【正文】 () =107kJ/h反應(yīng)后氣體帶走熱量Q2=(++)() =107kJ/h反應(yīng)放出熱量QR=11770=107 kJ/h傳給換熱物質(zhì)的熱量 QCQC=Q1+QRQ2=106 kJ/h核算換熱面積，床層對壁給熱系數(shù)按式計算 ()exp(4.)fppttf tdGda????(mh)(.)4?????????????％ ％ ％????...??????％ ％ ％ 28w/(mk).3Jh?所以 ()exp(46)22ta????2176 kJ/h?查得碳鋼管的熱導(dǎo)率?=(m h k)，較干凈壁面污垢熱阻 Rst=105 (m h k)/ kJ，代? ?入總傳質(zhì)系數(shù) Kt 的計算式，得 0 51 2341. kJ/(mh) ttsttmdRaa? ??????????整個反應(yīng)器床層可近似看成恒溫，均為 ，則傳熱推動力 t? ()() .6Kmt??????需要傳熱面積為： 627. .=CtmQAK?需實際傳熱面積 t ?實A 實 A 需 ，能滿足傳熱需求。 轉(zhuǎn)化率：反應(yīng)為氣相反應(yīng)，甲醇的轉(zhuǎn)化率在 80% 。 反應(yīng)選擇性和轉(zhuǎn)化率選擇性：該反應(yīng)為催化脫水。 設(shè)計規(guī)模和設(shè)計要求設(shè)計規(guī)模：400,000 噸 DME/年，按照 8000 小時開工計算，產(chǎn)品流量 50,000kg/h，合；設(shè)計要求：產(chǎn)品 DME：回收率為 ％，純度為 ％； 甲醇：塔頂甲醇含量≥95％，塔底廢水中甲醇含量≤3％。同時該法也是目前國內(nèi)外生產(chǎn) DME 的主要方法 [2]。但相對其它兩類方法，目前該方法正處于工業(yè)放大階段，規(guī)模比較小，另外，它對催化劑、反應(yīng)壓力要求高，產(chǎn)品的分離純度低，二甲醚選擇性低，這都是需要研究解決的問題。 本設(shè)計采用的方法作為純粹的 DME 生產(chǎn)裝置而言，表 13 列出了 3 種不同生產(chǎn)工藝的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。用催化蒸餾工藝可以開發(fā)兩種 DME 生產(chǎn)技術(shù)：一種是甲醇脫水生產(chǎn) DME，一種是合成氣一步法生產(chǎn) DME。由于 H2SO4 具有強腐蝕性, 而且甲醇與水等同處于液相中, 因此, 該法的工業(yè)化前景一般。 催化蒸餾法制二甲醚 到目前為止, 只有上海石化公司研究院從事過這方面的研究工作。蘭州化物所在 CuZnZrO2/ HZSM5 雙功能催化劑上考察了 CO2 加氫制甲醇反應(yīng)的熱力學(xué)平衡。大連化物所研制了一種新型催化劑， CO2 轉(zhuǎn)化率為 % ,DME 選擇性為 50 %。目前,世界上有不少國家正在開發(fā) CO2 加氫制 DME 的催化劑和工藝，但都處于探索階段。 二氧化碳加氫直接合成二甲醚 近年來，CO 2 加氫制含氧化合物的研究越來越受到人們的重視，有效地利用 CO2，可減輕工業(yè)排放 CO2 對大氣的污染。蘭州化物所、大連化物所、湖北化學(xué)研究所的催化劑均已申請了專利。合成氣法所用的合成氣可由煤、重油、渣油氣化及天然氣轉(zhuǎn)化制得，原料經(jīng)濟易得，因而該工藝可用于化肥和甲醇裝置適當(dāng)改造后生產(chǎn)DME，易形成較大規(guī)模生產(chǎn)；也可采用從化肥和甲醇生產(chǎn)裝置側(cè)線抽得合成氣的方法，適當(dāng)增加少量氣化能力，或減少甲醇和氨的生產(chǎn)能力，用以生產(chǎn) DME。它可直接利用 CO 含量高的煤基合成氣，還可在線卸載催化劑。 由合成氣直接合成 DME，與甲醇氣相脫水法相比，具有流程短、投資省、能耗低等優(yōu)點，而且可獲得較高的單程轉(zhuǎn)化率。因此，甲醇合成催化劑和甲醇脫水催化劑的比例對 DME 生成速度和選擇性有很大的影響，是其研究重點。該技術(shù)生產(chǎn) DME 采用固體催化劑催化劑，反應(yīng)溫度 200℃， 甲醇轉(zhuǎn)化率達到 75%～ 85%，DME 選擇性大于 98%，產(chǎn)品 DME 質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥ %，甲醇制二甲醚的工藝生產(chǎn)過程包括甲醇加熱、蒸發(fā)，甲醇脫水，甲醚冷卻、冷凝及粗醚精餾，該法是目前國內(nèi)外主要的生產(chǎn)方法。 氣相甲醇脫水法制二甲醚 氣相甲醇脫水法是甲醇蒸氣通過分子篩催化劑催化脫水制得 DME。其工藝具有反應(yīng)條件溫和(130～160) ℃、甲醇單程轉(zhuǎn)化率高( 85%) 、可間歇也可連續(xù)生產(chǎn)等特點， 但是存在設(shè)備腐蝕、環(huán)境污染嚴(yán)重、產(chǎn)品后處理困難等問題，國外已基本廢除此法。 液相甲醇脫水法制二甲醚 甲醇脫水制 DME 最早采用硫酸作催化劑，反應(yīng)在液相中進行，因此叫做液相甲醇脫水法，也稱硫酸法工藝。本設(shè)計采用氣相甲醇脫水法。（5）催化蒸餾法。 設(shè)計依據(jù)本項目基于教科書上的教學(xué)案例，通過研讀大量的關(guān)于 DME 性質(zhì)、用途、生產(chǎn)技術(shù)及市場情況分析的文獻，對生產(chǎn) DME 的工藝過程進行設(shè)計的。 據(jù)市場調(diào)查國內(nèi)二甲醚需求量遠遠超過供給量，~ 萬噸/年，而高純度的二甲醚還依賴進口。目前，全球二甲醚總生產(chǎn)能力約為21萬t/a，產(chǎn)量16萬t/a 左右，表11為世界二甲醚主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)量。 與 H2S 反應(yīng)制備二甲基硫醚?？蓮V泛用于民用清潔燃料、汽車發(fā)動機燃料、醇醚燃料。由于它是一種優(yōu)良的清潔能源，已日益受到國內(nèi)外的廣泛重視。發(fā)泡后的產(chǎn)品，孔的大小均勻，柔韌性、耐壓性、抗裂性等性能都有所增強。國內(nèi)外正在積極開發(fā)它在冰箱、空調(diào)、食品保鮮劑等方面的應(yīng)用，以替代氟里昂。 二甲醚的用途 （1）替代氯氟烴作氣霧劑 [1] 隨著世界各國的環(huán)保意識日益增強，以前作為氣溶工業(yè)中氣霧劑的氯氟烴正逐步被其他無害物質(zhì)所代替。 Key words: dimethyl ether, methanol, process design.目錄1 概 述 .................................................................................................................1 二甲醚的用途 .............................................................................................1 設(shè)計依據(jù) .....................................................................................................1 技術(shù)來源 .....................................................................................................1 液相甲醇脫水法制二甲醚 ..................................................................1 氣相甲醇脫水法制二甲醚 ..................................................................1 合成氣一步法生產(chǎn)二甲醚 ..................................................................2 二氧化碳加氫直接合成二甲醚 ..........................................................2 催化蒸餾法制二甲醚 ..........................................................................2 本設(shè)計采用的方法 ..............................................................................3 原料及產(chǎn)品規(guī)格 .........................................................................................3 設(shè)計規(guī)模和設(shè)計要求 .................................................................................32 技術(shù)分析 ...........................................................................................................4 反應(yīng)原理 .....................................................................................................4 反應(yīng)條件 .....................................................................................................4 反應(yīng)選擇性和轉(zhuǎn)化率 .................................................................................4 催化劑的選擇 .............................................................................................43 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)計算 ...........................................................................................5 物料衡算 .....................................................................................................5 計算催化劑床層體積 .................................................................................5 反應(yīng)器管數(shù) .................................................................................................5 熱量衡算 .....................................................................................................54 甲醚精餾塔結(jié)構(gòu)計算 .......................................................................................8 甲醚精餾塔的物料衡算及理論板數(shù) .........................................................8 實際板層數(shù)的求取 .....................................................................................9 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算 ...........................................10 操作壓力的計算 ................................................................................10 操作溫度計算 ....................................................................................10 平均摩爾質(zhì)量計算 ............................................................................11 平均密度計算 ....................................................................................11 液體平均表面張力的計算 ................................................................13 液體平均粘度 ....................................................................................13 精餾塔的塔體工藝尺寸計算 ...................................................................13 提餾段塔徑的計算 ............................................................................15 精餾塔有效高度的計算 ....................................................................16 塔板主要工藝尺寸的計算 .......................................................................16 溢流裝置計算 ....................................................................................16 塔板布置 .................................