【正文】 9 3 2 0 k J / ( m h k )??? ? ? 所以 . 9 3 2 0 0 . 0 0 53 . 5 ( 3 3 0 7 ) e x p ( 4 . 6 )0 . 0 2 2 0 . 0 2 2ta ? ? ? ? ? ? 2151 57 .6 kJ / ( m h k )? ? ? 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 0051111 2 3 4 1 .5 3 1 k J / ( m h k )1 0 .0 0 2 5 0 .0 2 2 0 .0 2 2 1 4 .7 8 1 01 5 1 5 7 .6 1 6 7 .5 0 .0 2 4 5 0 .0 2 7 2 7 1 7 .0tttsttmK ddRa d d a????? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? 整 個 反應(yīng)器床層可近似看成恒溫，均為 ，則傳熱推動力 tm? ( 5 5 3 . 1 5 5 1 0 ) ( 5 5 3 . 1 5 5 1 5 ) 4 0 . 6 5 K2mt ? ? ?? ? ? 需要傳熱面積為 ： 6 27 .7 0 1 0 8 0 .9 0 m2 3 4 1 .5 3 1 4 0 .6 5=CtmQA Kt ? ?? ??需 實(shí)際傳熱面積 t 2= = 5750 1mπ LdA ? ? ? ?實(shí) A 實(shí) 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。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 共 58 頁 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(jì)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(qiáng)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 ， CO2 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(jì)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?xì)庀嗝撍ㄏ啾?， 具有流程短、投資省、能耗低等優(yōu)點(diǎn) ， 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(diǎn)。 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(dá)到 75%～ 85%， DME 選擇性大于 98%， 產(chǎn)品 DME 質(zhì)陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 共 58 頁 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(diǎn) ， 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(jìn)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(xiàn)，對生 產(chǎn) DME 的工藝過程進(jìn)行設(shè)計的。 據(jù)市場調(diào)查國內(nèi)二甲醚需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過供給量，目前國內(nèi)僅氣霧劑一項需求量達(dá)到 ~ 萬噸 /年，而高純度的二甲醚還依賴進(jìn)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(jī)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(qiáng)。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(qiáng) ， 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.陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 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 .............................................................................. 3 2 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 .......................................................................................... 4 3 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 .................................................................................................. 5 4 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(shí)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 .....................................