【正文】 度方面考慮, 第一種方法極易實現(xiàn)工業(yè)。催化蒸餾工藝本身是一種比較先進的合成工藝, 如果改用固體催化劑, 則其優(yōu)越性能得到較好的發(fā)揮。他們是以甲醇為原料, 用 H2SO4 作催化劑 , 通過催化蒸餾法合成二甲醚的。結(jié)果表明 CO2加 H2制 DME 不僅打破了 CO2加氫制甲醇反應(yīng)的熱力學(xué)平衡，明顯提高了 CO2轉(zhuǎn)化率，而且還抑制了水氣逆轉(zhuǎn)換反應(yīng)的進行，提高了 DME 選擇性。天津大學(xué)化學(xué)工程系用甲醇合成催化劑 Cu Zn Al2O3和 HZSM5 制備了 CO2加氫制 DME 的催化劑。日本 Arokawa 報道了在甲醇合成催化劑(CuO ZnO Al2O3)與固體酸組成的復(fù)合型催化劑上, CO2加氫制取甲醇和 DME，在 240 ℃，310 MPa 的條件下, CO2轉(zhuǎn)化率可達到 25 %，DME 選擇性為 55 %。CO 2加氫制甲醇因受平衡的限制，CO 2轉(zhuǎn)化率低，而CO2加氫制 DME 卻打破了 CO2加氫生成甲醇的熱力學(xué)平衡限制。清華大學(xué)加大了對漿態(tài)床 DME 合成技術(shù)的研究力度，正與企業(yè)合作進行工業(yè)中試研究，在工業(yè)中試成功的基礎(chǔ)上，將建設(shè)萬噸級工業(yè)示范裝置。但是，目前合成氣法制 DME 的研究國內(nèi)仍處于工業(yè)放大階段，有上千噸級的成功的生產(chǎn)裝置，如山西煤化所、清華大學(xué)、杭州大學(xué)催化劑研究所等都擁有這方面的技術(shù)。因此, 漿態(tài)床合成氣法制 DME 具有誘人的前景，將是煤炭潔凈利用的重要途徑之一。合成氣法現(xiàn)多采用漿態(tài)床反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)簡單，便于移出反應(yīng)熱，易實現(xiàn)恒溫操作。其過程的主要反應(yīng)為： 甲醇合成反應(yīng) （1）23CO H 9014 kJ/mol??＝水煤氣變換反應(yīng) （2）22 /l?甲醇脫水反應(yīng) （3）332C O 314kJ /ol?在該反應(yīng)體系中，由于甲醇合成反應(yīng)和脫水反應(yīng)同時進行，使得甲醇一經(jīng)生成即被轉(zhuǎn)化為 DME，從而打破了甲醇合成反應(yīng)的熱力學(xué)平衡限制，使 CO 轉(zhuǎn)化率比兩步反應(yīng)過程中單獨甲醇合成反應(yīng)有顯著提高。 合成氣一步法生產(chǎn)二甲醚 合成氣法制 DME 是在合成甲醇技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，由合成氣經(jīng)漿態(tài)床反應(yīng)器一步合成 DME，采用具有甲醇合成和甲醇脫水組分的雙功能催化劑。該工藝特點是操作簡單，自動化程度較高，少量廢水廢氣排放，排放物低于國家規(guī)定的排放標準。中國仍有個別廠家使用該工藝生產(chǎn) DME，并在使用過程中對工藝有所改進。該工藝生產(chǎn)純度 %的 DME 產(chǎn)品, 用于一些對 DME 純度要求不高的場合。下面對這幾種方法作以介紹。其中前二種方法比較成熟，后三種方法正處于研究和工業(yè)放大階段。 技術(shù)來源目前合成 DME 有以下幾種方法：（1）液相甲醇脫水法（2）氣相甲醇脫水法（3）合成氣一步法（4）CO 2 加氫直接合成。二甲醚市場應(yīng)用前景廣闊，因此對二甲醚的生產(chǎn)工藝進行研究很有必要。,，表12為我國二甲醚主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)量。此外，利用 DME 還可以合成低烯烴、甲醛和有機硅化合物。 （4）用作化工原料 DME 作為一種重要的化工原料,可合成多種化學(xué)品及參與多種化學(xué)反應(yīng)：與 SO3反應(yīng)可制得硫酸二甲酯；與 htc 反應(yīng)可合成烷基鹵化物；與苯胺反應(yīng)可合成 N , N 二甲基苯胺；與 CO 反應(yīng)可羰基合成乙酸甲酯、醋酐，水解后生成乙酸；與合成氣在催化劑存在下反應(yīng)生成乙酸乙烯；氧化羰化制碳酸二甲酯。在未來十年里，DME作為燃料的應(yīng)用將有難以估量的潛在市場，其應(yīng)用前景十分樂觀。 （3）用作燃料 由于DME具有液化石油氣相似的蒸氣壓，在低壓下DME變?yōu)橐后w，在常溫、常壓下為氣態(tài)，易燃、毒性很低，并且DME的十六烷值(約55) 高，作為液化石油氣和柴油汽車燃料的代用品條件已經(jīng)成熟。關(guān)于DME作發(fā)泡劑，國外已相繼開發(fā)出利用DME作聚苯乙烯、聚氨基甲酸乙酯、熱塑聚酯泡沫的發(fā)泡劑。 （2）用作制冷劑和發(fā)泡劑 由于DME的沸點較低，汽化熱大，汽化效果好，其冷凝和蒸發(fā)特性接近氟氯烴，因此DME作制冷劑非常有前途。DME 因其良好的理化性質(zhì)而被廣泛地應(yīng)用于化工、日化、醫(yī)藥和制冷等行業(yè)，近幾年更因其燃燒效果好和污染少而被稱為“清潔燃料”，引起廣泛關(guān)注。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 世紀的能源之一。五、學(xué)生應(yīng)交出的設(shè)計文件：課程設(shè)計說明書一本帶控制點的工藝流程圖一套（要求手工繪制 2圖紙）六、主要參考文獻（資料）： 《化工設(shè)計》王靜康主編 1995 年版 化學(xué)工業(yè)出版社出版 《化工原理》 （上、下） 2022 年版天津大學(xué)化工原理教研室編 天津科學(xué)技術(shù)出版社出版3． …………專業(yè)班級 化工工藝 學(xué)生 王歲兵 要求設(shè)計工作起止日期 2022 年 11 月 25 日 至 2022 年 5 月 5 日 指導(dǎo)教師簽字 日期 教研室主任簽字 日期 系主任批準簽字 日期 年產(chǎn) 40 萬噸二甲醚工藝設(shè)計 摘 要 作為 LPG 和石油類的替代燃料，目前二甲醚(DME)倍受注目。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≤%。若有不實之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。設(shè)計題目：年產(chǎn) 40 萬噸二甲醚工藝設(shè)計學(xué) 院：北京化工大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院專 業(yè)：化工工藝班 級：11 化工高級班學(xué) 生：王歲兵指導(dǎo)教師：司穩(wěn)琴 2022 年 月 日 誠信申明本人申明:我所呈交的大專畢業(yè)設(shè)計（論文）是本人在老師指導(dǎo)下對三年專業(yè)知識而進行的全面總結(jié)，盡我所知，除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中創(chuàng)新處不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京化工大學(xué)或其它教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而已經(jīng)使用過的材料。與我一同完成畢業(yè)設(shè)計 論文 的同學(xué)對本課題所做的任何貢獻均已在文中做了明確的說明并表示了謝意。 本人簽名 ： 年 月 日 化 工 設(shè) 計 課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書一、化工課程設(shè)計題目年產(chǎn) 40 萬噸二甲醚工藝設(shè)計二、化工課程設(shè)計要求及原始數(shù)據(jù)（資料）：操作方式：連續(xù)操作產(chǎn)品品種： 二甲醚擬建規(guī)模：40 萬噸/年年操作日：365 天汽化塔：原料粗甲醇純度 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：選擇 ?Al2O3 做催化劑，轉(zhuǎn)化率≥80%，選擇性≥%，脫水溫度選擇 300 攝氏度。三、化工課程設(shè)計主要內(nèi)容：摘要生產(chǎn)流程或方法的確定物料衡算和熱量衡算主要工藝設(shè)備的計算及選型（包括設(shè)備一覽表）原材料、動力消耗定額及消耗量參考文獻致謝四、時間安排：共設(shè)計四周，前 2 周收集資料，進行工藝流程的設(shè)計、物料和熱量衡算，后兩周進行設(shè)計說明書的撰寫、工藝流程圖和設(shè)備圖的繪制。DME 是具有與 LPG 的物理性質(zhì)相類似的化學(xué)品，在燃燒時不會產(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γAL 2O3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）精餾用到的二甲醚分離塔和甲醇回收塔的塔高、塔徑、塔板布置等的設(shè)計；(2）所需換熱器、泵的計算及選型；關(guān)鍵詞:二甲醚 甲醇 工藝設(shè)計目 錄第 1 章 概 述 ...................................................1 二甲醚的用途 ..............................................1 設(shè)計依據(jù) ..................................................2 技術(shù)來源 .................................................2 液相甲醇脫水法制二甲醚 ................................2 氣相甲醇脫水法制二甲醚 ................................3 合成氣一步法生產(chǎn)二甲醚 ................................3 二氧化碳加氫直接合成二甲醚 ............................3 催化蒸餾法制二甲醚 ....................................4 本設(shè)計采用的方法 ......................................4 原料及產(chǎn)品規(guī)格 ............................................4 設(shè)計規(guī)模和設(shè)計要求 ........................................4第 2 章 技術(shù)分析 ................................................5 反應(yīng)原理 ..................................................6 反應(yīng)條件 ..................................................6 反應(yīng)選擇性和轉(zhuǎn)化率 ........................................6 催化劑的選擇 ..............................................6第 3 章 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)計算 ........................................7 物料衡算 ..................................................7 計算催化劑床層體積 ........................................7 反應(yīng)器管數(shù) ................................................8 熱量衡算 ..................................................9第 4 章 甲醚精餾塔結(jié)構(gòu)計算 .....................................10 甲醚精餾塔的物料衡算及理論板數(shù) ...........................10 實際板層數(shù)的求取 .........................................10 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算 .....................13 操作溫度計算 .........................................13 平均摩爾質(zhì)量計算 .....................................14 平均密度計算 .........................................15 液體平均表面張力的計算 ...............................16 液體平均粘度 .........................................17 精餾塔的塔體工藝尺寸計算 .................................17 提餾段塔徑的計算 .....................................19 精餾塔有效高度的計算 .................................20 塔板主要工藝尺寸的計算 ...................................20 溢流裝置計算 .........................................20