年产25万吨二甲醚的精馏系统及二甲醚精馏塔设计

1、25万吨/年二甲醯精馆系统及二甲醯精懈塔设计年产25万吨二甲醵的精憎系统及二甲醵精馅塔设计摘要作为LPG和石油类的替代燃料，目前二甲醯（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。目前生产的二甲醸基本上 由甲醇脱水制得，即先合成甲醇，然后经甲醇脱水制成二甲醸。甲醇脱水制二甲醸 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瞇工艺。将甲醇加热蒸 发，甲醇蒸气通过Y-AL2O3催化剂床层,气相甲醇脱水制得二甲醸。气相法的工艺过 程主要由甲醇加热、蒸发、甲醇脱水、二甲瞇冷凝及精

2、帽等组成。主要完成以下工 作：1）全过程的物料及能量衡算；2）通过对ASPENPLUS的学习对精懈系统进行模拟；3）二甲醸精镭塔的选型设计计算；4）二甲醸精馆塔选型的校核；5）通过对塔的设计计算，利用CAD绘制出PID图、PFD图、设备图以及车间布置 图。关键词:二甲醯，甲醇，工艺设计，二甲醴精饰精懾塔设计安徽建筑人学本科生毕业设计AbstractAs LPG and oil alternative fuel, DME lias drawn attentions at present. Physical properties of DME is similar for LPG, and don

3、t produce combustion gas to damage the environment, so, It can be produced largely. Like methane, DME is expected to become 21st century energy sources., DME is prepared by methanol deliydiation, namely, synthetic methanol first and then methanol dehydration to dimethyl etlieiby methanol dehydration

4、. Methanol dehydration to DME is divided into two kinds of liquid phase and gas-phase process. This design uses a process gas of dimethyl ethei piepaied by dimethyl. Heating methanol to evaporation, methanol vapor tlirough the y-AL 2O3 catalyst bed, vapor methanol dehydration to dimethyl etlieiby. T

5、his process is made of methanol process heating, evaporation, dehydiation of methanol, dimethyl ether condensation and distillation etc. Completed foi the following work:The whole process of the material and energy balance calculation;The distillation system is simulated thiough the study of ASPENPL

6、US3) Calculation and selection of design DME distillation column;4) Check selection DME distillation column;5) Tluough the calculation of design of the tower, using CAD to draw PID cliait, PFD chart, equipment and workshop layout.Key words: DME, methanol, Process Design, Design of DME fractionating

7、tower25万吨/年二甲醯精馆系统及二甲醯精懈塔设计目录第1章文献综述11.1二甲醯的现状11.1.1甲醸的市场分析11.1.2二甲離行业面临的考验11.2二甲醯生产技术21.2.1合成气一步法21.2.2两步法生产技术31.2.3二甲離生产工艺的比较41.3甲醇气相法制取二甲醯41.3.1甲醇气相脱水制二甲醸过程热力学分析41.3.2甲醇气相脱水制二甲瞇宏观动力学研究101.4甲醇气相脱水制二甲醯精制分离121.4.1二甲離精饰的影响因素的讨论131.4.2二甲離精憾塔数学模型及求解141.5结语15第2章技术分析162.1反应原理162.2反应条件162.3反应选择性和转化率162.4催

8、化剂的选择16III安徽建筑人学本科生毕业设计2.5精憾塔的选择16第3章物料衡算与能量衡算173.1反应器173.1.1物料衡算173.1.2能量衡算183.2二甲醯精憾塔183.2.1进料温度的计算183.2.2二甲瞇精饰塔193.3甲醇精憾塔的衡算243.4甲醇缓冲罐27第4章二甲瞇精憾塔结构计算284.1精憾塔的工艺条件284.2工艺尺寸的计算324.2.1气液相负荷与体积流率324.2.2 塔径的计算334.2.3精帽塔有效高度的计算354.3塔板主要工艺尺寸的计算35431溢流装置计算354.3.2弓形降液管宽度Wd和截面积Af364.3.3降液管底隙高度ho364.4塔板布置37

9、4.4.1塔板的分块374.4.2边缘区宽度确定374.4.3开孔区面积计算374.4.4筛孔计算及排列374.5塔板的流体力学验算37IV25万吨/年二甲醯精馆系统及二甲醯精懈塔设计4.5.1塔板压降374.5.2液面落差384.5.3液沫夹带384.5.4 漏液394.5.5 液泛394.6塔板负荷性能图404.6.1漏液线404.6.2液沫夹带线404.6.3液相负荷下限线414.6.4液相负荷上限线414.6.5液泛线41第5章辅助设备计算455.1精憾塔接管455.1.1塔顶蒸气出口管的直径455.1.2回流管的直径455.1.3进料管的直径455.1.4塔底出料管的直径455.1.

10、5 塔釜进气管465.2人孔465.3裙座465.3.1裙座选材465.3.2裙座的结构475.4封头高度495.4吊柱495.4.1吊柱的选型495.4.2吊柱的结构495.5精憾塔高度50安徽建筑人学本科生毕业设计第6章二甲瞇精憾塔塔内件机械强度设计及校核.516.1精憾塔筒体和裙座壁厚计算516.2精憾塔塔的质量载荷计算516.2.1塔壳和裙座的质量516.2.2封头质量526.2.3裙座质量526.2.4吊住质量526.2.5塔内构件质量526.2.6人孔、法兰、接管与附属物质量526.2.7保温材料质量526.2.8平台、扶梯质量526.2.9操作时塔内物料质量536.2.10充水质

11、量536.3地震载荷计算546.4风载荷计算556.4.1风力计算556.4.2风弯矩计算566.5各种载荷引起的轴向应力576.5.1计算压力引起的轴向应力576.5.2操作质量引起的轴向压应力576.5.3最大弯矩引起的轴向应力586.6筒体的强度与稳定性校核58第7章全厂平面布置607.1全厂平面布置的任务607.2全厂平面设计的原则607.3全厂平面布置内容61VI25万吨/年二甲醯精馆系统及二甲醯精懈塔设计7.4全厂平面布置的特点617.5全厂平面布置61第8章总结讨论648.1设计主要完成任务648.2设计过程的评述和有关问题的讨论64参考文献65附录68致谢68VII25万吨/年

12、二甲醛精馆系统及二甲離精懈塔设计第1章文献综述1.1二甲醵的现状二甲離乂称甲醸，简称DME,分 子式：CH3OCH3,结 构 式：CH30CH3 o 二甲醸在常温常压下是一种无色气体或压缩液体，具有轻微醸香味。相对密度（20C） 0.666,熔点141.5C,沸点24.9C,室温下蒸气压约为0.5MPa,与石油液化气（LPG） 相似。溶于水及醇、乙醸、丙酮、氯仿等多种有机溶剂。易燃，在燃烧时火焰略带 光亮，燃烧热（气态）为1455kJ/molo常温下DME具有惰性，不易自动氧化，无腐 蚀、无致癌性，但在辐射或加热条件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等。1丄1甲醴的市场分析二甲離（DME ）是一种含氧

13、燃料（34.8% ），无毒性，常温下为气态，可在5个大气压 下液化，液化后方便储存和运输。建设部己发布行业产品标准城镇燃气用二甲醸，编号为CJ/T259-2007,自2008 年1月1日起实施。适用于供应城镇居民、商业和工业企业用的城镇燃气用二甲醴。该 标准实施表明，二甲醯作为液化气的替代燃料己具合法身份，将正式作为替代燃料推 广。此外，化工行业二甲醯质量标准也己通过专家委员审查，该标准适用范围：I 型作为工业原料主要用于气雾剂的推进剂、发泡剂、制冷剂、化工原料等,1【型主要 用于民用燃料、车用燃料及工业燃料的原料。2008年全国二甲瞇生产能力约400万t。单套装置产能达10万t的投产较多,河

14、南省 有信阳息县亚洲新能源控股（信阳）有限公司建成投产两套10万t装置，罗山金鼎化工公 司有近20万t产能投运，平煤蓝天驻马店遂平分厂建成20万t生产线。虽然二甲醸具有优良的燃料性能，但目前由于车辆使用二甲醸燃料需要更换发 动机及进行车型改造23】，同时也要受加压储运的限制，二甲瞇车用燃料的推广难度 大于甲醇代用汽油。目前的研究进度还达不到大规模产业化的程度。1丄2二甲醛行业面临的考验产能过剩受二甲瞇行业高利润吸引，众多产业资本大量涌入二甲醸产业。国 内产能近几年呈直线上升之势，仅2007年,中国的二甲醯产己在2006年44.5万t基础上爆安徽建筑大学本科生毕业设计增394%,达至IJ220万

15、t, 2008年达400万t, 2009年己跃至700万t。针对部分地区出现的盲 目重复建设的苗头，国家发改委在2006年7月7日发布了关于加强煤化工项目建设管 理促进产业健康发展的通知，其中要求一般不应批准规模在100万t/a以下的二甲醯 项目，这对规范二甲醸项目的建设起了一定作用，也促进了二甲瞇行业的产业化和规 模化发展。目前二甲瞇的主要用途为液化气掺烧,据中国石油和化学工业规划院估计,2007年 在国内二甲醸的消费结构中，民用燃料占到了绝对主导地位为94%，车用燃料仅为2%, 其他用途占4%。按照20%的掺烧比例计算,2010年的需求量在390520万t,这意味着 许多己建、在建的二甲離

16、装置将处于闲置状态。1.2二甲醵生产技术1.2.1合成气一步法合成气一步法的主要特点是：合成甲醇反应和甲醇脱水反应在一个反应器中完 成，由于反应器中生成的甲醇不断生成二甲醯，从而提高CO转化率，因此平衡常数 大。合成气单程转化率高达40%75%。国外开发合成气一步法代表性的公司有丹麦 托普索（气相法）、美国空气产品分司（浆态床）和口本NKK公司（浆态床）；但都处于中 试阶段，未见过工业化大型生产报道。国内一些科研院所也正在进行合成气一步法 研究；目前合成气一步法工业化技术尚未成熟，不具备大型化条件。合成气一步法以合成气（CO + H2）为原料，合成甲醇反应和甲醇脱水反应，在 一个反应器中进行，

17、同时伴随着CO的变换反应，其反应历程为：CO + 2H2CH3OHCO2+3H2CH3OH + H2O(2)2CH3OH0CH3OCH3 + h2o(3)CO + RgCQ + H2(4)2C0 + 4H2CH3OCH3 + 耳0(5)2CQ + 6H2CH3OCH3 + 3H2O(6)其反应特点为：（1）反应条件下有一部分CO和H2反应生成烧类副产物，这是合成气一步法原料消225万吨/年二甲醛精馆系统及二甲瞇精懈塔设计耗偏高的主要原因。催化剂使用寿命短，迄今未发现对两个反应均有较好催化作用且稳定性较好的催 化剂。现使用的复合型催化剂两种活性中心互相干扰。反应物难分离，反应物的主要成分有CO、

18、H2、CO2、二甲醸、甲醇、水等，首先 要将未反应的CO、H2分离开来循环使用，且分离流程复杂，电耗高。（4）一步法反应是强放热反应，但由于催化剂耐热性能差，温度高时易产生副反应, 反应温度又不能太高，因此反应器必然是换热式，决定了反应器体积大，容积效率低。1.2.2两步法生产技术1. 甲醇液相法甲醇液相法由硫酸法发展而来，山东久泰化工科技股份有限公司成功开发了具有 自主知识产权的液相法复合酸催化脱水技术。经过两年多生产实践证明，该技术成熟 可靠。云南广信化工公司开发了超强酸液相合成二甲醸生产技术，液体甲醇被预热到 90120C ,通过主反应塔分布器使甲醇和含氟超强酸催化剂逆向充分接触，在 1

19、00120C温度下，甲醇被催化脱水合成二甲醸，生成的二甲醯气流经过净化、冷凝、 干燥得到液态二甲醸。国内先进的甲醇液相法、甲醇脱水反应在液相、常压或微正压、 1300C下进行。2甲醇气相法甲醇气相催化脱水是目前国内外使用最多的二甲醸工业生产方法。其特点是技术 成熟可靠、投资低、产品调整灵活、工艺简单、生产成本低，国内拥有该技术且己工 业化的有西南化工研究设计院和四川天一科技股份有限公司、山西煤化所等，催化 剂为ZSM分子筛、磷酸铝或Y-AL2O3。二甲醸的合成是甲醇蒸汽在催化剂和一定温度条件下进行分子间脱水反应而生 成。该反应为放热反应，温度越高反应速度越快。随着反应温度的升高，副反应也随 之

20、增加，因此生产中要求控制适当的反应温度。西南化工研究设计院是我国最早研究开发二甲瞇生产技术的研究单位之一，上世 纪90年代开始研究开发二甲醸装置技术，与国内外现有甲醇气相催化脱水法比较，其安徽建筑大学本科生毕业设计技术有较大的改进和创新，处于领先水平。其工艺特点为：(1) 生产二甲醸的原料可为精甲醇或粗甲醇，蒸汽消耗和生产成本较低。(2) 二甲醴反应器是列管式反应器，反应温度易控制，且催化剂在反应器中分布均匀。(3) 采用先进塔器内件和分离工艺，回收效果好，流程简化，醇耗低。二甲醴生产方法无论从投资和生产成本角度看，西南化工研究设计院的甲醇气相 法是首选的方法，使用该技术投运装置市场占有率80

21、%90%。1.2.3二甲醛生产工艺的比较甲醇液相硫酸催化法和甲醇气相法制取二甲醸的生产技术较为成熟，两种方法均 有工业装置运转。甲醇脱水法以精甲醇为原料，脱水反应副产物少，二甲醸纯度高达 99%,使用于有较高要求的气雾产品，也可以用作制冷剂或医用气雾剂的抛射剂。该 工艺比较成熟，可以依托老企业建设新装置，也可单独建厂生产。但该方法要经过甲 醇合成、甲醇精懈、甲醇脱水和二甲瞇精懾等工艺，流程较长，因而设备投资大，产 品成本高，受甲醇市场波动的影响也比较大。合成气法生产二甲瞇的生产工艺在淤浆床中，反应温度分布均匀，热平衡较易控 制，操作简单且稳定性好，生产成本低。合成气法所用的合成气可由煤、重油、

22、渣油 气化以及天然气转化制得，原料经济易得，因而该工艺可用于化肥厂和甲醇厂。这些 工厂可将甲醇装置适当改造用于生产二甲醸，形成规模生产。目前一步法生产二甲醸 面临的关键问题是：需要高效低价的煤制气工艺及设备；需要能满足大型化二甲醴生 产的反应器；解决以煤为原料制二甲瞇生产过程中CO2的利用问题；相关催化剂的开 发与生产；成熟而经济的二甲離分离提纯技术。综上所述，由于一步法制二甲醴的工艺条件的限制，本文二甲離的制取采用甲醇 气相法制取二甲瞇的工艺流程。1.3甲醇气相法制取二甲醵1.3.1甲醇气相脱水制二甲醵过程热力学分析1. 反应体系甲醇气相脱水过程为甲醇汽化后进人固定床反应器,在催化剂上脱水生

23、成DME和 水，然后经提纯分离装置得到DME产品。通常使用y- Al203或分子筛为催化剂，在49325万吨/年二甲醛精馆系统及二甲離精懈塔设计一553K反应温度下催化剂具有足够活性，且不会积炭习。经气相色谱分析，反应产物 主要为DME和水，此外还含有少量CO、CO2,低碳烧类及未反应甲醇。甲醇脱水制DME的反应有:2CH,OHCFIjOCHj + EO(7)2CH3OH+ 2HQ(8)CH,OCH,(9)CH3OCH3=ch4-i-h2-fco(10)CO+HQ；hCOg+Hz(11)心乩+耳(12)CHQH =二 C0+2Hz(13)对上述7个反应釆用原子矩阵法确定独立反应数冋。反应物系中

24、有CH3OH、 CH3OCH3、H2O CO,H2、C2H4、C2H6、CH4和C02o列原子矩阵，并经初等变换，计 算得矩阵的秩为3,而反应组分数为9,因此独立反应数为6。对反应(1), (3), (4),(5) , (6)和(7)进行分析。各反应组分的标准反应热数据7-9(标准状态为29&15 K, O.IMPa； AHet298.15为标准生成熔，J/mol； 幼为标准生成自由能，J/mol； AS?2S8.15 为标准摩尔爛，J/(mol K)见表1.1。根据文献7提供的热力学数据，经回归得到各 组分定压热容随温度的变化关系式为q = A十BT+C尸十+其中Cp为定压热容，J/(mol

25、 K)； A、B、C、D 和E为系数。表1.1热力学数据安徽建筑大学本科生毕业设计Compositions* moD山?叽2八W -K-)CHjOIICg)-201 000.0-162 300.0239.9DMECr)-184 100.0-HZ 600.0266.4H,O(g)-Z4) 800.0-22fi 600.0188.8CH心74 600.0-50 500. 0186.3CaH4(g)S2 400.06S 4C0.0219.3GHeCg)-84 000.0-32 000.0229.2Hj(g)0.00.0130.7CO(g)7】0 500.0一 137 200.0197.7C6(g-3

26、93 500.0一 394 400.0213.8表1.2各组分定压热容系数CompositionsABCDECH.OHCg)4.034 6E+01-3.828 7E-022. 4S2 9E-O4-2.【67 OE-075. 990 9E-11DMEXg)3.466 8E+017.029 3E-O21.653 0E-C4-1. 767 SE-074.931 3E-113. 393 3E+01一8.418 6E-032. 990 6E-O5-1. ?82 5E-083.693 4E-12CH. (a)3.491 2E+01-3. 995 7E-021.918 4E-04-1. 530 3E-073

27、.932 1E-11CaH4(g)3.208 3E4-01-1.483 IE-022. 477 4E-042. 376 6E-076.827 4E-11C3H6(g)2. 814 6E + 014. 344 7E-021. 894 6E-C41. 90S 2E-075-334 9E-11H:8)2. 539 9E+012.017 8E-023.854 9E-O53.188 0E-08-8.758 5E-12CO(g)2.955 6E+01-6.580 7E-03Z.013 0E-O51. 222 7E-082.261 7E-12cog2. 743 7E4-014.23) 5E-02f . 9S

28、5 5E053. 996 8E-09-2.987 2E-L3利用公式厶=应物,计算标态下各反应的反应热円心8,由公式% = 05+匚(另恥一另卩唤盯，计算不同温度下的反应 热AH、AH和AH“，单位均为J/molo 2甲醇脱水反应的吉布斯自由能 甲醇脱水反应的吉布斯自由能AGt由式Gr = T-TAS计算，其中AS为反应的嫡 变,&5 = f(ziCp/T)(lT = I +21AlnT4-21BT + (.C/iyT1 +(4D/3)r + (AF/4)T*。单位为 J/mol, J S 单位为 J/(mol K) o各反应在29&15K时的嫡变(竺瞪】$)及积分常数(I)值列于表1.3。将

29、I值代人上式即可得到AS与温度T的关系式，从而得到AGT与温度T的关系。在不同反应25万吨/年二甲醛精馆系统及二甲離精懈塔设计温度点计算出各反应的吉布斯自由能，从而可直观地看出各反应自发进行的程度，结 果见表1.4。从表1.4可以看出，甲醇脱水制DME的反应在493.15 一 653.15K都可 以自发进行，并进行到很高程度。随着反应温度的升高，反应(1)的|A GT|逐渐减小, 表明温度过高不利于DME生成，而有利于DME裂解制烷桂、烯烧以及甲醇分解等 反应。表1.3不同反应的“2”. M和IReactionsSjm. is/(J mol-1 Kl)I(1) 24. 610. 742(3)1

30、41. 7-13. 361(4)248.3-38. 267-42. 0-0. 154(6)-120.835. 742(7)219. 2-20. 7323. 甲醇脱水制DME反应热力学平衡趋势分析工业上二甲瞇的选择性一般控制在99%以上，反应(7)是主要研究对象，因此主 要分析其热力学平衡趋势。根据公式kiKf =一心29心-；亦反“/5丁)计算 标态下甲醇脱水制DME反应的平衡常数KP298上。根据公式 1点小=1点诃“+细黠刃，计算不同温度下的平衡常数(Kpt),其中R为通用气 体常数&314J/ (mol K),结果见表1.5。表1.4吉布斯自由能与温度的关系安徽建筑大学本科生毕业设计Re

31、sccioasAC/(J moL493.15 K513.15 K533. 15 K5S3.15 K 573.15 K593. 15 K613.15 K633.15 K663.15 K-12 295.5-11 907.7-11 527.1-11 153.5 -10 786. 3-10 425.3-10 069. 6-9 719.2一 9 373.7(3)-73 399. 8-75 865. 9-73 279.1-80 634.4 82 926.985 151.3-87 302. 2-89 374.2-91 3C1.7(4)-124 698.4一 129 883. 9-135 079.3-140

32、283.0 -145 494.0-150 711.3-135 933.8-161 160.6-J66 391.0-20 801. 720 030. 4-19 265.7-18 507.6 -17 755. 8-17 010.4-1$ 271. 215 538.014 810.7(6)-75 888. 3-73 297.4-70 696. 168 085.2 一65 465.3-62 837.160 201. 4-57 558.5-54 909. L-19 636. 2-24 400. 3-29 185.?一 33 993.8 -38 819.743 662. S-48 521.一53 395.

33、1-58 281.6表1.5反应热与平衡常数T/KAHb/( J moL)Kp r493.15-21 954.520.344 1513.15-21 763.416.526 9533. 15-21 577.213.596 0553. 15-21 396.211.463 5573.15-21 220.89.752 1593.15-21 051.48.397 4613.15-20 888. Z7.309 8633.15-20 731.36.425 5653.15-20 580.85.698 0(1) 温度对化学平衡的影响设反应在一定温度和压力下达到平衡时的甲醇转化率为XM，且该反应体系在常 压高温下

34、服从理想气体定律，则化学平衡常数K满足式(8) oAm C1 2 2xwr其中yn。为二甲醸体积分率，yw为水体积分率，YM为甲醇体积分率。根据不同温度下的化学平衡常数，得到相应的平衡转化率。反应体系平衡转化率 随温度的变化而变化。反应的平衡转化率随温度的增加而降低，因此温度升高不利于 反应物生成。实际生产中综合考虑所采用的催化剂起活温度、反应转化率以及DME 选择性等因素，通常将反应温度控制在493 623 K,最佳温度一般为573593(2) 进料中含水量对化学平衡的影响为降低DME生产成本和提高产品的灵活性，近年来新建DME装置多与甲醇装置 联产,并以粗甲醇为原料，以便节省甲醇精憾所消耗

35、的蒸汽。但进料中含水不可避免 会对反应产生不利影响o计算一定进料温度下不同水醇物质的量比(Rw)对甲醇平衡转 化率的影响。通常情况下煤基粗甲醇中水的质量分数为5%10%,天然气基粗甲醇25万吨/年二甲醛精馆系统及二甲離精懈塔设计中水的质量分数为18%22%。针对这两种粗甲醇进料，考察水醇比对反应平衡转化 率的影响。设反应体系服从理想气体定律，493.15K时化学平衡常数K满足式(9)。通 过计算得：随着进料中水含量的增加，反应的平衡转化率逐渐降低，因此粗甲醇原料 中水的存在不利于平衡向脱水方向进行。X =爭唇十芳(心+ 1)2 =工Mg + gy7(1 一尸(Rw 十 1严-(2-2xm)2(

36、3) 进料中含水量对反应绝热温升的影响在工业中绝热反应条件下，放热反应将使反应器的出口温度升高，化学反应平衡 常数也随之变化。这里将考察在进料温度为493.15K的绝热反应情况下，进料中水含 量对反应平衡常数和绝热温升的影响。设&为以活度表示的平衡常数，由于反应压力为O.IMPa ,在此条件下各组分可视为理想气体，因此出口平衡常数按式(10)计算。_今(险丄宁)一知(叭+%)(1 zM)5(2 2jcMyInK. = lnKp2at.is + (馆慕丁J a8 Is I出口混合气体热容计算公式见式(12)。(Cp总)出口=S Cptyi = 1OxFo.5, 於0.9时，模型是适宜的。模型统计

37、检验表明，该宏观动力学方程（18）是适宜的。综上所述，随着温度升高，甲醇转化率先升高后下降，在温度为320C340C范 围达到最大值；由于甲醇脱水反应为等摩尔反应，压力对甲醇转化率的影响并不明显; 随着空速的增加，甲醇转化率降低，但是当反应温度大于320C时，随空速的增加， 甲醇转化率下降并不明显。1.4甲醇气相脱水制二甲醵精制分离气相甲醇脱水法生产二甲離（DME）具有操作简单，自动化程度高，三废排放量 少等特点，生产过程包括甲醇加热、蒸发、甲醇脱水和粗甲醸精懈。甲醇脱水制二甲 醸反应后，体系中含有二甲醸、甲醇和水，因此必须进行分离操作，将二甲醯从其它 的组分中分离出來；体系中的甲醇则经过提纯

38、通过循环返回反应器，以提高反应物的 利用。朱志渊等采用不锈钢压延孔板波纹填料精饰制备高纯二甲瞇，在精饰塔正常操 作范围内，控制提饰段温度低于塔釜温度65C左右,精饰效果良好，否则在操作过 程中塔内上升蒸气的速度过大，超过了最大允许速度易产生液泛。同时还指出，由于 粗二甲醸中含有不凝性气体（N2、CH4、H2O、CO2等）在塔顶冷凝器中不断积累， 超过规定的浓度将严重影响DME的纯度，所以定期排放富集的不凝性气体也是获得 高纯度DME的操作条件之一。高占笙】4指出了传统两塔精懈的缺点，该流程第一蒸懈塔加压蒸憎会使二甲醸中 溶有较多的低沸点气体（CH4等），使产品的纯度和沸点下降。日本小见善明等经

39、深 入研究后发现，二甲瞇中的低沸点气体只要经减压就容易使其分离，不必在二甲醴蒸 饰塔的上部设置更多的分离填充层或塔板数。经进一步研究后发现，减压分离后得到 解吸气与原料甲醇进行对流接触就能够有效地将其中的二甲瞇洗涤下来并带回反应 系统，同时可将溶解于原料甲醇中的惰性气体（N2等）解吸出来。为此，减压的压力 虽然越低越好，但在低压下，低沸点气夹带的二甲醸量增大，所以一般以0.2MPa-0.5 MPa的压力为宜。郑丹星卩等以异丙醸或其水溶液作吸收剂吸收二甲醴，产物气体在 20-50C、1.0-3.0 MPa的操作条件下，经过精1分离单元可以获得高纯度二甲瞇产品。1225万吨/年二甲醛精馆系统及二甲

40、離精懈塔设计此外，VbssBodiia】、PengM等也作了相关的研究和报道。1.4.1二甲醛精憾的影响因素的讨论（1）回流比对二甲醸分离的影响随着回流比的增大，塔顶产品二甲醴的浓度也逐渐得到了提高，当回流比达到某 一值时，二甲瞇纯度增加最大，之后再增大回流比，对于提高二甲醸的纯度没有明显 的作用。因此为保证塔顶液相组分中二甲醸的浓度，回流比要控制在该值以上。（2）进料温度对二甲瞇分离的影响随着进料温度的增加，进料中的轻组分直接上升进入塔的精懈段，增大了冷凝器 的负荷，造成塔顶二甲醸的浓度逐渐降低，当进料温度超过一定的温度以后，造成产 品中重组分的含量增加，二甲醸的浓度有较大幅度的下降。为了保

41、证二甲瞇的产品质 量，进料温度不大于该温度为宜。（3）操作压力对二甲瞇分离的影响改变操作压力，使每块塔板上的气液相平衡的组成发生改变。压力升高，则气相 中的重组分减少，相应地提高了气相中的轻组分的浓度，不过这是以增加塔釜能耗为 代价的。当塔釜加热温度为一定值时，操作压力达到某一值时，塔顶产品二甲醸的含 量增量较大，之后随着操作压力的增大，塔顶产品二甲醯的含量变化不大。（4）进料组成对二甲瞇分离的影响进料组成的变化,直接影响精镭操作，当进料中重组分的浓度增加时，精憾段的 负荷增加；对于固定了精镭段板数的塔来说，造成重组分带到塔顶，使塔顶产品质量 不合格。若进料中的轻组分的浓度增加时，提懈段的负荷

42、增加，造成提懈段的轻组分 蒸发不完全,釜液中轻组分的损失加大。同时，进料组成的变化还将引起全塔物料平 衡和工艺条件的变化。组分变轻，则塔顶饰分增加，釜液排出量减少。同时，全塔温 度下降，塔压升高。组分变重，情况则相反。在进料流量及回流比一定的操作条件下, 维持塔的稳定运行，随着进料中二甲醸含量的增加，塔顶产品二甲醸的浓度逐渐升高, 进料中二甲醸的摩尔分数大于7%，塔顶产品二甲瞇的含量就可达到99%以上。随 着进料溶液中二甲醸浓度的升高，即混合溶液中轻组分的含量增加，塔内各板的温度13安徽建筑大学本科生毕业设计也相应有所下降。1.4.2二甲醛精憎塔数学模型及求解采用平衡级模型对二甲醸精饰塔进行模

43、拟，从冷凝器到加热釜，认为有N块理 论塔板。实验过程中，精帽塔只有一股液体进料，没有气相及液相侧线采出。在模拟 过程中作如下假设：精憾过程处于稳态；各塔板上气、液相浓度均匀；采用理 论板进行计算，实际板数可以根据板效率求出。描述精饰过程的数学模型是被称为 MESH方程，由于变量的选择和物料、能量衡算方程写法不同，有不同形式的MESH 方程表达形式。以x小T”和Vj为独立变量，二甲醸精懈塔的模型如下：(1) 各组分物料平衡方程组(M方程组)。第1块板有：V2yi,2+ Loxd = Vi yi,i + Lixi,l (j = 1)(21)第j块板有：FjZi,j 十 Lj. i Xi,j. i+

44、 Vj+1 yij+ i=LjXi.j 十 Vjyij ( 2 j N-l)(22)第N块板有：LN-iXi,N-i= VNYi,N 十 LNXiN (j = N )(23)(2) 相平衡方程组(E方程组)。yij = Kgj(i=l-C,j = l N)(24)(3) 归一化方程(S方程组)。Zxij = 1 Zyij = l(i=l-C,j = l- N)(25)(4) 热平衡方程组(H方程组)。第1块板有：(26)V2H2v- ViH iv- LiHil+ LoH0l- Qi=O(j = l)1425万吨/年二甲醛精馆系统及二甲離精懈塔设计第j块板有：FjH ； + Vj i / - 1

45、4- Lj- l/ j- VjH /-Lj 11 j - Qi= O (2 / 99.73%,水含量99.95%要求年产25万吨二甲醸，则每小时应生产二甲醴的量为:250000 xlO3,=31250 kg/h = 679 35kmol/h8000又产品的回收率为99.8%,故而生产二甲醸的量为：Fx = 679.3599.8% = 680.71 kmol/h反应式.2CHQH 加如供化乩CHQCH3 + HQ .AHr(300C) =-11770KJ/kinol 本次设计由于釆用的催化剂是Y-AL2O3,甲醇的转化率可达到80%。反应器应加入甲醇量为:680. 71x280%=1701. 78 kmol/h原料进料量:1/01. 78 = 706. 38 kmol/h0. 9973水的量为：4.6 kinol/li 按化学计量关系计算反应器出口气体中各组分量:CH30H:H20:1701. 78x20% = 340. 38 kmol/h4.6 + 680.71=685.31 kmol/h进入反应器的气