年产30万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）I年产年产 3.03.0 万吨二甲醚装万吨二甲醚装置分离精馏工段的设计置分离精馏工段的设计学 院：化学与生物工程学院专 业：化学工程与工艺姓 名：谢恒杰 学 号：指导老师：杨西 职 称：讲师兰州交通大学毕业设计（论文）2年产年产 3.0 万吨二甲醚装置分离精馏工段的设计万吨二甲醚装置分离精馏工段的设计摘摘 要要随着社会的发展，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。关键词关键词：二甲醚 合成 分离 三元体系 精馏兰州交通大学毕业设计（论文）3Annual output of 30,000 tons of dimethyl ether distillation section in the design of separation device AbstractWith 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 synthesis method 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兰州交通大学毕业设计（论文）4目 录第一章 绪论一、概述（一）（一） 设计规模及设计要求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）（二） 产品性质及用途产品性质及用途1、 二甲醚性质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ZSM5 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、 兰州交通大学毕业设计（论文）5四氯化碳、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。（3） 二甲醚的危险特性：二甲醚为易燃气体，与空气混合能形成爆炸性混合物。接触热、火星、火焰或氧化剂易燃烧爆炸。接触空气或在光照条件下可生成具有潜在爆炸危险性的过氧化物。气体比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃。若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。 （4）二甲醚的毒性：二甲醚的毒性很低，气体有刺激及麻醉作用的特性，通过吸入或皮肤吸收过量的此物品，会引起麻醉，失去知觉和呼吸器官损伤，长期接触使皮肤发红、水肿、生疱。浓度为 7.5%（体积）时，吸入 12 分钟后仅自感不适。浓度到8.2%（体积）时，21 分钟后共济失调，产生视觉障碍，30 分钟后轻度麻醉，血液流向头部，浓度为 14%（体积）时，经 23 分钟引起运动共济失调及麻醉，经 26 分钟失去知觉，皮肤接触甲醚时易冻伤。空气中允许浓度为 400ppm。二甲醚的物理性质见表 1-1 项目数值项目数值沸点（101.325kPa）/24.9 蒸汽压（20）/MPa0.53闪电（开杯法）/41.5燃烧值（气压）/(kJ/mol)1455熔点/141.4生成热（气态）/（kJ/mol）185.5兰州交通大学毕业设计（论文）6密度（20/）/（g/ml）0.661熔融热/kJ/mol107.3临界压力/MPa5.32蒸发热/(kJ/mol)467.4临界温度/ 128.8生成自由能/(kJ/mol)114.3临界密度/(g/ml)0.21725熵/J/(mol·K)266.8自燃温度/350蒸气密度/(kg/m3)1.918361.9173表 1-1 二甲醚的物理性质2、 二甲醚的用途二甲醚的用途（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