二甲醚工藝設計40萬噸級
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- 二甲醚工藝設計 [摘要]作為LPG和石油類的替代燃料，目前二甲醚(DME)倍受注目。DME是具有與LPG的物理性質相類似的化學品，在燃燒時不會產生破壞環境的氣體，能便宜而大量地生產。與甲烷一樣，被期望成為21世紀的能源之一。目前生產的二甲醚基本上由甲醇脫水制得，即先合成甲醇，然后經甲醇脫水制成二甲醚。甲醇脫水制二甲醚分為液相法和氣相法兩種工藝，本設計采用氣相法制備二甲醚工藝。將甲醇加熱蒸發，甲醇蒸氣通過γ-AL 2O3催化劑床層,氣相甲醇脫水制得二甲醚。氣相法的工藝過程主要由甲醇加熱、蒸發、甲醇脫水、二甲醚冷凝及精餾等組成。主要完成以下工作：
1）精餾用到的二甲醚分離塔和甲醇回收塔的塔高、塔徑、塔板布置等的設計；
2）所需換熱器、泵的計算及選型；
[關鍵詞]二甲醚，甲醇，工藝設計。
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.
目錄
一 緒論 1
1.1 二甲醚的用途..............................................1
1.2 設計依據 1
1.3 技術來源 1
1.3.1 液相甲醇脫水法制二甲醚 1
1.3.2 氣相甲醇脫水法制二甲醚 1
1.3.3 合成氣一步法生產二甲醚 2
1.3.4 二氧化碳加氫直接合成二甲醚 2
1.3.5 催化蒸餾法制二甲醚 2
1.3.6 本設計采用的方法 3
1.4 原料及產品規格 3
1.5 設計規模和設計要求 3
二 生產流程的確定 4
2.1 反應原理 4
2.2 反應條件 4
2.3 反應選擇性和轉化率 4
2.4 催化劑的選擇 4
三 化工計算 5
3.1 物料衡算 5
3.2 計算催化劑床層體積 5
3.3 反應器管數 5
3.4 熱量衡算 5
四 主要工藝設備的計算及選型....................................8
4.1 甲醚精餾塔的物料衡算及理論板數 8
4.2 實際板層數的求取 9
4.3 精餾塔的工藝條件及有關物性數據的計算 10
4.3.1 操作壓力的計算 10
4.3.2 操作溫度計算 10
4.3.3 平均摩爾質量計算 11
4.3.4 平均密度計算 11
4.3.5 液體平均表面張力的計算 13
4.3.6 液體平均粘度 13
4.4 精餾塔的塔體工藝尺寸計算 13
4.4.2 提餾段塔徑的計算 15
4.4.3 精餾塔有效高度的計算 16
4.5 塔板主要工藝尺寸的計算 16
4.5.1 溢流裝置計算 16
4.5.2 塔板布置 17
4.6 塔板的流體力學驗算 18
4.6.1 塔板壓降 18
4.6.2 液面落差 19
4.6.3 液沫夾帶 19
4.6.4 漏液 19
4.6.5 液泛 19
4.7 塔板負荷性能圖 19
4.7.1 漏液線 19
4.7.2 液沫夾帶線 20
4.7.3 液相負荷下限線 20
4.7.4 液相負荷上限線 21
4.7.5 液泛線 21
4.8 精餾塔接管尺寸計算 22
4.8.1 塔頂蒸氣出口管的直徑 22
4.8.2 回流管的直徑 22
4.8.3 進料管的直徑 22
4.8.4 塔底出料管的直徑 23
4.9 甲醇精餾塔設計方案的確定 24
4.10 精餾塔的物料衡算 24
4.10.1 原料液及塔頂和塔底的摩爾分率 24
4.10.2 原料液及塔頂和塔底產品的平均摩爾質量 24
4.10.3 物料衡算 24
4.11 塔板數的確定 24
4.11.1 理論板層數的求取....................................24
4.11.2 實際板層數的求取 26
4.12 精餾塔的工藝條件及有關物性數據的計算 26
4.12.1 操作壓力的計算 26
4.12.2 操作溫度計算 27
4.12.3 平均摩爾質量計算 27
4.12.4 平均密度計算 27
4.12.5 液體平均表面張力的計算 28
4.12.6 液體平均粘度 28
4.13精餾塔的塔體工藝尺寸計算 29
4.13.1 塔徑的計算 29
4.13.2 精餾塔有效高度的計算 30
4.14 塔板主要工藝尺寸的計算 30
4.14.1 溢流裝置計算 30
4.14.2 塔板布置 31
4.15 塔板的流體力學驗算 32
4.15.1 塔板壓降 32
4.15.2 液面落差 33
4.15.3 液沫夾帶 33
4.15.4 漏液 33
4.15.5 液泛 33
4.16 塔板負荷性能圖 34
4.16.1 漏液線 34
4.16.2 液沫夾帶線 34
4.16.3 液相負荷下限線 35
4.16.4 液相負荷上限線 35
4.16.5 液泛線 35
4.17 精餾塔接管尺寸計算 37
4.17.1 塔頂蒸氣出口管的直徑 37
4.17.2 回流管的直徑 37
4.17.3 進料管的直徑 37
4.17.4 塔底出料管的直徑 38
4.18 甲醇精餾塔筒體和裙座壁厚計算 39
4.19 甲醇精餾塔塔的質量載荷計算 39
4.19.1 塔殼和裙座的質量 39
4.19.2 封頭質量 39
4.19.3 裙座質量 39
4.19.4 塔內構件質量 39
4.19.5 人孔、法蘭、接管與附屬物質量 40
4.19.6 保溫材料質量 40
4.19.7 平臺、扶梯質量 40
4.19.8 操作時塔內物料質量 40
4.19.9 充水質量 40
4.20 地震載荷計算 41
4.20.1 計算危險截面的地震彎矩 41
4.21 風載荷計算 41
4.21.1 風力計算 41
4.21.2 風彎矩計算 42
4.22 各種載荷引起的軸向應力 43
4.22.1 計算壓力引起的軸向應力 43
4.22.2 操作質量引起的軸向壓應力 43
4.22.3 最大彎矩引起的軸向應力 44
4.23 筒體和裙座危險截面的強度與穩定性校核 44
4.23.1 筒體的強度與穩定性校核 44
4.23.2 裙座的穩定性校核 45
4.24 裙座和筒體水壓試驗應力校核 45
4.24.1 筒體水壓試驗應力校核 45
4.24.2 裙座水壓試驗應力校核 46
4.25 基礎環設計 46
4.25.1 基礎環尺寸 46
4.25.2 基礎環尺寸的應力校核 47
4.25.3 基礎環厚度 47
4.26 地腳螺栓計算 47
4.26.1 地腳螺栓承受的最大拉應力 47
4.26.2 地腳螺栓直徑 48
4.27 儲罐的選擇 49
4.27.1 儲罐的計算與選型 49
4.28 泵的選擇 49
4.29 通風機的選擇 50
4.29.1 通風機的選擇 50
4.30 換熱器的計算 50
4.30.1 確定換熱器的類型 50
4.30.2 估算傳熱面積 50
五 原材料動力消耗量額定及消耗量.............................51
六 參考文獻 56
七 致謝 57
八 附錄 58
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