【正文】 K滿足式 (8 ) 。根據(jù)公式，計(jì)算不同溫度下的平衡常數(shù) ( KPT) ，其中 R 為通用氣體常數(shù) （ mol 25萬(wàn)噸 /年二甲醚精餾系統(tǒng)及二甲醚精餾塔設(shè)計(jì) 7 表 不同反應(yīng)的 和 I 3. 甲醇脫水制 DME 反應(yīng)熱力學(xué)平衡趨勢(shì)分析 工業(yè)上二甲醚的選擇性一般控制在 99% 以上，反應(yīng) (7)是主要研究對(duì)象，因此主要分析其熱力學(xué)平衡趨勢(shì)。從表 可以看出，甲醇脫水制 DME 的反應(yīng)在 一 都可以自發(fā)進(jìn)行，并進(jìn)行到很高程度。將 I 值代人上式即可得到 △ S 與溫度 T 的關(guān)系式，從而得到 △ G T 與溫度 T 的關(guān)系。K ) 。 表 熱力學(xué)數(shù)據(jù) 安徽建筑大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 表 各組分定壓熱容系數(shù) 利用公式 ，計(jì)算標(biāo)態(tài)下各反應(yīng)的反應(yīng)熱，由公式 ，計(jì)算不同溫度下的反應(yīng)熱 、 和 ，單位均為 J/mol。根據(jù)文獻(xiàn) [710]提供的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，經(jīng)回歸得到各組分定壓熱容隨溫度的變化關(guān)系式為 ,其中 Cp為定壓熱容， J/(mol各反應(yīng)組分的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱數(shù)據(jù) [79](標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為 K，； ΔHθt 為標(biāo)準(zhǔn)生成焓， J/ mol； 為標(biāo)準(zhǔn)生成自由能， J/mol；為標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵， J/(mol列原子矩陣 ,并經(jīng)初等變換，計(jì)算得矩陣的秩為 3，而反應(yīng)組分?jǐn)?shù)為 9，因此獨(dú)立反應(yīng)數(shù)為 6。 甲醇脫水制 DME的反應(yīng)有 : （ 7） 25萬(wàn)噸 /年二甲醚精餾系統(tǒng)及二甲醚精餾塔設(shè)計(jì) 5 （ 8） （ 9） （ 10） （ 11） （ 12） （ 13） 對(duì)上述 7個(gè)反應(yīng)采用原子矩陣法確定獨(dú)立反應(yīng)數(shù) [6]。通常使用 γ A1203或分子篩為催化劑，在 493一 553K反應(yīng)溫度下催化劑具有足夠活性，且不會(huì)積炭 [5]。 綜上所述，由于一步法制二甲醚的工藝條件的限制，本文二甲醚的制取采用甲醇?xì)庀喾ㄖ迫《酌训墓に嚵鞒獭＿@些工廠可將甲醇裝置適當(dāng)改造用于生產(chǎn)二甲醚，形成規(guī)模生產(chǎn)。 合成氣法生產(chǎn)二甲醚的生產(chǎn)工藝在淤漿床中，反應(yīng)溫度分布均勻，熱平衡較易控制，操作簡(jiǎn)單且穩(wěn)定性好，生產(chǎn)成本低。該工藝比較成熟，可以依托老企業(yè)建設(shè)新裝置，也可單獨(dú)建廠生產(chǎn)。 二甲醚生產(chǎn)工藝的比較 甲醇液相硫酸催化法和甲醇?xì)庀喾ㄖ迫《酌训纳a(chǎn)技術(shù)較為成熟，兩種方法均有工業(yè)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)。 安徽建筑大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 (3)采用先進(jìn)塔器內(nèi)件和分離 工藝 ， 回收效果好 ， 流程簡(jiǎn)化 ， 醇耗低。 其工藝特點(diǎn)為 : (1)生產(chǎn)二甲醚的原料可為精甲醇或粗甲醇 ， 蒸汽消耗和生產(chǎn)成本較低。隨著反應(yīng)溫度的升高 ， 副反應(yīng)也隨之增加 ， 因此生產(chǎn)中要求控制適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)溫度。 二甲醚的合成是甲醇蒸汽在催化劑和一定溫度條件 下進(jìn)行分子間脫水反應(yīng)而生成。 2 甲醇?xì)庀喾? 甲醇?xì)庀啻呋撍悄壳皣?guó)內(nèi)外使用最多的二甲醚工業(yè)生產(chǎn)方法。云南廣信化工公司開發(fā)了超強(qiáng)酸液相合成二甲醚生產(chǎn)技術(shù) ， 液體甲醇被預(yù)熱到90— 120℃ ， 通過主反應(yīng)塔分布器使甲醇和含氟超強(qiáng)酸催化劑逆向充 分接觸 ， 在100— 120℃ 溫度下 ， 甲醇被催化脫水合成二甲醚 ， 生成的二甲醚氣流經(jīng)過凈化、冷凝、干燥得到液態(tài)二甲醚。 兩步法生產(chǎn)技術(shù) 1. 甲醇液相法 甲醇液相法由硫酸法發(fā)展而來(lái) ， 山東久泰化工科技股份有限公司成功開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的液相法復(fù)合酸催化脫水技術(shù)。 （ 3） 反應(yīng)物難分離 ， 反應(yīng)物的主要成分有 CO、 H CO二甲醚、甲醇、水等 ， 首先要將未反應(yīng)的 CO、 H2 分離開來(lái)循環(huán)使用，且分離 流程復(fù)雜 ， 電耗高。 （ 2） 催化劑使用壽命短 ， 迄今未發(fā)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)反應(yīng)均有較好催化作用且穩(wěn)定性較好的25萬(wàn)噸 /年二甲醚精餾系統(tǒng)及二甲醚精餾塔設(shè)計(jì) 3 催化劑。國(guó)內(nèi)一些科研院所也正在進(jìn)行合成氣一步法研究；目前合成氣一步法工業(yè)化技術(shù)尚未成熟， 不具備大型化條件。合成氣單程轉(zhuǎn)化率高達(dá) 40%— 75%。按照 20%的摻燒比例計(jì)算 ,2020年的需求量在 390— 520萬(wàn) t，這意味著許多已建、在建的二甲醚裝置將處于閑置狀態(tài)。針對(duì)部分地區(qū)出現(xiàn)的盲安徽建筑大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 目重復(fù)建設(shè)的苗頭 , 國(guó)家發(fā)改委在 2020年 7月 7日發(fā)布了《關(guān)于加強(qiáng)煤化工項(xiàng)目建設(shè)管理促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》 , 其中要求一般不應(yīng)批準(zhǔn)規(guī)模在 100萬(wàn) t/a以下的二甲醚項(xiàng)目 , 這對(duì)規(guī)范二甲醚項(xiàng)目的建設(shè)起了一定作用 , 也促進(jìn)了二甲醚行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模化發(fā)展。 二甲醚行業(yè)面臨的考驗(yàn) 產(chǎn)能過剩 —— 受二甲醚行業(yè)高利潤(rùn)吸引 ,眾多產(chǎn)業(yè)資本大量涌入二甲醚產(chǎn)業(yè)。 雖然二甲醚具有優(yōu)良的燃料性能 , 但目前由于車 輛使用二甲醚燃料需要更換發(fā)動(dòng)機(jī)及進(jìn)行車型改造 [2,3], 同時(shí)也要受加壓儲(chǔ)運(yùn)的限制 , 二甲醚車用燃料的推廣難度大于甲醇代用汽油。 2020年全國(guó)二甲醚生產(chǎn)能力約 400萬(wàn) t。該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施表明 , 二甲醚作為液化氣的替 代燃料已具合法身份 , 將正式作為替代燃料推廣。 建設(shè)部已發(fā)布行業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)燃?xì)庥枚酌选?,編號(hào)為 CJ/T2592020, 自 2020年 1月 1日起實(shí)施。 常溫 下 DME 具有惰性，不易自動(dòng)氧化，無(wú)腐蝕、無(wú)致癌性，但在輻射或加熱條件下可分解成 甲烷 、乙烷、 甲醛 等。溶于水及醇、 乙醚 、丙酮、 氯仿 等多種有機(jī) 溶劑 。二甲醚在常溫常壓下是一種無(wú)色 氣體 或壓縮液體，具有輕微醚香味。 4) Check selection DME distillation column。 關(guān)鍵詞 :二甲醚，甲醇，工藝設(shè)計(jì)，二甲醚精餾精餾塔設(shè)計(jì) 安徽建筑大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) II Abstract As LPG and oil alternative fuel, DME has drawn attentions at present. Physical properties of DME is similar for LPG, and don’t produce bustion gas to damage the environment, so, It can be produced largely. Like methane, DME is expected to bee 21st century energy sources., DME is prepared by methanol dehydration, namely, synthetic methanol first and then methanol dehydration to dimethyl etherby methanol dehydration. Methanol dehydration to DME is divided into two kinds of liquid phase and gasphase process. This design uses a process gas of dimethyl ether prepared by dimethyl. Heating methanol to evaporation, methanol vapor through the γAL 2O3 catalyst bed, vapor methanol dehydration to dimethyl etherby. This process is made of methanol process heating, evaporation, dehydration of methanol, dimethyl ether condensation and distillation etc. Completed for the following work: 1) The whole process of the material and energy balance calculation。氣相法的工藝過程 主要由甲醇加熱、蒸發(fā)、甲醇脫水、二甲醚冷凝及精餾等組成。甲醇脫水制二甲醚分為液相法和氣相法兩種工藝，本設(shè)計(jì)采用氣相法制備二甲醚工藝。與甲烷一樣，被期望成為 21 世紀(jì)的能源之一。25 萬(wàn)噸 /年二甲醚精餾系統(tǒng)及二甲醚精餾塔設(shè)計(jì) I 年產(chǎn) 25 萬(wàn)噸二甲醚的精餾系統(tǒng)及二甲醚精餾塔設(shè)計(jì) 摘要 作為 LPG 和石油類的替代燃料，目前二甲醚 (DME)倍受注目。 DME 是具有與LPG 的物理性質(zhì)相類似的化學(xué)品，在燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生破壞環(huán)境的氣體，能便宜而大量地生產(chǎn)。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。將甲醇加熱蒸發(fā)，甲醇蒸氣通過 γAL2O3催化劑床層 ,氣相甲醇脫水制得二甲醚。主要完成以下工作： 1） 全過程的物料及能量衡算； 2） 通過對(duì) ASPENPLUS 的學(xué)習(xí)對(duì)精餾系統(tǒng)進(jìn)行模擬； 3）二甲醚精餾塔的選型設(shè)計(jì)計(jì)算； 4）二甲醚精餾塔選型的校核； 5）通過對(duì)塔的設(shè)計(jì)計(jì)算，利用 CAD 繪制出 PID 圖、 PFD 圖、設(shè)備圖以及車間布置圖。 2) The distillation system is simulated through the study of ASPENPLUS 3) Calculation and selection of design DME distillation column。 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(wàn)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