年产1万吨二甲醚工艺设计 大学毕业设计.docx

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年产1万吨二甲醚工艺设计大学毕业设计

本科课程设计

题目：

年产1万吨二甲醚工艺设计

专业：

应用化学

学院：

化学与生命科学学院

化工设计课程设计题目

1.设计项目：

2万吨/年甲醇下游产品加工车间初步设计

2.产品名称：

年产1万吨二甲醚工艺初步设计与平面布置

3.甲醇规格：

纯度99%（附属材料自定，甲醇由工艺管道送至车间）

4.年生产能力：

处理2万吨/年甲醇

5.设计要求：

（1）生产产品的确定与设计；

（2）化工工艺流程设计及分析；

（3）完成化工工艺设计计算

（4）化工设备设计的工艺计算；

（5）绘制完成带控制点工艺流程图；

（6）结合给排水、供电等方案作总投资概念和技术经济分析。

（7）编制完整的设计说明书

目录

前言

化工设计课程设计题目错误！

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前言1

1文献综述1

1.1二甲醚概述1

1.1.1二甲醚的发展现状1

1.1.2二甲醚的传统领域的应用及其拓展1

1.2国内二甲醚市场简况2

1.2.1现状2

1.2.2国内市场预测3

1.3国外二甲醚市场简况4

1.3.1现状4

1.3.2国外市场预测5

1.4原料说明5

1.6二甲醚的主要技术指标7

1.6.1技术要求7

1.6.2试验方法7

2DME产品方案及生产规模10

2.1产品品种、规格、质量指标及拟建规模10

2.2产品规格、质量指标10

2.3产品方案分析及生产规模分析11

3工艺流程介绍11

3.1生产方法简述11

3.2工艺流程说明13

3.3生产工艺特点15

3.4主要工艺指标15

3.4.1二甲醚产品指标15

3.4.2催化剂的使用15

4主要塔设备计算及选型16

4.1汽化塔及其附属设备的计算选型16

4.1.1物料衡算错误！

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4.1.2热量衡算错误！

未定义书签。

4.1.3理论板数、塔径、填料选择及填料层高度的计算错误！

未定义书签。

4.1.4汽化塔附属设备的选型计算错误！

未定义书签。

4.2合成塔及其附属设备的计算选型16

4.2.1物料衡算错误！

未定义书签。

4.2.2合成塔的选取选取：

错误！

未定义书签。

4.2.3热量衡算及附属设备的选型计算错误！

未定义书签。

4.3精馏塔及其附属设备的计算选型错误！

未定义书签。

4.3.1物料衡算17

4.3.2热量衡算错误！

未定义书签。

4.3.3理论塔板数的计算错误！

未定义书签。

4.3.4初馏塔主要尺寸的设计计算错误！

未定义书签。

4.3.5塔径设计计算错误！

未定义书签。

4.3.6填料层高度的计算错误！

未定义书签。

4.3.7附属设备的选型计算错误！

未定义书签。

4.4回收塔及其附属设备的计算选型17

4.5.1物料衡算错误！

未定义书签。

4.4.2热量衡算错误！

未定义书签。

4.4.3理论塔板数的计算错误！

未定义书签。

4.4.4回收塔主要尺寸的设计计算错误！

未定义书签。

4.4.5塔径设计计算错误！

未定义书签。

4.4.6填料层高度的计算错误！

未定义书签。

4.4.7附属设备的选型计算错误！

未定义书签。

致谢错误！

未定义书签。

参考文献19

附录1.主要设备一览表20

前言

作为LPG和石油类的替代燃料，目前二甲醚（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。

目前生产的二甲醚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醚。

甲醇脱水制二甲醚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醚工艺。

将甲醇加热蒸发，甲醇蒸气通过γ-AL2O3催化剂床层,气相甲醇脱水制得二甲醚。

气相法的工艺过程主要由甲醇加热、蒸发、甲醇脱水、二甲醚冷凝及精馏等组成。

二甲醚为易燃气体。

与空气混合能形成爆炸性混合物。

接触热、火星、火焰或氧化剂易燃烧爆炸。

接触空气或在光照条件下可生成具有潜在爆炸危险性的过氧化物，密度比空气大，能在较低处扩散到相当远的地方，遇火源会着火回燃。

若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。

二甲醚的理化性质比较独特，热植高，无毒、无害，具有潜在的广泛用途，除作为有机化工原料广泛用于制药、染料、农药等，还用于替代氟里昂用作汽溶胶喷射剂和制冷剂，由于其良好的燃料性能，具有实用、通用、环保、安全、质优价廉的优点，最近作为民用代用燃料和柴油代用燃料，二甲醚受到人民的日益重视。

20世纪70年代，二甲醚开始被用作气雾剂，以取代破坏臭氧层的氟里昂。

近几年来，在各国寻求清洁燃料的过程中，二甲醚的良好燃烧性能和低污染排放的特性使其日益受到重视。

二甲醚作为清洁燃料具备如下特征：

（1）资源量丰富，来源广；

（2）环境友好，其排放物对环境的影响很小；（3）技术可行、成熟，可在大范围内使用；（4）经济可行，其成本有竞争力；（5）易于实现，其运行所需要的基础设施和现有基础设施基本相容，不需要另装一套装置。

本设计流程简洁明畅，工艺条件温和，操作简易方便。

而且设备台数较少，设备制作立足于国内现状，均能在国内制造而不需进口，可大大降低项目投资。

按国家现行基本建设政策和市场价格对本项目进行了财务评价计算。

工程总投资估算值万元，项目的内部收益率所得税前为，高于基准收益率12%。

其它各项效益指标及盈亏平衡分析结果均表明本项目具有很强的抗风险能力。

上述各方面问题的研究结果表明，4万吨/年二甲醚项目符合国家产业政策和未来能源市场发展方向，市场预测乐观，工艺方案合理，工艺技术成熟可靠，投资估算和财务评价结果也表明项目经济效益明显。

本设计包括设计说明书和图纸两部分。

说明书主要包括工艺流程的确定，物料衡算，热量衡算，工艺设备的设计及选型，厂房平面布置，还有进行初步的经济分析等。

图纸包括工艺流程图，主设备图，车间布置平面等。

1文献综述

二甲醚（DimethylEther，简称DME）习惯上简称甲醚，为最简单的脂肪醚，分子式C2H6O，是乙醇的同分异构体，结构式CH3—O—CH3，分子量46.07，是一种无色、无毒、无致癌性、腐蚀性小的产品。

DME因其良好的理化性质而被广泛地应用于化工、日化、医药和制冷等行业，近几年更因其燃烧效果好和污染少而被称为“清洁燃料”，引起广泛关注。

1.1二甲醚的用途

（1）替代氯氟烃作气雾剂[1]

随着世界各国的环保意识日益增强，以前作为气溶工业中气雾剂的氯氟烃正逐步被其他无害物质所代替。

（2）用作制冷剂和发泡剂

由于DME的沸点较低，汽化热大，汽化效果好，其冷凝和蒸发特性接近氟氯烃，因此DME作制冷剂非常有前途。

国内外正在积极开发它在冰箱、空调、食品保鲜剂等方面的应用，以替代氟里昂。

关于DME作发泡剂，国外已相继开发出利用DME作聚苯乙烯、聚氨基甲酸乙酯、热塑聚酯泡沫的发泡剂。

发泡后的产品，孔的大小均匀，柔韧性、耐压性、抗裂性等性能都有所增强。

（3）用作燃料

由于DME具有液化石油气相似的蒸气压，在低压下DME变为液体，在常温、常压下为气态，易燃、毒性很低，并且DME的十六烷值（约55）高，作为液化石油气和柴油汽车燃料的代用品条件已经成熟。

由于它是一种优良的清洁能源，已日益受到国内外的广泛重视。

在未来十年里，DME作为燃料的应用将有难以估量的潜在市场，其应用前景十分乐观。

可广泛用于民用清洁燃料、汽车发动机燃料、醇醚燃料。

（4）用作化工原料

DME作为一种重要的化工原料,可合成多种化学品及参与多种化学反应：

与SO3反应可制得硫酸二甲酯；与HCl反应可合成烷基卤化物；与苯胺反应可合成N,N-二甲基苯胺；与CO反应可羰基合成乙酸甲酯、醋酐，水解后生成乙酸；与合成气在催化剂存在下反应生成乙酸乙烯；氧化羰化制碳酸二甲酯;与H2S反应制备二甲基硫醚。

此外，利用DME还可以合成低烯烃、甲醛和有机硅化合物。

目前，全球二甲醚总生产能力约为21万t/a，产量16万t/a左右，表1-1为世界二甲醚主要生产厂家及产量。

我国二甲醚总生产能力约为1.2万t/a,产量约为0.8万t/a，表1-2为我国二甲醚主要生产厂家及产量。

据市场调查国内二甲醚需求量远远超过供给量，目前国内仅气雾剂一项需求量达到1.5~1.8万吨/年，而高纯度的二甲醚还依赖进口。

二甲醚市场应用前景广阔，因此对二甲醚的生产工艺进行研究很有必要。

1.2设计依据

本项目基于教科书上的教学案例，通过研读大量的关于DME性质、用途、生产技术及市场情况分析的文献，对生产DME的工艺过程进行设计的。

1.3技术来源

目前合成DME有以下几种方法：

（1）液相甲醇脱水法

（2）气相甲醇脱水法（3）合成气一步法（4）CO2加氢直接合成。

（5）催化蒸馏法。

其中前二种方法比较成熟，后三种方法正处于研究和工业放大阶段。

本设计采用气相甲醇脱水法。

下面对这几种方法作以介绍。

1.3.1液相甲醇脱水法制二甲醚

甲醇脱水制DME最早采用硫酸作催化剂，反应在液相中进行，因此叫做液相甲醇脱水法，也称硫酸法工艺。

该工艺生产纯度99.6%的DME产品,用于一些对DME纯度要求不高的场合。

其工艺具有反应条件温和（130～160）℃、甲醇单程转化率高（>85%）、可间歇也可连续生产等特点，但是存在设备腐蚀、环境污染严重、产品后处理困难等问题，国外已基本废除此法。

中国仍有个别厂家使用该工艺生产DME，并在使用过程中对工艺有所改进。

1.3.2气相甲醇脱水法制二甲醚

气相甲醇脱水法是甲醇蒸气通过分子筛催化剂催化脱水制得DME。

该工艺特点是操作简单，自动化程度较高，少量废水废气排放，排放物低于国家规定的排放标准。

该技术生产DME采用固体催化剂催化剂，反应温度200℃，甲醇转化率达到75%～85%，DME选择性大于98%，产品DME质量分数≥99.9%，甲醇制二甲醚的工艺生产过程包括甲醇加热、蒸发，甲醇脱水，甲醚冷却、冷凝及粗醚精馏，该法是目前国内外主要的生产方法。

1.3.3合成气一步法生产二甲醚

合成气法制DME是在合成甲醇技术的基础上发展起来的，由合成气经浆态床反应器一步合成DME，采用具有甲醇合成和甲醇脱水组分的双功能催化剂。

因此，甲醇合成催化剂和甲醇脱水催化剂的比例对DME生成速度和选择性有很大的影响，是其研究重点。

其过程的主要反应为：

甲醇合成反应

（1）

水煤气变换反应

（2）

甲醇脱水反应

（3）

在该反应体系中，由于甲醇合成反应和脱水反应同时进行，使得甲醇一经生成即被转化为DME，从而打破了甲醇合成反应的热力学平衡限制，使CO转化率比两步反应过程中单独甲醇合成反应有显著提高。

由合成气直接合成DME，与甲醇气相脱水法相比，具有流程短、投资省、能耗低等优点，而且可获得较高的单程转化率。

合成气法现多采用浆态床反应器，其结构简单，便于移出反应热，易实现恒温操作。

它可直接利用CO含量高的煤基合成气，还可在线卸载催化剂。

因此,浆态床合成气法制DME具有诱人的前景，将是煤炭洁净利用的重要途径之一。

合成气法所用的合成气可由煤、重油、渣油气化及天然气转化制得，原料经济易得，因而该工艺可用于化肥和甲醇装置适当改造后生产DME，易形成较大规模生产；也可采用从化肥和甲醇生产装置侧线抽得合成气的方法，适当增加少量气化能力，或减少甲醇和氨的生产能力，用以生产DME。

但是，目前合成气法制DME的研究国内仍处于工业放大阶段，有上千吨级的成功的生产装置，如山西煤化所、清华大学、杭州大学催化剂研究所等都拥有这方面的技术。

兰州化物所、大连化物所、湖北化学研究所的催化剂均已申请了专利。

清华大学加