《二甲醚生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)》8700字

ii二甲醚生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)摘要二甲醚是很多化工產(chǎn)品的原料，工業(yè)生產(chǎn)方法主要有：合成氣一步法、合成氣兩步法、CO2加氫直接合成法和生物質(zhì)合成法。本文主要介紹了二甲醚的性質(zhì)和用途，并通過分析目前市場(chǎng)上存在的工業(yè)生產(chǎn)二甲醚方法性能的優(yōu)劣，選擇較好的合成氣一步法來制備二甲醚。此設(shè)計(jì)主要包括原料配比，催化劑、吸收劑的選擇，精餾塔工藝尺寸的計(jì)算、AspenPlus工藝流程的模擬和物料流程圖繪制。本設(shè)計(jì)對(duì)合成二甲醚的工藝流程進(jìn)行了優(yōu)化，充分利用了反應(yīng)副產(chǎn)物甲醇，使之在適宜的條件下反應(yīng)生成更多的二甲醚。經(jīng)模擬得到年生產(chǎn)量34.15萬噸，純度為99.86%的目的產(chǎn)物DME，符合生產(chǎn)要求。關(guān)鍵詞：二甲醚；生產(chǎn)工藝；優(yōu)化目錄TOC\o"1-3"\h\u30986摘要 I29993Abstract II209491二甲醚簡(jiǎn)介 129161.1二甲醚的理化性質(zhì) 1325801.2二甲醚的注意事項(xiàng) 1225091.3二甲醚的良好用途 2120992項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容 3191302.1操作條件 39252.2設(shè)計(jì)內(nèi)容 3102543生產(chǎn)方案與流程 4150073.1二甲醚的工業(yè)生產(chǎn)方法對(duì)比 4316643.2合成氣一步法制備二甲醚 594363.3工藝流程的選擇 582373.3.1工藝流程簡(jiǎn)述 5219953.3.2催化劑的選擇 7228003.3.3吸收劑的選擇 7205314AspenPlus流程模擬 9245824.1模擬參數(shù)匯總表 9112694.2B3反應(yīng)器參數(shù)的匯總 1010394.3吸收塔參數(shù)的匯總 11318894.4預(yù)精餾塔參數(shù)匯總 12130834.5甲醇-水精餾塔參數(shù)匯總 1324274.6CO2-DME的氣液平衡相圖 14188985精餾塔的工藝尺寸設(shè)計(jì) 16271615.1設(shè)計(jì)任務(wù)和技術(shù)指標(biāo) 1687885.2原料氣的組成比例 16142405.3塔板工藝尺寸計(jì)算 16251365.3.1塔徑的計(jì)算 17301625.3.2溢流裝置設(shè)計(jì) 19186655.3.3塔板布置及浮閥數(shù)目與排列 2135525.3.4浮閥塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算 2230025.3.5塔體結(jié)構(gòu)和附屬設(shè)備 27219206.結(jié)論 3328801參考文獻(xiàn) 3410488附錄A 3720595附錄B 381二甲醚簡(jiǎn)介1.1二甲醚的理化性質(zhì)表1-1二甲醚的理化性質(zhì)表中文名二甲醚（俗稱：甲醚）沸點(diǎn)（℃）-27.3英文縮寫DME相對(duì)密度（空氣=1）1.62分子式C2H6O相對(duì)密度（水=1）0.66分子量46.07溶解性溶于水、醇、乙醚。熔點(diǎn)（℃）-141.5飽和蒸氣壓（KPa）533.2/20℃1.2二甲醚的注意事項(xiàng)（1）毒性與急救方法毒性的侵入方式為吸入，對(duì)人體皮膚產(chǎn)生刺激作用，吸入后會(huì)產(chǎn)生窒息感，麻醉等癥狀。吸入DME后，應(yīng)立刻前往空氣清新處，通風(fēng)，保持呼吸順暢，嚴(yán)重時(shí)應(yīng)緊急就醫(yī)。（2）燃燒特性和儲(chǔ)運(yùn)條件DME為易燃?xì)怏w，接觸火星，熱等危險(xiǎn)源易燃燒爆炸，與空氣混合可形成潛在爆炸風(fēng)險(xiǎn)。因此在儲(chǔ)運(yùn)時(shí)應(yīng)該存放在陰涼通風(fēng)處，避免接觸熱源，火種，要求包裝嚴(yán)實(shí)，不與氧化劑，空氣等接觸，分開存放，搬運(yùn)時(shí)應(yīng)輕裝輕卸。（3）泄漏處理與滅火方法如遇DME泄漏，應(yīng)立刻驅(qū)散人員,合理通風(fēng)，加速擴(kuò)散。盡可能切斷泄漏源。噴霧狀水抑制蒸氣或改變蒸氣云流向，避免水流接觸泄漏物。若不能立即切斷，則不能允許熄滅燃燒的氣體。當(dāng)噴水冷卻容器，條件合適時(shí)，立即將容器從火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)移除挪出，并送到空曠區(qū)域[1]。1.3二甲醚的良好用途二甲醚作為燃料有很多用途，如：作為車用燃料[2]，代替污染較大的柴油；因二甲醚較清潔，可做民用燃料，用于發(fā)電，供暖，洗?。蛔鳛榍懈钊剂?，可代替乙炔，減少污染，節(jié)省人力，適用電石生產(chǎn)。作為化工用途，是生產(chǎn)硫酸二甲酯；二甲基硫醚；乙酸甲酯等的原料。也是一種良好的有機(jī)溶劑，用途廣泛。此外，以二甲醚為原料，可制制冷劑，氣霧推進(jìn)劑等。2項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容2項(xiàng)目設(shè)計(jì)內(nèi)容2.1操作條件1、進(jìn)料溫度：50.36oC2、回流比：B8二甲醚精餾塔：0.9；B10二甲醚精餾塔：23、單板壓降：≯0.7kPa4、操作周期：360天/年，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行 5、分離能力：30萬噸/年6、原料液組成：CO:H2=1:17、分離要求(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：塔釜DME純度不小于99.50%，塔頂殘液中含DME不大于0.4%2.2設(shè)計(jì)內(nèi)容1、工藝流程設(shè)計(jì)2、Aspen流程模擬計(jì)算3、精餾塔的主要工藝尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算：①塔高、塔徑②塔板結(jié)構(gòu)、尺寸③塔板流體力學(xué)驗(yàn)算④塔板的負(fù)荷性能圖4、設(shè)計(jì)圖紙：生產(chǎn)工藝流程圖3生產(chǎn)方案與流程3生產(chǎn)方案與流程3.1二甲醚的工業(yè)生產(chǎn)方法對(duì)比目前二甲醚的合成方法主要以下有4種，此設(shè)計(jì)我選用合成氣一步法制備二甲醚，具體原因如下：表3-1二甲醚的工藝特點(diǎn)匯總表工業(yè)生產(chǎn)方法工藝特點(diǎn)合成氣一步法制備二甲醚①此工藝方法突破了兩步法甲醇合成的熱力學(xué)限制，沒有受到甲醇市場(chǎng)的直接影響[3]②合成氣的來源比較豐富，一步法制備二甲醚具有簡(jiǎn)單的工藝流程，投資少，耗能低等特點(diǎn)[4]合成氣二步法制備二甲醚：甲醇液相脫水法①產(chǎn)品純度高，反應(yīng)條件溫和，甲醇單程轉(zhuǎn)化率高，生產(chǎn)方式：可間歇，可連續(xù)[5]②工藝落后，產(chǎn)品后處理比較困難③中間產(chǎn)物：硫酸氫甲酯——毒性大；腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境嚴(yán)重[6]合成氣二步法制備二甲醚：甲醇?xì)庀嗝撍á俟に嚦墒?，?jiǎn)單，對(duì)設(shè)備材質(zhì)無特殊要求②基本無三廢、設(shè)備腐蝕問題，后處理簡(jiǎn)單③投資大、成本高，受甲醇價(jià)格影響較大，工藝較落后[7]。CO2加氫直接合成二甲醚①此工藝研究主要集中在Cu-ZnO-ZrO2/H-ZSM-5，Cu-ZnO-Al2O3/H-ZSM-5等催化劑體系的研究中，對(duì)催化劑的制備方法、添加不同的添加劑的效果也做了深入的研究[8-9]，但對(duì)其機(jī)理的探索研究還是相對(duì)比較少的。②由于二氧化碳本身的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，活化困難，使得其轉(zhuǎn)化利用的難度很大，導(dǎo)致反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和目表產(chǎn)物的收率相對(duì)較低，也同時(shí)限制了其在工業(yè)化生產(chǎn)中的進(jìn)一步發(fā)展。生物質(zhì)合成二甲醚比較合適的是一步法合成技術(shù)，漿態(tài)床一步法是最為適合的，但在技術(shù)上漿態(tài)床一步法存在許多困難[10]3.2合成氣一步法制備二甲醚一步法由下述反應(yīng)構(gòu)成[11]甲醇合成反應(yīng)：（1）甲醇脫水反應(yīng)：（2）水煤氣變換反應(yīng)：（3）反應(yīng)（1）和（2）總反應(yīng)式為：（4）反應(yīng)（1）~（3）總反應(yīng)式為：（5）優(yōu)點(diǎn)：（l）沒有生產(chǎn)甲醇的精餾過程，降低了設(shè)備投資和操作費(fèi)用，流程簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，能耗低。（2）甲醇合成反應(yīng)是一個(gè)受熱力學(xué)限制的反應(yīng)，一氧化碳的最大轉(zhuǎn)化率不會(huì)超過該反應(yīng)體系的平衡轉(zhuǎn)化率，一步法過程中生成的甲醇，在催化劑作用下，立即脫水生成甲醚，對(duì)甲醇合成反應(yīng)，平衡向右移動(dòng)，提高了一氧化碳、氫氣的平衡轉(zhuǎn)化率。（3）甲醇合成為強(qiáng)放熱反應(yīng)，放熱量劇增，反應(yīng)過程中能否及時(shí)移走熱量，是關(guān)鍵所在[12]。3.3工藝流程的選擇3.3.1工藝流程簡(jiǎn)述合成氣先在B1混合器中混合均勻后送入反應(yīng)器B3充分反應(yīng)，在催化劑作用下，連續(xù)反應(yīng)生成DME，反應(yīng)產(chǎn)物有：CO、CO2、H2、CH3OH和DME。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)換熱，冷卻，送入高壓閃蒸塔B5，將大量不凝氣體CO、H2、CO2、部分DME氣體、少量CH3OH蒸汽閃蒸出去，送入吸收塔B4底部，水為吸收劑，從塔頂加入，將DME吸收下來。然后DME和閃蒸罐底部液相物料一起被送至精餾塔，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步進(jìn)行分離。以組分DME為分割點(diǎn)[13]，CH3OH、H2O為重組分，從預(yù)精餾塔B7塔釜采出，后進(jìn)入甲醇精餾塔B9進(jìn)一步分離；而CO2、DME作為輕組分，從預(yù)精餾塔塔頂采出，然后送入DME精餾塔B8，塔釜得到DME；塔頂氣體經(jīng)變壓吸附，回收有用成分CO，其余氣體進(jìn)入燃?xì)庀到y(tǒng)。由于從B7精餾塔底采出的液相中含有部分CH3OH，DME，較多的H2O和及其少量的其它液相物質(zhì)，為了得到更多的DME，將塔底餾出液經(jīng)換熱后加熱至50℃，送入精餾塔B9，H2O作為重組分從塔底采出，H2O純度為99.21%>95%，可直接引入吸收塔內(nèi)作為吸收劑直接循環(huán)使用，或做進(jìn)一步處理達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)后（水純度>99.9%）方可排放；塔頂采出的DME和CH3OH先送入溫度為300℃，壓力為0.8MPa的反應(yīng)器B2中，使CH3OH更多的轉(zhuǎn)化為DME和H2O，轉(zhuǎn)化率為0.99，物料出口溫度為300℃經(jīng)換熱器換熱至25℃時(shí)送入常壓精餾塔B10（壓力1atm），塔底采出純度為97.9%的H2O，水處理方法同上，塔頂采出DME，與流股S14的DME匯合后送入混合器B16，最終得到純度為99.86%的DME產(chǎn)品。B1，B6，B16—混合器；B2，B3—反應(yīng)器；B5—閃蒸罐；B12，B13，B15—換熱器B4—吸收塔；B7，B9—預(yù)精餾塔；B8，B10—DME精餾塔；B11—泵圖3.1二甲醚的工藝流程圖3.3.2催化劑的選擇催化劑選用工業(yè)化甲醇合成催化劑C301，選用甲醇脫水催化劑HY比為4：5的機(jī)械混合催化劑。原因如下：郭俊旺等[14-15]在機(jī)械攪拌高壓釜中，以300毫升液體石蠟為介質(zhì)，混入10克不同比例的混合催化劑，將工業(yè)化的甲醇合成催化劑C301和甲醇脫水催化劑研磨至粒徑小于0.053毫米，然后按不同比例機(jī)械混合成雙功能催化劑，催化劑還原后，反應(yīng)在一定條件下進(jìn)行[16]。結(jié)果表明，催化劑的配比比例是反應(yīng)的關(guān)鍵所在。當(dāng)催化劑配比為4：5時(shí)，反應(yīng)效果較好[17]。賈美林等人在漿態(tài)床反應(yīng)器中研究了氣固反應(yīng)中膠體沉積法制備的復(fù)合雙功能催化劑的反應(yīng)。研磨后使用催化劑趙寧等[18]用不同的甲醇合成催化劑(C301，Cu/ZrO2，CuO/ZnO/Al2O3)和不同的甲醇脫水催化劑(Al2O3，H-ZSM-5，HY)的組合[16-18]表明，隨著CH4O合成催化劑活性的增加，二甲醚收率也有所提高。當(dāng)活性最高的C301用作CH4O合成催化劑時(shí)，甲醇脫水催化劑的活性順序?yàn)镠Y>Al2O3>H-ZSM-5。3.3.3吸收劑的選擇此設(shè)計(jì)采用水作為吸收劑，鄭歡歡[19-20]利用AspenPlus流程模擬軟件對(duì)吸收塔進(jìn)行模擬，考察選用甲醇、水、不同濃度的甲醇水溶液作為吸收劑時(shí)對(duì)各個(gè)精餾塔塔頂冷負(fù)荷和塔釜熱負(fù)荷的影響，及對(duì)整個(gè)工藝能耗的影響，得出水作為吸收劑比其它兩者效果更好。本文所設(shè)計(jì)的流程中反應(yīng)產(chǎn)物有大量的水產(chǎn)生，且經(jīng)過B9、B10精餾塔精餾后可得到純度較高的水，由于水作為吸收劑純度只需要大于95%即可，所以此設(shè)計(jì)中從精餾塔得到水可以循環(huán)使用，可視為此設(shè)計(jì)的流程具體優(yōu)化的方法。而此設(shè)計(jì)中是通過直接從外部引入水作為吸收劑，可認(rèn)為是將B9和B10塔底采出的水進(jìn)行收集然后投入使用，然而可能由于儲(chǔ)存環(huán)境和外部等其它因素的影響，作為此設(shè)計(jì)的優(yōu)化點(diǎn)之一是還可以從甲醇精餾塔B9塔底直接采出的水直接流入吸收塔內(nèi)作為吸收劑使用，因?yàn)锽9吸收塔底部水的純度未達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，需做進(jìn)一步處理才可以排放，增加了勞動(dòng)人力和財(cái)力，因此可優(yōu)先考慮作為吸收劑循環(huán)使用。此外，水作為吸收劑較，不僅能將DME更好的吸收下來，即DME在水中的溶解度較好，而且比甲醇作為吸收劑時(shí)降低了塔頂冷負(fù)荷和塔釜熱負(fù)荷[19-20]；且水更具有潔凈性，無污染，無腐蝕，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熱力學(xué)性質(zhì)也較穩(wěn)定，對(duì)人體無傷害，且價(jià)格優(yōu)廉，因此本文設(shè)計(jì)流程采用水作為吸收劑。4AspenPlus流程模擬4AspenPlus流程模擬4.1模擬參數(shù)匯總表表4-1合成氣直接合成DME分離工藝的工況溫度T/℃壓力P/MPa壓降△P/MPa塔板數(shù)N回流比R進(jìn)料位置F塔頂冷負(fù)荷104kW塔釜熱負(fù)荷104kWB123.254B32705B5404.2B13404.2B420.0122B627.922.01B720.05452144.31063.4231B820.01402211.17180.3026B110.12B12501.2B90.120.013413181.01131.0266B23000.8B15250.1B100.1252110.94080.6205B16-240.14.2B3反應(yīng)器參數(shù)的匯總圖4.1AspenPlus反應(yīng)器B3的模擬表4-2反應(yīng)器參數(shù)匯總進(jìn)出編號(hào)S3S22溫度℃23.25270壓力MPa55摩爾流量（kmol/h）48001664質(zhì)量流量（kg/h）72063.172063.1體積流量（m3/h）2992.491406.35CO（kmol/h）240072CO2（kmol/h）0760H2O（kmol/h）00H2（kmol/h）240024C2H6O（kmol/h）0760CH4O（kmol/h）0484.3吸收塔參數(shù)的匯總圖4.2AspenPlus吸收塔B4的模擬表4-3吸收塔的參數(shù)匯總進(jìn)出編號(hào)S10S27S8S9溫度℃254049.2948.92壓力MPa44.222.1摩爾流量（kmol/h）200242.1536673.195930.86質(zhì)量流量（kg/h）3603.0690016673.195930.86體積流量（m3/h）3.625127.223242.9166.399CO（kmol/h）045.31343.31431.9987CO2（kmol/h）0134.217107.59726.62H2O（kmol/h）20001.2345198.776H2（kmol/h）02423.99994.83e-06C2H6O（kmol/h）038.422914.195724.2272CH4O（kmol/h）00.19973.71e-060.1997經(jīng)表4-3可知，采用水作為吸收劑時(shí)可以將較多的DME吸收下來，且水對(duì)環(huán)境無污染，對(duì)人體無傷害，對(duì)DME有較好的溶解性，化學(xué)性質(zhì)和熱力學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，價(jià)廉易得，經(jīng)AspenPlus流程模擬，采用水作為吸收劑可達(dá)到年產(chǎn)30萬噸二甲醚的生產(chǎn)要求。4.4預(yù)精餾塔參數(shù)匯總圖4.3AspenPlus預(yù)精餾塔B7的模擬表4-4預(yù)精餾塔的參數(shù)匯總1塔板數(shù)回流比進(jìn)料板壓力MPa塔壓降MPa4521420.05表4-5預(yù)精餾塔的參數(shù)匯總2進(jìn)出編號(hào)S11S12S15溫度℃27.9250.36160.72壓力MPa2.0122.05摩爾流量（kmol/h）1673.661400273.658質(zhì)量流量（kg/h）68992.962635.26357.76體積流量（m3/h）318.0451578.369.0764CO（kmol/h）28.685728.68578.9211e-46CO2（kmol/h）652.403652.4031.1649e-11H2O（kmol/h）198.7665.045e-05198.766H2（kmol/h）5.1011e-055.1011e-171.0338e-207C2H6O（kmol/h）745.804718.91226.8927CH4O（kmol/h）481.8203e-0948從表4-4和表4-5預(yù)精餾塔匯總表中可以看到，在壓力為2MPa下，塔頂采出大量CO2和DME，含有少量CO和極少量其他產(chǎn)物，塔底餾出物主要為H2O，CH4O和部分DME以及其他極少量物質(zhì)。塔頂，塔底餾出液分別送入不同的精餾塔進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)組分分離。4.5甲醇-水精餾塔參數(shù)匯總圖4.4AspenPlus甲醇-水精餾塔B9的模擬表4-6甲醇-水精餾塔的參數(shù)匯總1塔板數(shù)回流比進(jìn)料板壓力MPa塔壓降MPa3413180.120.01表4-7甲醇-水精餾塔的參數(shù)匯總2進(jìn)出編號(hào)S21S16S17溫度℃50-0.8764104.202壓力MPa1.20.120.121摩爾流量（kmol/h）273.69574199.695質(zhì)量流量（kg/h）6359.512748.883610.63體積流量（m3/h）7.46553.54433.9616H2O（kmol/h）198.7647.52246e-06198.764C2H6O（kmol/h）26.931326.93134.57677e-24CH4O（kmol/h）4847.06870.9313從表4-6和表4-7甲醇-水精餾塔匯總表中可以看到，在壓力為0.12MPa下，塔頂主要采出CH4O和DME，塔底餾出物主要為H2O，水的純度為99.17%，塔頂采出液被送入反應(yīng)器，使CH4O在一定條件下更多的轉(zhuǎn)化為DME。4.6CO2-DME的氣液平衡相圖圖4.52MPa下CO2-DME氣液平衡相圖經(jīng)圖4.5可知，采用2MPa下精餾塔可以將CO2和DME得到很好的分離，故此設(shè)計(jì)采用的壓力條件是合理的。5精餾塔的工藝尺寸設(shè)計(jì)5精餾塔的工藝尺寸設(shè)計(jì)5.1設(shè)計(jì)任務(wù)和技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)任務(wù)：年產(chǎn)5000萬噸DME，按全年360天開工，每天24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)500000000÷360÷24=5787.03t/h=578703kg/h=12580kmol/hDME產(chǎn)品流量578703千克/小時(shí)DME產(chǎn)品純度>99.50%設(shè)計(jì)內(nèi)容：分離DME、CO2精餾塔的工藝尺寸計(jì)算5.2原料氣的組成比例原料選取合成氣主要原料甲醇、H2O、二乙醚在25℃，4MPa下摩爾流量為1:1時(shí)進(jìn)料，流量均為1200koml/h，經(jīng)過AspenPlus流程模擬，最終得到目的產(chǎn)物DME為12580kmol/h，年生產(chǎn)量5787.03萬噸，產(chǎn)品純度為99.86%，符合生產(chǎn)要求。精餾塔餾出液的物料組成中，DME的質(zhì)量分率分別為0.0030，5.46e-23，均小于0.4%，符合設(shè)計(jì)要求。5.3塔板工藝尺寸計(jì)算對(duì)分離塔工藝計(jì)算設(shè)計(jì)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表5-1：表5-1B8精餾塔基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表B8數(shù)值進(jìn)料溫度，℃50.36設(shè)定壓力，2.5精餾段的氣相體積流率，0.4957精餾段的液相體積流率，0.0166精餾段的氣相密度，50.35精餾段的液相密度，1068.62精餾段的表面張力，12.18精餾段塔板數(shù)20提餾段的氣相體積流率，1.0580提餾段的液相體積流率，0.0709提餾段的氣相密度，46.34提餾段的液相密度，843.98提餾段的表面張力，7.67提餾段塔板數(shù)19進(jìn)料流量，62635.2塔底產(chǎn)品出料流量，33075.45.3.1塔徑的計(jì)算（1）精餾段：，查史密斯關(guān)聯(lián)圖得；橫坐標(biāo)：=取板間距，板上液層高度，則：查得，取安全系數(shù)為0.6，則空塔氣速為（2）提餾段：由式中由式計(jì)算，查史密斯關(guān)聯(lián)圖得；橫坐標(biāo)：板間距取，板上液層高度，則：查得，取安全系數(shù)為，則空塔氣速為按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整：截塔面積5.3.2溢流裝置設(shè)計(jì)，故此設(shè)計(jì)采用弓形降液管。精餾段：液體體積流量為，故降液管的溢流方式采用單溢流。提餾段：液體體積流量為，故降液管的溢流方式采用階梯式雙溢流。表5-2液體負(fù)荷與溢流類型表塔徑液體流量（）U型流單溢流雙溢流階梯溢流100074514009702000119090~160300011110110~200200~300400011110110~230230~350500011110110~250250~400600011110110~250250~450以精餾段為例，采用平行受液盤、平行溢流堰，不設(shè)進(jìn)口堰：（1）出口堰長(zhǎng)，（2）出口堰高，其中=（E取1.05）（3）弓形降液管寬度和截面積，查圖5.4知：圖5.4弓形降液管參數(shù)圖停留時(shí)間：降液管計(jì)算符合要求。（4）降液管底隙高度（取=0.12）5.3.3塔板布置及浮閥數(shù)目與排列（1）塔板的分塊D=2.2m，查表5-3得：塔板為分塊式，分塊數(shù)為六。表5-3塔板分塊參考表塔徑/mm800~12001400~16001800~20002200~2400塔板分塊數(shù)3456（2）塔板布置安定區(qū)：，無效區(qū)：（3）浮閥數(shù)目與排列在浮閥全開時(shí)，可取7~9，對(duì)重閥而言，可在9~12間取。動(dòng)能因數(shù)：，取，取閥孔直徑為標(biāo)準(zhǔn)孔徑所以，每層塔板上的閥孔數(shù)：個(gè)采用正三角形排列，單溢流塔板的鼓泡區(qū)面積計(jì)算如下：（）浮閥采用等腰三角形叉排的方式，同一橫排的孔心距?。汗浪闩砰g距：，，得所以，最終閥數(shù)可定為327個(gè)，正三角形叉排。開孔率5.3.4浮閥塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算5.3.4.1氣體通過浮閥塔板的壓強(qiáng)降精餾段的驗(yàn)算如下：（1）干板阻力閥全開前，（），有=5-1閥全開后，（），有=5-2令=，可推出=1.23m/s<=1.55m/s可認(rèn)為閥全開將=1.55m/s代入，得：液柱（2）板上充氣液層阻力本設(shè)備分離的是醚類，可取充氣系數(shù)液柱（3）液體表面張力所造成的阻力忽略不計(jì)。=0.031+0.03=0.061m液柱即，=0.0611068.629.81=0.639本設(shè)計(jì)在2MPa下工作，對(duì)塔板壓降無特殊要求。5.3.4.2液泛（淹塔）降液管內(nèi)清液層高度：其中，不設(shè)進(jìn)口堰液柱=0.45+0.0464=0.4964m計(jì)算的數(shù)據(jù)可防止淹塔。5.3.4.3霧沫夾帶設(shè)計(jì)要求霧沫夾帶量滿足：泛點(diǎn)率有下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：泛點(diǎn)率=5-3或泛點(diǎn)率=5-4其中，=2.2-20.242=1.716m=3.80又因?yàn)?，板?0.45m，氣相密度=50.35所以，由泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖讀出，=0.116圖5.5泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖由物性系數(shù)表知，物性系數(shù)K可取1.0。將以上數(shù)據(jù)分別代回（5-3）、（5-4）得:泛點(diǎn)率=或泛點(diǎn)率=由兩個(gè)不同的泛點(diǎn)率計(jì)算公式得：泛點(diǎn)率均小于80%，滿足。而提餾段，所有流體力學(xué)均符合設(shè)計(jì)要求，計(jì)算同精餾段。5.3.4.4塔板負(fù)荷性能圖（1）霧沫夾帶線以為限，求-關(guān)系如下：泛點(diǎn)率=所以，整理得：=1.4010.50（2）液泛線===0.1132=而又有：代入求解得：=54.42-3826.92-456.73（3）液相負(fù)荷上限線液體流量最大量應(yīng)保證在降液管中停留時(shí)間不低于3~5s，則液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間為=（4）漏液線型重浮閥，=5，則（5）液相負(fù)荷下限=0.0045取E=1.05，則：如圖所示：圖5.6塔板負(fù)荷性能圖由AspenPlus模擬出來的負(fù)荷性能圖可直接得出以下數(shù)據(jù)：氣相負(fù)荷上限：氣相負(fù)荷下限：操作彈性：5.3.5塔體結(jié)構(gòu)和附屬設(shè)備5.3.5.1筒體由于精餾塔塔釜溫度為74.6618℃，設(shè)定壓力為2MPa，為保證精餾操作順利進(jìn)行，采用碳鋼Q235卷制，100℃時(shí)許用應(yīng)力：=113；焊縫系數(shù)：=0.8；腐蝕裕度：=2mm設(shè)計(jì)厚度查常用的剛板標(biāo)準(zhǔn)所對(duì)應(yīng)的鋼板厚度負(fù)偏差得：為除去負(fù)偏差以后的圓整值名義厚度有效厚度水壓試驗(yàn)壓力材料的屈服應(yīng)力水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核38.78=169.2因此水壓強(qiáng)度滿足要求。5.3.5.2封頭厚度計(jì)算選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭（a/b2）計(jì)算壁厚名義壁厚=24.47+2=26.47mm取=27mm5.3.5.3塔體結(jié)構(gòu)（1）塔的底部空間高度：塔釜液空間高度計(jì)算：塔底液相停留時(shí)間：塔底液體流量：=0.0709釜液的高度為氣相接管占據(jù)空間，底部空間高度?。海?）封頭選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓型封頭（EHA），具體尺寸列如下表：表5-4封頭系列尺寸表公稱直徑曲面高度直邊高度內(nèi)表面積容積2200550255.4191.489（3）塔高表5-5塔高計(jì)算所需各工段尺寸說明精餾段板間距0.45塔板數(shù)個(gè)20塔頂間距1.0提餾段0.80塔板數(shù)個(gè)19塔底空間2.0全塔總板數(shù)個(gè)40人孔數(shù)/個(gè)6人孔直徑/500人孔伸出塔體長(zhǎng)度/200人孔處板間距/900封頭高度0.55裙座高度/3.1外螺栓座結(jié)構(gòu)尺寸M424.5塔壁厚度25.1在塔頂間距和塔底空間內(nèi)各安裝一個(gè)人孔，且進(jìn)料板為第21塊板，在進(jìn)料板上方安裝一人孔，此外，精餾段再安裝兩個(gè)人孔，提餾段再安裝一個(gè)人孔（具體詳見附錄），則筒體高度為：塔高：式中：--塔實(shí)際高度，m--精餾段實(shí)際塔板數(shù)--提餾段實(shí)際塔板數(shù)--塔頂空間高度，m--塔底空間高度，m--封頭高度，m--裙座高度，m--設(shè)人孔處的板間距，m5.3.6精餾塔B8計(jì)算結(jié)果匯總表表5-6B8精餾塔設(shè)計(jì)結(jié)果項(xiàng)目數(shù)值及說明備注塔徑2.20塔高31.5壁厚25.1精餾段塔板間距0.45提餾段塔板間距0.80精餾段塔板形式單溢流弓形降液管塔板分為六塊提餾段塔板形式階梯式雙溢流弓形降液管塔板分為六塊空塔氣速0.3024堰長(zhǎng)1.32堰高0.0121板上液層高度0.05降液管底隙高度0.105浮閥數(shù)個(gè)327等腰三角形叉排閥孔氣速1.55閥孔動(dòng)能因數(shù)9臨界閥孔氣速1.23孔心距0.075指同一橫排的孔心距排間距0.0473指相鄰二橫排的中心線距離單板壓降0.639液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間5.04降液管內(nèi)清液層高度0.0932泛點(diǎn)率/%37.44氣相負(fù)荷上限霧沫夾帶控制氣相負(fù)荷下限漏液控制操作彈性2.446.結(jié)論6.結(jié)論本文通過簡(jiǎn)單介紹二甲醚的理化性質(zhì)、毒性及急救方法、燃料特性及儲(chǔ)運(yùn)條件、泄露處理及滅火方法和良好用途，對(duì)年產(chǎn)30萬噸二甲醚進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，通過對(duì)比四種工業(yè)生產(chǎn)方法，選擇合成氣一步法進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，并對(duì)不同的催化劑以及吸收劑進(jìn)行篩選比較，最終確定采用已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)的甲醇合成催化劑C301和甲醇脫水催化劑HY機(jī)械混合配比為4-5時(shí)的雙功能催化劑，水作為吸收劑來進(jìn)行設(shè)計(jì)。在合成氣一步法中流程中，除了合成氣直接反應(yīng)生成二甲醚外，還充分利用了生產(chǎn)過程未完全反應(yīng)而分離下來的甲醇經(jīng)過進(jìn)一步精餾、反應(yīng)再精餾，使甲醇在一定條件下更多的轉(zhuǎn)化為二甲醚，且甲醇的轉(zhuǎn)化率為0.99，最終得到兩股二甲醚流料送入混合器后得到年產(chǎn)578703萬噸、純度為0.9986的二甲醚，且水的純度達(dá)到分別為99.21%，97.9%，兩者均可以送入吸收塔作為吸收劑循環(huán)使用，或經(jīng)進(jìn)一步處理后達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，方可排放。經(jīng)過AspenPlus流程模擬，得到了各混合器、反應(yīng)器、換熱器、吸收塔和精餾塔的各項(xiàng)操作參數(shù)以及各流股物料的參數(shù)。最后通過對(duì)精餾塔工藝尺寸的計(jì)算，得到準(zhǔn)確的塔高塔徑等各項(xiàng)參數(shù)。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)王書妍,柴興泉,谷學(xué)新,侯士果,李洪霞.危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏與防護(hù)[J].化學(xué)教育,2006(06):1-3+14.佟玲.合成氣一步法制備二甲醚催化劑及工藝的研究[D].遼寧工學(xué)院,2007.張海鵬,李偉,肖文德.一步法合成二甲醚催化劑失活的研究進(jìn)展[J].石油化工,2011,40(07):795-799.CAIM,PAL?I?A,SUBRAMANIANV,etal.Directdimethylethersynthesisfromsyngasoncopper–zeolitehybridcatalystswithawiderangeofzeoliteparticlesizes[J].JournalofCatalysis2016,338:227-238.秦冉冉.一步法合成二甲醚的催化劑和工藝研究[D].華南理工大學(xué),2010.徐克助.

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