【《年产25万吨二甲醚的生产工艺设计》6000字】

年产25万吨二甲醚的生产工艺设计目录TOC\o"1-3"\h\u11836摘要 3132631概述 420028 525392.1用作气雾剂 556092.2用作燃料 5217602.3用作化工原料 519959 525100研究方法 5976产品规格、质量指标 513229工艺流程介绍 658964.2.1生产技术 615570525万吨/年二甲醚工艺设计 686665.1设计任务 6240005.2技术指标 7241935.3生产工艺流程选择 778255.4用AspenPlus软件对流程进行模拟及优化 7144235.4.1模拟工艺流程图 787255.4.2模拟计算结果 832276Aspen模拟计算结果见下表5-2： 868985.4.3塔板工艺尺寸计算 839585.4.4溢流装置计算 9305965.4.5塔板布置和浮阀数量 10147825.4.6流体力学部分的验算 11251695.4.7液泛（淹塔） 11162605.5塔板负荷性能图 12299765.5.1雾沫夹带线 12140855.5.2液泛线 12109285.5.3液相负荷上限线 12161355.5.4漏液线 1284315.5.5液相负荷下限 1260495.6本次设计中的塔体结构的计算以及附属设备的计算 13129875.6.1筒体 1398675.6.2封头厚度计算 13296205.6.3塔体结构 13272966结论 14摘要：综述了两步法二甲醚脱二氧化碳合成二甲醚的技术研究现状，具体介绍了二甲醚的能源现状、性质、用途和生产方法。仔细的介绍了一步法合成二甲醚工艺设计的具体内容，对我们国家的二甲醚的生产工艺进展和需求情况进行了深刻的讨论。关键词：二甲醚；一步法合成二甲醚技术；能源1概述二甲醚的另一个名称为甲醚，属于众多个脂肪醚中的一种，分子式为C2H6O。其理化性质为无毒、无色、具有较小的腐蚀性、无致癌性。因此，它被大量的使用于用于各个行业，比如化工、医疗等等。最近数十年来，它的燃烧性能被研究发现效果比较好，初次之外，不会对环境造成特别大的污染，因此，得到了许多国家研究人员的重点关注。能源问题在当今世界上的各个国家都一直得到了广泛的关注，我国也是如此。二甲醚由于其能够在一定程度上充当清洁能源而受到了世界上各个国家领域的注意。2.1用作气雾剂由于各个国家的环保意识慢慢地得到了较大水平的提高，在过去的气溶工业中经常使用氯氟烃作为气雾剂得到了大量的使用，由于其对环境具有一定的危害，现在正一步一步的被其他没有危害的一些物质所代替比如二甲醚等等。2.2用作燃料DME的蒸汽压与液化石油气较为相似，它是一种值得被采用的的环保能源，世界上的各个国家对其使用价值都具有较高的认可度。作为柴油情节能源的代用品已经大量的被人们所使用。2.3用作化工原料DME在我国工业原料中十分重要，被大量的使用。不仅如此，在农药工业生产中仍旧拥有许多特别的用途。二甲醚具有甲基化反应的性能，可以氯化生成各种氯化衍生物。另外，其可以大量的应用于喷射剂和制冷剂，通过减少氟利昂的使用来侧面减少对大气环境的破坏和臭氧曾的保护。根据近年来的一些调查结果显示，较高纯度的二甲醚国内供给量依旧不是很高，很大程度上仍旧需要依赖从其他国家进口到我国，从而满足生产生活的的需要。对于二甲醚在市场上的需求，事实上早就已经远远地超过了实际生产的供给，鉴于以上原因可知，二甲醚市场在国内有着大量的需求，因此，二甲醚的生产工艺的研究很有必要坚持开展下去。由于目前的生产工艺都存在着各种各样的一些缺点，比如：催化剂非常容易在反应过程中失去活性，对于反应的条件均具有非常严格的要求，价格较高的生产操作成本，采用的催化剂具有一定的腐蚀性，收率和选择性较低[2]等其他问题，都是非常值得我们去研究的，这些技术难题的攻克一定能在二甲醚领域取得不错的进展，以下是一些前沿的科研成果：近些年来，我们国家对在进入到反应系统中进行气相催化脱二氧化碳反应做出了研究，并且取得了一些不错的进展，随后经过循环二氧化碳进行冷却冷凝。通过发生副反应过程会有一定量的二甲醚，这个过程中产生的二甲醚是饱和蒸气、二甲醚、不凝汽，随后将这些气相产物送至洗涤塔中用来对二甲醚的进行回收。然而从二甲醚精馏塔中获得的二甲醚-二氧化碳溶液送到二甲醚提浓塔中进行二甲醚提高纯度，将提纯后的二甲醚再次送回到反应系统中作为反应原料[5]。对于通过两步法制备二甲醚工艺的技术现状，目前，近年来国内的二步制备二甲醚技术的技术，无论是气相法制备二甲醚，还是通过液相法来制取二甲醚，在国内的技术都早已经达到了较为先进、成熟的水平。研究方法产品规格、质量指标二甲醚根据规格和质量指标可以分为以下两种类型。（1）气雾级的二甲醚的质量标准如下二甲醚的wt%≥99.9；二甲醚的wt%≤0.01；二氧化碳份wt%<0.002。（2）燃料级二甲醚质量标准(企业标准)目前国内行业的技术标准对于燃料级的二甲醚类产品的指标参照：二氧化碳份wt%<1、二甲醚wt%≥93。工艺流程介绍4.2.1生产技术目前二甲醚的生产方法主要包括：一步法、两步法。（1）一步法以合成气为原料，二甲醚的合成反应、二甲醚脱二氧化碳反应通过在反应器内同时完成反应后，在此时一些混合物会产生出来，之后为分离工艺的进行，分离工艺即工艺中的蒸馏装置会将产生的混合物进行分离，得到一定的产品即二甲醚，对于没有发生反应的二甲醚返回合成反应器。催化剂的选择：对于在一步法工艺中的催化剂选择上主要采用的是双功能的催化剂，就是由两种催化剂通过一定程度的混合后再进行使用，这种混合为物理混合。第一种是在合成二甲醚反应过程中需要用到的催化剂，比如Cu-Zn-Al（O）基催化剂等催化剂；第二种就是在二甲醚脱二氧化碳过程中需要使用的催化剂，如氧化铝、丝光沸石等其他催化剂。图1一步法制备二甲醚工艺流程Fig1Processflowofone-stepsynthesisofDME（2）二步法合成二甲醚工艺流程：第一步：首先通过合成气制得二甲醚；第二步：二甲醚在催化剂作用下再进行脱二氧化碳反应。这种方法所适用的催化剂选择性相对一步法所需要的双功能催化剂较高，因此，二步法合成二甲醚比较适合用于高纯度二甲醚生产。脱二氧化碳制二甲醚，即所谓的二步法制二甲醚。二甲醚气相法制二甲醚原理：将二甲醚蒸汽通过催化剂床层，发生反应脱二氧化碳生成二甲醚，是非均相反应，二甲醚脱二氧化碳的反应方程式为：525万吨/年二甲醚工艺设计5.1设计任务设计任务：年产25万吨DEM，生产小时按照8000小时计算：250000÷8000=31.25t/h=31250kg/h=761kmol/h设计内容：DEM产品流量31250kg/h收集系统的基础数据；通过使用该软件对二甲醚的生产工艺流程模拟、优化，来确定装置的设备参数和操作参数；根据上述软件得到的模拟计算的结果和一些工程设计的规范要求，进行本次设计精馏塔和换热器的基础内容的设计工作。5.2技术指标分离指标如下表5-1所示表5-1技术指标指标名称指标单位DME产量25万吨/年DME高纯度产品纯度≥99.9％二氧化碳纯度≥99.9％二甲醚产品纯度≥95％二甲醚回收率≥99％二甲醚回收率≥98％5.3生产工艺流程选择该方法可以有效的降低系统能耗，而且其具有耗能低、价值高等有点。所以采用合成气一步法来进行设计。5.4用AspenPlus软件对流程进行模拟及优化AspenPlus是一个主要用于对本设计过程中的化工生产装置济宁设计、模拟以及优化的软件。目前，已经成为被世界各个国家所认可的一种有效的模拟软件，它能够实现分析与改造、对装置设计进行优化、以及新工艺开发等工作，为化工生产过程提供了很大的便利和帮助。目前已经成功应用于诸多个大大小小的化学工程项目之中。在径的数值相较情况下比较大时，选择多层的桨叶用于搅拌。另外，如果物料在反应的过程中，由要进行一定的温度升高的需要、降低一定的温度的时候，将夹套设置在反应器壁处的方法以及在器内设置换热面的方法可以选择进行采用。根据相关才来哦，可以得到可通过\t"/item/%E5%8F%8D%E5%BA%94%E5%99%A8/_blank"外循环进行换热常用反应器的类型有以下几个方法：\t"/item/%E5%8F%8D%E5%BA%94%E5%99%A8/_blank"管式的反应器。该反应器能够用于实现\t"/item/%E5%8F%8D%E5%BA%94%E5%99%A8/_blank"气相反应和\t"/item/%E5%8F%8D%E5%BA%94%E5%99%A8/_blank"液相反应的完成，是通过比较大的长径的\t"/item/%E5%8F%8D%E5%BA%94%E5%99%A8/_blank"填充管。一些其他的不是很典型的反应器：例如\t"/item/%E5%8F%8D%E5%BA%94%E5%99%A8/_blank"回转窑反应器、\t"/item/%E5%8F%8D%E5%BA%94%E5%99%A8/_blank"曝气池反应器等等反应器。主要工作有：第一步：首先对工艺流程进行综合研究，并进行该分离工艺流程的研究；第二步：通过模拟一步法制备过程，在经过使用该软件对吸收塔进行模拟分析后，选择符合本流程条件的吸收剂；第三步：对本工艺过程进行优化，从而达到最大程度的节省能源，降低原料的消耗的目的；第四步：模拟计算生产工艺流程，并对该流程的其他设备进行具体的工艺设计。5.4.1模拟工艺流程图下图是对本次工艺设计的工艺流程的模拟：工艺流程进行模拟的内容为：CO、H2同时进入反应器中进行反应，通过这个反应会有一些混合物产出，进入分离塔开始分离阶段，通过分离装置将混合物分离后，得到一定的产品二甲醚，最后在进行提纯操作。5-1合成气一步法工艺流程图5.4.2模拟计算结果Aspen模拟计算结果见下表5-2：表5-2基础数据表C102数值设定温度，℃20.354设定压力，MPa2Vsm30.308Lsm3/s0.010kg/m350.432Lkg/m31072.885精馏段的表面张力L12.509精馏段塔板数NT12Vsm3/s0.729提馏段的液相体积流率Lsm3/s0.0525提馏段的气相密度V'，kg/m345.340提馏段的液相密度L'，kg/m3795.963提馏段的表面张力L7.299提馏段塔板数NT'27进料流量，kg/h43826.2塔底产品出料流量，kg/h255塔板工艺尺寸计算塔径的计算（1）精馏段通过式中由式计算，由史密斯关联图可以得到的值，图的横坐标为设计板间距的值为，设计板上液层高度为，则：根据史密斯关联图可以得到，设计安全系数的数值为0.7，根据以上数据可知空塔气速数值为（2）对于提馏段的简介：提馏段的概念：提馏段的作用重点是在于可以将物料中的易挥发组分尽最大量进行提出，使液体越往下流时，其中的难挥发组分的浓度变得越来越大。\t"/item/%E6%8F%90%E9%A6%8F%E6%AE%B5/_blank"精馏塔在加料板以下的部分，被统称为提馏段。注：加料的那一层不算。由式中由式计算，其中由史密斯关联图查取，图的横坐标为取板间距，板上液层高度，则：查史密斯关联图得，取安全系数为0.7，则空塔气速为按照要求通过圆整处理后的值为截塔面积5.4.4溢流装置计算溢流装置的作用：1、防止冒罐2、警示液位3、通气4、平衡压力由于塔径不大于2.2m，精馏段的液体体积流率为36m3/h小于110m3/h所以采用单溢流；提馏段液体体积流率为189m3/h小于200m3/h。当弓形的降液管被设计中作为板式塔的塔板间液体传输的通道时，弓形降液管就已经成为了板式塔组成部分中相对比较重要的一部分。综上所述，弓形的降液管不仅能够在传输的过程中进行实现气液两相分离，还能同时提供一定的初始分布是关于塔板入口的液体的分布数据。以精馏段为例计算如下：（1）出口堰长，（2）出口堰高，其中（E取1.04）（3）本设计中的弓形降液管的宽度计算公式和截面积的数值公式，根据本设计中的弓形降液管的宽度与面积图中的数据可知：根据计算得停得知留时间（4）本设计中降液管底隙的高度数值为（取=0.12）5.4.5塔板布置和浮阀数量浮阀塔板在\t"/item/%E6%B5%AE%E9%98%80%E5%A1%94%E6%9D%BF/_blank"我国的化学工业上得到了非常广泛的一些应用，主要有以下几个方面：在加压、脱吸、稳定、吸收、常压、减压下的精馏等一些其他的传质过程中，浮阀塔的直径从200~6400mm，可以达到比较不错的使用效果。由于阀片开度可以随气速而变，低气速时阀片在重力作用下可自动关小，减少了泄漏。所以它的效率比较高的、弹性也是比较的大、而且结构相对其他来说比较的简单。浮阀塔板在目前是一种比较疆场被使用的塔板，特点是他在塔板的上面打造了一些孔可以是圆形或者是方形的，在上面的每一孔上都会带有一个阀片，当其中的气体在通过阀孔的时候，气体会会以水平的方向来射出，是由于将阀片进行向上顶起的操作的原因。于是，在气体通过液层时，气液两相就会变成泡沫的状态来进行传热、传质的过程。1）塔板布置安定区：根据塔径的数值是大于1m，所以可取=80mm无效区：取=40mm2）浮阀的数目与排列动能因数：，（对重阀而言，可在9~12间取10）。所以，每层塔板上的阀孔数选择正三角形排列，单溢流塔板，鼓泡区面积计算选择以下公式：其中，取孔心距=75mm代入，得故，阀数为252个。开孔率：开孔范围图5-2筛孔图5.4.6流体力学部分的验算精馏段指的是精馏塔在加料板以上的部分(不包括加料板本身)精馏段：气体通过浮阀塔板的压强降（1）干板阻力阀全开前，（），有=4-1阀全开后，（），有=4-2令=，可推出=1.84m/s=1.408m/s可认为阀未全开将=1.408m/s代入41式，得：2）板上充气液层阻力本设备分离的是醚类，可取充气系数液柱3）液体表面张力所造成的阻力忽略不计。m液柱即，5.4.7液泛（淹塔）液泛的现象：是指在精馏塔中，液相由于各种各样的因素会造成一定相对较大堆积空间，超过了它本身的堆积范围。由于液泛现象的产生，会造成压降突然增大，它的效率也突然变小就会打破正常的操作，液泛现在可以被分类成以下几种类型：降液管液泛和雾沫夹带液泛等等。液泛的产生有以下几个原因：降液管内清液层高度：其中，因为不设进口堰，计算如下：取可见，设计符合防止淹塔的条件。5.4.8雾沫夹带本次化工设计中要求的雾沫夹带量数值必须要满足：本次设计中的泛点率根据以下经验公式计算得到：（1）泛点率=4-3（2）泛点率=4-4其中，又因为，板距=0.45m，气相密度所以，由泛点负荷系数图读出，由物性系数表知，物性系数K可取1.0由以上数据得：泛点率1=0.2172泛点率2=0.2095.5塔板负荷性能图5.5.1雾沫夹带线以为限，求-关系如下：泛点率=所以，整理得：=4-55.5.2液泛线===而又有：代入求解得：4-65.5.3液相负荷上限线液体的停留时间（流体的质点可以通过装置时，它的停留的时间长短的具体分布情况。有一部分的质点流出的速度比较快，那么相反也会有一些质点在装置内的停留的时间可能会比较的长。反应器内流体的滞留对反应的最终结果影响还是比较严重的）计算如下：4-75.5.4漏液线对于型重浮阀，，则4-8据此可作出与液体流量无关的水平漏液线。5.5.5液相负荷下限根据以上数据，做出液相负荷下线为：取E=1，则：4-9塔板复合性能图见下图5-3。图5-3踏板复合性能图备注：图中的第一条线为雾沫夹带线；第二条线为液相负荷下限线；第三条线为漏液线；第四条线为液相负荷上限线；第五条线为液泛线5.6本次设计中的塔体结构的计算以及附属设备的计算5.6.1筒体已知规定温度100℃，则许用应力为取焊缝系数=0.8，设计厚度查表得钢板厚度负偏差