化工工藝畢業(yè)論文

太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書 年產(chǎn) 20 萬噸甲醇制二甲醚生產(chǎn)工藝初步設(shè)計(jì) 學(xué)生學(xué)號(hào)： 2009002273 學(xué)生姓名： 武曉佩 專業(yè)班級(jí)： 化工工藝 0904 指導(dǎo)教師： 鄭家軍 起止日期： 2012.11.26 2012.12.21 - I - 化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 一、化工課程設(shè)計(jì)題目 年產(chǎn) 20 萬噸甲醇制二甲醚生產(chǎn)工藝的初步設(shè)計(jì) 二、 化工課程設(shè)計(jì)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： 20 萬噸 /年 年操作日： 365 天 汽化塔：原料粗甲醇純度 90%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），塔頂甲醇?xì)怏w純度 99%，釜液甲醇含量 0.5%； 合成塔：選擇 -Al2O3 做催化劑，轉(zhuǎn)化率 80%，選擇性 99.9%，脫水溫度選擇 300 攝氏度。 精餾塔：塔頂二甲醚純度 “99.9%”釜液二甲醚含量 0.5%； 回收塔：塔頂回收甲醇純度 98%，廢水中甲醇含量 0.5%。 三、化工課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容： 1、緒論 2、生產(chǎn)流程或方法的確定 3、物料衡算和熱 量衡算 4、主要工藝設(shè)備的計(jì)算及選型（包括設(shè)備一覽表） 5、原材料、動(dòng)力消耗定額及消耗量 6、參考文獻(xiàn) 7、致謝 8、附圖（帶控制點(diǎn)的工藝流程圖和關(guān)鍵設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖） 四、時(shí)間安排： 共設(shè)計(jì)四周，前 2 周收集資料，進(jìn)行工藝流程的設(shè)計(jì)、物料和熱量衡算，后兩周進(jìn)行設(shè)計(jì)說明書的撰寫、工藝流程圖和設(shè)備圖的繪制。 五、學(xué)生應(yīng)交出的設(shè)計(jì)文件： 課程設(shè)計(jì)說明書一本 帶控制點(diǎn)的工藝流程圖一套（要求手工繪制 2#圖紙） 主要設(shè)備結(jié)構(gòu)圖一套（要求 CAD 繪制， 2#圖紙） 六、 主要參考文獻(xiàn)（資料）： 1、化工設(shè)計(jì)王靜康主編 1995 年版 化學(xué)工業(yè)出版社出版 2、化工原理（上、下） 2001 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(jí) 化工工藝 0904 學(xué)生 武曉佩 要求設(shè)計(jì)工作起止日期 2012 年 11 月 25 日 至 2012 年 12 月 21 日 指導(dǎo)教師簽字 日期 教研室主任簽字 日期 - II - 系主任批準(zhǔn)簽字 日期 - III - 摘要 作為 LPG 和石油類的替代燃料，目前二甲醚 (DME)倍受注目。 DME是具有與 LPG 的物理性質(zhì)相類似的 化 學(xué)品，在燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生破壞環(huán)境的氣體，能便宜而大量地生產(chǎn)。與甲烷一樣，被期望成為 21 世紀(jì)的能源之一。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。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(jì)采用氣相法制 備二甲醚工藝。將甲醇加熱蒸發(fā)，甲醇蒸氣通過 -AL2O3 催化劑床層 ,氣相甲醇脫水制得二甲醚。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。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(jì)； 2）所需換熱器、泵的計(jì)算及選型； 關(guān)鍵詞 ： 二甲醚， 甲醇，工藝設(shè)計(jì)。 - IV - Abstract: As LPG and oil alternative fuel, DME has drawn attentions at present. Physical properties of DME is similar for LPG, and dont produce combustion gas to damage the environment, so, It can be produced largely. Like methane, DME is expected to become 21st century energy resources., DME is prepared by methanol dehydration, namely, synthetic methanol first and then methanol dehydration to dimethyl etherby methanol dehydration. Methanol dehydration to DME is divided into two kinds of liquid phase and gas-phase process. This design uses a process gas of dimethyl ether prepared by dimethyl. Heating methanol to evaporation, methanol vapor through the -AL 2O3 catalyst bed, vapor methanol dehydration to dimethyl etherby. This process is made of methanol process heating, evaporation, dehydration of methanol, dimethyl ether condensation and distillation etc. Completed for the following work: 1) Distillation tower used in separation of dimethyl ether and methanol recovery , column height of tower ,diameter, arrangement of column plate etc； 2) The calculation and selection of heat exchanger, pump； Key words: dimethyl ether, methanol, process design 1 目 錄 摘要 前言 化工設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 . I 前 言 . 1 1 文獻(xiàn)綜述 . 1 1.1 二甲醚概述 . 1 1.1.1 二甲醚的發(fā)展現(xiàn)狀 . 1 1.1.2 二甲醚的傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用及其拓展 . 1 1.2 國(guó)內(nèi)二甲醚市場(chǎng)簡(jiǎn)況 . 2 1.2.1 現(xiàn)狀 . 2 1.2.2 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)預(yù)測(cè) . 4 1.3 國(guó)外二甲醚市場(chǎng)簡(jiǎn)況 . 5 1.3.1 現(xiàn)狀 . 5 1.3.2 國(guó)外市場(chǎng)預(yù)測(cè) . 6 1.4 原料說明 . 7 1.6 二甲醚的主要技術(shù)指標(biāo) . 8 1.6.1 技術(shù)要求 . 8 1.6.2 試驗(yàn)方法 . 9 2 DME 產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模 . 11 2.1 產(chǎn)品品種、規(guī)格、質(zhì)量指標(biāo)及擬建規(guī)模 . 11 2.2 產(chǎn)品規(guī)格、質(zhì)量指標(biāo) . 11 2.3 產(chǎn)品方案分析及生產(chǎn)規(guī)模分析 . 12 3 工藝流程介紹 . 12 3.1 生產(chǎn)方法簡(jiǎn)述 . 12 3.2 工藝流程說明 . 14 3.3 生產(chǎn)工藝特點(diǎn) . 16 3.4 主要工藝指標(biāo) . 16 3.4.1 二甲醚產(chǎn)品指標(biāo) . 16 3.4.2 催化劑的使用 . 17 4 主要塔設(shè)備計(jì)算及選型 . 17 4.1 汽化塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 . 17 4.1.1 物料衡算 . 17 4.1.2 熱量衡算 . 19 4.1.3 理論板數(shù)、塔徑、填料選擇及填料層高度的計(jì)算 . 21 4.1.4 汽化塔附屬設(shè)備的選型計(jì)算 . 25 4.2 合成塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 . 26 4.2.1 物料衡算 . 26 4.2.2 合成塔的選取 選?。?. 26 4.2.3 熱量衡算及附屬設(shè)備的選型計(jì)算 . 26 4.3 精餾塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 . 29 4.3.1 物料衡算 . 30 4.3.2 熱量衡算 . 30 2 4.3.3 理論塔板數(shù)的計(jì)算 . 32 4.3.4 初餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 32 4.3.5 塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算 . 34 4.3.6 填料層高度的計(jì)算 . 35 4.3.7 附屬設(shè)備的選型計(jì)算 . 35 4.4 回收塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 . 36 4.5.1 物料衡算 . 36 4.4.2 熱量衡算 . 38 4.4.3 理論塔板數(shù)的計(jì)算 . 39 4.4.4 回收塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 40 4.4.5 塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算 . 41 4.4.6 填料層高度的計(jì)算 . 42 4.4.7 附屬設(shè)備的選型計(jì)算 . 43 致謝 . 45 參考文獻(xiàn) . 46 附錄 1.主要設(shè)備一覽表 . 47 前 言 二甲醚又稱甲醚、木醚氧、二甲，是最簡(jiǎn)單的脂肪醚重要的甲醇下游產(chǎn)品之一。二甲醚的理化性質(zhì)比較獨(dú)特，熱植高，無毒、無害，具有潛在的廣泛用途，除作為 有機(jī)化工原料廣泛用于制藥、染料、農(nóng)藥等，還用于替代氟里昂用作汽溶膠噴射劑和制冷劑，由于其良好的燃料性能，具有實(shí)用、通用、環(huán)保、安全、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的優(yōu)點(diǎn)，最近作為民用代用燃料和柴油代用燃料，二甲醚受到人民的日益重視。 20 世紀(jì) 70 年代，二甲醚開始被用作氣霧劑，以取代破壞臭氧層的氟里昂。近幾年來，在各國(guó)尋求清潔燃料的過程中，二甲醚的良好燃燒性能和低污染排放的特性使其日益受到重視。二甲醚作為清潔燃料具備如下特征：（ 1）資源量豐富，來源廣；（ 2）環(huán)境友好，其排放物對(duì)環(huán)境的影響很??；（ 3）技術(shù)可行、成熟，可在大范圍內(nèi)使用 ；（ 4）經(jīng)濟(jì)可行，其成本有競(jìng)爭(zhēng)力；（ 5）易于實(shí)現(xiàn)，其運(yùn)行所需要的基礎(chǔ)設(shè)施和現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施基本相容，不需要另裝一套裝置。 本設(shè)計(jì)流程簡(jiǎn)潔明暢，工藝條件溫和，操作簡(jiǎn)易方便。而且設(shè)備臺(tái)數(shù)較少，設(shè)備制作立足于國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀，均能在國(guó)內(nèi)制造而不需進(jìn)口，可大大降低項(xiàng)目投資。按國(guó)家現(xiàn)行基本建設(shè)政策和市場(chǎng)價(jià)格對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行了財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)計(jì)算。工程總投資估算值 14300 萬元，項(xiàng)目的內(nèi)部收益率所得稅前為 13.82%，高于基準(zhǔn)收益率 12%。其它各項(xiàng)效益指標(biāo)及盈虧平衡分析結(jié)果均表明本項(xiàng)目具有很強(qiáng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。上述各方面問題的研究結(jié)果表明， 10 萬 噸 /年二甲醚項(xiàng)目符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和未來能源市場(chǎng)發(fā)展方向，市場(chǎng)預(yù)測(cè)樂觀，工藝方案合理，工藝技術(shù)成熟可靠，投資估算和財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)結(jié)果也表明項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益明顯。 本設(shè)計(jì)包括設(shè)計(jì)說明書和圖紙兩部分。說明書主要包括工藝流程的確定，物料衡算，熱量衡算，工藝設(shè)備的設(shè)計(jì)及選型，廠房平面布置 ， 還有進(jìn)行 初步的 經(jīng)濟(jì)分析等。圖紙包括工藝流程圖，主設(shè)備圖，車間布置平面 等 。 設(shè)計(jì) 者 ： 武曉佩 2012 年 11 月 25 日 1 1 文獻(xiàn)綜述 1.1 二甲醚 概述 1.1.1 二甲醚的發(fā)展現(xiàn)狀 自 20 世紀(jì) 70 年代，二甲醚開始被用作氣霧劑，以取 代破壞臭氧的氟利昂。近幾年來，在各國(guó)尋求清潔車用替代燃料的過程中，二甲醚的良好燃燒性能和低污染排放特性使其日益受到重視。 二甲醚（ DME）常溫常壓下是一種無色低毒的可燃性氣體，性能與液化石油氣相似，燃燒時(shí)不析碳，無殘液，燃燒廢氣無毒，是一種理想的清潔燃料。 DME 還是一種新型的 、 理想的 、 可替代車用燃料的“ 21 世紀(jì)的綠色燃料”。隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重及石油資源的日益匱乏，對(duì)二甲醚的需求量迅速增加，因此二甲醚的合成研究已成為各國(guó)科技人員的研究焦點(diǎn)。 二甲醚是 21 世紀(jì)的超清潔燃料，無論是作為民用燃料 、 或替代柴油 、 汽 油作為汽車燃料 、 或是用于發(fā)電，其制備 、 儲(chǔ)運(yùn)等都比較容易解決，并能促進(jìn)新一代汽車 、 電力等工業(yè)的發(fā)展。 目前，二甲醚發(fā)展的關(guān)鍵問題在于配套措施不完善 、 市場(chǎng)發(fā)展不成熟 、 二甲醚使用觀念有待更新。 1.1.2 二甲醚的傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用及其拓展 （ 1）傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用 第一， 做氣霧劑、制冷劑和發(fā)泡劑 。 DME 作為 停止使用的 氯氟烴的替代物，在氣霧劑制品中顯示出良好的性能，如： 不污染環(huán)境，對(duì)臭氧破壞系數(shù)為零； DME 在水中溶解度為 34%，若加 6%的乙醇，則可與水混溶，它與各種樹脂也有極高的溶解能力； 毒性很微弱，用在化妝品上 觀察不到有什么問題； 可用水或氟制劑作阻燃劑； 使噴霧產(chǎn)品不易致潮， 加之與其他氣霧劑相比， 其成本低、價(jià)格便宜從而被認(rèn)為是新一代理想的氣霧推進(jìn)劑。在西歐各國(guó)已經(jīng)成為民用氣溶膠制品的氯氟烴的替代品。目前 DME 在世界噴射劑的用量中居第二位，僅次于碳?xì)浠衔铮?其次，由于 DME 容易液化的特性，許多國(guó)家正在開發(fā)以 DME代替氯氟烴做制冷劑的技術(shù) 。 Bohnenn 報(bào)道了用 DME 與氟里昂混合制成特種制冷劑，通過大量實(shí)驗(yàn)后，認(rèn)為隨著 DME 含量的增加，制冷能力增加，能耗降低 并且在冷凍食品時(shí)可免除異味和臭味 。另外 Kohl 等人報(bào)道了以 DME、丙烷、丁烷制無氟制冷劑的方法。 第二， DME 作為化學(xué)中間體，主要用于制造硫酸二甲酯。 DME 同發(fā)煙硫酸反應(yīng)可以生成硫酸二甲酯；同苯胺反應(yīng)生成高純 N， N-二甲基苯胺，脫水成乙烯，羰基化可以制取醋酸甲酯；與硫化氫反應(yīng)生成二甲基硫醚，進(jìn)而可生成二甲基亞砜。 除此之外 DME 還是重要的化工原料 ,可用于許多精細(xì)化學(xué)品的合成 ,同時(shí)在輕化、制藥、燃料、農(nóng)藥等工業(yè)中有許多獨(dú)特的用途。 （ 2）新近拓展的應(yīng)用領(lǐng)域 作為新型高效清潔燃料是 DME 應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)嶄新的拓展應(yīng)用領(lǐng)域 。 DME 作為民用燃料比液化氣具有更優(yōu)良的物理化 學(xué)性能（如表 1，表 2 所示）。由于 DME 的分子結(jié)構(gòu)與烴類不同，只有 C-H與 C-O 鍵，沒有 C-C 鍵，所以燃燒時(shí)無黑煙， CO 與 NOx 排放量很低，符合潔凈燃料的要求；而且 2 燃燒性能良好，燃燒廢氣無毒，完全符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；單一組成，無殘液；在室溫下可壓縮成液體，用現(xiàn)有的液化石油氣罐盛裝，燃具與 LPG 基本通用，是優(yōu)良的民用潔凈燃料。當(dāng)溫度在 37 8時(shí)，二甲醚的蒸汽壓低于 1378kPa，符合液化石油氣的要求（如表 1-1）所示。 表 1 DME 液化氣與液化石油氣性質(zhì)比較 項(xiàng)目 分子量 壓力 Mpa (60 ) 燃燒溫度 爆 炸下限 % 理論空氣量 預(yù)混氣熱值 KJ/ m3 LPG DME 56.6 46.07 1.92 1.35 2055 2250 1.7 3.45 11.32 6.96 3903 4219 表 2 DME 與 0柴油的比較 對(duì)比項(xiàng)目 DME 0柴油 分子量 46.07 190 220 沸點(diǎn)（） -24.9 180 360 十六烷值 55 60 40 50 低熱值（ kJ/kg） 28840 42500 理論空燃比 9 14.6 氧含量（ %） 34.8 硫化物 有 1.2 國(guó)內(nèi)二甲醚 市場(chǎng)簡(jiǎn)況 1.2.1 現(xiàn)狀 中國(guó) DME 生產(chǎn)起步較晚，但發(fā)展加快。 1994 年廣東中山化工廠建成 2500 噸 /年 DME 生產(chǎn)裝置。此前，只有江蘇昆山化工廠有少量生產(chǎn)。近幾年，國(guó)內(nèi)陸續(xù)又有一些廠家投產(chǎn) DME，其中生產(chǎn)規(guī)模較大的有山東臨沂魯明化工有限公司、廣東中山精細(xì)化工實(shí)業(yè)有限公司、江蘇吳縣合成化工廠、江蘇昆山化工原料廠、 湖南雪納新能源有限公司 山東久泰科技股份有限公司 及 瀘天化公司等企業(yè)，年總產(chǎn)量已超過 50 萬噸。 近年來，我國(guó) DME 的生產(chǎn)發(fā)展迅速。 2002 年全國(guó) DME 總生產(chǎn)能力僅有 3.18 萬噸 /年，產(chǎn)量約為2 萬噸 /年， 開工率處于 63 的較低水平。到 2006 年，發(fā)展到 30 多家生產(chǎn)企業(yè)，年生產(chǎn)能力約 48 萬噸，產(chǎn)量約 32 萬噸，開工率 67%。 4 年間能力和產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)，起年均增長(zhǎng)率分別為 79%和 96%。 寧夏銀川正在籌劃 的 年產(chǎn) 83 萬噸 DME 項(xiàng)目， 計(jì)劃今年年底投產(chǎn)， 初步?jīng)Q定采用美國(guó)空氣產(chǎn)品與化學(xué)品公司技術(shù)。計(jì)劃投資 47.8 億元。寧夏石化集團(tuán)公司、中煤四達(dá)礦業(yè)公司、西安交通大學(xué)、原化工部第二設(shè)計(jì)院、中國(guó)成達(dá)化學(xué)工程公司等參與合作。該項(xiàng)目將由煤炭為起始原料生產(chǎn) DME。項(xiàng)目建設(shè)將分二個(gè)階段，第一階段生產(chǎn) 21 萬噸 /年，第二階段再擴(kuò)增 62 萬噸 /年。由美國(guó)貿(mào)易發(fā)展署出資援助招標(biāo)、美國(guó)福陸公司中標(biāo)所作的寧夏煤基 DME（一期） 83 萬噸年項(xiàng)目報(bào)告已于 2004 年 4月完成， 后因資金技術(shù)問題 項(xiàng)目 尚未 啟動(dòng)。寧夏煤炭資源豐富，但因?yàn)榈靥幬鞑?，且鄰省陜西、?nèi)蒙古、甘肅等均為富煤省份，煤炭外運(yùn)十分困難。寧夏決定大力發(fā)展電力和煤化工等產(chǎn)業(yè)，建設(shè)大型DME 廠是其中一項(xiàng)。美國(guó)政府出資 67.5 萬美元對(duì)該項(xiàng)目給予援助。 表 3 2006 年我國(guó) DME 主要生產(chǎn)廠家及其能力 3 企 業(yè) 生產(chǎn)工藝 生產(chǎn)能力（噸 /年） 廣東中山凱達(dá)有限公司 重慶英力 燃化有限公司 江蘇昆山化工廠 武漢青江公司 吳縣合成化學(xué)廠 上海申威氣霧劑公司 河南沁陽紫陽鄉(xiāng) 河南內(nèi)鄉(xiāng)化工局 無錫新苑化工集團(tuán) 貴州宏華新能源公司 榆次燃料化工公司 安徽蒙城化肥廠 義烏光陽化工公司 渭河煤化工集團(tuán)公司 陜西新型燃料燃具公司 山西渾源化肥廠 山東臨沂魯明化工有限公司 湖北田力實(shí)業(yè)公司 廣州廣氮集團(tuán)公司 云南解化集團(tuán)公司 山東久泰股份有限公司 湖南雪納新能源有限公司 中國(guó)瀘天化股份有限公司 中國(guó)瀘天化股份有限公司 山西潞安 陜西神華 寧夏銀川 內(nèi)蒙古鄂爾多斯市 -山東臨沂市 兩步法 -氣相脫水 漿態(tài)床一步法 兩步法 -氣相脫水 兩步法 -液相脫水 兩步法 -氣相脫水 兩步法 -氣相脫水 兩步法 -氣相脫水 兩步法 -氣相脫水 兩步法 -氣相脫水 兩步法 -氣相脫水 兩步法 -氣相脫水 兩步法 -氣相脫水 兩步法 -氣相脫水 兩步法 -氣相脫水 兩步法 -氣相脫水 漿態(tài)床一步法 兩步法 -液相脫水 固定床一步法 兩步法 -氣相脫水 兩步法 -液相脫水 兩步法 -液相脫水 兩步法 -氣相脫水 兩步法 -氣相脫水 兩步法 -氣相脫水 古定床一步法 流態(tài)床一步法 流態(tài)床一步法 流態(tài)床一步法 12500（ 94/98 年分期投產(chǎn)） 3000（ 04 年 4 月試產(chǎn) /已停） 1000（ 91 年 3 月試產(chǎn)） 1500（ 95 年 9 月試產(chǎn)） 1000（ 96 年 7 月試產(chǎn)） 800（ 95 年 3 月試產(chǎn)） 10000（ 04 年 1 月試產(chǎn)） 10000（ 04 年 8 月試產(chǎn)） 10000（ 03 年 5 月試產(chǎn)） 5000（ 05 年 3 月 試 產(chǎn)） 10000（ 04 年 12 月 試 產(chǎn)） 5000（ 04 年 10 月 試 產(chǎn)） 2500（ 98 年 9 月 試 產(chǎn)） 10000（ 05 年 10 月 試 產(chǎn)） 500（ 97 年 6 月 試 產(chǎn)） 5000（ 01 年 1 月 試 產(chǎn)） 5000（ 04 年 12 月 試 產(chǎn)） 1500（ 97 年 9 月 試 產(chǎn) ，現(xiàn)停產(chǎn) ） 5000（ 98 年 10 月 試 產(chǎn)） 5000（ 06 年 2 月 試 產(chǎn)） 30000（ 05 年 12 月試產(chǎn)） 30000（ 05 年 11 月投產(chǎn)） 10000（ 03 年 8 月投產(chǎn)） 100000（ 05 年 9 月投產(chǎn)） 150000（籌建中） 200000（籌建中） 830000（籌建中） 1000000（籌建中） 近幾年 DME 生產(chǎn)規(guī)模較大的有山東臨沂魯明化工有限公司、廣東中山精細(xì)化工實(shí)業(yè)有限公司、江蘇吳縣合成化工廠、江蘇昆山化工原料廠、湖南雪納新能源有限公司、山東久泰科技股份有限公司等企業(yè)，年總產(chǎn)量已超過 10 萬噸。國(guó)內(nèi)上述大部分企業(yè)生產(chǎn)的 DME 產(chǎn)品主要面向氣霧 劑市場(chǎng)，到2005 年底為止，我國(guó) DME 的正常生產(chǎn)能力為 15-20 萬噸 /年。 4 1.2.2 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)預(yù)測(cè) 第一， DME 作為柴油替代燃料或摻燒汽油市場(chǎng)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)柴油和汽油的需求量每年增長(zhǎng)的幅度不斷加大。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前柴油的需求量每年的速度增長(zhǎng)為 7%，預(yù)計(jì)到 2010年我國(guó)對(duì)進(jìn)口石油的依存度將超過 50%。尤其是我國(guó)環(huán)保能源特別是潔凈車用燃料一直十分緊缺，因此發(fā)展清潔車用燃料成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展面臨的現(xiàn)實(shí)問題。 DME 作為柴油替代能源在性能上具有明顯的優(yōu)勢(shì)，而作為汽油添加劑進(jìn)行摻燒在理論上證明可以提 升汽油的品質(zhì)，且技術(shù)方面不存在難以克服的問題，因此這是一個(gè)普遍看好的市場(chǎng)。 第二， DME 混烴燃料市場(chǎng)。目前我國(guó)液化氣年消費(fèi)量在 3500 萬 4000 萬噸，每年約需進(jìn)口 2000萬噸。 DME 作為超潔凈能源，與液化氣相比在性能上具有顯著的優(yōu)勢(shì)。如果用 DME 替代進(jìn)口液化氣，將至少形成約 2000 萬噸年的 DME 需求。 第三， DME 作為 日用化工原料及化工中間體 市場(chǎng)。 DME 除作為燃料以外，主要用于制氣霧劑、制冷劑和發(fā)泡劑。 DME 進(jìn)入這一市場(chǎng)的特點(diǎn)是附加值高，因而利潤(rùn)空間極大。 我國(guó)早期二甲醚的生產(chǎn)能力很低，只有江蘇吳縣合成 化上廠、武漢硫酸廠等少數(shù)幾個(gè)廠家生產(chǎn)，總產(chǎn)量約為 3000 噸 /年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，高純度二甲醚 (99.9%)全部依賴進(jìn)口。近年來，我國(guó)在二甲醚液化氣、醇醚燃料等方面取得了突破性進(jìn)展。其中中科院山西煤化所研制的甲醇制二甲醚催化劑，催化與分離精制工藝，可用于生產(chǎn)燃料級(jí)（ 95%一 98%)與化工級(jí) (99%)二甲醚，特別適合于已有甲醇的中小氮肥廠建立中小規(guī)模 (100 住一 3000 噸 /年 )的生產(chǎn)裝置。上海石油化工研究院開發(fā)成功的二甲醚反應(yīng)蒸餾新技術(shù)，具有過程簡(jiǎn)單、投資省、消耗低、操作控制容易，不產(chǎn)生廢酸、廢 渣和含酸廢水等優(yōu)點(diǎn)，甲醇單程轉(zhuǎn)化率達(dá) 80%-85%，選擇性大于 99.9%?；げ课髂匣ぱ芯吭洪_發(fā)的新型民用代用燃料一醇醚燃料，目前已在河南、山西、貴州、安徽等省建立了 5 套生產(chǎn)裝置，其中 4 套為萬噸級(jí)裝置。廣東省中山精細(xì)化工實(shí)業(yè)有限公司采用西南化工研究院開發(fā)的甲醇催化轉(zhuǎn)化二步法制二甲醚生產(chǎn)技術(shù)建立了 2500 噸 /年生產(chǎn)裝置。生產(chǎn)高純度二甲醚，產(chǎn)品主要用作氣霧劑。最近，安徽省蒙城縣化肥廠也建立了 2500 噸 /年高純度二甲醚生產(chǎn)裝置，產(chǎn)品純度達(dá) 99.95%以上。山東臨沂已經(jīng)建成 30000 噸 /年二甲醚生產(chǎn)裝置，已于 2005 年 10 月份投產(chǎn)，同時(shí)也在規(guī)劃 100 萬噸 /年二甲醚的項(xiàng)目。另外，陜西新型燃料燃具公司開發(fā)成功了二甲醚液化氣灶 (JZMZ 一 A 型 )，將大大促進(jìn)二甲醚作為燃料在我國(guó)的推廣和普及。 純度大于 95%的甲醚可作為液體石油氣替代燃料，若二甲醚能大規(guī)模地生產(chǎn)，顯著地降低成本，將能在國(guó)內(nèi)促進(jìn)二甲醚的消費(fèi)，目前己在部分地區(qū)使用二甲醚，但因技術(shù)經(jīng)濟(jì)上因生產(chǎn)規(guī)模太小而導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高，影響其推廣應(yīng)用。我國(guó)石油液化氣進(jìn)口量近年迅速增加， 19%年進(jìn)口量為 354.7 萬噸， 1998 年達(dá) 477 萬噸，預(yù)計(jì)到 2005 年進(jìn)口量達(dá) 929 萬噸， 2010 年將達(dá) 1460 萬噸。因此二甲醚作為替代燃料的市場(chǎng)非常廣闊。 僅以西南地區(qū)的重慶、成都市為例，目前兩市的氣化率很高，基本上都是用天然氣，兩地的餐飲業(yè)十分發(fā)達(dá)， LPG 消耗量極大，由于 DME 清潔燃燒完全、無黑煙、對(duì)人體無害，在餐飲業(yè)中替代 LPG具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。據(jù)保守估計(jì)，重慶市的 LPG 需求量在 8 萬 /年，成都市的 LPG 需求量在 5 萬噸 5 /年，四川省的總需求量在 25 萬噸 /年，其市場(chǎng)前景非常樂觀。 1.3 國(guó)外二甲醚市場(chǎng)簡(jiǎn)況 1.3.1 現(xiàn)狀 目前世界上 DME 的生產(chǎn)主要集中在美國(guó)、德國(guó)、荷蘭和日本等國(guó)， 2006 年世界總 生產(chǎn)能力預(yù)計(jì)29.4 萬噸 /年，產(chǎn)量約 22 萬噸，開工率 75%。 國(guó)外 DME 的主要生產(chǎn)廠家有美國(guó)的 Dupont 公司、荷蘭的 AKZO 公司、德國(guó)的 DEA 公司和 UnitedRhine Lignite Fuel 公司等，其中德國(guó) DEA 公司的生產(chǎn)能力最大為 6.5 萬噸 /年。 二甲醚作為一種新型 、清潔的民用和車用燃料，被看作是柴油或 LPG/CNG 的優(yōu)秀替代品，其作為燃料的市場(chǎng)血球增長(zhǎng)將會(huì)非常驚人。 2000 年，全球有 400 萬輛 LPG 汽車， 400 萬輛乙醇汽車、 100萬輛 CNG 汽車，還有部分甲醇汽車。以美國(guó)為例， 2000 年美國(guó)使 用替代燃料（ LPG 和 CNG）的汽車為 42 萬輛，預(yù)計(jì) 2010 年為 330 萬輛。 目前美國(guó)替代燃料消費(fèi)量折合當(dāng)量汽油約為 100 萬噸（ 352 106加侖當(dāng)量汽油 ），約占當(dāng)年全部燃料消費(fèi)量的 0.2%。如果美國(guó)代用燃料的比例提高到 5%，起需求量將達(dá)到 2500 萬噸，可見替代燃料的市場(chǎng)前景是相當(dāng)可觀的 20。 亞洲地區(qū)是世界上柴油消費(fèi)增長(zhǎng)最快的地區(qū)，據(jù)國(guó)外研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，二甲醚作為替代燃料， 2008年亞洲地區(qū)的年需求量達(dá) 4000 萬噸，可見，由于二甲醚具有其它替代燃料不可比擬的優(yōu)勢(shì)，將會(huì)成為柴油的主要替代燃料，具有難以估量的 市場(chǎng)前景。 由于二甲醚的市場(chǎng)需求潛力十分巨大，在世界范圍內(nèi)，其建設(shè)已經(jīng)成為熱點(diǎn)項(xiàng)目，一些大型的二甲醚裝置已在積極籌建之中（見表 1-4），如果這些項(xiàng)目到 2010 都建成投產(chǎn)將新增二甲醚生產(chǎn)能力 793萬 893 萬噸。屆時(shí)世界二甲醚總能力將達(dá)到 1082萬 1182萬噸 國(guó)外己有建設(shè)大型工業(yè)化 DME 裝置的計(jì)劃。日本東洋工程公司（ TEC）完成建設(shè)單系列 250 萬噸 /年 DME 裝置的可行性驗(yàn)證。采用天然氣生產(chǎn)甲醇再轉(zhuǎn)化成 DME 的二步法路線，以中東低價(jià)天然氣為原料，生產(chǎn) DME 的成本為 100120 美元 /噸。意味著 DME 作為清 潔燃料可與 LPG 相競(jìng)爭(zhēng)， DME與 LPG 相似，易于貯存在現(xiàn)有的 LPG 終端和用船舶運(yùn)輸。 TEC 的流程組合 MFR-Z 甲醇工藝和采用專利鋁基催化劑的脫水新技術(shù)。裝置設(shè)計(jì)為 10000 噸 /天甲醇設(shè)施，可提供 70008000 噸 /天 DME 反應(yīng)器進(jìn)料。總費(fèi)用約 6.6 億美元，比單獨(dú)建設(shè)甲醇裝置僅高約 10%。 已 于 2007 年建成。 BP 公司、印度天然氣管理局、印度石油公司合作投資 6 億美元（各持股 50%、 24%、 24%）計(jì)劃建設(shè)商業(yè)規(guī)模的 DME 生產(chǎn)廠，建設(shè)工作 已 于 2002 年開始。擬采用托普索公司 DME 合成技術(shù)，利用24 億立方米天 然氣，年生產(chǎn) DME180 萬噸，用以替代石腦油、柴油和 LPG。 已 于 2006 年 元月 投產(chǎn)，2007 年向外供應(yīng) DME。 日本財(cái)團(tuán)（三菱瓦斯化學(xué)公司、日揮公司、三菱重工公司和伊藤忠商事各持股 25%）成立的合資公司將在澳大利亞建設(shè)大規(guī)模 DME 裝置。年生產(chǎn) DME140-240 萬噸，于 2006 年投產(chǎn) ， 產(chǎn)品銷往日本和東南亞市場(chǎng)。 日本千代田和石川島播磨重工公司聯(lián)合為日本 JEE 控股公司進(jìn)行 DME 裝置工程設(shè)計(jì)， JEE 公司 6 是工程和鋼鐵控股公司， 2002 年由川崎鋼鐵和 NKK 公司聯(lián)合而成。 JEE 公司將在海外建設(shè)大規(guī)模DME 裝置，于 2006 年建成。該裝置將采用 JEE 工藝從合成氣 間 接生產(chǎn) DME。 JEE 工藝 DME 裝置可使用天然氣、烴類和生物質(zhì)作為原料。 表 4 籌建中的二甲醚裝置（不完全統(tǒng)計(jì)） 單位：萬噸 /年 公司名稱 生產(chǎn)能力 建設(shè)地點(diǎn) 投產(chǎn)日期 日本財(cái)團(tuán)（三菱瓦斯化學(xué)、日揮、三菱重工） 140.0 240.0 澳大利亞（間接一步法） 2006 年 日本東洋工程公司 250 中東（二步法） 2005 2006 某公司在伊朗建設(shè) 80 伊朗 Zagros 2006 年規(guī)劃 日本鋼管公司等 8 家 170 西澳大利亞（ NG 一步法） 2006 年開始規(guī)劃 日本三菱瓦斯化學(xué)（ MGC） 150 澳大利亞 道達(dá)爾菲納埃爾夫公司和日本 8 家公司合作 80 小計(jì) 873.0 973.0 世界 2006 年已有能力 209.4 2010 年合計(jì)能力 1082.4 1182.4 1.3.2 國(guó)外市場(chǎng)預(yù)測(cè) 目前，世界上二甲醚的總生產(chǎn)能力約為 700 萬噸 /年，主要生產(chǎn)廠家有杜邦公司，德國(guó)聯(lián)合萊因褐煤燃料公司，德國(guó)漢堡 DMA 公司，荷蘭阿克蘇公司，日本和我國(guó)臺(tái)灣省等。早期的二甲醚主要用作甲基化試劑用于生產(chǎn)硫酸二甲酷， 1986 年西歐生產(chǎn)的約 2 萬噸二甲醚，有 9000 噸用于生產(chǎn)硫酸二甲酷。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，二甲醚在氣溶膠推進(jìn)劑方面的用量逐年增加， 1990 年歐洲生產(chǎn)的4.5 噸二甲醚，其中約有 3.5 萬噸用于氣溶膠工業(yè)，其它用作中間體。目前世界二甲醚的產(chǎn)量約為 600萬噸 /年，預(yù)計(jì)到 2010 年需求量可突破 1100 萬噸 /年。 當(dāng)前世界各國(guó)都在注重二甲醚作為替代燃料的研究，屆時(shí)二甲醚的需求量將大大增加。日本一個(gè)開發(fā)合成二甲醚技術(shù)的國(guó)家計(jì)劃已經(jīng)展開， NKK 公司、太平洋碳鋼公司和住友金屬工業(yè)公司將利用通產(chǎn)省提供的資金 (18 億日元 )進(jìn)行相關(guān)的研究與開發(fā)工作，目 標(biāo)是設(shè)計(jì)一種方法通過用煤氣和最新開發(fā)的催化劑直接合成低成本的二甲醚。去年印度石油公司、煤氣權(quán)力公司和石油研究院已經(jīng)與阿莫科印度開發(fā)公司簽署了開發(fā)和銷售二甲醚作為多用途燃料的協(xié)議，使二甲醚商業(yè)化并提供技術(shù)，目前正著手可行性研究。阿莫科公司已與丹麥托普索公司（ Haldor Topsoe）簽訂了進(jìn)一步開發(fā)二甲醚技術(shù)的協(xié)議。最近日本有人撰文探討二甲醚作為清潔燃料替代柴油，對(duì)二甲醚的價(jià)格和燃料的性能跟柴油和汽油作比較，認(rèn)為直接合成二甲醚法在今后的實(shí)際應(yīng)用中沒有問題，且成本方面具有較大競(jìng)爭(zhēng)力。美國(guó)的有關(guān)試驗(yàn)也證明，二甲 醚作為柴油車燃料可以滿足嚴(yán)格的 1988 年美國(guó)加利福尼亞超低排放交通工具法規(guī)的要求，經(jīng)濟(jì)上也很合理。 從二甲醚及柴油的消耗結(jié)果表明，按能耗計(jì)，低功率下，二甲醚消耗高于柴油，但在較高功率時(shí)， 7 二者是相近的。用二甲醚作為汽油添加劑比其它醚類化合物具有更高的 O/CH 值，即二甲醚的含氧量高，可以使汽油燃燒更加完全。且在某種程度上可以提高汽油的汽化效率，降低汽油的凝固點(diǎn)。據(jù)資料介紹，美國(guó)己將二甲醚添加到航空煤油中，這大大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率且效果很好。目前日本和印度都研究在中東建設(shè)大型二甲醚裝置，將二甲醚運(yùn)回國(guó)內(nèi)作發(fā)電 燃料的可行性，其它許多發(fā)達(dá)國(guó)家都在進(jìn)行二甲醚作為替代燃料的研究，解決全球能源緊張的局面。 1.4 原料說明 原料名稱：甲醇 分子式 CH3OH，相對(duì)分子質(zhì)量 32.04。 本設(shè)計(jì)采用的甲醇原料濃度為 90%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。 （ 1）物理性質(zhì) 甲醇是最簡(jiǎn)單的飽和脂肪醇，密度 0.791g/cm3，沸點(diǎn) 63.8，自燃點(diǎn) 385 20，蒸汽壓96.3mmHg，常溫常壓下純甲醇是無色透明，易揮發(fā)、可燃，略帶醇香味的有毒液體。甲醇可以和水以及乙醇、乙醚等許多有機(jī)液體無限互容，但不能與脂肪烴類化合物相互溶，甲醇蒸汽和空 氣混合能形成爆炸性混合物，爆炸極限為 6.0%-36.5%（體積）。 （ 2）化學(xué)性質(zhì) 甲醇作為最簡(jiǎn)單的飽和脂肪醇因此具有脂肪醇的化學(xué)性質(zhì)，即可進(jìn)行氧化、酯化、羰基化、胺化、脫水等化學(xué)反應(yīng)，在此只介紹幾種重要的化學(xué)反應(yīng)。 （ 1） 脫水反應(yīng) 甲醇在濃硫酸或其它催化劑的催化作用下脫水生成二甲醚，是工業(yè)制備二甲醚的重要方法； 主反應(yīng)： 2CH3OH CH3O CH3+H2O+Q H298=10.92KJ/mol 副反應(yīng)： CH3OH CO+2H2O 2CH3OH C2H4+2H2O 2CH3OH CH4+2 H2O +C CH3OCH3 CH4+CO+ H2 CO+H2O CO2+ H2 （ 2） 氧化反應(yīng) 甲醇在電解銀催化劑下可被空氣氧化成甲醛，是重要的工業(yè)制備甲醛的方法； （ 3） 酯化反應(yīng) 甲醇可與多種無機(jī)酸和有機(jī)酸發(fā)生酯化反應(yīng)，甲醇和硫酸發(fā)生酯化反應(yīng)生成硫酸氫甲酯，硫酸氫甲酯經(jīng)減壓蒸餾生成甲基化試劑硫酸二甲酯； （ 4） 羰基化反應(yīng) 甲醇和光氣發(fā)生羰基化反應(yīng)生成氯甲酸甲酯，進(jìn)一步反應(yīng)生成碳酸二甲酯； （ 5） 裂解反應(yīng) 在銅催化劑上，甲醇可裂解生成 CO 和 H2， 1.5 二甲醚的性質(zhì) （ 1）化學(xué)性質(zhì) 8 二甲醚在輻射或加熱條件下會(huì)分解成甲烷、乙烷、甲醛、二氧化碳及一氧化碳（產(chǎn)物取決于反應(yīng)條件及催化劑）。二甲醚可作為烷基化合劑，在很多場(chǎng)合中，它具有甲基化反應(yīng)性能，例如在硅酸鋁催化劑存在的條件下，二甲醚可以與苯發(fā)生烷基化反應(yīng)而生成甲苯、二甲苯及多烷基苯。二甲醚與一氧化碳反應(yīng)可生成乙酸或乙酸甲脂；與二氧化碳反應(yīng)則生成甲氧基乙酸。當(dāng)與氰化氫反應(yīng)時(shí)則生成乙腈。此外，二甲醚可與三氟化硼形成絡(luò)合物，其分子式（ CH3） 2OBF3，此絡(luò)合物在空氣中 發(fā)煙，而在水或醇中則可分解。 DME 還可選擇性氯化為各種氯化衍生物。無致癌性、腐蝕性甚微。 （ 2）物理性質(zhì) DME 是具有揮發(fā)性醚味的無色氣體，有令人愉快的氣味，燃燒時(shí)的火焰略帶光亮。在常溫，常壓下為氣態(tài)，在壓力儲(chǔ)罐內(nèi)為液體。 表 5 DME 的主要物理化學(xué)性質(zhì) 分子式 CH3OCH3 蒸汽壓（ 20） 0.53MPa 摩爾質(zhì)量 46.07 氣體燃燒熱 31.58Kj/kg 熔點(diǎn) -141.5 蒸發(fā)熱（ -24.8） 467.4kJ/kg 沸點(diǎn) -24.9 自燃溫度 350 臨界溫度 128.8 爆炸極限（空氣中） 3.45 26.7VOL 臨界壓力 5370Pa 在汽油中的溶解度 64%（ -40） 對(duì)水的相對(duì)密度 0.66 對(duì)空氣的相對(duì)密度 1.62 液體密度（ 20） 0.661kg/L 閃點(diǎn) -41.4 蒸汽密度（ 10 1atm） 1.92kg/m3 （ 3） DME 的毒性 DME 的毒性很低，氣體有刺激及麻醉作用的特性，通過吸入或皮膚吸收過量的此物品，會(huì)引起麻醉，失去知覺和呼吸器官損傷。 小鼠吸入 225.72g/ m3 麻醉濃度 貓 吸入 1658.85g/ m3 深度麻醉 人 吸入 154.24g/ m3 30min 輕度麻醉 人 吸入 940.50g/ m3 有極不愉快的感覺、有窒息感 1.6 二甲醚的主要技術(shù)指標(biāo) 1.6.1 技術(shù)要求 高純度二甲醚的生產(chǎn)以甲醇為主要原材料，經(jīng)過催化轉(zhuǎn)化制成燃料級(jí)二甲醚，再經(jīng)精餾分離后制得高純度二甲醚氣體產(chǎn)品。其中含有微量雜質(zhì)如 N2、 CH4、 CO2、 C2H4、 C3H6、及少量 H2O、 CH3OH等組分。本標(biāo)準(zhǔn)采用氣相色譜法，選用 GDX-502 和 25%PEG-1500/PoropakQ 柱，使用程序升溫，得到良好的分離效果。 類別：二甲醚氣體產(chǎn)品按有效組份含量的不同劃分為： A 類 -燃料級(jí) DME 產(chǎn)品； B1 類 -溶劑、原料級(jí) DME 產(chǎn)品； B2 類 制冷劑、推進(jìn)劑級(jí) DME 產(chǎn)品（表 1-8）。 9 表 6 A 級(jí)、 B1 級(jí)、 B2 級(jí)二甲醚氣體產(chǎn)品符合下表規(guī)定的技術(shù)要求 1.6.2 試驗(yàn)方法 （ 1）抽樣： Q/OCLX002-2000，抽樣以一罐裝容器為一批（或以一中間計(jì)量貯藏罐為一批） 抽樣方法 將鋼瓶取樣器稱重，打開采樣閥門，沖洗管線及接頭，立即將取樣器的截止閥與采樣點(diǎn)緊密連接，依次打開采樣點(diǎn)的閥門，取樣器截止閥和球閥，讓試樣沖洗取樣器， 30 秒后依次關(guān)閉取樣球閥，截止閥和采樣點(diǎn)閥門，從連接管線上取下鋼瓶，采樣工作結(jié)束。 稱量裝滿試樣的鋼瓶，計(jì)算出試樣的重 量，要求把試樣內(nèi)的 20%排掉，重量不足時(shí)應(yīng)重新取樣。 （ 2）二甲醚含量、水分、甲醇的測(cè)定。 試劑與材料： 1、 Porapak Q(50 80 目 )有機(jī)擔(dān)體（進(jìn)口） 2、聚乙二醇（ PEG） -1500 色譜固定液 3、 GDX-502（ 60 80 目）色譜擔(dān)體 4、氫氣載氣 純度 99.99% 5、丙酮 分析純 6、無水甲醇 分析純 7、無水乙醇 分析純 8、標(biāo)準(zhǔn)氣： N2、 CH4、 CO2、 C2H4、 C3H6（由西南化工研究院提供） 9、 H2O、 CH3OH 標(biāo)準(zhǔn)樣制備 準(zhǔn)確稱取無水乙醇 m1約 4.9g(稱準(zhǔn)至 0.0002g)、蒸餾水 m2約 0.001g（稱準(zhǔn)至 0.0002g） ,無水甲醇m3約 0.001g（稱準(zhǔn)至 0.0002g）于干凈玻璃瓶中搖勻備用。 裝置： 1、氣相色譜儀（帶熱導(dǎo)池檢測(cè)器，氣體進(jìn)樣器及色譜數(shù)據(jù)處理機(jī)） 2、微量注射器： 5ml 3、鋼瓶取樣器：可用 25mm 內(nèi)徑的不銹鋼管與截止閥，球閥焊制而 成 4、色譜柱 項(xiàng)目 指 標(biāo) A 級(jí) B1 級(jí) B2 級(jí) 感觀 二甲醚含量 m/m % 水份 m/m 10-6 甲醇 m/m 10-6 其它雜質(zhì) m/m 無色、無異味，常溫下為壓縮液體，略呈醇香 95 2000000 2000000 1.0 99.5 200 100 0.4997 99.9 100 50 0.09985 10 用 25%PEG-1500 涂于 Porapak Q+GDX-502=1+1 裝填在 3mm，長(zhǎng) 4m 的不銹鋼鋼柱中，要求緊密均勻。并在色譜內(nèi) 90條件下老化 4 小時(shí)（注意老化期間要接入檢測(cè)器）。 試樣和試樣的制備：按上述抽樣方法準(zhǔn)備好試樣 程序： 先把氣相色譜儀按下列條件調(diào)試好 載 氣：氫氣 流 速： 37ml/min 柱 前 壓： 90 kpa 柱初溫： 63 汽化溫度： 120 柱終溫： 100 檢測(cè)溫度： 120 橋 流： 160mA 進(jìn) 樣 量： 2.5ul 1、待儀器穩(wěn)定后，在柱溫 63時(shí)，進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)氣體 以峰面積標(biāo)準(zhǔn)曲線法測(cè)定以下各組份的校正因子，并得各組份的保留時(shí)間（ min）： N2： 1.005 CH4： 1.192 CO2 C2H4： 2.238 C2H6： 2.517 C3H6： 7.247 2、待儀器柱溫升至 100并穩(wěn)定后，以微量注射器注入 H2O、 CH3OH 的標(biāo)準(zhǔn)樣 1 1，得水的峰面積 A1，甲醇峰面積 A2，保留時(shí)間為（ min）： H2O： 11.12, CH3OH:14.62 在相同條件下，注入標(biāo)準(zhǔn)樣同體積的無水乙醇得水的峰面積 A3，甲醇的峰面積 A4 Q/OCLX002-2000 A 水 =A1-A3 A 甲醇 =A2-A4 H2O、 CH3OH 的標(biāo)準(zhǔn)樣由質(zhì)量百分比濃度換算為摩爾百分濃度。 按下式進(jìn)行計(jì)算： 式中： m1- H2O、 CH3OH 標(biāo)準(zhǔn)樣中無水乙醇的質(zhì)量， g； m2- H2O、 CH3OH 標(biāo)準(zhǔn)樣中蒸餾水的質(zhì)量， g； m3-H2O、 CH3OH 標(biāo)準(zhǔn)樣中無水甲醇的質(zhì)量， g； 46 乙醇的分子量； 18 水的分子量； 32 甲醇的分子量。 1 lH2O、 CH3OH 標(biāo)準(zhǔn)樣汽化后標(biāo)準(zhǔn)體積 %10032/18/46/ 18/( % )3212 mmm m水%10032/18/46/ 32/( % )3213 mmm m甲醇mlV o 3847.0104.2246 79.0101 33 %100)/( ( %)201水水水AVVVf 11 校正因子按下式計(jì)算： 式中 f 水 -水的校正因子； f 甲醇 -甲醇的校正因子， V0-lml 標(biāo)準(zhǔn)樣汽化后的標(biāo)準(zhǔn)體積 V1-試樣的進(jìn)樣量 ml；V2- H2O、 CH3OH 標(biāo)準(zhǔn)樣的進(jìn)樣量 ml。 A 水 標(biāo)準(zhǔn)樣中水的面積； A 甲醇 -標(biāo)準(zhǔn)樣中甲醇的面積。 C、二甲醚含量的測(cè)定 、在 a 條相同條件下，以絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線法使用色譜數(shù)據(jù) Q/OCLX002-2000 處理機(jī)得到 N2、 CH4、 CO2、 C2H4、 C2H6、 C3H6組份的體積百分含量（ %） 、在 b 條相同條件下，以絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線法使用色譜數(shù)據(jù)處理機(jī)得到 H2O、 CH3OH 組份的體積極百分含量（ %） 、二甲醚體積百分（ VDME）含量按下式計(jì)算： VDME(%)=100 -(N2%+CH4%+CO2%+C2H4%+C2H6%+C3H6%+H2O%+CH3OH%) 、把體積百分含量換算成質(zhì)量百分含量 X(%)=N2% 28+ CH4% 16+ CO2% 44+ C2H4% 28+ C2H6% 30+ C3H6% 42+ H2O %18+ CH3OH % 32+DME% 46 、 二甲醚（ WDME）質(zhì)量百分含量按下式計(jì)算： WDME（ %） =(VDME% 46)/X% 水（ W H2O）質(zhì)量百分含量按下式計(jì)算： M H2O（ %） =（ V H2O % 18） /X% 甲醇（ W CH3OH）質(zhì)量百分含量按下式計(jì)算： M CH3OH（ %） =（ V CH3OH % 32） /X% 2 DME 產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模 2.1 產(chǎn)品品種、規(guī)格、質(zhì)量指標(biāo)及擬建規(guī)模 產(chǎn)品品種： 二甲醚 擬建規(guī)模： 20 萬噸 /年 年操作日： 365 天 2.2 產(chǎn)品規(guī)格、質(zhì)量指標(biāo) 氣霧級(jí) (工業(yè)級(jí) )二甲醚、燃料級(jí)二甲醚 (1)氣霧級(jí)二甲醚質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) (企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ) 由于目前國(guó)內(nèi)尚無氣霧級(jí)二甲醚產(chǎn)品的國(guó)標(biāo)，參照國(guó)內(nèi)行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，氣霧級(jí)二甲醚產(chǎn)品應(yīng)符合下述質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) (企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ) %100)/( ( %)201甲醇甲醇甲醇AVVVf 12 項(xiàng)目 期望值 二甲醚 wt% 99.9 甲醇 wt% 0.01 水份 wt% 0.002 (2)燃料級(jí)二甲醚質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) (企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ) 對(duì)燃料級(jí)二甲醚產(chǎn)品，目前也沒有相應(yīng)的國(guó)標(biāo)，參 照國(guó)內(nèi)行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，燃料級(jí)二甲醚產(chǎn)品應(yīng)符合下述質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) (企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ) 項(xiàng)目 期望值 二甲醚 wt% 93 甲醇 Wt% 3 水份 wt% 1 2.3 產(chǎn)品方案分析及生產(chǎn)規(guī)模分析 二甲醚是一種用途廣泛的化工產(chǎn)品，主要用作冷凍劑、溶劑、萃取劑、氣霧劑和燃料等。 二甲醚還能代替柴油作汽車燃料，又可作為民用燃料。二甲醚的用途和消費(fèi)量正在不斷擴(kuò)大，其產(chǎn)品有著良好的市場(chǎng)和發(fā)展前景。 對(duì)于二甲醚而言，基本不存在市場(chǎng)需求問題，關(guān)鍵在于成本的控制 。如果以二甲醚的熱值和目前廣泛使用的液化石油氣相比較，二甲醚的成本不能超過 3000 元。 由于二甲醚用耐壓罐車或裝入鋼瓶后運(yùn)輸很安全便捷，因此從成本上考慮，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該選擇在富產(chǎn)煤炭或天然氣的地區(qū)（甲醇兩步法生產(chǎn)則可考慮少些），年產(chǎn)規(guī)模至少要在萬噸以上，并且盡可能在工藝上實(shí)現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)。 天然氣和煤炭是規(guī)?；a(chǎn)二甲醚較為經(jīng)濟(jì)的原料。本設(shè)計(jì)可以充分利用湖南及周圍省份的便利資源并以甲醇為原料發(fā)展市場(chǎng)前景廣闊的清潔燃料級(jí)二甲醚，對(duì)發(fā)展地區(qū)經(jīng)濟(jì)及解決能源問題注重環(huán)保方面都有著重要的作用且前景廣闊。根據(jù)湖南、湖北、江西、 廣東等地區(qū)的消費(fèi)情況，以及二甲醚技術(shù)的研發(fā)情況，當(dāng)前二甲醚作為資源尚處于推廣應(yīng)用階段，設(shè)計(jì)定為 10 萬噸 /年，隨著市場(chǎng)的進(jìn)一步培育和開拓，屆時(shí)可再建更大規(guī)模的二甲醚裝置。 3 工藝流程介紹 3.1 生產(chǎn)方法簡(jiǎn)述 二甲醚的生產(chǎn)方法主要有一步法和二步法兩種。 一步法以合成氣 (CO+H2)為原料，在甲醇合成以及甲醇脫水的復(fù)合催化劑上直接合成二甲醚，再提純得到二甲醚產(chǎn)品。 二步法是以合成氣制得甲醇，然后甲醇在固體催化劑作用下脫水制得二甲醚，所用催化劑選擇性高，特別適用于高純度二甲醚生產(chǎn)。 （一）甲醇脫水制二甲醚 二甲醚 可由甲醇脫水制得。此工藝在山東臨沂新建的 30000 噸 /年二甲醚生產(chǎn)裝置上采用。最早 13 采用的脫水劑是濃硫酸，反應(yīng)在液相中進(jìn)行。將甲醇和硫酸的混合物加熱可得 : CO+2H2=CH3OH 100時(shí)， CH3OH 十 H2SO4=CH3HSO4+H2O 80%)、選擇性好 (99%)等優(yōu)點(diǎn)，但也存在設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、釜?dú)堃杭皬U水污染環(huán)境、催化劑毒性大、操作條件惡劣等缺點(diǎn)，選擇該工藝可能性較小 。 1965 年，美國(guó) Mobil 公司與意大利 ESSO 公司都曾利用結(jié)晶硅酸鹽催化劑進(jìn)行氣相脫水制備DME，其中 Mobil 公司使用了硅酸鋁比較高的 ZSM 一 5 型分子篩，而 ESSO 公司則使用了 0.5 一 1.5nm的含金屬的硅酸鋁催化劑，其甲醇轉(zhuǎn)化率為 70%， DME 選擇性 90%。 1981 年， Mobil 公司利用 HZSM一 5 使甲醇脫水制備二甲醚，并申請(qǐng)了專利，反應(yīng)條件比較溫和，常壓、 200左右即可獲得 80%甲醇轉(zhuǎn)化率和 98%DME 選擇性。 1991 年，日本三井東亞化學(xué)公司開發(fā)了一種新的甲醇脫水制 DME 催化劑。據(jù)稱該催化劑 是一種具有特殊表面積和孔體積的 一 A12O3，可長(zhǎng)期保持活性，使用壽命達(dá)半年之久，轉(zhuǎn)化率可達(dá) 74.2%，選擇性約 99%。我國(guó)化工部西南化工研究院也曾進(jìn)行過甲醇脫水制二甲醚的研究，考察了 13x 分子篩、氧化鋁及 ZSM 一 5 催化劑的性能，當(dāng)采用 ZSM 一 5 在 200時(shí)，甲醇的轉(zhuǎn)化率可達(dá) 75%一 85%，選擇性大于 98%。擴(kuò)大試驗(yàn)于 1992 年 3 月通過鑒定。上海吳徑化工廠以高硅鋁比的硅酸鹽粉狀結(jié)晶作催化劑，在低溫 (130 一 200 )、常壓下實(shí)現(xiàn)了甲醇制 D 卜任的新工藝。在小試 1000h 工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行了單管試驗(yàn)。甲醇單程轉(zhuǎn)化 率可達(dá) 85%，選擇性幾乎 100%，使用周期大于 1000h。適當(dāng)調(diào)整溫度后，用粗甲醇 (平均含量為 78.4%)同樣可獲得 80%的轉(zhuǎn)化率。可見甲醇脫水制 DME 技術(shù)己經(jīng)成熟，具備工業(yè)化的條件，可作為 DME 的生產(chǎn)方法。 （二） 合成氣直接合成二甲醚 傳統(tǒng)的 DME 生產(chǎn)方法，一直采用兩個(gè)截然不同的步驟。即甲醇的合成與甲醇脫水。為了開發(fā)操作簡(jiǎn)單、成本低而又可連續(xù)生產(chǎn) DME 的新方法，人們?cè)煤铣蓺庵苯又迫《酌选?主要反應(yīng)構(gòu)成如下 : 4H2+2CO=2CH3OH 2CH3OH= CH3OCH3+ H2O CO+ H2O=CO2+H2 3 H2+3CO = CH3OCH3+ CO2 該工藝實(shí)質(zhì)上是把合成甲醇及甲醇脫水同步反應(yīng)合并在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)，其關(guān)鍵是選擇高活性及高選擇性的雙功能催化劑。一步法又分為二相法和三相法。國(guó)外自 80 年代后對(duì)此研究較多，較為典型的是丹麥托普索公司 TIGAS 工藝、日本三菱重工和 COSMO 石油公司聯(lián)合開發(fā)的 AMSTG 工藝 ；國(guó)內(nèi)大連化物所、華東理工大學(xué)、清華大學(xué)、山西煤化所等均在研究一步法生產(chǎn)工藝。目前國(guó)外己開發(fā)成功的有二種方法 : (l)托普索公司的固定床氣相反應(yīng)法，在反應(yīng)器之間用冷卻器取熱，催化劑在高溫下有 高穩(wěn)定性和高選擇性 ； 14 (2)美國(guó)空氣和化學(xué)品公司的液相淤漿床反應(yīng)器 (氣、固、液三相合成 )方法，有中試 (10 噸 /天 )及工業(yè)化示范裝置 (240 噸 /天 )；日本 NKK 公司的淤漿床反應(yīng)器方法，于 1999 年建成一套 5 噸 /天的中試裝置。 國(guó)內(nèi)山西煤化所開發(fā)的是三相漿態(tài)床一步法合成技術(shù)，已進(jìn)行中試 (規(guī)模 100 噸 /年 )，于 2001 年8、 9 月份完成中試。大連化物所開發(fā)的是二相固定床一步合成二甲醚工藝 (采用管殼反應(yīng)器 )，已完成60 噸 /年的中試，并已在湖北田力實(shí)業(yè)公司建有 1500 噸 /年的示范裝置 (具體運(yùn)行情況尚需了解 )。華東理工大 學(xué)進(jìn)行的是氣、固、液三相一步法合成工藝研究，已完成小試，未進(jìn)行中試，現(xiàn)希望與有關(guān)單位合作進(jìn)行中試研究。清華大學(xué)進(jìn)行的是三相淤漿床一步法合成反應(yīng)器的研究，己完成小試，正籌備中試。南京大學(xué)主要研究二甲醚的反應(yīng)機(jī)理，產(chǎn)品主要應(yīng)用于冶金工業(yè)的添加劑、抗氧劑等。 據(jù)日本報(bào)道，采用 Cu/Zn/Al 催化劑，從合成氣直接制取二甲醚，初始轉(zhuǎn)化率和 1000h 后的轉(zhuǎn)化率分別為 65%和 61%。中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所的陶家林等對(duì)合成氣制二甲醚的催化劑及反應(yīng)條件進(jìn)行了研究，用自制的雙功能催化劑在 275 、 2Mpa、 1500mL/(g h)、 H2/CO=2、 CO2=l%一 2%的條件下，合成氣中 CO 轉(zhuǎn)化率可達(dá) 75%， DME 選擇性 84%。蘭州化物所的黃友梅等對(duì)合成氣制二甲醚的催化劑及反應(yīng)的活性位進(jìn)行了研究。用自制的銅基雙功能催化劑在一定的反應(yīng)條件下，合成氣中 CO 轉(zhuǎn)化率可達(dá) 90%， DME 在有機(jī)產(chǎn)物中的選擇性 95%。該催化劑的制備已申請(qǐng)專利 (申請(qǐng)?zhí)?:95121619.8)。中國(guó)科學(xué)院大連化物所、清華大學(xué)等對(duì)此也進(jìn)行了一定的研究，前者制備了 CO 轉(zhuǎn)化率達(dá)到 90%， DME 在有機(jī)產(chǎn)物中選擇性大于 90%催化劑，后者就制備方法及反應(yīng)條件進(jìn)行了研究。此外，美國(guó)的空氣產(chǎn)品公司和化學(xué)品公司完成了一項(xiàng)由合成氣直接合成二甲醚的新技術(shù)，采用淤漿反應(yīng)器，使水氣變換、甲醇合成與甲醇脫水三個(gè)可逆、放熱反應(yīng)協(xié)同進(jìn)行，避免了多步合成法中所受平衡條件的影響，使得單程轉(zhuǎn)化率提高。另外，用惰性漿液的返混流動(dòng)，吸收化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量，保護(hù)對(duì)熱敏感的催化劑，使反應(yīng)更快更有效地進(jìn)行。操作壓力為 3.5-6.3MPa、溫度為 200-290 、空速為 1000 一 l0000L/（ h.kg)催化劑。與氣相一步法或多步法合成 DME 的工藝相比，該方法尤其適合于CO 含量較高的煤基合成氣。丹麥 Lyngby 在一套 50kg/d 中試裝置中完成 12000h 操作之后，HaldorTopsoe Als 宣稱其由天然氣直接合成二甲醚的催化法已準(zhǔn)備好放大。其方法是首先經(jīng)普通的蒸汽或自熱重整，天然氣轉(zhuǎn)化成合成氣 ；然后通過一種專利催化劑，操作條件 200-300 和 30-80Mpa。據(jù) Topsoe 稱， CO 轉(zhuǎn)化率達(dá)到 60%一 70%，催化劑以銅為基礎(chǔ)，同時(shí)也可生產(chǎn)甲醇和二甲醚。 3.2 工藝流程說明 在 10 萬噸 /二甲醚生產(chǎn)裝置的工藝設(shè)計(jì)過程中，綜合考慮現(xiàn)有一些二甲醚生產(chǎn)裝置在熱量平衡上的不足之處，立足于全系統(tǒng)熱能的充分利用，以最大限 度地達(dá)到節(jié)能降耗的效果，同時(shí)本著節(jié)約投資、方便操作與維護(hù)的原則對(duì)工藝流程進(jìn)行合理優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì) 10 萬噸 /二甲醚生產(chǎn)裝置的工藝流程。 參見 20 萬噸 /二甲醚生產(chǎn)裝置帶物料點(diǎn)工藝流程圖（圖 3-1） (PFD) 20 萬噸 /二甲醚生產(chǎn)裝置物料平衡表 (1)原料甲醇 15 原料直接采用市售質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 90%的甲醇經(jīng)汽化提純后合成二甲醚。 氣相甲醇 釜?dú)堃?釜?dú)堃?釜?dú)堃?回收甲醇 產(chǎn)品 DME（ 99.9%） 圖 3-1 二甲醚生產(chǎn)工藝流程方框圖 (2)反應(yīng) 在 DME 合成反應(yīng)器中產(chǎn)生的反應(yīng)如下所示 : 2CH3OH= CH3O CH3+H2O+23.45kJ/mol DME 反應(yīng)器是絕熱軸流式固定床反應(yīng)器。在反應(yīng)器中約 80%的甲醇被轉(zhuǎn)化為二甲醚，而且二甲醚的選擇性為約 99.9%，二甲醚反應(yīng)為放熱反應(yīng)。 (3)合成氣冷卻 反應(yīng)器出口氣中含有 DME，它在進(jìn)出氣換熱器中通過工藝氣體冷卻，接著在甲醇蒸餾塔底部通過蒸餾塔換熱器的工藝液體冷卻，然后在二甲醚精餾塔冷卻器中用冷卻水冷卻，最后出口氣在冷凝器中大部分冷凝后被送至二甲醚精餾塔。由于二甲醚反應(yīng)轉(zhuǎn)化率在低壓下較高，因此二甲醚 反應(yīng)器的操作壓力不宜太高，而二甲醚精餾塔在較高壓力操作時(shí) DME 的損失較小，基于上述原因，二甲醚合成系統(tǒng)壓力控制略高于二甲醚精餾系統(tǒng)。 (4)二甲醚精餾 來自二甲醚合成系統(tǒng)的工藝液體被送入二甲醚精餾塔中部，塔底再沸是通過精餾塔加熱器的蒸汽流量控制完成，在 DME 精餾塔中 DME 與甲醇和水分開，一二甲醚產(chǎn)品從精餾塔頂部回收，而甲醇和水一起從塔底去除，并為原料甲醇提供預(yù)熱熱源。 含有 DME 的頂部氣體在二甲醚冷凝器中被大部分冷凝下來，然后送入二甲醚塔回流罐中，在二甲醚冷凝器中未冷凝的氣相作為燃料被放掉。在二甲醚回流罐中 分離的液體被二甲醚回流泵加壓，并被分成精餾塔回流液和 DME 產(chǎn)品，產(chǎn)品二甲醚被送出界區(qū)貯存。 (5)甲醇塔 二甲醚精餾塔底部液體被直接引入甲醇蒸餾塔中，甲醇在蒸餾塔中與水分離出來，再循環(huán)回甲醇緩沖槽內(nèi)。再沸負(fù)荷主要是由合成反應(yīng)氣來提供，不足部分由甲醇塔加熱器 E108 的蒸汽來補(bǔ)充。 頂部甲醇蒸汽在甲醇冷凝器 (Ell0)的冷卻水冷凝，然后通過甲醇回流泵返回二甲醚合成系統(tǒng)，部分甲醇則回流到甲醇蒸餾塔，未冷凝氣體則作為尾氣放空。 常溫含水粗甲醇作為本工藝流程的原料，由往復(fù)泵定量輸送至合成工序的汽化塔進(jìn)行汽化提純，原料甲醇 甲醇汽化 合成塔 （甲醇?xì)庀嗝撍?冷凝、 氣液分離 初餾塔 回收塔 DME 精餾塔 16 并由 液態(tài)轉(zhuǎn)化成飽和氣態(tài)，再進(jìn)入電加熱爐過熱至 250以上溫度，過熱后的甲醇原料蒸汽以逆流方式進(jìn)入固定床合成塔，在氧化鋁型固定床中進(jìn)行縮水反應(yīng)生成氣態(tài)二甲醚和水（反應(yīng)溫度控制在 280-450之間，一次轉(zhuǎn)化率不小于 75%），反應(yīng)產(chǎn)物中包括有二甲醚、水以及未反應(yīng)的甲醇蒸汽。反應(yīng)物經(jīng)換熱器降溫后在冷凝器中被循環(huán)水冷凝成液體，經(jīng)計(jì)量罐進(jìn)入中間罐貯存，未被冷凝成液態(tài)的少量副反應(yīng)氣體如 CH4、 CO2等則由放空閥排入放空總管并經(jīng)吸收塔吸收后直接排入大氣或送入鍋爐房進(jìn)行焚燒，進(jìn)入中間罐的反應(yīng)物由屏蔽泵加壓輸送至初餾塔進(jìn)行精餾 分離，塔頂分餾出燃料級(jí)的二甲醚組分，塔底分離出粗甲醇混合物，燃料級(jí)二甲醚蒸汽在甲醚冷凝器中被循環(huán)水冷凝成常溫二甲醚液體經(jīng)計(jì)量泵后進(jìn)入燃料級(jí)二甲醚產(chǎn)品中間罐，再經(jīng)加壓磁力泵輸送至罐區(qū)產(chǎn)品貯罐區(qū)進(jìn)行儲(chǔ)存，塔底稀甲醇混合物經(jīng)冷卻后進(jìn)入粗甲醇中間罐進(jìn)行貯存。 粗甲醇中間罐的稀甲醇液體由屏蔽泵加壓輸送至甲醇回收塔進(jìn)行精餾分離，塔頂分餾出精甲醇組分，塔底分離出廢水，精甲醇蒸汽被循環(huán)水冷卻成常溫精甲醇液體，經(jīng)計(jì)量后進(jìn)入回收甲醇中間罐。再經(jīng)計(jì)量后由工藝管道輸送至往復(fù)泵進(jìn)口循環(huán)使用，甲醇回收塔底廢水中甲醇含量小于 0.025%，經(jīng)冷卻稀釋后直接輸送鍋爐房作為脫硫除塵補(bǔ)充循環(huán)水。 3.3 生產(chǎn)工藝特點(diǎn) 本工藝裝置的主要工藝特點(diǎn)是流程簡(jiǎn)潔明暢，工藝條件溫和，裝置內(nèi)熱能利用較好，操作簡(jiǎn)易方便。 本裝置設(shè)備臺(tái)數(shù)較少，設(shè)備制作充分立足于國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀，所有設(shè)備均能在國(guó)內(nèi)制造而不需進(jìn)口，項(xiàng)目投資大為降低。 3.4 主要工藝指標(biāo) 3.4.1 二甲醚產(chǎn)品指標(biāo) 表 7 產(chǎn)品二甲醚產(chǎn)品指標(biāo) 序號(hào) 組分 純度 備注 1 2 3 4 二甲醚 甲醇 水分 C3 以下烴類 99.9% 0.5 0.3 0.3 本設(shè)計(jì)產(chǎn)品二甲醚可用作替代燃料或氣霧劑 等化工原料，目前燃料級(jí)二甲醚尚未頒布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)產(chǎn)品工藝指標(biāo)可參照表（ 3-1） 塔設(shè)備指標(biāo)如下： 汽化塔：原料甲醇純度 90%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），塔頂甲醇?xì)怏w純度 99%，釜液甲醇含量 0.5%； 合成塔：轉(zhuǎn)化率 80%，選擇性 99.9%； 初餾塔：塔頂二甲醚純度 95%，釜液二甲醚含量 0.5%； 精餾塔：塔頂二甲醚純度 99.9%，釜液二甲醚含量 0.5%； 17 回收塔：塔頂回收甲醇純度 98%，廢水中甲醇含量 0.5% 3.4.2 催化劑的使用 本設(shè)計(jì) DME 合成塔 采用輻射型固定床反應(yīng)器，生產(chǎn)用催化劑為沸石型酸性氧化鋁分子篩。 DME合成塔中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為放熱反應(yīng)。所用沸石型酸性氧化鋁分子篩為 =3mm， L=5 8 mm 白色顆粒狀，堆積體積密度 0.7t/m3，具有良好的化學(xué)性質(zhì)及足夠的撞擊強(qiáng)度與耐磨強(qiáng)度，對(duì)于甲醇縮水生成二甲醚的工藝過程，該催化劑的催化活性、選擇性、與穩(wěn)定性均顯示出了優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在再生與使用周期上也有較好的表現(xiàn)。工藝設(shè)計(jì)的該催化劑可使甲醇的一次性轉(zhuǎn)化率 80，選擇性指標(biāo)接近 100。極微量副產(chǎn)物為甲烷、二氧化碳。再生周期 300 日?？煞磸?fù)使用。 該型催化劑在制備過程添加少量稀土元素，無有毒重金屬組份。因此粉碎或廢棄的分子篩可就地填埋或送催化劑配制公司回收處理 1。 4 主要塔設(shè)備計(jì)算及選型 原料甲醇流量的估算：年產(chǎn) DME10 萬噸，合成轉(zhuǎn)化率為 80%（出去各步損失，按 78%粗略估算），選擇性按 100%計(jì)算，二甲醚產(chǎn)品純度為 99.9%。結(jié)合甲醇脫水反應(yīng)式可得下式： 3 32 0 0 0 0 0 1 0 9 9 . 9 % 3 2 . 0 42 / 7 8 % 9 0 % 3 1 . 7 2 5 1 03 6 5 2 4 4 6 . 0 7 kg/kmol 4.1 汽化塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 4.1.1 物料衡算 已知 F=27.491103kg/h， xF=90%， xD=99%,xW=0.5%（以上均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）， 323 2 . 0 4 / , 1 8 . 0 2 /C H O H H OM k g k m o l M k g k m o l，33 4 6 .0 7C H O C HM kg/kmol 摩爾分率： 9 0 / 3 2 . 0 4 8 3 . 5 0 %9 0 / 3 2 . 0 4 1 0 / 1 8 . 0 2Fx 9 9 / 3 2 . 0 4 9 8 . 2 4 %9 9 / 3 2 . 0 4 1 / 1 8 . 0 2Dx 0 . 5 / 3 2 . 0 4 0 . 2 8 1 8 %0 . 5 / 3 2 . 0 4 9 9 . 5 / 1 8 . 0 2Wx 進(jìn)料平均相對(duì)分子質(zhì)量 M 平均 =83.50% 32.04+16.50% 18.02=29.73kg/kmol 則進(jìn)料摩爾流量為： 33 1 . 7 2 5 1 0 1 0 6 7 . 0 8 92 9 . 7 3F kmol/h 總物料 F D W ； 易揮發(fā)組分 F D WF x D x W x ； 帶入數(shù)據(jù)解得： D=906.519kmol/h W=160.57kmol/h 塔頂產(chǎn)品平均相對(duì)分子質(zhì)量 M=32.0498.24%+18.02(1-98.24%)=31.79kg/kmol 塔頂產(chǎn)品質(zhì)量流量 D=906.5193 1.79=28.813103kg/h 塔釜產(chǎn)品平均相對(duì)分子質(zhì)量 M=32.040.2818%+18.02(1-0.2818%)=18.06kg/kmol 塔釜產(chǎn)品質(zhì)量流量 W=160.5718.06=2.90103kg/h 18 表 8 物料衡算結(jié)果表 單位 進(jìn)料 F 塔頂 D 塔釜 W 物料 kg/h kmol/h 31.725103 1067.089 28.818103 906.519 2.9103 160.57 組成 質(zhì)量分率 摩爾分率 90% 83.50% 99% 98.24% 0.5% 0.2818% 表 9 甲醇 -水平衡時(shí)的 t、 x、 y 數(shù)據(jù) 3 平衡溫度 t 100 92.9 90.3 88.9 85.0 81.6 78.0 76.7 73.8 72.7 71.3 70.0 68.0 66.9 64.7 液相甲醇 x 0 5.31 7.67 9.26 13.15 20.83 28.18 33.33 46.20 52.92 59.37 68.49 85.62 87.41 100 氣相甲醇 y 0 28.34 40.01 43.53 54.55 62.73 67.75 69.18 77.56 79.71 81.83 84.92 89.62 91.94 100 根據(jù)汽液平衡表（即 x-y-t 表），利用內(nèi)插法求塔頂溫度 tLD、 tVD，塔釜溫度 tW，進(jìn)料液溫度 tF 塔頂溫度 tLD、 tVD 6 6 . 99 8 . 2 4 8 7 . 4 1 6 5 . 0 11 0 0 8 7 . 4 1 6 4 . 7 6 6 . 9LD LDt t 6 4 . 71 0 0 9 8 . 2 4 6 5 . 1 81 0 0 9 1 . 9 4 6 4 . 7 6 6 . 9VD VDt t 塔釜溫度 tW 1001 0 0 9 2 . 9 9 9 . 6 20 5 . 3 1 0 . 2 8 1 8 0W Wt t 進(jìn)料液溫度 tF 6 8 . 06 8 . 0 7 0 . 0 6 8 . 2 58 5 . 6 2 6 8 . 4 9 8 3 . 5 0 8 5 . 6 2F Ft t 回流比的確定：由表 9 的數(shù)據(jù)繪制 x-y 圖 由圖（圖略）可知進(jìn)料平衡曲線為不正常平衡曲線，為減小誤差，用作圖法求最小回流比 Rmin 由點(diǎn) a（ xD,xD）向平衡線作切線，交軸于 b（ 0， 29.22） ，即精餾操作線截距 2 0 .6 21DxR ，所以 m in9 8 .2 4 2 9 .2 21R ，所以 min 2.36R 。操作回流比可取為最小回流比的 1.1-2.0 倍，所以取回流比 19 m i n1 . 3 1 . 3 2 . 3 6 3 . 0 7RR 甲醇- 水混合液的t - x 圖01020304050607080901000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100液相甲醇（%）氣相甲醇（%） 平均相對(duì)揮發(fā)度 ： t=92.9 時(shí) 1( 1 ) 2 8 . 3 4 ( 1 0 0 5 . 3 1 ) 7 . 0 5( 1 ) ( 1 0 0 2 8 . 3 4 ) 5 . 3 1ABBByx yxy x y x t=66.9時(shí) 2( 1 ) 9 1 . 9 4 ( 1 0 0 8 7 . 4 1 ) 1 . 6 4( 1 ) ( 1 0 0 9 1 . 9 4 ) 8 7 . 7 4ABBByx yxy x y x 12 7 . 0 5 1 . 6 4 4 . 3 522 4.1.2 熱量衡算 （ 1）加熱介質(zhì)和冷卻劑的選擇 常用的加熱劑有飽和水蒸氣和煙道氣。飽和水蒸氣是一種應(yīng)用最廣的加熱劑，由于飽和水蒸氣冷凝時(shí)的傳熱膜系數(shù)很高，可以通過改變蒸汽的壓力準(zhǔn)確地控制加 熱溫度。燃料燃燒所排放的煙道氣溫度可達(dá) 100-1000 ，適用于高溫加熱，缺點(diǎn)是煙道氣的比熱容及傳熱膜系數(shù)很低，加熱溫度控制困難。本設(shè)計(jì)選用 1.2Mpa（溫度為 187.8 ）的飽和水蒸氣作為加熱介質(zhì)，水蒸氣易獲得、清潔、不易腐蝕加熱管，不但成本會(huì)相應(yīng)降低，塔結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜。 常用的冷卻劑是水和空氣，應(yīng)因地制宜加以選用。受當(dāng)?shù)貧鉁叵拗?，冷卻水一般為 10-25 。本設(shè)計(jì)選用 20 的冷卻水，選升溫 10 ，即冷卻水的出口溫度為 35 。 （ 2）冷凝器的熱負(fù)荷及冷卻介質(zhì)消耗量 20 冷凝器的熱負(fù)荷 ( 1 ) ( )C V D L DQ R D I I 其中 VDI 塔頂上升蒸汽的焓；LDI 塔頂餾出液的焓。 ( 1 )V D L D D DV VI I x H x H 甲 水 其中 VH 甲 甲醇的蒸發(fā)潛熱；VH 水水的蒸發(fā)潛熱 蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系：2110 . 3 8121()1rVrTHHT 其中rT 對(duì)比溫度。 表 10 沸點(diǎn)下蒸發(fā)潛熱列表 沸點(diǎn) / 蒸發(fā)潛熱rH/(kcalkmol-1) Tc/K 甲醇 水 64.65 100 8430 9729 512.6 647.3 由沃森公式計(jì)算塔頂溫度下的潛熱 22110 . 3 81()1 rVVrTHHT 65.18時(shí)，對(duì)甲醇：22 2 7 3 . 1 5 6 5 . 1 8 0 . 6 6 05 1 2 . 6rCTTT 11 2 7 3 . 1 5 6 4 . 6 5 0 . 6 5 95 1 2 . 6rCTTT 蒸發(fā)潛熱 0 . 3 81 0 . 6 6 08 4 3 0 ( ) 8 4 2 0 . 5 9 71 0 . 6 5 9rH 甲 kcal/kmol 對(duì)水，同理得 Tr2=0.523， Tr1=0.576 蒸發(fā)潛熱 0 . 3 81 0 . 5 2 39 7 2 9 ( ) 1 0 1 7 4 . 3 3 81 0 . 5 7 6rH 水 kcal/kmol 對(duì)于全凝器作熱量衡算（忽略熱損失），選擇泡點(diǎn)回流，因?yàn)樗敿状己亢芨?，與露點(diǎn)相接近，所以 (1 )V D L D D DI I x H x H 甲 水 代入數(shù)據(jù)得 0 . 9 8 2 4 8 4 2 0 . 5 9 7 (1 0 . 9 8 2 4 ) 1 0 1 7 4 . 3 3 8 8 4 5 1 . 4 6 3V D L DII kcal/kmol ( 3 . 0 7 1 ) 9 0 6 . 5 1 9 8 4 5 1 . 4 6 3 3 1 1 8 1 9 4 5 . 9 7cQ kcal/h 冷卻劑的消耗量 2131181945. 97 2078796. 398( ) 1 ( 3 5 2 0 )CCpcQWC t t kg/h （ 3）加熱器的熱負(fù)荷及全塔熱量衡算 21 選用 1.2Mpa(187.8 )飽和水蒸氣為加熱介質(zhì) 表 11 甲醇、水在不同溫度下混合的比熱容 單位： kcal/(kg. ) 甲醇 65.011 0.719pC 68.251 0.730pC 1 0.725pC 99.621 0.834pC 68.251 0.730pC 1 0.782pC 水 65.012 1pC 68.252 1pC 2 1pC 99.622 1pC 68.252 1pC 2 1pC 甲醇 1 ( ) 0 . 7 2 5 ( 6 5 . 0 1 6 8 . 2 5 ) 2 . 3 5p L D FC t t 1 ( ) 0 . 7 8 2 ( 9 9 . 6 2 6 8 . 2 5 ) 2 4 . 5 3p W FC t t 水 2 ( ) 1 ( 6 5 . 0 1 6 8 . 2 5 ) 3 . 2 4p L D FC t t 2 ( 1 ( 9 9 . 6 2 6 8 . 2 5 ) 3 1 . 3 7p W FC t t 6 5 . 0 1126 8 . 2 5 ( 1 ) ( 0 . 7 2 5 0 . 9 9 1 0 . 0 1 ) ( 6 5 . 0 1 6 8 . 2 5 ) 2 . 3 6p p D p DC d t C x C x t 9 9 . 6 2126 8 . 2 5 ( 1 ) ( 0 . 7 8 2 0 . 0 0 5 1 0 . 9 9 5 ) ( 9 9 . 6 2 6 8 . 2 5 ) 3 1 . 3 4p p W p WC d t C x C x t 則有 6 5 . 0 136 8 . 2 5 2 8 . 8 2 8 1 0 ( 2 . 3 6 ) 6 8 0 1 0 . 4 8ppD C d t D C t kcal/h 9 9 . 6 236 8 . 2 5 2 . 9 1 0 3 1 . 3 4 9 0 8 8 6W p pQ W C d t W C t kcal/h 對(duì)全塔進(jìn)行熱量衡算 F S D W CQ Q Q Q Q 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，以進(jìn)料焓，即 68.25時(shí)的焓值為基準(zhǔn)做熱量衡算 S D W C FQ Q Q Q Q =-58935.1+78753.502+ 36581438.69 -0=3.12107 kcal/h 塔釜熱損失為 10%，則 =0.9，則 773 . 1 2 1 0 3 . 4 7 1 00 . 9SSQQ kcal/h 式中 SQ 加熱器理想熱負(fù)荷； SQ 加熱器實(shí)際熱負(fù)荷； DQ 塔頂餾出液帶出熱量； WQ 塔底帶出熱量。 加熱蒸汽消耗量 2 7 8 4 .6rH水 蒸 氣 kj/kg (187.6 ,1.2Mpa) 73 . 4 7 1 05 2 1 8 8 . 3 22 7 8 4 . 6 / 4 . 1 8 6 8shrW QH 水 蒸 氣55031.62 kg/h 表 12 熱量衡算數(shù)據(jù)結(jié)果列表 符號(hào) CQ CW FQ DQ WQ SQ hW 數(shù)值 31181945.97 kcal/h 2078796.398 kg/h 0 -68010.48 kcal/h 90886 kcal/h 3.12 107 kcal/h 52188.32 kg/h 4.1.3 理論板數(shù)、塔徑、填料選擇及填料層高度的計(jì)算 22 （ 1）理論板數(shù)的計(jì)算 由于本次設(shè)計(jì)時(shí)汽化塔的相對(duì)揮發(fā)度是變化的，所以不能用簡(jiǎn)捷法求得，應(yīng)用圖解法。 精餾段操作線方程為 11DxRyxRR 截距 0 . 9 8 2 4 0 . 2 4 1 41 3 . 0 7 1DxR 連接 ,1, , ( 0 )DDDxRxx 與 q 線交于 d 點(diǎn)，連接 ,WWxx與 d 點(diǎn)，得提餾段操作線，然后由平衡線與操作線可得精餾塔理論板數(shù)為 30 塊，提餾段 4 塊，精餾段 26 塊。 （ 2）填料的選擇 填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣液兩相相接觸傳質(zhì)與傳熱的表面，與塔內(nèi)件一起決定了填料塔的性質(zhì)。目前，填料的開發(fā)與應(yīng)用仍是沿著散裝填料與規(guī)整填料兩個(gè)方面進(jìn)行。 本汽化塔設(shè)計(jì)選用 25 0.8 金屬拉西環(huán)亂堆填料。 （ 3）塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算 汽化塔設(shè)計(jì)的主要依據(jù)和條件： 表 13 不同溫度下甲醇和水的密度 物質(zhì) 密度 (kg/m3) 溫度 / 50 60 70 80 90 100 甲醇 水 750 988 741 983 731 978 721 972 713 965 704 958 表 14 查化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)整理得甲醇 -水特殊點(diǎn)粘度 物質(zhì) 粘度（ mPa.s） 塔頂 65.01 塔底 99.62 進(jìn)料 68.25 甲醇 水 0.333 0.435 0.228 0.285 0.310 0.416 塔頂、塔底、進(jìn)料條件下的流量及物性參數(shù)： 表 15 汽化塔塔頂數(shù)據(jù)結(jié)果表 符號(hào) 1. LDMkg kmol 1. VDMkg kmol 3.VDkgm 3.LDkgm LDmPa s 11 )D流 量質(zhì) 量 / ( k g h ) 摩 爾 / ( k m o l h 數(shù)值 31.79 31.79 1.146 737.83 0.335 28.818103 906.519 表 16 汽化塔塔底數(shù)據(jù)結(jié)果表 符號(hào) 1.LWMkg kmol 1.VWMkg kmol 3.VWkgm 3.LWkgm LWmPa s 11 )流 量 W質(zhì) 量 / ( k g h ) 摩 爾 / ( k m o l h 數(shù)值 18.02 18.02 0.589 958 0.285 2.9 103 160.57 表 17 汽化塔進(jìn)料數(shù)據(jù)結(jié)果表 符號(hào) 1.LFMkg kmol 1.VFMkg kmol 3.VFkgm 3.LFkgm LFmPa s 11 )流 量 F質(zhì) 量 / ( k g h ) 摩 爾 / ( k m o l h 數(shù)值 29.73 30.50 1.09 751.65 0.327 31.725 103 1067.089 23 精餾段及提餾段的流量及物性參數(shù)： 表 18 精餾段、提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表 精餾段 提餾段 氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量 1/ ( . )VM kg km ol 液相平均相對(duì)分子質(zhì)量 1/ ( . )LM kg km ol 氣相密度 3/ ( . )V kg m 液相密度 3/ ( . )L kg m 氣相摩爾流量 / 1( . )kmol h 氣相質(zhì)量流量 / 1( . )kgh 液相粘度 /.mPas 液相摩爾流量 1/( . )kmol h 液相質(zhì)量流量 1/( . )kgh 31.15 30.76 1.118 744.74 3689.53 114928.93 0.331 2783.013 85605.48 24.26 23.88 0.84 854.83 3689.53 89508 0.306 3850.1 91940.39 由氣速關(guān)聯(lián)式 112 840 . 22l g 1 . 7 5f GGLLLu aLAgG 式中 2a 干 填料因子； L 液體粘度， mPa s； A 250Y型為 0.291； L、 G 液體、氣體質(zhì)量流速；L、G 氣體、液體密度； g 重力加速度。 （公式來源于常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)李功樣等編 P109，數(shù)據(jù)來源于化學(xué)工程師手冊(cè) 4P917 和湖南科大化工原理課程設(shè)計(jì) P127） 精餾段：G=1.118kg/m3 ，L=744.74 kg/m3 ， =0.97， a =250 23/mm，L=0.331 mPas， L=85605.48kg/h， G=114928.93 kg/h ， A=0.291 代入式中求解得 fu=3.37 m/s 空塔氣速 u=0.6fu=0.6 3.37=2.022m/s, 6 8 . 2 5 6 5 . 1 8 6 6 . 7 222F V Dttt 體積流量 3 353 6 8 9 . 5 3 8 . 3 1 4 ( 6 6 . 7 2 2 7 3 . 1 5 ) 1 0 2 8 . 5 8 1 /1 . 0 1 3 2 5 1 0 3 6 0 0sV ms 考慮到市場(chǎng)的需求存在波動(dòng)性 , 設(shè)計(jì)中選取四個(gè)塔，則每個(gè)塔的體積流量 : sV=14 sV=7.14 3 /ms 24 則塔徑 4 4 7 . 1 4 2 . 1 22 . 0 2 2sDV mu 圓整后： D=2.2m 空塔氣速 u=1.88m/s 提餾段： 330 . 8 4 / , 8 5 4 . 8 3 / , 9 1 9 4 0 . 3 9 / , 8 9 5 0 8 /VL k g m k g m L k g h G k g h 代入數(shù)值得 fu=4m/s 空塔氣速 u=0.6fu=2.4 m/s 6 8 . 2 5 9 9 . 6 2 8 3 . 9 422FWt tt 3 353 6 8 9 . 5 3 8 . 3 1 4 ( 8 3 . 9 4 2 7 3 . 1 5 ) 1 0 3 0 . 0 3 /1 . 0 1 3 2 5 1 0 3 6 0 0sV ms 于是 sV=14 sV=7.5 3 /ms 4 4 7 . 5 1 . 9 9 62 . 4sDV mu 圓整后： D=2m, 空塔氣速 u=2.38m/s 選取整塔塔徑為 D=2.9m。 選取汽化塔的型號(hào)為 ： 2700/700 1500,VN=4.8m2 拉西環(huán)填料 （ 4）填料層高度的計(jì)算 精餾段： 31 . 3 6 / , 1 . 1 1 8 /VVu m s k g m 0 . 5 0 . 51 1 2 6 2 6 . 5 6 1 . 1 1 8 0 . 0 3 1 7 21 3 7 5 9 9 . 2 1 7 4 4 . 7 4VLVL 22 0 . 2 0 . 21 . 2 6 2 9 0 9 7 9 . 6 4 / 7 4 4 . 7 4 1 . 1 1 8 0 . 3 3 1 0 . 0 7 4 2 89 . 8 1 7 4 4 . 7 4V LLug 查化工原理（天大修訂版下冊(cè) 10） P191 得 / 7 5 9 . 8 1 /P Z P a m 依經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取等板高度 HETP=0.5m，則 Z精=NT HETP=26 0.5=13m 精餾段總壓降 ( / ) 7 5 9 . 8 1 1 3 9 5 6 4 . 8P p Z Z P a 精 精 提餾段： 0 . 5 0 . 51 0 2 2 9 2 . 0 8 0 . 8 4 0 . 0 3 2 1 81 0 5 0 0 6 . 4 9 8 5 4 . 8 3VLVL 22 0 . 2 0 . 21 . 4 2 2 9 0 9 6 9 . 3 8 / 8 5 4 . 8 3 0 . 8 4 0 . 3 0 6 0 . 0 5 2 49 . 8 1 8 5 4 . 8 3V LLug 25 查得 / 3 6 9 . 8 1 /P Z P a m Z提=NT HETP=4 0.5=2m 提餾段總壓降 ( / ) 3 6 9 . 8 1 2 7 0 6 . 3P p Z Z P a 提 提 全塔填料層總壓降 8 8 2 9 7 0 6 . 3 1 0 2 7 1 . 1P P P P a 精 提 填料總高度 1 3 2 1 5Z Z Z m 精 提 表 19 填料層高度和壓強(qiáng)降計(jì)算匯總表 參數(shù) 精餾段 提餾段 全塔 壓降 / ( / )P Z Pa m 總壓降 /Pa 填料層高度 /m 75 9.81 9564.8 13 36 9.81 706.3 2 111 9.81 10271.1 15 4.1.4 汽化塔附屬設(shè)備的選型計(jì)算 （ 1）甲醇回流冷凝器 選用管殼式冷凝器，被冷凝氣體走管間，以便于及時(shí)排出冷凝液 ，采用逆流換熱。 取冷凝器傳熱系數(shù) K=700W/（ m2 ） 逆流： T 65.18 65.01 t 35 20 tm = 2121( 6 5 . 1 8 3 5 ) ( 6 5 . 0 1 2 0 ) 3 7 . 1 06 5 . 1 8 3 5l n ( / ) ln6 5 . 0 1 2 0mttttt 231181945. 97 1. 1622 / 4 3 4 8 . 97 0 0 3 7 . 1 0CmQAmKt 選取冷凝器型號(hào) 2為：選取冷凝器型號(hào)為： 10006000，冷凝面積 F=350.6m2 （ 2）塔底再沸器 選用 U 型管加熱器，經(jīng)處理后，放在塔釜內(nèi)，蒸汽選擇 1.2MPa（ 187.8 ）飽和水蒸氣，傳熱系數(shù)K=2000W/(m2 ) t=187.8-100=87.8 SQ=3.47 107 kcal/h 7 23 . 4 7 1 0 1 . 1 6 2 2 / 4 5 7 . 4 22 0 0 0 8 7 . 8SQAmKt 選用兩個(gè)塔底再沸器，則每個(gè)再沸器的換熱面積為： A =A /2=28.71 2m 選取再沸器的型號(hào) 2為： 500 6000，換熱面積為 F=57.4 2m 表 20 汽化塔主要設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表 塔頂 塔釜 進(jìn)料 精餾段 提餾段 氣相摩爾流量（ kmol/h） 3789.53 3689.53 26 液相摩爾流量（ kmol/h） 氣相質(zhì)量流量（ kg/h） 液相質(zhì)量流量（ kg/h） 摩爾分率 質(zhì)量分率 氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量 液相平均相對(duì)分子質(zhì)量 氣相平均密度（ kg/m3） 液相平均密度（ kg/m3） 溫度 / 平均粘度（ mPa s） 785.55 24.972103 0.9824 0.99 31.79 31.79 1.146 737.83 65.01 0.335 139.147 2.5041103 0.002818 0.005 18.06 18.06 0.589 958 99.62 0.285 924.697 27.491103 0.835 0.9 30.50 29.73 1.09 751.65 68.25 0.327 2783.013 114928.93 85605.48 31.15 30.26 1.118 744.74 0.331 3850.1 89508 91940.39 24.26 23.88 0.84 854.83 0.306 4.2 合成塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 4.2.1 物料衡算 進(jìn)塔甲醇蒸汽流量 D =906.519/4=226.629kmol/h 由反應(yīng)式 3 3 3 22 C H O H C H O C H H O 其單程轉(zhuǎn)化率為 80%， DME 選擇性 99% 則生成二甲醚的出塔流量為 2 2 6 . 6 2 9 9 8 . 2 4 % 8 0 % 9 9 % / 2 8 8 . 1 6 6 /D k m o l h 未反應(yīng)的甲醇出塔流量為 1 2 2 6 . 6 2 9 9 8 . 2 4 % 2 0 % 4 4 . 5 2 8 /N k m o l h 出塔水的流量為 2 2 2 6 . 6 2 9 ( 1 9 8 . 2 4 % ) 2 2 6 . 6 2 9 9 8 . 2 4 % 8 0 % / 2 9 3 . 0 4 5 /N k m o l h 4.2.2 合成塔的選取 選?。?合成塔的尺寸 1為立式 1000 6680，催化劑載量 V=1.5m3 4.2.3 熱量衡算及附屬設(shè)備的選型計(jì)算 （ 1）合成反應(yīng)熱的計(jì)算：查天大四版物理化學(xué)上冊(cè) 11附錄得， 2 ( 2 0 0 . 6 6 ) ( 1 8 4 . 0 5 ) ( 2 4 1 . 8 1 8 ) 2 4 . 5 4 8 /r B mQ f H k J m o l 則反應(yīng)放熱為： 33( 6 8 0 1 0 . 4 8 ) 2 2 6 . 6 2 9 9 8 . 2 4 % 8 0 % 1 0 / 2 2 1 8 6 . 1 5 1 0 /rQ k J h 進(jìn)塔甲醇蒸汽的熱量： 30 . 7 2 1 . 4 16 8 0 1 0 . 4 8 4 . 1 8 6 8 / 4 4 . 1 8 6 8 ( 2 4 0 6 5 . 0 1 ) 2 8 . 8 1 8 1 0 22558299. 92 /2i D CQ Q Q k J h 其中 DQ 汽化塔塔頂餾出液帶出熱量；CQ 甲醇蒸汽由 65.01加熱到 240所需熱量； 0.72 65.01時(shí)甲醇的比熱容，單位 kcal/(kg )；1.41 240時(shí)甲醇的比熱容； 出塔混合液的熱量：損失的熱量取反應(yīng)熱的 10% 則 322558299. 92 2186. 5 10 ( 1 10% ) 24525834. 92 /O i rQ Q Q Q k J h 損 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值取混合液體的比熱容pc=11.8kJ/(kg )，則 27 合成塔的出口溫度為 24525834. 92 = 2 9 0 . 1( 8 8 . 1 6 6 4 6 . 0 7 4 4 . 5 2 8 3 2 . 0 4 9 3 . 0 4 5 1 8 . 0 2 ) 1 1 . 8t o （ 2）第一熱交換器的計(jì)算選型：取出口溫度為 260.0 , 傳熱系數(shù) K=200 W/(m2 ), 汽化塔塔頂餾出液溫度由 65.01，經(jīng)第一熱交換器后加熱至 90.0，合成塔出塔混合液經(jīng)第一熱交換器后被降溫至 260.0，則 逆流： T 293.01 260.0 t 90 65.01 2121( 2 9 0 . 1 9 0 ) ( 2 6 0 . 0 6 5 . 0 1 ) 1 9 7 . 32 9 0 . 1 9 0l n ( / ) ln2 6 0 . 0 6 5 . 0 1mttttt 取該條件下混合液體的 比熱容pc=11.0kj/(kg )，則交換熱量為 1 1 1 . 0 ( 2 9 0 . 1 2 6 0 ) ( 8 8 . 1 6 6 4 6 . 0 7 4 4 . 5 2 8 3 2 . 0 4 9 3 . 0 4 5 1 8 . 0 2 ) 2 3 7 2 3 8 4 . 4 8 /pQ t k J hc 換熱器面積 21 2372384. 48 / 3. 6 1 6 . 72 0 0 1 9 8 . 0 7mQAmKt 查文獻(xiàn)選取換熱器型號(hào)為： 1263000，換熱面積 F=16.9m2 （ 3）第二熱交換器的計(jì)算選型：原料液溫度由常溫 25加熱到汽化塔進(jìn)料溫度 68.25，第一熱交換器出來的熱流體由 260降至 170，傳熱系數(shù)取 K=200 W/(m2 )。 逆流： T 260 170 t 68.25 25 2121( 2 6 0 6 8 . 2 5 ) ( 1 7 0 2 5 ) 1 6 7 . 2 92 6 0 6 8 . 2 5l n ( / ) ln1 7 0 2 5mttttt 進(jìn)入第二熱交換器的熱量： ( 1 1 0 % ) 3 1 1 8 1 9 4 5 . 9 7 ( 1 1 0 % ) 2 3 7 2 3 8 4 . 4 8 2 5 6 9 1 3 6 6 . 8 9 /cpQ Q C t k J h 取該條件下混合液體的比熱容pc=8.5kJ/(kg )，則 交換熱量為 2 8 . 5 ( 2 6 0 1 7 0 ) ( 8 8 . 1 6 6 4 6 . 0 7 4 4 . 5 2 8 3 2 . 0 4 9 3 . 0 4 5 1 8 . 0 2 ) 5 4 8 1 3 4 7 . 4 /pQ t k J hc 換熱面積 22 5481347. 4 / 3. 6 4 5 . 5 02 0 0 1 6 7 . 2 9mQAmKt 查文獻(xiàn)選取換熱器型號(hào) 2為 : 6003000，換熱面積 F=44.9 m2 （ 4）第一冷凝器的計(jì)算選型：熱流體進(jìn)口溫度 170，出口溫度 100；冷凝水的進(jìn)口溫度 20，出口溫度為 35。 逆流： T 170 100 t 35 20 28 2121( 1 7 0 3 5 ) ( 1 0 0 2 0 ) 1 0 5 . 1 11 7 0 3 5l n ( / ) ln1 0 0 2 0mttttt 進(jìn)入第一冷凝器的熱量： 1( 1 1 0 % ) 2 5 6 9 1 3 6 6 . 8 9 ( 1 1 0 % ) 5 4 8 1 3 4 7 . 4 1 7 5 7 6 0 8 2 . 8 /Q Q Q k J h 表 21 沸點(diǎn)下蒸發(fā)潛熱列表 沸點(diǎn) / 蒸發(fā)潛熱rH/(kj/mol) CT/K 二甲醚 甲醇 水 -24.9 64.7 100 21.51 35.25 40.73 400.0 512.6 647.3 由沃森公式計(jì)算平均溫度 135下的潛熱 0 . 3 8221111 rrr rTHHT 135時(shí)， 對(duì)二甲醚：2rT=2T/CT=(273.15+135)/400.0=1.02， 1rT=1T/CT=(273.15-24.9)/400.0=0.621 可以看出不能用沃森公式推算，結(jié)合化工工藝手冊(cè)乙醚在 140下的 蒸發(fā)潛熱，可估算二甲醚在此溫度下的蒸發(fā)潛熱為rH DME=17.50kJ/mol. 135時(shí)， 對(duì)水： 2rT=2T/CT=(273.15+135)/647.3=0.630， 1rT=1T/CT=(273.15+100)/647.3=0.576 則， 0 . 3 81 0 . 6 3 04 0 . 7 3 3 8 . 6 7 5 /1 0 . 5 7 6rH k J m o l 水 對(duì)甲醇，同理得 2rT= 0.796 ，1rT=0.659 則， 0 . 3 81 0 . 7 9 63 5 . 2 5 2 8 . 9 9 8 /1 0 . 6 5 9rH k J m o l 甲 醇 于是混合液的汽化潛熱rH可由下式計(jì)算， 3 3 31 7 . 5 0 8 8 . 1 6 6 1 0 2 8 . 9 9 8 4 4 . 5 2 8 1 0 3 8 . 6 7 5 9 3 . 0 4 5 1 0 6 4 3 2 6 4 0 /rH k J h 取該條件下混合液體的比熱容pc=6.5kJ/(kg )，則 交換熱量為 29 3 ( 8 8 . 1 6 6 4 6 . 0 7 4 4 . 5 2 8 3 2 . 0 4 9 3 . 0 4 5 1 8 . 0 2 ) 9 6 9 2 7 8 7 . 8 /6 4 3 2 6 4 0 6 . 5 ( 1 7 0 1 0 0 )r pQ H k J hct 換熱系數(shù)取 K=700 W/(m2 )， 則換熱面積為 23 9692787. 8 / 3. 6 3 6 . 5 97 0 0 1 0 5 . 1 1mQAmKt 查文獻(xiàn)得冷凝器的型號(hào) 2為： 5003000，換熱面積 F=35.7m2 （ 5）第二冷凝器的計(jì)算選型 熱流體進(jìn)口溫度 100，出口溫度 25；冷凝水的進(jìn)口溫度 20，出口溫度為 35。 逆流： T 100 25 t 35 20 2121( 1 0 0 3 5 ) ( 2 5 2 0 ) 2 3 . 3 91 0 0 3 5l n ( / ) ln2 5 2 0mttttt 由沃森公式計(jì)算平均溫度 62.5下的潛熱 rH DME=15.536 kJ/mol. ， rH 甲 醇 =35.407 kJ/mol. ， rH 水 =42.730 kJ/mol. 假設(shè)第一冷凝器的冷凝效率為 80%，于是混合液的汽化潛熱rH可由下式計(jì)算 3 3 3( 1 5 . 5 3 6 8 8 . 1 6 6 1 0 3 5 . 4 0 7 4 4 . 5 2 8 1 0 9 3 . 0 4 5 6 4 . 5 0 3 1 0 ) ( 1 8 0 % ) 1 3 8 4 4 3 2 . 5 4 4 /rH k J h 取該條件下混合液體的比熱容pc=3.6kJ/(kg )，則 交換熱量為 4 ( 8 8 . 1 6 6 4 6 . 0 7 4 4 . 5 2 8 3 2 . 0 4 9 3 . 0 4 5 1 8 . 0 2 ) 2 0 % 3 3 1 9 0 2 5 . 7 4 4 /1384432. 544 3. 6 ( 100 25 )r pH k J hct 換熱系數(shù)取 K=800 W/(m2 )， 則換熱面積為 24 1384432. 544 / 3. 6 4 9 . 2 78 0 0 2 3 . 3 9mQAmKt 查文獻(xiàn)得冷凝器的型號(hào) 2為 6003000，換熱面積 F=48.9m2： 4.3 精餾塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 操作壓力為 0.78MPa， 二甲醚 -甲醇的汽液平衡數(shù)據(jù)可依據(jù) Antoine 方程（ 0l g / ( )AP A B t C ）計(jì)算，所得二甲醚 -甲醇的 t-x-y 數(shù)據(jù)如下表，其中二甲醚、甲醇的 Antoine 方程常數(shù)查自化學(xué) 工程師手冊(cè) 4P59、 P55。 表 22 二甲醚 -甲醇平衡時(shí)的 t、 x、 y 數(shù)據(jù) 平衡溫度 / 32.90 40 50 60 70 80 液相 DME x/mol % 氣相 DME y/mol % 100.0 100.0 81.5 99.2 61.6 97.3 46.8 94.3 35.3 89.5 26.4 83.0 平衡溫度 / 90 100 110 120 127.76 液相 DME x/mol % 氣相 DME y/mol % 19.1 73.6 13.1 61.1 7.9 44.2 3.3 21.9 0 0 30 4.3.1 物料衡算 已知：進(jìn)料 7 1 6 5 . 1 6 /F k g h ， 2 2 5 . 7 3 9 /F k m o l h 4 6 . 0 7 / , 3 2 . 0 4 /D M EM k g k m o l M k g k m o l 甲 醇 0 . 9 2 9 6 4 6 . 0 7 ( 1 0 . 9 2 9 6 ) 3 2 . 0 4 4 5 . 0 8 /FM k g k m o l 8 8 . 1 6 6 0 . 3 9 0 62 2 5 . 7 7 3 9Fx ， 9 9 . 9 / 4 6 . 0 7 0 . 9 9 8 69 9 . 9 / 4 6 . 0 7 0 . 1 / 3 2 . 0 4Dx ， 0 . 5 / 4 6 . 0 7 0 . 0 0 3 4 8 30 . 5 / 4 6 . 0 7 9 9 . 5 / 3 2 . 0 4Wx 根據(jù)物料衡算方程解得 8 7 . 8 1 9 / , 1 3 7 . 9 2 /D k m o l h W k m o l h 采用泡點(diǎn)進(jìn)料 q=1，由汽液平衡數(shù)據(jù)，用內(nèi)插法求得進(jìn)料溫度為 3 2 . 94 0 3 2 . 98 1 . 5 1 0 0 . 0 3 9 . 0 6 1 0 0 . 0Ft 56.28Ft 此溫度下， / 1 . 8 3F A B B Ay x y x m i n(1 )1 1 . 311DDFFxxR m i n1 . 5 1 . 6 1 . 3 2 . 0 8RR 2 . 0 8 8 7 . 8 1 9 1 8 2 . 6 6 /L R D k m o l h 1 8 2 . 6 6 1 2 2 5 . 7 3 9 4 0 8 . 3 9 9 /L L q F k m o l h ( 1 ) 2 6 8 . 9 4 2 /V V R D k m o l h 表 23 物料衡算結(jié)果表 物料 流量（ kmol/h） 組成 物料 物流（ kmol/h） 進(jìn)料 塔頂產(chǎn)品 D 塔底殘液 W 225.739 87.819 137.92 0.3906 0.9986 0.003483 精餾段上升蒸汽量 V 提餾段上升蒸汽量 V 精餾段下降液體量 L 提餾段下降液體量 L 268.942 268.942 182.66 408.399 4.3.2 熱量衡算 （ 1）由汽液平衡數(shù)據(jù)，用內(nèi)插法可求塔頂溫度Dt、塔底溫度Wt、泡點(diǎn)溫度Dt Dt=32.95 Wt=126.94 Dt=33.82 注：下標(biāo) 1為 DME,下標(biāo) 2為甲醇。 二甲醚的比熱容采用摩爾定壓方程 23,pmC A B T C T D T 計(jì)算得出（數(shù)據(jù)來自于化學(xué)工程師手冊(cè) P59），甲醇的比熱容查自于化工工藝手冊(cè)上冊(cè) 2-702 Dt溫度下：1pC 15.96 kcal/(kmol )=66.83kJ/(kmol K)， 31 2pC 10.59kcal/(kmol )=44.36 kJ/(kmol K) 12 (1 ) 6 6 . 8 3 0 . 9 9 8 6 4 4 . 3 6 (1 0 . 9 9 8 6 ) 6 6 . 8 0 / ( )p D p D p DC C x C x k J k m o l K Wt溫度下：1pC 19.13 kcal/(kmol )=80.11 kJ/(kmol K)， 2pC 11.48 kcal/(kmol )=48.06 kJ/(kmol K) 12 (1 ) 8 0 . 1 1 0 . 0 0 3 4 8 3 4 8 . 0 6 (1 0 . 0 0 3 4 8 3 ) 4 8 . 1 7 / ( )p W p W p WC C x C x k J k m o l K Dt溫度下：1 3 8 9 .1 9 /kJ kg 2 1 1 7 2 . 1 2 /k J k g 12 ( 1 ) 3 8 9 . 1 9 0 . 9 9 8 6 1 1 7 2 . 1 2 ( 1 0 . 9 9 8 6 ) 3 9 0 . 2 9 /DDx x k J k g 注：數(shù)據(jù)來源于化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè) 32-819 塔頂 12 ( 1 ) 4 6 . 0 7 0 . 9 9 8 6 3 2 . 0 4 ( 1 0 . 9 9 8 6 ) 4 6 . 0 5 /DDM M x M x k g k m o l （ 2）塔頂以 0為基準(zhǔn)， 0時(shí)塔頂上升氣體的焓值為 VQ 2 6 8 . 9 4 2 6 6 . 8 0 3 2 . 9 5 2 6 8 . 9 4 2 3 9 0 . 2 9 4 6 . 0 5 5 4 2 4 9 9 3 . 6 8 /V p DQ V C t V k J h （ 3）回流液的焓RQ 1 15.99pC kcal/(kmol )=66.95kJ/(kmol K) 2 10.63pC kcal/(kmol )=44.51kJ/(kmol K) 12 ( 1 ) 6 6 . 9 5 0 . 9 9 8 6 4 4 . 5 1 ( 1 0 . 9 9 8 6 ) 6 6 . 9 2 / ( )p p D p DC C x C x k J k m o l K 1 8 2 . 6 6 6 6 . 9 2 3 3 . 8 2 4 1 3 4 0 2 . 4 /R p DQ L C t k J h （ 4）餾出液的焓 DQ 因?yàn)轲s出口與回流口組成一樣，所以 6 6 . 9 2 / ( )pC k J k m o l K 8 7 . 8 1 9 6 6 . 9 2 3 2 . 9 5 1 9 3 6 4 2 . 1 2 /D p DQ D C t k J h （ 5）冷凝器消耗 CQ 5424993. 68 413402. 4 193642. 124 4817949. 156 /C V R DQ Q Q Q k J h （ 6）進(jìn)料口的焓 FQ 32 Ft溫度下：1 7 0 . 0 2 / ( )pC k J k m o l K， 2 10.83pC kcal/(kmol )=45.33 kJ/(kmol K) 12 ( 1 ) 7 0 . 0 2 0 . 3 9 0 6 4 5 . 3 3 ( 1 0 . 3 9 0 6 ) 5 4 . 9 7 / ( )p p F p FC C x C x k J k m o l K 所以 2 2 5 . 7 3 9 5 4 . 9 7 5 6 . 2 8 6 9 8 3 7 1 . 3 6 /F p FQ F C t k J h （ 7）塔底殘液焓 WQ 1 3 7 . 9 2 4 8 . 1 7 1 2 6 . 9 4 8 4 3 3 3 9 . 4 /W p WQ W C t k J h （ 8）再沸器（全塔范圍列衡算式） 設(shè)再沸器損失能量 0.1BQQ損 B F C W DQ Q Q Q Q Q 損 0 . 9 4 8 1 7 9 4 9 . 1 5 6 8 4 3 3 3 9 . 4 1 9 3 6 4 2 . 1 2 5 6 9 8 3 7 1 . 3 6 5 1 5 6 5 5 9 . 3 2 1 /B C W D FQ Q Q Q Q k J h 所以， 5729510. 36 /BQ k J h 表 24 熱量衡算結(jié)果表 進(jìn)料 冷凝器 塔頂餾出液 塔底釜?dú)堃?再沸器 平均比熱 kJ/(kmol K) 55.85 65.60 48.17 熱量 Q（ kJ/h） 179947.73 4817949.156 193642.12 843339.4 5729510.36 4.3.3 理論塔板數(shù)的計(jì)算 塔頂溫度下， 1.88D 塔底溫度下， 1.59W 則全塔平均相對(duì)揮發(fā)度： 1 . 8 8 1 . 5 9 1 . 7 3m D W m i n1l g / l g 2 2 . 3 11 WD mDWxxNxx m i n 0 . 2 5 3 21RRR 查天大化工原理下冊(cè) 10P37 吉利蘭圖得， m in 0 .4 32NNN ，解得 N=41.65（含釜） 進(jìn)料液的相對(duì)揮發(fā)度為 1.63 塔頂與進(jìn)料的相對(duì)揮發(fā)度： 1 . 8 8 1 . 6 3 1 . 7 5m D F m i n1l g / l g 1 6 . 0 01 DF mDFxxNxx 同上可得， N=30.58 取整數(shù)，精餾段理論板數(shù)為 31 塊，加料板位置為從塔頂數(shù)第 32 塊理論板，整塔理論板數(shù)為 41 塊 4.3.4 初餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 33 表 31 二甲醚和甲醇在不同溫度下的密度 (查自于化學(xué)工程 師手冊(cè) 4和化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè) 3) 溫度 / 32.95Dt 126.94Wt 56.21Ft 二甲醚密度 /(g/ml) 甲醇密度 /(g/ml) 0.640 0.781 0.405 0.730 0.598 0.765 （ 1）塔頂條件下的流量和物性參數(shù) 4 6 . 0 5 /M k g k m o l ， 1 4 6 . 0 5 2 6 8 . 9 4 2 1 2 3 8 4 2 . 7 8 /V M V k g h 1 4 6 . 0 5 1 8 2 . 6 6 8 4 1 1 . 4 9 3 /L M L k g h 由312121 6 4 0 . 1 /LLaa k g m 37 8 0 4 6 . 0 5 1 4 . 1 1 4 /8 . 3 1 4 ( 2 7 3 . 1 5 3 2 . 9 5 )V pM k g mRT （ 2）塔底條件下的流量和物性參數(shù) 12 ( 1 ) 4 6 . 0 7 0 . 0 0 3 4 8 3 3 2 . 0 4 ( 1 0 . 0 0 3 4 8 3 ) 3 2 . 0 9 /WWMM x M x k g k m o l 312121 7 2 7 . 0 8 /LLaa k g m ， 37 8 0 3 2 . 0 9 7 . 5 2 5 /8 . 3 1 4 ( 2 7 3 . 1 5 1 2 6 . 9 4 )V pM k g mRT 3 3 2 . 0 9 2 6 8 . 9 4 2 8 6 3 0 . 3 4 9 /V k g h ， 3 3 2 . 0 9 4 0 8 . 3 9 9 1 3 1 0 5 . 5 2 /L M L k g h （ 3）進(jìn)料條件下的流量 和物性參數(shù) 12 ( 1 ) 4 6 . 0 7 0 . 3 9 0 6 3 2 . 0 4 ( 1 0 . 3 9 0 6 ) 3 7 . 5 2 /FFMM x M x k g k m o l 37 8 0 3 7 . 5 2 1 0 . 6 9 /8 . 3 1 4 ( 2 7 3 . 1 5 5 6 . 2 8 )V pM k g mRT 312121 6 6 0 /LLaa k g m ， 22 2 6 8 . 9 4 2 4 5 . 0 8 1 2 1 2 3 . 9 /V V k g h 精餾段：2 4 5 . 0 8 1 8 2 . 6 6 8 2 3 4 . 3 1 /L M L k g h 提餾段：2 4 5 . 0 8 4 0 8 . 3 9 9 1 8 4 1 0 . 6 2 /L M L k g h （ 4）精餾段的流量和物性參數(shù) 312 1 4 . 1 1 4 1 3 . 7 0 1 3 . 9 0 7 /22VVV k g m 312 6 4 0 . 1 6 6 0 6 5 0 . 0 5 /22LLL k g m 34 12 1 2 3 8 4 . 7 8 1 2 1 2 3 . 9 1 2 2 5 4 . 3 4 /22VVV k g h 12 8 2 3 4 . 3 1 1 8 4 1 0 . 6 2 1 3 3 2 2 . 4 6 /22LLL k g h （ 5）提餾段的流量和物性參數(shù) 323 1 0 . 6 9 7 . 5 2 5 9 . 1 0 7 5 /22VVV k g m 323 6 6 0 7 2 7 . 0 8 6 9 3 . 5 4 /22LLL k g m 23 1 2 1 2 3 . 7 8 6 3 0 . 3 4 8 8 1 0 3 7 7 /22VVV k g h 23 1 8 4 1 0 . 6 2 1 3 1 0 5 . 5 2 1 5 7 5 8 . 1 /22LLL k g h （ 6）體積流量 塔頂： 311 1 2 3 8 4 . 7 8 0 . 2 4 4 /1 4 . 1 1 4 3 6 0 0sV V ms 塔底： 333 8 6 3 0 . 3 4 8 7 8 0 . 3 1 8 /7 . 5 2 5 3 6 0 0sV V ms 進(jìn)料： 322 1 2 1 2 3 . 7 0 . 3 1 5 /1 0 . 6 9 3 6 0 0sV V ms 精餾段： 312 0 . 2 4 4 0 . 3 1 5 0 . 2 7 9 5 /22ssSV VV ms 提留段： 323 0 . 3 1 8 0 . 3 1 5 0 . 3 1 6 5 /22ssSV VV ms 4.3.5 塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算 選用 500（ BX）型波紋填料。 （ 1）精餾段塔徑計(jì)算 由氣速關(guān)聯(lián)式 1 / 81 / 42 0 . 23l g 1 . 7 5VVF LLLu aLAgV 式中Fu 泛點(diǎn)空塔氣速， m/s； g 重力加速度， 2/ms； 3/a 干填料因子， 1m ； V、L 氣相、液相密度， 3/kg m ；L 液相粘度， Cp； L、 V 液相、氣相流量， kg/h； A 常數(shù)，取 0.30； 填料空隙率； 33/mm。 表 25 查文獻(xiàn) 4計(jì)算得二甲醚、甲醇的特殊點(diǎn)的粘度 /cP 溫度 / Dt=32.95 Wt=126.94 Ft=56.21 二甲醚 0.0972 0.0607 0.0882 甲醇 0.54 0.18 0.450 已知：V =13.907 3/kg m ，L=640.51 3/kg m ， =0.90， a =500 23/mm, 35 ( ) / 2 ( 0 . 3 9 0 6 0 . 0 8 8 2 0 . 6 0 9 4 0 . 4 5 ) ( 0 . 9 9 8 6 0 . 0 9 7 2 0 . 0 0 1 4 0 . 5 4 ) / 2 0 . 2 0 3L L F L D L=13322.46kg/h， V=12123.9kg/h， A=0.30。 代入式中求得，F(xiàn)u=0.337m/s 空塔氣速 u=0.6Fu=0.202m/s 30 .2 7 9 5 /SV m s 于是得 4 4 0 . 2 7 9 5 1 . 3 30 . 2 0 2SVDmu 圓整后： D=1.4m，空塔氣速 u=0.182m/s （ 2）提餾段塔徑計(jì)算 已知：V =10.613 3/kg m ，L=684.0 3/kg m ， =0.90， a =500 23/mm, ( ) / 2 ( 0 . 3 9 2 7 0 . 0 8 8 2 0 . 6 0 7 3 0 . 4 5 ) ( 0 . 0 0 3 4 8 3 0 . 0 6 0 7 0 . 9 9 6 5 1 7 0 . 1 8 ) / 2 0 . 2 4 4L L F L W L=15758.1kg/h， V=8630.3488 kg/h， A=0.30。 帶入計(jì)算得 Fu=0.52m/s 空塔氣速 u=0.6Fu=0.314m/s 30 .3 1 6 5 /SV m s 于是得 4 4 0 . 3 1 6 5 1 . 1 30 . 2 7 6SVDmu 圓整后： D=1.2m，空塔氣速 u=0.28 m/s 選取整塔直徑為 D=1.2m。 4.3.6 填料層高度的計(jì)算 （ 1）精餾段： 0 . 2 0 2 1 2 . 4 0 2 0 . 7 1 1VFu 0 .4 8H E TP m 1 3 1 0 . 4 8 1 4 . 9Z N H E T P m 查得壓降 / 3 6 7 . 4 /P Z P a m （ 2）提餾段： 0 . 3 1 4 9 . 1 0 7 5 0 . 9 4 8VFu 0 .4 9H E TP m 2 1 0 0 . 4 9 4 . 9Z N H E T P m 查得壓降 / 3 5 6 . 6 /P Z P a m 全塔高度12 1 4 . 9 4 . 9 1 9 . 8Z Z Z m 4.3.7 附屬設(shè)備的選型計(jì)算 （ 1）冷凝器 選用列管式冷凝器，逆流方式操作，冷卻水進(jìn)口 溫度為 25，出口溫度為 30。 取 K=700W/(m2 ) 逆流： T 33.82 32.95 t 30 25 36 2121( 3 3 . 8 2 3 0 ) ( 3 2 . 9 5 2 5 ) 5 . 6 33 3 . 8 2 3 0l n ( / ) ln3 2 . 9 5 2 5mttttt 24817949. 156 / 3. 6 3 3 9 . 67 0 0 5 . 6 3CmQAmKt 查文獻(xiàn) 2選型： 10006000，換熱面積 F=339.6m2 （ 2）再沸器 選擇 187.8的飽和水蒸氣加熱，Wt=126.94為再沸器液體入口溫度，用潛熱加熱可節(jié)省蒸汽量 ，從而減少熱量損失。取 K=1000 W/(m2 ) 1 8 7 . 8 1 2 6 . 9 4 6 0 . 8 6t 則換熱面積為 25729510. 36 / 3. 6 2 6 . 1 51 0 0 0 6 0 . 8 6BQAmKt 查文獻(xiàn) 2選型： 1264500，換熱面積 F=25.6m2 精餾塔主要工藝參數(shù)匯總表 表 26 精餾塔主要設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表 塔頂 塔釜 進(jìn)料 精餾段 提餾段 液相摩爾流量（ kmol/h） 氣相質(zhì)量流量（ kg/h） 液相質(zhì)量流量（ kg/h） 摩爾分率 質(zhì)量分率 平均相對(duì)分子質(zhì)量 氣相平均密度（ kg/m3） 液相平均密度（ kg/m3） 溫度 / 12384.78 8411.493 0.9986 0.999 46.05 14.414 640.1 32.95 8630.34878 13105.52 0.003483 0.005 32.09 7.525 727.08 126.94 80.311 3620.419 0.9296 0.95 45.08 13.70 640.92 35.6 12254.34 13322.46 13.907 640.51 10377 15758.1 10.613 684.0 4.4 回收塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 回收塔的原料液來源于汽化塔、初餾塔、精餾塔的釜?dú)堃?，一同進(jìn)入回收塔進(jìn)行精餾回收甲醇，作為原料液回收循環(huán)利用，這無論是在經(jīng)濟(jì)上還是環(huán)保上都是需要的。 4.5.1 物料衡算 進(jìn)料 1 6 0 . 5 7 + 1 3 7 . 9 2 2 9 8 . 4 9 /F k m o l h 其中甲醇含量為， 1 6 0 . 5 7 0 . 2 8 1 8 % 4 4 . 5 2 8 4 4 . 9 8 /k m o l h 則甲醇的摩爾分率即進(jìn)料組成Fx為， 4 4 . 9 8 / 2 9 8 . 4 9 1 5 . 0 7 %Fx 3 2 . 0 4 / , 1 8 . 0 2 /M k g k m o l M k g k m o l甲 醇 水 9 8 / 3 2 . 0 4 9 6 . 5 0 %9 8 / 3 2 . 0 4 2 / 1 8 . 0 2Dx ， 0 . 5 / 3 2 . 0 4 0 . 2 8 1 8 %0 . 5 / 3 2 . 0 4 9 9 . 5 / 1 8 . 0 2Wx 37 由物料衡算方程解得 D=45.94kmol/h， W=252.55kmol/h 進(jìn)料平均相對(duì)分子質(zhì)量 2 3 2 . 0 4 1 5 . 0 7 % 1 8 . 0 2 ( 1 1 5 . 0 7 % ) 2 0 . 1 3 3 /M k g k m o l 塔頂產(chǎn)品平均相對(duì)分子質(zhì)量 1 3 2 . 0 4 9 6 . 5 0 % 1 8 . 0 2 ( 1 9 6 . 5 0 % ) 3 1 . 5 5 /M k g k m o l 塔釜產(chǎn)品平均相對(duì)分子質(zhì)量 3 3 2 . 0 4 0 . 2 8 1 8 % 1 8 . 0 2 ( 1 0 . 2 8 1 8 % ) 1 8 . 0 6 /M k g k m o l 則質(zhì)量流量 4 5 . 9 4 3 1 . 5 5 1 4 4 9 . 4 0 7 /D k g h ， 2 5 2 . 5 5 1 8 . 0 6 4 5 6 1 . 0 5 3 1 /W k g h 6 0 1 0 . 4 6 /F D W k g h 操作壓力為 0.02MPa。 由于泡點(diǎn)進(jìn)料 q=1，由汽液平衡數(shù)據(jù)用內(nèi)插法求得進(jìn)料液溫度 505 5 5 0 5 1 . 3 57 . 4 2 1 7 . 9 0 1 5 . 0 7 1 7 . 9 0F Ft t 此溫度下，甲醇的飽和蒸汽壓 0 5 8 .9 3Ap K P a，水的飽和蒸汽壓 0 1 3 .3 6 6Bp K P a 00/ 5 8 . 9 3 / 1 3 . 3 6 6 4 . 4 1ABpp m i n(1 )1 1 . 8 2 511DDFFxxR m i n1 . 4 1 . 4 1 . 8 2 5 2 . 5 5 5RR 2 . 5 5 5 4 5 . 9 4 1 1 7 . 3 7 7 /L R D k m o l h 1 1 7 . 3 7 7 1 2 9 8 . 4 9 4 1 5 . 8 7 7 /L L q F k m o l h ( 1 ) 1 6 3 . 3 2 /V V R D k m o l h 表 27 甲醇 -水平衡時(shí)的 t、 x、 y 數(shù)據(jù)（查化學(xué)工程師手冊(cè) 4用安托尼方程計(jì)算得出和化工原理附錄） 平衡溫度 t/ 28.5 30 35 40 45 50 55 60.07 甲醇飽和蒸汽壓0Ap /KPa 水的飽和蒸汽壓 0Bp 20 3.9605 21.569 4.2474 27.638 5.812 35.091 7.3766 44.167 9.8583 55.134 12.34 68.289 16.1315 84.199 20 液相甲醇 x/% 氣相甲醇 y/% 100.0 100.0 90.94 98.07 65.01 89.84 45.55 79.92 29.56 65.28 17.90 49.34 7.42 25.34 0 0 表 28 物料衡算結(jié)果表 物料 流量（ kmol/h） 組成 物料 物流（ kmol/h） 38 進(jìn)料 塔頂產(chǎn)品 D 塔底殘液 W 298.49 45.94 255.25 0.1509 0.9650 0.002818 精餾段上升蒸汽量 V 提餾段上升蒸汽量 V 精餾段下降液體量 L 提 餾段下降液體量 L 163.32 163.32 117.377 415.877 4.4.2 熱量衡算 （ 1）由汽液平衡數(shù)據(jù)，用內(nèi)插法可求塔頂溫度Dt、塔底溫度Wt、泡點(diǎn)溫度Dt Dt=29.08 Wt=59.88 Dt=30.95 注：下標(biāo) 1為甲醇 ,下標(biāo) 2為水。 甲醇的比熱容查自于化工工藝手冊(cè)上冊(cè) 2-702，水的比熱容查自于天大修訂版化工原理上冊(cè)附錄。 Dt溫度下：1pC 44.20kJ/(kmol K)，2pC 75.23 kJ/(kmol K) 12 (1 ) 4 4 . 2 0 0 . 9 6 5 0 7 5 . 2 3 (1 0 . 9 6 5 0 ) 4 5 . 2 9 / ( )p D p D p DC C x C x k J k m o l K Wt溫度下：1pC 45.41 kJ/(kmol K)，2pC 75.45 kJ/(kmol K) 12 (1 ) 4 5 . 4 1 0 . 0 0 2 8 1 8 7 5 . 4 5 (1 0 . 0 0 2 8 1 8 ) 7 5 . 3 7 / ( )p W p W p WC C x C x k J k m o l K Dt溫度下：1 1 1 7 8 .0 /kJ kg 2 2 4 6 4 . 8 5 /k J k g 12 ( 1 ) 1 1 7 8 . 0 0 . 9 6 5 0 2 4 6 4 . 8 5 ( 1 0 . 9 6 5 0 ) 1 2 2 3 . 0 4 /DDx x k J k g 注：查于化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè) 102-819 塔頂 1 3 2 . 0 4 9 6 . 5 0 % 1 8 . 0 2 ( 1 9 6 . 5 0 % ) 3 1 . 5 5 /M k g k m o l （ 2）塔頂以 0為基準(zhǔn)， 0時(shí)塔頂上升氣體的焓值為