年产40万吨二甲醍工艺设计［摘要］作为LPG和石油类的替代燃料，目前二甲魅(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酰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酰甲醇脱水制二甲酰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酰工艺将甲醇加热蒸发，甲醇蒸气通过y-AL- 203催化剂床层,气相甲醇脱水制得二甲酰气相法的工艺过程主要由甲醇 加热、蒸发、甲醇脱水、二甲魅冷凝及精馅等组成主要完成以下工作：1) 精馅用到的二甲魅分离塔和甲醇回收塔的塔高、塔径、塔板布置等的设 计；2) 所需换热器、泵的计算及选型；［关键词］二甲魅，甲醇，工艺设计66667778888101010103 34555678890111233441X目录1.1二甲醍的用途 1.2设计依据 1.3技术亲源 1.3.1液相甲醇脱水法制二甲醍 1.3.2气相甲醇脱水法制二甲醍 1.3.3合成气一步法生产二甲醍 1.3.4二氧化碳加氢直接合成二甲醍 1.3.5催化蒸馅法制二甲醍 1.3.6本设计采用的方法 1.4原料及产品规格 1.5设计规模和设计要求 2.1反应原理 92.2反应条件 92.3反应选择性和转化率 92.4催化剂的选择 9 3反应器的结构计算3.1物料衡算 3.2并算彳崔花剂床层枕积3.3反应器管数 4甲醍精馄塔结构计算 4.1甲醍精馅塔的物料衡算及理论板数 4.2实际板层数的求取 4.3精馅塔的工艺条件及有关物性数据的计算4.3.1操作压力的计算 4.3.2操作温度计算 4.3.3平均摩尔质量计算 4.3.4平均密度计算 4.3.5液林平均表面张力的计算 4.3.6液体平均粘度 4.4精馅塔的塔体工艺尺寸计算 4.4.2提馅段塔径的计算 4.4.3精馅塔有效高度的计算 4.5塔板主要工艺尺寸的计算 4.5.1溢流装置计算 4.5.2塔板布置 4.6塔板的流体力学验算 4.6.1塔板压降 4.6.2液面落差 4.6.3液沫夹带 4.6.4 漏液 244.6.5 液泛 244.7塔板负荷柱能函 244.7.1漏液线 244.7.2液沫夹带线 254.7.3液相负荷下限线 264.7.4液相负荷上限线 264.7.5液泛线 264.8精馅塔接管尺寸计算 274.8.1塔顶蒸气出口管的直径 274.8.2回流管的直径 274.8.3进料管的直径 284.8.4塔底出料管的直径 285甲醇精馄塔结构计算 295.1设计方案的确定 295.2精馅塔的物料衡算 295.2.1原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 295.2.2原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量 295.2.3物料衡算 295.3塔板数的确定 295.3.1理论板层数的求取 295.3.2实际板层数的求取 315.4精馅塔的工艺条件及有关物性数据的计算 315.4.1操作压力的计黄 315.4.2操作温度计算 325.4.3平均摩尔质量计算 325.4.4平均密度计算 325.4.5液体平均表面张力的计算 335.4.6液体平均粘度 335.5精馅塔的塔体工艺尺寸计算 345.5.1塔径的计算 345.5.2精馅塔有效高度的计算 355.6塔板主要工艺尺寸的计算 365.6.1溢流装置计算 365.6.2塔板布置 375.7塔板的流体力学验算 375.7.1塔板压降 375.7.2液面落差 385.7.3液沫夹带 385.7.4 漏液 385.7.5 液泛 385.8塔板负荷性能图 395.8.1漏液线 395.8.2液沫夹带线 395.8.3液相负荷下限线 405.8.4液相负荷上限线 405.8.5液泛线 405.9精馅塔接管尺寸计算 425.9.1塔顶蒸气出口管的直径 425.9.2回流管的直径 425.9.3进料管的直径 435.9.4塔底出料管的直径 436甲醇精t留塔塔内件机械强度设计及校核 446.1精馅塔筒体和裙座壁厚计算 446.2精馅塔塔的质量载荷计算 446.2.1塔壳和裙座的质量 446.2.2封头质量 446.2.3裙座质量 446.2.4 塔内构件质量 446.2.5人孔、法兰、接管与附属物质量 456.2.6保温材料质量 456.2.7平台、扶梯质量 456.2.8操作时塔内物料质量 456.2.9充水质量 456.3地震载荷计算 466.3.1计竟危险截面的地震弯矩 466.4 风载荷计算 476.4.1风力许算 476.4.2风弯矩计算 486.5各种载荷引起的轴向应力 486.5.1计算压力引起的轴向应力 486.5.2操作质量引起的轴向压应力 486.5.3最大弯矩引起的轴向应力 496.6筒体和浦屋危险截面的强度与稳定性校核 496.6.1筒体的强度与稳定性校核 496.6.2裙座的稳定性校核 506.7裙座和筒体水压试验应力校核 506.7.1筒体水压试验应力校核 506.7.2裙座水压试验应力校核 516.8基础环设计 516.8.1基础环尺寸 516.8.2基础环尺寸的应力校核 526.8.3基础环厚度 526.9 孤脚螺栓计算 526.9.1地脚螺栓承受的最大拉应力 526.9.2地脚螺栓直径 537辅助设备设计 7.1储罐的选择 7.1.1储罐的序霞与连型 7.2泵的选择 7.3通风机的选择 7.3.1通风机的选择 7.4换热器的计算 错误! 错误! 错误! 错误! 错误! 错误!54未定义书签。
未定义书签未定义书签未定义书签未定义书签未定义书签7.4.1确定换热器的类型 7.4.2估算传热面积 错误！未定义书签错误！未定义书签8全厂总平面布置 8.1全厂总平面布置的任务 8.2全厂总平面设计的原则 8.3全厂总平面布置内容 8.4全厂平面布置的特点 8.5全厂人员嫡制 错误！未定义书签错误!错误!错误!错误!错误!未定义书签未定义书签未定义书签未定义书签未定义书签错误！未定义书签9总结讨论9.1设计主要完成任务 9.2设计过程的评述和有关问题的讨论 参考文献 致谢 错误！未定义书签错误！未定义书签 54 56 57附录A 1概述二甲（Dimethyl Ether,简称DME）习惯上简称甲醍，为最简单的脂肪醍，分子式 CAO,是乙醇的同分异构体，结构式CH3—0—CH3,分子量46.07,是一种无色、无毒、 无致癌性、腐蚀性小的产品DME因其良好的理化性质而被广泛地应用于化工、日化、医 药和制冷等行业，近几年更因其燃烧效果好和污染少而被称为“清洁燃料”，引起广泛 关注1.1二甲酷的用途（］）［1］随着世界各国的环保意识日益增强，以前作为气溶工业中气雾剂的氯氟炷正逐步被 其他无害物质所代替。
C2）用作制冷剂和发泡剂由于DME的沸点较低，汽化热大，汽化效果好，其冷凝和蒸发特性接近氟氯炷，因此 DME作制冷剂非常有前途国内外正在积极开发它在冰箱、空调、食品保鲜剂等方面的应 用，以替代氟里昂关于DME作发泡剂，国外已相继开发出利用DME作聚苯乙烯、聚氨基 甲酸乙酯、热塑聚酯泡沫的发泡剂发泡后的产品，孔的大小均匀，柔韧性、耐压性、 抗裂性等性能都有所增强C3）用作燃料由于DME具有液化石油气相似的蒸气压，在低压下DME变为液体，在常温、常压下为 气态，易燃、毒性很低，并且DME的十六烷值（约55）高，作为液化石油气和柴油汽车燃 料的代用品条件已经成熟由于它是一种优良的清洁能源，已日益受到国内外的广泛重 视在未来十年里，DME作为燃料的应用将有难以估量的潜在市场，其应用前景十分乐观 可广泛用于民用清洁燃料、汽车发动机燃料、醇醍燃料4）用作化工原料DME作为一种重要的化工原料,可合成多种化学品及参与多种化学反应：与SQ,反应 可制得硫酸二甲酯；与HC1反应可合成烷基卤化物；与苯胺反应可合成N, N-二甲基 苯胺；与C0反应可蹶基合成乙酸甲酯、醋酎，水解后生成乙酸；与合成气在催化剂存在 下反应生成乙酸乙烯；氧化蹶化制碳酸二甲酯；与H’S反应制备二甲基硫醍。
此外，利用 DME还可以合成低烯炷、甲醛和有机硅化合物目前，全球二甲醍总生产能力约为21万t/a,产量16万t/a左右，表1-1为世界二甲醍 主要生产厂家及产量我国二甲醍总生产能力约为1.2万t/a,产量约为0.8万t/a,表1-2 为我国二甲醍主要生产厂家及产量据市场调查国内二甲醍需求量远远超过供给量，目前国内仅气雾剂一项需求量达到 1.5~1.8万吨/年，而高纯度的二甲醍还依赖进口二甲醍市场应用前景广阔，因此对二 甲醍的生产工艺进行研究很有必要1. 2设计依据本项目基于教科书上的教学案例，通过研读大量的关于DME性质、用途、生产技术 及市场情况分析的文献，对生产DME的工艺过程进行设计的1. 3技术来源目前合成DME有以下几种方法：（1）液相甲醇脱水法（2）气相甲醇脱水法（3）合 成气一步法（4） C02加氢直接合成5）催化蒸馅法其中前二种方法比较成熟，后三 种方法正处于研究和工业放大阶段本设计采用气相甲醇脱水法下面对这几种方法作 以介绍1.3.1液相甲醇脱水法制二甲醍甲醇脱水制DME最早采用硫酸作催化剂，反应在液相中进行，因此叫做液相甲醇脱 水法，也称硫酸法工艺该工艺生产纯度99. 6%的DME产品，用于一些对DME纯度要求 不高的场合。
其工艺具有反应条件温和（130-160） °C、甲醇单程转化率高（＞85%）、可 间歇也可连续生产等特点，但是存在设备腐蚀、环境污染严重、产品后处理困难等问题，国外已基本废除此法中国仍有个别厂家使用该工艺生产DME,并在使用过程中对工艺有 所改进1.3.2气相甲醇脱水法制二甲醍气相甲醇脱水法是甲醇蒸气通过分子筛催化剂催化脱水制得DME该工艺特点是操作 简单，自动化程度较高，少量废水废气排放，排放物低于国家规定的排放标准该技术 生产DME采用固体催化剂催化剂，反应温度200°C,甲醇转化率达到75%〜85%, DME选 择性大于98%,产品DME质量分数399. 9 %,甲醇制二甲醍的工艺生产过程包括甲醇加热、 蒸发，甲醇脱水，甲醍冷却、冷凝及粗醍精馅，该法是目前国内外主要的生产方法1.3.3合成气一步法生产二甲醍合成气法制DME是在合成甲醇技术的基础上发展起来的，由合成气经浆态床反应器 一步合成DME,采用具有甲醇合成和甲醇脱水组分的双功能催化剂因此，甲醇合成催化 剂和甲醇脱水催化剂的比例对DME生成速度和选择性有很大的影响，是其研究重点其 过程的主要反应为：甲醇合成反应CO + 2H,= CH3OH + 9014 kJ / mol （1）水煤气变换反应CO + H,0 = CO2 + H, + 4019 kJ / mol （2）甲醇脱水反应2CH3OH = CH3OCH3 + H,O + 2314 kJ / mol （3）在该反应体系中，由于甲醇。