . 6 20 5 . 3 1 0 . 2 8 1 8 0W Wt tC?? ? ? ? ??? 進料液溫度 tF 6 8 . 06 8 . 7 0 7 0 . 0 6 8 . 2 58 5 . 6 2 6 8 . 4 9 8 3 . 5 0 8 5 . 6 2F Ft tC?? ? ? ? ??? 蘭州交通大學 畢業(yè)設計 8 回流比的確定：由表 的數(shù)據(jù) 繪制 xy圖 T xy f o r C H 4 O / H 2 OL i q u i d / Va p o r M o l e f ra c C H 4 OTemperature C0 . 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 . 070.075.080.085.090.095.0100.0105.0T x 0 . 1 M PaT y 0 . 1 M Pa 由圖可知進料平衡曲線為不正常平衡曲線，為減小誤差，用作圖法求最小回流比 minR ,由點 a（ XD,XD）向平衡線作切線，交軸于 b（ 0， ），即精餾操作線截距9 8 .2 4 / ( 1) 2 1 .3R ??，所以 m in9 8 .2 4 / ( 1) 2 1 .3R ??，所以 min ? 。 DME 合成塔中發(fā)生的化學反應為放熱反應。 氣相甲醇 釜殘液 釜殘液 釜殘液 回收甲醇 產(chǎn)品 DME（≥ %） 圖 二甲醚生產(chǎn)工藝流程方框圖 原料甲醇 甲醇汽化 合成塔 （甲醇氣相脫水） 冷凝、 氣液分離 初餾塔 回收塔 DME 精餾塔 蘭州交通大學 畢業(yè)設計 5 (2)反應 在 DME 合成反應器中產(chǎn)生的反應如下所示 : OHOCHCHOHCH 23332 ?? ，該反應為放熱反應。 X, k4 D! _! o9 { 蘭州交通大學 畢業(yè)設計 4 2 DME 產(chǎn)品方案及工藝流程介紹 產(chǎn)品品種、規(guī)格、質量指標及擬建規(guī)模 產(chǎn)品品種： 二甲醚 擬建規(guī)模： 3萬噸 /年 年操作日： 300 天 （ 7200h） 生產(chǎn)方法簡述 二甲醚的生產(chǎn)方法主要有一步法和二步法兩種。甲醇不能與脂肪烴類化合物相互溶，但可以和水以及乙醇等許多有機液體互溶。 第二， DME 作為化學中間體，主要用于制造硫酸二甲酯。 本設計流程簡潔，操作簡易，工藝條件溫和 ，而且設備臺數(shù)較少，設備制作立足于國內(nèi)現(xiàn)狀，可大大降低項目投資 。如高純度的二甲醚可代替氟里昂用作氣溶膠噴射劑和致冷劑，減少對大氣環(huán)境的污染和 臭氧層 的破壞。與甲烷一樣，被期望成為 21 世紀的能源之一。 分類號 編號 蘭 州 交 通 大 學 畢 業(yè) 論 文 年產(chǎn) 3 萬噸二甲醚的初步工藝設計 Primary for the Manufacturing Process of Dimethyl ether 30Kt/a 蘭州交通大學 畢業(yè)論文（設計）任務書 院（系）：化學化工學院 姓名 學號 20xx07042 畢業(yè)屆別 20xx 專業(yè) 化學工程與工藝 畢業(yè)論文（設計）題目 年產(chǎn) 3萬噸二甲醚的初步工 業(yè)設計 指導教師 學歷 博士 職稱 教授 所學專業(yè) 化學工程 具體要求 (主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等 )： 確定以甲醇脫水法作為本設計的工藝生產(chǎn)方法 ,通過物料衡算和熱量衡算來確定設備工藝參數(shù)和消耗工藝指標 ,同時對 DME 生產(chǎn)過程中的安全注意事項及“三廢”治理作了相關說明，對整個裝置進行了簡單初步評價。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。由于其良好的水溶性、油溶性，使得其應用范圍大大優(yōu)于丙烷、 丁烷 等石油化學品。 本次設計共分 3 部分，設計人主要負責圖紙的繪制，設備的選型以及工藝計算有其他兩名同學合作共同完成，設計圖紙主要包括 PID、 PFD 圖。 第三， DME 還是重要的化工原料 ,可用于許多精細化學品的合成 ,同時在輕化、制藥、燃料、農(nóng)藥等工業(yè)中有許多獨特的用途。甲醇蒸汽和空氣混合能形成爆炸性混合物，爆炸極限為 %～ %（體積）。 一步法以合成氣 (CO+H2)為原料，在甲醇合成以及甲醇脫水的復合催化 劑上直接合成二甲醚，再提純得到二甲醚產(chǎn)品。 (3)合成氣冷卻 反應器出口氣中含有 DME，它在進出氣換熱器中通過工藝氣體冷卻，接著在甲醇蒸餾塔底部通過蒸餾塔換熱器的工藝液體冷卻，然后在二甲醚精餾塔冷卻器中用冷卻水冷卻，最后出口氣在冷凝器中大部分冷凝后被送至二甲醚精餾塔。所用沸石型酸性氧化鋁分子篩為φ=3mm， L=5～ 8 mm白色顆粒狀，堆積體積密度≤ ，具有良好的化學性質及足夠的撞擊強度與耐磨強度，對于甲醇縮水生成二甲醚的工藝過程，該催化劑的催化活性、選擇性、與穩(wěn)定性均顯示出了優(yōu)異的經(jīng)濟指標，在再生與使用周期上也有較好的 表現(xiàn)。操作回流比可取為最小回流比的 倍，所以取回流比 ??。 （ 2）冷凝器的熱負荷及冷卻介質消耗量 冷凝器的熱負荷 )()1( LDVDC IIDRQ ??? 其中 VDI —— 塔頂上升蒸汽的焓； LDI —— 塔頂餾出液的焓。 本汽化塔設計選用 25 金屬拉西環(huán)亂堆填料。℃ )。 逆流： T 170℃→ 100℃ t 35℃← 20℃ 20xx0 35170ln)20xx0()35170()/l n (1212 ????????? ????? tt tttm℃ 進入第一冷凝器的熱量： hkJQ / 1 8 5 5 8 9 57 5 4 2 5 4 3 3%)101( 1 2 3 6 9 8%)101( 2 ?????????? 表 沸點下蒸發(fā)潛熱列表 沸點 /℃ 蒸發(fā)潛熱rH?/(KJ/mol) CT /K 二甲醚 甲醇 水 100 由沃森公式計算平均溫度 135℃下的潛熱 蘭州交通大學 畢業(yè)設計 17 1212 )11(???? TTHH ????? 135℃時， 對二甲醚： ???? Cr TTT， ???? Cr TTT 可以看出不能用沃森公式推算，結合化工工藝手冊乙醚在 140℃下的 蒸發(fā)潛熱，可估算二甲醚在此溫度下的蒸發(fā)潛熱為 rH? DME =135℃時， 對水： 6 3 4 7 1 3 7 322 ???? Cr TTT, 5 7 4 7 1 0 7 311 ???? Cr TTT 則， hkJH / ???? ）（水? 對甲醇，同理得 2rT = ， 1rT = 則， hkJH /9 9 )6 5 7 9 ?????? （甲醇? 于是混合液的汽化潛熱 rH? 可由下式計算， hkJH / 6 7 2 6 2 7 9 333 ??????????? ? 取該條件下混合液體的比熱容 pc =(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? ? ? ?計算得出（數(shù)據(jù)來自于化學工程師手冊 [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/(kmol K) ?pC kcal/(kmol K)] 蘭州交通大學 畢業(yè)設計 21 熱量 Q（ kJ/h） 理論塔板數(shù)的計算 塔頂溫度下， ? ? 塔底溫度下， ? ? 則全塔平均相對揮發(fā)度： ????? WDm ??? )]1)(1lg [ (m i n ???? mW WDD x xxxN ? in???RRR 查吉利蘭圖得， ???N NN ，解得 N=（含釜）