【甲醇?xì)庀喾ㄉa(chǎn)二甲醚的工藝設(shè)計(jì)12000字（論文）】

甲醇?xì)庀喾ㄉa(chǎn)二甲醚的工藝設(shè)計(jì)摘要二甲醚又稱甲醚，簡稱DME，是一種無毒醚類化合物，它可以從媒、天然氣等多種資源中制取。常溫下二甲醚具有惰性，不自動(dòng)氧化，不會(huì)對(duì)儲(chǔ)存材料產(chǎn)生腐蝕，不會(huì)提高長期接觸人群發(fā)生癌癥的可能性，比較安全、健康。同時(shí)，二甲醚也是重要的化工原料，可以與許多精細(xì)化學(xué)品的合成；并且二甲醚也在多個(gè)領(lǐng)域百花齊放，例如化妝品、制藥、染料、制冷劑、農(nóng)藥等化學(xué)工業(yè)中也有了它的一席之地；又因?yàn)槎酌延袃?yōu)良的燃燒性能，碳鏈短，組分單一，熱效率高，燃燒過程中無殘液，無黑煙，所有它也是高效清潔燃料。本文簡單敘述了甲醇制備二甲醚的方法，另外主要著重介紹了甲醇?xì)庀喾ㄉa(chǎn)二甲醚的工藝流程。此次車間生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)以甲醇為主要原料，利用氣相法來生產(chǎn)二甲醚，設(shè)計(jì)包括反應(yīng)工段與提純工段，而且進(jìn)行了具體的物料衡算與能量衡算，同時(shí)設(shè)計(jì)了車間布置圖，還對(duì)非工藝部分進(jìn)行了必要的說明。關(guān)鍵詞：二甲醚；甲醇；清潔燃料；氣相法；物料衡算[6]。作為工業(yè)燃料二甲醚作為清潔燃料，它以自身的優(yōu)勢出現(xiàn)在了傳統(tǒng)制造業(yè)，例如陶瓷、玻璃的制造。傳統(tǒng)燃料重油使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生難以處理的油霧顆粒及大量碳粒，對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)造成影響，對(duì)后續(xù)清潔工作造成不小的阻礙及環(huán)境產(chǎn)生污染。與傳統(tǒng)燃料重油相比，二甲醚本身只含C、H、O三種化學(xué)元素，在進(jìn)行工藝生產(chǎn)的完全燃燒時(shí)只會(huì)生成二氧化碳和水，不含細(xì)微顆粒，產(chǎn)出的產(chǎn)品品質(zhì)更為優(yōu)異，對(duì)環(huán)境友好。二甲醚也可以作為切割和焊接的燃料。傳統(tǒng)工藝上常用乙炔來切，而割和焊接的工藝本身就具有易燃易爆的特點(diǎn)，二甲醚的的燃點(diǎn)和爆炸下限均高于乙炔，在工藝操作時(shí)二甲醚更為安全。二甲醚作為切割氣，切割鋼板的斷口面更為光滑，價(jià)格更為便宜REF_Ref30905\r\h[7]。作為汽油添加劑和發(fā)動(dòng)機(jī)燃料隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的選擇也被人們逐漸關(guān)注，當(dāng)二甲醚作為此類燃料代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車燃料時(shí)，可以大大提高發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)效率，提高了10%到15%，同時(shí)熱效率也得到優(yōu)化，而且應(yīng)其含氧量高，燃燒時(shí)CO排放量也很低REF_Ref23712\r\h[8]REF_Ref71295382\r\h[9]，根據(jù)FleishTREF_Ref71295499\r\h[10]和SorensonSCREF_Ref16541\r\h[11]研究結(jié)果表明，二甲醚作為燃料的性能卓越，碳排放量極低，有害物的排放量也低于傳統(tǒng)燃料，十分符合我國建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)經(jīng)濟(jì)。而且二甲醚優(yōu)勢不僅僅在代替，它更可以與柴油這種傳統(tǒng)燃料混合使用，為市場提供了更多的選擇。1.2.3二甲醚的規(guī)格本項(xiàng)目主要產(chǎn)品為99.9%的二甲醚第二章工藝流程設(shè)計(jì)2.1二甲醚生產(chǎn)方式的確定二甲醚的常用生產(chǎn)方式有氣相甲醇脫水法、液相甲醇脫水法及合成氣一步法。三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，氣相法生產(chǎn)過程中需要的能量消耗較大，液相法制取過程中設(shè)備損耗較大REF_Ref71295842\r\h[12]，合成氣一步法制備工藝沒有氣相法及液相法工藝成熟、催化劑要求較高。綜合來說，選取氣相法制備相對(duì)安全、成熟。2.1.1氣相法批量生產(chǎn)二甲醚的方法中目前為止應(yīng)用最為廣泛是氣相法，此生產(chǎn)工藝成熟，環(huán)境污染較小。氣相法常采用ZSM分子篩、磷酸鋁或γ-Al2O3等固體酸性催化劑，反應(yīng)在車間生產(chǎn)工藝流程中進(jìn)行時(shí)反應(yīng)溫度在300℃左右，原料通過換熱器加熱到達(dá)原料的沸點(diǎn)，使原料汽化變成氣相，氣相原料在固體酸性催化劑的作用下，脫去水，產(chǎn)生所需要的產(chǎn)物二甲醚。氣相法生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)過不斷的優(yōu)化，生產(chǎn)工藝技術(shù)已經(jīng)非常的成熟，產(chǎn)生的副產(chǎn)物也可以作為其它產(chǎn)品，對(duì)環(huán)境友好REF_Ref71296466\r\h[13]。2.1.2液相法液相法由硫酸法發(fā)展而來，在早期脫水劑常常會(huì)選取濃硫酸。此法的反應(yīng)溫度在145℃左右(可上下可浮動(dòng)15℃)，轉(zhuǎn)化率高(>80%)、選擇性優(yōu)異(>99%)。在使用過程中由于濃硫酸及甲醇都具有腐蝕性，尤其濃硫酸是強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)，導(dǎo)致設(shè)備會(huì)被嚴(yán)重的腐蝕，生產(chǎn)設(shè)備需及時(shí)更換，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。生產(chǎn)過程中無法回收的原料、催化劑及產(chǎn)生的廢水對(duì)我們的生活環(huán)境造成破壞等許多的問題?，F(xiàn)在國內(nèi)外基本都不再使用液相法生產(chǎn)二甲醚REF_Ref20299\r\h[14]。2.1.3合成氣一步法氣相法及液相法制取二甲醚的技術(shù)已經(jīng)非常的成熟，二者早已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。合成氣一步法制備中選取了一氧化碳與氫氣的合成氣作為制取二甲醚的原料，通過催化劑的催化作用，再經(jīng)反應(yīng)器生成二甲醚。此生產(chǎn)工藝對(duì)催化劑的要求比較高，催化劑需要滿足甲醇的合成及二甲醚的生成，同時(shí)在生產(chǎn)過程中催化劑的穩(wěn)定性還容易被生產(chǎn)工藝中的水及二氧化碳影響REF_Ref14995\r\h[15]。2.2二甲醚生產(chǎn)工藝流程的敘述在年產(chǎn)2萬噸二甲醚生產(chǎn)裝置的工藝設(shè)計(jì)過程中，可將車間生產(chǎn)工藝大體分為兩個(gè)工段，第一階段工段為反應(yīng)工段，第二工段為提純工段。2.2.1反應(yīng)工段將原料甲醇通過泵(P0101)送到預(yù)熱器(E0101)中，經(jīng)預(yù)熱器(E0101)將甲醇升溫至300℃并對(duì)甲醇加17bar的壓力，使液相甲醇轉(zhuǎn)化成氣相甲醇，再通過壓力差將氣相甲醇輸送至成醚反應(yīng)器(R0101)中，在成醚反應(yīng)器中經(jīng)催化劑γ-Al2O3固體酸性粒子催化發(fā)生放熱反應(yīng)，其中約八成的氣相甲醇被脫水并生成二甲醚，后經(jīng)壓差將氣相混合物輸送到冷卻器(E0102)中，經(jīng)冷卻器(E0102)的冷卻氣相混合物轉(zhuǎn)變成液相混合物。2.2.2提純工段提純工段通過兩個(gè)塔完成。產(chǎn)品精制塔：來自反應(yīng)工段的混合液體在壓差的輸送下通過進(jìn)料口進(jìn)入產(chǎn)品精制塔(T0101)。在產(chǎn)品精制塔(T0101)中，利用混合液體中各體系的沸點(diǎn)不同將二甲醚與甲醇和水分離，二甲醚產(chǎn)品從塔頂流出，而甲醇與水則從塔釜流出，流出液輸送至甲醇回收塔(T0102)。經(jīng)過產(chǎn)品精制塔的提純，可將二甲醚的純度提高至99%以上。甲醇回收塔：來自產(chǎn)品精制塔(T0101)的甲醇水混合相通過壓差流入甲醇回收塔(T0102)中，甲醇在甲醇回收塔(T0102)中與水分離出來，甲醇從塔頂餾出，而水則從塔釜流出，塔頂流出的甲醇循環(huán)回原料儲(chǔ)槽中(V0101)，可繼續(xù)循環(huán)利用。2.3工藝流程圖圖1年產(chǎn)兩萬噸二甲醚工藝流程圖2.4二甲醚生產(chǎn)工藝指標(biāo)的選擇通過aspenplusV11軟件的計(jì)算優(yōu)化，并結(jié)合本項(xiàng)目制定的年產(chǎn)兩萬噸二甲醚的條件。選取的工藝條件如下表1。表1反應(yīng)工段物料衡算表工段名稱反應(yīng)溫度（℃）壓力（bar）反應(yīng)3001-17提純19-1261-17第三章物料衡算3.1原料規(guī)格、用量及來源根據(jù)網(wǎng)上可查詢的甲醇報(bào)價(jià)表，選取價(jià)格優(yōu)惠、規(guī)格合適的甲醇作為本生產(chǎn)工藝中原料甲醇的來源。表2近期甲醇報(bào)價(jià)表產(chǎn)地價(jià)格（元/噸）交易商規(guī)格新能鳳凰2590新能鳳凰（滕州）能源有限優(yōu)等品華東港口2620華東港口甲醇市場優(yōu)等品國產(chǎn)2600南通潤豐石油化工有限公司優(yōu)等品國產(chǎn)2350青海鴻道化工有限公司優(yōu)等品山東聯(lián)盟2630山東壽光聯(lián)盟化工集團(tuán)有限優(yōu)等品晉煤明水化工2630山東晉煤明水化工集團(tuán)有限優(yōu)等品國產(chǎn)2800湖南萬里勝途工貿(mào)有限公司優(yōu)等品如上表，我選取了青海鴻道化工有限公司的甲醇，價(jià)格為2350元/噸。3.2aspen流程模擬該項(xiàng)目采用aspenplusV11進(jìn)行流程模擬，模擬圖如下。圖2年產(chǎn)兩萬噸二甲醚a(bǔ)spen流程模擬圖3.3物料衡算物料衡算是一種化工工藝計(jì)算過程，它可以算是化工計(jì)算過程中基礎(chǔ)計(jì)算，可以用來確定物料的比例，生產(chǎn)物料時(shí)無聊的轉(zhuǎn)變量等。同時(shí)物料衡算可以幫助我們迅速的掌握物料進(jìn)料量和產(chǎn)出量，以便能量衡算，因?yàn)槟芰亢馑愕挠?jì)算是在物料衡算的結(jié)果上進(jìn)行的。物料衡算是化工工藝計(jì)算中的基石，是化工工藝計(jì)算中的不可消磨的存在，沒有物料衡算化工工藝計(jì)算無法進(jìn)行。3.3.1反應(yīng)工段物料衡算利用aspenplusV11進(jìn)行反應(yīng)工段物料衡算，衡算數(shù)據(jù)詳見表3。表3反應(yīng)工段物料衡算表進(jìn)出物料流股名稱流股相態(tài)流股壓力bar質(zhì)量流量kg/h摩爾流量kmol/h項(xiàng)目進(jìn)料1液相13870.05120.78混合罐出料2液相14837.05151.02輸送泵出料3液相174837.05151.02預(yù)熱器出料4氣相174837.05151.02反應(yīng)器出料5氣相174837.05151.02流股詳細(xì)物料組成詳見表4。表4反應(yīng)工段流股組成表進(jìn)出物料流股名稱摩爾組成%CH4OH2OC2H6O項(xiàng)目進(jìn)料1100混合罐出料299.9070.09297090.0000291輸送泵出料399.9070.09297090.0000291預(yù)熱器出料499.9070.09297090.0000291反應(yīng)器出料519.981440.055839.96283.3.2提純工段物料衡算利用aspenplusV11進(jìn)行反應(yīng)工段物料衡算，衡算數(shù)據(jù)詳見表5。表5提純工段物料衡算表進(jìn)出物料流股名稱流股相態(tài)流股壓力bar質(zhì)量流量kg/h摩爾流量kmol/h項(xiàng)目出料7液相52781.5860.39冷卻器出料6液相174837.05151.02精制塔出料8氣相52055.4790.6304回收塔出料9液相11088.4760.39回收塔回流10液相1966.99930.2404流股詳細(xì)物料組成詳見表6。表6提純工段流股組成表進(jìn)出物料流股名稱摩爾組成%CH4OH2OC2H6O項(xiàng)目出料70.06299320.000006899.937冷卻器出料619.981440.055839.9628精制塔出料833.353766.746280.00002回收塔出料90.062859399.93710.0000407回收塔回流1099.53570.4642960.0000043.3.3總物料衡算利用aspenplusV11進(jìn)行總物料衡算，衡算數(shù)據(jù)詳見表7。表7總物料衡算表進(jìn)料出料流股名稱質(zhì)量流量單位摩爾流量單位流股名稱質(zhì)量流量單位摩爾流量單位13870.05kg/h120.78koml/h72781.58kg/h60.39kmol/h91088.4860.39循環(huán)10966.999kg/h30.2404kmol/h10966.999kg/h30.2404kmol/h第四章能量衡算能量衡算是以質(zhì)量守恒定律（輸入能量+生成能量=消耗能量+積累能量+輸出能量）為基礎(chǔ)，能量衡算可以讓我們快速的對(duì)物料帶入或帶出體系的能量多少有一定的理解。同時(shí)能量衡算可以計(jì)算出工藝體系中物料之間交換的熱量以及生產(chǎn)工藝工程中熱量的分布概況。但是對(duì)于復(fù)雜的工藝流程，如果人工進(jìn)行物料衡算，計(jì)算量過于龐大，且就是過程繁雜，aspen

plus還可以很好的解決這個(gè)問題，不過依舊要遵循能量守恒定律和熱力學(xué)第一定律。在aspen中實(shí)現(xiàn)能量衡算的是熱流和功流。熱流是體現(xiàn)的熱量變化。如補(bǔ)加或移除一部分熱量。功流體現(xiàn)的是做功問題，如給壓縮機(jī)補(bǔ)加多少功。4.1反應(yīng)工段利用aspenplusV11進(jìn)行反應(yīng)工段能量衡算，衡算數(shù)據(jù)詳見表8。表8反應(yīng)工段能量衡算表進(jìn)出物料流股名稱摩爾焓kcal/mol質(zhì)量焓kcal/kg摩爾熵cal/mol·K質(zhì)量熵cal/g·K焓流Gcal/h項(xiàng)目進(jìn)料1-56.9408-1777.06-57.3816-1.79081-6.87731混合罐出料2-56.7629-1772.23-56.7566-1.77203-8.57236輸送泵出料3-56.7178-1770.23-56.6166-1.76766-8.56554預(yù)熱器出料4-44.418-1386.8-28.1687-0.879472-6.70803反應(yīng)器出料5-46.4534-1450.35-27.8012-0.867999-7.015414.2提純工段利用aspenplusV11進(jìn)行提純工段能量衡算，衡算數(shù)據(jù)詳見表9。表9提純工段能量衡算表進(jìn)出物料流股名稱摩爾焓kcal/mol質(zhì)量焓kcal/kg摩爾熵cal/mol·K質(zhì)量熵cal/g·K焓流Gcal/h項(xiàng)目出料7-48.6073-1055.3-76.1013-1.65221-2.93545冷卻器出料6-58.0939-1813.78-55.5114-1.73316-8.77336精制塔出料8-62.4163-2752.07-38.3594-1.69135-5.65681回收塔出料9-66.8739-3710.25-34.8743-1.93487-4.03851回收塔回流10-56.0525-1752.9-54.4267-1.70206-1.695054.3總能量衡算利用aspenplusV11進(jìn)行總物料衡算，衡算數(shù)據(jù)詳見表10。表10總能量衡算表流股名稱摩爾焓kcal/mol質(zhì)量焓kcal/kg摩爾熵cal/mol·K質(zhì)量熵cal/g·K焓流Gcal/h進(jìn)料1-56.9408-1777.06-57.3816-1.79081-6.87731出料7-48.6073-1055.3-76.1013-1.65221-2.935459-66.8739-3710.25-34.8743-1.93487-4.03851循環(huán)10-56.0525-1752.9-54.4267-1.70206-1.695054.4動(dòng)力消耗該項(xiàng)目設(shè)計(jì)為年產(chǎn)2萬噸二甲醚，根據(jù)aspenV11進(jìn)行項(xiàng)目公用工程模擬計(jì)算，模擬數(shù)據(jù)可得項(xiàng)目所需的動(dòng)力消耗。其主要消耗詳見下表11。表11動(dòng)力消耗定額及消耗量名稱規(guī)格單位每小時(shí)用量工業(yè)用水20℃1.7MPaKg/h88277.615℃0.5MPaKg/h5608825℃0.1MPaKg/h18514.9工業(yè)用電6000/380/220VKW2160.29低壓蒸汽145℃0.1MPaKg/h365.78第五章主要設(shè)備計(jì)算5.1反應(yīng)器根據(jù)aspenplusV11軟件模擬計(jì)算此車間工藝項(xiàng)目，可知成醚反應(yīng)器入口甲醇的體積流量為423.333m3/h。由文獻(xiàn)查閱可知在反應(yīng)溫度為300℃和壓力為17bar條件下，選取γ

-AL2O3為催化劑，選取空速為24h-1。催化劑藏量V=423.33324=17.64

根據(jù)文獻(xiàn)選取催化床層孔隙率為0.3，則催化劑裝填體積為：V單管催化劑體積為：V所需要管數(shù)：N圓整后，N=2764選取管心距t=1.25d0，管板利用率為0.95，因此管心距為：t反應(yīng)器內(nèi)徑：D反應(yīng)器采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，直徑高度為6.3m，總高度7.7m。5.2塔設(shè)備高徑比很大的設(shè)備統(tǒng)稱為塔器，在aspenplusV11軟件的塔設(shè)計(jì)模塊中出現(xiàn)了板式塔和填料塔這兩種精餾塔，兩種塔有各自的特點(diǎn)。表12填料塔與板式塔特點(diǎn)項(xiàng)目優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)填料塔塔的整體結(jié)構(gòu)相較于板式塔比較簡單；由于塔體一般是耐腐蝕的材質(zhì)，不易被具有腐蝕性的物質(zhì)侵蝕，設(shè)備壽命長久，后處理更為方便；氣體在塔內(nèi)上升的速度允許范圍較大，可操作的范圍較大；在塔內(nèi)液體體積占比填料塔容積小等塔內(nèi)需要填充各種形態(tài)的填充物，導(dǎo)致填料的成本較大，填料塔的制造成本上升；由于塔自身限制，導(dǎo)致它不適用對(duì)含有固體懸浮物質(zhì)的混合物及容易聚集的混合物的精餾；不適用于需要復(fù)雜精餾的混合物，只能進(jìn)行簡單精餾等板式塔可以處理的混合物量比較大；將混合物中各體系分離出來的效率相對(duì)穩(wěn)定；對(duì)于任意集結(jié)成污垢、造成大顆粒造成塔堵塞的物質(zhì)，板式塔比較容易后處理；在對(duì)塔體進(jìn)行維護(hù)、清理、檢查等操作時(shí)比較便捷等只能制作塔徑較大的塔型(>0.6m)；不適用于容易產(chǎn)生泡沫的混合物；只適合壓降大的環(huán)境進(jìn)行精餾操作，難以在真空條件下進(jìn)行分離操作等；5.2.1產(chǎn)品精制塔為分離成醚反應(yīng)器中流出流股中的產(chǎn)品分離出來，必須經(jīng)過產(chǎn)品精制塔。該項(xiàng)目采用aspenplusV11軟件對(duì)二甲醚的合成過程進(jìn)行模擬及計(jì)算，圖3所示為冷卻器出料結(jié)果。圖3年產(chǎn)兩萬噸二甲醚冷卻器出口物料濃度首先aspenplusV11軟件的模擬確定產(chǎn)品精制塔進(jìn)料狀態(tài)與組成，詳細(xì)情況如表13所示。表13產(chǎn)品精制塔進(jìn)料狀態(tài)與組成表狀態(tài)溫度℃25壓力bar17氣相摩爾分率0液相摩爾分率1質(zhì)量流量kg/h4837.05體積流量m3/h6.24708摩爾組成%CH4OH2OC2H6O19.981440.055839.9628隨后繼續(xù)通過aspenplusV11軟件確定產(chǎn)品精制塔出料狀態(tài)與組成，詳細(xì)情況如表4所示。（1）塔頂出料詳況根據(jù)項(xiàng)目要求塔頂主要產(chǎn)出物為二甲醚，詳細(xì)情況如表14所示。表14產(chǎn)品精制塔塔頂采出狀態(tài)與組成表狀態(tài)溫度℃99.5264壓力bar5氣相摩爾分率0液相摩爾分率1質(zhì)量流量kg/h2781.578體積流量m3/h4.19068摩爾組成%CH4OH2OC2H6O0.06299320.000006899.937（1）塔釜出料詳況根據(jù)aspenplusV11軟件模擬結(jié)果，塔釜主要產(chǎn)出物為水，詳細(xì)情況如表15所示。表15產(chǎn)品精制塔塔釜采出狀態(tài)與組成表狀態(tài)溫度℃125.21壓力bar5氣相摩爾分率0液相摩爾分率1質(zhì)量流量kg/h2055.47體積流量m3/h2.68643摩爾組成%CH4OH2OC2H6O33.353766.746280.00002采用aspenplusV11軟件對(duì)解吸塔單獨(dú)建立流程模擬，輸入產(chǎn)品精制塔進(jìn)料狀態(tài)與組成結(jié)果如下圖5。圖4年產(chǎn)兩萬噸二甲醚獨(dú)立產(chǎn)品精制塔流程模擬圖圖5年產(chǎn)兩萬噸二甲醚獨(dú)立產(chǎn)品精制塔流程模擬數(shù)據(jù)圖通過aspenplusV11軟件可以確定進(jìn)料塔板（由上自下）為第7塊塔板，由于進(jìn)料處的體積流量較小，所以選取板徑較小的填料塔進(jìn)行產(chǎn)品的精制。通過aspenplusV11軟件的塔設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行塔設(shè)計(jì)工藝參數(shù)計(jì)算，詳細(xì)過程如下圖。圖6獨(dú)立產(chǎn)品精制塔塔設(shè)計(jì)模塊數(shù)據(jù)輸入圖圖7獨(dú)立產(chǎn)品精制塔塔設(shè)計(jì)模塊數(shù)據(jù)輸入圖設(shè)計(jì)塔板間距為0.5米，產(chǎn)品精制塔整體塔徑為0.5米，對(duì)產(chǎn)品精制塔進(jìn)行水力學(xué)校核，詳細(xì)結(jié)果如下圖。圖8產(chǎn)品精制塔塔水力學(xué)校核圖圖9產(chǎn)品精制塔水力學(xué)校核圖對(duì)產(chǎn)品精制塔進(jìn)行塔徑圓整，整體塔徑為0.5米，且校核結(jié)果無誤，可得塔總高為8.5米（不含底座）。5.2.2甲醇回收塔該項(xiàng)目采用aspenplusV11軟件來模擬二甲醚的合成過程，圖10所示為產(chǎn)品精制塔塔釜出料結(jié)果。圖10年產(chǎn)兩萬噸二甲醚產(chǎn)品精制塔出口物料濃度甲醇回收塔甲醇進(jìn)料組成如下：進(jìn)料中易揮發(fā)組分甲醇摩爾分?jǐn)?shù)xF餾出液中易揮發(fā)組分摩爾分?jǐn)?shù)x釜?dú)堃褐幸讚]發(fā)組分摩爾分?jǐn)?shù)x進(jìn)料液摩爾流率F總物料：F=D+W全塔物料衡算：F代入數(shù)據(jù)，解得D對(duì)于飽和液體進(jìn)料時(shí)，進(jìn)料熱狀況參數(shù)q=1 xR求得最小回流比 R回流比R=R=由Aspen軟件得到塔頂、進(jìn)料、塔底溫度，通過查找得到三個(gè)溫度下的飽和蒸汽壓。數(shù)據(jù)如下表：表16塔內(nèi)不同位置的飽和蒸汽壓飽和蒸汽壓甲醇水塔頂99.2114523.925進(jìn)料732.0988232.01塔底341.487797.759ααααm=α全塔N把李德將吉利蘭最開始的數(shù)據(jù)通過整理，在常規(guī)范圍內(nèi)，可以得到如下方程式：Y=0.545827?0.591422X+0.002743/X其中：X=R?Rmin將Rmin=0.帶入公式X=再將X的值帶入Y=0.545827?0.591422X+實(shí)際塔板數(shù)N=23提餾段N把李德將吉利蘭最開始的數(shù)據(jù)通過整理，在常規(guī)范圍內(nèi)，可以得到如下方程式：Y=0.545827?0.591422X+0.002743/X其中：X=R?Rmin將Rmin=0.帶入公式X=再將X的值帶入Y=0.545827?0.591422X+實(shí)際塔板數(shù)N=根據(jù)上述計(jì)算，進(jìn)料板位置為第13塊板，精餾段板數(shù)為10，提餾段板數(shù)為13查T-x-y圖讀圖得塔頂塔底溫度tD=64.2707℃全塔平均溫度為t精餾段平均溫度 t提餾段平均溫度 tWF=(99.5264平均摩爾質(zhì)量塔頂 MM進(jìn)料MM塔底MM精餾段平均分子量為：液相：M氣相：M提餾段平均分子量液相： M氣相: M根據(jù)查閱甲醇和水在不同溫度下的的濃密，可計(jì)算出在塔頂、進(jìn)料及塔底的密度。塔頂甲醇749.99kg/m3水984.25kg/m3進(jìn)料甲醇685.21kg/m3水966.70kg/m3塔底甲醇712.51kg/m3水974.92kg/m31/塔頂物料密度：1/ρρ同理計(jì)算得進(jìn)料 ρ塔底 ρ精餾段液相平均密度ρ提餾段液相平均密度ρ由計(jì)算可知精餾段實(shí)際塔板數(shù)為10，提餾段實(shí)際塔板數(shù)為13。操作壓強(qiáng)pD進(jìn)料板壓強(qiáng)： p塔底壓強(qiáng)： p精餾段平均壓強(qiáng)p提餾段平均壓強(qiáng) p精餾段氣相密度ρ提餾段氣相密度ρ查物性數(shù)據(jù)手冊(cè)得到不同溫度下的兩液體表面張力，可求得塔頂，進(jìn)料，塔底溫度下甲醇和水的表面張力。甲醇：σD=18.91mN/m;σ水：σBD=65.12mN/m混合液體表面張力：σσσσ精餾段平均表面張力為：σ提餾段平均表面張力為：σ精餾段上升蒸汽量V：V=(R+1)D=V精餾段下降液體量L： L=RDL提餾段上升蒸汽量V'V因泡點(diǎn)進(jìn)料，則 VV提餾段下降液體量L'LL精餾段塔徑：L通過查閱史密斯關(guān)聯(lián)圖，可得CC=uu=u=0.最終計(jì)算塔徑 D提餾段塔徑：L通過查閱史密斯關(guān)聯(lián)圖，可得CC=uu=u=0.最終計(jì)算塔徑 D根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)塔徑規(guī)定，對(duì)甲醇回收塔的整體塔徑進(jìn)行整理，可知塔徑D初選板間距 H精餾段有效高度：Z提餾段有效高度Z故甲醇回收塔總有效高度：Z=對(duì)甲醇回收塔進(jìn)行塔徑圓整，整體塔徑為0.7米，可得塔總高為11米（不含底座）。5.3換熱器5.2.1冷卻器由aspenplusV11可以確定冷卻器入口流股狀態(tài)，詳細(xì)情況見表17。表17冷卻器入口流股狀態(tài)表溫度300℃壓力17bar質(zhì)量流量4837.05kg/h體積流量423.333m3/h組成CH4OH2OC2H6O質(zhì)量分?jǐn)?shù)%202357比熱容kJ/（kg·℃）1.67483.4671.7012由上表可計(jì)算出該流股的平均比熱容為2.10kJ/（kg·℃），質(zhì)量流量為4837.05kg/h。換熱器類型選用的是固定管板式換熱器，選擇冷卻水作為換熱介質(zhì)，設(shè)置冷卻水由25℃升溫至40℃。代入如下公式：①計(jì)算熱負(fù)荷與冷卻水流量：熱負(fù)荷QD=②計(jì)算兩流體的平均溫差（暫時(shí)按逆流單殼程、多管程計(jì)算，下同）。逆流時(shí)平均溫度差為：QUOTE△tm'=△t2?△查圖得：?△△③初期選擇換熱器規(guī)格。根據(jù)兩流體的狀況，假設(shè)K=300W/(mS=利用aspenEDR組件進(jìn)行換熱器核算，在aspen中將heater模塊替換為heatX模塊，輸入換熱器參數(shù)如下。圖11heatX模塊參數(shù)輸入圖然后將heatX模塊導(dǎo)入到EDR組件中進(jìn)行核算，可以得到如下數(shù)據(jù)。圖12EDR模塊核算輸入圖核算結(jié)果如下圖。圖13heatX模塊核算結(jié)果圖圖14EDR模塊核算結(jié)果圖冷卻器經(jīng)核算后符合工藝要求，從EDR中導(dǎo)出冷卻器基本結(jié)果圖如下。圖15EDR模塊導(dǎo)出冷卻器結(jié)構(gòu)圖參考化工工藝手冊(cè)，換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)選定冷卻器型號(hào)為BEU500I-4-39.6型換熱器（固定管板式換熱器）。5.2.2回收塔冷凝器①計(jì)算熱負(fù)荷與冷卻水流量：熱負(fù)荷QD=W②計(jì)算兩流體的平均溫差（暫時(shí)按逆流單殼程、多管程計(jì)算，下同）。逆流時(shí)平均溫度差為：QUOTE△tm'=△P=t2查圖得：?△△③初選換熱器規(guī)格。根據(jù)兩流體的狀況，假設(shè)K=300W/(mS=由于Tm?tm=125+502?64+252=43℃<50℃，不需要考慮熱補(bǔ)償。據(jù)此，由換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)表18回收塔塔頂全凝器換熱器基本參數(shù)殼徑/mm219管子尺寸/mmΦ19×2公稱壓力/MPa1.6管長/m2公稱面積/m23.7管子總數(shù)33管程數(shù)1管子排列方法正方形斜轉(zhuǎn)45°實(shí)際傳熱面積S若選擇該型號(hào)的換熱器，則要求過程的總傳熱系數(shù)為K由前面計(jì)算可知，選用該型號(hào)換熱器時(shí)要求的總傳熱系數(shù)為301.91W/(m2.℃)，換熱器型號(hào)為BEU219I-1.6-5.4主要設(shè)備選型表（1）產(chǎn)品精制塔表19產(chǎn)品精制塔主要參數(shù)表精餾段塔高/m3塔徑/m0.5塔板間距/m0.5進(jìn)料塔板塔高/m0.5塔徑/m0.5塔板間距/m0.5提餾段塔高/m5塔徑/m0.5塔板間距/m0.5總塔塔高/m9塔徑/m0.5塔板間距/m0.5（2）甲醇回收塔表20甲醇回收塔主要參數(shù)表精餾段塔高/m4.5塔徑/m0.7塔板間距/m0.5進(jìn)料塔板塔高/m0.5塔徑/m0.7塔板間距/m0.5提餾段塔高/m6塔徑/m0.7塔板間距/m0.5總塔塔高/m11.5塔徑/m0.7塔板間距/m0.5換熱器表21甲醇回收塔主要參數(shù)表名稱換熱介質(zhì)換熱器類型換熱器型號(hào)2#冷卻器冷卻水固定管板式換熱器BEU500-4-39.6-3/25-2I產(chǎn)品精制塔冷凝器冷卻水固定管板式換熱器BES400-1.6-28.4-3/19-2I產(chǎn)品精制塔再沸器低壓蒸汽固定管板式換熱器BFU219-1.6-2.7-1.5/25-2II甲醇回收塔冷凝器冷卻水固定管板式換熱器BEU219-1.6-3.7-2/19-2I第六章非工藝部分6.1三廢處理說明本工藝采用氣相甲醇脫水法，主要污染物來自于二甲醚成醚反應(yīng)器、品精制塔、甲醇回收塔產(chǎn)生的廢氣廢液及少量的廢渣（催化劑）。6.1.1廢氣由二甲醚產(chǎn)品精制塔排除的廢氣中含有可燃性氣體甲烷、窒息性氣體一氧化碳等，甲醇回收塔中排除的廢氣中同樣含有可燃性氣體甲烷、窒息性氣體一氧化碳，但因?yàn)檫@兩股廢氣排放量稀少，故可以進(jìn)行燃燒處理。6.1.2廢水本車間生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)的甲醇回收塔排放的廢水，經(jīng)過處理后的廢水通過檢測已經(jīng)達(dá)到了排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，進(jìn)行冷卻操作后的廢水收集并輸送至就近的污水處理站處理。循環(huán)冷卻水中排污廢水中含微量污染物，可直接排放。6.1.3廢渣本車間生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的少量廢催化劑，可以采用填埋等物理方法來進(jìn)行處理，填埋地點(diǎn)選取當(dāng)?shù)卦O(shè)置的填埋場。生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的廢甲醇可以送至甲醇生產(chǎn)廠家回收利用。6.2節(jié)能及節(jié)能措施6.2.1能耗分析此生產(chǎn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目工序能耗較大的設(shè)備，主要有成醚反應(yīng)器、壓縮泵系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、以及塔設(shè)備換熱系統(tǒng)。6.2.2節(jié)能措施（1）在生產(chǎn)設(shè)備上可以選用一些能耗很低但是回報(bào)很高的設(shè)備；（2）在集中供水和供熱方面，可以讓能耗盡量減少一些不必要的消耗；（3）在選材方面可以選用一些良好的保溫材料，比如一些閥門的保溫能力較強(qiáng)、儲(chǔ)存罐的內(nèi)壁選擇保溫能力較強(qiáng)的材料以及在管道的選擇方面等；（4）在用水損耗方面，可以通過增加循環(huán)水用水的比例來節(jié)約用水損耗；（5）在布置車間設(shè)備是，做到盡量利用位差來運(yùn)輸各類物質(zhì)，這樣可以減少能源損耗，除此之外還可以在各車間分別安裝用水、用氣以及用電的用量表。（6）通過強(qiáng)化能源消耗管理制度，加強(qiáng)操作考核力度，同時(shí)對(duì)從業(yè)人員應(yīng)提高節(jié)能教育，來提高全廠員工的節(jié)能減排意識(shí)。6.3安全及安全保護(hù)措施6.3.1主要危險(xiǎn)因素（1）具有爆炸危險(xiǎn)性甲醇是工藝生產(chǎn)中最重要的原材料。氣相甲醇與空氣結(jié)合會(huì)產(chǎn)生具有爆裂性性的混合物，假如氣相甲醇泄露遇明火、高熱等都會(huì)引發(fā)火災(zāi)，氣相甲醇一旦發(fā)生爆炸，其釋放出的能量如同炸彈發(fā)生爆炸時(shí)所釋放的能量，破壞力強(qiáng)大且波及范圍廣泛。液相甲醇在儲(chǔ)存是要嚴(yán)格監(jiān)控，警防泄漏，儲(chǔ)存不當(dāng)，也會(huì)發(fā)生火災(zāi)。（2）高空作業(yè)危害該項(xiàng)目的廠房建筑是用框架結(jié)構(gòu)的廠房的，所以這會(huì)讓工作過程中作業(yè)高度相對(duì)較高，比如說產(chǎn)品精制塔、甲醇回收塔這些塔類設(shè)備均安裝于框架結(jié)構(gòu)的廠房內(nèi)，這會(huì)使得對(duì)塔類設(shè)備進(jìn)行作業(yè)時(shí)具有很高的危險(xiǎn)。（3）雷電在該項(xiàng)目中，主廠房是采用框架結(jié)構(gòu)的而且因?yàn)閺S房內(nèi)裝有危險(xiǎn)性較大的塔類設(shè)備，導(dǎo)致主廠房的高度相對(duì)較高，一旦避雷設(shè)施不夠完善，就有可能因?yàn)槔纂妼?dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生，該項(xiàng)目中甲醇所屬科目為甲類火災(zāi)危險(xiǎn)性物質(zhì)，這樣會(huì)引發(fā)爆炸等一系列后果。（4）電氣設(shè)備選用在電器設(shè)備上，假設(shè)選取不正確，就可能會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成極大的影響。6.3.2危險(xiǎn)、有害物質(zhì)的應(yīng)急與防護(hù)措施甲醇是此次工藝生產(chǎn)中不可缺少的原材料。眾所周知，甲醇是由毒性、不可直接接觸的。表22甲醇性質(zhì)表別名木醇；木酒精；木精化學(xué)分子式CH3OH分子量32.04外觀與性狀透明無色液體理化特性熔點(diǎn)/凝固點(diǎn)（°C）-98自燃溫度（°C）385相對(duì)密度（水=1）0.791蒸汽密度（空氣=1）1.11臨界溫度（°C）240臨界壓力（MPa）7.87燃料熱（液態(tài)）（KJ/mol）726.89表23甲醇急救措施表急救措施錯(cuò)誤操作處理方法皮膚接觸迅速脫去受到浸染的衣物，用肥皂水及活水不斷的沖洗，并及時(shí)就醫(yī)眼睛接觸迅速翻開上下眼瞼，用活水或濃度為0.9%的氯化鈉溶液沖洗至15分鐘，并及時(shí)就醫(yī)吸入迅速離開被污染的現(xiàn)場，移動(dòng)到空氣清新處，保證人體呼吸道暢通，保證身體溫度正常并休息，如遇呼吸困難者，及時(shí)對(duì)其輸送氧氣，呼吸停止者，及時(shí)進(jìn)行專業(yè)的人工呼吸，并立即就醫(yī)食入誤服者應(yīng)即可漱口防止口腔內(nèi)殘留，飲用足量的溫開水，盡快洗胃，并及時(shí)就醫(yī)二甲醚為本工藝設(shè)計(jì)的產(chǎn)物，但其屬于甲類火災(zāi)危險(xiǎn)性物質(zhì)，生產(chǎn)過程中需要嚴(yán)格監(jiān)控，防止發(fā)生災(zāi)害。表24二甲醚性質(zhì)表別名甲醚、兒茶醛二甲醚化學(xué)分子式C2H6O分子量46.07外觀與性狀無色無臭可壓縮氣體理化特性熔點(diǎn)/凝固點(diǎn)（°C）?141沸點(diǎn)（°C）?23.7相對(duì)密度（水=1）0.66蒸汽密度（空氣=1）1.62閃點(diǎn)（°C）-41飽和蒸汽壓（kPa）533.2/20°C表25二甲醚急救措施表急救措施錯(cuò)誤操作處理方法吸入迅速離開被污染的現(xiàn)場，移動(dòng)到空氣清新處，保證人體呼吸道暢通，保證身體溫度正常并休息，如遇呼吸困難者，及時(shí)對(duì)其輸送氧氣，呼吸停止者，及時(shí)進(jìn)行專業(yè)的人工呼吸，并立即就醫(yī)泄露迅速撤離泄漏污染區(qū)，工作人員移動(dòng)到上風(fēng)處，并進(jìn)行隔離，嚴(yán)格限制出入。切斷火源，建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿消防服。盡可能切斷泄漏源。用工業(yè)覆蓋或吸附/吸收劑蓋住泄漏點(diǎn)附近的下水道等地方，防止氣體進(jìn)入。合理通風(fēng)，加速擴(kuò)散，噴霧狀水稀釋、溶解。6.3.3生產(chǎn)安全防護(hù)措施（1）為了確保成醚反應(yīng)器的安全且不發(fā)生爆炸，應(yīng)該在成醚反應(yīng)器中重要位置上設(shè)置溫度傳感和攝像頭；（2）為了保證塔設(shè)備內(nèi)的正常溫度和壓力，保證塔可以正常運(yùn)行，應(yīng)該在產(chǎn)品精制塔和甲醇回收塔塔頂、進(jìn)料塔板和塔釜設(shè)置溫度傳感器和壓力傳感器；（3）安裝在現(xiàn)場的儀表外殼，是必須采用不銹鋼材料的；（4）在聯(lián)鎖回路的選擇上，可以采用故障安全型；（5）在有毒氣體和可燃?xì)怏w的檢測方面，必須設(shè)置濃度檢測報(bào)警儀；（6）廠區(qū)內(nèi)必須實(shí)施監(jiān)測可燃?xì)怏w的濃度，防止氣體泄露導(dǎo)致爆炸發(fā)生，可以設(shè)置可燃?xì)怏w探測系統(tǒng)；（7）在危險(xiǎn)性物料的進(jìn)出處必須要設(shè)置切斷閥；（8）放空口一定要設(shè)置在比周圍建筑高3.5m以上；（9）車間中間槽場地四周設(shè)置圍堰；（10）為了保證發(fā)生事故時(shí)可以應(yīng)急使用，要根據(jù)規(guī)范在生產(chǎn)車間內(nèi)設(shè)置淋洗器和洗眼器。第七章經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)7.1方法和依據(jù)（1）根據(jù)《建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)》進(jìn)行計(jì)算；（2）根據(jù)《化工投資項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)參數(shù)》進(jìn)行計(jì)算。7.2設(shè)定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（1）生產(chǎn)規(guī)模：年產(chǎn)2萬噸99%濃度的二甲醚產(chǎn)品；（2）項(xiàng)目使用年限設(shè)為20年。7.3成本估價(jià)根據(jù)前文可知，選取了青海鴻道化工有限公司