二甲醚设计-申嫣李

毕业论文（设计）

2012 届

题 目 二甲醚分离精馏塔工艺设计 专 业 应化09-4（1）班 学生姓名 学 号 小组成员指导教师 完成日期 2012年4月

新 疆 工 业 高 等 专 科 学 校

毕 业 论 文（设 计） 任 务 书

班级）班专业 应用化工姓 日期 2012年3月20日

1、论文（设计）题目： 二甲醚分离精馏塔工艺设计

2、论文（设计）要求：

（1）学生应在教师指导下按时完成所规定的内容和工作量，最好是独立完成。 （2）选题有一定的理论意义与实践价值，必须与所学专业相关。 （3）主题明确，思路清晰。

（4）文献工作扎实，能够较为全面地反映论文研究领域内的成果及其最新进展。

（5）格式规范，严格按系部制定的论文格式模板调整格式。 （6）所有学生必须在5月15日之前交论文初稿。

3、论文（设计）日期：任务下达日期

完成日期

4、指导教师签字：

新 疆 工 业 高 等 专 科 学 校

毕 业 论 文（设 计）成 绩 评 定

报 告

毕业论文答辩及综合成绩

年产3.0万吨二甲醚装置分离精馏工段的设计

摘要：本设计使用生物质气化气一步法生产二甲醚，从初步设计的角度对年产2.8万吨二甲醚化工厂进行了全面设计，采用水蒸气富氧化气化生物质气，通过固定床反应器合成二甲醚工艺。开发中的分离工艺主要采用吸收和精馏等化工单元操作过程得到纯度较高的二甲醚产品。本设计主要针对分离中的精馏工序进行工艺设计，分离二甲醚、甲醇和水三元体系。精馏塔采用浮阀塔，塔顶冷凝装置采用全凝器，用来准确控制回流比；塔底采用水蒸气蒸汽加热，以提供足够的热量。通过计算得出理论板数，塔 效率，实际板数，进料位置，在板式塔主要工艺尺寸的设计计算中得出塔径，有效塔高，筛孔数。通过筛板的流体力学验算，证明各指标数据均符合标准。

关键词：二甲醚，三元体系，精馏，分离

目 录

绪论 ................................................................................................................................................. 1 1二甲醚概述 .................................................................................................................................. 2 1.1 二甲醚的发展现状 ............................................................................................................... 2 1.2 二甲醚的传统领域的应用及其拓展 ................................................................................... 2 1.3 国内二甲醚市场简况 ........................................................................................................... 3 1.3.1 现状 ................................................................................................................................ 3 1.3.2 国内市场预测 ................................................................................................................ 3 1.4 国外二甲醚市场简况 ........................................................................................................... 4 1.4.1 现状 ................................................................................................................................ 4 1.4.2 国外市场预测 ................................................................................................................ 4 1.5 原料说明及其性质 ............................................................................................................... 5 1.5.1 二甲醚的性质 ................................................................................................................ 6 1.6 工艺流程介绍 ....................................................................................................................... 7 1.6.1 生产方法简述 ................................................................................................................ 7 1.6.2 工艺流程说明 ................................................................................................................ 8 1.7 生产工艺特点 ....................................................................................................................... 9 2 精馏塔的工艺计算 ..................................................................................................................... 9 2.1 精馏塔的物料衡 ................................................................................................................. 10 2.1.1 基础数据 ...................................................................................................................... 10 2.1.2 物料衡算 ...................................................................................................................... 10 2.2 精馏塔工艺计算 ................................................................................................................. 12 2.2.1 操作条件的确定 .......................................................................................................... 12 2.3 精馏塔设备计算 ................................................................................................................. 14 2.3.1 基础数据 ...................................................................................................................... 14 2.3.2 塔板数的确定 .............................................................................................................. 18 2.3.3 精馏塔主要尺寸计算 .................................................................................................. 20 2.3.4 塔板结构设计 .............................................................................................................. 24 2.3.5 塔板流体力学验算 ...................................................................................................... 30 2.3.6 塔板负荷性能图 .......................................................................................................... 33

2.3.7 塔高的计算 .................................................................................................................. 37 3结论 ............................................................................................................................................ 39 参考文献 ....................................................................................................................................... 40 附录 ............................................................................................................................................... 41 致 谢 ........................................................................................................................................... 43

绪论

二甲醚又称甲醚、木醚氧、二甲醚，是最简单的脂肪醚重要的甲醇下游产品之一。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。上述各方面问题的研究结果表明，2.8万吨/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。

1二甲醚概述

1.1 二甲醚的发展现状

自20世纪70年代，二甲醚开始被用作气雾剂，以取代破坏臭氧的氟利昂。近几年来，在各国寻求清洁车用替代燃料的过程中，二甲醚的良好燃烧性能和低污染排放特性使其日益受到重视。

二甲醚（DME）常温常压下是一种无色低毒的可燃性气体，性能与液化石油气相似，燃烧时不析碳，无残液，燃烧废气无毒，是一种理想的清洁燃料。DME还是一种新型的、理想的、可替代车用燃料的“21世纪的绿色燃料”。随着环境污染的日益严重及石油资源的日益匮乏，对二甲醚的需求量迅速增加，因此二甲醚的合成研究已成为各国科技人员的研究焦点。

二甲醚是21世纪的超清洁燃料，无论是作为民用燃料、或替代柴油、汽油作为汽车燃料、或是用于发电，其制备、储运等都比较容易解决，并能促进新一代汽车、电力等工业的发展。目前，二甲醚发展的关键问题在于配套措施不完善、市场发展不成熟、二甲醚使用观念有待更新。

1.2 二甲醚的传统领域的应用及其拓展 （1）传统领域的应用

第一，做气雾剂、制冷剂和发泡剂。

DME作为停止使用的氯氟烃的替代物，在气雾剂制品中显示出良好的性能，如：①不污染环境，对臭氧破坏系数为零；②DME在水中溶解度为34%，若加6%的乙醇，则可与水混溶，它与各种树脂也有极高的溶解能力；③毒性很微弱，用在化妆品上观察不到有什么问题；④可用水或氟制剂作阻燃剂；⑤使喷雾产品不易致潮，加之与其他气雾剂相比，其成本低、价格便宜从而被认为是新一代理想的气雾推进剂。在西欧各国已经成为民用气溶胶制品的氯氟烃的替代品。目前DME在世界喷射剂的用量中居第二位，仅次于碳氢化合物，其次，由于DME容易液化的特性，许多国家正在开发以DME代替氯氟烃做制冷剂的技术。Bohnenn报道了用DME与氟里昂混合制成特种制冷剂，通过大量实验后，认为随着DME含量的增加，制冷能力增加，能耗降低并且在冷冻食品时可免除异味和臭味。另外Kohl等人报道了以DME、丙烷、丁烷制无氟制冷剂的方法。 第二，DME作为化学中间体，主要用于制造硫酸二甲酯。

DME同发烟硫酸反应可以生成硫酸二甲酯；同苯胺反应生成高纯N，N-二甲基苯胺，脱水成乙烯，羰基化可以制取醋酸甲酯；与硫化氢反应生成二甲基硫醚，进而可生成二甲基亚砜。

（2）新近拓展的应用领域

作为新型高效清洁燃料是DME应用领域的一个崭新的拓展应用领域。 DME作为民用燃料比液化气具有更优良的物理化学性能（如表1，表2所示）。由于DME的分子结构与烃类不同，只有C-H与C-O键，没有C-C键，所以燃烧时无黑烟，CO与NOX排放量很

低，符合洁净燃料的要求；而且燃烧性能良好，燃烧废气无毒，完全符合卫生标准；单一组成，无残液；在室温下可压缩成液体，用现有的液化石油气罐盛装，燃具与LPG基本通用，是优良的民用洁净燃料。当温度在37．8℃时，二甲醚的蒸汽压低于1378kPa，符合液化石油气的要求（如表1-1）所示。

表1-1 DME液化气与液化石油气性质比较

项目

分子量

压力MPa (60℃)

LPG DME

56.6 46.07

1.92 1.35

燃烧温度 ℃ 2055 2250

爆炸下限

% 1.7 3.45

11.32 6.96 理论空气量

预混气热值 KJ/ m3 3903 4219

1.3 国内二甲醚市场简况 1.3.1 现状

中国DME生产起步较晚，但发展加快。1994年广东中山化工厂建成2500吨/年DME生产装置。此前，只有江苏昆山化工厂有少量生产。近几年，国内陆续又有一些厂家投产DME，其中生产规模较大的有山东临沂鲁明化工有限公司、广东中山精细化工实业有限公司、江苏吴县合成化工厂、江苏昆山化工原料厂、湖南雪纳新能源有限公司﹑山东久泰科技股份有限公司及泸天化公司等企业，年总产量已超过50万吨。

近年来，我国DME的生产发展迅速。2002年全国DME总生产能力仅有3.18万吨/年，产量约为2万吨/年，开工率处于63％的较低水平。到2006年，发展到30多家生产企业，年生产能力约48万吨，产量约32万吨，开工率67%。4年间能力和产量迅速增长，起年均增长率分别为79%和96%。 1.3.2 国内市场预测

第一，DME作为柴油替代燃料或掺烧汽油市场。随着国民经济的发展，我国对柴油和汽油的需求量每年增长的幅度不断加大。统计数据显示，目前柴油的需求量每年的速度增长为7%，预计到2010年我国对进口石油的依存度将超过50%。尤其是我国环保能源特别是洁净车用燃料一直十分紧缺，因此发展清洁车用燃料成为我国经济高速发展面临的现实问题。DME作为柴油替代能源在性能上具有明显的优势，而作为汽油添加剂进行掺烧在理论上证明可以提升汽油的品质，且技术方面不存在难以克服的问题，因此这是一个普遍看好的市场。

第二，DME混烃燃料市场。目前我国液化气年消费量在3500万～4000万吨，每年约需进口2000万吨。DME作为超洁净能源，与液化气相比在性能上具有显著的优势。如果用DME替代进口液化气，将至少形成约2000万吨／年的DME需求。

第三，DME作为日用化工原料及化工中间体市场。DME除作为燃料以外，主要用于制气雾剂、制冷剂和发泡剂。DME进入这一市场的特点是附加值高，因而利润空间极大。

纯度大于95%的甲醚可作为液体石油气替代燃料，若二甲醚能大规模地生产，显著地

降低成本，将能在国内促进二甲醚的消费，目前己在部分地区使用二甲醚，但因技术经济上因生产规模太小而导致生产成本较高，影响其推广应用。我国石油液化气进口量近年迅速增加，19%年进口量为354.7万吨，1998年达477万吨，预计到2005年进口量达929万吨，2010年将达1460万吨。因此二甲醚作为替代燃料的市场非常广阔。 1.4 国外二甲醚市场简况 1.4.1 现状

目前世界上DME的生产主要集中在美国、德国、荷兰和日本等国，2006年世界总生产能力预计29.4万吨/年，产量约22万吨，开工率75%。

国外DME的主要生产厂家有美国的Dupont公司、荷兰的AKZO公司、德国的DEA公司和 UnitedRhine Lignite Fuel 公司等，其中德国DEA公司的生产能力最大为6.5万吨/年。

二甲醚作为一种新型、清洁的民用和车用燃料，被看作是柴油或LPG/CNG的优秀替代品，其作为燃料的市场血球增长将会非常惊人。2000年，全球有400万辆LPG汽车，400万辆乙醇汽车、100万辆CNG汽车，还有部分甲醇汽车。以美国为例，2000年美国使用替代燃料（LPG和CNG）的汽车为42万辆，预计2010年为330万辆。

目前美国替代燃料消费量折合当量汽油约为100万吨（352×106加仑当量汽油），约占当年全部燃料消费量的0.2%。如果美国代用燃料的比例提高到5%，起需求量将达到2500万吨，可见替代燃料的市场前景是相当可观的[20]。

亚洲地区是世界上柴油消费增长最快的地区，据国外研究机构预测，二甲醚作为替代燃料，2008年亚洲地区的年需求量达4000万吨，可见，由于二甲醚具有其它替代燃料不可比拟的优势，将会成为柴油的主要替代燃料，具有难以估量的市场前景。

由于二甲醚的市场需求潜力十分巨大，在世界范围内，其建设已经成为热点项目，一些大型的二甲醚装置已在积极筹建之中，如果这些项目到2010都建成投产将新增二甲醚生产能力793万～893万吨。届时世界二甲醚总能力将达到1082万～1182万吨

日本千代田和石川岛播磨重工公司联合为日本JEE控股公司进行DME装置工程设计，JEE公司是工程和钢铁控股公司，2002年由川崎钢铁和NKK公司联合而成。JEE公司将在海外建设大规模DME装置，于2006年建成。该装置将采用JEE工艺从合成气间接生产DME。JEE工艺DME装置可使用天然气、烃类和生物质作为原料。 1.4.2 国外市场预测

目前，世界上二甲醚的总生产能力约为700万吨/年，主要生产厂家有杜邦公司，德国联合莱因褐煤燃料公司，德国汉堡DMA公司，荷兰阿克苏公司，日本和我国台湾省等。早期的二甲醚主要用作甲基化试剂用于生产硫酸二甲酷，1986年西欧生产的约2万吨二甲醚，有9000吨用于生产硫酸二甲酷。随着人们环保意识的增强，二甲醚在气溶胶推进剂方面的用量逐年增加，1990年欧洲生产的4.5吨二甲醚，其中约有3.5万吨用于气溶胶工业，其它用作中间体。目前世界二甲醚的产量约为600万吨/年，预计到2010年需求量可

突破1100万吨/年。

当前世界各国都在注重二甲醚作为替代燃料的研究，届时二甲醚的需求量将大大增加。日本一个开发合成二甲醚技术的国家计划已经展开，NKK公司、太平洋碳钢公司和住友金属工业公司将利用通产省提供的资金(18亿日元)进行相关的研究与开发工作，目标是设计一种方法通过用煤气和最新开发的催化剂直接合成低成本的二甲醚。去年印度石油公司、煤气权力公司和石油研究院已经与阿莫科印度开发公司签署了开发和销售二甲醚作为多用途燃料的协议，使二甲醚商业化并提供技术，目前正着手可行性研究。阿莫科公司已与丹麦托普索公司（Haldor Topsoe）签订了进一步开发二甲醚技术的协议。最近日本有人撰文探讨二甲醚作为清洁燃料替代柴油，对二甲醚的价格和燃料的性能跟柴油和汽油作比较，认为直接合成二甲醚法在今后的实际应用中没有问题，且成本方面具有较大竞争力。美国的有关试验也证明，二甲醚作为柴油车燃料可以满足严格的1988年美国加利福尼亚超低排放交通工具法规的要求，经济上也很合理。 1.5 原料说明及其性质

原料名称：甲醇

分子式CH3OH，相对分子质量32.04。

本设计采用的甲醇原料浓度为90%（质量分数）。 （1）物理性质

甲醇是最简单的饱和脂肪醇，密度0.791g/cm3，沸点63.8℃，自燃点385℃20℃，蒸汽压96.3mmHg，常温常压下纯甲醇是无色透明，易挥发、可燃，略带醇香味的有毒液体。甲醇可以和水以及乙醇、乙醚等许多有机液体无限互容，但不能与脂肪烃类化合物相互溶，甲醇蒸汽和空气混合能形成爆炸性混合物，爆炸极限为6.0%-36.5%（体积）。 （2）化学性质

甲醇作为最简单的饱和脂肪醇因此具有脂肪醇的化学性质，即可进行氧化、酯化、羰基化、胺化、脱水等化学反应，在此只介绍几种重要的化学反应。 （1）脱水反应

甲醇在浓硫酸或其它催化剂的催化作用下脱水生成二甲醚，是工业制备二甲醚的重要方法；

主反应： 2CH3OH→CH3O CH3+H2O+Q △H298=10.92KJ/mol 副反应：⑴ CH3OH→CO+2H2O ⑵ 2CH3OH→C2H4+2H2O

⑶ 2CH3OH→CH4+2 H2O +C ⑷ CH3OCH3→CH4+CO+ H2 ⑸ CO+H2O→CO2+ H2 （2）氧化反应

甲醇在电解银催化剂下可被空气氧化成甲醛，是重要的工业制备甲醛的方法； （3）酯化反应

甲醇可与多种无机酸和有机酸发生酯化反应，甲醇和硫酸发生酯化反应生成硫酸氢

甲酯，硫酸氢甲酯经减压蒸馏生成甲基化试剂硫酸二甲酯； （4）羰基化反应

甲醇和光气发生羰基化反应生成氯甲酸甲酯，进一步反应生成碳酸二甲酯； （5）裂解反应

在铜催化剂上，甲醇可裂解生成CO和H2， 1.5.1 二甲醚的性质 （1）化学性质

二甲醚在辐射或加热条件下会分解成甲烷、乙烷、甲醛、二氧化碳及一氧化碳（产物取决于反应条件及催化剂）。二甲醚可作为烷基化合剂，在很多场合中，它具有甲基化反应性能，例如在硅酸铝催化剂存在的条件下，二甲醚可以与苯发生烷基化反应而生成甲苯、二甲苯及多烷基苯。二甲醚与一氧化碳反应可生成乙酸或乙酸甲脂；与二氧化碳反应则生成甲氧基乙酸。当与氰化氢反应时则生成乙腈。此外，二甲醚可与三氟化硼形成络合物，其分子式（CH3）2OBF3，此络合物在空气中发烟，而在水或醇中则可分解。DME还可选择性氯化为各种氯化衍生物。无致癌性、腐蚀性甚微。 （2）物理性质

DME是具有挥发性醚味的无色气体，有令人愉快的气味，燃烧时的火焰略带光亮。在常温，常压下为气态，在压力储罐内为液体。

表1-2 二甲醚的主要物理化学性质

分子式 摩尔质量 熔点 沸点 临界温度 临界压力 对水的相对密度 液体密度（20℃） 蒸汽密度（10℃ 1atm）

CHOCH 46.07 -141.5℃ -24.9℃ 128.8℃ 5370Pa 0.66 0.661kg/L 1.92kg/m3

蒸汽压（20℃） 气体燃烧热 蒸发热（-24.8℃） 自燃温度

爆炸极限（空气中） 在汽油中的溶解度 对空气的相对密度

闪点

0.53MPa 31.58Kj/kg 467.4kJ/kg 350℃ 3.45～26.7VOL％ 64%（-40℃） 1.62 -41.4℃

（3）二甲醚的毒性

二甲醚的毒性很低，气体有刺激及麻醉作用的特性，通过吸入或皮肤吸收过量的此物品，会引起麻醉，失去知觉和呼吸器官损伤。 小鼠吸入 225.72g/ m3 麻醉浓度 猫吸入 1658.85g/ m3 深度麻醉 人吸入 154.24g/ m3×30min 轻度麻醉

人吸入 940.50g/ m3 有极不愉快的感觉、有窒息感

1.6 工艺流程介绍 1.6.1 生产方法简述

二甲醚的生产方法主要有一步法和二步法两种。

一步法以合成气(CO+H2)为原料，在甲醇合成以及甲醇脱水的复合催化剂上直接合成二甲醚，再提纯得到二甲醚产品。

二步法是以合成气制得甲醇，然后甲醇在固体催化剂作用下脱水制得二甲醚，所用催化剂选择性高，特别适用于高纯度二甲醚生产。 （一）甲醇脱水制二甲醚

二甲醚可由甲醇脱水制得。此工艺在山东临沂新建的30000吨/年二甲醚生产装置上采用。最早采用的脱水剂是浓硫酸，反应在液相中进行。将甲醇和硫酸的混合物加热可得: CO+2H2=CH3OH

<100℃时， CH3OH十H2SO4=CH3HSO4+H2O <100℃时， CH3HSO4+CH3OH=CH3OCH3+ H2SO4

该过程具有反应温度低、转化率高(>80%)、选择性好(99%)等优点，但也存在设备腐蚀严重、釜残液及废水污染环境、催化剂毒性大、操作条件恶劣等缺点，选择该工艺可能性较小。

1965年，美国Mobil公司与意大利ESSO公司都曾利用结晶硅酸盐催化剂进行气相脱水制备DME，其中Mobil公司使用了硅酸铝比较高的ZSM一5型分子筛，而ESSO公司则使用了0.5一1.5nm的含金属的硅酸铝催化剂，其甲醇转化率为70%，DME选择性>90%。1981年，Mobil公司利用HZSM一5使甲醇脱水制备二甲醚，并申请了专利，反应条件比较温和，常压、200℃左右即可获得80%甲醇转化率和>98%DME选择性。1991年，日本三井东亚化学公司开发了一种新的甲醇脱水制DME催化剂。据称该催化剂是一种具有特殊表面积和孔体积的γ一A12O3，可长期保持活性，使用寿命达半年之久，转化率可达74.2%，选择性约99%。 （二） 合成气直接合成二甲醚

传统的DME生产方法，一直采用两个截然不同的步骤。即甲醇的合成与甲醇脱水。为了开发操作简单、成本低而又可连续生产DME的新方法，人们曾用合成气直接制取二甲醚。

主要反应构成如下:

4H2+2CO=2CH3OH

2CH3OH= CH3OCH3+ H2O CO+ H2O=CO2+H2

3 H2+3CO = CH3OCH3+ CO2

该工艺实质上是把合成甲醇及甲醇脱水同步反应合并在一个反应器内，其关键是选择高活性及高选择性的双功能催化剂。一步法又分为二相法和三相法。国外自80年代后对

此研究较多，较为典型的是丹麦托普索公司TIGAS工艺、日本三菱重工和COSMO石油公司联合开发的AMSTG工艺;国内大连化物所、华东理工大学、清华大学、山西煤化所等均在研究一步法生产工艺。目前国外己开发成功的有二种方法:

(l)托普索公司的固定床气相反应法，在反应器之间用冷却器取热，催化剂在高温下有高稳定性和高选择性;

(2)美国空气和化学品公司的液相淤浆床反应器(气、固、液三相合成)方法，有中试(10吨/天)及工业化示范装置(240吨/天);日本NKK公司的淤浆床反应器方法，于1999年建成一套5吨/天的中试装置。 1.6.2 工艺流程说明

在10万吨/二甲醚生产装置的工艺设计过程中，综合考虑现有一些二甲醚生产装置在热量平衡上的不足之处，立足于全系统热能的充分利用，以最大限度地达到节能降耗的效果，同时本着节约投资、方便操作与维护的原则对工艺流程进行合理优化。 甲醇合成（CO氢化作用）： (1)原料甲醇

原料直接采用市售质量分数为90%的甲醇经汽化提纯后合成二甲醚。

产品DME（≥99.9%）

图1-1 二甲醚生产工艺流程方框图

(2)反应

在DME合成反应器中产生的反应如下所示: 2CH3OH== CH3O CH3+H2O+23.45kJ/mol

DME反应器是绝热轴流式固定床反应器。在反应器中约80%的甲醇被转化为二甲醚，而且二甲醚的选择性为约99.9%，二甲醚反应为放热反应。 (3)合成气冷却

反应器出口气中含有DME，它在进出气换热器中通过工艺气体冷却，接着在甲醇蒸馏塔底部通过蒸馏塔换热器的工艺液体冷却，然后在二甲醚精馏塔冷却器中用冷却水冷却，最后出口气在冷凝器中大部分冷凝后被送至二甲醚精馏塔。由于二甲醚反应转化率在低压下较高，因此二甲醚反应器的操作压力不宜太高，而二甲醚精馏塔在较高压力操作时DME的损失较小，基于上述原因，二甲醚合成系统压力控制略高于二甲醚精馏系统。

(4)二甲醚精馏

来自二甲醚合成系统的工艺液体被送入二甲醚精馏塔中部，塔底再沸是通过精馏塔加热器的蒸汽流量控制完成，在DME精馏塔中DME与甲醇和水分开，一二甲醚产品从精馏塔顶部回收，而甲醇和水一起从塔底去除，并为原料甲醇提供预热热源。

含有DME的顶部气体在二甲醚冷凝器中被大部分冷凝下来，然后送入二甲醚塔回流罐中，在二甲醚冷凝器中未冷凝的气相作为燃料被放掉。在二甲醚回流罐中分离的液体被二甲醚回流泵加压，并被分成精馏塔回流液和DME产品，产品二甲醚被送出界区贮存。 (5)甲醇塔

二甲醚精馏塔底部液体被直接引入甲醇蒸馏塔中，甲醇在蒸馏塔中与水分离出来，再循环回甲醇缓冲槽内。再沸负荷主要是由合成反应气来提供，不足部分由甲醇塔加热器E108的蒸汽来补充。

顶部甲醇蒸汽在甲醇冷凝器(Ell0)的冷却水冷凝，然后通过甲醇回流泵返回二甲醚合成系统，部分甲醇则回流到甲醇蒸馏塔，未冷凝气体则作为尾气放空。

常温含水粗甲醇作为本工艺流程的原料，由往复泵定量输送至合成工序的汽化塔进行汽化提纯，并由液态转化成饱和气态，再进入电加热炉过热至250℃以上温度，过热后的甲醇原料蒸汽以逆流方式进入固定床合成塔，在氧化铝型固定床中进行缩水反应生成气态二甲醚和水（反应温度控制在280℃-450℃之间，一次转化率不小于75%），反应产物中包括有二甲醚、水以及未反应的甲醇蒸汽。反应物经换热器降温后在冷凝器中被循环水冷凝成液体，经计量罐进入中间罐贮存，未被冷凝成液态的少量副反应气体如CH4、CO2等则由放空阀排入放空总管并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0.025%，经冷却稀释后直接输送锅炉房作为脱硫除尘补充循环水。 1.7 生产工艺特点

本工艺装置的主要工艺特点是流程简洁明畅，工艺条件温和，装置内热能利用较好，操作简易方便。

本装置设备台数较少，设备制作充分立足于国内现状，所有设备均能在国内制造而不需进口，项目投资大为降低

2 精馏塔的工艺计算

表2-1 分离过程中各物质质量分率数据表

序号组分

H2 惰性气体 CO CO2 CH4 DME CH3OH H2O 序 号 组分

H2 惰性气体 CO CO2 CH4 DME CH3OH H2O

6 7 8 9 10 11

0.1797 0.0059 0.0929 0.1101 0.1711 0.1526 0.0217 0.2660 12

0.0005 0 0.0003 0.0084 0.0009 0.2243 0.0573 0.7083 13

0.0001 0 0 0.0015 0.0001 0.0243 0.0001 0.9739 14

0.0078 0.0003 0.0058 0.1566 0.0152 0.7722 0.0015 0.0386 15

0 0 0 0 0 0.0309 0.0043 0.9648

16

0 0 0 0 0 8.140×103 0.007819 0.9921

0 0 0 0 0 0.999 0.001 0

0 0 0 0 0 0 0 1.0000

0 0 0 0 0 0.0069 0.9851 0.0080

0.3204 0.0105 0.1656 0.1946 0.3051 0 0 0.0038

0.2870 0.0094 0.1483 0.1709 0.2730 0.1097 0.0004 0.0013

2.1 精馏塔的物料衡 2.1.1 基础数据

(一) 生产能力：2.8万吨/年，一年按300天计算，即7200小时。 (二) 产品二甲醚的纯度：二甲醚 99%。

(三) 计算基准（kg/h）：P=2.8×107÷7020=3.8×103（kg/h）=82.48((h) 2.1.2 物料衡算

DME：0.999

D

醚水 CH3OH：0.001

DME:8.140×105

W H2O：0.9921 CH3OH:0.007891

图2-1 物料衡算简图

(一) 质量分数转换为摩尔分数

MDME=46.07kgmol MH2O=18.02kgmol MCH3OH=32.04 kgmol 根据 Mi aiMi （2-1） 其中ai—质量分数；Mi—摩尔质量 （1）进料组分

表2-2 进料各组分所占比例

组分 质量分数 摩尔分数

DME 0.03090 0.01230

CH3OH 0.004300 0.002470

H2O 0.9648 0.9852

（2）塔顶组分

表2-3 塔顶各组分所占比例

组分 质量分数 摩尔分数

DME 0.9990 0.9986

CH3OH 0.001000 0.001400

（3）塔釜组分

表2-4 塔釜各组分所占比例

组分 质量分数 摩尔分数

DME 8.140×10-5 3.195×10-5

CH3OH 0.007819 0.004413

H2O 0.9921 0.9955

(二) 清晰分割

以DME为轻关键组分，CH3OH为重关键组分，H2O为非重关键组分。 (三) 物料衡算

XW.DME 3.159 105 XD,CH3OH 0.001400

D=82.22/0.9986=82.34kmol/h

表2-5 清晰分割法计算过程

组分 DME CH3OH H2O 进料 0.01230F 0.002470F 0.9852F 馏出液

0.01230F-3.159×10-5W

0.001400D

0 釜液 3.159×10-5W 0.002470F-0.001400D

0.9852F

联立 0.01230F-3.159×10-5W+0.001400D+0=D

F D W （2-2） 解得：

l F 1.266 105kgh 6880.2h W 1.230 105kgh 6796.66kmh

D 3894kgh 84.54h

（四）精馏工序物料衡算表

表2-6 精馏工序物料衡算表

料向

组分

质量流量 进 料

DME CH3OH H2O

出 料

塔 顶 塔 釜

DME CH3OH DME CH3OH H2O

9579 1333 2.991×105 3789 3.793 24.92 2394 3.038×105

质量分数

0.03090 0.004300 0.9648 0.999 0.001 8.140×10-5 0.007819 0.9921

摩尔流量 82.77 16.62 6629 82.22 0.1153 0.2123 29.33 6616

摩尔分数

0.01230 0.002470 0.9852 0.9986 0.001400 3.195×10-5 0.004413 0.9955

2.2 精馏塔工艺计算 2.2.1 操作条件的确定

(一) 进料温度的计算(泡点)—饱和液体进料

(1) 已知体系总压强P总 105.3KPa，即P总 800mmHg 物料饱和液体进料，故进料的泡点温度为进料温度。 (2) 安托因公式

s

lnPi A B T C Pi:mmH,gT:K （2-3）

s

查《石油化工基础数据手册》

表2-7 安托因公式数据表

DME CH3OH H2O

s

A 6.73669 7.87863 7.96681

B 791.184 1473.11 1668.21

C 230 230 228

DME： lnPi

DMEs

6.73669 791.184T 230

7.87863 1473. 230

CH3OH： lnPiH2O： lnPi

s

CH3OH

H2O

7.96691 1668. 228.0

(3) 采用试差法计算

压力不太高，按完全理想系计算, Ki lnPiP （2-4）

给定P Y

T 设 T s

Ki lnPiP

s

KX

i

i

1 yi 结束

图2-2 试差法结构图

试差过程见表2-8

表2-8 试差过程

组分

xi

392.55K

392.70K

392.75K

pi=

DME CH3OH H2O ∑kixi

0.01230

3.85×104

yi=kixi

0.04229

pi=

3.85×104

yi=kixi

0.4006 0.00782 0.5816 0.9900

pi=

3.858×104 4.772×103 1.470×103

yi=kixi

0.04009 0.00775 0.9553 0.9999

0.002470 4.78×103 0.9852 1.000

1.46×103

0.007023 4.76×103 0.94032 0.9896

1.46×103

结果:在392.70K,即119.6℃时, （二）塔顶露点温度计算 操作压力：P总 800mmHg

KX

i

i

1,故进料温度为392.75K

给定P Y T 设T Ki lnPiP s

y

i

Ki 1 Xi 结束

图2-3 试差法结构图

试差过程见表2-9

表2-9 试差过程

组分

xi

331.00K

332.25K

332.75K

pi= /mmHg

DME

0.9986

1.12×104

yi=kixi

1.0207 0.00360 1.0243

pi=/mmHg yi=kixi

1.154 6.117

0.9967 0.00349 1.0002

pi=

/mmHg 1.16×104 6.243102

yi=kixi

0.9850 0.00381 0.9888

CH3OH 0.001400 5.87×102 ∑kixi

1.000

结果: 在332.25K,即59.10℃时, （三）塔釜泡点温度计算

y

i

Ki 1,故塔顶温度为332.25K

操作压力：P 800mmHg

给定P

T 设T

Ki lnPiP KiX yi

N

图2-4 试差法结构图

s

试差过程见表2-10

表2-10 试差过程

组分

xi

393.35K

393.50K

394.15K

i= /mmHg

DME

3.195

3.90×104

CH3OH 0.00441 4.88×103 H2O ∑kixi

0.9955 1.000

1.50×103

yi=kixi

0.00010 0.01411 0.9835 0.9977

pi= /mmHg

3.90×104 4.87×103 1.50×103

yi=kixi

0.00011 0.00142 0.9852 0.9867

pi= /mmHg

3.95×104 4.97×103 1.54×103

yi=kixi

0.00015 0.01433 0.9856 1.0008

结果: 在393.60K,即121℃时, 2.3 精馏塔设备计算 2.3.1 基础数据 (一) 塔压：800mmHg

KX

i

i

1,故塔顶温度为394.15K

进料温度：TF 392.75K 塔温 塔顶温度：TW 394.15K

塔釜温度：TF 392.75K 密度（参考《化工单元设备的设计》）

表2-11 密度数据表

温度/℃ 50 60 110 120 DME/ kg/m3 610.8 591.8 459.4 407..8 CH3OH/ kg/m3

772.5 761.1 698.7 684.7 H2O/ kg/m3 998.1 983.2 951.0 943.1 经插值计算得

温度/℃ 59.10

DME/ kg/m 593.5

3

3

3

CH3OH/ kg/m 762.1

H2O/ kg/m 984.5

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7z04.html