【正文】 前面已經(jīng)求出甲醇回收塔頂產(chǎn)物 kmol/h，反應(yīng)器中的原料氣總量 kmol/h，且甲醇的含量均為 %所以，新鮮加入的原料氣的量： kmol/h。 25萬噸 /年二甲醚精餾系統(tǒng)及二甲醚精餾塔設(shè)計(jì) 23 圖 甲醇精餾回收的 ASPENPLUS 模擬 利用 ASPENPLUS 中的 DSTWU 模塊 對(duì)甲醇精餾回收工段進(jìn)行初步模擬，輸入數(shù)據(jù)： 進(jìn)料溫度： 1490C 進(jìn)料壓力： 由于二甲醚的含量很低，故可認(rèn)為進(jìn)料中不含有二甲醚，所以進(jìn)料物量：物料組成： H2O: CH4O: 回流比設(shè)定為 R/Rmin = 取甲醇的精餾純度為 （摩爾分?jǐn)?shù)），塔頂甲醇的含量為： 輸出結(jié)果如下： 表 甲醇精餾 DSTWU 模擬結(jié)果 安徽建筑大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 由表 36 知： 最小回流率為 Rmin=； 實(shí)際的回流比： R=； 最少理論塔板數(shù)為 9 塊，實(shí)際塔板數(shù)為 17 塊，第 13 塊板進(jìn)料，精餾段從第 12 塊板開始。 二甲醚精餾工段的衡 算 本次衡算利用 ASPENPLUS 進(jìn)行模擬，包括利用 DSTWU 模塊的初步模擬與利用 RadFrac 模塊進(jìn)行精確模擬。 精餾塔的選擇 本設(shè)計(jì)精餾塔采用的是篩板塔，其優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、氣流壓降小、板上液面落差小、板效率高。 反應(yīng)選擇性和轉(zhuǎn)化率 選擇性：該反應(yīng)為催化脫水。由于水的存在可以降低絕熱溫升，但水的存在不利于反應(yīng)的進(jìn)行，催化劑同時(shí)也要采用具有抗水性質(zhì)的催化劑。其特點(diǎn)是技術(shù)成 熟可靠、投資低、產(chǎn)品調(diào)整靈活、工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，并且該技術(shù)投運(yùn)裝置市場(chǎng)已占有率 80%— 90%?？紤]到研究體系的性質(zhì)特點(diǎn)，利用泡點(diǎn)法和內(nèi)外法的思想，建立序貫的循環(huán)嵌套迭代計(jì)算方法對(duì) MESH方程組進(jìn)行求解。 第 1 塊板有： V2yi,2+ L0xD = V1 yi,1 + L1xi,1 ( j = 1) (21) 第 j 塊板有： Fjzi,j + Lj 1 xi,j 1+ Vj+ 1 yi,j+ 1=Ljxi,j + Vjyi,j ( 2 ≤j ≤ N1) (22) 第 N 塊板有： LN1xi,N1= VNyi,N + LNxi,N ( j = N ) (23) ( 2) 相平衡方程組 ( E 方程組 ) 。實(shí)驗(yàn)過程中，精餾塔只有一股液體進(jìn)料，沒有氣相及液相側(cè)線采出。組分變重，情況則相反。若進(jìn)料中的輕組分的濃度增加時(shí)，提餾段的負(fù)荷增加，造成提餾段的輕組分蒸發(fā)不完全 ,釜液中輕組分的損失加大。 （ 3） 操作壓力對(duì)二甲醚分離的影響 改變操作壓力，使每塊塔板上的氣液相平衡的組成發(fā)生改變。 二甲醚精餾的影響因素的討論 (1) 回流比對(duì)二甲醚分離的影響 隨著回流比的增大 ,塔頂產(chǎn)品二甲醚的濃度也逐漸得到了提高，當(dāng)回流比達(dá)到某一值時(shí)，二甲醚純度增加最大，之后再增大回流比，對(duì)于提高二甲醚的純度沒有明顯的作用。經(jīng)進(jìn)一步研究后發(fā)現(xiàn)，減壓分離后得到解吸氣與原料甲醇進(jìn)行對(duì)流接觸就能夠有效地將其中的二甲醚洗滌下來并帶回反應(yīng)系統(tǒng)，同時(shí)可將溶解于原料甲醇中的惰性氣體 ( N2等 ) 解吸出來。 朱志淵等 [13]采用不銹鋼壓延孔板波紋填料精餾制備高純二 甲醚，在精餾塔正常操作范圍內(nèi)，控制提餾段溫度低于塔釜溫度 65℃ 左右，精餾效果良好，否則在操作過安徽建筑大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 程中塔內(nèi)上升蒸氣的速度過大，超過了最大允許速度易產(chǎn)生液泛。模型統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)表明，該宏觀動(dòng)力學(xué)方程 (18)是適宜的。 6. 動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)檢驗(yàn) 將宏觀動(dòng)力學(xué)方程 (17)的模型參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果列于表 中 。 3. 壓力對(duì)甲醇轉(zhuǎn)化率的影響 在溫度、體積空速均恒定的條件下，在 — ，壓力對(duì)甲醇轉(zhuǎn)化率的影響不大，甲醇轉(zhuǎn)化率較高，接近平衡轉(zhuǎn)化率。與采用精甲醇進(jìn)行脫水制 DME工藝相比，采用粗甲醇原料脫水制 DME工藝可避免甲醇提濃工序，簡(jiǎn)化工藝，降低設(shè)備投資，而且水的存在可降低絕熱溫 升 ,但水的存在不利于平衡向脫水方向進(jìn)行，對(duì)催化劑的要求也較苛刻，必須采用抗水性強(qiáng)的催化劑。在入口溫度為 K，水含量為 0時(shí)，由于絕熱條件下出口溫度升高而導(dǎo)致反應(yīng)平衡常數(shù)比等溫情況下的低 ,且轉(zhuǎn)化率也降低；隨著原料中水含量的增加，甲醇平衡轉(zhuǎn)化率逐漸降低，這與等溫情況下的變化趨勢(shì)一致；由于平衡轉(zhuǎn)化率隨原料中 水含量的增加而降低 ,因此反應(yīng)器的出口溫度逐漸降低。 25萬噸 /年二甲醚精餾系統(tǒng)及二甲醚精餾塔設(shè)計(jì) 9 出口混合氣體熱容計(jì)算公式見式 (12)。通過計(jì)算得：隨著進(jìn)料中水含量的增加，反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn) 化率逐漸降低，因此粗甲醇原料中水的存在不利于平衡向脫水方向進(jìn)行。計(jì)算一定進(jìn)料溫度下不同水醇物質(zhì)的量比 (Rw)對(duì)甲醇平衡轉(zhuǎn)化率的影響。反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的增加而降低，因此溫度升高不利于反應(yīng)物生成。 其中 yD。根據(jù)公式 計(jì)算標(biāo)態(tài)下甲醇脫水制 DME 反應(yīng)的平衡常數(shù) 。在不同反應(yīng)溫度點(diǎn)計(jì)算出各反應(yīng)的吉布斯自由能，從而可直觀地看出各反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的程度 ,結(jié)果見表 。 2 甲醇脫水反應(yīng)的吉布斯自由能 甲醇脫水反應(yīng)的吉布斯自由能 △ G T 由式 計(jì)算，其中 △ S為反應(yīng)的嫡變 , △ S 單位為 J/ (molK ) 見表 。反應(yīng)物系中有 CH3OH、CH30CH H2O、 CO,H C2H C2H CH4和 CO2。 甲醇?xì)庀喾ㄖ迫《酌? 甲醇?xì)庀嗝撍贫酌堰^程熱力學(xué)分析 1. 反應(yīng)體系 甲醇?xì)庀嗝撍^程為甲醇汽化后進(jìn)人固定床反應(yīng)器 ,在催化劑上脫水生成 DME和水 ,然后經(jīng)提純分離裝置得到 DME產(chǎn)品。合成氣法所用的合成氣可由煤、重油、渣油氣化以及天然氣轉(zhuǎn)化制得，原料經(jīng)濟(jì)易得，因而該工藝可用于化肥廠和甲醇廠。甲醇脫水法以精甲醇為原料，脫水反應(yīng)副產(chǎn)物少，二甲醚純度高達(dá)99%，使用于有較高要求的氣霧產(chǎn)品，也可以用作制冷劑或醫(yī)用氣霧劑的拋射劑。 (2)二甲醚反應(yīng)器是列管式反應(yīng)器，反應(yīng)溫度易控制，且催化劑在反應(yīng)器中分布均勻。該反應(yīng)為放熱反應(yīng) ， 溫度越高反應(yīng)速度越快。國(guó)內(nèi)先進(jìn)的甲醇液相法、甲醇脫水反應(yīng)在液相、常壓或微正壓、1300C下進(jìn)行。 （ 4） 一步法反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng) ， 但由于催化劑耐熱性能差 ， 溫度高時(shí)易產(chǎn)生副反應(yīng) ，反應(yīng)溫度又不能太高 ， 因此反應(yīng)器必然是換熱式 ， 決定了反應(yīng)器體積大 ， 容積效率低。 合成氣一步法以合成氣 ( CO + H2)為原料， 合成甲醇反應(yīng)和甲醇脫水反應(yīng)， 在一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，同時(shí)伴隨著 CO的變換反應(yīng)，其反應(yīng)歷程為： 其反應(yīng)特點(diǎn)為 : （ 1） 反應(yīng)條件下有一部分 CO和 H2 反應(yīng)生成烴類副產(chǎn)物 ， 這是合成氣一步法原料消耗偏高的主要原因。 二甲醚生產(chǎn)技術(shù) 合成氣一步法 合成氣一步法 [4]的主要特點(diǎn)是 : 合成甲醇反應(yīng)和甲醇脫水反應(yīng)在一個(gè)反應(yīng)器中完成 , 由于反應(yīng)器中生成的甲醇不斷生成二甲醚 , 從而提高 CO轉(zhuǎn)化率 ,因此平衡常數(shù)大。國(guó)內(nèi)產(chǎn)能近幾年呈直線上升之勢(shì) ,僅 2020年 ,中國(guó)的二甲醚產(chǎn)已在 2020年 t基礎(chǔ)上爆增 394%,達(dá)到 220萬 t， 2020年達(dá) 400萬 t， 2020年已躍至 700萬 t。單套裝置產(chǎn)能達(dá) 10萬 t的投產(chǎn)較多 ,河南省有信陽息縣亞洲新能源控股 (信陽 )有限公司建成投產(chǎn)兩套 10萬 t裝置 ,羅山金鼎化工公司有近 20萬 t產(chǎn)能投運(yùn) ,平煤藍(lán)天駐馬店遂平分廠建成 20萬 t生產(chǎn)線。適用于供應(yīng)城鎮(zhèn)居民、商業(yè)和工業(yè)企業(yè)用的城鎮(zhèn)燃?xì)庥枚酌?。易燃，在燃燒時(shí) 火焰 略帶光亮，燃燒熱（ 氣態(tài) ）為 1455kJ/mol。 5) Through the calculation of design of the tower, using CAD to draw PID chart, PFD chart, equipment and workshop layout. Key words: DME, methanol, Process Design, Design of DME fractionating tower 25 萬噸 /年二甲醚精餾系統(tǒng)及二甲醚精餾塔設(shè)計(jì) III 目錄 第 1 章 文獻(xiàn)綜述 .........................................................................................1 二甲醚的現(xiàn)狀 ................................................................................................... 1 甲醚的市場(chǎng)分析 ......................................................................................... 1 二甲醚行業(yè)面臨的考驗(yàn) ............................................................................. 1 二甲醚生產(chǎn)技術(shù) .............................................................................................. 2 合成氣一步法 ............................................................................................. 2 兩步法生產(chǎn)技術(shù) ......................................................................................... 3 二甲醚生產(chǎn)工藝的比較 ............................................................................. 4 甲醇?xì)庀喾ㄖ迫《酌? ................................................................................ 4 甲醇?xì)庀嗝撍贫酌堰^程熱力學(xué)分析 ................................................. 4 甲醇?xì)庀嗝撍?制二甲醚宏觀動(dòng)力學(xué)研究 .................................................. 9 甲醇?xì)庀嗝撍贫酌丫品蛛x .............................................................11 二甲醚精餾的影響因素的討論 ............................................................... 12 二甲醚精餾塔數(shù)學(xué)模型及求解 ............................................................... 13 結(jié)語 .................................................................................................................... 14 第 2 章 技術(shù)分析 ........................................................................................................ 15 反應(yīng)原理 .......................................................................................................... 15 反應(yīng)條件 .......................................................................................................... 15 反應(yīng)選擇性和轉(zhuǎn)化率 ................................................................................... 15 催化劑的選擇 ................................................................................................. 15 精餾塔的選擇 ................................................................................................. 15 第 3 章