年產(chǎn)3萬噸二甲醚的初步工藝設計

資料范本資料范本本資料為word版本，可以直接編輯和打印，感謝您的下載年產(chǎn)3萬噸二甲醚的初步工藝設計地點：__________________時間：__________________說明：本資料適用于約定雙方經(jīng)過談判，協(xié)商而共同承認，共同遵守的責任與義務，僅供參考，文檔可直接下載或修改，不需要的部分可直接刪除，使用時請詳細閱讀內(nèi)容分類號編號蘭州交通大學畢業(yè)論文年產(chǎn)3萬噸二甲醚的初步工藝設計PrimaryfortheManufacturingProcessofDimethylether30Kt/a申請學位：工學學士院系：化學化工學院專業(yè)：化學工程與工藝班級：化工1001學生姓名：馬學成學號：201007042指導老師：楊西2014年04月20日蘭州交通大學化工學院年產(chǎn)3萬噸二甲醚的初步工業(yè)設計姓名：馬學成導師：楊西2014年04月20日蘭州交通大學化工學院蘭州交通大學畢業(yè)論文（設計）任務書院（系）：化學化工學院[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。設計結(jié)果達到了設計課題的要求，完成了二甲醚的生產(chǎn)工工藝的初步設計，完成了物料、熱量、設備等的相關計算。[關鍵詞]二甲醚；甲醇；工藝設計[Abstract]AsLPGandoilalternativefuel,DMEhasbeendrawnattentionsatpresent.PhysicalpropertiesofDMEissimilarforLPG,anddon’tproducecombustiongastodamagetheenvironment,so,Itcanbeproducedlargely.Likemethane,DMEisexpectedtobecome21stcenturyenergysources.,DMEispreparedbymethanoldehydration,namely,syntheticmethanolfirstandthenmethanoldehydrationtodimethyletherbymethanoldehydration.MethanoldehydrationtoDMEisdividedintotwokindsofliquidphaseandgas-phaseprocess.Thisprocessismadeofmethanolprocessheating,evaporation,dehydrationofmethanol,dimethylethercondensationanddistillationetc.Thedesignresultreachedtherequirementsofthedesignissues,completedtheDMEproductionprocessdesign,finishedmaterials,thermal,etc-relatedcalculations.[Keywords]dimethylether；methanol；processdesign目錄

前言

1

1文獻綜述

2

1.1二甲醚概述

2

1.2原料說明

3

1.3二甲醚的性質(zhì)

3

2DME產(chǎn)品方案及工藝流程介紹

4

2.1產(chǎn)品品種、規(guī)格、質(zhì)量指標及擬建規(guī)模

4

2.2生產(chǎn)方法簡述

4

2.3工藝流程說明

4

2.4生產(chǎn)工藝特點

5

2.5主要工藝指標

5

3主要塔設備計算及選型

7

3.1汽化塔及其附屬設備的計算選型

7

3.2合成塔及其附屬設備的計算選型

15

3.3初餾塔及其附屬設備的計算選型

19

3.4精餾塔及其附屬設備的計算選型

25

3.5回收塔及其附屬設備的計算選型

31

4環(huán)境保護及三廢處理

39

4.1主要污染源及主要污染物

39

4.2設計中采取的環(huán)保措施及其簡要處理工藝流程

39

4.3裝置危險性物料主要物性

40

總結(jié)

41

致謝

42

參考文獻

43

前言二甲醚又稱甲醚、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

化學品

合成，用途比較廣泛。二甲醚作為一種基本

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，使得其應用范圍大大優(yōu)于丙烷、

丁烷

等石油化學品。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，預混氣熱值和

理論燃燒溫度

等性能指標均優(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

汽車冷啟動

問題。它還是未來制取低碳

烯烴

的主要原料之一。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世紀的能源之一。本設計流程簡潔，操作簡易，工藝條件溫和，而且設備臺數(shù)較少，設備制作立足于國內(nèi)現(xiàn)狀，可大大降低項目投資。本次設計共分3部分，設計人主要負責圖紙的繪制，設備的選型以及工藝計算有其他兩名同學合作共同完成，設計圖紙主要包括PID、PFD圖。1文獻綜述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——二甲醚得到大力推廣，并逐漸進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)領域的應用及其拓展（1）傳統(tǒng)領域的應用第一，做氣霧劑、制冷劑和發(fā)泡劑。第二，DME作為化學中間體，主要用于制造硫酸二甲酯。第三，DME還是重要的化工原料,可用于許多精細化學品的合成,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）新近拓展的應用領域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)良的物理化學性能（如表1.1，表1.2所示）。①DME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；②燃燒性能良好，燃燒廢氣無毒，完全符合衛(wèi)生標準；③單一組成，無殘液；④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1.1DME液化氣與液化石油氣性質(zhì)比較表1.2DME與0＃柴油的比較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。本設計采用的甲醇原料濃度為90%（質(zhì)量分數(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，甲醇密度0.791g/cm3，沸點63.8℃，自燃點385℃～20℃，蒸汽壓96.3mmHg。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）化學性質(zhì)甲醇可進行氧化、酯化、羰基化、胺化、脫水等化學反應。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,k4D!_!o9{2DME產(chǎn)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<100℃時，<100℃時，該過程具有反應溫度低、轉(zhuǎn)化率高(>80%)、選擇性好(99%)等優(yōu)點，但也存在設備腐蝕嚴重、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。主要反應構(gòu)成如下:2.3工藝流程說明(1)原料甲醇直接采用市售質(zhì)量分數(shù)為90%的甲醇經(jīng)汽化提純后合成二甲醚。甲醇汽化合成塔（甲醇氣相脫水）冷凝、氣液分離初餾塔原料甲醇氣相甲醇釜殘液DME精餾塔釜殘液釜殘液回收塔回收甲醇產(chǎn)品DME（≥99.9%）圖2.1二甲醚生產(chǎn)工藝流程方框圖(2)反應在DME合成反應器中產(chǎn)生的反應如下所示:，該反應為放熱反應。(3)合成氣冷卻反應器出口氣中含有DME，它在進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去除，并為原料甲醇提供預熱熱源。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。本裝置設備臺數(shù)較少，設備制作充分立足于國內(nèi)現(xiàn)狀，所有設備均能在國內(nèi)制造而不需進口，項目投資大為降低。2.5主要工藝指標2.5.1二甲醚產(chǎn)品指標表2.1產(chǎn)品二甲醚產(chǎn)品指標塔設備指標如下：汽化塔：原料甲醇純度90%（質(zhì)量分數(shù)，下同），塔頂甲醇氣體純度≥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%；回收塔：塔頂回收甲醇純度≥98%，廢水中甲醇含量≤0.5%2.5.2催化劑的使用本設計DME合成塔采用輻射型固定床反應器，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)生的化學反應為放熱反應。所用沸石型酸性氧化鋁分子篩為φ=3mm，L=5～8mm白色顆粒狀，堆積體積密度≤0.7t/m3，具有良好的化學性質(zhì)及足夠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)濟指標，在再生與使用周期上也有較好的表現(xiàn)。工藝設計的該催化劑可使甲醇的一次性轉(zhuǎn)化率≥80﹪，選擇性指標接近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準，設計產(chǎn)品工藝指標可參照表（2.5）。3主要塔設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)合甲醇脫水反應式可得下式：3.1汽化塔及其附屬設備的計算選型3.1.1物料衡算已知F′=8041.2958kg/h，xF′=90%，xD′=99%,xW′=0.5%（以上均為質(zhì)量百分數(shù)），摩爾分率：進料平均相對分子質(zhì)量M平均=83.50%×32.04+16.50%×18.02=29.73kg/kmol則進料摩爾流量為：總物料；易揮發(fā)組分帶入數(shù)據(jù)解得：D=203.57kmol/hW=56.91kmol/h塔頂產(chǎn)品平均相對分子質(zhì)量為M=32.04×98.24%+18.02×(1-98.24%)=31.79kg/kmol塔頂產(chǎn)品質(zhì)量流量為D=203.57×31.79=6426.7049kg/h塔釜產(chǎn)品平均相對分子質(zhì)量為M=32.04×0.2818%+18.02×(1-0.2818%)=18.06kg/kmol塔釜產(chǎn)品質(zhì)量流量為W=56.91×18.06=1027.7046kg/h表3.1物料衡算結(jié)果表表3.2甲醇-水平衡時的t、x、y數(shù)據(jù)根據(jù)汽液平衡表（即x-y-t表），利用內(nèi)插法求解塔頂溫度tLD、tVD塔釜溫度tW進料液溫度tF回流比的確定：由表3.2的數(shù)據(jù)繪制x-y圖由圖可知進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,由點a（XD,XD）向平衡線作切線，交軸于b（0，20.62），即精餾操作線截距，所以，所以。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。平均相對揮發(fā)度α：t=92.9℃時t=66.9℃時3.1.2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用最廣的加熱劑，由于飽和水蒸氣冷凝時的傳熱膜系數(shù)很高，可以通過改變蒸汽的壓力準確地控制加熱溫度。燃料燃燒所排放的煙道氣溫度可達100-1000℃，適用于高溫加熱，缺點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。本設計選用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，不但成本會相應降低，塔結(jié)構(gòu)也不復雜。常用的冷卻劑是水和空氣，應因地制宜加以選用。受當?shù)貧鉁叵拗?，冷卻水一般為10-25℃。本設計選用20℃的冷卻水，選升溫10℃，即冷卻水的出口溫度為35℃。（2）冷凝器的熱負荷及冷卻介質(zhì)消耗量冷凝器的熱負荷其中——塔頂上升蒸汽的焓；——塔頂餾出液的焓。其中——甲醇的蒸發(fā)潛熱；水的蒸發(fā)潛熱蒸發(fā)潛熱與溫度的關系：,其中——對比溫度。表3.3沸點下蒸發(fā)潛熱列表由沃森公式計算塔頂溫度下的潛熱65.18℃時，對甲醇:蒸發(fā)潛熱:對水，同理得蒸發(fā)潛熱對于全凝器作熱量衡算（忽略熱損失），選擇泡點回流，因為塔頂甲醇含量很高，與露點相接近，所以代入數(shù)據(jù)冷卻劑的消耗量（3）加熱器的熱負荷及全塔熱量衡算選用1.2Mpa(187.8℃)飽和水蒸氣為加熱介質(zhì)表3.4甲醇、水在不同溫度下混合的比熱容[單位：kcal/(kg.℃)]甲醇水則有kcal/hkcal/h對全塔進行熱量衡算為了簡化計算，以進料焓，即68.25℃時的焓值為基準做熱量衡算塔釜熱損失為10%，則η=0.9，則式中——加熱器理想熱負荷；——加熱器實際熱負荷；——塔頂餾出液帶出熱量；——塔底帶出熱量。加熱蒸汽消耗量kj/kg(187.6℃,1.2Mpa)表3.5熱量衡算數(shù)據(jù)結(jié)果列表單位kcal/h3.1.3理論板數(shù)、塔徑、填料選擇及填料層高度的計算（1）理論板數(shù)的計算由于本次設計時汽化塔的相對揮發(fā)度是變化的，所以不能用簡捷法求得，應用圖解法。精餾段操作線方程為,截距連接與q線交于d點，連接與d點，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)與應用仍是沿著散裝填料與規(guī)整填料兩個方面進行。本汽化塔設計選用25×0.8金屬拉西環(huán)亂堆填料。（3）塔徑設計計算汽化塔設計的主要依據(jù)和條件：表3.6不同溫度下甲醇和水的密度表3.7查化工工藝設計手冊整理得甲醇-水特殊點粘度塔頂、塔底、進料條件下的流量及物性參數(shù)：表3.8汽化塔塔頂數(shù)據(jù)結(jié)果表表3.9汽化塔塔底數(shù)據(jù)結(jié)果表表3.10汽化塔進料數(shù)據(jù)結(jié)果表精餾段及提餾段的流量及物性參數(shù)：表3.11精餾段、提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表由氣速關聯(lián)式:式中——干填料因子；——液體粘度，mPa·s；A——250Y型為0.291；L、G——液體、氣體質(zhì)量流速；、——氣體、液體密度；g——重力加速度。精餾段：=1.118kg/m3，=744.74kg/m3，=0.97，=250，=0.331mPa·s，L=31389.04kg/h，G=39128.14kg/h，A=0.022代入式中求解得=2.44m/s空塔氣速u=0.6=0.6×2.44=1.46m/s,℃體積流量考慮到市場的需求存在波動性,設計中選取四個塔，則每個塔的體積流量:,則求得塔徑D=1.46m圓整后：D=1.5m空塔氣速u=1.38m/s提餾段：代入數(shù)值得=3.00m/s空塔氣速u=0.6=1.80m/s℃體積流量于是==2.46圓整后：D=1.40m,空塔氣速u=1.60m/s選取整塔塔徑為D=1.5m。選取汽化塔的規(guī)格為：Ф2700/700×1500,VN=4.8m2拉西環(huán)填料（4）填料層高度的計算精餾段：查化工原理（天大修訂版下冊[10]）P191得依經(jīng)驗數(shù)據(jù)取等板高度HETP=0.5m，則精餾段總壓降提餾段：查得提餾段總壓降全塔填料層總壓降填料總高度表3.12填料層高度和壓強降計算匯總表3.1.4汽化塔附屬設備的選型計算（1）甲醇回流冷凝器選用管殼式冷凝器，被冷凝氣體走管間，以便于及時排出冷凝液，采用逆流換熱。取冷凝器傳熱系數(shù)逆流：T65.18℃→65.01℃t35℃←20℃△tm=℃選取冷凝器規(guī)格為：Φ800×4500，冷凝面積F=112.9m2（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℃=1.18×107kcal/h選用兩個塔底再沸器，則每個再沸器的換熱面積為：=/2=9.76選取再沸器的型號為：Ф273×3000，換熱面積為F=11.3m23.2合成塔及其附屬設備的計算選型3.2.1物料衡算進塔甲醇蒸汽流量=235.670/4=58.92kmol/h由反應式其單程轉(zhuǎn)化率為80%，DME選擇性≥99%則生成二甲醚的出塔流量為未反應的甲醇出塔流量為出塔水的流量為3.2.2合成塔的選取：合成塔的尺寸為立式Φ1000×6680，催化劑載量V=1.5m33.2.3熱量衡算及附屬設備的選型計算（1）合成反應熱的計算：查天大四版物理化學上冊附錄得，反應放熱為:進塔甲醇蒸汽的熱量：其中——汽化塔塔頂餾出液帶出熱量；——甲醇蒸汽由65.01℃加熱到240℃所需熱量；0.72——65.01℃時甲醇的比熱容，單位kcal/(kg·℃);1.41——240℃時甲醇的比熱容；出塔混合液的熱量：損失的熱量取反應熱的10%則根據(jù)經(jīng)驗值取混合液體的比熱容=11.8kJ/(kg·℃)，則合成塔的出口溫度為℃（2）第一熱交換器的計算選型：取出口溫度為260.0℃,傳熱系數(shù)K=200W/(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：T289.98℃→260.0℃t90℃←65.01℃取該條件下混合液體的比熱容=11.0kj/(kg·℃)，則交換熱量為則換熱面積為：查文獻選取換熱器規(guī)格為：Φ273×1500，換熱面積F=4.7m2（3）第二熱交換器的計算選型：原料液溫度由常溫25℃加熱到汽化塔進料溫度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=200W/(m2·℃)。逆流：T260℃→170℃t68.25℃←25℃℃進入第二熱交換器的熱量：取該條件下混合液體的比熱容=8.5kJ/(kg·℃)，則交換熱量為換熱面積查文獻選取換熱器規(guī)格為:Φ400×1500，換熱面積F=12.2m2（4）第一冷凝器的計算選型：熱流體進口溫度170℃，出口溫度100℃；冷凝水的進口溫度20℃，出口溫度為35℃。逆流：T170℃→100℃t35℃←20℃℃進入第一冷凝器的熱量：表3.13沸點下蒸發(fā)潛熱列表由沃森公式計算平均溫度135℃下的潛熱135℃時，對二甲醚：，可以看出不能用沃森公式推算，結(jié)合化工工藝手冊乙醚在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=17.50kJ/mol.135℃時，對水：,則，對甲醇，同理得=0.796，=0.659則，于是混合液的汽化潛熱可由下式計算，取該條件下混合液體的比熱容=6.5kJ/(kg·℃)，則交換熱量為換熱系數(shù)取K=700W/(m2·℃)，則換熱面積為查文獻得冷凝器的規(guī)格為：Φ273×3000，換熱面積F=9.7m2（5）第二冷凝器的計算選型熱流體進口溫度100℃，出口溫度25℃；冷凝水的進口溫度20℃，出口溫度為35℃。逆流：T100℃→25℃t35℃←20℃℃由沃森公式計算平均溫度62.5℃下的潛熱=15.536kJ/mol.，=35.407kJ/mol.，=42.730kJ/mol.假設第一冷凝器的冷凝效率為80%，于是混合液的汽化潛熱可由下式計算取該條件下混合液體的比熱容=3.6kJ/(kg·℃)，則交換熱量為換熱系數(shù)取K=800W/(m2·℃)，則換熱面積為查文獻得冷凝器的規(guī)格為Φ273×2000，換熱面積F=7.4m2：3.3初餾塔及其附屬設備的計算選型本塔設計為二甲醚、甲醇、水三組分的精餾計算，現(xiàn)做簡化設計，按二甲醚——甲醇兩組分精餾計算，因為水的沸點高于甲醇的沸點，可近似處理將水的流量并到甲醇中按二組分精餾計算設計初餾塔。進料質(zhì)量流量摩爾流量=58.7其中二甲醚的質(zhì)量流量為1056.38，摩爾流量為22.93甲醇的質(zhì)量流量為371.02，摩爾流量為11.58水的質(zhì)量流量為435.90，摩爾流量為24.19摩爾分率二甲醚為39.06%，甲醇為19.72%，水為41.22%質(zhì)量分率二甲醚為56.69%，甲醇為19.91%，水為23.39%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（）計算，所得二甲醚-甲醇的t-x-y數(shù)據(jù)如下表。表3.14二甲醚-甲醇平衡時的t、x、y數(shù)據(jù)3.3.1物料衡算已知：進料，二甲醚的摩爾流量為22.93kmol/h，甲醇的摩爾流量為11.58kmol/h二甲醚的摩爾分率為，甲醇的摩爾分率為根據(jù)物料衡算方程解得采用泡點進料q=1，由汽液平衡數(shù)據(jù)，用內(nèi)插法求得進料溫度為℃此溫度下，；表3.15物料衡算結(jié)果表3.3.2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、塔底溫度、泡點溫度=35.6℃,=126.94℃注：下標1為DME,下標2為甲醇。二甲醚的比熱容采用摩爾定壓方程計算得出（數(shù)據(jù)來自于化學工程師手冊[4]P59），甲醇的比熱容查自于化工工藝手冊上冊[3]2-702溫度下：16.05kcal/(kmol·℃)=67.20kJ/(kmol·K)，10.62kcal/(kmol·℃)=44.46kJ/(kmol·K)溫度下80.11kJ/(kmol·K)，48.06kJ/(kmol·K)溫度下：，塔頂:（2）塔頂以0℃為基準，0℃時塔頂上升氣體的焓值為（3）回流液的焓kcal/(kmol·℃)=67.07kJ/(kmol·K)kcal/(kmol·℃)=44.72kJ/(kmol·K)（4）餾出液的焓。因為餾出口與回流口組成一樣，所以（5）冷凝器消耗（6）進料口的焓。溫度下：，kcal/(kmol·℃)=45.68kJ/(kmol·K)所以（7）塔底殘液焓。（8）再沸器（全塔范圍列衡算式）設再沸器損失能量所以，表3.16熱量衡算結(jié)果表3.3.3理論塔板數(shù)的計算塔頂溫度下，塔底溫度下，則全塔平均相對揮發(fā)度：查吉利蘭圖得，，解得N=24.96（含釜）進料液的相對揮發(fā)度為塔頂與進料的相對揮發(fā)度：同上可得，N=12.60取整數(shù)，精餾段理論板數(shù)為14塊，加料板位置為從塔頂數(shù)第15塊理論板，整塔理論板數(shù)為25塊3.3.4初餾塔主要尺寸的設計計算表3.17二甲醚和甲醇在不同溫度下的密度（1）塔頂條件下的流量和物性參數(shù)，（2）塔底條件下的流量和物性參數(shù)，（3）進料條件下的流量和物性參數(shù)精餾段：提餾段：（4）精餾段的流量和物性參數(shù)（5）提餾段的流量和物性參數(shù)（6）體積流量塔頂：塔底：進料：精餾段：提留段：3.3.5塔徑設計計算選用500（BX）型波紋填料。（1）精餾段塔徑計算由氣速關聯(lián)式式中——泛點空塔氣速，m/s；g——重力加速度，；——干填料因子，；、——氣相、液相密度，；——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；。表3.18計算得二甲醚、甲醇的特殊點的粘度/cP已知：=12.028，=650.8，=0.90，=500,L=3719.48kg/h，V=4732.98kg/h，A=0.30。代入式中求得，=0.491m/s空塔氣速u=0.6=0.295m/s于是得圓整后：D=0.7m，空塔氣速u=0.286m/s（2）提餾段塔徑計算已知：=9.066，=683.9，=0.90，=500,L=5177.595kg/h，V=3988.65kg/h，A=0.30。帶入計算得=0.506m/s空塔氣速u=0.6=0.304m/s于是得圓整后：D=0.8m，空塔氣速u=0.245m/s選取整塔直徑為D=0.8m。3.3.6填料層高度的計算（1）精餾段：查得壓降（2）提餾段：查得壓降全塔高度3.3.7附屬設備的選型計算（1）冷凝器選用列管式冷凝器，逆流方式操作，冷卻水進口溫度為25℃，出口溫度為35℃。取K=700W/(m2·℃)逆流：T35.6℃→34.9℃t35℃←25℃℃查文獻得規(guī)格：Φ800×6000，換熱面積F=280.7m2（2）再沸器選擇187.8℃的飽和水蒸氣加熱，=119.5℃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=1000W/(m2·℃)℃則換熱面積為查文獻得規(guī)格為：Φ800×3000，換熱面積F=125.0m23.4精餾塔及其附屬設備的計算選型操作壓力為0.78MPa，二甲醚-甲醇的汽液平衡數(shù)據(jù)可依據(jù)Antoine方程（）計算，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)查自化學工程師手冊[4]P59、P55。表3.19二甲醚-甲醇平衡時的t、x、y數(shù)據(jù)3.4.1物料衡算已知：進料，，根據(jù)物料衡算方程解得采用泡點進料q=1，由汽液平衡數(shù)據(jù)，用內(nèi)插法求得進料溫度為℃此溫度下，表3.20物料衡算結(jié)果表3.4.2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、塔底溫度、泡點溫度=32.95℃=126.94℃=33.82℃注：下標1為DME,下標2為甲醇。二甲醚的比熱容采用摩爾定壓方程計算得出溫度下：，溫度下：，溫度下：塔頂（2）塔頂以0℃為基準，0℃時塔頂上升氣體的焓值為（3）回流液的焓=66.95=44.51（4）餾出液的焓因為餾出口與回流口組成一樣，所以（5）冷凝器消耗（6）進料口的焓溫度下：，44.46所以（7）塔底殘液焓（8）再沸器（全塔范圍列衡算式）設再沸器損失能量所以，表3.21熱量衡算結(jié)果3.4.3理論塔板數(shù)的計算塔頂溫度下，塔底溫度下，則全塔平均相對揮發(fā)度：查吉利蘭圖得，，解得N=41.65（含釜）進料液的相對揮發(fā)度為塔頂與進料的相對揮發(fā)度：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3.4.4精餾塔主要尺寸的設計計算表3.22醚和甲醇在不同溫度下的密度（1）塔頂條件下的流量和物性參數(shù)，由（2）塔底條件下的流量和物性參數(shù)（3）進料條件下的流量和物性參數(shù)，精餾段：提餾段：（4）精餾段的流量和物性參數(shù)（5）提餾段的流量和物性參數(shù)（6）體積流量塔頂：塔底：進料：精餾段：提餾段：3.4.5塔徑設計計算選用500（BX）型波紋填料。（1）精餾段塔徑計算由氣速關聯(lián)式式中——泛點空塔氣速，m/s；g——重力加速度，；——干填料因子，；、——氣相、液相密度，；——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；。表3.23二甲醚、甲醇的特殊點的粘度/cP已知：=13.907，=640.51，=0.90，=500,L=2580.8kg/h，V=3621.5kg/h，A=0.30。代入式中求得，=0.477m/s空塔氣速u=0.6=0.286m/s于是得圓整后：D=0.6m，空塔氣速u=0.256m/s（2）提餾段塔徑計算已知：=10.613，=684.0，=0.90，=500,L=3132.33kg/h，V=3066.73kg/h，A=0.30。帶入計算得=0.518m/s空塔氣速u=0.6=0.311m/s于是得圓整后：D=0.6m，空塔氣速u=0.295m/s選取整塔直徑為D=0.6m。3.4.6填料層高度的計算（1）精餾段：查得壓降（2）提餾段：查得壓降全塔高度3.4.7附屬設備的選型計算（1）冷凝器選用列管式冷凝器，逆流方式操作，冷卻水進口溫度為25℃，出口溫度為30℃。取K=700W/(m2·℃)逆流：T33.82℃→32.95℃t30℃←25℃℃查文獻得規(guī)格：Φ600×4500，換熱面積F=109.3m2（2）再沸器選擇187.8℃的飽和水蒸氣加熱，=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=1000W/(m2·℃)℃則換熱面積為查文獻選型：Φ273×2000，換熱面積F=7.4m23.5回收塔及其附屬設備的計算選型回收塔的原料液來源于汽化塔、初餾塔、精餾塔的釜殘液，一同進入回收塔進行精餾回收甲醇，作為原料液回收循環(huán)利用，這無論是在經(jīng)濟上還是環(huán)保上都是需要的。3.5.1物料衡算進料其中甲醇含量為，則甲醇的摩爾分率即進料組成為，,由物料衡算方程解得D=11.89kmol/h，W=65.59kmol/h進料平均相對分子質(zhì)量塔頂產(chǎn)品平均相對分子質(zhì)量：塔釜產(chǎn)品平均相對分子質(zhì)量：則質(zhì)量流量，操作壓力為0.02MPa。由于泡點進料q=1，由汽液平衡數(shù)據(jù)用內(nèi)插法求得進料液溫度℃此溫度下，甲醇的飽和蒸汽壓，水的飽和蒸汽壓表3.24甲醇-水平衡時的t、x、y數(shù)據(jù)表3.25衡算結(jié)果表3.5.2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、塔底溫度、泡點溫度=29.08℃=59.88℃=30.95℃注：下標1為甲醇,下標2為水。甲醇的比熱容查自于化工工藝手冊上冊，水的比熱容查自于天大修訂版化工原理上冊附錄。溫度下：44.20kJ/(kmol·K)，75.23kJ/(kmol·K)溫度下：45.41kJ/(kmol·K)，75.45kJ/(kmol·K)溫度下：塔頂（2）塔頂以0℃為基準，0℃時塔頂上升氣體的焓值為（3）回流液的焓=44.28kJ/(kmol·K)，=75.22kJ/(kmol·K)（4）餾出液的焓因為餾出口與回流口組成一樣，所以（5）冷凝器消耗（6）進料口的焓溫度下：=45.07kJ/(kmol·K)，=75.25kJ/(kmol·K)所以（7）塔底殘液焓（8）再沸器（全塔范圍列衡算式）設再沸器損失能量所以表3.26熱量衡算結(jié)果表3.5.3理論塔板數(shù)的計算塔頂溫度下，塔底溫度下，則全塔平均相對揮發(fā)度：查天大化工原理下冊[11]P37吉利蘭圖得，，解得N=15.69（含釜）進料液的相對揮發(fā)度為塔頂與進料的相對揮發(fā)度：同上可得，N=9.94取整數(shù)，精餾段理論板數(shù)為10塊，加料板位置為從塔頂數(shù)第11塊理論板，整塔理論板數(shù)為16塊3.5.4回收塔主要尺寸的設計計算表3.27甲醇和水在不同溫度下的密度（1）塔頂條件下的流量和物性參數(shù)，由（2）塔底條件下的流量和物性參數(shù)，（3）進料條件下的流量和物性參數(shù)，精餾段：提餾段：（4）精餾段的流量和物性參數(shù)（5）提餾段的流量和物性參數(shù)（6）體積流量塔頂：塔底：進料：精餾段：提留段：3.5.5塔徑設計計算表3.28填料的選擇（1）精餾段所以℃用內(nèi)插法：又因代入有圓整取：空塔速度（2）提餾段℃用內(nèi)插法：又因解得取圓整：空塔氣速選取整塔直徑為。表3.29特殊點下甲醇粘度和水的密度3.5.6填料層高度的計算（1）精餾段：查得壓降（2）提餾段：查得壓降全塔高度3.5.7附屬設備的選型計算（1）冷凝器選用列管式冷凝器，逆流方式操作，冷卻水進口溫度為25℃，出口溫度為30℃。取K=900W/(m2·℃)逆流：T30.95℃→29.08℃t30℃←25℃℃查文獻規(guī)格：Φ1000×3000，換熱面積F=213.6m2（2）再沸器選擇150℃的飽和水蒸氣加熱，=59.88℃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=1200W/(m2·℃)℃則換熱面積為查文獻規(guī)格：Φ273×1500，換熱面積F=5.4m24環(huán)境保護及三廢處理4.1主要污染源及主要污染物本設計采用較先進的工藝技術，主要污染物主要來自于二甲醚合成塔、初餾塔、精餾塔、回收塔產(chǎn)生的廢氣、廢液及少量的廢渣(催化劑)。4.2設計中采取的環(huán)保措施及其簡要處理工藝流程（1）環(huán)保治理措施①廢氣處理二甲醚精餾塔排出的廢氣中含有、有害物質(zhì)，甲醇蒸餾塔廢氣中含有、CO和有害物質(zhì)，因為這兩股廢氣數(shù)量稀少，故可以燃燒處理。裝置開停車時排放的可燃性氣體，可以燃燒處理。②廢水處理本裝置生產(chǎn)時廢水主要有蒸汽冷凝水、循環(huán)水排污、精餾廢水等。分別采用以下治理措施：蒸汽冷凝水經(jīng)冷卻后送入新建脫鹽水站用作進水代替部分原水；精餾廢水含少量甲醇，本設計的甲醇回收塔處理后廢水己達排放標準，經(jīng)冷卻后收集輸送到污水處理站；循環(huán)水排污廢水中含微量污染物，可直接排放。③廢渣處理生產(chǎn)中產(chǎn)生的少量的廢催化劑用填埋等方式處理。本裝置廢渣可送當?shù)靥盥駡鎏盥裉幚?；廢甲醇、二甲醚催化劑等送至回收廠家回收利用。④噪聲本裝置噪聲主要為壓縮機、鼓風機等各類泵噪聲。各類機泵應優(yōu)先選用低噪聲電機并加消聲器，將主要噪聲源集中在隔音房內(nèi)。在操作中只設流動崗位，不固定值班；需要固定值班的，可將機房和操作間用隔聲門窗分開，并在廠區(qū)種植降噪植物，以減少噪音。（2）預期效果本裝置投產(chǎn)后，正常生產(chǎn)時“三廢”均通過治理，且均能達到國家的有關環(huán)境標準，預計本裝置的建設對周圍環(huán)境影響很小。本項目建成后，塔釜殘液全部用作精餾甲醇和二甲醚的原料液，故而有利于環(huán)境保護，生產(chǎn)環(huán)境較為清潔。（3）環(huán)保管理及監(jiān)測本項目對環(huán)境管理和監(jiān)測將設專人負責，并由中心化驗室予以統(tǒng)一管理控制，保證環(huán)境友好生產(chǎn)。（4）綠化概況廠區(qū)在道路兩側(cè)、空地、房間旁進行綠化，種植各類喬木、灌木等，以達到降噪除塵的目的。全廠綠化系數(shù)不低于30%。4.3裝置危險性物料主要物性二甲醚生產(chǎn)過程中主要的有毒有害物料有一氧化碳、二氧化碳、甲醇和二甲醚醇等。(1)一氧化碳一氧化碳為無色、無味、有毒、易爆氣體?？諝庵械谋O限為12.5～74.2%(V)。一氧化碳有毒，能同血液中的血紅素結(jié)合使其失去吸氧功能，導致血液中毒，產(chǎn)生頭痛、呼吸困難、昏迷、窒息等癥狀。(2)二氧化碳二氧化碳為無色、非易燃氣體，能以碳酸鹽和碳酸氫鹽的形式存在人體中，并能透過肺泡膜。人吸入高濃度的二氧化碳后，因缺氧可使人昏倒、昏迷，嚴重時出現(xiàn)休克或停止呼吸。(3)甲醇無色易揮發(fā)液體，有微弱氣味，可經(jīng)吸入、食入、皮膚及接觸對人體造成危害。低于500ppm，吸入后引起頭痛、嘔吐、驚厥、痛性痙攣、怕光，甚至失明。食入還會損傷肝、腎等，甚至致死。甲醇自然溫度464℃，閃點11.1℃，易燃、易揮發(fā)、易爆。甲醇蒸汽與空氣形成爆炸性混合