年产3.0万吨二甲醚装置分离精馏工段的设计_毕业设计

兰州交通大学毕业设计（论文）年产3.0万吨二甲醚装置分离精馏工段的设计学院：化学与生物工程学院专业：化学工程与工艺年产3.0万吨二甲醚装置分离精馏工段的设计摘要随着社会的发展，能源问题日益成为人们所关注的热门话题，二甲醚作为燃料可代替液化石油气成为可能。

二甲醚的合成技术来源主要有甲醇脱水法和一步直接合成法，甲醇脱水法有甲醇液相脱水法和甲醇气相脱水法。

相比于甲醇合成法，一步合成法具有流程短、投资省、能耗低且可获得较高的单程转化率的优点。

制取二甲醚的最新技术是从合成气直接制取，相比较甲醇脱水制二甲醚而言，一步法合成二甲醚因为体系存在有未反应完的合成气以及二氧化碳，要得到纯度较高的二甲醚，分离过程比较复杂。

合成气法现多采用浆态床反应器,其结构简单,便于移出反应热,易实现恒温操作，它可直接利用CO含量高的煤基合成气,还可在线卸载催化剂。

本设计主要针对分离中的精馏工序进行工艺设计，分离二甲醚、甲醇和水三元体系。

一步反应后产物分为气液两相，气相产物二甲醚被吸收剂吸收后送入解吸装置，液相甲醇、水进入甲醇分离系统对甲醇进行提纯，以便甲醇的再循环，部分二甲醚根据要求的纯度，从第二精馏塔加入。

在设计过程中涉及到二甲醚分离塔的工艺计算包括物料衡算、热量衡算、操作条件等；设备的计算包括塔板数、塔高、塔径等；还有附属设备主要是换热器和泵的设计与选型。

最后再通过流体力学演算证明各指标数据是否符合标准。

关键词：二甲醚合成分离三元体系精馏Annual output of 30,000 tons of dimethyl ether distillation section in the design of separation deviceAbstractWith the development of society, the energy problem has become the hot topic of concern, two ether as fuel can replace liquefied petroleum gas become possible. Two ether synthesis technology the main source of methanol dehydration method and one-step direct synthesis, methanol dehydration of methanol liquid-phase dehydration and methanol gas dehydration. Compared to methanol synthesis, one step synthesismethod has short technological process, saving investment, low energy consumption and can obtain higher one-way conversion advantages. Preparation of two methyl ether of the latest technology is directly prepared from synthesis gas, methanol dehydration to dimethyl ether is two, one step synthesis of two methyl ether because the system has not full reaction synthesis gas and carbon dioxide, to obtain high purity two ether separation process is more complex. Synthesis gas method is now adopted a slurry bed reactor, which has the advantages of simple structure, convenient from the reaction heat, easy to realize constant temperature operation, it can be directly used in high CO content in coal based syngas, also available online unloading catalyst. This design is mainly for the separation of distillation process for process design, separation of two methyl ether, methanol and water three element system of. One step reaction product is divided into gas-liquid two phase, gas phase product two ether is absorbent to desorption device, liquid phase methanol, water enters into a methanol separation system for methanol purification, so that recycling part two ether methanol, according to the requirements of the purity, from the second distillation column to join. In the design process involves two ether separation process calculation including material balance, heat balance, the operation condition of equipment; calculated including plate number, tower, tower diameter; and ancillary equipment is the main heat exchanger and pump selection and design. Finally, through the fluid mechanics calculation of the index data are consistent with the standard of proof.Keywords: DME synthesis separation ternary system distillation目录第一章绪论一、概述（一）设计规模及设计要求1、设计规模：年产3万吨的二甲醚分离精馏装置。

2、设计要求：操作压力0.2MPa（约两个大气压），饱和液体进料，连续进料操作，年开工时数8000小时。

原料采用工业级甲醇（甲醇含量≥99.5wt%，水含量≤0.5wt%），二甲醚分离塔进料中含二甲醚49wt%，产品中二甲醚的含量≥99wt%。

（二）产品性质及用途1、二甲醚性质二甲醚是最简单的脂肪醚。

它是二分子甲醇脱水缩合的衍生物。

可以用作气雾剂的抛射剂、制冷剂、发泡剂。

高浓度的二甲醚可用作麻醉剂。

主要由合成甲醇生产中的副产获得。

单独小规模生产时，可采用甲醇催化脱水方法。

有液相法和气相法两种：液相法是加热硫酸与甲醇混合物；气相法是将甲醇蒸气通过氧化铝催化剂（也可用ZSM－5型分子筛作为催化剂）。

二甲醚主要作为甲基化剂和生产二甲基苯胺、硫酸二甲酯等的原料，二甲醚（分子式：CH3OCH3，DME）又也可用于制取甲醛和合成汽油。

是一种重要的有机化工产品和化学中间体。

（1）二甲醚的物理性质：二甲醚亦称甲醚，英文dimethylether，英文缩写DME，化学分子式(CH3OCH3)，分子量为46.07，是重要的甲醇衍生物，沸点-24℃，凝固点-140℃。

二甲醚是一种含氧有机化合物，溶于水，在大气中可以降解，属于环境友好型物质。

二甲醚在常温下是一种无色气体，具有轻微的醚香味。

二甲醚无腐蚀性、无毒，在空气中长期暴露不会形成过氧化物，还具有优良的混溶性，能同大多数极性和非极性有机溶剂混溶。

在100ml水中可溶解3.700ml二甲醚气体，且二甲醚易溶于汽油、四氯化碳、丙酮、氯苯和乙酸甲酯等多种有机溶剂，加入少量助剂后就可与水以任意比互溶。

燃烧时火焰略带光亮。

（2）二甲醚的化学性质：作为一种重要的化学中间体，二甲醚在催化剂存在下与苯发生烷基化反应。

与一氧化碳反应生成乙酸甲酯；同系化反应还可以生成乙酸乙酯、乙酸酐。

与二氧化碳反应生成甲氧基乙酸。

与发烟硫酸或三氧化硫反应生成硫酸二甲酯。

与氰化氢反应生成乙腈。

表1-1 二甲醚的物理性质2、二甲醚的用途（1）用作燃料二甲醚可替代液化石油气(LPG)作为燃料。

它具有较高的十六烷值，液化后可以直接作为汽车燃料，其燃烧效果比甲醇燃料好。

它不但具有甲醇燃料的所有优点，还克服了其低温启动性和加速性能差的缺点。

由于二甲醚自身含氧，组分单一，碳链短，可实现无烟高效燃烧，并可降低噪音。

汽车尾气不需要催化转化处理，就能满足美国加利福尼亚洲有关汽车超低排放尾气的标准。

而且，现有的柴油车发动机只需略加改装就可燃用二甲醚燃料，且运行性能不会受到损害。

二甲醚在常温常压下为无色无味气体,在一定压力下为液体,其液化气与LPG性能相似,贮存于液化气钢瓶中的压力为1.35M Pa,小于LPG压力(1.92M Pa),因而可以代替煤气、石油液化气用作民用燃料。

二甲醚液化气作为民用燃料有一系列优点：二甲醚自身含氧,碳链短,燃烧性能良好,燃烧过程中无黑烟,燃烧尾气符合国家标准,其热值比柴油和液化天然气低,但比甲醇高。

二甲醚液化气在室温下压力符合现有LPG要求,可用现有的LPG 气罐集中统一盛装,储运安全,组成稳定,无残液,可完全利用;与LPG灶基本通用,使用方便,不需预热,随用随开。

二甲醚可按一定比例掺入液化气中和液化气一起燃烧,可使液化气燃烧更加完全,降低析碳量,并降低尾气中的一氧化碳和碳氢化合物含量;二甲醚还可掺入城市煤气或天然气管道系统中作为民用燃料混烧,不仅可解决城市煤气高峰时气量不足的问题,而且还可以改善煤气质量,提高热值。

总之,二甲醚在储存、运输、使用等方面比LPG更安全。

因此二甲醚代替LPG作为优良的民用洁净燃料,具有广阔的前景。