【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。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 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（甲醇氣相脫水）冷凝、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，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，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，再循環(huán)回甲醇緩沖槽內(nèi)。再沸負荷主要是由合成反應(yīng)氣來提供，不足部分由甲醇塔加熱器E108 的蒸汽來補充。頂部甲醇蒸汽在甲醇冷凝器(Ell0)的冷卻水冷凝，然后通過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行汽化提純，并由液態(tài)轉(zhuǎn)化成飽和氣態(tài)，再進入電加熱爐過熱至 250℃以上溫度，過熱后的甲醇原料蒸汽以逆流方式進入固定床合成塔，在氧化鋁型固定床中進行縮水反應(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)計量罐進入中間罐貯存，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行焚燒，進入中間罐的反應(yīng)物由屏蔽泵加壓輸送至初餾塔進行精餾分離，塔頂分餾出燃料級的二甲醚組分，塔底分離出粗甲醇混合物，燃料級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)計量泵后進入燃料級二甲醚產(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)進行儲存，塔底稀甲醇混合物經(jīng)冷卻后進入粗甲醇中間罐進行貯存。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)計量后進入回收甲醇中間罐。再經(jīng)計量后由工藝管道輸送至往復(fù)泵進口循環(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充循環(huán)水。 生產(chǎn)工藝特點本工藝裝置的主要工藝特點是流程簡潔明暢，工藝條件溫和，裝置內(nèi)熱能利用較好，操作簡易方便。本裝置設(shè)備臺數(shù)較少，設(shè)備制作充分立足于國內(nèi)現(xiàn)狀，所有設(shè)備均能在國內(nèi)制造而不需進口，項目投資大為降低。 主要工藝指標 二甲醚產(chǎn)品指標本科生畢業(yè)論文26表 2 產(chǎn)品二甲醚產(chǎn)品指標序號 組分 純度 備注1234二甲醚甲醇水分C3 以下烴類≥%≤≤≤ 本設(shè)計產(chǎn)品二甲醚可用作替代燃料或氣霧劑等化工原料，目前燃料級二甲醚尚未頒布國家標準，設(shè)計產(chǎn)品工藝指標可參照表 3塔設(shè)備指標如下：汽化塔：原料甲醇純度 90%（質(zhì)量分數(shù)，下同） ，塔頂甲醇氣體純度≥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 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)。工藝設(shè)計的該催化劑可使甲醇的一次性轉(zhuǎn)化率≥80﹪，選擇性指標接近 100﹪。極微量副產(chǎn)物為甲烷、二氧化碳。再生周期≥300 日?？煞磸?fù)使用。該型催化劑在制備過程添加少量稀土元素，無有毒重金屬組份。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)備計算及選型原料甲醇流量的估算：年產(chǎn) DME10 萬噸，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)量百分數(shù)） ， kg/kmol3 ,???摩爾分率： %/3/F? 5/??進料平均相對分子質(zhì)量 M 平均 =%+%=則進料摩爾流量為： 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，進料液溫度 tF塔頂溫度 tLD、t VD ℃????? ℃.. .869Vtt塔釜溫度 tW ℃101092. .62538WWtt???進料液溫度 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 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（%）平均相對揮發(fā)度 α ：t=℃時 1(1)(105.)???????t=℃時 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的傳熱膜系數(shù)很高，可以通過改變蒸汽的壓力準確地控制加熱溫度。燃料燃燒所排放的煙道氣溫度可達 1001000℃，適用于高溫加熱，缺點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)貧鉁叵拗疲鋮s水一般為1025℃ 。本設(shè)計選用 20℃的冷卻水，選升溫 10℃，即冷卻水的出口溫度為 35℃。（2）冷凝器的熱負荷及冷卻介質(zhì)消耗量冷凝器的熱負荷 (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 ——對比溫度。()rVT?rT表 5 沸點下蒸發(fā)潛熱列表沸點/℃ 蒸發(fā)潛熱 /(kcalkmol1)rH?Tc/K甲醇水10084309729由沃森公式計算塔頂溫度下的潛熱 ()rVT??℃時，對甲醇： ?? ?蒸發(fā)潛熱 kcal/().759rH????甲對水，同理得 Tr2=， Tr1=蒸發(fā)潛熱 kcal/kmol()????水對于全凝器作熱量衡算（忽略熱損失） ，選擇泡點回流，因為塔頂甲醇含量很高，與露點相接近，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 .????對全塔進行熱量衡算 FSDWCQ???為了簡化計算，以進料焓，即 ℃時的焓值為基準做熱量衡算 =++=107 kcal/hSDWCFQ??塔釜熱損失為 10%，則 η=，則 kcal/h?????式中 ——加熱器理想熱負荷； ——加熱器實際熱負荷；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 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算（1）理論板數(shù)的計算由于本次設(shè)計時汽化塔的相對揮發(fā)度是變化的，所以不能用簡捷法求得，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，連接 與 d 點，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，填料的開發(fā)與應(yīng)用仍是沿著散裝填料與規(guī)整填料兩個方面進行。本汽化塔設(shè)計選用 25 金屬拉西環(huán)亂堆填料。（3）塔徑設(shè)計計算汽化塔設(shè)計的主要依據(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 甲醇水特殊點粘度 查化工工藝設(shè)計手冊[3]粘度（）物質(zhì)塔頂 ℃ 塔底 ℃ 進料 ℃甲醇水本科生畢業(yè)論文33塔頂、塔底、進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 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 1.LWkgmol?????LWmPas??11)????流 量 W質(zhì) 量 /(kgh)摩 爾 /(kmolh數(shù)值 958 103 表 12 汽化塔進料數(shù)據(jù)結(jié)果表符號 ?????LFm