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1、分类号 编号 兰 州 交 通 大 学 毕 业 论 文 年产3万吨二甲醚的初步工艺设计 Primary for the Manufacturing Process of Dimethyl ether 30Kt/a 申请学位： 工学学士 院 系： 化学化工学院 专 业： 化学工程与工艺 班 级： 化工1001 学生姓名： 马学成 学 号： 指导老师： 杨西 2014年04月20日 兰州交通大学化工学院 年产3万吨二甲醚的初步工业设计 姓 名： 马学成 导 师： 杨西 2014年04月20日 兰州交通大学化工学院 兰州交通大学毕业论文（设计）任务书 院（系）：化学化工学院 姓名 马学成 学号 毕业届
2、别 2014 专业 化学工程与工艺 毕业论文（设计）题目 年产3万吨二甲醚的初步工业设计 指导教师 杨西 学历 博士 职称 教授 所学专业 化学工程 具体要求(主要内容、基本要求、主要参考资料等)： 确定以甲醇脱水法作为本设计的工艺生产方法,通过物料衡算和热量衡算来确定设备工艺参数和消耗工艺指标,同时对DME生产过程中的安全注意事项及“三废”治理作了相关说明，对整个装置进行了简单初步评价。 进度安排： 1-3周：查阅文献资料，写出开题报告。 4-5周：进行初步的设计计算及选型。 6-14周：应用Cad画图，做出PID、PFD图。 15-16周：整理完成设计。 指导教师（签字）： 年 月 日 院
3、（系）意见： 教学院长（主任）（签字）： 年 月 日 备注： 摘 要 作为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。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。设计结果达到了设计课题的要求，完成了二甲醚的生产工工艺的初步设计，完成了物料、热量、设备等的相关计算。
4、关键词二甲醚 ；甲醇 ；工艺设计 AbstractAs LPG and oil alternative fuel, DME has been drawn attentions at present. Physical properties of DME is similar for LPG, and dont produce combustion gas to damage the environment, so, It can be produced largely. Like methane, DME is expected to become 21st century energy so
5、urces., 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 process is made of methanol process heating, eva
6、poration, dehydration of methanol, dimethyl ether condensation and distillation etc. The design result reached the requirements of the design issues, completed the DME production process design, finished materials, thermal, etc-related calculations. Keywordsdimethyl ether；methanol；process design 目录
7、前言 1 1 文献综述 2 1.1 二甲醚概述 2 1.2原料说明 3 1.3二甲醚的性质 3 2 DME产品方案及工艺流程介绍 4 2.1产品品种、规格、质量指标及拟建规模 4 2.2生产方法简述 4 2.3工艺流程说明 4 2.4生产工艺特点 5 2.5主要工艺指标 5 3主要塔设备计算及选型 7 3.1 汽化塔及其附属设备的计算选型 7 3.2 合成塔及其附属设备的计算选型 15 3.3 初馏塔及其附属设备的计算选型 19 3.4 精馏塔及其附属设备的计算选型 25 3.5 回收塔及其附属设备的计算选型 31 4 环境保护及三废处理 39 4.1主要污染源及主要污染物 39 4.2设计中
8、采取的环保措施及其简要处理工艺流程 39 4.3装置危险性物料主要物性 40 总结 41 致谢 42 参考文献 43 兰州交通大学毕业设计 前言 二甲醚又称甲醚、木醚氧,是重要的甲醇下游产品。二甲醚是醚的同系物，但与用作麻醉剂的乙醚不一样，毒性极低；能溶解各种化学物质；由于其具有易压缩、冷凝、气化及与许多极性或非极性溶剂互溶特性，广泛用于气雾制品喷射剂、氟利昂替代制冷剂、溶剂等，另外也可用于化学品合成，用途比较广泛。 二甲醚作为一种基本化工原料，由于其良好的易压缩、冷凝、汽化特性，使得二甲醚在制药、燃料、农药等化学工业中有许多独特的用途。如高纯度的二甲醚可代替氟里昂用作气溶胶喷射剂和致冷剂，减
9、少对大气环境的污染和臭氧层的破坏。由于其良好的水溶性、油溶性，使得其应用范围大大优于丙烷、丁烷等石油化学品。代替甲醇用作甲醛生产的新原料，可以明显降低甲醛生产成本，在大型甲醛装置中更显示出其优越性。作为民用燃料气其储运、燃烧安全性，预混气热值和理论燃烧温度等性能指标均优于石油液化气，可作为城市管道煤气的调峰气、液化气掺混气。也是柴油发动机的理想燃料，与甲醇燃料汽车相比，不存在汽车冷启动问题。它还是未来制取低碳烯烃的主要原料之一。作为LPG和石油类的替代燃料，二甲醚是具有与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
10、。 本设计流程简洁，操作简易，工艺条件温和，而且设备台数较少，设备制作立足于国内现状，可大大降低项目投资。本次设计共分3部分，设计人主要负责图纸的绘制，设备的选型以及工艺计算有其他两名同学合作共同完成，设计图纸主要包括PID、 PFD图。 1 文献综述 1.1 二甲醚简述 1.1.1 二甲醚的发展现状 20世纪70年代，二甲醚取代了氟里昂作为气雾剂使用，减少了臭氧层的破坏。近几年来，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，作为清洁能源使用。 二甲醚（DME）常温常压下是一种无色低毒的可燃性气体，与液化石油气的性能相似，燃烧废气无毒，可作为清洁燃料使用。随着石油资源的紧缺及价格上
11、涨，清洁环保理念的深入，作为柴油替代资源的清洁燃料二甲醚得到大力推广，并逐渐进入了民用燃料市场和汽车燃料市场，二甲醚的合成研究已成为各国科技人员的研究焦点。 目前，二甲醚发展的关键问题在于配套措施不完善、市场发展不成熟、二甲醚使用观念有待更新。 1.1.2 二甲醚的传统领域的应用及其拓展 （1）传统领域的应用 第一，做气雾剂、制冷剂和发泡剂。 第二，DME作为化学中间体，主要用于制造硫酸二甲酯。 第三，DME还是重要的化工原料,可用于许多精细化学品的合成,同时在轻化、制药、燃料、农药等工业中有许多独特的用途。 （2）新近拓展的应用领域 DME可作为新型高效清洁燃料使用。它作为民用燃料比液化气具
12、有更优良的物理化学性能（如表1.1，表1.2所示）。DME的分子结构中没有C-C键，所以燃烧时不产生黑烟，CO与NOx排放量很低，符合洁净燃料的要求；燃烧性能良好，燃烧废气无毒，完全符合卫生标准；单一组成，无残液；在室温下可压缩成液体，可用现有的液化石油气罐盛装，是优良的民用洁净燃料。 表1.1 DME液化气与液化石油气性质比较 项目 分子量 压力Mpa (60) 燃烧温度 爆炸下限% 理论空气量 预混气热值 KJ/ m3 DME LPG 46.07 56.6 1.35 1.92 2250 2055 3.45 1.7 6.96 11.32 4219 3903 表1.2 DME与0柴油的比较 对
13、比项目 DME 0柴油 分子量 46.07 190220 沸点（） -24.9 180360 十六烷值 5560 4050 低热值（kJ/kg） 28840 42500 理论空燃比 9 14.6 氧含量（%） 34.8 硫化物 有 1.2原料说明 原料名称：甲醇 分子式CH3OH，相对分子质量32.04。 本设计采用的甲醇原料浓度为90%（质量分数）。 （1）物理性质 常温常压下纯甲醇是无色透明，易挥发、可燃，略带醇香味的有毒液体，甲醇密度0.791g/cm3，沸点63.8，自燃点38520，蒸汽压96.3mmHg。甲醇不能与脂肪烃类化合物相互溶，但可以和水以及乙醇等许多有机液体互溶。甲醇蒸汽
14、和空气混合能形成爆炸性混合物，爆炸极限为6.0%36.5%（体积）。 （2）化学性质 甲醇可进行氧化、酯化、羰基化、胺化、脱水等化学反应。 1.3二甲醚的性质 二甲醚的性质：二甲醚上一种无色、具有轻微醚香味的气体，具有惰性、无腐蚀性、无致癌性、几乎无毒。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。其燃烧时火焰略带亮光。* L X, k4 D! _! o9 2 DME产品方案及工艺流程介绍 2.1产品品种、规格、质量指标及拟建规模 产品
15、品种： 二甲醚 拟建规模： 3万吨/年 年操作日： 300天（7200h） 2.2生产方法简述 二甲醚的生产方法主要有一步法和二步法两种。 一步法以合成气(CO+H2)为原料，在甲醇合成以及甲醇脱水的复合催化剂上直接合成二甲醚，再提纯得到二甲醚产品。 二步法是以合成气制得甲醇，然后甲醇在固体催化剂作用下脱水制得二甲醚，所用催化剂选择性高，特别适用于高纯度二甲醚生产。 （一）甲醇脱水制二甲醚 80%)、选择性好(99%)等优点，但也存在设备腐蚀严重、釜残液及废水污染环境、催化剂毒性大等缺点，因此选择该工艺可能性较小。 （二） 合成气直接合成二甲醚 传统的DME生产方法，一直采用两个截然不同的步骤
16、。即甲醇的合成与甲醇脱水。为了开发操作简单、成本低而又可连续生产DME的新方法，人们曾用合成气直接制取二甲醚。主要反应构成如下: 2.3工艺流程说明 (1)原料甲醇直接采用市售质量分数为90%的甲醇经汽化提纯后合成二甲醚。 甲醇汽化 合成塔 （甲醇气相脱水） 冷凝、 气液分离 初馏塔 原料甲醇 气相甲醇 釜残液 DME精馏塔 釜残液 釜残液 回收塔 回收甲醇 产品DME（99.9%） 图2.1二甲醚生产工艺流程方框图 (2)反应 在DME合成反应器中产生的反应如下所示: ，该反应为放热反应。 (3)合成气冷却 反应器出口气中含有DME，它在进出气换热器中通过工艺气体冷却，接着在甲醇蒸馏塔底部通过蒸馏塔换热器的工艺液体冷却，然后在二甲醚精馏塔冷却器中用冷却水冷却，最后出口气在冷凝器中大部分冷凝后被送至二甲醚精馏塔
