二甲醚工艺设计40万吨级
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- 二甲醚工艺设计 [摘要]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-AL 2O3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。主要完成以下工作：
1）精馏用到的二甲醚分离塔和甲醇回收塔的塔高、塔径、塔板布置等的设计；
2）所需换热器、泵的计算及选型；
[关键词]二甲醚，甲醇，工艺设计。
The design of dimehyl ether process annual output 400,000 tons
Abstract: As LPG and oil alternative fuel, DME has drawn attentions at present. Physical properties of DME is similar for LPG, and don’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 dehydration, namely, synthetic methanol first and then methanol dehydration to dimethyl etherby methanol dehydration. Methanol dehydration to DME is divided into two kinds of liquid phase and gas-phase process. This design uses a process gas of dimethyl ether prepared by dimethyl. Heating methanol to evaporation, methanol vapor through the γ-AL 2O3 catalyst bed, vapor methanol dehydration to dimethyl etherby. This process is made of methanol process heating, evaporation, dehydration of methanol, dimethyl ether condensation and distillation etc. Completed for the following work:
1) Distillation tower used in separation of dimethyl ether and methanol recovery , column height of tower ,diameter, arrangement of column plate etc;
2) The calculation and selection of heat exchanger, pump;
Key words: dimethyl ether, methanol, process design.
目录
一 绪论 1
1.1 二甲醚的用途..............................................1
1.2 设计依据 1
1.3 技术来源 1
1.3.1 液相甲醇脱水法制二甲醚 1
1.3.2 气相甲醇脱水法制二甲醚 1
1.3.3 合成气一步法生产二甲醚 2
1.3.4 二氧化碳加氢直接合成二甲醚 2
1.3.5 催化蒸馏法制二甲醚 2
1.3.6 本设计采用的方法 3
1.4 原料及产品规格 3
1.5 设计规模和设计要求 3
二 生产流程的确定 4
2.1 反应原理 4
2.2 反应条件 4
2.3 反应选择性和转化率 4
2.4 催化剂的选择 4
三 化工计算 5
3.1 物料衡算 5
3.2 计算催化剂床层体积 5
3.3 反应器管数 5
3.4 热量衡算 5
四 主要工艺设备的计算及选型....................................8
4.1 甲醚精馏塔的物料衡算及理论板数 8
4.2 实际板层数的求取 9
4.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 10
4.3.1 操作压力的计算 10
4.3.2 操作温度计算 10
4.3.3 平均摩尔质量计算 11
4.3.4 平均密度计算 11
4.3.5 液体平均表面张力的计算 13
4.3.6 液体平均粘度 13
4.4 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 13
4.4.2 提馏段塔径的计算 15
4.4.3 精馏塔有效高度的计算 16
4.5 塔板主要工艺尺寸的计算 16
4.5.1 溢流装置计算 16
4.5.2 塔板布置 17
4.6 塔板的流体力学验算 18
4.6.1 塔板压降 18
4.6.2 液面落差 19
4.6.3 液沫夹带 19
4.6.4 漏液 19
4.6.5 液泛 19
4.7 塔板负荷性能图 19
4.7.1 漏液线 19
4.7.2 液沫夹带线 20
4.7.3 液相负荷下限线 20
4.7.4 液相负荷上限线 21
4.7.5 液泛线 21
4.8 精馏塔接管尺寸计算 22
4.8.1 塔顶蒸气出口管的直径 22
4.8.2 回流管的直径 22
4.8.3 进料管的直径 22
4.8.4 塔底出料管的直径 23
4.9 甲醇精馏塔设计方案的确定 24
4.10 精馏塔的物料衡算 24
4.10.1 原料液及塔顶和塔底的摩尔分率 24
4.10.2 原料液及塔顶和塔底产品的平均摩尔质量 24
4.10.3 物料衡算 24
4.11 塔板数的确定 24
4.11.1 理论板层数的求取....................................24
4.11.2 实际板层数的求取 26
4.12 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 26
4.12.1 操作压力的计算 26
4.12.2 操作温度计算 27
4.12.3 平均摩尔质量计算 27
4.12.4 平均密度计算 27
4.12.5 液体平均表面张力的计算 28
4.12.6 液体平均粘度 28
4.13精馏塔的塔体工艺尺寸计算 29
4.13.1 塔径的计算 29
4.13.2 精馏塔有效高度的计算 30
4.14 塔板主要工艺尺寸的计算 30
4.14.1 溢流装置计算 30
4.14.2 塔板布置 31
4.15 塔板的流体力学验算 32
4.15.1 塔板压降 32
4.15.2 液面落差 33
4.15.3 液沫夹带 33
4.15.4 漏液 33
4.15.5 液泛 33
4.16 塔板负荷性能图 34
4.16.1 漏液线 34
4.16.2 液沫夹带线 34
4.16.3 液相负荷下限线 35
4.16.4 液相负荷上限线 35
4.16.5 液泛线 35
4.17 精馏塔接管尺寸计算 37
4.17.1 塔顶蒸气出口管的直径 37
4.17.2 回流管的直径 37
4.17.3 进料管的直径 37
4.17.4 塔底出料管的直径 38
4.18 甲醇精馏塔筒体和裙座壁厚计算 39
4.19 甲醇精馏塔塔的质量载荷计算 39
4.19.1 塔壳和裙座的质量 39
4.19.2 封头质量 39
4.19.3 裙座质量 39
4.19.4 塔内构件质量 39
4.19.5 人孔、法兰、接管与附属物质量 40
4.19.6 保温材料质量 40
4.19.7 平台、扶梯质量 40
4.19.8 操作时塔内物料质量 40
4.19.9 充水质量 40
4.20 地震载荷计算 41
4.20.1 计算危险截面的地震弯矩 41
4.21 风载荷计算 41
4.21.1 风力计算 41
4.21.2 风弯矩计算 42
4.22 各种载荷引起的轴向应力 43
4.22.1 计算压力引起的轴向应力 43
4.22.2 操作质量引起的轴向压应力 43
4.22.3 最大弯矩引起的轴向应力 44
4.23 筒体和裙座危险截面的强度与稳定性校核 44
4.23.1 筒体的强度与稳定性校核 44
4.23.2 裙座的稳定性校核 45
4.24 裙座和筒体水压试验应力校核 45
4.24.1 筒体水压试验应力校核 45
4.24.2 裙座水压试验应力校核 46
4.25 基础环设计 46
4.25.1 基础环尺寸 46
4.25.2 基础环尺寸的应力校核 47
4.25.3 基础环厚度 47
4.26 地脚螺栓计算 47
4.26.1 地脚螺栓承受的最大拉应力 47
4.26.2 地脚螺栓直径 48
4.27 储罐的选择 49
4.27.1 储罐的计算与选型 49
4.28 泵的选择 49
4.29 通风机的选择 50
4.29.1 通风机的选择 50
4.30 换热器的计算 50
4.30.1 确定换热器的类型 50
4.30.2 估算传热面积 50
五 原材料动力消耗量额定及消耗量.............................51
六 参考文献 56
七 致谢 57
八 附录 58
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