年产5万吨的二甲醚生产工艺设计2

年产5万吨的二甲醚生产工艺设计摘要：本设计为年产10万吨二甲醚的初步工艺设计，在设计说明书中，简单介绍了二甲醚的性能、主要用途生产现状和发展趋势，本设计结合了湖南雪纳新能源有限公司的生产现状，确定以甲醇脱水法作为本设计的工艺生产方法。在设计过程中，根据设计任务书的要求，通过物料衡算和热量衡算，以确定设备工艺参数和消耗工艺指标，同时对二甲醚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的初步技术经济评价。绘制了相应的设计图纸，设计图纸包括工艺流程图、主要设备图的装配图、设备的平面布置图等。关键词：二甲醚；甲醇；工艺设计PrimaryfortheManufacturingProcessofDimethlether

100,000TonPeryearSpecialty:ChemicalEngineering&technologyAuthor:LuyingwenDirector:HuangNiandong(PartyofChemicalEngineering,SchoolofChemistryandChemicalEngineering,HunanUniversityofScienceandTechnology,Xiangtan411201,P.R.ofChina)Abstract:Thisisthefirststepprocessdesignforannualoutputof100,000tonsofdimethlether,Inthedesignedspecifications,developingtrend,functionandmainuse,combinedtheproductionstatusofHunanXuenaNewEnergyCo.,Ltd.andfinallywithmethanoldehydrationmethodsasprocessproductionmethodsofthedesigns.Inthedesignprocess,inaccordancewiththerequirementsofthemissiondesign,Throughthematerialbalanceandenergybalance,todeterminetheequipmentandtechnicalparametersofconsumptionindicators,whiletheproductionofdimethyletherintheprocessofattentiontosecuritymattersand"Threewastes"Managementmadeanoteoftheentiredevicetoasimpletechnicalandeconomicevaluation.Drawingthecorrespondingdesigndrawings,designdrawings,includingprocessmaps,plansofmajorequipmentassembly,equipmentsuchasthelayoutplans.Keywords:dimethlether;methanol;processdesign.#Q=W-C-1=215.592x75.37x59.88=973000.24J/hWpW（8）再沸器（全塔范围列衡算式）设再沸器损失能量Q-0.1QQ+Q=Q+Q+Q+Q损BBFCW损D0.9Q=Q+Q+Q-Q=4835194.32+973000.24+51270.89-924886.28=4934579.17kJ/hBCWDF所以，Q=5482865.74kJ/hB塔顶温度下，a塔顶温度下，a=5.064D塔底温度下，a=4.211W则全塔平均相对挥发度：amaxaVDW则全塔平均相对挥发度：amaxaVDW=、.5.064x4.211=4.618N=lgminxD—1一xD——WxW/lga=6.01mR-Rmin=0.1156R+1查天大化工原理下册[查天大化工原理下册[11]37吉利兰图得,N-Nmn=0.52，解得n=15.69（含釜）N+2表36热量衡算结果表进料冷凝器塔顶馏出液塔底釜残液再沸器平均比热55.8565.6048.17[kj/（kmol•K）]热量Q（kj/h）924886.284835194.3251270.89973000.245482865.744.5.3理论塔板数的计算进料液的相对挥发度为a=4.39塔顶与进料的相对挥发度：a=：'axa=、5.064x4.39=4.715m耳DFN=lgminxN=lgminxD—1-xDY1-xFxF/lga=3.253m同上可得，N=9.94取整数，精馏段理论板数为10块，加料板位置为从塔顶数第11块理论板，整塔理论板数为16块4.5.4回收塔主要尺寸的设计计算表37甲醇和水在不同温度下的密度(查自于化工工艺设计手册和化工原理附录)温度/°ct=29.08Dt=59.88Wt=51.34F甲醇密度/(g/ml)0.7780.7390.751水密度/(g/ml)0.9960.9830.9881)塔顶条件下的流量和物性参数M=31.55kg/kmol，V=M•V=31.55x125.491=3959.24kg/h11L=M-L=31.55x86.275=2721.98kg/h

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由一PLaa=^+2nP1P2p=781.421

由一PLaa=^+2nP1P2p=781.42kg/m3Lpv-PM20x31.55RT8.314x(273.15+29.08)0.251kg/m32）塔底条件下的流量和物性参数M=18.06kg/kmol3aa_

=—^+亠npPPPLL12=981.38kg/m320x18.06p=-PM==0.131kg/m3VRT8.314x(273.15+59.88)V'=18.06x125.491=2266.37kg/h3L=M•L=18.06x341.083=6159.96kg/h33）进料条件下的流量和物性参数=20.14kg/kmolpv20xpv20x20.14=四=—而=8.314x(273.15+51.34)=0.149kg/m3aa_=—^+aa_=—^+2np=918.4kg/m3,PPL1P2V=V=125.491x20.14=2527.39kg/h22PlLPlL22781.42+918.4=849.91kg/m3精馏段：L=M•L=20.14x86.275=1737.58kg/h2提馏段：LL=M•L=20.14x341.083=6869.41kg/h24）精馏段的流量和物性参数Pv=pv1+pv2=0.251+0.149=0.20kg/mPvc"2V=甲=注；2527.39=3243.32kg/c"2~2L=¥=2721.98；1737.58=2229.78kg/h~2(5)提馏段的流量和物性参数p=pv2+pv3=0.149+0.131=0.14kg/m3V2P厶—pL2；pL3—918.4[981.38—949.89kg/m3V-F-E；2266.37—2396.88kg/h了L+L6869.41+6159.96L—T3—26)体积流量=6514.69kg/h塔顶：Vs13959.24P0.251X3600—4382m3/s塔底:——1—Vs3-V：-226637-4.806m3/sp0.131x3600进料：Vs2—t—2527.39—4.712m3/sp0.149x3600+V^1L,2+VV—ss24.5.5塔径设计计算精馏段：提留段：S2—4.382+4.712—4.547m3/s24.712+4.806—4.759m3/s表38填料的选择填料名称尺寸/mm比表面积堆积p空隙率填料因子m2/m3rkg/m3个数n/m-3£/m3•m-3金属拉西环(1)精馏段25X25X0.8220640550000.92390L(P]VlpL丿0.55+0.41…厂所以l——0.48mPa•sl2-29.08+51.34t——40.21°C1808.06(0.20\x2629.911849.91丿=0.0106Y=0.3089用内插法：50-40988.1-992.2—n40.21-40p-992.2水P水=992.1kg/m3g•pL•LI0.2l•u2二0.3089F又因屮二pL/p—849.91/992.1—0.8567水代入则有u-6.681m/sFu=0.6u=4.01m/sFD二4V兀uS—:业竺二1.58m兀x4.01圆整取：D二1.6m空塔速度u=3.17m/s2)提馏段X二0.0330.36X二0.0330.36+0.412=0.39mPa-sY=0.0849-59.88+51.34t==55.61°C260-50983.2-60-50983.2-988.1用内插法：—np—985.4kg/m355.61-50p-988.1水水-卩0.2Vg-pL=0.0849又因V=P/p=949.89/985.4=0.964L水解得u解得u=4.26m/sFu=0.6u=2.56m/sFD=^759D=^759=1.54m兀x2.56圆整：D=1.6m空塔气速u=2.37m/s选取整塔直径为D=1.6m。表39特殊点下甲醇粘度和水的密度温度/Ct=29.08Dt=59.88Wt=51.34F甲醇粘度/cP0.550.360.41温度/C405060密度/kg•m-3992.2988.19填料层高度的计算(1)精馏段：F=ux*py=3.17x、.：0.2=1.418HETP=0.49mZ=N•HETP=10x0.49=4.9m1查得压降AP/Z=725.3Pa/m(2)提馏段：F=uxjpy=2.37xp'0.14=0.887HETP=0.47mZ=N•HETP=6x0.47=2.82m2查得压降AP/Z=521.6Pa/m全塔高度Z=Z+Z=4.9+2.35=7.7m124.5.7附属设备的选型计算(1)冷凝器选用列管式冷凝器，逆流方式操作，冷却水进口温度为25C，出口温度为30C。取K=900W/(m2・C)

逆流：T30.95°C-29.08°Ct30C一25CAtmAt逆流：T30.95°C-29.08°Ct30C一25CAtmAt-At(30.95-30)-(29.08-25)21—==2.15Cln(At/At)1n30.95—302iln29.08-25A二QKAtm4835194.32/3.6900x2.15=30.12m2查文献⑵选型：①450x3000,换热面积F=34.6m22）再沸器选择150C的饱和水蒸气加热，t=59.88C为再沸器液体入口温度，用潜热加热可节省蒸汽量，从而W减少热量损失。取K=1200W/(m2・°C)At二150-59.88二90.12C则换热面积为A=-K-a-5482865.74/3.61200x90.12=14.08m2查文献⑵选型：①325x3000,换热面积F=15.2m2回收塔主要工艺参数汇总表表40回收塔主要设计参数汇总表塔顶塔釜进料精馏段提馏段液相摩尔流量（kmol/h）38.869215.592254.808气相质量流量（kg/h）3243.322396.88液相质量流量（kg/h）1226.3173893.5925131.8332229.786514.69摩尔分率0.9650.0028180.1509质量分率0.980.0050.2401平均相对分子质量31.5518.0620.14气相平均密度（kg/m3）0.2510.1310.1490.200.14液相平均密度（kg/m3）737.83958751.65744.74949.89温度/°C29.0859.8851.34环境保护及三废处理5.1主要污染源及主要污染物本设计采用较先进的工艺技术，主要污染物为来自二甲醚合成塔、初馏塔、精馏塔、回收塔产生的驰放气、废液及少量的废渣（催化剂）。5.2设计中采取的环保措施及其简要处理工艺流程（1）环保治理措施1.废气处理二甲醚精馏塔排出的驰放气含CH、CO有害物质，甲醇蒸馏塔驰放气含有CH、CO和CHOH444有害物质，由于这两股废气数量很少，因此可以送火炬燃烧处理。装置开停车时排放的可燃气体，也可以送火炬燃烧处理。本装置正常生产时废气主要有加热炉尾气、弛放气、闪蒸气和精馏不凝气等。分别采用以下治理措施：加热炉尾气主要成份为氮气、水蒸汽和少量二氧化碳，经排气筒高空排放；甲醇合成弛放气和闪蒸气热值达2000kcal/Nm3,可以送作燃料。精馏不凝气热值虽高，但压力太低，且量很小。因此，暂考虑去火炬系统燃烧处理。来自二甲醚合成工序的甲醇洗涤塔的不凝气，送火炬系统燃烧处理。2.废水处理甲醇蒸馏塔底产生的废水含甲醇仅40ppm，由总厂的回收装置统一处理或排放。本装置正常生产时废水主要有蒸汽冷凝水、精馏废水、循环水排污等。分别采用以下治理措施：蒸汽冷凝水十分干净，经冷却后送新建脱盐水站作进水以代替部分原水；精馏废水含有少量甲醉，本设计设置的甲醇回收塔处理后己达排放标准，经冷却后收集输送到公司污水生化处理站；循环水排污废水中污染物含量极少，可直接排放。废渣处理生产中产生的少量的废催化剂数量大约20吨/年，用填埋等方式处理。本装置废渣主要为各种废催化剂和煤渣等，可送当地填埋场填埋处理；废甲醇、二甲醚催化剂送至回收厂家回收利用以回收其中的贵重金属。噪声本装置噪声主要为压缩机、鼓风机、引风机、汽包放空和各类泵噪声。各类机泵应优先选用低噪声电机，加消声器，将主要噪声源集中在隔音房内。在操作中只设流动岗位，不固定值班，需要固定值班的，可将机房和操作间用隔声门窗分开布置。并在厂区种植降噪植物。（2）预期效果本装置建成投产后，正常生产时“三废”均通过治理，且都能达到国家的有关环境标准，预计本装置的建设对周围环境影响不大。本项目建成后，塔釜残液全部用作精馏甲醇和二甲醚的原料液，从而有利于环境保护。生产中几乎不产生废物，生产环境较为洁净。（3）环保管理及监测本项目对环境管理和监测将设置专人负责，并由中心化验室统一管理控制，以保证环境友好生产。（4）绿化概况厂区应在道路两侧、空地上、房间旁进行绿化，种植各类乔木、灌木和绿篱等，以达到降噪除尘的目的。全厂绿化系数应不低于30%。（5）环保投资概算由于本项目原料甲醇为直接购买，减少了提炼合成气及合成甲醇一段流程，因此前一部分的大量环保投资费用即可节省，精馏甲醇、二甲醚釜残液既需满足合成二甲醚工艺需要，又要满足环保要求，本装置的环保设施费用已包括在总投资费用之中。5.3装置危险性物料主要物性二甲醚生产过程中主要的有毒有害物料有一氧化碳、二氧化碳、甲醇和二甲醚醇等。(1)一氧化碳一氧化碳为无色、无味、有毒、易燃易爆气体。在空气中的爆炸极限为12.5〜74.2%(V)。一氧化碳有毒，它能同血液中的血红素结合而失去吸氧功能，导致血液中毒，产生头痛、呼吸困难、昏迷、窒息等症状。二氧化碳二氧化碳为无色，非易燃气体，它能以碳酸盐和碳酸氢盐的形式存在人体中，并能透过肺泡膜。人吸入高浓度的二氧化碳后，因缺氧可使人昏倒、昏迷，严重时出现休克或停止呼吸。甲醇无色易挥发液体，有微弱气味。可经吸入、食入、皮肤及接触对人体造成危害。低于500ppm，吸入后引起头痛，呕吐、惊厥、痛性痉挛、怕光，甚至失明;食入还会损伤肝、'肾等，甚至致死。车间空气中最高容许浓度50mg/m3。甲醇自然温度464°C，闪点11.1°C，易燃、易挥发、易爆。甲醇蒸汽与空气形成爆炸性混合物，其爆炸极限为6.0〜36%(V%)(4)二甲醚本品为无色无臭可压缩气体。闪点—40C，自然点350C，不溶于水，爆炸极限3.4〜18%(V),沸点一25C，相对密度(空气)1.6，属于甲类火灾危险性物质。本品具有毒性，中毒时能引起咳嗽、呼吸困难、头疼、困倦，液化气能引起皮肤和眼睛冻伤，产生红肿、疼痛和视力模糊。表41主要物料的危害特性及控制指标序号物料名称危害特性空气中爆炸极限V%火灾危险分类车间空气中最高容许浓度mg/m3毒物危害程度分级1一氧化碳易燃易爆有毒12.5-74.2乙30II2二氧化碳高浓度有窒息危险/18000/3甲醇易燃易爆有毒6-36甲50III4二甲醚易燃易爆有毒3.4-18甲//6财务初步分析我国煤炭资源丰富，煤种齐全，我国环保能源一直十分紧缺，特别是洁净民用和车用燃料，是目前最受重视的问题之一。尽快采用高效洁净煤技术，将煤炭转化为二次能源，对于我国经济发展、环境保护与生态平衡具有重要意义。是我国煤炭工业结构调整、实现可持续发展的战略方向，对未来能源建设和能源技术的发展将有重要影响。、随着煤化工和碳化学的发展，随着工业化技术的完善及煤化工多联产技术的成熟，二甲醚作为柴油、汽油、液化石油气替代品及重要的化工原料，具有广阔的市场和巨大的发展潜力。6.1概述本项目流动资金5560万元，其中自有铺底流动资金30%，流动资金贷款70%，年利率4.875%。投资分年使用计划为第一年50%，第二年50%。本项目为年产10万吨二甲醚项目，本评价采用按总投入产出法进行经济效益评价。6.2经济初步估算6.2.1产品量经测算，项目完成后正常生产年产二甲醚为10万吨/年。6.2.2投资估算本装置是年产10万吨的二甲醚装置，参照长沙雪纳新能源有限公司的生产规模，估计投资14300万元左右，流动资金5560万元，其投资估算如下：1）建设及安装6350万元2）土建2580万元3）电器及安装1270万元4）仪表及安装3100万元5）防腐保温400万元6）其它（包括设计、试车、不可遇见费用等）600万元6.3产品成本估算按总投入总产出计算项目的年总成本费用。年均总成本费用31005万元，满负荷生产平均为3286万元。成本估算说明如下：（1）原辅材料及公用工程价格（表6-1）表42原辅材料及公用工程价格序号产品名称单位含税价格税率1甲醇元/吨180017%2循环水元/T0.3503电元/度0.3017%4蒸汽元/T600（2）工资及福利费计算本项目生产人员55人，人均工资、福利按2.4万元计算。（3）固定资产折旧和无形及递延资产摊销计算固定资产、无形及递延资产按平均年限法计算，固定资产的折旧年限为15年，残值率为3%，无形及递延资产的摊销年限分别为10年和5年。（4）维修费:维修费取回定资产原值的3.5%。（5）其它制造费:取固定资产原值（扣建设期利息）的1%。（6）财务费用。生产经营期内，固定资产贷款利息及流动资金借款利息计入总成本中的财务费用。（7）其它管理费:按工资总额100%计取。（8）销售及其它费用:取销售收入的1%。6.4财务评价6.4.1年销售收入估算产品二甲醚价格按3100元吨（含税价）计算。按年满负荷生产销售收入为：10X3100=31000万元（含税）年均销售收入为（按产量的80%计算）：31000X0.8=24800万元（含税）。6.4.2年销售税金及附加估算年销售税金及附加按国家规定计取。原料及产品缴纳增值税：二甲醚、甲醇及电的增值税率为17%，其它公用工程均为工厂自供，以不含税计，城市维护建设税及教育费附加按增值税金的7%及3%计取。6.4.3利润总额及分配生产期年平均利润总额2425万元。根据《国务院办公厅转发国务院西部开发办关于西部大开发若干政策措施实施意见的通知》（国办发[2001]73号），所得税优惠期5年，优惠期间税率15%，以后各年33%。经计算，年均所得税620万元，年均税后利润1805万元，盈余公积金按税后利润的10%计取。6.4.3不确定性分析盈亏平衡分析以生产期能力利用率表示盈亏平衡点（BEP）。BEP=年固定成本/（年销售收入-年可变成本-年销售税金）X100%其达产年盈亏平衡点为61.3%，从盈亏平衡点的计算表明，在其正常生产期内，其平衡点是较低的。6.5结论由财务评价的计算可知，项目的内部收益率所得税前为13.82%，高于基准收益率12%，表明已达行业要求;从项目各项效益指标及盈亏平衡分析结果可以看出，项目具有很强的抗风险能力，因此项目从财务评价的角度来看是可行的。7结束语本设计立时三个月，在整个设计过程中本人根据设计任务书的要求，结合湖南雪纳公司的实际生产装置，同时通过查阅大量的文献资料，对两步法合成二甲醚工艺有了一定的了解，并在黄念东老师指导下基本成功的完成了本次设计。通过本次毕业设计，我对大学四年来所学的化学工程与工艺专业知识得到了进一步的巩固和提高，让我对大学四年所学的知识进行了一次综合性的大检查。在设计过程中遇到的一些问题和一些自己难以解决的难题，经过黄念东老师给予的帮助与指导，以及本组同学的互助、思考都迎刃而解，使得这次的毕业设计得以顺利完成。本次设计使我受益非浅，让我培养了我的实事求是、严谨科学的态度，它将会给我以后的学习和工作带来无限的帮助。本次设计让我将理论知识与生产实际联系起来，使我的知识不局限于理论，切实提高了我解决问题的动手能力。在整个毕业设计完成之际，我非常感谢在设计过程中一直指导我的黄念东老师，也非常感谢设计过程中给予我帮助的同学。设计人：陆应文2008年5月31日参考文献清洁燃料二甲醚生产工艺可行性研究报告书（雪纳公司内部资料）.国家医药管理局上海医药设计院.化工工艺设计手册（上下册）[M].化学工业出版社，1996中国石化集团上海工程有限公司.化工工艺设计手册（上册）[M].化学工业出版社，2003化学工程师手册编辑委员会.化学工程师手册[M].机械工业出版社，2000⑸化工设备设计全书编辑委员会.塔设备设计[M].上海科学技术出版社，1988E.E.编著.中国环球工程公司等联合翻译.化工装置实用工艺设计[M].化学工业出版社，2006NicholasP.Chopey美）著朱开宏译.化工计算手册（第三版）[M].中国石化出版社，2005B.E.J.M.J.P.美）等著赵红玲等译.气液物性估算手册[M].化学工业出版社，2006王福安主编•化工数据导引[M].化学工业出版社，1995姚玉英主编.化工原理修订版（上下册）[M].天津科学技术出版社，2005天津大学物理化学教研室编.物理化学第四版（上册）[M].高等教育出版社，2001贺匡国主编•化工容器及设备简明设计手册[M].化学工业出版社，2002陈声宗主编.化工设计[M].化学工业出版社，2001刘光启，马连湘，刘杰等编•化学化工物性数据手册[M].化学工业出版社，2002化工原理课程设计（湖南科技大学化工系内部资料）.[14]刁玉玮，王立业编著.化工设备机械基础（第五版）[M].大连理工出版社，2003郭鲁生•化工设备的选择与工艺设计[M].中南工业大学出版社，1994倪进芳•化工过程设计[M].化学工业出版社，1999王国胜主编.化工原理课程设计[M].大连理工大学出版社，2005张谦.四川大学，化学工程硕士.泸天化10万吨/年二甲醚项目开发[D].2003.詹道平.昆明理工大学，环境工程硕士.昆钢副产煤气合成甲醇/二甲醚的可行性研究[D].2007谢克昌，李忠编著.甲醇及其衍生物[M].化学工业出版社，2002中言之.二甲醚未来生产及发展展望[J].中国石油和化工经济分析，2007/1：42-50.王霖.发展中的我国二甲醚产业[J].中国石油和化工经济分析，2007/17：42-44.佟玲，张启俭，张谦温.二甲醚的制备与应用前景[J].天津化工.2007/7，21（4）：37-39.娄伦武，王波.二甲醚合成工艺技术现状[J].贵州化工，2006/8，31（4）：9-11.QijianZhang,XiaohongLi,KaoruFujimoto,etal.HydrogenproductionfrompartialoxidationandreformingofDME[J].CatalysisLetter,2005（102）:197-200.KaoruTakeishi,HiromitsuSuzuki.Steamreformingofdimethylether[J].AppliedCatalysisA:General2004（260）:111-117.YoshitugiKikkawa,IchizoAoki.DimethylEtherFuelProposedasAnAlternativetoLNGJ.Oil&GasJ,1998,96（14）:55-59.

附表一：生产的主要设备其型号、数量、状况表表43主装置设备一览表序号设备名称设备编号型号规格数量操作压力备注1甲醇汽化处理塔T20101A-D①2700/700x15000VN=4.8m3拉西环填料4<1.12DME合成塔T20102A-D立式①950x6280催化剂载量V=1.5m34<1.13DME初馏塔T20103A-D①1400/500x12200VN=3.015m3BX型波纹填料4<1.54DME精馏塔T20104AB①1200/500x19800VN=3.015m3BX型波纹填料2<1.55MeOH回收塔T20105A-D①1600/500x7700VN=2.23m3拉西环填料4<0.056处理塔重沸器E20101A-L立式①600x2500,F=34.6m212壳压1.25/管压1.17处理塔冷凝器E20102A-F①500x4500,F=58.3m26壳压1.5/管压0.58电加热器E20104AB①325x2800x8,P=60.0KW2<1.19合成气换热器E20105A-H①450x30