【正文】 .0100.0110.0120.0N S T A G E 再沸器熱負(fù)荷隨回流比變化 Sen s it iv it y S 1 Su m m ar yVAR Y 1 T 1 PAR AM R RWATT 0. 0 0. 5 1. 0 1. 5 2. 0 2. 5 3. 0 3. 5 4. 0 4. 5 5. 0 5. 5 6. 02.5e+0065.e+0067.5e+0061.e+0071.25e+0071.5e+0071.75e+0072.e+007QR EB 冷凝器冷負(fù)荷隨回流比變化 化學(xué)與化工學(xué)院化工設(shè)計(jì)大作業(yè) S e n s i t i v i t y S 1 S u m m a r yV A R Y 1 T 1 P A R A M R RWATT 0 . 0 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 . 0 3 . 5 4 . 0 4 . 5 5 . 05.e+0061.e+0071.5e+0072.e+007Q C O N D 可以看出，最小回流比取 的時(shí)候再沸器和冷凝器的負(fù)荷都不大，能量消耗較小，所以取最小回流比取 R= 是合理的。 化學(xué)與化工學(xué)院化工設(shè)計(jì)大作業(yè) 實(shí)際塔板數(shù)隨回流比變化 由回流比對(duì)塔板數(shù)作圖，取第四個(gè)點(diǎn)。 反應(yīng)器的熱量衡算 二甲醚（ 1）、甲醇（ 2）、水（ 3） Cp1=（ kg/℃ ） CP2= kJ/（ kg/℃ ） CP3= kJ/（ kg/℃ ） μ1=105pa μ2=105pa μ3=105pa λ1=(m2? k) λ2= w/(m2? k) λ3=(m2? k) 原料氣帶入熱量 Q1=(*+*)*（ 28025） =反應(yīng)后氣體帶走熱量 Q2=(*+*+*)*（ 28025） =反應(yīng)放出熱量 QR=11770*=傳給換熱物質(zhì)的熱量 QC=Q1+QRQ2=化學(xué)與化工學(xué)院化工設(shè)計(jì)大作業(yè) 4 精餾塔 1——二甲醚精餾塔 ASPEN PLUS 模擬計(jì)算 簡(jiǎn)潔計(jì)算模擬結(jié)果，回流比選擇 ，二甲醚的回收率為 %，甲醇的回收率為 95%。 將原料及產(chǎn)品規(guī)格換算成摩爾分率，即 要求年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸二甲醚，則每小時(shí)應(yīng)生產(chǎn)二甲醚的量為： 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 3 8 8 8 . 8 9 / 3 0 2 k m o l /h3 0 0 2 4D k g h?? ? ?? 物料衡算方程如下 整體（ OB）： 二甲醚 19 9 . 5 + 9 9 9 9 . 9 52F R D? ? ? ? ?（ ％ ％ ） 80 ％ = ％ 甲醇 9 9 . 5 = ( 9 9 . 5 + 9 9 + 0 . 0 5 0 . 2F F R D W? ? ? ? ? ? ?％ ％ ％ ) 8 0 ％ ％ ％ 水 10 . 5 + ( 9 9 . 5 + 9 9 = 9 9 . 82F F R W? ? ? ? ? ?％ ％ ％ ) 8 0 ％ ％ 塔 塔 2： ? ?9 9 . 9 ( 9 9 . 5 + 9 9 + 9 9 . 9 5F R R R x D? ? ? ? ?％ ％ ％ ) ％ 其中 F—進(jìn)料流量； R—循環(huán)流量； W—廢水流量； x—循環(huán)流中二甲醚含量。 綜上所述，物料衡算順序?yàn)?O B 2 1? ? ? ?（ 部 分 ） （ 完 全 ）塔 塔 混 合 器 反 應(yīng) 器。 化學(xué)與化工學(xué)院化工設(shè)計(jì)大作業(yè) 根據(jù)工藝流程框圖進(jìn)行物料衡算如圖所示： 自由度分析 對(duì)上述框圖進(jìn)行自由度分析得到： 表 2 自由度分析匯總表 混合器 反應(yīng)器 塔 1 塔 2 過(guò)程 OB 流股變量數(shù) 8 6 9 9 20 8 單元變量數(shù) 0 1 0 0 1 1 MB 方程數(shù) 3 3 3 3 12 3 已知流股數(shù) 1 0 3 2 6 5 已知單元數(shù) 0 1 0 0 1 1 其他關(guān)系式 0 0 1 1 2 0 自由度 4 3 2 3 0 0 顯然先計(jì)算整體物料衡算，解得 F,R,W，則有 混合器 反應(yīng)器 塔 1 塔 2 流股變量數(shù) 8 6 9 9 單元變量數(shù) 0 1 0 0 MB 方程數(shù) 3 3 3 3 已知流股數(shù) 3 0 3 4 已知單元數(shù) 0 1 0 0 其他關(guān)系式 0 0 1 1 自由度 2 3 2 1 化學(xué)與化工學(xué)院化工設(shè)計(jì)大作業(yè) 對(duì)塔 2 進(jìn)行物料衡算，部分解得以塔頂二甲醚含量表示的組成。 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(jì)規(guī)模和設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)規(guī)模： 100,000 噸 DME/年，按照 300 天開(kāi)工計(jì)算，產(chǎn)品流量 13,，合 302kmol/h； 設(shè)計(jì)要求：產(chǎn)品 DME：回收率為 ％，純度為 ％； 甲醇：塔頂甲醇含量 ≥99％，塔底廢水中甲醇含量 ≤％。同時(shí)該法也是目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn) DME 的主要方法。但相對(duì)其它兩類(lèi)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(duì)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(wèn)題。從技術(shù)難度方面考慮 , 第一種方法極易實(shí)現(xiàn)工業(yè) 本設(shè)計(jì)采用的方法 作為純粹的 DME 生產(chǎn)裝置而言，表 列出了 3 種不同生產(chǎn)工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。催化蒸餾工藝本身是一種比較先進(jìn)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(guò)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(jìn)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(bào)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(dá)到 25 %， DME 選擇性為 55 %。 CO2 加氫制甲醇因受平衡的限制， CO2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(duì)漿態(tài)床 DME 合成技術(shù)的研究力度，正與企業(yè)合作進(jìn)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(wàn)噸級(jí)工業(yè)示范裝置。 但是，目前合成氣法制 DME 的研究國(guó)內(nèi)仍處于工業(yè)放大階段，有上千噸級(jí)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(jiǎn)單，便于移出反應(yīng)熱，易實(shí)現(xiàn)恒溫操作。其過(guò)程的主要反應(yīng)為： 甲醇合成反應(yīng) 23CO 2 H CH O H 9 0 1 4 k J / m o l ??＝ （ 1） 水煤氣變換反應(yīng) 2 2 2C O H O C O H 4 01 9 kJ / m ol ? ? ? ?（ 2） 甲醇脫水反應(yīng) 3 3 3 22CH O H CH O CH H O 2 31 4 kJ / m ol ? ? ?（ 3） 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(shí)進(jìn)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(guò)程中單獨(dú)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(lái)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(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度較高，少量廢水廢氣排放，排放物低于國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)仍有個(gè)別廠家使用該工藝生產(chǎn) DME，并在使用過(guò)程中對(duì)工藝有所改進(jìn)。該工藝生產(chǎn)純度 %的 DME 產(chǎn)品 , 用于一些對(duì)DME 純度要求不高的場(chǎng)合。二甲醚市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊，因此對(duì)二甲醚的生產(chǎn)工藝進(jìn)行研究很有必要。我國(guó)二甲醚總生產(chǎn)能力約為 t/a,產(chǎn)量約為 t/a，表 12為我國(guó)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(jī)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 HCl 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(lái)十年里， DME作為燃料的應(yīng)用將有難以估量的潛在市場(chǎng)，其應(yīng)用前景十分樂(lè)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(chē)燃料的代用品條件已經(jīng)成熟。關(guān)于 DME作發(fā)泡劑，國(guó)外已相繼開(kāi)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(diǎn)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(chēng)為 “清潔燃料