【正文】 r diameter。最后再通過(guò)流體力學(xué)演算證明各指標(biāo)數(shù)據(jù)是否 符合標(biāo)準(zhǔn) 。 一步反應(yīng)后產(chǎn)物分為氣液兩相，氣相產(chǎn)物二甲醚被吸收劑吸收后送入解吸裝置，液相甲醇、水進(jìn)入甲醇分離系統(tǒng)對(duì)甲醇進(jìn)行提純 ，以便甲醇的再循環(huán)，部分二甲醚根據(jù)要求的純度，從第二精餾塔加入。合成氣法現(xiàn)多采用漿態(tài)床反應(yīng)器 ,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,便于移出反應(yīng)熱 ,易實(shí)現(xiàn)恒溫操作，它可直接利用 CO 含量高的煤基合成氣 ,還可在線(xiàn)卸載催化劑。相比于甲醇合成法，一步合成法具有流程短、投資省、能耗低且可獲得 較高的單程轉(zhuǎn)化率的優(yōu)點(diǎn)。蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 年產(chǎn) 萬(wàn)噸二甲醚裝 置分離精餾工段的設(shè)計(jì) 學(xué) 院 ： 化學(xué)與生物工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 年產(chǎn) 萬(wàn)噸二甲醚裝 置分離精餾工段的設(shè)計(jì) 摘 要 隨著社會(huì)的發(fā)展，能源問(wèn)題日益成為人們所關(guān)注的熱門(mén)話(huà)題，二甲醚作為燃料可代替液化石油氣成為可能。二甲醚的合成技術(shù)來(lái)源主要有甲醇脫水法和一步直接合成法，甲醇脫水法有甲醇液相脫水法和甲醇?xì)庀嗝撍ā? 制取二甲醚的最新技術(shù)是從合成氣直接制取，相比較甲醇脫水制二甲醚而言，一步法合成二甲醚因?yàn)轶w系存在有未反應(yīng)完的合成氣以及二氧化碳，要得到純度較高的二甲醚，分離過(guò)程比較復(fù)雜。本設(shè)計(jì)主要針對(duì) 分離中的精餾工序進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，分離二甲醚、甲醇和水三元體系。在設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及到二甲醚分離塔的工藝計(jì)算包括物料衡算、熱量衡算、操作條件等；設(shè)備的計(jì)算包括塔板數(shù)、塔高、塔徑等；還有附屬設(shè)備主要是換熱器和泵的設(shè)計(jì)與選型。 關(guān)鍵詞 ：二甲醚 合成 分離 三元體系 精餾 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 Annual output of 30,000 tons of dimethyl ether distillation section in the design of separation device Abstract With the development of society, the energy problem has bee the hot topic of concern, two ether as fuel can replace liquefied petroleum gas bee possible. Two ether synthesis technology the main source of methanol dehydration method and onestep direct synthesis, methanol dehydration of methanol liquidphase dehydration and methanol gas dehydration. Compared to methanol synthesis, one step synthesis method has short technological process, saving investment, low energy consumption and can obtain higher oneway conversion advantages. Preparation of two methyl ether of the latest technology is directly prepared from synthesis gas, methanol dehydration to dimethyl ether is two, one step synthesis of two methyl ether because the system has not full reaction synthesis gas and carbon dioxide, to obtain high purity two ether separation process is more plex. Synthesis gas method is now adopted a slurry bed reactor, which has the advantages of simple structure, convenient from the reaction heat, easy to realize constant temperature operation, it can be directly used in high CO content in coal based syngas, also available online unloading catalyst. This design is mainly for the separation of distillation process for process design, separation of two methyl ether, methanol and water three element system of. One step reaction product is divided into gasliquid two phase, gas phase product two ether is absorbent to desorption device, liquid phase methanol, water enters into a methanol separation system for methanol purification, so that recycling part two ether methanol, according to the requirements of the purity, from the second distillation column to join. In the design process involves two ether separation process calculation including material balance, heat balance, the operation condition of equipment。 and ancillary equipment is the main heat exchanger and pump selection and design. Finally, through the fluid mechanics calculation of the index data are consistent with the standard of proof. Keywords: DME synthesis separation ternary system distillation 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 目 錄 第一章 緒論 一、 概述 （ 一 ） 設(shè)計(jì)規(guī)模及設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)規(guī)模：年產(chǎn) 3 萬(wàn)噸的二甲醚分離精餾裝置。原料采用工 業(yè)級(jí)甲醇（甲醇含量 ≥ %，水含量≤ %） ，二甲醚分離塔進(jìn)料中含二甲醚 49wt%，產(chǎn)品中二甲醚的含量≥ 99wt%。它是二分子 甲醇 脫水縮合的衍生物。高濃度的二甲醚可用作麻醉劑。單獨(dú)小規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，可采用甲醇催化脫水方 法。二甲醚主要作為甲基化劑和生產(chǎn)二甲基苯胺、硫酸二甲酯等的原料， 二甲醚（分子式： CH3OCH3， DME）又 也可用于制取甲醛和合成汽油。 （ 1）二甲醚的 物理性質(zhì)：二甲醚亦稱(chēng)甲醚， 英文 dimethylether，英文縮寫(xiě) DME，化學(xué)分子式 (CH3OCH3)，分子量為 ，是重要的甲醇衍生物，沸點(diǎn) 24℃，凝固點(diǎn)140℃。二甲醚在常溫下是一種無(wú)色氣體，具有輕微的醚香味。在 100ml 水中可溶解 二甲醚氣體，且二甲醚易溶于 汽油 、 四氯化碳 、 丙酮 、 氯苯 和 乙酸甲酯 等多種有機(jī)溶劑，加入少量助劑后就可與水以任意比互蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 溶。 （ 2）二甲醚的化學(xué) 性質(zhì)： 作為一種重要的化學(xué)中間體，二甲醚在 催化劑 存在下與苯發(fā)生烷基化反應(yīng)。與 二氧化碳 反應(yīng)生成 甲氧基乙酸 。與 氰化氫 反應(yīng)生成 乙腈 。接觸熱、火星、火焰或氧化劑易燃燒爆炸。氣體比空氣重，能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇明火會(huì)引著回 燃。 （ 4） 二甲醚的毒性 ： 二甲醚的毒性很低，氣體有刺激及 麻醉 作用的特性，通過(guò)吸入或皮膚吸收過(guò)量的此物品，會(huì)引起麻醉，失去知覺(jué)和呼吸器官損傷 ， 長(zhǎng)期接觸使皮膚發(fā)紅、水腫、生皰。濃度到 %（體積）時(shí)， 21 分鐘后共濟(jì)失調(diào)，產(chǎn)生視覺(jué)障礙， 30分鐘后輕度麻醉，血液流向 頭部，濃度為 14%（體積）時(shí)，經(jīng) 23 分鐘引起運(yùn)動(dòng)共濟(jì)失調(diào)及麻醉，經(jīng) 26 分鐘失去知覺(jué)，皮膚接觸甲醚時(shí)易凍傷。二甲醚的物理性質(zhì)見(jiàn)表 11 項(xiàng)目 數(shù)值 項(xiàng)目 數(shù)值 沸點(diǎn)（ ）/℃ － 蒸汽壓（ 20℃ ） /MPa 閃電（開(kāi)杯法） /℃ － 燃 燒 值 （ 氣 壓 ）/(kJ/mol) 1455 熔點(diǎn) /℃ － 生成熱（氣態(tài)） /（ kJ/mol） － 密度（ 20/℃ ） / 熔融熱 /kJ/mol 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 （ g/ml） 臨界壓力 /MPa 蒸發(fā)熱 /(kJ/mol) 臨界溫度 /℃ 生 成 自 由 能/\/(kJ/mol) － 臨界密度 /(g/ml) 25℃熵 /J/(mol 它 具有較高的十六烷值，液化后可以直接作為汽車(chē) 燃料 ，其燃燒效果比甲醇燃料好。由于二甲醚自身含氧，組分單一，碳鏈短，可實(shí)現(xiàn)無(wú)煙高效燃燒，并可降低噪音。而且，現(xiàn)有的柴油車(chē) 發(fā)動(dòng)機(jī)只需略加改裝就可燃用二甲醚燃料，且運(yùn)行性能不會(huì)受到損害。 二甲醚液化氣作為民用燃料有一系列優(yōu)點(diǎn)：二甲醚自身含氧 ,碳鏈短 ,燃燒性能良好 ,燃燒過(guò)程中無(wú)黑煙 ,燃燒尾氣符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) ,其熱值比柴油和液化天然氣低 ,但比甲醇高。與 LPG 灶基本通用 ,使用方便 ,不需預(yù)熱 ,隨用隨開(kāi)。二甲醚還可摻入城市煤氣或天然氣管道蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 系統(tǒng)中作為民用燃料混燒 ,不僅可解決城市煤氣高峰時(shí)氣量不足的問(wèn)題 ,而且還可以改善煤氣質(zhì)量 ,提高熱值。因此二甲醚代替 LPG 作為優(yōu)良的民用潔凈燃料 ,具有廣闊的前景。 因?yàn)槎酌讶剂暇哂懈叩氖橹?(50～ 55),比甲醇燃料具有更好的燃燒效果 ,而且沒(méi)有甲醇的低溫啟動(dòng)性和加速性能差的缺點(diǎn)。 （ 2） 用作氯氟烴的替代品 二甲醚作為氯氟烴的替代物在氣霧劑制品中顯示出其良好性能 。二甲醚還具有使噴霧產(chǎn)品不易受潮的特點(diǎn) ,并且其 生產(chǎn)成本低、建設(shè)投資少、制造技術(shù)不太復(fù)雜 ,被人們認(rèn)為是一種新一代理想氣霧劑用推進(jìn)劑。目前在國(guó)外 ,二甲醚在民用氣溶膠制品中已是必不可少的氯氟烴替代物。 （ 3） 用作化工原料 二甲醚是一種重要的化工原料 ,可用來(lái)合成許多種化工產(chǎn)品或參與許多種化工產(chǎn)品的合成。作為偶聯(lián)劑 ,二甲醚可用于合成有機(jī)硅化合物、制作高純度氮化鋁二氧化鋁二氧化 硅陶瓷涂料。二甲醚還可合成氫氰酸、甲醛等重要化學(xué)品。 二甲醚 也蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 是 一種有機(jī)中間體 ， 它可以羰基化制乙酸甲酯、乙酐，也可作為甲基化試劑用于 醫(yī)藥 、農(nóng)藥 與燃料合成，與發(fā)煙硫酸或三氧化硫反應(yīng)生產(chǎn)硫酸二甲酯。二甲醚裂解生成乙烯，是天然氣制乙烯三步法的主流工藝，屬于費(fèi)－托法合成燃料工藝路線(xiàn)。 （ 4） 用作 化工產(chǎn)品 自噴式日化用品如氣溶膠和噴發(fā)膠，大多數(shù)還是用 氯氟烴 作推進(jìn)劑。由于二甲醚的溶解性能與氯氟烴相近，用二甲醚或其與丙烷或丁烷的混合物作推進(jìn)劑取代氯氟烴勢(shì)在必行。 （四） 技術(shù)來(lái)源 合成技術(shù) DME 的制備主要有甲醇脫水法和合成氣一步法兩種。其中漿態(tài)床一步法合成二甲醚克服了傳統(tǒng)固定床的缺點(diǎn)。 其反應(yīng)式： CH3OH+H2SO4→CH 3HSO4+H2O CH3HSO4+CH3OH→CH 3OCH3+H2O 該反應(yīng)的特點(diǎn)是反應(yīng)溫度低（ 130～ 160℃ )， 選擇性及轉(zhuǎn)化率均大于 90%, 可間歇或連續(xù)生產(chǎn)，投資少，操作簡(jiǎn)單。傳統(tǒng)工藝的生產(chǎn)規(guī)模都相對(duì)較小。同時(shí)，硫酸不受損耗而被封閉在反應(yīng)器中供長(zhǎng)期使用（首次使用時(shí)間達(dá) 6 年多），大大降低了生產(chǎn)成本，減少了污染。 反應(yīng)式： 2CH3OH→CH 3OCH3+H2O 該工藝成熟簡(jiǎn)單 ,對(duì)設(shè)備材質(zhì)無(wú)特殊要求，基本無(wú)三廢及設(shè)備腐蝕問(wèn)題，后處理簡(jiǎn)單。用該工藝制得的 DME 產(chǎn)品純度最高可達(dá) 99％ ,該產(chǎn)品不存在硫酸氫甲酯的問(wèn)題。以此法生產(chǎn)的二甲醚做燃料，在現(xiàn)有的液化天然氣和柴油市場(chǎng)價(jià)格下，還不具有競(jìng)爭(zhēng)力。上海石油化工研究院采用自行開(kāi)發(fā)的 D4 型氧化鋁催化劑也取得了成功，并建 2020t/a 甲醇?xì)庀啻呋撍贫酌训墓I(yè)裝置，并于 1995 年開(kāi)車(chē)成功。表 2 列出了國(guó)內(nèi)外用氣相甲醇脫水法合成二甲醚的進(jìn)展情況。 二甲醚合成反應(yīng)機(jī)理包括： 甲醇合成（ CO