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1、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 化工与材料学院 化学工程与工艺专 业 姓 名 指导老师 学 号 职 称 年 月 毕业设计 年产 3 0 万吨二甲醚装置分离精馏工段设计 是在指导 教师的指导下 独立开展研究取得的成果 文中引用他人的观点和材 料 均在文后按顺序列出其参考文献 设计使用的数据真实可靠 承诺人签名 日期 年 月 日 年产 3 0 万吨二甲醚装置分离精馏工段的设计 摘 要 近年来 二甲醚已成为国际石油替代途径与新型二次能源的热点课题 引起各国关 注与重视 二甲醚的制备主要有甲醇脱水法和合成气一步法两种 与传统的甲醇合成二甲醚相 比 一步法合成二
2、甲醚工艺经济更加合理 在市场更具有竞争力 正在走向工业化 目 前 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 开发中的分离工艺主要采用吸收和精馏等化工单元操作过程得 到纯度较高的二甲醚产品 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 精馏塔采用浮阀塔 塔顶冷凝装置采用全凝器 用来准确控制 回流比 塔底采用水蒸气蒸汽加热 以提供足够的热量 通过计算得出理论板数 塔效 率 实际板数 进料位置 在板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径 有效
3、塔高 筛孔数 通过筛板的流体力学验算 证明各指标数据均符合标准 以保证精馏过程的顺 利进行并使效率尽可能的提高 关键词 二甲醚 分离 三元体系 精馏 Annual output of 30 000 tons of dimethyl ether distillation section in the design of separation device ABSTRACT In recent years DME has become an alternative channel of international oil and new secondary energy and hot topic
4、s That aroused national concern and attention Preparation of dimethyl ether mainly methanol dehydration and One step synthesis With the traditional methanol synthesis compared to synthesis of dimethyl ether one step synthesis of dimethyl ether process more rational economy more competitive in the ma
5、rket and it is moving towards industrialization Currently synthesis gas to dimethyl ether is the latest technology Preparation of dimethyl ether Compared with methanol dehydration system of direct synthesis of DME as the existence of unreacted synthesis gas and carbon dioxide finished If it want to
6、get high purity dimethyl ether more complicated separation process Developed mainly in the separation process such as chemical absorption and distillation unit operation in the process of dimethyl ether with higher purity product This design aimed at separating the distillation process for process d
7、esign separation of dimethyl ether methanol and water ternary system Design of distillation towers used valve Use the whole top of the tower condenser cooling device used to accurately control the reflux ratio Bottom of the column of steam heating by steam to provide sufficient heat Obtained by calc
8、ulating the number of theoretical plates tower efficiency the actual plate number feed location The main tower in the plate design and calculation of process dimensions derived column diameter the effective tower sieve number Checking through the sieve of fluid mechanics to prove that the indicator
9、data are in line with standards to ensure the smooth progress of distillation process and to improve efficiency as much as possible Keywords DME separate ternary system distillation 目目 录录 摘要 I ABSTRACT II 1 绪论 1 1 1 概述 1 1 1 1 设计依据 1 1 1 2 设计规模及设计要求 1 1 1 3 产品规格 性质及用途 1 1 1 4 技术来源 3 1 2 二甲醚分离装置流程 6
10、2 精馏塔的工艺计算 8 2 1 精馏塔的物料衡算 8 2 1 1 基础数据 8 2 1 2 物料衡算 8 2 2 精馏塔工艺计算 10 2 2 1 物料衡算 10 2 2 2 操作条件的确定 10 2 3 精馏塔设备计算 12 2 3 1 基础数据 12 2 3 2 塔板数的确定 15 2 3 3 精馏塔主要尺寸计算 18 2 3 4 塔板结构设计 21 2 3 5 塔板流体力学验算 26 2 3 6 塔板负荷性能图 29 2 3 7 塔高的计算 33 3 热量衡算 35 3 1 数据 35 3 2 冷凝器的热负荷 35 3 3 再沸器的热负荷 36 3 4 冷却水消耗量和加热蒸汽消耗量 3
11、8 4 主要设备设计和选型 39 4 1 接管的设计 39 4 1 1 进料管 39 4 1 2 回流管 39 4 1 3 釜液出口管 39 4 1 4 塔顶蒸汽管 40 4 1 5 加热蒸汽管 40 4 2 冷凝器的选型 41 5 结论 42 参考文献 43 附录 44 谢辞 46 1 绪论 1 1 概述 1 1 1 设计依据 根据北京理工大学珠海学院下达的设计任务书 模拟现有的浆态床一步法二甲醚合 成产业化技术 对二甲醚分离装置中的精馏工段进行工艺设计 1 1 2 设计规模及设计要求 设计规模 年产 3 0 万吨二甲醚分离装置 合成气一步法 设计该分离装置中精馏工段 工艺 精馏装置采用浮阀
12、塔 产品要求 二甲醚 99 1 1 3 产品规格 性质及用途 一 产品规格 二甲醚 99 质量含量 二 二甲醚性质 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 燃烧时火焰略带光亮 1 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
13、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 二甲醚的毒性 二甲醚为弱麻醉剂 对呼吸道有轻微的刺激作用 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 1 二甲醚的物理性质见表 1 1 2 表
14、 1 1 二甲醚的物理性质 项目 数值项目 数值 沸点 101 3kPa 24 9 蒸气压 20 MPa 0 53 熔点 141 4 燃烧值 气压 kJ mol 1 1455 闪点 开杯法 41 5 生成热 气态 kJ mol 1 185 5 密度 20 g ml 1 0 661 熔融热 kJ mol 1 107 3 临界压力 MPa 5 32 蒸发热 kJ mol 1 467 4 临界温度 临界密度 g ml 1 128 8 0 2174 生成自由能 kJ mol 1 25 熵 J mol K 114 3 266 8 自燃温度 350 蒸气密度 kg m3 1 91836 1 9173 三
15、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 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
16、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 二甲醚液化后还可以直接用作汽车燃料 是柴油发动机的理想替代燃料 因为二甲醚 燃料具有高的十六烷值 50 55 比甲醇燃料具有更好的燃烧效果 而且没有甲醇的低温启 动性和加速性能差的缺点 二甲醚燃料高效率和低污染 可实现无烟燃烧 并可降低噪音和 减少氮氧化物的排放 3 2 用作氯氟烃的替代品 二甲醚可替代氯氟烃作气雾剂 致冷剂和发泡剂 二甲醚作为氯氟烃的替代物在气雾剂制品中显示出其良好性能 如不污染环境 与各种 树脂和溶剂具有良好的相溶性 毒性很微弱 可用水或氟制剂作阻燃剂等 二甲醚还具有使 喷雾产品不易受潮的特点 加之生产成本低 建设投资少 制造技术不太复杂 被人们认为 是一种新一
