精品】年產(chǎn)3萬噸二甲醚的初步工藝設(shè)計畢業(yè)論文

1、（此文檔為word格式，下載后您可任意編輯修改?。┚幪柗诸愄柼m州交通大學(xué)畢業(yè)論文年產(chǎn)3萬噸二甲醚的初步工藝設(shè)計Primary for the Manufacturing Process of Dimethyl ether 30Ktai蘭州交通大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書院（系）：化學(xué)化工學(xué)院姓名學(xué)號201007042畢業(yè)屆別 2014專業(yè)化學(xué)工程與工藝畢業(yè)論文（設(shè)計）題目年產(chǎn)3萬噸二甲醚的初步工業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師學(xué)歷博士職稱教授所學(xué)專業(yè)化學(xué)工程具體要求（主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等）：確定以甲醇脫水法作為本設(shè)計的工藝生產(chǎn)方法 ，通過物料衡算和熱量衡算來確定設(shè)備工 藝參數(shù)和消耗工藝指標(biāo)，同時對D

2、M吐產(chǎn)過程中的安全注意事項及“三廢”治理作了相關(guān) 說明，對整個裝置進(jìn)行了簡單初步評價。進(jìn)度安排：1-3周：查閱文獻(xiàn)資料，寫出開題報告。4-5周：進(jìn)行初步的設(shè)計計算及選型。6-14周：應(yīng)用Cad畫圖，做出PID、PFD圖。15-16周：整理完成設(shè)計。指導(dǎo)教師（簽字）：年月日院（系）意見： 教學(xué)院長（主任）（簽字）：年月日備注:摘要作為LPG和石油類的替代燃料，目前二甲醚（DME）咅受注目。DME是具有與LPG的物理性質(zhì) 相類似的化學(xué)品，在燃燒時不會產(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

3、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) 計采用氣相法制備二甲醚工藝。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。設(shè)計結(jié)果達(dá)到了設(shè)計課題的要求，完成了二甲醚的生產(chǎn)工工藝的 初步設(shè)計，完成了物料、熱量、設(shè)備等的相關(guān)計算。關(guān)鍵詞二甲醚；甲醇；工藝設(shè)計7AbstractAs LPG and oil alter native fuel, DME draw n atte nti ons at prese nt. Physical properties of DME is similar for LPG, and don produce combust

4、ion gas to damage the environment, so, It can be produced largely. Like methane, DME is expected to become 21st cen tury en ergy sources., DME is prepared by metha nol dehydrati on, n amely, syn thetic metha nol first and then methanol dehydration to dimethyl etherby methanol dehydration. Methanol d

5、ehydration to DME is divided into two kinds of liquid phase and gas-phase process. This process is made of metha nol process , dehydrati on of metha nol, dimethyl ether conden sati on and distillati on etc. The desig n result reached the requireme nts of the desig n issues, completed the DME product

6、i on process desig n, fini shed materials, thermal, etc-related calculati ons.Keywordsdimethyl ether； methanol; process design目錄前言11文獻(xiàn)綜述21.1 二甲醚概述21.2原料說明31.3二甲醚的性質(zhì)32 DME產(chǎn)品方案及工藝流程介紹 42.1產(chǎn)品品種、規(guī)格、質(zhì)量指標(biāo)及擬建規(guī)模 42.2生產(chǎn)方法簡述42.3工藝流程說明42.4生產(chǎn)工藝特點52.5主要工藝指標(biāo)53主要塔設(shè)備計算及選型 73.1汽化塔及其附屬設(shè)備的計算選型 73.2合成塔及其附屬設(shè)備的計算選型 153.3

7、初餾塔及其附屬設(shè)備的計算選型 193.4精餾塔及其附屬設(shè)備的計算選型 253.5回收塔及其附屬設(shè)備的計算選型 314環(huán)境保護(hù)及三廢處理 394.1主要污染源及主要污染物 394.2設(shè)計中采取的環(huán)保措施及其簡要處理工藝流程 394.3裝置危險性物料主要物性 40總結(jié)41致謝42參考文獻(xiàn) 43、八 、，刖言二甲醚又稱甲醚、木醚氧,是重要的甲醇下游產(chǎn)品。二甲醚是醚的同系物，但與用作 麻醉劑的乙醚不一樣，毒性極低；能溶解各種化學(xué)物質(zhì)；由于其具有易壓縮、冷凝、氣化 及與許多極性或非極性溶劑互溶特性，廣泛用于氣霧制品噴射劑、氟利昂替代制冷劑、溶 劑等，另外也可用于化學(xué)品合成，用途比較廣泛。二甲醚作為一種基

8、本化工原料，由于其良好的易壓縮、冷凝、汽化特性，使得二甲醚 在制藥、燃料、農(nóng)藥等化學(xué)工業(yè)中有許多獨特的用途。如高純度的二甲醚可代替氟里昂用 作氣溶膠噴射劑和致冷劑，減少對大氣環(huán)境的污染和臭氧層的破壞。由于其良好的水溶性、油溶性，使得其應(yīng)用范圍大大優(yōu)于丙烷、丁烷等石油化學(xué)品。代替甲醇用作甲醛生產(chǎn)的新 原料，可以明顯降低甲醛生產(chǎn)成本，在大型甲醛裝置中更顯示出其優(yōu)越性。作為民用燃料 氣其儲運、燃燒安全性，預(yù)混氣熱值和理論燃燒溫度等性能指標(biāo)均優(yōu)于石油液化氣，可作 為城市管道煤氣的調(diào)峰氣、液化氣摻混氣。也是柴油發(fā)動機的理想燃料，與甲醇燃料汽車 相比，不存在汽車?yán)鋯訂栴}。它還是未來制取低碳烯烴的主要原料

9、之一。作為LPG和石油類的替代燃料，二甲醚是具有與 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)。與甲烷一樣，被期望成為21世紀(jì)的能源之一。本設(shè)計流程簡潔，操作簡易，工藝條件溫和，而且設(shè)備臺數(shù)較少，設(shè)備制作立足于國 內(nèi)現(xiàn)狀，可大大降低項目投資。本次設(shè)計共分 3部分，設(shè)計人主要負(fù)責(zé)圖紙的繪制，設(shè)備 的選型以及工藝計算有其他兩名同學(xué)合作共同完成，設(shè)計圖紙主要包括PID、 PFD圖。1文獻(xiàn)綜述1.1二甲醚簡述1.1.1二甲醚的發(fā)展現(xiàn)狀20世紀(jì)70年代，二甲醚取代了氟里昂作為氣霧劑使用，減少了臭氧層的破壞。近幾 年來，二甲醚的良好燃燒性能和低污染排放的特性使其日

10、益受到重視，作為清潔能源使用二甲醚（DME ）常溫常壓下是一種無色低毒的可燃性氣體，與液化石油氣的性能相 似，燃燒廢氣無毒，可作為清潔燃料使用。隨著石油資源的緊缺及價格上漲，清潔環(huán)保 理念的深入，作為柴油替代資源的清潔燃料一一二甲醚得到大力推廣，并逐漸進(jìn)入了民用燃料市場和汽車燃料市場，二甲醚的合成研究已成為各國科技人員的研究焦點。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。第二，DME乍為化學(xué)中間體，主要用于制造硫酸二甲酯。第三，DME還是重要的化工原料，可用

11、于許多精細(xì)化學(xué)品的合成，同時在輕化、制藥、燃 料、農(nóng)藥等工業(yè)中有許多獨特的用途。（2）新近拓展的應(yīng)用領(lǐng)域DME可作為新型高效清潔燃料使用。它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1.1，表1.2所示）。DME的分子結(jié)構(gòu)中沒有C-C鍵，所以燃燒時不產(chǎn)生黑 煙，CO與NOx排放量很低，符合潔凈燃料的要求；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，可用現(xiàn)有的液化石油 氣罐盛裝，是優(yōu)良的民用潔凈燃料。表1.1 DM E液化氣與液化石油氣性質(zhì)比較項目分子量壓力Mpa燃燒溫（60 r）度c爆炸下限% 理論空氣量預(yù)混氣熱值KJ m3DME46.07

12、1.3522503.456.964219LPG56.61.9220551.711.323903表1.2 DME與0#柴油的比較對比項目DME0#柴油分子量46.07190220沸點C）-24.9180360十六烷值55 6040 50低熱值（kJkg）2884042500理論空燃比914.6氧含量（%34.8硫化物有1.2原料說明原料名稱：甲醇分子式CH3OH,相對分子質(zhì)量32.04。本設(shè)計采用的甲醇原料濃度為90% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。（1）物理性質(zhì)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，甲醇密3度0.791gcm，沸點63.8 C,自燃點385C20C,蒸汽壓96.3mm

13、Hg。甲醇不能與脂肪烴 類化合物相互溶，但可以和水以及乙醇等許多有機液體互溶。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)甲醇可進(jìn)行氧化、酯化、羰基化、胺化、脫水等化學(xué)反應(yīng)。1.3二甲醚的性質(zhì)二甲醚的性質(zhì)：二甲醚上一種無色、具有輕微醚香味的氣體，具有惰性、無腐蝕性、 無致癌性、幾乎無毒。還具有優(yōu)良的混溶性，能同大多數(shù)極性和非極性有機溶劑混溶。在 100ml水中可溶解3.700ml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溶劑，加入少量助劑后就可與水以任意比互溶。其燃燒時火焰略帶亮 光。* L X, k4 D! _

14、! o9 2 DM嚴(yán)品方案及工藝流程介紹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：3 萬噸年年操作日：300 天（7200h）2.2生產(chǎn)方法簡述二甲醚的生產(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CO 2H2 =CH3OHV100C時，CH3OH H2SC4 二 CH3HSO4 h2oV100C 時，ch3hso4 ch3oh =c

15、h3och3 =h2so4該過程具有反應(yīng)溫度低、轉(zhuǎn)化率高（80%）、選擇性好（99%）等優(yōu)點，但也存在設(shè)備腐 蝕嚴(yán)重、釜殘液及廢水污染環(huán)境、催化劑毒性大等缺點，因此選擇該工藝可能性較小。（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)操作簡單、成本低而又可連續(xù)生產(chǎn)DME的新方法，人們曾用合成氣直接制取二甲醚。主要反應(yīng)構(gòu)成如下：4H2 2CO 二 2CH3OH2CH3OH =ch3och3 h2oCO H2O =CO2 H23H2 3CO 二 CH3OCH3 CO22.3工藝流程說明（1）原料甲醇直接采用市售質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 90%的甲醇經(jīng)

16、汽化提純后合成二甲醚。氣相甲醇釜殘液釜殘液釜殘液回收甲醇產(chǎn)品 DME ( 99.9%)圖2.1二甲醚生產(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：2CH0H二CHOCH H2O，該反應(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。(4) 二甲醚精餾冷卻后得到的二甲醚液體被送入二甲醚精餾塔， 在DME精餾塔中DME與甲醇和水分 開，二甲醚產(chǎn)品從精餾塔頂部回收，而甲醇和水一起從塔底

17、去除，并為原料甲醇提供預(yù)熱 熱源。含有DME的頂部氣體在塔頂冷凝器中被大部分冷凝下來，送入塔頂回流罐中，在 塔頂冷凝器中未冷凝的氣相作為燃料被放掉。在塔頂回流罐中的液體一部分成為精餾塔回 流液，而另一部分成為DME產(chǎn)品，產(chǎn)品被送出界區(qū)貯存。2.4生產(chǎn)工藝特點本工藝裝置的主要工藝特點是流程簡潔，工藝條件溫和，裝置內(nèi)熱能利用較好，操作 簡易方便。本裝置設(shè)備臺數(shù)較少，設(shè)備制作充分立足于國內(nèi)現(xiàn)狀，所有設(shè)備均能在國內(nèi)制造而不 需進(jìn)口，項目投資大為降低。2.5主要工藝指標(biāo)2.5.1二甲醚產(chǎn)品指標(biāo)表2.1產(chǎn)品二甲醚產(chǎn)品指標(biāo)序號組分純度備注1二甲醚 99.9%2甲醇w 0.53水分w 0.34C3以下烴類w

18、0.3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w 0.5%;精餾塔：塔頂二甲醚純度99.9%，釜液二甲醚含量w 0.5%;回收塔：塔頂回收甲醇純度98%，廢水中甲醇含量w 0.5%2.5.2催化劑的使用本設(shè)計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=58 mm白色顆粒狀，堆積體積密度w 0.7tm3,具有良好的化學(xué)性質(zhì)及足夠

19、的 撞擊強度與耐磨強度，對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，可反復(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。本設(shè)計產(chǎn)品二甲醚可用作替代燃料或氣霧劑等化工原料，目前燃料級二甲醚尚未頒 布國家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計產(chǎn)品工藝指標(biāo)可參照表（2.5）。3主要塔設(shè)備計算及選型原料甲醇流量的估算：年產(chǎn) DME量為3萬噸，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：330000 10 99.9% 2300742CHOH 二 CUOCH H2O32 04)/ 80% 90%i=8041.2958g/h 46.073.1汽化塔及其附屬設(shè)備的計算選型3.1.1物料衡算已矢口 F 8041.2958kg Zha ng,Xiaoho ng Li,Kaoru Fujimoto,et al.