【正文】 （≥%）圖 31 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。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)。(3)合成氣冷卻反應(yīng)器出口氣中含有 DME，它在進(jìn)出氣換熱器中通過(guò)工藝氣體冷卻，接著在甲醇蒸餾塔底部通過(guò)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。由于二甲醚反應(yīng)轉(zhuǎn)化率在低壓下較高，因此二甲醚反應(yīng)器的操作壓力不宜太高，而二甲醚精餾塔在較高壓力操作時(shí) DME的損失較小，基于上述原因，二甲醚合成系統(tǒng)壓力控制略高于二甲醚精餾系統(tǒng)。原料甲醇 甲醇汽化 合成塔（甲醇?xì)庀嗝撍├淠?、氣液分離初餾塔回收塔 DME 精餾塔本科生畢業(yè)論文25(4)二甲醚精餾來(lái)自二甲醚合成系統(tǒng)的工藝液體被送入二甲醚精餾塔中部，塔底再沸是通過(guò)精餾塔加熱器的蒸汽流量控制完成，在 DME 精餾塔中 DME 與甲醇和水分開(kāi)，一二甲醚產(chǎn)品從精餾塔頂部回收，而甲醇和水一起從塔底去除，并為原料甲醇提供預(yù)熱熱源。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。在二甲醚回流罐中分離的液體被二甲醚回流泵加壓，并被分成精餾塔回流液和 DME 產(chǎn)品，產(chǎn)品二甲醚被送出界區(qū)貯存。(5)甲醇塔二甲醚精餾塔底部液體被直接引入甲醇蒸餾塔中，甲醇在蒸餾塔中與水分離出來(lái)，再循環(huán)回甲醇緩沖槽內(nèi)。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E108 的蒸汽來(lái)補(bǔ)充。頂部甲醇蒸汽在甲醇冷凝器(Ell0)的冷卻水冷凝，然后通過(guò)甲醇回流泵返回二甲醚合成系統(tǒng)，部分甲醇則回流到甲醇蒸餾塔，未冷凝氣體則作為尾氣放空。常溫含水粗甲醇作為本工藝流程的原料，由往復(fù)泵定量輸送至合成工序的汽化塔進(jìn)行汽化提純，并由液態(tài)轉(zhuǎn)化成飽和氣態(tài)，再進(jìn)入電加熱爐過(guò)熱至 250℃以上溫度，過(guò)熱后的甲醇原料蒸汽以逆流方式進(jìn)入固定床合成塔，在氧化鋁型固定床中進(jìn)行縮水反應(yīng)生成氣態(tài)二甲醚和水（反應(yīng)溫度控制在 280℃450℃之間，一次轉(zhuǎn)化率不小于 75%） ，反應(yīng)產(chǎn)物中包括有二甲醚、水以及未反應(yīng)的甲醇蒸汽。反應(yīng)物經(jīng)換熱器降溫后在冷凝器中被循環(huán)水冷凝成液體，經(jīng)計(jì)量罐進(jìn)入中間罐貯存，未被冷凝成液態(tài)的少量副反應(yīng)氣體如 CHCO 2 等則由放空閥排入放空總管并經(jīng)吸收塔吸收后直接排入大氣或送入鍋爐房進(jìn)行焚燒，進(jìn)入中間罐的反應(yīng)物由屏蔽泵加壓輸送至初餾塔進(jìn)行精餾分離，塔頂分餾出燃料級(jí)的二甲醚組分，塔底分離出粗甲醇混合物，燃料級(jí)二甲醚蒸汽在甲醚冷凝器中被循環(huán)水冷凝成常溫二甲醚液體經(jīng)計(jì)量泵后進(jìn)入燃料級(jí)二甲醚產(chǎn)品中間罐，再經(jīng)加壓磁力泵輸送至罐區(qū)產(chǎn)品貯罐區(qū)進(jìn)行儲(chǔ)存，塔底稀甲醇混合物經(jīng)冷卻后進(jìn)入粗甲醇中間罐進(jìn)行貯存。粗甲醇中間罐的稀甲醇液體由屏蔽泵加壓輸送至甲醇回收塔進(jìn)行精餾分離，塔頂分餾出精甲醇組分，塔底分離出廢水，精甲醇蒸汽被循環(huán)水冷卻成常溫精甲醇液體，經(jīng)計(jì)量后進(jìn)入回收甲醇中間罐。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。 生產(chǎn)工藝特點(diǎn)本工藝裝置的主要工藝特點(diǎn)是流程簡(jiǎn)潔明暢，工藝條件溫和，裝置內(nèi)熱能利用較好，操作簡(jiǎn)易方便。本裝置設(shè)備臺(tái)數(shù)較少，設(shè)備制作充分立足于國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀，所有設(shè)備均能在國(guó)內(nèi)制造而不需進(jìn)口，項(xiàng)目投資大為降低。 主要工藝指標(biāo) 二甲醚產(chǎn)品指標(biāo)本科生畢業(yè)論文26表 2 產(chǎn)品二甲醚產(chǎn)品指標(biāo)序號(hào) 組分 純度 備注1234二甲醚甲醇水分C3 以下烴類≥%≤≤≤ 本設(shè)計(jì)產(chǎn)品二甲醚可用作替代燃料或氣霧劑等化工原料，目前燃料級(jí)二甲醚尚未頒布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)產(chǎn)品工藝指標(biāo)可參照表 3塔設(shè)備指標(biāo)如下：汽化塔：原料甲醇純度 90%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同） ，塔頂甲醇?xì)怏w純度≥99% ，釜液甲醇含量≤%； 合成塔：轉(zhuǎn)化率≥80%，選擇性≥% ； 初餾塔：塔頂二甲醚純度≥95%，釜液二甲醚含量≤% ； 精餾塔：塔頂二甲醚純度≥%，釜液二甲醚含量≤% ； 回收塔：塔頂回收甲醇純度≥98%，廢水中甲醇含量≤% 催化劑的使用本設(shè)計(jì) DME 合成塔采用輻射型固定床反應(yīng)器，生產(chǎn)用催化劑為沸石型酸性氧化鋁分子篩。DME 合成塔中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為放熱反應(yīng)。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(xué)性質(zhì)及足夠的撞擊強(qiáng)度與耐磨強(qiáng)度，對(duì)于甲醇縮水生成二甲醚的工藝過(guò)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(jì)指標(biāo)，在再生與使用周期上也有較好的表現(xiàn)。工藝設(shè)計(jì)的該催化劑可使甲醇的一次性轉(zhuǎn)化率≥80﹪，選擇性指標(biāo)接近 100﹪。極微量副產(chǎn)物為甲烷、二氧化碳。再生周期≥300 日。可反復(fù)使用。該型催化劑在制備過(guò)程添加少量稀土元素，無(wú)有毒重金屬組份。因此粉碎或廢棄的分子篩可就地填埋或送催化劑配制公司回收處理 [1]。本科生畢業(yè)論文274 主要塔設(shè)備計(jì)算及選型原料甲醇流量的估算：年產(chǎn) DME10 萬(wàn)噸，合成轉(zhuǎn)化率為 80%（出去各步損失，按 78%粗略估算） ，選擇性按 100%計(jì)算，二甲醚產(chǎn)品純度為 %。結(jié)合甲醇脫水反應(yīng)式可得下式：kg/kmol??3 3109.%? ??????? ?? ? 汽化塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 物料衡算已知 F′=103kg/h，x F′=90%，x D′=99%,xW′=%（以上均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)） ， kg/kmol3 ,???摩爾分率： %/3/F? 5/??進(jìn)料平均相對(duì)分子質(zhì)量 M 平均 =%+%=則進(jìn)料摩爾流量為： kmol/h???總物料 ； 易揮發(fā)組分 ； D?FDWxx?帶入數(shù)據(jù)解得： D=塔頂產(chǎn)品平均相對(duì)分子質(zhì)量 M=%+(%)=塔頂產(chǎn)品質(zhì)量流量 D==103kg/h塔釜產(chǎn)品平均相對(duì)分子質(zhì)量 M=%+(%)=塔釜產(chǎn)品質(zhì)量流量 W==103kg/h表 3 物料衡算結(jié)果表單位 進(jìn)料 F 塔頂 D 塔釜 W物料kg/hkmol/h103103103本科生畢業(yè)論文28組成質(zhì)量分率摩爾分率90%%99%%%%表 4 甲醇水平衡時(shí)的 t、x、 y 數(shù)據(jù) [3] 平衡溫度 t100 液相甲醇 x0 100氣相甲醇 y0 100根據(jù)汽液平衡表（即 xyt 表） ，利用內(nèi)插法求塔頂溫度 tLD、t VD，塔釜溫度 tW，進(jìn)料液溫度 tF塔頂溫度 tLD、t VD ℃????? ℃.. .869Vtt塔釜溫度 tW ℃101092. .62538WWtt???進(jìn)料液溫度 tF ℃.. ???回流比的確定：由表 4 的數(shù)據(jù)繪制 xy 圖由圖（圖略）可知進(jìn)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Rmin由點(diǎn) a（x D,xD）向平衡線作切線，交軸于 b（0，） ，即精餾操作線截距，??，所以 。操作回流比可取為最小回流比的 倍，?回流比本科生畢業(yè)論文29???R甲 醇 水 混 合 液 的 tx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)(105.)???????t=℃時(shí) 2()9.(.)???? 熱量衡算（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。飽和水蒸氣是一種應(yīng)用最廣的加熱劑，由于飽和水蒸氣冷凝時(shí)的傳熱膜系數(shù)很高，可以通過(guò)改變蒸汽的壓力準(zhǔn)確地控制加熱溫度。燃料燃燒所排放的煙道氣溫度可達(dá) 1001000℃，適用于高溫加熱，缺點(diǎn)是煙道氣的比熱容及傳熱膜系數(shù)很低，加熱溫度控制困難。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。 常用的冷卻劑是水和空氣，應(yīng)因地制宜加以選用。受當(dāng)?shù)貧鉁叵拗?，冷卻水一般為1025℃ 。本設(shè)計(jì)選用 20℃的冷卻水，選升溫 10℃，即冷卻水的出口溫度為 35℃。（2）冷凝器的熱負(fù)荷及冷卻介質(zhì)消耗量冷凝器的熱負(fù)荷 (1))CVDLQRI???本科生畢業(yè)論文30其中 ——塔頂上升蒸汽的焓； ——塔頂餾出液的焓。VDI LDI(1)VLDVVIxHx?????甲 水其中 ——甲醇的蒸發(fā)潛熱； 水的蒸發(fā)潛熱H?甲 水蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系： 其中 ——對(duì)比溫度。()rVT?rT表 5 沸點(diǎn)下蒸發(fā)潛熱列表沸點(diǎn)/℃ 蒸發(fā)潛熱 /(kcalkmol1)rH?Tc/K甲醇水10084309729由沃森公式計(jì)算塔頂溫度下的潛熱 ()rVT??℃時(shí)，對(duì)甲醇： ?? ?蒸發(fā)潛熱 kcal/().759rH????甲對(duì)水，同理得 Tr2=， Tr1=蒸發(fā)潛熱 kcal/kmol()????水對(duì)于全凝器作熱量衡算（忽略熱損失） ，選擇泡點(diǎn)回流，因?yàn)樗敿状己亢芨?，與露點(diǎn)相接近，所以 (1)VDLDDIxHxH????甲 水代入數(shù)據(jù)得 ： kcal/()?????? kcal/h(.51)??冷卻劑的消耗量 kg/h21()(50)CCpcQWt?????（3）加熱器的熱負(fù)荷及全塔熱量衡算選用 (℃)飽和水蒸氣為加熱介質(zhì)本科生畢業(yè)論文31表 6 甲醇、水在不同溫度下混合的比熱容[單位：kcal/(kg.℃) ]甲醇???????水 2p?甲醇 1().7(.01.).35pLDFt???????水 2()1(.0.)??????2 ?[()](.)().36ppDpDCdtxCxt?????????????[()](.78..9)(..) t????則有 = kcal/hDQ ()??????? kcal/h .????對(duì)全塔進(jìn)行熱量衡算 FSDWCQ???為了簡(jiǎn)化計(jì)算，以進(jìn)料焓，即 ℃時(shí)的焓值為基準(zhǔn)做熱量衡算 =++=107 kcal/hSDWCFQ??塔釜熱損失為 10%，則 η=，則 kcal/h?????式中 ——加熱器理想熱負(fù)荷； ——加熱器實(shí)際熱負(fù)荷；SQS?——塔頂餾出液帶出熱量； ——塔底帶出熱量。D WQ加熱蒸汽消耗量 kj/kg (℃,)??水 蒸 氣 kg/h? ??水 蒸 氣表 7 熱量衡算數(shù)據(jù)結(jié)果列表本科生畢業(yè)論文32符號(hào) CQCWFQDWQS?hW數(shù)值9kcal/hkg/h 0kcal/hkcal/h107kcal/h2kg/h 理論板數(shù)、塔徑、填料選擇及填料層高度的計(jì)算（1）理論板數(shù)的計(jì)算由于本次設(shè)計(jì)時(shí)汽化塔的相對(duì)揮發(fā)度是變化的，所以不能用簡(jiǎn)捷法求得，應(yīng)用圖解法。精餾段操作線方程為 截距 1DxRy????連接 與 q 線交于 d 點(diǎn)，連接 與 d 點(diǎn)，得提餾段操作線，然后??,(0)DDxx???,W由平衡線與操作線可得精餾塔理論板數(shù)為 30 塊，提餾段 4 塊，精餾段 26 塊。（2）填料的選擇填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣液兩相相接觸傳質(zhì)與傳熱的表面，與塔內(nèi)件一起決定了填料塔的性質(zhì)。目前，填料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用仍是沿著散裝填料與規(guī)整填料兩個(gè)方面進(jìn)行。本汽化塔設(shè)計(jì)選用 25 金屬拉西環(huán)亂堆填料。（3）塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算汽化塔設(shè)計(jì)的主要依據(jù)和條件：表 8 不同溫度下甲醇和水的密度密度(kg/m 3)物質(zhì)溫度/℃ 50 60 70 80 90 100甲醇水750988741983731978721972713965704958表 9 甲醇水特殊點(diǎn)粘度 查化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)[3]粘度（）物質(zhì)塔頂 ℃ 塔底 ℃ 進(jìn)料 ℃甲醇水本科生畢業(yè)論文33塔頂、塔底、進(jìn)料條件下的流量及物性參數(shù)：表 10 汽化塔塔頂數(shù)據(jù)結(jié)果表符號(hào) 1.LDMkgmol?????LDmPas??11)D????流 量質(zhì) 量 /(kgh)摩 爾 /(kmolh數(shù)值 103 表 11 汽化塔塔底數(shù)據(jù)結(jié)果表符號(hào) 1.LWkgmol?????LWmPas??11)????流 量 W質(zhì) 量 /(kgh)摩 爾 /(kmolh數(shù)值 958 103 表 12 汽化塔進(jìn)料數(shù)據(jù)結(jié)果表符號(hào) ?????LFm