年产20万吨甲醇制二甲醚工艺化工设计说明书-袁婷婷

年产20万吨甲醇制二甲醚工艺化工设计说明书-袁婷婷内容摘要：

经吸收塔吸收后直接排入大气或送入锅炉房进行焚烧，进入中间罐的反应物由屏蔽泵加压输送至初馏塔进行精馏分离，塔顶分馏出燃料级的二甲醚组分，塔底分离出粗甲醇混合物，燃料级二甲醚蒸汽在甲醚冷凝器中被循环水冷凝成常温二甲醚液体经计量泵后进入燃料级二甲醚产品中间罐，再经加压磁力泵输送至罐区产品贮罐区进行储存，塔底稀甲醇混合物经冷却后进入粗甲醇中间罐进行贮存。 粗甲醇中间罐的稀甲醇液体由屏蔽泵加压输送至甲醇回收塔进行精馏分离，塔顶分馏出精甲醇组分，塔底分离出废水，精甲醇蒸汽被循环水冷却成常温精甲太原理工大学化学化工学院《化工设计》课程设计说明书 16 醇液体，经计量后进入回收甲醇中间罐。 再经计量后由工艺管道输送至往复泵进口循环使用，甲醇回收塔底废水中甲醇含量小于 %，经冷却稀释后直接输送锅炉房作为脱硫除尘补充循环水。 计算依据 原料：甲醇（ 90%） 产品品种： 二甲醚 拟建规模： 20 万吨 /年 年操作日： 365 天 操作温度： 300 摄氏度 操作压力： 标准大气压 汽化塔：原料甲醇纯度 90%（质量分数，下同），塔顶甲醇气体纯度 ≥99%，釜液甲醇含量 ≤%； 合成塔：转化率 ≥80%，选择性 ≥%； 初馏塔：塔顶二甲醚纯度 ≥95%，釜液二甲醚含量 ≤%； 精馏塔：塔顶二甲醚纯度 ≥%，釜液二甲醚含量 ≤%； 回收塔：塔顶回收甲醇纯度 ≥98%，废水中甲醇含量 ≤% 物料衡算 ： 原料甲醇流量的估算：年产 DME20 万吨，合成转化率为 80%（出去各步损失，按 78%粗略估算），选择性按 100%计算，二甲醚产品纯度为 %。 结合甲醇脱水反应式可得下式： hkg /%)90%78/(] 2 . 0 4224365 % 0 0 0 0 0[ 33   汽化塔 (1)物料衡算 已知 F′=103kg/h， xF′=90%， xD′=99%,xW′=%（以上均为质量百分数），K 323 2 .0 4 / , 1 8 .0 2 /C H O H H OM k g k m o l M k g k m o l，33 46 .0 7CH OCHM kg/kmol 摩尔分率： 9 0 / 3 2 .0 4 8 3 .5 0 %9 0 / 3 2 .0 4 1 0 / 1 8 .0 2Fx  太原理工大学化学化工学院《化工设计》课程设计说明书 17 99 / 32 .0 4 98 .2 4%99 / 32 .0 4 1 / 18 .0 2Dx  0. 5 / 32 .0 4 %0. 5 / 32 .0 4 99 .5 / 18 .0 2Wx  进料平均相对分子质量 M 平均 =%+%=则进料摩尔流量为： hk m o lF / 5 2 101 9 3  总物料 F D W ； 易挥发组分 F D WFx Dx Wx ； 带入数据解得： D=塔顶产品平均相对分子质量 M=%+(%)=塔顶产品质量流量 D==103kg/h 塔釜产品平均相对分子质量 M=%+(%)=塔釜产品质量流量 W==103kg/h 表 8 物料衡算结果表 单位 进料 F 塔顶 D 塔釜 W 物料 kg/h kmol/h 103 103 103 组成 质量分率 摩尔分率 90% % 99% % % % 表 9 甲醇 水平衡时的 t、 x、 y 数据 [3] 平衡温度 t 100 液相甲醇 x 0 100 气相甲醇 y 0 100 根据汽液平衡表（即 xyt 表），利用内插法求塔顶温度 tLD、 tVD，塔釜温度 tW，进料液温度 tF 塔顶温度 tLD、 tVD 6 6 . 99 8 . 2 4 8 7 . 4 1 6 5 . 0 11 0 0 8 7 . 4 1 6 4 . 7 6 6 . 9LDLDt t   ℃ 太原理工大学化学化工学院《化工设计》课程设计说明书 18 6 4 . 71 0 0 9 8 . 2 4 6 5 . 1 81 0 0 9 1 . 9 4 6 4 . 7 6 6 . 9VDVDt t   ℃ 塔釜温度 tW 1001 0 0 9 2 . 9 9 9 . 6 20 5 . 3 1 0 . 2 8 1 8 0WWt t   ℃ 进料液温度 tF 6 8 . 06 8 . 0 7 0 . 0 6 8 . 2 58 5 . 6 2 6 8 . 4 9 8 3 . 5 0 8 5 . 6 2FFt t   ℃ 回流比的确定：由表 9 的数据绘制 xy 图 由图（图略）可知进料平衡曲线为不正常平衡曲线，为减小误差，用作图法求最小回流比 Rmin， 由点 a（ xD,xD）向平衡线作切线，交轴于 b（ 0， ），即精馏操作线截距  ，所以 R ，所以 min 。 操作回流比可取为最小回流比的 倍，所以取回流比 m i n1 ..2 1 .2 3 .7 6 4 .5 1RR    甲醇 水混合液的t x 图01020304050607080901000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100液相甲醇（%）气相甲醇（%） 平均相对挥发度 α ： t=℃ 时 1 ( 1 ) 2 8 . 3 4 ( 1 0 0 5 . 3 1 ) 7 . 0 5( 1 ) ( 1 0 0 2 8 . 3 4 ) 5 . 3 1ABBByx yxy x y x         太原理工大学化学化工学院《化工设计》课程设计说明书 19 t=℃ 时 2 ( 1 ) 9 1 . 9 4 ( 1 0 0 8 7 . 4 1 ) 1 . 6 4( 1 ) ( 1 0 0 9 1 . 9 4 ) 8 7 . 7 4ABBByx yxy x y x         12 7 . 0 5 1 . 6 4 4 . 3 522     合成塔 进塔甲醇蒸汽流量 D =由反应式 3 3 3 22 C H O H C H O C H H O 其单程转化率为 80%， DME 选择性 ≥99% 则生成二甲醚的出塔流量为hk m o lNhk m o lNhk m o lD/)(/%20%/21出塔水的流量为为未反应的甲醇出塔流量 初馏塔 本塔设计为二甲醚、甲醇、水三组分的精馏计算，现做简化设计，按二甲醚 ——甲醇两组分精馏计算，因为水的沸点高于甲醇的沸点，可近似处理将水的流量并到甲醇中按二组分精馏计算设计初馏塔。 进料质量流量 F =++=摩尔流量 F =其中二甲醚的质量流量为 ，摩尔流量为 甲醇的质量流量为 ，摩尔流量为 水的质量流量为 ，摩尔流量为 摩尔分率 二甲醚为 %，甲醇为 %，水为 % 质量分率 二甲醚为 %，甲醇为 %，水为 % 操作压力为 ,二甲醚 甲醇的汽液平衡数据可依据 Antoine 方程（ 0lg / ( )AP A B t C  ）计算，所得二甲醚 甲醇的 txy 数据如下表，其中二甲醚、甲醇的 Antoine 方程常数查自化学工程师手册 [4]P5 P55。 表 22 二甲醚 甲醇平衡时的 t、 x、 y 数据 平衡温度 /℃ 40 50 60 70 80 液相 DME 太原理工大学化学化工学院《化工设计》课程设计说明书 20 x/mol % 气相 DME y/mol % 平衡温度 /℃ 90 100 110 120 液相 DME x/mol % 气相 DME y/mol % 0 0 已知：进料 F=， hkmolF / 4 6 . 0 7 / , 3 2 . 0 4 /D M EM k g k m o l M k g k m o l 甲 醇 二甲醚的摩尔流量为 ，甲醇的摩尔流量为 二甲醚的摩尔分率为  ，甲醇的摩尔分率为 6 0 9 9 0  %,   F 95 / 7 / 7 5 / 4Dx ， 0. 5 / 46 .0 7 0. 00 34 830. 5 / 46 .0 7 99 .5 / 32 .0 4Wx  根据物料衡算方程解得 hk m o lWhk m o lD /,/  采用泡点进料 q=1，由汽液平衡数据，用内插法求得进料温度为 607 0 6 03 5 .3 4 6 .8 3 9 .0 6 4 6 .8Ft   Ct OF  此温度下， ABBA xyxy ； hk m o lDRVVFqLLhk m o lDRLRRXXRFDFD/)1(/1)1(11m i nm i n 表 23 物料衡算结果表 物料 流量（ kmol/h） 组成 物料 物流（ kmol/h） 太原理工大学化学化工学院《化工设计》课程设计说明书 21 进料 塔顶产品 D 塔底残液 W 精馏段上升蒸汽量V 提馏段上升蒸汽量V 精馏段下降液体量L 提馏段下降液体量L 精馏塔 操作压力为 ，二甲醚 甲醇的汽液平衡数据可依据 Antoine 方程（ 0lg / ( )AP A B t C  ）计算，所得二甲醚 甲醇的 txy 数据如下表，其中二甲醚、甲醇的 Antoine 方程常数查自化学工程师手册 [4]P5 P55。 表 28 二甲醚 甲醇平衡时的 t、 x、 y 数据 平衡温度 /℃ 40 50 60 70 80 液相 DME x/mol % 气相 DME y/mol % 平衡温度 /℃ 90 100 110 120 液相 DME x/mol % 气相 DME y/mol % 0 0 （ 1） 物料衡算 已知：进料 36 20 .37 5 /F kg h ， hkmolF / 4 6 . 0 7 / , 3 2 . 0 4 /D M EM k g k m o l M k g k m o l 甲 醇 0 . 9 2 9 6 4 6 . 0 7 ( 1 0 . 9 2 9 6 ) 3 2 . 0 4 4 5 . 0 8 /FM k g k m o l      95 / 7 / 7 5 / 4Fx ， / 7 / 7 / 4Dx ， 0. 5 / 46 .0 7 . 5 / 46 .0 7 99 .5 / 32 .0 4Wx  太原理工大学化学化工学院《化工设计》课程设计说明书 22 根据物料衡算方程解得 hk m o lWhk m o lD /,/ 2 5  采用泡点进料 q=1，由汽液平衡数据，用内插法求得进料温度为 3 2 .94 0 3 2 .98 1 .5 1 0 0 .0 9 2 .9 6 1 0 0 .0Ft    ℃ 此温度下， ABBA xyxy hk m olDRVVFqLLhk m olDRLRRXXRFDFD/)1(48,/1)1(11m i nm i n 表 29 物料衡算结果表 物料 流量（ kmol/h） 组成 物料 物流（ kmol/h） 进料 塔顶产品 D 塔底残液 W 精馏段上升蒸汽量V 提馏段上升蒸汽量V 精馏段下降液体量L 提馏段下降液体量L。