化工畢業(yè)設(shè)計(jì)--2萬噸年二甲醚生產(chǎn)裝置工藝設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　化工設(shè)計(jì)計(jì)算書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 2萬噸/年二甲醚生產(chǎn)裝置工藝設(shè)計(jì) </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 總論1</b></p><p>　　1.1 項(xiàng)目概況1</p&g

2、t;<p>　　1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)1</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)原則2</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)內(nèi)容及進(jìn)度安排2</p><p>　　1.5 建設(shè)規(guī)模及產(chǎn)品方案2</p><p>　　1.6 廠址選擇2</p><p>　　1.7 能量利用與環(huán)境保護(hù)3</p><

3、;p>　　1.8存在問題及建議4</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)4</b></p><p>　　第2章 工藝流程設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 生產(chǎn)方案選擇5</p><p>　　2.1.1 產(chǎn)品性質(zhì)及規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)5</p><p>　　2.1.2 原料路線確定原則和依

4、據(jù)5</p><p>　　2.1.3 工藝技術(shù)方案比較和選擇理由5</p><p>　　2.1.4 操作條件的確定10</p><p>　　2.2 工藝流程設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.2.1 反應(yīng)原理10</p><p>　　2.2.2 裝置工藝原則流程圖10</p><

5、p>　　2.2.3 工藝流程簡述11</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)11</b></p><p>　　第3章 物料衡算12</p><p>　　3.1 物料衡算及全流程模擬概述12</p><p>　　3.1.1 物料衡算基本原理12</p><p>　　3.1.2 物料衡

6、算目的12</p><p>　　3.1.3 全流程模擬簡介（整體流程）13</p><p>　　3.2全裝置物料衡算14</p><p>　　3.3主要裝置物料衡算15</p><p>　　3.3.1 反應(yīng)器R-101物料衡算范圍簡圖15</p><p>　　3.3.2 精餾塔物料衡算范圍簡圖16</

7、p><p>　　3.3.3 甲醇提濃塔T-301物料衡算范圍簡圖17</p><p>　　3.4操作條件匯總18</p><p>　　3.5 全裝置工藝物料平衡圖PFD繪制（見圖紙）18</p><p>　　3.6 物料衡算結(jié)果匯總和小結(jié)18</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)19</b>

8、</p><p>　　第4章 熱量衡算20</p><p>　　4.1 能量衡算20</p><p>　　4.1.1基本原理20</p><p>　　4.1.2能量衡算任務(wù)20</p><p>　　4.2 全裝置能量衡算20</p><p>　　4.3 主要裝置能量衡算22<

9、;/p><p>　　4.3.1 反應(yīng)器R-101能量衡算范圍簡圖22</p><p>　　4.3.2 精餾塔T-201能量衡算范圍簡圖23</p><p>　　4.3.3 甲醇提濃塔T-301能量衡算范圍簡圖24</p><p>　　4.4 熱量衡算小結(jié)24</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24&l

10、t;/b></p><p>　　第5章 設(shè)備工藝計(jì)算及選型25</p><p>　　5.1 設(shè)備工藝設(shè)計(jì)概述25</p><p>　　5.2 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)25</p><p>　　5.3 精餾塔設(shè)計(jì)27</p><p>　　5.3.1 塔設(shè)計(jì)計(jì)算27</p><p>　　5.3

11、.2 塔的軟件計(jì)算28</p><p>　　5.3.3 人孔和手孔的選用29</p><p>　　5.3.4 筒體的設(shè)計(jì)29</p><p>　　5.3.5 封頭的設(shè)計(jì)30</p><p>　　5.3.6 裙座的設(shè)計(jì)30</p><p>　　5.3.7 塔板的設(shè)計(jì)30</p><p>

12、;　　5.3.8 接管的設(shè)計(jì)30</p><p>　　5.3.9 吊柱的設(shè)計(jì)32</p><p>　　5.3.10 精餾塔結(jié)果匯總32</p><p>　　5.4 換熱器的計(jì)算及選型36</p><p>　　5.4.1 概述36</p><p>　　5.4.2 換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算40</p>&l

13、t;p>　　5.5 容器設(shè)計(jì)42</p><p>　　5.5.1 概述42</p><p>　　5.5.1.1 選型規(guī)范42</p><p>　　5.5.1.2 選型原則43</p><p>　　5.5.2 容器選型設(shè)計(jì)43</p><p>　　5.6 泵的設(shè)計(jì)及選型44</p><

14、;p><b>　　參考文獻(xiàn)47</b></p><p>　　第6章 原材料、動(dòng)力消耗定額及消耗量48</p><p>　　6.1 原料消耗48</p><p>　　6.2 動(dòng)力消耗48</p><p>　　6.2.1 水蒸汽和冷卻水的消耗定額48</p><p>　　6.2.2

15、電力消耗48</p><p>　　6.2.3 結(jié)果匯總49</p><p>　　第7章 典型自動(dòng)控制方案50</p><p>　　7.1 典型設(shè)備自控方案概述50</p><p>　　7.2 反應(yīng)器的控制50</p><p>　　7.3 精餾塔的控制50</p><p>　　7.4

16、 換熱器的控制51</p><p>　　7.5 容器的控制51</p><p>　　7.6 機(jī)泵的控制51</p><p>　　7.7 本章小結(jié)51</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)52</b></p><p>　　第8章 車間及設(shè)備布置設(shè)計(jì)53</p><p

17、>　　8.1 設(shè)計(jì)依據(jù)53</p><p>　　8.2 設(shè)計(jì)范圍53</p><p>　　8.3 車間平面布置方案54</p><p>　　8.4 設(shè)備布置原則54</p><p>　　8.5典型設(shè)備布置方案57</p><p>　　8.5.1 反應(yīng)器的布置57</p><p>

18、;　　8.5.2 塔的布置58</p><p>　　8.5.3 換熱器的布置58</p><p>　　8.5.4 泵的布置59</p><p>　　8.6 車間及設(shè)備平立面布置圖繪制59</p><p>　　8.6.1車間及設(shè)備布置概述59</p><p>　　8.6.2 車間及設(shè)備布置圖60</p&

19、gt;<p><b>　　參考文獻(xiàn)60</b></p><p>　　第9章 管道布置設(shè)計(jì)61</p><p>　　9.1 管道布置設(shè)計(jì)依據(jù)61</p><p>　　9.2 管道布置設(shè)計(jì)范圍61</p><p>　　9.3 管道布置原則61</p><p>　　9.4

20、 管道布置方案62</p><p>　　9.5管道布置圖設(shè)計(jì)及繪制62</p><p>　　9.5.1 管道布置圖概述62</p><p>　　9.5.2T201及其附屬設(shè)備管道布置圖62</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)62</b></p><p>　　第10章 設(shè)計(jì)總結(jié)

21、63</p><p><b>　　致 謝66</b></p><p><b>　　附錄67</b></p><p><b>　　第1章 總論</b></p><p><b>　　1.1 項(xiàng)目概況</b></p><p>　　近

22、年來, 在國內(nèi)化工文獻(xiàn)中, 二甲醚(DME) 和碳酸二甲酯( DMC) 倍受關(guān)注。二甲醚是符合當(dāng)今環(huán)保要求的重要綠色工業(yè)產(chǎn)品,它的主要用途為: 清潔燃料、氣霧劑、致冷劑、發(fā)泡劑、有機(jī)合成原料等。特別是作為柴油摻燒劑和替代民用燃料液化石油氣后, 其呼聲與日俱增。制取二甲醚的工藝正從精細(xì)化工轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)化工。國內(nèi)合成二甲醚的研究工作正在緊張進(jìn)行: 千噸級和萬噸級的生產(chǎn)裝置已在多處建設(shè),十萬噸級的生產(chǎn)裝置也漸漸地開始興建[1~5] 。</

23、p><p>　　制取二甲醚的方法有甲醇脫水法和合成氣一步法兩種。前一段時(shí)間, 合成氣一步法制二甲醚工藝已成為大家的共識, 但近年來利用甲醇?xì)庀嗝撍ㄖ埔掖颊诔蔀橹髁?，本?xiàng)目設(shè)計(jì)的正是甲醇?xì)庀嗝撍ㄖ贫酌?。在一個(gè)大型甲醇裝置的后面, 跟一個(gè)中型或小型的二甲醚裝置, 可以適應(yīng)市場的變化。二甲醚裝置大型化的步伐比較緩慢, 是由于二甲醚用作清潔燃料使用還有一些問題, 而不是合成方法的問題。二甲醚作燃料以外的用途, 純度要

24、求高一些, 但仍然屬于精細(xì)化工的范圍。隨著技術(shù)的發(fā)展，目前二甲醚裝置的規(guī)模已經(jīng)從千噸級普遍邁向了萬噸級。在這種情況下, 萬噸級的甲醇脫水制二甲醚生產(chǎn)工藝, 仍然具有實(shí)用價(jià)值。當(dāng)然，目前已經(jīng)有幾處興建了十萬噸級的二甲醚生產(chǎn)裝置，而且已經(jīng)有人提出了40萬噸/年的生產(chǎn)裝置的可行性方案。相信隨著技術(shù)的發(fā)展和對二甲醚的需求量的增加，二甲醚的生產(chǎn)規(guī)模還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大[6]。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)依

25、據(jù)</b></p><p>　　《化工廠初步設(shè)計(jì)文件內(nèi)容深度規(guī)定》HG/T20688-2000 編制的項(xiàng)目建議書</p><p><b>　　化工工藝設(shè)計(jì)手冊</b></p><p><b>　　化工管道設(shè)計(jì)手冊</b></p><p><b>　　化工建筑概論</b&g

26、t;</p><p><b>　　化工設(shè)計(jì)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p>　　依據(jù)有關(guān)部門下達(dá)的實(shí)設(shè)計(jì)任務(wù)書或可行性報(bào)告的批文，環(huán)境影響報(bào)告書的批文，資源評價(jià)報(bào)告的批文，技術(shù)引進(jìn)合同，設(shè)計(jì)合同，其他文件等。</p><p><b>　　1.3 設(shè)計(jì)原則</b></p><p>　　遵守法則、法規(guī)

27、，貫徹黨的基本建設(shè)方針，實(shí)事求是，因地制宜。合理利用國家資源和財(cái)產(chǎn)，最大限度的發(fā)揮硬件設(shè)施的內(nèi)在潛力，節(jié)約土地，減少投資，降低成本。設(shè)計(jì)中因地制宜地采用國內(nèi)外新技術(shù)，選擇先進(jìn)的、高效的工藝設(shè)備和新型材料，充分吸收現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，盡量簡化工藝，提高機(jī)械化、自動(dòng)化水平，所選擇的設(shè)備應(yīng)具有較高的可靠性而由易于維修。因此，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化的設(shè)備。再結(jié)合我國有關(guān)復(fù)合肥的相關(guān)政策制定的。把安全生產(chǎn)放在第一位，除了追求經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益外，

28、還以節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的原則為指導(dǎo)思想，實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目高濃度二甲醚的安全生產(chǎn)，綠色生產(chǎn)。</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)內(nèi)容及進(jìn)度安排</p><p>　?。?）物料衡算與能量衡算——第8周完成</p><p>　　（2）設(shè)計(jì)說明書前4章內(nèi)容整理——第9周完成</p><p>　?。?）設(shè)備工藝計(jì)算及選型——第10周完成</p>

29、<p>　?。?）原材料、動(dòng)力消耗定額及消耗量——第11周完成</p><p>　?。?） 自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)——第12周完成</p><p>　　（6）車間及設(shè)備布置設(shè)計(jì)——第13周完成</p><p>　?。?）管道布置設(shè)計(jì)——第14周完成</p><p>　?。?）修改并整理文檔——15~17周</p><p

30、>　　1.5 建設(shè)規(guī)模及產(chǎn)品方案</p><p>　　建設(shè)規(guī)模：年工作時(shí)間8400小時(shí)，年產(chǎn)2萬噸二甲醚生產(chǎn)裝置</p><p>　　產(chǎn)品方案：以甲醇為原料，產(chǎn)品二甲醚純度≥99.9%</p><p><b>　　1.6 廠址選擇</b></p><p>　　本項(xiàng)目擬選址在鄭東新區(qū)，鄭東新區(qū)位于河南省省會(huì)鄭州市區(qū)東

31、部，是鄭州市委、市政府根據(jù)國務(wù)院批準(zhǔn)的鄭州市城市總體規(guī)劃 。該區(qū)以遷建的原鄭州機(jī)場為起步區(qū)，以國家經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)為基礎(chǔ),西起老107 國道，東至京珠高速公路，南自機(jī)場高速公路，北至連霍高速公路，鄭東新區(qū)開發(fā)建設(shè)作為河南省加快城市化進(jìn)程的龍頭項(xiàng)目，已被河南省政府作為重點(diǎn)工程列入日常工作。交通便利，而且鄭州是京廣鐵路、隴海鐵路兩大鐵路大動(dòng)脈，和京港高鐵(世界最長的高鐵線路)、徐蘭高鐵(歐亞大陸橋)兩大時(shí)速350公里高鐵交通大動(dòng)脈的交會(huì)點(diǎn)，是

32、溝通南北，連貫東西的交通要沖，素有中國鐵路心臟之稱，交通便利。</p><p>　　1.7 能量利用與環(huán)境保護(hù)</p><p>　　在項(xiàng)目的建設(shè)和管理方面都要注意采取高效節(jié)能措施，措施主要包括：</p><p>　?。?）優(yōu)化全廠總工藝流程，設(shè)計(jì)好需用公用工程最少的熱交換網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省蒸汽量與冷卻水量。并且盡量使其他技術(shù)的選擇在總體上滿足全廠流程最優(yōu)化的要求。</

33、p><p>　?。?）合理安排全廠蒸汽平衡和熱交換網(wǎng)絡(luò)，利用裝置剩余熱量對需熱物流加熱。同時(shí)對全廠各系統(tǒng)用汽加以優(yōu)化，使全廠用汽與產(chǎn)汽之間基本達(dá)到平衡。</p><p>　　（3）對裝置及系統(tǒng)產(chǎn)生的凝結(jié)水、鍋爐排污和生產(chǎn)污水進(jìn)行深度利用，處理后的回收水用作循環(huán)水補(bǔ)水；對于能夠進(jìn)行一水多用的設(shè)備及工藝盡量做到一水多用，從而節(jié)省水耗量，降低能耗。</p><p>　?。?）

34、減少新鮮水用量，減少排污，清污分流。污水處理場進(jìn)水分為高濃度污水和低濃度污水，高濃度污水處理后排放，低濃度污水處理后回用。</p><p>　?。?）換熱器采用高效、低壓降換熱器提高效率，減少能耗；在機(jī)泵的選用上選用高效機(jī)泵和高效節(jié)能電機(jī)，提高設(shè)備效率；并根據(jù)情況選用液力透平回收高壓液體的能量。</p><p>　?。?）選用高效變壓器和電器設(shè)備，合理選則機(jī)泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的容量。</p

35、><p>　?。?）采用先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，使得各系統(tǒng)在優(yōu)化條件下操作，提高全廠的用能水平。</p><p>　?。?）加強(qiáng)設(shè)備及管道的隔熱和保溫等措施，對所有高溫設(shè)備及管線均選用優(yōu)質(zhì)保溫材料，減少散熱，提高裝置及系統(tǒng)的熱回收率。</p><p>　　在環(huán)境保護(hù)方面本項(xiàng)目需要的主要是如下幾個(gè)方面：</p><p><b>　?。?）廢水

36、治理</b></p><p>　　尾氣洗滌液進(jìn)入沉降池，一部分自身循環(huán)，一部分進(jìn)入廢水處理裝置進(jìn)行處理。車間地面沖洗水、生活廢水等匯集于水池，經(jīng)物化、生化處理后達(dá)標(biāo)排放。</p><p><b>　?。?）噪聲處理</b></p><p>　　主要源于各設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中由振動(dòng)、摩擦、碰撞而產(chǎn)生的機(jī)械噪聲和由排風(fēng)、排氣等產(chǎn)生的氣體動(dòng)力

37、噪聲。</p><p>　　措施為盡量選用低噪聲設(shè)備，并采用降低噪音的措施達(dá)到國家要求標(biāo)準(zhǔn)。并在磨粉機(jī)、粉碎機(jī)、振動(dòng)篩的基礎(chǔ)設(shè)置隔振墊或安裝消聲器，使噪聲在原基礎(chǔ)上降低或在其生產(chǎn)崗位上設(shè)置隔聲操作室，以改善操作人員勞動(dòng)環(huán)境。</p><p><b>　?。?）工廠綠化</b></p><p>　　在廠區(qū)進(jìn)行綠化設(shè)計(jì)，一是能治理污染，凈化空氣，調(diào)

38、節(jié)溫度、吸附灰塵，隔離噪音等；二是將廠區(qū)綠化的非常漂亮，建成花園式的工廠，使環(huán)境清新優(yōu)美，冬暖夏涼，增進(jìn)員工的身體健康，使他們一進(jìn)廠區(qū)，就有一個(gè)好心情，忘掉不快，減輕壓力，干勁倍增。</p><p>　　1.8存在問題及建議</p><p>　　換熱網(wǎng)絡(luò)雖然經(jīng)過了部分優(yōu)化但仍然具有改進(jìn)的空間。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b><

39、;/p><p>　　[1] 梁軼. 二甲醚的生產(chǎn)技術(shù)及其應(yīng)用[ J ] . 貴州化工, 2001,26( 1) : 17～19.</p><p>　　[2] 朱賽芬, 程小紅, 嚴(yán)招春. 二甲醚生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展及其市場情況分析[ J ] . 應(yīng)用化工, 2001, 30 ( 3) : 7～10.</p><p>　　[3] 周衛(wèi)國. 二甲醚生產(chǎn)、應(yīng)用及市場[ J] . 上海

40、化工, 2001,( 10) : 31～35.</p><p>　　[4] 安軍信. 清潔燃料二甲醚的生產(chǎn)技術(shù)和發(fā)展前景[ J] . 石化技術(shù)與應(yīng)用, 2001, 19 ( 6) : 389～392.</p><p>　　[5] 韓凌, 郭少青, 朱凌皓. 二甲醚生產(chǎn)技術(shù)與市場狀況[ J ] .煤化工, 2000, ( 3) : 32～34.</p><p>　　[

41、6] 趙賢俊.二甲醚生產(chǎn)工藝技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].化學(xué)工業(yè),2008. 26(6):26-30.</p><p>　　第2章 工藝流程設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 生產(chǎn)方案選擇</p><p>　　2.1.1 產(chǎn)品性質(zhì)及規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　產(chǎn)品性質(zhì)：二甲醚又稱甲醚，簡稱DME，在常壓下是一種無色氣體或壓縮液體，具有輕微醚

42、香味。相對密度（20℃）0.666，熔點(diǎn)-141.5℃，沸點(diǎn)-24.9℃，室溫下蒸氣壓約為0.5MPa，與石油液化氣（LPG）相似。溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多種有機(jī)溶劑。易燃，在燃燒時(shí)火焰略帶光亮，燃燒熱（氣態(tài)）為1455kJ/mol。常溫下DME具有惰性，不易自動(dòng)氧化，無腐蝕、無致癌性，但在輻射或加熱條件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等。</p><p>　　規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)：年產(chǎn)量2萬噸，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.9%<

43、;/p><p>　　2.1.2 原料路線確定原則和依據(jù)</p><p>　　原則：符合整個(gè)生產(chǎn)流程的設(shè)計(jì)，同時(shí)合理利用國家資源和財(cái)產(chǎn)，節(jié)約土地，減少投資，降低成本。</p><p>　　依據(jù)：（1）化工工藝設(shè)計(jì)手冊</p><p>　?。?）化工管道設(shè)計(jì)手冊</p><p><b>　?。?）化工建筑概論<

44、;/b></p><p>　?。?）化工設(shè)計(jì)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　2.1.3 工藝技術(shù)方案比較和選擇理由</p><p>　　二甲醚的生產(chǎn)方法主要有如下三種：</p><p><b>　?。?）合成氣一步法</b></p><p>　　以合成氣（CO+H2）為原料，合成甲醇反應(yīng)和

45、甲醇脫水反應(yīng)在一個(gè)反應(yīng)器中完成，同時(shí)伴隨CO的變換反應(yīng)。其反應(yīng)式為</p><p>　　3CO+3H2== H3COCH3+ CO2</p><p>　　典型的合成氣一步法生產(chǎn)流程如下：</p><p>　　新鮮合成氣中的CO和H2的比例配成約1：1 左右（配氣手段：變換、脫碳等），與循環(huán)氣混合后進(jìn)入二甲醚合成反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)壓力2.0-10.0MPa, 溫度2

46、30-280℃。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)冷卻、吸收分離，未反應(yīng)的CO和H2氣體返回合成反應(yīng)器加壓循環(huán)返回做反應(yīng)原料。吸收液經(jīng)脫除二氧化碳、精餾得到產(chǎn)品二甲醚。而反應(yīng)產(chǎn)物中的甲醇則經(jīng)精餾提純后做為副產(chǎn)品。甲醇產(chǎn)量為二甲醚產(chǎn)量的1-10%。 </p><p>　　合成合成氣一步法的主要特點(diǎn)在于反應(yīng)的優(yōu)勢，合成甲醇反應(yīng)和甲醇脫水反應(yīng)在一個(gè)反應(yīng)器中完成。反應(yīng)平反應(yīng)衡常數(shù)大，合成氣單程轉(zhuǎn)化率高，達(dá)40.0%- 75.0%。</p&

47、gt;<p>　　圖2-1 合成氣一步流程框圖</p><p>　　合成氣一步法的主要問題有： </p><p>　　1）產(chǎn)品單一，只能生產(chǎn)二甲醚，甲醇產(chǎn)量為二甲醚產(chǎn)量的1-10%，不能調(diào)節(jié)甲醇和二甲醚兩種產(chǎn)品的比例。 </p><p><b>　　2）原料利用率低 </b></p><p>　　在反應(yīng)產(chǎn)物

48、中二甲醚與CO 的比例為1：1（分子比），如原料中有水或CO2，則反應(yīng)產(chǎn)物中反應(yīng)產(chǎn)物中CO2的濃度（摩爾濃度）將超過二甲醚的濃度（摩爾濃度），而二氧化碳利用價(jià)值是很低的。因此，以目標(biāo)產(chǎn)品二甲醚計(jì)，合成氣一步法的原料利用率很低，故其生產(chǎn)成本也相應(yīng)較高。 </p><p>　　3CO + 3H2 == CH3OCH3 + CO2 </p><p>　　原料利用率 51% </p>

49、<p><b>　　對比甲醇脫水法： </b></p><p>　　合成甲醇 2CO + 4H2 === 2CH3OH 原料利用率接近100% </p><p>　　甲醇脫水 2CH3OH == H3COCH3 + H2O </p><p>　　原料利用率：72.0% </p><p>　　3）合成甲醇、CO

50、變換、甲醇脫水均為放熱反應(yīng)，總反應(yīng)熱效應(yīng)很大（58.8kcal/molDME），絕熱溫升達(dá)500-1050℃。如不能有效移走熱量，則合成甲醇的催化活性中心將被破壞而導(dǎo)致失活。因而必須使用換熱式反應(yīng)器。而無論是固定床還是漿態(tài)床，由于反應(yīng)器效率低，大型化均有一定問題。 </p><p>　　4）未找到同時(shí)對兩個(gè)反應(yīng)均有較好催化作用，且穩(wěn)定性好的催化劑。這是技術(shù)突破的關(guān)鍵。現(xiàn)使用的復(fù)合型催化劑兩種活性中心相互干擾，甲醇

51、催化活性中心易被氧化而失活，催化劑使用壽命短。 </p><p>　　5）分離能耗高：吸收液大量循環(huán)，脫除CO2需冷媒，DME粗產(chǎn)品濃度低、精餾分離蒸汽消耗高。 </p><p>　　因此，合成氣一步法還需要較長時(shí)間的研究探索，等待突破性的技術(shù)成果完成，其工業(yè)化才可能成為現(xiàn)實(shí)。</p><p><b>　　（2）甲醇?xì)庀喾?lt;/b></p&

52、gt;<p>　　甲醇?xì)庀啻呋撍ㄊ悄壳皣鴥?nèi)外使用最多的二甲醚工業(yè)生產(chǎn)方法。典型的甲醇?xì)庀喾ǖ纳a(chǎn)過程如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 甲醇?xì)庀喾鞒炭驁D</p><p>　　催化劑為ZSM分子篩或γ-Al2O3。甲醇脫水反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)式為： </p><p>　　2CH3OH=== H3COCH3+ H2O</p>&l

53、t;p>　　反應(yīng)條件為0.5-1.5MPa、230-400℃。甲醇經(jīng)汽化在換熱器中與反應(yīng)器出來的反應(yīng)產(chǎn)物換熱后進(jìn)入反應(yīng)器中進(jìn)行氣相催化脫水反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)換熱后、用循環(huán)水冷卻冷凝。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)有絕熱式固定床、換熱式固定床、多段冷激式固定床和等溫管式固定床等。冷卻冷凝后的物料在粗甲醚中間罐進(jìn)行氣液分離。氣相為副反應(yīng)產(chǎn)生的不凝氣和二甲醚、甲醇的飽和蒸汽，送洗滌塔用甲醇或甲醇-水溶液吸收回收其中二甲醚。吸收液返回粗甲醚中間罐，吸收尾氣送出

54、裝置。粗甲醚中間罐的粗二甲醚用精餾塔進(jìn)行精餾分離，從精餾塔頂出來的二甲醚蒸汽經(jīng)精餾塔冷凝器冷凝后一部分回流入塔，一部分作為產(chǎn)品送產(chǎn)品貯罐。 而從二甲醚精餾塔塔釜得到的甲醇-水溶液則送甲醇提濃塔精餾提濃甲醇，提濃后的甲醇返回做反應(yīng)原料。從甲醇提濃塔塔釜排出含醇廢水。</p><p><b>　?。?）甲醇液相法</b></p><p>　　液相法由硫酸法發(fā)展而來，而硫酸

55、法生產(chǎn)二甲醚工藝是硫酸法生產(chǎn)硫酸二甲酯生產(chǎn)流程中的前半段生產(chǎn)工藝。液相法反應(yīng)式仍是甲醇脫水： </p><p>　　2CH3OH== H3COCH3+ H2O </p><p>　　反應(yīng)在液相中進(jìn)行。目前先進(jìn)的液相法在硫酸法的基礎(chǔ)上有了技術(shù)上的突破。如在反應(yīng)器中加入其他添加物（如磷酸等），改變了反應(yīng)器蒸發(fā)物料的相對組成，從而達(dá)到連續(xù)反應(yīng)、反應(yīng)產(chǎn)物連續(xù)蒸發(fā)的目的，實(shí)現(xiàn)了裝置的連續(xù)生產(chǎn)、并解決

56、了反應(yīng)器無機(jī)酸催化劑的排放問題。</p><p>　　國內(nèi)先進(jìn)的甲醇液相發(fā)工藝流程如圖2-3所示。催化劑為硫酸等無機(jī)酸。甲醇脫水反應(yīng)在液相、常壓或微正壓、130-180℃下進(jìn)行。反應(yīng)產(chǎn)物加熱汽化送出反應(yīng)器，經(jīng)冷卻，反應(yīng)產(chǎn)物部分冷凝。汽相經(jīng)壓縮、液化即得到產(chǎn)品二甲醚；反應(yīng)產(chǎn)物部分冷凝后的液相主要成分為水、甲醇和二甲醚。液相物料經(jīng)甲醇提濃塔精餾分離，從塔頂?shù)玫郊状己投酌训幕旌衔?。塔頂冷凝器未冷凝的二甲醚送壓縮機(jī)壓縮

57、作產(chǎn)品，冷凝液則送回反應(yīng)系統(tǒng)做原料。 </p><p>　　液相法的優(yōu)點(diǎn)在于反應(yīng)溫度低，由于甲醇脫水反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度越低，平衡轉(zhuǎn)化率越高，故其甲醇在反應(yīng)器中的單程轉(zhuǎn)化率比氣相法高，達(dá)90%以上。這樣循環(huán)的甲醇量少，理論上可減少一定的蒸汽消耗。</p><p>　　圖2-3 甲醇液相法流程框圖</p><p>　　先進(jìn)的液相法雖然在原硫酸法的基礎(chǔ)上有了多方面的

58、改進(jìn)，而且逐漸完善，但由于液相法固有的特點(diǎn)，仍存在以下問題： </p><p>　　1）反應(yīng)在常壓下進(jìn)行，所以需要將產(chǎn)品從常壓增壓至0.9Mpa以上才能用循環(huán)冷卻水冷凝液化，壓縮電耗太高；反應(yīng)器物料需混合均勻，不管是用泵強(qiáng)制循環(huán)，或用攪拌器攪拌，都要消耗一定的電能。因此，每噸產(chǎn)品的電力消耗在100KWH以上。 </p><p>　　2）由于反應(yīng)溫度低，甲醇在反應(yīng)器中的反應(yīng)速度慢，甲醇在反應(yīng)

59、器中需有很長的停留時(shí)間，反應(yīng)器容積很大。例如年產(chǎn)10kt的裝置，其反應(yīng)器直徑在4米以上、容積在70m3以上。如大型化需多臺并聯(lián)，故其投資偏高。而且規(guī)模越大，比投資越高。 </p><p>　　3）由于反應(yīng)系統(tǒng)有硫酸等強(qiáng)腐蝕無機(jī)酸，溫度也較高，故其材料為搪玻璃、內(nèi)襯石墨等，其投資也較高。 </p><p>　　4）產(chǎn)品二甲醚與含硫酸等無機(jī)酸的反應(yīng)器物料僅有1塊理論板的氣液平衡關(guān)系，不可避免的

60、含有微量無機(jī)酸，影響產(chǎn)品質(zhì)量。 </p><p>　　5）產(chǎn)品二甲醚與甲醇、水的分離也未經(jīng)精餾，也僅有1塊理論板的氣液平衡關(guān)系，故二甲醚產(chǎn)品的純度難以提高。若要提高二甲醚產(chǎn)品的純度，蒸汽消耗還需增加。 </p><p>　　6）裝置占地大。當(dāng)裝置規(guī)模較大時(shí)，反應(yīng)系統(tǒng)多套并聯(lián)，生產(chǎn)裝置占地面積更大。</p><p>　　由此可見，先進(jìn)的液相法仍有需要改進(jìn)的地方。如提高

61、反應(yīng)壓力以減少壓縮能耗、用精餾方法提純二甲醚以提高產(chǎn)品質(zhì)量、強(qiáng)化反應(yīng)器的攪拌混合以減少反應(yīng)器的容積，等等。 </p><p>　　綜上所述，在現(xiàn)有的二甲醚生產(chǎn)方法中，合成氣一步法工業(yè)化技術(shù)尚未成熟，生產(chǎn)成本高，也無工業(yè)化裝置連續(xù)生產(chǎn)的報(bào)道；甲醇液相法雖然有技術(shù)突破，但仍有投資高、電耗高，生產(chǎn)成本高等問題，而且反應(yīng)器放大難度大,大裝置反應(yīng)器需多套并聯(lián)。而先進(jìn)的氣相法投資低、能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量好，而且反應(yīng)器催化劑裝填容

62、量大，易于大型化，是目前最理想的二甲醚生產(chǎn)方法。</p><p>　　2.1.4 操作條件的確定</p><p>　　甲醇脫水反應(yīng)器采用氣相催化床, 有關(guān)催化劑的報(bào)道很多。工業(yè)化時(shí), 可以采取等溫床或絕熱床。設(shè)定反應(yīng)器的入口溫度為250 ℃, 出口溫度為300 ℃。反應(yīng)器為列管式, 副產(chǎn)蒸汽。如果是絕熱床, 床層出口溫度將達(dá)367 ℃, 這有可能超出催化劑的溫度使用范圍。此時(shí), 在同一流

63、程下, 甲醚分餾塔進(jìn)料溫度為80 ℃, 兩相進(jìn)料,對后續(xù)分離流程無影響。在300 ℃下, 甲醇脫水反應(yīng)的平衡常數(shù)為15.70, 甲醇的轉(zhuǎn)化率為90%。</p><p>　　2.2 工藝流程設(shè)計(jì)</p><p>　　2.2.1 反應(yīng)原理</p><p>　　甲醇?xì)庀啻呋撍ㄊ悄壳皣鴥?nèi)外使用最多的二甲醚工業(yè)生產(chǎn)方法。催化劑為ZSM 分子篩、磷酸鋁或γ-Al2O3。

64、甲醇脫水反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)式為：</p><p>　　2CH3OH=== H3COCH3+ H2O</p><p>　　2.2.2 裝置工藝原則流程圖</p><p>　　圖2-1 2萬噸/年二甲醚生產(chǎn)裝置原則流程圖</p><p>　　2.2.3 工藝流程簡述</p><p>　　甲醇溶液與泵P102循環(huán)后的粗甲醇

65、溶液一起混合，混合后經(jīng)E101與反應(yīng)器出來的反應(yīng)產(chǎn)物換熱汽化后在換熱器E102中被加熱至250℃后進(jìn)入反應(yīng)器R101中進(jìn)行氣相催化脫水反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)換熱器E101換熱后、用循環(huán)水冷卻冷凝器E103冷卻后進(jìn)入精餾塔T201。因?yàn)榧状挤磻?yīng)生成的二甲醚所用的催化劑在250℃~300℃左右時(shí)活性最大，所以原料進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)最好被加熱到250℃。冷卻冷凝后的物料在精餾塔進(jìn)行氣液分離。塔頂氣相產(chǎn)物一部分回流，另一部分作為二甲醚產(chǎn)品，塔底液相產(chǎn)物為甲

66、醇水溶液，經(jīng)換熱器E301降溫后再經(jīng)泵P301打入甲醇回收塔T301。塔頂回收的甲醇?xì)怏w經(jīng)泵P102打循環(huán)回到進(jìn)料被重復(fù)利用，塔釜排出含醇廢水。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 梁軼. 二甲醚的生產(chǎn)技術(shù)及其應(yīng)用[ J ] . 貴州化工, 2001,26( 1) : 17～19.</p><p>　　[2

67、] 湯洪，李淑芳.二甲醚生產(chǎn)方法簡析.四川天一科技股份有限公司，2~10</p><p>　　[3] 唐宏青.甲醇脫水制二甲醚工藝研究[ J ].中氮肥，2003,7（4）：11~12.</p><p><b>　　第3章 物料衡算</b></p><p>　　3.1 物料衡算及全流程模擬概述</p><p>　　3.1

68、.1 物料衡算基本原理</p><p>　　系統(tǒng)的物料衡算以質(zhì)量守恒為理論基礎(chǔ)，研究某一系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)出物料量及組成的變化，即：</p><p>　　系統(tǒng)累計(jì)的質(zhì)量=輸入系統(tǒng)的質(zhì)量-輸出系統(tǒng)的質(zhì)量+反應(yīng)生成的質(zhì)量-反應(yīng)消耗的質(zhì)量</p><p>　　假設(shè)系統(tǒng)無泄漏，有：</p><p>　　dF/dt=FIN-FOUT+GR-CR

69、 （3-1）</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生時(shí)，有：</p><p>　　dF/dt=FIN-FOUT （3-2）</p><p><b>　　在穩(wěn)定狀態(tài)下，有：</b></p><p>　　dF/dt=FIN-FOUT=0，F(xiàn)IN=FOUT （3

70、-3）</p><p><b>　　注：</b></p><p>　　FIN—進(jìn)入系統(tǒng)的物料流率；</p><p>　　FOUT—流出系統(tǒng)的物料流率；</p><p>　　GR—反應(yīng)產(chǎn)生物料速率；</p><p>　　CR—反應(yīng)消耗物料速率。</p><p>　　3.1.2

71、 物料衡算目的</p><p>　　通過對系統(tǒng)整體以及部分主要單元的詳細(xì)物料衡算，得到主、副產(chǎn)品的產(chǎn)量，原料的消耗量，“三廢”的排放量以及最后產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)等關(guān)鍵經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，對所選工藝路線、設(shè)計(jì)流程進(jìn)行定量評述，為后階段的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。</p><p>　　3.1.3 全流程模擬簡介（整體流程）</p><p>　　圖3-1 全流程模擬圖（整體流程）</p&

72、gt;<p>　　本裝置采用甲醇?xì)庀啻呋撍?，反?yīng)條件為0.5~1.5 MPa、230~400 ℃。反應(yīng)后物料在精餾塔進(jìn)行氣液分離。氣相為二甲醚氣體，液相為甲醇水溶液。然后液相經(jīng)過換熱器預(yù)加熱后再進(jìn)入一個(gè)甲醇提濃塔，塔頂回收的甲醇?xì)怏w經(jīng)過循環(huán)回到進(jìn)料被重復(fù)利用，從甲醇提濃塔塔釜排出含醇廢水。</p><p><b>　　1、反應(yīng)系統(tǒng)</b></p><p&

73、gt;　　本部分通過甲醇?xì)庀啻呋撍ǚ磻?yīng)來生成二甲醚。這部分主要包括列管式反應(yīng)器，換熱器。反應(yīng)器中我們采用的是ZSM 分子篩催化劑。甲醇經(jīng)汽化在換熱器中與反應(yīng)器出來的反應(yīng)產(chǎn)物換熱后進(jìn)入反應(yīng)器中進(jìn)行氣相催化脫水反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)換熱后、用循環(huán)水冷卻冷凝。因?yàn)榧状挤磻?yīng)生成的二甲醚所用的催化劑在250℃左右時(shí)活性最大，所以原料進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)已經(jīng)被加熱到250℃。</p><p>　　反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)換熱后、用循環(huán)水冷卻冷凝。&

74、lt;/p><p><b>　　2、分離系統(tǒng)</b></p><p>　　本系統(tǒng)包括了二甲醚精餾塔T201，冷凝器。反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)換熱后、用循環(huán)水冷卻冷凝后進(jìn)入精餾塔進(jìn)行精餾分離，從精餾塔頂出來的二甲醚蒸汽經(jīng)精餾塔冷凝器冷凝后一部分回流入塔，一部分作為產(chǎn)品送產(chǎn)品貯罐，而從二甲醚精餾塔塔釜得到的甲醇-水溶液則送往甲醇提濃塔。</p><p><b&

75、gt;　　3、回收系統(tǒng)</b></p><p>　　本系統(tǒng)包括泵，甲醇提濃塔T301。從二甲醚精餾塔塔釜得到的甲醇-水溶液進(jìn)入甲醇提濃塔后進(jìn)行精餾提濃甲醇，提濃后的甲醇用泵抽回做反應(yīng)原料。而甲醇提濃塔塔釜?jiǎng)t排出含醇廢水。</p><p>　　3.2全裝置物料衡算</p><p>　　3.2.1全裝置物料衡算范圍簡圖</p><p>

76、;　　圖3-2 全裝置物料衡算范圍簡圖</p><p>　　表3-1 全裝置總物料平衡表</p><p>　　3.3主要裝置物料衡算</p><p>　　3.3.1 反應(yīng)器R-101物料衡算范圍簡圖</p><p>　　圖3-2 反應(yīng)器R101物料衡算范圍簡圖</p><p>　　表3-2 反應(yīng)器R-101物料平衡表&

77、lt;/p><p>　　3.3.2 精餾塔物料衡算范圍簡圖</p><p>　　圖3-3 精餾塔物料衡算范圍簡圖</p><p>　　表3-3 精餾塔T-201物料平衡表</p><p>　　3.3.3 甲醇提濃塔T-301物料衡算范圍簡圖</p><p>　　圖3-4 甲醇提濃塔T-202物料衡算范圍簡圖</p&g

78、t;<p>　　表3-4 甲醇提濃塔T-202物料平衡表</p><p><b>　　3.4操作條件匯總</b></p><p>　　表 3-5 操作條匯總表</p><p>　　3.5 全裝置工藝物料平衡圖PFD繪制（見圖紙）</p><p>　　3.6 物料衡算結(jié)果匯總和小結(jié)</p>&l

79、t;p>　　物料衡算是設(shè)計(jì)計(jì)算最基本也是最重要的內(nèi)容，物料衡算是設(shè)計(jì)的一個(gè)基礎(chǔ)。在本設(shè)計(jì)中主要對反應(yīng)器進(jìn)行了物料衡算，采用收率反應(yīng)器，由于缺乏動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，使用設(shè)計(jì)提供的各個(gè)反應(yīng)的收率進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　本章是物料平衡的計(jì)算，正確的物料衡算結(jié)果為正確的設(shè)備熱量衡算和設(shè)備工藝設(shè)計(jì)提供可靠的保證，在整個(gè)設(shè)備設(shè)計(jì)過程中具有重要的意義。物料衡算主要是通過ASPEN PLUS查出各個(gè)主要設(shè)備的溫度、壓力、汽

80、化分率、質(zhì)量流率、摩爾流率、摩爾分率、質(zhì)量分率等數(shù)據(jù)，將之列在物料衡算表格中，并計(jì)算設(shè)備的進(jìn)出物料的總質(zhì)量流率，以此證明物料平衡。</p><p>　　在全裝置物料衡算中，系統(tǒng)輸入量和系統(tǒng)輸出量有微小的誤差。經(jīng)分析，可能的原因有：</p><p>　?。?）在模擬導(dǎo)出數(shù)據(jù)過程中，出現(xiàn)約分導(dǎo)致誤差。</p><p>　?。?）Aspen進(jìn)行流程模擬時(shí)，由于版本的不同，

81、可能會(huì)導(dǎo)致物流量發(fā)生微小的變化，產(chǎn)生誤差。</p><p>　?。?）進(jìn)行理論計(jì)算時(shí)與模擬實(shí)際進(jìn)料量不一樣，是由于模擬的過程中打回流，實(shí)際進(jìn)料和理論進(jìn)料不相等。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]陳聲宗.化工設(shè)計(jì).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.</p><p>　　[2]米鎮(zhèn)濤.化

82、學(xué)工藝學(xué).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.</p><p>　　[3]李陽初，劉雪暖.石油化學(xué)工程原理（下冊）.北京：中國石化出版社，2008.</p><p>　　[4]周軍，張秋利.化工AutoCAD.北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2008.</p><p>　　第4章 熱量衡算</p><p><b>　　4.1 能量衡算<

83、/b></p><p><b>　　4.1.1基本原理</b></p><p>　　系統(tǒng)的能量衡算能量守恒為理論基礎(chǔ)，研究某一系統(tǒng)內(nèi)各類型的能量的變化，即：</p><p>　　輸入系統(tǒng)的能量=輸出系統(tǒng)的能量+系統(tǒng)積累的能量</p><p><b>　　對于連續(xù)系統(tǒng)，有：</b></p&

84、gt;<p>　　Q+W=ΣHOUT－ΣHIN （4-1）</p><p><b>　　注：</b></p><p><b>　　Q—設(shè)備的熱負(fù)荷；</b></p><p>　　W—輸入系統(tǒng)的機(jī)械能；</p><p>　　ΣHOUT—離開設(shè)備的各物

85、料焓之和；</p><p>　　ΣHIN—進(jìn)入設(shè)備的各物料焓之和。</p><p>　　本項(xiàng)目的能量衡算以單元設(shè)備為對象，計(jì)算由機(jī)械能轉(zhuǎn)換、化學(xué)反應(yīng)釋放能量和單純的物理變化帶來的熱量變化。</p><p>　　4.1.2能量衡算任務(wù)</p><p>　?。?）確定流程中機(jī)械所需的功率，為設(shè)備設(shè)計(jì)和選型提供依據(jù)。</p><

86、p>　　（2）確定精餾各單元操作中所需的熱量或冷量及傳遞速率，確定加熱劑和冷劑的用量，為后續(xù)換熱和公用工程的設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。</p><p>　?。?）確定反應(yīng)過程中的熱交換量，指導(dǎo)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和選型。</p><p>　　（4）最終計(jì)算出所需的能量和費(fèi)用，判定工藝過程的經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　4.2 全裝置能量衡算</p><p>

87、　　圖4-1 全裝置能量衡算范圍簡圖</p><p>　　表4-1全裝置總能量平衡表</p><p>　　4.3 主要裝置能量衡算</p><p>　　4.3.1 反應(yīng)器R-101能量衡算范圍簡圖</p><p>　　圖4-2 反應(yīng)器R-101能量衡算范圍簡圖</p><p>　　表4-2 反應(yīng)器R-101能量平衡表&

88、lt;/p><p>　　4.3.2 精餾塔T-201能量衡算范圍簡圖</p><p>　　圖4-3精餾塔T-201能量衡算范圍簡圖</p><p>　　表4-3 精餾塔T-201能量平衡表</p><p>　　4.3.3 甲醇提濃塔T-301能量衡算范圍簡圖</p><p>　　圖4-4 甲醇提濃塔T-301能量衡算范圍簡

89、圖</p><p>　　表4-4 甲醇提濃塔T-301能量平衡表</p><p>　　4.4 熱量衡算小結(jié)</p><p>　　由于Aspen Plus的應(yīng)用，使得熱量衡算變得簡單易行，省去了大量繁重的計(jì)算，本次列表主要列了一些主要的設(shè)備的熱量衡算和整體熱量衡算。換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化使能量能得到最大的利用，節(jié)省資金，同時(shí)也保護(hù)了環(huán)境。</p><p&g

90、t;<b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]陳聲宗，化工設(shè)計(jì)第二版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008</p><p>　　[2]劉躍進(jìn). 反應(yīng)器能量平衡的焓算法與熱量衡算法[J]. 化工設(shè)計(jì)通訊, 1995, 21(3): 5-7.</p><p>　　第5章 設(shè)備工藝計(jì)算及選型</p><p>　　5.

91、1 設(shè)備工藝設(shè)計(jì)概述</p><p>　　設(shè)備選型是建立在物料衡算和能量衡算之上的，經(jīng)過對設(shè)備的詳細(xì)計(jì)算，根據(jù)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)備的定型，對于非標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備也要設(shè)計(jì)出尺寸，以供生產(chǎn)產(chǎn)家進(jìn)行制造。本次設(shè)計(jì)主要借助于ASPEN模擬得到的數(shù)據(jù)為基本數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備選型，有得直接從ASPEN模擬軟件得到數(shù)據(jù)。</p><p>　　5.2 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　甲醇脫

92、水反應(yīng)器采用氣相催化床, 有關(guān)催化劑的報(bào)道很多。工業(yè)化時(shí), 可以采取等溫床或絕熱床。本設(shè)計(jì)采用等溫床進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，反應(yīng)器采用列管式。列管式固定床反應(yīng)器二甲醚選擇性較高，催化劑裝填量較少，而且操作彈性較大，有利于工業(yè)上的放大。</p><p><b>　　反應(yīng)器的計(jì)算：</b></p><p>　　參考《化學(xué)反應(yīng)器》及《chemical reaction enginee

93、ring》進(jìn)行固定床反應(yīng)器設(shè)計(jì)。</p><p>　　通過Aspen模擬得到工藝條件下物流狀況：</p><p>　　進(jìn)反應(yīng)器體積流量：qv= 430.58m3/h。由文獻(xiàn)查得在壓力0.1~l.0MPa，溫度240~340°C，等溫床反應(yīng)器80~100目的y-A1203催化劑，空速為21~25h-1，本項(xiàng)目取空速為24 h-1。</p><p><b

94、>　?。?）主體尺寸設(shè)計(jì)</b></p><p>　　反應(yīng)器的體積流量為430.58m3/h。</p><p>　　體積空速為24h-1，則催化劑藏量為：</p><p>　　根據(jù)工業(yè)實(shí)際，選擇空塔氣速u=0.6m/s</p><p>　　選取工業(yè)上所用的Φ44mm×2mm，長6 m的列管</p>&

95、lt;p>　　根據(jù)《化工原理》去催化劑床層孔隙率ε=0.3，則催化劑裝填體積V'=17.94/0.7=25.63m3</p><p><b>　　單管催化劑體積為：</b></p><p><b>　　所需管數(shù)：</b></p><p><b>　　圓整為N=3400</b></p

96、><p>　　取管心距t=1.25do，管板利用效率η=0.95：</p><p><b>　　反應(yīng)器內(nèi)徑：</b></p><p>　　反應(yīng)器采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，直段高度6.3m，總高度7.7m。</p><p>　　在催化劑床層上下各裝有150mm高的Φ10mm惰性瓷球，床層上下用格柵板固定。反應(yīng)時(shí)物流從上至下，催化劑床層

97、必須緊密固定。</p><p><b>　?。?）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1）反應(yīng)器材料選擇</b></p><p>　　由于反應(yīng)體系無強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)，但反應(yīng)是高壓下進(jìn)行，所以反應(yīng)器筒體材料無需強(qiáng)抗腐蝕能力，但是要求抗氧化能力強(qiáng)，抗張強(qiáng)度高。選擇鋼號16MnR。</p><p>

98、<b>　　2）反應(yīng)器厚度計(jì)算</b></p><p>　　設(shè)計(jì)溫度310℃的許用應(yīng)力=159MPa設(shè)計(jì)壓力Pc=25bar。</p><p><b>　　由厚度計(jì)算公式</b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　算得δ=15

99、mm</b></p><p>　　考慮鋼板負(fù)偏差C1=0.25、腐蝕余量C2=3，以及內(nèi)件的重量，最后圓整為20mm。</p><p><b>　　3）支座</b></p><p>　　由于反應(yīng)塔的塔徑大，重量多，為立式支撐，支撐擇裙座支撐，裙座材料選擇20R。</p><p><b>　　4）保溫

100、層</b></p><p>　　保溫層材料選擇兩層80mm厚的巖棉。</p><p><b>　　5）防火層</b></p><p>　　防火層的選擇厚度為 50 mm 厚的噴射纖維防火層材料。</p><p>　?。?）反應(yīng)器熱平衡分析</p><p>　　設(shè)定反應(yīng)器入口溫度為250

101、℃，出口為300℃，甲醇脫水反應(yīng)是放熱反應(yīng)，為保證反應(yīng)器能維持在250~300℃，設(shè)定管外沸騰水壓力為7.44MPa，飽和水沸騰溫度為270℃。</p><p><b>　　5.3 精餾塔設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在石油化工中，塔設(shè)備是一種重要的分離設(shè)備，本裝置在產(chǎn)品分離過程中，主要用到了二甲醚精餾塔和甲醇回收塔，二甲醚精餾塔生產(chǎn)出滿足要求的產(chǎn)品，二甲醚的摩爾

102、分?jǐn)?shù)>99%，甲醇回收塔回收了99%以上的未反應(yīng)的甲醇，大大的提高了原料的利用率。</p><p>　　5.3.1 塔設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　以T201為例：</b></p><p><b>　　1、實(shí)際板數(shù)的計(jì)算</b></p><p>　　由《化工原理》下冊，對于輕碳?xì)浠衔?/p>

103、的全塔效率一般為70%到90%，本設(shè)計(jì)取其全塔效率為0.7。</p><p>　　全塔需要36塊塔板（不包括再沸器），從第19塊開始進(jìn)料。</p><p>　　備注：模擬時(shí)的塔板數(shù)包括塔頂冷凝器（ASPEN默認(rèn)冷凝器為一塊塔板）。</p><p><b>　　2、塔徑的計(jì)算</b></p><p>　　使用波津法計(jì)算精餾

104、段塔徑：</p><p>　　表 5-1 精餾段計(jì)算結(jié)果</p><p>　　由上表得，精餾塔直徑為800mm，板間距為450mm。</p><p>　　使用波津法計(jì)算提餾段塔徑</p><p>　　表 5-2 提餾段計(jì)算結(jié)果</p><p>　　由上表得，提餾段直徑為800mm，板間距為450mm。</p&

105、gt;<p><b>　　3、塔高的計(jì)算</b></p><p>　?。?）塔頂空間高度取1.2m</p><p><b>　?。?）塔底空間高度</b></p><p>　　取塔底產(chǎn)品停留時(shí)間為3min</p><p>　　取HB 為1.7m。</p><p>

106、;　　（3）進(jìn)料空間高度，本塔液相進(jìn)料，取1m。</p><p>　?。?）塔的總高（有人孔的地方，板間距800mm）</p><p>　　實(shí)際塔板數(shù)為36塊，19塊板進(jìn)料。進(jìn)料位置，塔頂塔底處各設(shè)1個(gè)人孔，另外在第7、13、28塊塔板處各設(shè)1個(gè)人孔，人孔板間距800mm,無人孔板間距450mm.</p><p>　　5.3.2 塔的軟件計(jì)算</p>

107、<p>　　通過使用的CUP---TOWER軟件，進(jìn)行塔板流體力學(xué)校核。校核之后會(huì)得到塔的直徑、板間距、和開孔率等參數(shù)，并且可以得到一個(gè)塔板負(fù)荷性能圖。</p><p>　　5.3.3 人孔和手孔的選用</p><p>　　為了便于安裝、檢修或清洗設(shè)備內(nèi)部的裝置，需要在設(shè)備上開設(shè)手孔或人孔。人孔和手孔的結(jié)構(gòu)基本上是相同的。通常是在短筒節(jié)（或管子）上焊一法蘭，蓋上人（手）孔蓋，用螺

108、栓螺母壓緊，兩個(gè)法蘭之間放有墊片，空蓋上帶有手柄。</p><p>　　人孔或手孔的選取原則：</p><p>　　對于直徑大于或等于800mm的塔，采用人孔而非手孔。</p><p>　　在處理清潔物料時(shí)，每隔6到8塊塔板設(shè)一個(gè)人孔；當(dāng)物料很臟需要經(jīng)常清洗時(shí)，每隔3到5塊塔板設(shè)一個(gè)人孔。</p><p>　　塔頂、塔底進(jìn)料處必須設(shè)人孔。&l

109、t;/p><p>　　凡是開有人孔的地方，塔板間距應(yīng)等于或大于600mm。</p><p>　　根據(jù)以上原則，T201塔進(jìn)行人孔選擇如下：由于T201塔徑為800mm，故只需設(shè)人孔。每隔8塊板設(shè)一人孔，在塔底，進(jìn)料處共設(shè)2個(gè)人孔（除裙座上的兩個(gè)人孔）。人孔規(guī)格為Dg =450mm×300mm。人孔分布見下表5-3。</p><p>　　表5-3 T102 人

110、孔分布</p><p>　　5.3.4 筒體的設(shè)計(jì)</p><p>　　（1）塔頂空間高度HD </p><p>　　由塔頂部第一塊塔板到筒體與封頭接線的距離（不包括封頭空間）叫塔頂空間高度為了便于安裝人孔及破沫網(wǎng)，減少塔頂出口氣體的攜帶量，通常HD=1.2-1.5m，此處取HD =1.2m。</p><p>　?。?）進(jìn)料空間高度HF<

111、;/p><p>　　進(jìn)料如果均為液相，進(jìn)料空間一般稍大于板間距，并滿足人孔安裝空間需要即可。因此選定：HF=1.0m</p><p>　　（3）塔底空間高度HB</p><p>　　由塔底第一塊塔板到塔底封頭接線的距離稱為塔底空間。為了保證塔底產(chǎn)品抽出的穩(wěn)定，使塔底液體不致流空，這里取塔底液體的停留時(shí)間t=10min,則根據(jù)公式（5-1）進(jìn)行計(jì)算如下所示：</p&

112、gt;<p><b>　　(5-1) </b></p><p>　　ρ——塔底液相濃度,kg/m3；</p><p>　　M——塔底液相質(zhì)量流量，kg/h；</p><p>　　D——塔筒體內(nèi)徑，m</p><p><b>　?。?）筒體總高度</b></p><

113、p>　　H = HB + HF + HD + ΣHi （5-2）</p><p>　　5.3.5 封頭的設(shè)計(jì)</p><p>　　采用橢圓形封頭，參照《化工原理課程設(shè)計(jì)》P94表3 - 2及P145附錄11公稱直徑為800mm，曲面高度為200mm，直邊高度為40mm，封頭厚度為18mm。</p><p>　　5.3.6 裙

114、座的設(shè)計(jì)</p><p>　　塔設(shè)備的裙座分為圓筒形和圓錐形兩種。由于塔高與塔徑之比小于30，因此采用圓筒形裙座。其上需開設(shè)排氣孔，人孔以及引出管孔，塔徑為800mm時(shí)需要開設(shè)四個(gè)?50mm的排氣孔，兩個(gè)Dg450的人孔，兩個(gè)引出管道孔。裙座高度為4米，裙座與筒體的焊接形式選擇對接。</p><p>　　5.3.7 塔板的設(shè)計(jì)</p><p>　　直徑大于800mm

115、時(shí)需將塔板分塊，分塊式塔板分為2塊弓形板，1塊通道板，數(shù)個(gè)矩形板。查《化工原理課程設(shè)計(jì)》P102，可知當(dāng)D=800mm時(shí)，有2塊弓形板，1塊矩形板，1塊通道板。</p><p>　　5.3.8 接管的設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）塔頂蒸汽出口管的直徑dv</p><p>　　本塔為高壓操作，查《化工原理課程設(shè)計(jì)》P104表3-5,選擇導(dǎo)管中蒸汽流速： uv=17m

116、/s,Vs=1489.704m3/h 計(jì)算公式如下所示：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　Vs——塔頂蒸汽體積流量，m3/h</p><p>　　算得內(nèi)徑為64.6mm，根據(jù)《化工原理課程設(shè)計(jì)》p104表3-8，選擇此管為公稱直徑65mm，外徑73mm，厚度6mm的接管。</p><p&g

117、t;　　所以實(shí)際管子內(nèi)徑為61mm，計(jì)算得實(shí)際流速為19.1m/s，符合規(guī)定。</p><p>　?。?）回流管管徑dR</p><p>　　本塔回流方式為泵回流，選擇回流流速：uR=2.3m/s，則根據(jù)公式（5-4）進(jìn)行計(jì)算如下所示：</p><p><b>　　（5-4）</b></p><p>　　LS——塔頂回流

118、體積流量，m3/s </p><p>　?。?）進(jìn)料管管徑dF </p><p>　　本塔為高壓操作，采用泵輸送料液，選取料液速度：uv 2m/s,則根據(jù)公式（5-5）進(jìn)行計(jì)算如下所示：</p><p>　　? （5-5）</p><p>　　VF——

119、為進(jìn)料中的氣相流量，m3/h</p><p><b>　　e——汽化分率</b></p><p>　　（4）塔底出料管徑dw</p><p>　　取塔底出料速度uw=1m/s,則根據(jù)公式（5-6）進(jìn)行計(jì)算如下所示：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p&g

120、t;　　LW—— 塔底液相出料體積流速，m3/h</p><p>　　(5) 塔底至再沸器的接管管徑dL</p><p>　　一次通過式再沸器，接管內(nèi)速度取uL=1.2m/s, 則根據(jù)公式（5-7）進(jìn)行計(jì)算如下所示：</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　LL——塔底再沸器液體循環(huán)體積流速，

121、m3/s，</p><p>　　(6)再沸器返塔連接管管徑db</p><p>　　對于熱虹吸式重沸器，選取經(jīng)驗(yàn)氣速ub=30m/s, 則根據(jù)公式（5-8）進(jìn)行計(jì)算如下所示：</p><p><b>　　（5-8）</b></p><p>　　——塔底再沸器液體循環(huán)體積流速，m3/s</p><p&g

122、t;　　5.3.9 吊柱的設(shè)計(jì)</p><p>　　安裝在室外，無框架的塔設(shè)備，為了安裝及拆卸內(nèi)件，更換或補(bǔ)充填料，往往在塔頂設(shè)置吊柱。因?yàn)楸舅惭b有框架設(shè)備，故不必安裝吊柱。</p><p>　　5.3.10 精餾塔結(jié)果匯總</p><p>　　表5-4 板式塔計(jì)算結(jié)果匯總表</p><p>　　表5-5 填料塔計(jì)算結(jié)果匯總表</p&