年产5万吨二甲醚分离工段工艺设计.pdf

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1、黄山学院本科毕业论文 本科毕业设计本科毕业设计 ( 2013 届届 ) 题题 目：目： 年产年产 5 万吨二甲醚分离工段工艺设计万吨二甲醚分离工段工艺设计 学学 院：院： 化学化工学院化学化工学院 专专 业：业： 化学工程与工艺化学工程与工艺 学生姓名：学生姓名： XX 学号：学号： XXXXXXXXX 指导教师：指导教师： XXXX 职称（学位） ：职称（学位） ： 讲师讲师 完成时间：完成时间： 2013 年年 5 月月 20 日日 成成 绩：绩： XXXX 教务处制教务处制 黄山学院本科毕业论文 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 兹呈交的学位论文，是本人在指导老师指导下独立完成的 研

2、究成果。本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成 果，均在文中以明确方式标明。本人依法享有和承担由此论文 而产生的权利和责任。 声明人（签名） ：声明人（签名） ： 年年 月月 日日 黄山学院本科毕业论文 目目 录录 摘 要 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 英文摘要 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1. 引言 . 3 1.1 二甲醚的基本性质及用途 . 3 1.2 工业现状及发展趋势 . 5 1.2.1 二甲醚生产现状 5 1.2.2 我国二甲醚工业的市场前景 5 1.3 设计任务和要求 . 6 2. 二甲醚生产及工艺流程 . 8 2.1 二甲醚生产方法介绍 . 8 2.2 二

3、甲醚分离装置流程及其介绍： . 9 2.2.1 物料衡算流程图： 9 2.2.2 工艺流程介绍： 9 3. 工艺计算 . 10 3.1 物料衡算 . 10 3.1.1 冷凝器的物料衡算 10 3.1.2 吸收塔的物料衡算 11 3.1.3 闪蒸罐的物料衡算 15 3.1.4 二甲醚精馏塔的物料衡算 17 3.1.5 甲醇精馏塔的物料衡算 18 3.2 热量衡算 . 20 3.2.1 各物质在不同温度下的比热容 20 3.2.2 冷凝器的热量衡算 20 3.2.3 吸收塔的热量衡算 21 3.2.4 闪蒸罐的热量衡算 22 3.2.5 二甲醚精馏塔的热量衡算 23 3.2.6 甲醇精馏塔的热量衡

4、算 24 4. 二甲醚精馏塔设备计算 . 25 4.1 密度的计算 . 25 4.1.1 基础数据 25 4.1.2 精馏塔各部分密度的计算 25 黄山学院本科毕业论文 4.2 表面张力的计算 . 27 4.3 塔板数的确定 . 28 4.3.1 最小回流比 min R的确定 28 4.3.2 实际回流比R . 29 4.3.3 最小理论板的确定 29 4.3.4 全塔理论板数的确定 29 4.3.5 精馏段和提馏段理论板数的确定 29 4.3.6 实际板数的确定 29 4.3.7 精馏段和提馏段实际板数的确定 30 4.4 精馏塔主要尺寸计算 . 30 4.4.1 流量计算 30 4.4.2

5、 塔径的计算 32 4.4.3 塔体总高度的确定 33 4.5 塔板结构设计 . 34 4.5.1 精馏段 34 4.5.2 提馏段 36 4.6 塔板流体力学验算 . 38 4.7 二甲醚精馏塔塔顶冷凝器的选型 . 41 5.安全生产及三废处理 . 45 结束语 46 参考文献 47 致谢 48 黄山学院本科毕业论文 1 年产年产 5 万吨二甲醚分离工段工艺设计万吨二甲醚分离工段工艺设计 摘摘 要要：本文介绍了二甲醚的一些基本性质和用途，以及其未来的发展趋势，通过比较目前较 为先进的二甲醚生产方法，选择合成气一步法生产二甲醚。本设计主要是对二甲醚生产过程中 的分离工段进行设计，对整个流程中的

6、装置进行了物料衡算和能量衡算，在理论上计算了主要 设备的尺寸，并对相应的设备进行了选型，使设备满足生产要求。并绘制带控制点的工艺流程 图和浮阀塔的装配图。 关键词关键词：二甲醚；合成气；一步法 黄山学院本科毕业论文 2 The design of Annual output 50000 tonnes of dimethyl ether separation technology section AbstractAbstract：Some basic properties and the USES of Dimethyl ether were introduced in this article

7、. At the same time, this article introduced the trend of the future development of dimethyl ether. By comparing the more advanced DME production method , syngas step production of dimethyl ether is selected. This design is mainly the design of the separation section of the DME production process. Th

8、e whole process contains the material and heat balance calculations together with theoretical calculation of the main equipment and selection to meet with the design requirements. Finally, draw with process flow diagram of the control points and valve tower assembly drawings. Key WordsKey Words：dime

9、thyl ether; syngas; one-step method 黄山学院本科毕业论文 3 1. 引言引言 二甲醚(DME)又称甲醚，是一种无腐蚀性、无致癌性、具有轻微的醚香味的无 色气体，容易液化，沸点是-24，凝固点是-140，易溶于水，也易溶于汽油、乙 酸甲酯、丙酮、氯苯和四氯化碳等多种有机溶剂。二甲醚是一种新兴的基础化工原 料，在制药、燃料、农药等化学工业中有许多独特的用途。例如高纯度的二甲醚可 以用来代替氟里昂作为气溶胶喷射剂和制冷剂；还可以用来作为城市管道煤气中的 调峰气、 液化气掺混气等民用燃料气； 同时二甲醚也是柴油发动机较为理想的燃料， 是未来制取低碳烯烃的主要原料之一

10、。 现在工业上制取二甲醚的生产方法主要有：甲醇脱水制二甲醚的方法称为甲 醇脱水法， 根据所用催化剂和反应条件的不同， 甲醇脱水法又分为液相法和气相法。 合成气直接合成DME，合成气(CO+H2 的混合物)来源广泛，几乎可以从每种有 机能源中获得，如煤、天然气、重油提炼残余物、生物体等。合成气直接合成DME 又有两条途径，即两步法和一步法。二氧化碳及生物质合成DME。CO2是地球上 最丰富的碳资源， 由它引起的温室效应已给人类生态平衡带来了巨大的损失。 因此， 以CO2为原料合成各种化学品来实现CO2的循环利用已引起各国研究者的兴趣。 DME的用途广泛，原料也容易得到，其在未来作为燃料和烯烃的生

11、产方面有着 巨大的优势。同时二甲醚所特有的理化性能也奠定了其在国际、国内市场上的基础 性产业的地位，可以广泛的应用于工业、农业、医疗以及日常生活等领域。二甲醚 未来的发展趋势主要是用于替代汽车的燃油、石油液化气和城市煤气等，市场前景 非常广阔，是目前国际和国内优先发展的产业之一。同时我国也有着丰富的煤炭资 源，在一些地区天然气化工也有一定的基础，为制备DME提供了充足的原料，我国 可以利用这一优势，努力开发DME以及其下游产品。着力大力推广使用DME这种 新型洁净能源，不仅可以优化我国的能源结构，减少对进口石油的依赖，同时对我 国的资源利用和环境保护方面也有着的极为重要的作用1。 1.1 二甲

12、醚的基本性质及用途二甲醚的基本性质及用途 （一）物理性质：二甲醚又叫做甲醚，简称为DME，在常压的状态下是一种无 色的气体， 压缩状态下为液体， 具有轻微的醚香味。 20时相对于水的密度为 0.666， 熔点为-141.5，沸点为-24.9，室温下的饱和蒸气压约为 0.5MPa，和LPG相似。 易溶于乙醚及丙酮、氯仿、水、醇等多种有机溶剂。易燃，燃烧时的火焰略带光亮， 气态的燃烧热为 1455kJ/mol。 常温的状态下DME具有惰性， 不易自动氧化， 无腐蚀、 无致癌性，但在辐射或加热条件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等2。 （二）甲醚的危险特性：二甲醚是易燃气体。与空气混合后会形成爆炸性的混

13、合物。当接触热、火星、火焰或着氧化剂时，容易产生燃烧爆炸。在接触空气或在 光照条件的情况下， 可以生成具有潜在爆炸危险性的过氧化物。 气体密度比空气大， 黄山学院本科毕业论文 4 可以在较低处扩散到很远的地方，遇到明火的时候会引着回燃。当遇到高热时，容 器的内压将增大，会有开裂和爆炸的危险。 二甲醚的毒性：二甲醚是一种弱麻醉剂，对呼吸道具有轻微的刺激，若长期接 触，会使皮肤发红、水肿或者生疱。当体积浓度达到 7.5%时，吸入 12 分钟时，只 是感觉不适。体积浓度达到 8.2%时，吸入 21 分钟后，会导致供给失调，同时产生 视觉障碍；吸入 30 分钟后，会产生轻度麻醉作用，血液向头部流去；体

14、积浓度为 14%时，经 23 分钟会引起运动共济系统失调和麻醉，经 26 分钟后会失去知觉。皮 肤不慎接触到甲醚时容易冻伤。空气中二甲醚的允许浓度为 400ppm2。 (三) 二甲醚的用途 (1) 用作燃料 二甲醚可以代替液化石油气(LPG)作为燃料使用。二甲醚液化气的性能与 LPG 的性能很相似，贮存于液化气钢瓶中时的压力仅为 1.35MPa，小于 LPG 贮存于液化 气钢瓶中的压力(1.92MPa)，因此可以用作民用燃料。二甲醚作为民用燃料还具有其 自身的优点：二甲醚本身含有氧，碳链相对较短，因而具有良好的燃烧性能，在燃 烧过程中也没有黑烟产生，燃烧尾气符合国家的排放标准。二甲醚液化气在室

15、温下 的压力也符合现有 LPG 对压力的要求， 和现在使用的 LPD 装置具有很强的融合性， 因此不需重新再生产配套装置。其次二甲醚的储运也是安全的，其组成稳定，没有 残留夜，使用起来也很方便。二甲醚按照一定的比例掺进液化气后与液化气一同燃 烧，这样可以让液化气燃烧的更加完全，不但可以降低碳的析出量，还可以降低排 放尾气中一氧化碳以及碳氢化合物的含量。 二甲醚在液化之后还可以用作汽车燃料，并且是柴油发动机理想的替代燃料。 二甲醚燃料同时具有高效率和低污染的两重特点，不但可以实现无烟燃烧，而且可 以降低噪音，减少尾气中氮氧化物的含量3。 (2) 用作氯氟烃的替代品 二甲醚可以替代氯氟烃作为气雾剂

16、、致冷剂和发泡剂。 二甲醚可以作为氯氟烃的替代物，具有其自身的优点：不污染环境；与各 种树脂及溶剂具有很好的相溶性； 毒性很小； 可以用水或着氟制剂作为阻燃剂； 使喷雾产品不容易受潮，是新一代理想的气雾剂用推进剂；二甲醚对金属没有 腐蚀、容易液化；可以降低气雾剂中的乙醇和其它有机挥发性物质的含量，降低 对环境的污染。 (3) 用作化工原料 二甲醚作为一种极为重要的化工原料，可以用来合成或参与合成许多种化工产 品。二甲醚用作烷基化剂时，可以用来合成N,N-二甲基苯胺、烷基卤、硫酸二甲酯 等。二甲醚用作偶联剂时，可以用来合成制作高纯度氮化铝、二氧化硅陶瓷涂料以 黄山学院本科毕业论文 5 及有机硅化

17、合物等。二甲醚与水和一氧化碳在一定的条件下发生反应还可以生成乙 酸，经过羰基化后可以制得乙酸甲酯，经过同系化后又可生成乙酸乙酯。此外还可 以用于醋酐的合成1 。 1.2 工业现状及发展趋势工业现状及发展趋势 1.2.1 二甲醚生产现状二甲醚生产现状 国外生产情况 国外大规模生产二甲醚开始于1966 年，1995年全球生产能力约为a/kt150，产 量约kt100；2000年生产能力约为a/kt200以上，产量超过kt150。国外主要生产企 业见表1 (均采用二步气相脱水工艺)。 国内生产情况 我国二甲醚的主要生产装置以及各自所采用的生产技术如表2所示。按表2给出 的生产二甲醚的企业的总生产能力

18、为134.3kt/a，但是常年运转的只有一半左右。现 在最大的装置是山东临沂久泰科技公司的30kt/a，他的产品主要是用于民用燃料， 同时在车用燃料方面也取得了一定成效。我国二甲醚主要生产企业见表2-14。 1.2.2 我国二甲醚我国二甲醚工业的市场前景工业的市场前景 市场前景是每一种产品在生产前必须要考虑的首要问题，因为它具有决定产品 生产规模和前途的重要作用。我国现在所有二甲醚生产能力大概是 2 万t/a， 主要 还是用在民用燃料、日用化工产品作气雾剂的推进剂方面。二甲醚作为重要的化工 原料在农药、医药、化工中间体及染料等方面有着非常广泛的用途。当前开发的二 甲醚产品，还只是众多二甲醚下游

19、产品中的很小的一部分, 还有很多的下游产品等 待进一步的开发。二甲醚是可燃性的物质，在常温、常压下是气体状态，其燃烧热 达到 31736kJ/kg。又因为它的十六烷值很高，具有良好的动力性能，容易液化，贮 运也比较方便，是柴油机理想的替代燃料。当作为柴油机燃料时，其尾气中的污染 物的含量要低于美国对环境要求最严格的加州的排放标准，因此它被誉为“洁净燃 料” 5。 表1 国外二甲醚主要生产企业 国别 公司 生产能力 kt/a 备注 美国 杜邦公司（Dupont） 30 15kt/a 在美国西弗吉尼亚州,15kt/a在 荷兰鹿特丹 美国 联合讯号公司(Allied Signal) 10 德国 联合

20、莱褐煤燃料公司 60 现名Shell/RWE公司 德国 DEA公司 65 装置在汉堡 黄山学院本科毕业论文 6 荷兰 AKZO公司 30 澳大 利亚 悉尼溶剂公司(CSR) 10 装置在悉尼,采用DEA公司技术 日本 住友精细化学公司 10 日本 三井东压化学公司 5 日本 日本制铁公司 5 印尼 PT Bumitangerang 气体工业 3 1.3 设计任务和要求设计任务和要求 产品规格：二甲醚纯度 %99 。 本设计要求二甲醚的年产量5万吨，年工作日330天，丙烯酸生产能力： hkg03.137 07.4624330 100050000 = 塔底加热蒸汽的绝对压力为 200kPa；单板压

21、降0.7KPa。换热器的管城和壳程中 的压降10KPa。 合成气一步法反应后的气体的流量为q1=1675.324kmol/h。混合气中各组分摩尔 分数和摩尔流量见表3-1： 表 3-1 中各组分摩尔分数和质量流量 单位：kmol/h 组分 H2 惰气 CO CO2 摩尔组成 0.1343 0.0909 0.0694 0.0843 摩尔流量 225.001 152.324 116.301 141.216 CH4 DME CH3OH H20 合计 0.128 0.0842 0.0307 0.3781 1 214.404 141.141 51.476 633.461 1675.324 黄山学院本科毕

22、业论文 7 表2-1 我国二甲醚主要生产企业 企业名称 生产能力/(kt/a) 用途 生产工艺 技术来源 投产时间 临沂久泰科技公司 5.0 30.0 民用燃料 民用燃料 液相脱水 液相脱水 本公司、山东化工规划 设计院 2001-08 2003-12 武汉青江公司 1.5 液相脱水 传统工艺 1995 江苏昆山化工厂 1.0 气相脱水 上海石油化工研究院 1991 吴县合成化学厂 1.0 民用燃料 气相脱水 浙江化工研究院 1996 上海申威公司 0.8 气雾剂 蒸馏新技术 上海石油化工研究院 1995 河南沁阳紫阳乡 10.0 民用燃料 气相脱水 西南化工研究设计院 1993 河南内乡化工

23、局 10.0 民用燃料 气相脱水 西南化工研究设计院 1993 无锡新苑化工集团 10.0 民用燃料 气相脱水 西南化工研究设计院 1993 贵州宏华新能源公司 5.0 民用燃料 气相脱水 西南化工研究设计院 1995 榆次燃料化工公司 10.0 民用燃料 气相脱水 西南化工研究设计院 1993 安徽蒙城化肥厂 5.0 民用燃料 气相脱水 西南化工研究设计院 1997 中山凯达精细化工 2.5 10.0 气雾剂 气雾剂 气相脱水 气相脱水 西南化工研究设计院 1994-12 1998 广州广氮集团 5.0 气雾剂 气相脱水 西南化工研究设计院 1998 义乌光阳化工公司 2.5 气雾剂 气相脱

24、水 西南化工研究设计院 1996 渭河煤化工集团 10.0 气雾剂 气相脱水 西南化工研究设计院 2004 陕西新型燃料燃具 0.5 民用燃料 气相脱水 中科院山西煤化所 1997-06 山西浑源化肥厂 民用燃料 浆态床一步法 中科院山西煤化所 2001 湖北田力实业公司 1.5 固定床一步法 浙江大学 1997-09 泸天化集团 10.0 气雾剂 气相脱水 日本东洋工程公司 2003-08 重庆英力燃化公司法 3.0 民用燃料 浆态床一步 清华大学 2004-03 黄山学院本科毕业论文 8 2. 二甲醚生产及工艺流程二甲醚生产及工艺流程 2.1 二甲醚生产方法介绍二甲醚生产方法介绍 现在工业

25、上制取二甲醚的生产方法主要有： 甲醇脱水制取二甲醚的方法称为甲醇脱水法， 根据所使用的不同催化剂和 不同的反应条件，甲醇脱水法又可以分为液相法和气相法。 液相法是将甲醇和浓硫酸混合后加热使其脱水， 甲醇在硫酸的作用下首先生 成硫酸氢甲酯，再生成二甲醚。该方法的优点：反应所需的温度一般较低(130 150 )，转化率却比较高(80%)，选择性也较大，一般大于90%，可以满足间 歇或连续生产，投资比较少，操作起来较为简单；其缺点是：反应设备受腐蚀比 较严重，反应的中间产物CH3HSO4 毒性很大，反应的残液及废水量比较大，对 环境污染较严重，产品的后处理也比较困难。 气相法是在固定床催化反应器中，

26、 让甲醇蒸气通过活性Al2O3 或结晶硅酸铝 或分子筛等固体酸性催化剂，反应器中发生非均相反应，甲醇脱水后得到的混合 物再进行分离提纯，这样就能得到燃料级或着气雾剂级的二甲醚了。这种方法生 产DME的催化剂主要有磷钨酸、CM-3-1、ZSM-5、磷钨酸、固体酸、磷钨酸、 改性高岭土（MK）、氧化铝、阳离子交换树脂等。所用催化剂的基本特征是对 主反应选择性高、呈酸性、副反应较少，并且具有防止二甲醚深度脱水从而生成 烯烃或着析出碳的特征。 合成气直接合成DME。合成气(主要是CO+H2 的混合物)的来源很广泛， 几乎能够从所有的有机能源中获得，比如煤、生物体、天然气、重油提炼后的残 余物等。利用合

27、成气合成DME又有两步法和一步法两种途径。所谓的两步法， 是先让合成气合成甲醇，再使生成的甲醇在催化剂的作用下脱水生成DME。以 前主要使采用硫酸作为反应的催化剂，现在大多采用的是-Al2O3/SiO2制成的 ZSM-5分子筛，其具有优良的性能，选择性也很好，能够制备高纯度的二甲醚。 但是合成甲醇的单程转化率低，所需操作压力较高，能耗也大，成本比较高，所 以这种方法也很少被采用了。一步法是以合成气为生产原料，在甲醇合成和甲醇 脱水的双功能催化剂上直接发生反应生成DME。反应过程中，由于反应之间的 协同效应，甲醇一旦生成，马上就会进行脱水反应转化成二甲醚，这种方法突破 了单纯的甲醇合成过程热力学

28、平衡的限制，增大了反应过程的推动力，从而使得 一步法CO的转化率远高于二步法的CO转化率。一步法具有单程转化率高、流程 短、设备规模小、能耗低、原料易得等优点。一步法工艺的关键在于选择高活性 和高选择性的双功能催化剂。 这种方法所采用的双功能催化剂一般是由两类催化 剂混合而制成的，一类是甲醇合成催化剂，主要是Cu-Zn-Al(O)基催化剂，如德 国BASF 公司的S3-86催化剂、英国ICI的51-3催化剂、美国UCI 的C79-2 催化剂 黄山学院本科毕业论文 9 及国产的C301 等；另一类是甲醇脱水催化剂，主要包括Y 型分子筛、多孔 SiO2-Al2O3、-Al2O3、丝光沸石及HZSM

29、-5 分子筛等。 二氧化碳及生物质合成DME。CO2 是地球上最丰富的碳资源，以CO2 为 原料来合成各种化学品从而实现CO2 的循环利用已经引起了各国研究人员的兴 趣。通过CO2 加氢制取甲醇会受到热力学平衡的限制，人们已经开始关注利用 CO2加氢制取DME。这样就可打破CO2在加氢制取甲醇中的热力学平衡，从而提 高CO2的转化率 611。 综上所述，本设计中采用的是合成气一步法生产二甲醚，主要进行了二甲醚 生产工艺中的后期分离工段的设计。 2.2 二甲醚分离装置流程及其介绍：二甲醚分离装置流程及其介绍： 2.2.1 物料衡算流程图：物料衡算流程图： 2.2.2 工艺流程介绍：工艺流程介绍：

30、 合成气一步法反应后的气体在温度为 265，压力为 1.5MPa，经冷凝器 1 冷凝，冷凝温度为 40，65%二甲醚蒸汽在此被冷凝，甲醇蒸汽也被冷凝。含有 不凝性气体 H2、CO、CO2、CH4和少量的惰性气体以及未被冷凝的二甲醚气体 的未凝气体，经减压至 1.0MPa，进入吸收塔 2 下部，在 1.0 MPa，40下用软水 吸收， 冷凝器1的底流产物粗二甲醚溶液和吸收塔2的底流产物醚水溶液混合后， 一起进入闪蒸罐 3，闪蒸罐的压力为 0.5MPa，温度为 40。闪蒸后的气体送入 吸收塔 2 底部重新进行吸收操作；闪蒸罐 3 底流产物（含有水、甲醇的二甲醚溶 冷却水 软水 精甲 醇 99.8%

31、 的二甲 醚产品 合成气 一步法 反应后 的气体 返回合成单元 1 2 3 4 5 图 1 物料衡算流程图 1 冷凝器； 2吸收塔； 3闪蒸罐； 4二甲醚精馏塔； 5甲醇精馏塔 黄山学院本科毕业论文 10 液） ，在压力为 1.0MPa，温度为 117.35下进入二甲醚精馏塔 4，塔顶产物为精 二甲醚，进入储罐，得到产品；底流产物为粗甲醇溶液。二甲醚精馏塔 4 的压力 为 1.0 MPa，塔顶温度为 45，塔釜温度为 120.43。二甲醚精馏塔 4 的底流产 物粗甲醇溶液在压力为 0.5MPa，温度为 120.43下进入甲醇回收塔 5，其底流 产物为软水，塔侧线产物为精甲醇。高级醇浓集于精馏塔

32、顶部塔板上侧线采出， 进入储罐，作为副产品。甲醇回收塔的压力为 0.5MPa，塔釜温度为 126.41， 塔顶温度为 60.35。吸收塔尾气去变压吸附或膜分离提取有用成份 CO、H2后， 返回二甲醚合成单元做合成原料。 3. 工艺计算工艺计算 3.1 物料衡算物料衡算 3.1.1 冷凝器的物料衡算冷凝器的物料衡算 冷凝过程中的二甲醚的冷凝率为 65%， 则未冷凝的二甲醚气体的摩尔流量为 kmol/h 49.6220.35141.411qDME= 上 ,冷凝器顶部和底部出料组成已知,由此可 通过计算得： 冷凝器顶部出料： hkmol x q q DME DME /18.891 0557 . 0

33、622.49 = 顶 hkmolqH/555.224252 . 0 18.891 2 = hkmolq/324.1521709 . 0 18.891= 惰气 hkmolqCO/033.1161302 . 0 18.891= hkmolqCO/716.13315 . 0 18.891 2 = 未凝气（H2、CO、CO2 等） 冷凝液（粗甲醇溶液） 一步法反应后的气体 冷凝器 图 3-1 冷图凝器物料衡算 黄山学院本科毕业论文 11 hkmolqCH/601.2132397. 018.891 4 = hkmolqDME/622.490478. 018.891= hkmolq OHCH /313 .

34、 0 0004 . 0 18.891 3 = hkmolq OH /0011 . 0 0478 . 0 18.891 2 = 冷凝器底部出料： hkmolqqq/144.784324.1675 1 = 顶底 hkmolqH/446 . 0 0006. 0 . 0144.784 2 = hkmolqCO/268 . 0 0003 . 0 144.784= hkmolqCO/5 . 7 0096 . 0 144.784 2 = hkmolqCH/804 . 0 001 . 0 144.784 4 = hkmolqDME/479.911167 . 0 144.784= hkmolq OHCH /16

35、3.510652 . 0 144.784 3 = hkmolq OH /444.6328065 . 0 144.784 2 = 有以上计算得，冷凝器的物料衡算如表 3-1 所示。 3.1.2 吸收塔的物料衡算吸收塔的物料衡算 根据吸收塔物料衡算列方程组： EBDCA+=+ EDA0243 . 0 7722 . 0 0478 . 0 =+ EBDA0001 . 0 3204 . 0 0078 . 0 252 . 0 +=+ BDA1656 . 0 0068 . 0 1302 . 0 =+ BDA0105 . 0 0003 . 0 1709 . 0 =+ 对闪蒸罐进行二甲醚衡算： 0309 . 0

36、 755.49897722 . 0 0243 . 0 2243 . 0 2 =+DEq 755.4989 2 =+DEq 黄山学院本科毕业论文 12 表 3-1 冷凝器的物料衡算表 单位：kmol/h 组 分 H2 惰气 CO CO2 CH4 DME CH3OH H20 合计 进料 组 成 0.1343 0.0909 0.0694 0.0843 0.128 0.0842 0.0307 0.3781 1 流 量 225.001 152.324 116.301 141.216 214.404 141.141 37.6042 633.461 1675.324 出料 罐顶 组成 0.252 0.170

37、9 0.1302 0.15 0.2397 0.0478 0.0004 0.0011 1 流量 224.555 152.324 116.033 133.716 213.601 49.622 0.313 1.017 891.18 罐底 组成 0.0006 0 0.0003 0.0096 0.001 0.1167 0.0652 0.8065 1 流量 0.446 0 0.268 7.5 0.804 91.479 37.6038 632.444 784.144 黄山学院本科毕业论文 13 联立以上 7 式，解得： hkmolA/18.891=；hkmolB/987.844=；hkmolC/57.401

38、6=； hkmolD/374.18=；hkmolE/294.4075=；hkmolq/144.784 2 = 吸收塔物料衡算结果见表 3-2： C DME: 0 H2：0 CO: 0 惰气：0 A DME ：0.0478 H2：0.252 CO: 0.1302 惰气：0.1709 吸收塔 B DME: 0 H2：0.3204 CO: 0.1656 惰气：0.0105 D DME:0.7722 H2：0.0078 CO:0.0068 惰气：0.0003 E DME:0.0243 H2：0.0001 CO: 0 惰气：0 图 3-2 吸收塔物料衡算计算图例 黄山学院本科毕业论文 14 表 3-2

39、吸收塔的物料衡算表 单位：kmol/h 组分 H2 惰气 CO CO2 CH4 DME CH3OH H20 合计 进料 组成 0.0457 0.0310 0.0236 0.0278 0.0435 0.0122 0.0001 0.8163 1 流量 224.698 152.324 116.158 136.673 213.898 60.132 0.341 4016.57 4920.281 出 料 塔 顶 组成 0.2654 0.1803 0.1372 0.1612 0.2528 0 0 0.0031 1 流量 224.284 152.324 115.922 136.223 213.574 0 0

40、2.66 844.987 塔 釜 组成 0.0001 0 0 0.0001 0.0001 0.0148 0.0001 0.9848 1 流量 0.412 0 0 0.450 0.412 60.132 0.341 4013.547 4075.294 黄山学院本科毕业论文 15 3.1.3 闪蒸罐的物料衡算闪蒸罐的物料衡算 由吸收塔塔釜物料组成以及冷凝器底部流出物料组成联合可计算得出闪蒸 罐的进料组成及流量。 闪蒸罐进料流量： hkmolqDME/141.141479.91132.60=+= hkmolq OHCH /37.94486038 . 7 3341 . 0 3 =+= hkmolq OH

41、 /991.4645444.632547.4013 2 =+= 其他组分含量极少，在此忽略不计。 闪蒸罐罐顶流量： hkmolqDME/718 . 3 7722 . 0 374.18= hkmolq OHCH /028 . 0 0015 . 0 374.18 3 = hkmolq OH /709 . 0 0386 . 0 374.18 2 = hkmolqH/143 . 0 0078 . 0 374.18 2 = hkmolq/006 . 0 0003 . 0 374.18= 惰气 hkmolqCO/125 . 0 0068 . 0 374.18= hkmolq OC /877 . 2 156

42、6 . 0 374.18 2 = hkmolqCH/298 . 0 0162 . 0 374.18 4 = 闪蒸罐罐底流量： hkmolqDME/423.137718 . 3 141.141= hkmolq OHCH /9433.37028 . 0 9461.37 3 = hkmolq OH /991.4645444.632547.4013 2 =+= 闪蒸罐物料衡算结果见表 3-3： 罐底出料 罐顶出料 进料 闪蒸罐 图 3-3 闪蒸罐物料衡算图 黄山学院本科毕业论文 16 表 3-3 闪蒸罐的物料衡算表 单位：kmol/h 组 分 H2 惰气 CO CO2 CH4 DME CH3OH H2

43、0 合计 进料 组 成 5 10855 . 2 6 10198 . 1 5 10496 . 2 4 10745 . 5 5 1095 . 5 2 10362 . 3 3 1029 . 4 9614 . 0 1 流 量 0143 0.006 0.125 2.877 0.298 141.141 37.9448 4645.991 4828.5258 出料 罐顶 组成 0.0078 0.0003 0.0068 0.1566 0.0162 0.7722 0.0015 0.0386 1 流量 0.143 0.006 0.125 2.877 0.298 3.718 0.028 0.709 18.374 罐底

44、 组成 0 0 0 0 0 0.0309 0.0043 0.9648 1 流量 0 0 0 0 0 137.423 37.9433 4645.282 4810.1518 黄山学院本科毕业论文 17 3.1.4 二甲醚精馏塔的物料衡算二甲醚精馏塔的物料衡算 各组分所占的比例： 进料组成 表 3-4 进料各组分所占比例 组分 DME CH3OH H2O 摩尔分数 0.0309 0.0043 0.9648 塔顶组成 表 3-5 塔顶各组分所占比例 组分 DME CH3OH 摩尔分数 0.998 0.002 塔釜组成 表 3-6 塔釜各组分所占比例 组分 DME CH3OH H2O 摩尔分数 5 10

45、14 . 8 0.007819 0.9921 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。 hkmolD/305.137 998 . 0 05.137 = 计算过程 F 二甲醚精馏塔 D W DME:0.998 CH3OH:0.002 图 3 - 4 二甲醚精馏塔物料衡算简图 DME: 5 1014 . 8 H2O:0.9921 CH3OH:0.007891 黄山学院本科毕业论文 18 表 3-7 清晰分割法计算过程 组分 进料 馏出液 釜液 DME 0.309F 0.998D W 5 101 . 8 CH3OH 0.0043F 0.002D 0.00

46、7819W H2O 0.9648F 0 0.9921W F D W 联立： WDF+= WF9921 . 0 9648 . 0 = hkmolD/305.137= 解得： hkmolF/1518.4810= hkmolD/305.137= hkmolW/8468.4672= 二甲醚精馏塔物料衡算结果见表 3-8： 表 3-8 二甲醚精馏塔物料衡算表 单位：kmol/h 组分 DME CH3OH H2O 合计 进料 组成 0.0309 0.0034 0.9648 1 流量 137.423 37.9433 4645.282 4810.1518 塔顶 组成 0.998 0.002 0 1 流量 13

47、7.03 0.275 0 137.305 塔釜 组成 5 101 . 8 0.007819 0.9921 1 流量 0.393 37.9413 4645.282 4672.8468 3.1.5 甲醇精馏塔的物料衡算甲醇精馏塔的物料衡算 计算过程： 表 3-9 甲醇精馏塔的物料衡算计算过程 组分 进料 馏出液 釜液 DME F 5 101 . 8 0.0069D 0 CH3OH 0.007819F 0.9851D 0 H2O 0.9921F 0.008D W F D W 黄山学院本科毕业论文 19 hkmolF/45.4852= 联立： WDF+= WDF+=008 . 0 9921 . 0 h

48、kmolF/45.4852= 联立解得： hkmolF/6164.4683= hkmolD/644.38= hkmolW/973.4644= 甲醇精馏塔物料衡算结果见表 3-10： 表 3-10 甲醇精馏塔物料衡算表 单位：kmol/h 组分 DME CH3OH H2O 合计 进料 组成 5 101 . 8 0.007819 0.9921 1 流量 0.3931 37.9413 4645.282 4683.6164 塔顶 组成 0.0069 0.9851 0.008 1 流量 0.2666 38.0682 0.3092 38.644 塔釜 组成 0 0 1 1 流量 0 0 4644.973 4644.973 由上述计算，进入系统的物质总流量 hkmolq/894.569157.4016324.1675=+= 进 。从系统中出去的物质总流量 hkmolq/77.91.56656164.4683305.137987.844=+= 出 。进入的近似等于出去 的，故系统物料守恒。 D W F 甲醇精馏塔 图