【正文】 說明書 24 物料 流量（ kmol/h） 組成 物料 物流（ kmol/h） 進料 塔頂產(chǎn)品 D 塔底殘液 W 精餾段上升蒸汽量V 提餾段上升蒸汽量V? 精餾段下降液體量L 提餾段下降液體量L? 熱量衡算 汽化塔 （ 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。 表 28 二甲醚 甲醇平衡時的 t、 x、 y 數(shù)據(jù) 平衡溫度 /℃ 40 50 60 70 80 液相 DME x/mol % 氣相 DME y/mol % 平衡溫度 /℃ 90 100 110 120 液相 DME x/mol % 氣相 DME y/mol % 0 0 （ 1） 物料衡算 已知：進料 36 20 .37 5 /F kg h?? ， hkmolF /? 4 6 . 0 7 / , 3 2 . 0 4 /D M EM k g k m o l M k g k m o l?? 甲 醇 0 . 9 2 9 6 4 6 . 0 7 ( 1 0 . 9 2 9 6 ) 3 2 . 0 4 4 5 . 0 8 /FM k g k m o l? ? ? ? ? ? 95 / 7 / 7 5 / 4Fx ???， / 7 / 7 / 4Dx ???， 0. 5 / 46 .0 7 . 5 / 46 .0 7 99 .5 / 32 .0 4Wx ? 太原理工大學化學化工學院《化工設(shè)計》課程設(shè)計說明書 22 根據(jù)物料衡算方程解得 hk m o lWhk m o lD /,/ 2 5 ?? 采用泡點進料 q=1，由汽液平衡數(shù)據(jù)，用內(nèi)插法求得進料溫度為 3 2 .94 0 3 2 .98 1 .5 1 0 0 .0 9 2 .9 6 1 0 0 .0Ft ?? ??? ?? ℃ 此溫度下， ??ABBA xyxy? hk m olDRVVFqLLhk m olDRLRRXXRFDFD/)1(48,/1)1(11m i nm i n??????????????????????????????????????? 表 29 物料衡算結(jié)果表 物料 流量（ kmol/h） 組成 物料 物流（ kmol/h） 進料 塔頂產(chǎn)品 D 塔底殘液 W 精餾段上升蒸汽量V 提餾段上升蒸汽量V? 精餾段下降液體量L 提餾段下降液體量L? 再生塔 回收塔的原料液來源于汽化塔、初餾塔、精餾塔的釜殘液，一同進入回收塔進行精餾回收甲醇，作為原料液回收循環(huán)利用，這無論是在經(jīng)濟上還是環(huán)保上都是需要的。 進料質(zhì)量流量 F =++=摩爾流量 F? =其中二甲醚的質(zhì)量流量為 ，摩爾流量為 甲醇的質(zhì)量流量為 ，摩爾流量為 水的質(zhì)量流量為 ，摩爾流量為 摩爾分率 二甲醚為 %，甲醇為 %，水為 % 質(zhì)量分率 二甲醚為 %，甲醇為 %，水為 % 操作壓力為 ,二甲醚 甲醇的汽液平衡數(shù)據(jù)可依據(jù) Antoine 方程（ 0lg / ( )AP A B t C? ? ?）計算，所得二甲醚 甲醇的 txy 數(shù)據(jù)如下表，其中二甲醚、甲醇的 Antoine 方程常數(shù)查自化學工程師手冊 [4]P5 P55。結(jié)合甲醇脫水反應式可得下式： hkg /%)90%78/(] 2 . 0 4224365 % 0 0 0 0 0[ 33 ?????? ?? 汽化塔 (1)物料衡算 已知 F′=103kg/h， xF′=90%， xD′=99%,xW′=%（以上均為質(zhì)量百分數(shù)），K 323 2 .0 4 / , 1 8 .0 2 /C H O H H OM k g k m o l M k g k m o l??，33 46 .0 7CH OCHM ?kg/kmol 摩爾分率： 9 0 / 3 2 .0 4 8 3 .5 0 %9 0 / 3 2 .0 4 1 0 / 1 8 .0 2Fx ? 太原理工大學化學化工學院《化工設(shè)計》課程設(shè)計說明書 17 99 / 32 .0 4 98 .2 4%99 / 32 .0 4 1 / 18 .0 2Dx ??? 0. 5 / 32 .0 4 %0. 5 / 32 .0 4 99 .5 / 18 .0 2Wx ? 進料平均相對分子質(zhì)量 M 平均 =%+%=則進料摩爾流量為： hk m o lF / 5 2 101 9 3 ??? 總物料 F D W?? ； 易揮發(fā)組分 F D WFx Dx Wx?? ； 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 8 物料衡算結(jié)果表 單位 進料 F 塔頂 D 塔釜 W 物料 kg/h kmol/h 103 103 103 組成 質(zhì)量分率 摩爾分率 90% % 99% % % % 表 9 甲醇 水平衡時的 t、 x、 y 數(shù)據(jù) [3] 平衡溫度 t 100 液相甲醇 x 0 100 氣相甲醇 y 0 100 根據(jù)汽液平衡表（即 xyt 表），利用內(nèi)插法求塔頂溫度 tLD、 tVD，塔釜溫度 tW，進料液溫度 tF 塔頂溫度 tLD、 tVD 6 6 . 99 8 . 2 4 8 7 . 4 1 6 5 . 0 11 0 0 8 7 . 4 1 6 4 . 7 6 6 . 9LDLDt t?? ? ? ???℃ 太原理工大學化學化工學院《化工設(shè)計》課程設(shè)計說明書 18 6 4 . 71 0 0 9 8 . 2 4 6 5 . 1 81 0 0 9 1 . 9 4 6 4 . 7 6 6 . 9VDVDt t?? ? ? ???℃ 塔釜溫度 tW 1001 0 0 9 2 . 9 9 9 . 6 20 5 . 3 1 0 . 2 8 1 8 0WWt t?? ? ? ???℃ 進料液溫度 tF 6 8 . 06 8 . 0 7 0 . 0 6 8 . 2 58 5 . 6 2 6 8 . 4 9 8 3 . 5 0 8 5 . 6 2FFt t?? ? ? ???℃ 回流比的確定：由表 9 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（ xD,xD）向平衡線作切線，交軸于 b（ 0， ），即精餾操作線截距 ?? ，所以 ??R ，所以 min ? 。再經(jīng)計量后由工藝管道輸送至往復泵進口循環(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。反應物經(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)的少量副反應氣體如 CH CO2 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。 頂部甲醇蒸汽在甲醇冷凝器的冷卻水冷凝，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。 (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)。 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。由于二甲醚反應轉(zhuǎn)化率在低壓下較高，因此二甲醚反應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)壓力控制略低于二甲醚精餾系統(tǒng)。在反應器中約 80%的甲醇被轉(zhuǎn)化為二甲醚，而且二甲醚的選擇性為約 %，二甲醚反應為放熱反應。根據(jù)湖南、湖北、江西、廣東等地區(qū)的消費情況，以及二甲醚技術(shù)的研發(fā)情況，當前二甲醚作為資源尚處于推廣應用階段，設(shè) 計定為 20 萬噸 /年，隨著市場的進一步培育和開拓，屆時可再建更大規(guī)模的二甲醚裝置 太原理工大學化學化工學院《化工設(shè)計》課程設(shè)計說明書 14 二、化工計算（物料衡算和熱量衡算） 生產(chǎn)工藝流程示意圖 在 20 萬噸 /二甲醚生產(chǎn)裝置的工藝設(shè)計過程中，綜合考慮現(xiàn)有一些二甲醚生產(chǎn)裝置在熱量平衡上的不足之處，立足于全系統(tǒng)熱能的充分利用，以最大限度地達到節(jié)能降耗的效果，同時本著節(jié)約投資、方便操作與維護的原則對工藝流程進行合理優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上設(shè)計 20 萬噸 /二甲醚生產(chǎn)裝置的工藝流程。 天然氣和煤炭是規(guī)?；a(chǎn)二甲醚較為經(jīng)濟的原料。如果以二甲醚的熱值和目前廣泛使用的液化石油氣相比較，二甲醚的成本不能超過3000 元。二甲醚的用途和消費量正在不斷擴大，其產(chǎn)品有著良好的市場和發(fā)展前景。 產(chǎn)品方案分析及生產(chǎn)規(guī)模分析： 二甲醚是一種用途廣泛的化工產(chǎn)品，主要用作冷凍劑、溶劑、萃取劑、氣霧劑和燃料等。在反應器中約 80%的甲醇被轉(zhuǎn)化為二甲醚，而且二甲醚的選擇性為約 %，二甲醚反應為放熱反應。當溫度在 37． 8℃ 時，二甲醚的蒸汽壓低于 1378kPa，符合液化石油氣的要求（如表 11）所示。 DME作為民用燃料比液化氣具有更優(yōu)良的物理化學性能（如表 1，表 2 所示）。 除此之外 DME 還是重要的化工原料 ,可用于許多精細化學品的合成 ,同時在輕化、制藥、燃料、農(nóng)藥等工業(yè)中有許多獨特的用途。 第二， DME 作為化學中間體，主要用于制造硫酸二甲酯。Bohnenn 報道了用 DME 與氟里昂混合制成特種制冷劑，通過大量實驗后，認為隨著 DME 含量的增加，制冷能力增加，能耗降低并且在冷凍食品時可免除異味和臭味。在西歐各國已經(jīng)成為民用氣溶膠制品的氯氟烴的替代品。 表 11 A 級、 B1 級、 B2 級二甲醚氣體產(chǎn)品符合下表規(guī)定的技術(shù)要求 （ 5）用途： 傳統(tǒng)領(lǐng)域的應用： 第一，做氣霧劑、制冷劑和發(fā)泡劑。本標準采用氣相色譜法，選用 GDX502 和 25%PEG1500/PoropakQ 柱，使用程序升溫，得到良好的分離效果。 小鼠吸入 貓 吸入 人 吸入 30min 輕度麻醉 人 吸入 、有窒息感 （ 4）二甲醚的技術(shù)要求 高純度二甲醚的生產(chǎn)以甲醇為主要原材料，經(jīng)過催化轉(zhuǎn)化制成燃料級二甲醚，再經(jīng)精餾分離后制得高純度二甲醚氣體產(chǎn)品。在常溫，常壓下為氣態(tài)，在壓力儲罐內(nèi)為液體。無致癌性、腐 蝕性甚微。此外，二甲醚可與三氟化硼形成絡合物，其分子式（ CH3） 2OBF3，此絡合物在空氣中發(fā)煙，而在水或醇中則可分解。二甲醚與一氧化碳反應可生成乙酸或乙酸甲脂；與二氧化碳反應則生成甲氧基乙酸。 （ 1） 脫水反應 甲醇在濃硫酸或其它催化劑的催化作用下脫水生成二甲醚，是工業(yè)制備二甲醚的重要方法； 主反應： 2CH3OH→CH 3O CH3+H2O+Q △ H298=副反應： ⑴ CH3OH→CO+2H 2O ⑵ 2CH3OH→C 2H4+2H2O ⑶ 2CH3OH→CH 4+2 H2O +C ⑷ CH3OCH3→CH 4+CO+ H2 ⑸ CO+H2O→CO 2+ H2 （ 2） 氧化反應 甲醇在電解銀催化劑下可被空氣氧化成甲醛，是重要的工業(yè)制備甲醛的方法； （ 3） 酯化反應 甲醇可與多種無機酸和有機酸發(fā)生酯化反應，甲醇和硫酸發(fā)生酯化反應生成硫酸氫甲酯，硫酸氫甲酯經(jīng)減壓蒸餾生成甲基化試劑硫酸二甲酯； （ 4） 羰基化反應 甲醇和光氣發(fā)生羰基化反應生成氯甲酸甲酯，進一步反應生成碳酸二甲酯； （ 5） 裂解反應 在銅催化劑上，甲醇可裂解生成 CO 和 H2 產(chǎn)品二甲醚的性質(zhì)： （ 1）化學性質(zhì) 二甲醚在