年产20万吨甲醇制二甲醚工艺设计_毕业设计

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毕业设计

题目：年产20万吨甲醇制二甲醚工艺设计学院：化学与材料工程学院

专业：化学工程与工艺

姓名：

学号：

完成时间：

设计说明

作为液化石油气（LPG）和石油类的替代燃料，目前二甲醚（DME）倍受注目。DME是具有与LPG的物理性质相类似的化学品，在燃烧时不会产生破坏环境的气体，能便宜而大量地生产。与甲烷一样，被期望成为21世纪的能源之一。目前生产的二甲醚基本上由甲醇脱水制得，即先合成甲醇，然后经甲醇脱水制成二甲醚。甲醇脱水制二甲醚分为液相法和气相法两种工艺，本设计采用气相法制备二甲醚工艺。将甲醇加热蒸发，甲醇蒸气通过γ-AL2O3催化剂床层,气相甲醇脱水制得二甲醚。气相法的工艺过程主要由甲醇加热、蒸发、甲醇脱水、二甲醚冷凝及精馏等组成。

甲醇气相法合成二甲醚是目前国内外二甲醚生产的主要工艺，该法以精甲醇为原料，脱水反脱水和二甲醚精馏等工艺。目前国外公布的大型二甲醚建设项目绝大多数采用两步法工艺技术，说明甲醇气相法有较强的综合竞争力。

关键词：二甲醚，甲醇，工艺设计

Design specification

As LPG and oil alternative fuel, DME has drawn attentions at present. Physical properties of DME is similar for LPG, and don’t produc e 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 γ-Al2O3catalyst bed, vapor methanol dehydration to dimethyl etherby[2]. This process is made of methanol process heating, evaporation, dehydration of methanol, dimethyl ether condensation and distillation etc.

Methanol gas phase method synthesis of dimethyl ether is at home and abroad and dimethyl ether, the main technology of production with fine methanol as raw materials, dehydrated, reaction by-products less, dimethyl ether purity of 99.9%, the craft is mature, the device wide adaptability, simple post-treatment, can be directly built in methanol production factory, also can be built in other public facilities good the methanol production factory. The law should pass methanol synthesis, methanol distillation, methanol dehydration and dimethyl ether distillation, etc. At present foreign large dimethyl ether released most of the construction project by two-step process technology, explain methanol gas phase method has the strong comprehensive competitive power.

Key words: dimethyl ether, methanol, process design

目录

前言 (1)

1 绪论 (2)

1.1 二甲醚概述 (2)

1.1.1 二甲醚的发展现状 (2)

1.1.2 二甲醚的传统领域的应用及其拓展 (2)

1.2 国内二甲醚市场简况 (3)

1.2.1 现状 (3)

1.2.2 国内市场预测 (4)

1.3 国外二甲醚市场简况 (5)

1.3.1 现状 (5)

1.3.2 国外市场预测 (6)

1.4 原料说明 (6)

1.5 二甲醚的性质 (7)

1.6 二甲醚的主要技术指标 (8)

2 DME产品方案及生产规模 (9)

2.1 产品品种、规格、质量指标及拟建规模 (9)

2.2 产品规格、质量指标 (9)

2.3 产品方案分析及生产规模分析 (9)

3 工艺流程介绍 (11)

3.1 生产方法简述 (11)

3.2 工艺流程说明 (12)

3.3 生产工艺特点 (13)

3.4 主要工艺指标 (14)

3.4.1 二甲醚产品指标 (14)

3.4.2 催化剂的使用 (14)

4主要塔设备计算及选型 (15)

4.1 汽化塔及其附属设备的计算选型 (15)

4.1.1 物料衡算 (15)

4.1.2 热量衡算 (17)

4.1.3 理论板数、塔径、填料选择及填料层高度的计算 (19)

4.1.4 汽化塔附属设备的选型计算 (22)

4.2 合成塔及其附属设备的计算选型 (23)

4.2.1 物料衡算 (23)

4.2.2 合成塔的选取 (23)

4.2.3 热量衡算及附属设备的选型计算 (23)

4.3 精馏塔及其附属设备的计算选型 (26)

4.3.1 物料衡算 (26)

4.3.2 热量衡算 (27)

4.3.3 理论塔板数的计算 (28)

4.3.4 精馏塔主要尺寸的设计计算 (29)

4.3.5塔径设计计算 (30)

4.3.6 填料层高度的计算 (31)

4.3.7 附属设备的选型计算 (31)

4.3.8 塔板的流体力学验算 (34)

4.3.9 塔板负荷性能图 (35)

4.4 回收塔及其附属设备的计算选型 (37)

4.5.1 物料衡算 (37)

4.4.2 热量衡算 (38)

4.4.3 理论塔板数的计算 (39)

4.4.4 回收塔主要尺寸的设计计算 (40)

4.4.5塔径设计计算 (41)

4.4.6 填料层高度的计算 (42)

4.4.7 附属设备的选型计算 (42)

5 全厂总平面布置 (44)

5.1 全厂总平面布置的任务 (44)

5.2 全厂总平面设计的原则 (44)

5.3 全厂总平面布置内容 (44)

5.4 全厂平面布置的特点 (45)

5.5 全厂人员编制 (45)

6 设计的体会和收获 (46)

参考文献 (47)

附录 (48)

致谢 (51)

主要符号说明

1 英文字母

C P－恒压热容，Kmol·K N－塔板数；理论板数；筛孔数

D－塔顶馏出液流量，kmol/h；塔径，m；Np－实际塔板数；

do－筛孔直径，mm；N T－理论塔板数；

E－液流收缩系数，无因次；P－操作压强；塔顶产品量，Kmol/h E T－全塔效率（总板效率），无因次；△P－压强降，

e V－雾沫夹带量，kg（液）/kg（气）；q－进料热状态参数；

F－进料流量，kmol/h；气相动能因数，

Q－传热速率或热负荷，KJ/h

m/s(kg/m3)1/2；

H－塔高，m；R－回流比；开孔区半径，m；

H T－板间距，m；T－温度，K

h C－与干板压降相当的液柱高度，m；t－筛孔中心距，mm；

h1－进口堰与降液管间的水平距离m；，t′－筛孔中心距，mm；

V S－塔内上升蒸气流量，m3/s；u－空塔气速，m/s;

h L－板上液层高度，m；V－塔内上升蒸气流量，kmol/h；

ho－降液管底隙高度，m；ψ－液体密度校正系数

h ow－堰上液层高度，m；W－釜残液（塔底产品）流量，kmol/h；

H V－汽化热，KJ//Kmol W d－弓形降液管宽度，m；

y－气相中易挥发组分的摩尔分率；W C－无效区宽度，m；

K－相平衡常数；浮阀的稳定性系数W S－安定区宽度，m；

L－塔内下降液体的流量，kmol/h；x－液相中易挥发组分的摩尔分率；

L S－塔内下降液体的流量，m3/s；φ－开孔率；

l w－溢流堰长度，m；u o－降液管底隙处液体流速，m/s;

M－分子量，kg/kmol u o－筛孔气速，m/s;

hσ——与克服液体表面张力的压降所当的液柱高度，m；

h d－与液体流经降液管的压降相当的液柱高度,m；

h l－与气流穿过板上液层的压降相当的液柱高度，m；

h P－与单板压降相当的液层高度，m;

2 希腊字母：

α－相对挥发度ρ－密度，Kg/m3

δ－表面张力，达因/cm μ－粘度，mpa．S

3 下标：

A－轻关键组分L－液相

B－重关键组分V－气相

C－非重关键组分m－平均

D－馏出液min－最小或最少F－原料液max－最大的

W－残液量T－理论的

i－组分序号P－实际的

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前言

二甲醚又称甲醚、木醚氧、二甲，是最简单的脂肪醚重要的甲醇下游产品之一。二甲醚的理化性质比较独特，热植高，无毒、无害，具有潜在的广泛用途，除作为有机化工原料广泛用于制药、染料、农药等，还用于替代氟里昂用作汽溶胶喷射剂和制冷剂，由于其良好的燃料性能，具有实用、通用、环保、安全、质优价廉的优点，最近作为民用代用燃料和柴油代用燃料，二甲醚受到人民的日益重视[1]。

20世纪70年代，二甲醚开始被用作气雾剂，以取代破坏臭氧层的氟里昂。近几年来，在各国寻求清洁燃料的过程中，二甲醚的良好燃烧性能和低污染排放的特性使其日益受到重视。二甲醚作为清洁燃料具备如下特征：①资源量丰富，来源广；②环境友好，其排放物对环境的影响很小；③技术可行、成熟，可在大范围内使用；④经济可行，其成本有竞争力；⑤易于实现，其运行所需要的基础设施和现有基础设施基本相容，不需要另装一套装置。

本设计流程简洁明畅，工艺条件温和，操作简易方便。而且设备台数较少，设备制作立足于国内现状，均能在国内制造而不需进口，可大大降低项目投资。其它各项效益指标及盈亏平衡分析结果均表明本项目具有很强的抗风险能力。上述各方面问题的研究结果表明，20万吨/年二甲醚项目符合国家产业政策和未来能源市场发展方向，市场预测乐观，工艺方案合理，工艺技术成熟可靠。

本设计包括设计说明书和图纸两部分。说明书主要包括工艺流程的确定，物料衡算，热量衡算，工艺设备的设计及选型，厂房平面布置，还有进行初步的经济分析等。图纸包括工艺流程图，主设备图，车间布置平面等。