【正文】 .. 53 全廠總平面設計的原則 ........................................................................ 53 全廠總平面布置內(nèi)容 ............................................................................ 53 全廠平面布置的特點 ............................................................................ 53 全廠人員編制 ........................................................................................ 53 9 總結討論 ..................................................................................................... 55 設計主要完成任務 ................................................................................. 55 設計過程的評述和有關問題的討論 ..................................................... 55 參考文獻 ...................................................................................................... 56 致謝 .............................................................................................................. 57 附錄 A .......................................................................................................... 58 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 1 頁 共 58 頁 1 概 述 二甲醚 (Dimethyl Ether，簡稱 DME)習慣上簡稱甲醚，為最簡單的脂肪醚，分子式 C2H6O，是乙醇的同分異構體，結構式 CH3— O— CH3， 分子量 ， 是一種無色、無毒、無致癌性、腐蝕性小的產(chǎn)品。由于它是一種優(yōu)良的清潔能源 ， 已日益受到國內(nèi)外的廣泛重視。 據(jù)市場調(diào)查國內(nèi)二甲醚需求量遠遠超過供給量，目前國內(nèi)僅氣霧劑一項需求量達到 ~ 萬噸 /年，而高純度的二甲醚還依賴進口。 液相甲醇脫水法制 二甲醚 甲醇脫水制 DME 最早采用硫酸作催化劑 ， 反應在液相中進行 ， 因此叫做液相甲醇脫水法 ， 也稱硫酸法工藝。因此 ， 甲醇合成催化劑和甲醇脫水催化劑的比例對 DME 生成速度和選擇性有很大的影響 ， 是其研究重點。蘭州化物所、大連化物所、湖北化學研究所的催化劑均已申請了專利。蘭州化物所在 CuZnZrO2/ HZSM5 雙功能催化劑上考察了 CO2加氫制甲醇反應的熱力學平衡。 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 3 頁 共 58 頁 本設計采用的方法 作為純粹的 DME 生產(chǎn)裝置而言，表 13 列出了 3 種不同生產(chǎn)工藝的技術經(jīng)濟指標。 反應選擇性和轉(zhuǎn)化率 選擇性：該反應為催化脫水。則回流比 R . .0 .? ? ?1 8 1 8 1 94 m i nR R 1 .9 4 1 .0 8 0 .2 9R 1 1 .9 4 1????? 查吉利蘭關聯(lián)圖可得 minN N 1 ? 在全回流下的最少理論板數(shù) Dw1212m inx()x[]x()xN loglog? ? 平均相對揮發(fā)度 3 2 2 1 0 .2 6 1 .8? ? ? ? ?頂 3 10 1 ? ? ? ? ?進 3 1 5 ? ? ? ? ?底 所以全塔平均相對揮發(fā)度 ?? Dwm in0. 99 87()0. 00 00 4[]0. 00 22 0. 32 80N 23 .5 24? ? ?log 則 N 19 ? ?? N 41??快 計算加料位置 精餾段最少理論板數(shù) m in 987 929l og[ ] 000 4 053N 16. 7 17l og ?? ? ?精 實際板層數(shù)的求取 進料黏度：在 tD=89℃ ，查手冊 [4]得 1 Pa sm? ?? 2 55 mPa s? ?? 3 15m Pa s? ?? l g 929 l g( 77 ) 053 l g( 55 ) 018 l g ( 15 )LF? ? ? ? 求得 m Pa s? ?? 塔頂物料黏度： tD=38℃ ，查手冊 [4]得 1 mPa s? ?? 2 44 mPa s? ?? 3 3mPa s? ?? l g 0 .9 9 8 7 l g ( 0 .1 3 3 ) 0 .0 0 0 0 4 l g ( 0 .4 4 4 ) 0 .0 0 1 2 6 l g ( 0 .6 8 3 )LD? ? ? ? 求得 m Pa s? ?? 塔釜物料黏度： ??， 查手冊得 1 mPa s? ?? 2 53 mPa s? ?? 3 3mPa s? ?? 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 10 頁 共 58 頁 l g 022 l g( 23 ) 280 l g( 53 ) 698 l g ( 93 )LW? ? ? ? 求得 m P a sLW? ?? 精餾段液相平均黏度： 0 . 1 3 3 0 . 1 7 3 0 . 1 5 3 m Pa s22L D L F??? ? ?? ? ? ?精 提餾段液相平均黏度： 0 . 1 7 8 0 . 1 7 3 0 . 1 7 6 m Pa s22L W L F??? ? ?? ? ? ?提 全塔液相平均黏度： 0 . 1 5 3 0 . 1 7 6 0 . 1 6 5 m Pa s22mmm ? ?? ? ? ?精 提提 全塔效率可用奧爾康公式： 0. 24 9( )TLE ?? ?? 計算 0. 24 50. 49 (1. 9 0. 16 5 ) 0. 65TE ?? ? ? 則實際塔板數(shù) 41 6 3 .1 6 20 .6 5TTNN E? ? ? ?實 實際進料位置 17= 2 6 .2 2 30 .6 5TNN E? ? ?進 精餾塔的工藝條件及有關物性數(shù)據(jù)的計算 操作壓力的計算 DME 在常壓下的沸點是 ℃ ，所以如果選擇系統(tǒng)壓力在常壓下，則 塔頂冷凝器很難對該產(chǎn)品進行冷卻。計算結果如下： 塔頂溫度 38DtC?? 進料板溫度 89FtC?? 塔底溫度 ?? 精餾段平均溫度 1 ( 38 89) / 2 ? ? ? ? 提餾段平均溫度 2 ( 8 9 1 4 5 .8 ) / 2 1 1 7 .4m ? ? ? ? 平均摩爾質(zhì)量計算 塔頂平均摩爾質(zhì)量計算 ： 0 .9 9 8 7 4 6 0 .0 0 0 0 4 3 2 0 .0 0 1 2 6 1 8 4 5 .9 6 k g / k m o lV D mM ? ? ? ? ? ? ? 042 46 008 32 95 18 43. 33 kg / km olL D mM ? ? ? ? ? ? ? 進料板平均摩爾質(zhì)量計算 ： 929 46 053 32 018 18 31. 88k g / km olVFmM ? ? ? ? ? ? ? 0 .8 8 9 1 4 6 0 .0 4 7 6 3 2 0 .0 6 3 3 1 8 4 3 .5 6 k g / k m o lLF mM ? ? ? ? ? ? ? 塔底平均摩爾質(zhì)量計算 ： 0 .0 1 9 0 4 6 0 .3 6 1 0 3 2 0 .6 2 0 0 1 8 2 3 .5 9 k g / k m o lVFmM ? ? ? ? ? ? ? 0 .0 0 2 2 4 6 0 .3 2 8 0 3 2 0 .6 6 9 8 1 8 2 2 .6 5 k g / k m o lLF mM ? ? ? ? ? ? ? 精餾段平均摩爾質(zhì)量 ： ( ) / 2 kg / km olVmM ? ? ? ( ) / 2 kg / km olLmM ? ? ? 提餾段平均摩爾質(zhì)量 ： ( ) / 2 kg / km olVmM ? ? ? ( ) / 2 kg / km olLmM ? ? ? 平均密度計算 氣相平均密度計算 精餾段氣相密度 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 12 頁 共 58 頁 38 1 5 . 6 3 8 . 9 2 1 1 . 3 4 k g / m8 . 3 1 4 ( 6 3 . 5 2 7 3 . 1 5 )m V mV1mPMρ = RT ????? 提餾段氣相密度 38 2 7 . 5 2 7 . 7 4 7 . 0 7 k g / m8 . 3 1 4 ( 1 1 7 . 4 2 7 3 . 1 5 )2 m V mVmPMρ = RT ????? 全塔氣相平均密度 9 2 0 52V .? ?? 3。另一方面隨著操作壓力增加 ,精餾操作所用的蒸汽、冷卻水、動力消耗也增加。 轉(zhuǎn)化率：反應為氣相反應，甲醇的轉(zhuǎn)化率在 80% 。但相對其它兩類方法，目前該方法正處于工業(yè)放大階段，規(guī)模比較小，另外，它對催化劑、反應壓力要求高，產(chǎn)品的分離純度低，二甲醚選擇性低，這都是需要研究解決的問題。 催化蒸餾法制 二甲醚 到目前為止 , 只有上海石化公司研究院從事過這方面的研究工作。 二氧化碳 加氫直接合成 二甲醚 近年來 ， CO2 加氫制含氧化合物的研究越來越受到人們的重視 ， 有效地利用 CO2， 可減輕工業(yè)排放 CO2對大氣的污染。 由合成氣直接合成 DME， 與甲 醇氣相脫水法相比 ， 具有流程短、投資省、能耗低等優(yōu)點 ， 而且可獲得較高的單程轉(zhuǎn)化率。 其工藝具有反應條件溫和 (130～ 160) ℃ 、甲醇單程轉(zhuǎn)化率高 ( 85%) 、可間歇也可連續(xù)生產(chǎn)等特點 ， 但是存在設備腐蝕、環(huán)境污染嚴重 、 產(chǎn)品后處理困難等問題 ， 國外已基本廢除此法。 設計依據(jù) 本項目基于教科書上的教學案例，通過研讀大量的關于 DME 性質(zhì)、用途、生產(chǎn)技術及市場情況分析的文獻，對生 產(chǎn) DME 的工藝過程進行設計的。可廣泛用于民用清潔燃料、汽車發(fā)動機燃料、醇醚燃料。 二甲醚 的用途 （ 1）替代氯氟烴作氣霧劑 [1] 隨著世界各國的環(huán)保意識日益增強 ， 以前作為氣溶工業(yè)中氣霧劑的氯氟烴正逐步被其他無害物質(zhì)所代替。甲醇脫水制二甲醚分為液相法和氣相法兩種工藝 ， 本設計采用氣相法制備二甲醚工藝。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。 DME 因其良好的理化性質(zhì)而被廣泛地應用于化工、日化、醫(yī)藥和制冷等行業(yè) ， 近幾年更因其燃燒效果好和污染少而被稱為 “ 清潔燃料 ” ， 引起廣泛關注。在未來十年里 ， DME作為燃 料的應用將有難以估量的潛在市場 ， 其應用前景十分樂觀。二甲醚市場應用前景廣闊 ， 因此對二甲醚的生產(chǎn)工藝進行研究很有必要。該工藝生產(chǎn)純度 %的 DME 產(chǎn)品 , 用于一些對 DME 純度要求不高的場合。其過程的主要反應為 ： 甲醇合成反應 23CO 2H CH O H 90 14 kJ / m ol ??＝ （ 1） 水煤氣變換反應 2 2 2C O H O C O H 4019 kJ / m ol ? ? ? ? （ 2） 甲醇脫水反應 3 3 3 22 CH O H CH O CH H O 2 3 1 4 k J / m o l ? ? ? （ 3） 在該反應體系中 ， 由于甲醇合成反應和脫水反應同時進行 ， 使得甲醇一經(jīng)生成即被轉(zhuǎn)化為 DME，從而打破了甲醇合成反應的熱力學平衡限制 ， 使 CO 轉(zhuǎn)化率比兩步反應過程中單獨甲醇合成反應有顯著提高。清華大學加大了對漿態(tài)床 DME 合成技術的研究力度 ， 正與企業(yè)合作進行工業(yè)中試研究 ， 在工業(yè)中試成功的基礎上 ， 將建設萬噸級工業(yè)示范裝置。結果表明 CO2 加 H2 制 DME 不僅打破了 CO2 加氫制甲醇反應的熱力學平衡 ， 明顯提高了 CO2轉(zhuǎn)化率 ， 而且還抑制了水氣逆轉(zhuǎn)換反應的進行 ， 提高了 DME 選擇性。由表 1 可以看出，由合成氣一 步法制 DME 的生產(chǎn)成本遠較硫酸法和甲醇脫水法為低，因而具有明顯的競爭性。在 400℃ 以下時，該反應過程為單一、不可逆、無副產(chǎn)品的反應，選擇性為 100%。所以塔壓力采用