毕业设计（论文）-用Aspen-Plus模拟一步法合成二甲醚的工艺研究.docx

用Aspen Plus模拟一步法合成二甲醚的工艺研究目录摘要IABSTRACTII引言1第一章 综述21.1二甲醚简述21.2一步法合成二甲醚的的优势21.3一步法合成二甲醚在国内外的发展21.4一步法合成二甲醚的方法31.4.1浆床反应技术31.4.2固定床反应技术31.5Aspen Plus的简介41.6Aspen Plus的应用、例子41.6.1在精馏塔上的应用41.6.2在换热器上的应用51.6.3在工艺优化上的应用51.7 用一步法合成二甲醚催化剂的研究51.8物性方法及选取61.9本课题的研究内容7第二章 一步法合成二甲醚生产工艺流程92.1合成二甲醚的生产工艺对比92.2 Aspen Plus工艺流程9第三章 工艺计算103.1原料状态及物性选择113.2换热器单元113.3反应器单元123.4 分离单元133.5 CO2精馏单元143.5.1对CO2精馏塔进行简捷设计143.5.2对CO2精馏塔理论塔板数的选择153.5.3对CO2精馏塔进行严格精馏设计173.6 DME精馏单元193.6.1对DME精馏塔进行简捷设计193.6.2对DME精馏塔理论塔板数的选择203.6.3对DME精馏塔进行严格精馏设计213.7塔板的设计与校核23结论25致谢26参考文献27用Aspen Plus模拟一步法合成二甲醚的工艺研究（年处理量8万吨）摘要：本设计采用一步法中的气相法，把合成甲醇的反应同甲醇脱水的反应在一个反应器中进行。反应器使用固定床反应器，所用催化剂为CuO/ZnO/Al2O3 。温度设定为260，压力为4MPa，其所用原料CO与H2O的摩尔比为1：2，再通过冷凝器，对其进行分离，在分别通过CO2精馏塔与DME精馏塔对其进行精馏提纯，得出二甲醚产品。该技术能够降低所需操作压力，由于反应在一个反应器中进行，故就有流程短，能耗低等优点。通过Aspen Plus软件对两个精馏塔进行模拟计算得出结果为：CO2精馏塔的实际回流比为0.376，实际理论板数为10块，进料位置为第5块塔板， DME精馏塔的实际回流比为0.288，实际理论板块为16块，进料位置为第7块，经优化严格计算后得出精馏后的二甲醚产品为99%，达到精馏要求。关键词：固定床反应器 二甲醚 流程模拟、Aspen Plus软件、工艺单元 Synthesis of methyl ether by Aspen Plus simulation in one step Process research (80kt/a)ABSTRACT:.This design uses a method of gas chromatography, the methanol synthesis and methanol dehydration of the two reaction in a reactor. The reactor using fixed bed reactor, the catalyst is CuO/ZnO/Al2O3. Temperature is 260 DEG C, the pressure is 4MPa, the molar ratio of CO and H2O for the 1:2, and then through the condenser, the separation in the distillation tower and DME respectively by CO2 column distillation purification of the obtained two ether product. This technology can reduce the required operating pressure, as in a reactor, it has short process, low energy consumption And so on. The two column Aspen Plus software simulation results show: CO2 actual reflux distillation ratio is 0.376, the actual theoretical plate number was 10, the feed position is fifth plate, DME actual reflux distillation ratio is 0.288, the actual theory of plate 16, the feed position is seventh, the optimization of strictly obtained two ether products after distillation was 99%, reached the rectification requirements.Key words: fixed bed reactor, two methyl ether process simulation, Aspen Plus software, process uniII引言二甲醚是一种重要的化工原料可应用于原有能源的使用范畴及精细化工基础原料等方面。在民用方面可用于车用燃料、作为民用燃料LPG的掺配组分的使用，而在作为有机化工基础原料可应用于甲基化制硫酸二甲脂、氧化制 甲醛、氨化制二甲胺等化工产品原料。如今，人们在使用二甲醚进行各种应用时，也对二甲醚的产量、品质有了更高的要求，目前大多数工厂是先用合成气在催化剂的作用下合成甲醇，在将甲醇进行脱水制得二甲醚。但对仪器腐蚀性极强,排放时存在稀酸污染。而一步法将合成甲醇和甲醇脱水两个反应组合在一个反应器内完成,与甲醇脱水法比对，具有流程短、能耗低等优势。本设计是以CO、H2为原料直接在固定床反应器中完成合成甲醇与甲醇脱水反应，以CuO/ZnO/Al2O3作为反应催化剂，对其合成工艺使用Aspen Plus软件进行模拟研究。第一章 综述1.1二甲醚简述 二甲醚的英文名为Dimethyl Ether,简称为DME。由于二甲醚的相对密度（20）0.666，熔点-141.5，沸点-24.9，室温下蒸气压约为0.5MPa，故在常压下是一种无色气体有时也会以压缩液体的状态存在，具有较轻的醚香味。与石油液化气（LPG）相似1。在化工生产中具有重要用途。其主要用途分为两种，一种是作为民用燃料，另一种是作为有机化工的基础原料2。1.2一步法合成二甲醚的的优势 二甲醚的合成工艺基本上分为一步法和两步法。若再进行进一步的划分，一步法和两步法中还有液相法与气相法两种工艺。但两步法对装置的腐蚀性极强,反应的中间产物硫酸氰甲具有剧毒,故排放时会有稀酸污染3。与传统的两步法比较，一步法不仅可使合成气中的CO 的单程转化率升高到50以上,且对环境的的污染影响不大，工艺流程较为简易、所需设备少、投资小、操纵费用低,从而使二甲醚生产成本得到下降，能以较小的生产成本创造可观的经济利益。这些优势引得各国对其展开了深入研究。1.3一步法合成二甲醚在国内外的发展 由于一步法合成二甲醚冲破了甲醇合成反应的热力学平衡限制，使得CO的转化率有了提高，同时缩短了合成二甲醚的工艺流程，所以各国相继对其展开了一系列研究。 世界上较早研讨了一步法合成二甲醚工艺的公司有丹麦托普索公司、日本NKK公司、美国APC公司等,日本NKK公司将Cu/Zn/Al催化剂与甲醇脱水催化剂以2:l混合，使其悬浮于正十六烷中,采用煤气作为原料，气泡塔作为反应器，然后,建立了std/的示范装置4。得到了比较满意的结果。随后于2002年在日本开始进行了200t/d的DME合成项目。而美国的Air Product公司使用浆态床反应器,使用铜基甲醇催化剂和沸石固体酸催化剂进行二甲醚的合成工艺，使得CO转化率得到了提升，并提高了DME的选择性5。我国大概在80年份就开始研讨一步法合成二甲醚，经过多年努力，大连化物所、兰州化物所、山西煤化所、清华大学、浙江大学、华东化工学院、西南化工研究院等在此工艺上取得了重大突破6。其中浙江大学的煤基合成气一步法合成DME技术得到了实践，其在湖北田力公司使用该项技术建成了1500t/a醇醚燃料生产示范装置,DME选择性可达99.9%。表1.1 世界二甲醚主要生产厂家及产能国家和地区主要生产厂家生产能力（Kt/a）美国杜邦公司30德国联合莱茵褐煤燃料公司20荷兰阿克苏公司30日本住友公司10澳大利亚CSR有限公司(DEA技术)10台湾康盛公司18中国大陆201.4一步法合成二甲醚的方法按照一步法合成二甲醚的催化反应形式和反应条件的不同，可分为浆床反应技术和固定床反应技术。1.4.1浆床反应技术NKK公司现已建成5 t/d的工业性示范装置7。该公司将CO和H2由反应器底部鼓泡分配进入浆床反应区，在中温、高压、催化剂的作用下生成二甲醚，再将未反应的CO和H2从反应器上方排出，浆态床反应器中含有气-液-固三相，操作时可更换催化剂。从反应器出来的气体经分离器分离，分离出甲醇和水，再将气体经-30度冷却进入精馏塔分离出CO2和二甲醚，将未反应的CO和H2经压缩机压缩进浆床反应器7。反应体系化学方程式可简化为： 3CO+ 3H2=CH3OCH3+ CO21.4.2固定床反应技术 Haldor Tops e A/S公司在丹麦哥本哈根创建了中试设备。该设备生产能力约为50 kg/d粗甲醚(二甲醚与甲醇的混合物) 8。固定床即是将固态催化剂装填于反应器中，反应物通过催化床层与其接触进行反应。其主要流程一个是合成气的循环使用，另一个是将尾气用于联合循环发和联合管道煤气9。反应体系化学方程式可化简为： 2CO+ 4H2=CH3OCH3+ H2O 若采用固定床技术，对现有甲醇装置的改造较为简单，只需将其催化剂更改为双功能合成二甲醚催化剂，但二甲醚具有较高的蒸汽压，还需对其精馏装置以及产品的储运装置进行改造，整个改造涉及厂内装置的三分之一，而浆态床反应器在投资，反应冷却及造气工段热利用上似乎更占优势，更适合于大型装置建设。1.5Aspen Plus的简介自从计算机出现以来，人们就开始利用计算机来解决问题。在上个世纪五十年代，便已经开始了利用计算机来解决化工生产中的问题。随着计算机的发展用计算机来解决的化工问题也越来越多。Aspen plus 就是一款当今用来模拟化工生产的常用软件。随着计算机的普及目，运用计算机进行化工流程模拟已成为了化工技术人员常见的一种手段10。随着对计算机研究的加深，计算机计算能力也是大大增加。运用计算机进行模拟计算的准确性也是极大的增强，模拟应用的范围也是在慢慢的增加，这使得计算机在化工的方方面面都有或多或少的应用。 Aspen Plus就是研究工艺流程的可行性，准确性和进行稳态化工流程模拟的软件。由美国Aspen Tech公司研发，是唯一能处理带有固体、电解质、生物质和常规物料等复杂体系的流程模拟系统11。1.6Aspen Plus的应用、例子Aspen Plus主要的应用是：对化工生产进行热力学和动力学计算；进行能量守恒和质量守恒等方面的计算计算；可以估计化工流程物料的流量、组成；可以估计化工流程的操要求件、设备的大小；可以降低设备设计的时间还可以对设备各种方案进行优化比较；帮助优化设计工艺。1.6.1在精馏塔上的应用 李峰等人12在分离产品R134a时，选用Aspen Plus软件中PR的物性方法，精馏塔的DSTWU模块进行模拟，设定了塔顶轻关键组分R134a的回收率为99.5%，重关键组分的回收率为38%，回流比为最小回流比的2倍，计算得出回流比为8.44，实际理论板数为58块。 由此可看出采用DSTWU模块对精馏塔进行简洁计算，具有输入参数少，计算精度块的优点，但计算精度不高，只能作为严格计算的基础，还需根据所得数据结果进行进一步的优化。1.6.2在换热器上的应用 徐启俊等人13在研究BOG再液化系统低温换热器传热特性时，提到了低温换热器即是天然气BOG再液化系统的重点，也是能耗集中的部位。故需应用Aspen Plus软件SRK 气体状态方程，整理出天然气的比热、密度、导热系数和粘度等热物性参数，进而选择合适的换热器。1.6.3在工艺优化上的应用初杨等人14利用Aspen plus软件对1.3-丁二烯直接氰化法制备己二腈工艺过程进行模拟，选用FadFrac模块对精馏塔进行严格精馏模拟，并通过用FadFrac模块进行设计规定与灵敏度分析，规定了分离要求，确定了最佳进料位置。使用DSTWU模块得出最小回流比，通过回流比对分离效果以及能耗大小的影响的曲线图，得出适宜的回流比。由此可看出通过对精馏塔进行工艺参数优化，经过与实际过程的对照分析，能够有效避免一些操作故障，并使实际生产过程得到改进与提高，降低能耗，用较小的能耗去完成整个工艺流程，节约了成本，使得生产效率大大提高。1.7 用一步法合成二甲醚催化剂的研究 贾美林等人15分别对CZA、CZCrA、CZCeA以及CZZrA.催化剂进行了性能测试，还用X射线衍射分析得出 CZZrA催化剂对提高CO的转化率效果明显，DME的收率最高。并探讨了CZZrA的制备方法对催化剂的影响，分别使用胶体沉积法、共沉淀沉积法、机械混合法、浸渍法,对其进行了一系列研究，结论得出胶体沉积法的制备方法能使DME的产率提高。葛庆杰等人16通过研讨使用不同催化剂对合成二甲醚工艺反应速率的影响，使用了XRD、TPR、吡啶-TPD、CO2-TPD、XPS这些测试手段对催CuO/ZnO/Al2O3催化剂进行表征，得出了不同制备方法下对催化剂的影响，结果表明共沉淀沉积法对CO的转化率远高于其他制备方法的催化剂。 唐秀娟等人17使用相同的共沉淀浸渍法，制备出组分配比相同的Cu-Mn/Zeolite-Y，Cu-Zn/Zeolite-Y，Cu-Zn-Mn/Zeolite-Y甲醇合成催化剂，分别对它们的反应性能和稳定性进行了研究，得出了Cu-Zn-Mn/Zeolite-Y催化剂无论从催化活性还是稳定性方面考虑，都要比前两者有很大的升高，并且CO的转化率从58%升高到了82%，而之所以将Mn加入Cu-Zn/Zeolite-Y中，是因为Mn在催化剂驱体形成过程中可使Cu与Zn之间形成异质同晶取代的单斜绿铜锌矿前驱体(Cu,Zn)2(OH)2CO3变得较为容易，不仅如此， Mn在随后的烘烤与氧化还原中,不但能够很好地保持铜和锌的分散和接触,而且为催化剂提供了良好的化学环境，提升了催化剂的水汽变换性能。 张喜通等人18在CZA催化剂的基础上进一步研究了CZAL催化剂对合成二甲醚速率的影响，使用Na2CO3并流沉淀法制备出CZAL催化剂，并用XRD与SEM方法进行表征，探讨了Li的加入对催化剂在甲醇合成中活性、稳定性等方面的影响。得出金属铜比表面积对催化剂活性起着重要作用，而其比表面积的大小取决与颗粒的大小，在相同条件下，使用加入Li的CZAL催化剂，甲醇的时空产率比使用CZA催化剂甲醇的时空产率高。1.8物性方法及选取Aspen Plus是一种功能非常多，较为齐全的化工模拟软件。在这个软件里面非常齐全的流程模型以及关于物性的计算方法，我们在进行化工流程的相关计算时需要依据物系的特点和温度、压力等方面的条件进行选择合适的物性方法，又或者是根据的帮助系统的推荐进行选择。在Aspen Plus的软件系统里面，可以找到很多关于热力学模型的物性方法。物性方法对模拟的结果有着很大影响。但是对于相同的化学工艺模型，选择用不同的物性方法来模拟，这样得出的结果就有可能出现两个差别很大的结果。比如对精馏塔模拟的例子，运用一样的条件进行计算计算精馏塔的数据，用理想方法可能得到的结果是10块理论塔板，而运用用其他的方法进行模拟就可能得到的结果是5块理论塔板数。图1.6（a）图1.6（b）Aspen Pus软件中对物性的选择主要分为两大类，一类是具体成分类型，一类是具体工艺类型，根据不同的使用条件需要选取不同的物性方法，而本此设计由于压力不大于10Bar，不存在羧酸、电解质体系及不可压缩组分，故可采用活度系数法中NRTL的物性方法18。1.9本课题的研究内容本课题使用固定床工艺，选用n（CO）/n（H2）1：2进行一步法合成二甲醚。与众多生产流程进行对比，利用Aspen Plus软件进行模拟优化，选用合适的参数，利用软件对反应条件进行精确的控制，选择出合适的温度、压力、反应时间等条件，设计出符合工艺要求的二甲醚。该工艺中涉及物料输送单元、反应器、分离单元、换热器等设备，利用Aspen plus软件可以进行比较精确的计算、模拟、优化。使其符合现实设备的生产，并对其中的重要设备的参数进行计算，如精馏塔设备的一些数据。第二章 一步法合成二甲醚生产工艺流程2.1合成二甲醚的生产工艺对比 传统的二甲醚合成工艺是先由合成气合成甲醇，再由甲醇进行脱水反应制得二甲醚，而一步法合成工艺则是由合成气直接合成二甲醚，少了中间过程。与两步法合成二甲醚工艺比较，一步法合成二甲醚的工艺流程简易、设备少、投资小、操作费用低,从而使二甲醚生产成本得到降低,经济效益得到提高.而一步法合成工艺又分为气相法与液相法两大类，本次采用气相法进行设计20。2.2 Aspen Plus工艺流程本设计二甲醚使用原料是CO与H2，其摩尔比为n(CO2)：n（H2）=1：2利用Aspen Plus软件画出合成二甲醚的主要工艺流程图如下2.1所示：图2.1二甲醚合成工艺流程图 B0-混合器 B1-换热器 B2-反应器 B3-换热器 B4-分离器 B5换热器 B6-CO2精馏塔 B7-换热器 B8-DME精馏塔1-CO,H2混合气 2-经混合的CO,H2 3-升温后的混合气 4- 反应液 5-降温后的反应液 6-CO2、CH3OH、H2O、CH3OCH3液相产品 13-未经压缩的CO、H2 14-压缩的CO、H2 7-升温的液相产品 8-H20、CH3OH、CH3OCH3 9-CO2 10-换热的液相产品 11-二甲醚产品 12-甲醇与水选用固定床反应器，由文献参考数据，设定温度为260，4MPa。将摩尔比为1：2的一氧化碳与氢气通入混合器在常温25，0.101MPa下通过换热器进行换热使得温度提升至与反应器相同，在通入反应器中进行反应，反应所得产物为CO2、CH3OCH3、H2O、CH3OH、以及未反应的CO与H2。 将所得产物通入冷凝器中进行气液分离，CO、H2作为气相从冷凝器上方流出，再经压缩机进行压缩作为原料重新通入混合气中参与反应。而其他产物则作为液相产品从冷凝器下方流出通过换热器进入CO2精馏塔中。 从冷凝器下方流出的液相产品在进入CO2精馏塔后进行CO2的分离操作，在温度为30，压力为8Bar的操作条件下，将CO2从塔顶分离出去，而CH3OCH3、CH3OH、H2O从塔底流出，通入DME精馏塔进行二甲醚的精馏提纯。 进入DME精馏塔后，在温度为50，压力为8.3Bar下进行精馏操作，所得二甲醚做为产品从塔顶流出，而H2O与CH3OH作为副产品从塔底流出，进行回收利用。第三章 工艺计算3.1原料状态及物性选择本次设计所选物料状态为25,0.101MPa，根据Aspen Plus中的物性介绍和选择说明，本次物性方法选择 NRTL。 图3.1进料温度、流量、比值的设定 图3.2物性方法选取3.2换热器单元由于反应器的温度为260，所需压力为4MPa，而进料温度为常温25，压力为0.101MPa，故需使用换热器进行预热，使其达到反应条件，然后输送到反应器进行反应。对加热器的设定如下图： 图3.3换热器的设定3.3反应器单元合成二甲醚的模拟采用的反应器是RStoic模块的规定产率反应器。进料与图3.1所示相同，但其出料所设定的摩尔比为n（CO）:n(H2):n(H2O):n（CH3OH）:n（CO2）:n（CH3OCH3）=1:2:1.1:1:0.9:0.9,其具体情况如图3.4,3.5所示： 图3.4反应器温度与压力的设定 图3.5反应产率分布设定表3.1反应出料结果进料出口23Temperature 260260Pressure Psia 580.15580.15Vapor Frac 11Mole Flow lbmol/hr 1719.614768.192Mass Flow lb/hr 18366.71118366.711Volume Flow cuft/hr 30975.11213337.972Enthalpy MMBtu/hr -22.122.-49.445Mole Flow lbmol/hr CO573.204531111.332238 H2O0122.465462 CO20100.199014 H21146.40906222.664476 CH3OCH30100.199014 CH3OH0111.332238 从反应器的结果可以看出：CO、H2进料为573.205 lbmol/hr，1146.410 lbmol/hr，而所得产物H2O、CO2、CH3OCH3、 CH3OH、 CO、H2分别为：122.465lbmol/hr、100.199 lbmol/hr、100.199 lbmol/hr、111.332 lbmol/hr、111.332 lbmol/hr、222.664 lbmol/hr，反应器温度为260oC，压力位4MPa，副产过多，需要进行多步分离，精馏操作。3.4 分离单元 所得产物从反应器中流出，需进行分离操作分离出未反应的CO与H2，使其经压缩再一次作为原料循环使用，而H2O、CH3OCH3、CH3OH、CO2则从分离器底部作为液相流出，如图3.6所示：图3.6分离器的操作压力和温度表3.4分离器分离结果出料1出料2Temperature F-58-58Pressure psia507.633507.633Vapor Frac0394.305Mole Flowlbmol/hr373.8881Mass Flow lb/hr12119.8006246.912Volume Flow cuft/hr210.3623252.149Enthalpy MMBtu/hr-43.630-15.305Mole Flow lbmol/hr CO0.289111.043H2O 122.4630.003CO247.01953.180H20.128222.536 CH3OCH392.6587.541CH3OH111.3300.002从上表可以看出分离器的温度为-50oC，压力为3.5MPa，H2、CO从分离器上排出，其流量分别为111.043lbmol/hr、222.536lbmol/hr，而H20、CO2、CH3OH、CH3OCH3从分离器下方排出，其流量分别为122.463lbmol/hr、47.019lbmol/hr、 111.3309lbmol/hr、2.658lbmol/hr。因分离所得液相产品中含有副产物，故需进行精馏操作进行精馏提纯。3.5 CO2精馏单元3.5.1对CO2精馏塔进行简捷设计进行精馏单元时，需先使用Aspen Plus软件中的DSTWU模块对精馏单元进行初步模拟，求的所需的最小回流比、实际塔板数、以及塔顶出料与进料之比等数据，将所得数据输入其中进行模拟。如图3.7所示： 图3.7简洁精馏的设定 图3.8简洁精馏所得结果 从上图3.8中可看出，所选数据为最小回流比的1.2倍，冷凝器所选压力为8bar，而再沸器所选压力为8.1bar，通过进行模拟运算得出最小回流比为0.313，实际回流比为0.376，实际塔板数为10块，根据简洁精馏操作，对CO2精馏塔进行优化。3.5.2对CO2精馏塔理论塔板数的选择 由3.5.1所得数据可看到实际塔板数为第10块，但并非理论塔板数，故需使用上述所得数据画图作出回流比对理论塔板的影响，首先进入CalCulation Options设定出初始板块为第4块，最后的板块为第10块，变化量为1，进行回流比的模拟。如图3.9所示： 图3.9对CO2精馏塔回流比的设定通过对回流比的确定，使用Aspen Plus软件进行运算得出每一板块的回流比，如图3.10所示： 图3.10每一板块的回流比再利用所得数据，利用Aspen Plus软件绘制出回流比与理论板数的关系曲线，如图3.11所示： 图3.11回流比与理论板数的关系曲线由于合理的理论板数选择受到回流比的影响，且合理的理论板数应在曲线斜率最小值处选择，通过作出回流比随理论塔板数变化图，可知理论塔板数大概为11层。3.5.3对CO2精馏塔进行严格精馏设计由3.5.2与3.5.1所得实际塔板数与回流比以及进料量与出料量之比，使用Aspen Plus软件中的RadFrac模块对其进行设计，如图所示： 图3.12精馏的所需参数 图3.13精馏塔所需塔板数的设定精馏结果如下表：表3.5 精馏结果进料出料1出料2798Temperature F86.-9.6199.864Pressure psia72.519116.030233.511Vapor Frac0.31510Mole Flowlbmol/hr435.286102.292332.994Mass Flow lb/hr14603.5874278.39610325.191VolumeFlowcuft/hr11251.6444257.830238.0713EnthalpyMMBtu/hr-50.225-14.843-34.772Mole Flowlbmol/hrCOH2O13.097122.46513.097TRACETRACE122.465CO288.23579.3498.886 H20.7760.776TRACECH3OCH399.38189.06990.312CH3OH111.330TRACE111.330从上表可看出通过CO2精馏塔，CO2从塔顶流出流量为79.349bmol/hr，大约流出其质量分数的99%，而CH3OCH3与CH3OH从塔底流出，由于需要纯度较高的二甲醚，故需进一步进行精馏。3.6 DME精馏单元3.6.1对DME精馏塔进行简捷设计 对二甲醚进行提纯所需步骤同3.5CO2精馏操作相同。需用Aspen Plus软件，选用DSTWU模块进行模拟，如图3.14所示： 图3.14简洁精馏塔的设定 图3.15简洁精馏的模拟结果从上图可得出所需最小回流比为0.251，实际回流比为0.301，实际塔板数为16，进料板位于第8块塔板上，塔顶出料与进料之比为0.283。同CO2精馏塔相同，需对其回流比进行优化。3.6.2对DME精馏塔理论塔板数的选择由3.6.1所得数据使用DSWTU模块对DME的精馏塔进行优化，进入CalCulation Options设定出初始板块为第4块，最后的板块为第10块，变化量为1，进行回流比的模拟。如图3.16所示： 图3.16对DME精馏塔回流比的设定通过对回流比的确定，使用Aspen Plus软件进行运算得出每一板块的回流比，如图3.17所示： 图3.17每一板块的回流比再利用所得数据，利用Aspen Plus软件绘制出回流比与理论板数的关系曲线，如图3.18所示： 图3.18回流比与理论板数的关系曲线根据3.5.2对CO2精馏塔理论塔板数的选择可看出该图的斜率随塔板数的增加而减小，并大约在第18层塔板，其斜率达到最小值，由此可得出DME精馏塔的理论塔板数大约为18块。3.6.3对DME精馏塔进行严格精馏设计由3.6.2与3.6.1所得实际塔板数与回流比以及进料量与出料量之比，使用Aspen Plus软件中的RadFrac模块对其进行设计，如图所示 图3.19对精馏塔的参数设定 图3.20对精馏塔所需塔板数的设定表3.6 DME塔精馏结果进料出料出料Temperature FPressure psiaVapor FracMole Flowlbmol/hrMass Flow lb/hrVolumeFlowcuft/hrEnthalpyMMBtu/hrMole Flowlbmol/hr CO H2O CO2 H2 CH3OCH3 CH3OH10122.000003101.5264160332.99402610325.1913217.13384-35.489179 TRACE122.4652888.88631565TRACE90.3123921111.330031298.9142352117.480567199.23221994536.87335063.28023-8.6294929 TRACETRACE8.88631551089.17952011.1663822411330.428929236.4115120233.7618075788.31799138.093379-24.999431 TRACE122.465287TRACE0116364从上表可看出经DME塔精馏提纯后CH3OCH3从塔顶流出流量89.18lbmol/hr，其质量分数约占99.9%，符合年处理量8万吨的要求。3.7塔板的设计与校核利用Aspen Plus软件对DME精馏塔塔板进行设计与校核，由于该精馏塔具有冷凝器与再沸器，故选用第二块塔板为初始塔板，第15块塔板为末塔板，塔板类型为Glitsch Ballast模块，塔径为1m，溢流程数为2，板间距为50mm，溢流堰高为50mm进行设计，如图3.21所示： 图3.21对塔板的设计通过模拟运算得出下图结果： 图3.22塔板核算结果图3.23塔板核算结果由核算结果可得出塔段压降校核结果为0.686psi，最大降液管液位是在2.36左右。结论本设计在众多研究资料的基础上，利用Aspen plus对工艺流程进行模拟计算，并优化其中一些工艺数据。这次设计方法采用一步法合成二甲醚的气相法。原料为CO与H2，其摩尔比为1：2，温度为260，所受压力为4MPa，所用反应器为固定床反应器，通过参考文献以CuO/ZnO/Al2O3作为反应催化剂，所得产物进入分离器进行分离，再进行精馏提纯。由于二甲醚是一个较易液化的气体，精馏过程均需采用加压精