3万吨每年二甲醚毕业设计.doc
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分类号编号
烟台大学
毕业论文
年产3万吨二甲醚的初步工艺设计(三)
PrimaryfortheManufacturingProcessofDimethlether30Kt/a(Ⅲ)
申请学位:
工学学士
院系:
化学化工学院
专业:
化学工程与工艺
班级:
化081-3
学生姓名:
孙晓辉
学号:
200821504329
指导老师:
李天文孙烈刚
2012年06月05日
烟台大学化学化工学院
年产3万吨二甲醚的初步工业设计(三)
姓名:
孙晓辉
导师:
李天文孙烈刚
2012年06月05日
烟台大学化学化工学院
烟台大学毕业论文(设计)任务书
院(系):
化学化工学院
姓名
孙晓辉
学号
200821504329
毕业届别
2012
专业
化学工程与工艺
毕业论文(设计)题目
年产3万吨二甲醚的初步工业设计
指导教师
李天文
学历
博士
职称
教授
所学专业
化学工程
具体要求(主要内容、基本要求、主要参考资料等):
确定以甲醇脱水法作为本设计的工艺生产方法,通过物料衡算和热量衡算来确定设备工艺参数和消耗工艺指标,同时对DME生产过程中的安全注意事项及“三废”治理作了相关说明,对整个装置进行了简单初步评价。
进度安排:
1-3周:
查阅文献资料,写出开题报告。
4-5周:
进行初步的设计计算及选型。
6-14周:
应用Cad画图,做出PID、PFD图。
15-16周:
整理完成设计。
指导教师(签字):
年月日
院(系)意见:
教学院长(主任)(签字):
年月日
备注:
[摘要]作为LPG和石油类的替代燃料,目前二甲醚(DME)倍受注目。
DME是具有与LPG的物理性质相类似的化学品,在燃烧时不会产生破坏环境的气体,能便宜而大量地生产。
与甲烷一样,被期望成为21世纪的能源之一。
目前生产的二甲醚基本上由甲醇脱水制得,即先合成甲醇,然后经甲醇脱水制成二甲醚。
甲醇脱水制二甲醚分为液相法和气相法两种工艺,本设计采用气相法制备二甲醚工艺。
气相法的工艺过程主要由甲醇加热、蒸发、甲醇脱水、二甲醚冷凝及精馏等组成。
设计结果达到了设计课题的要求,完成了二甲醚的生产工工艺的初步设计,完成了物料、热量、设备等的相关计算。
[关键词]二甲醚;甲醇;工艺设计
[Abstract]AsLPGandoilalternativefuel,DMEhasbeendrawnattentionsatpresent.PhysicalpropertiesofDMEissimilarforLPG,anddon’tproducecombustiongastodamagetheenvironment,so,Itcanbeproducedlargely.Likemethane,DMEisexpectedtobecome21stcenturyenergysources.,DMEispreparedbymethanoldehydration,namely,syntheticmethanolfirstandthenmethanoldehydrationtodimethyletherbymethanoldehydration.MethanoldehydrationtoDMEisdividedintotwokindsofliquidphaseandgas-phaseprocess.Thisprocessismadeofmethanolprocessheating,evaporation,dehydrationofmethanol,dimethylethercondensationanddistillationetc.Thedesignresultreachedtherequirementsofthedesignissues,completedtheDMEproductionprocessdesign,finishedmaterials,thermal,etc-relatedcalculations.
[Keywords]dimethylether;methanol;processdesign
目录
前言 1
1文献综述 2
1.1二甲醚概述 2
1.2原料说明 3
1.3二甲醚的性质 3
2DME产品方案及工艺流程介绍 4
2.1产品品种、规格、质量指标及拟建规模 4
2.2生产方法简述 4
2.3工艺流程说明 4
2.4生产工艺特点 5
2.5主要工艺指标 5
3主要塔设备计算及选型 7
3.1汽化塔及其附属设备的计算选型 7
3.2合成塔及其附属设备的计算选型 15
3.3初馏塔及其附属设备的计算选型 19
3.4精馏塔及其附属设备的计算选型 25
3.5回收塔及其附属设备的计算选型 31
4环境保护及三废处理 39
4.1主要污染源及主要污染物 39
4.2设计中采取的环保措施及其简要处理工艺流程 39
4.3装置危险性物料主要物性 40
总结 41
致谢 42
参考文献 43
烟台大学毕业设计
前言
二甲醚又称甲醚、木醚氧,是重要的甲醇下游产品。
二甲醚是醚的同系物,但与用作麻醉剂的乙醚不一样,毒性极低;能溶解各种化学物质;由于其具有易压缩、冷凝、气化及与许多极性或非极性溶剂互溶特性,广泛用于气雾制品喷射剂、氟利昂替代制冷剂、溶剂等,另外也可用于化学品合成,用途比较广泛。
二甲醚作为一种基本化工原料,由于其良好的易压缩、冷凝、汽化特性,使得二甲醚在制药、燃料、农药等化学工业中有许多独特的用途。
如高纯度的二甲醚可代替氟里昂用作气溶胶喷射剂和致冷剂,减少对大气环境的污染和臭氧层的破坏。
由于其良好的水溶性、油溶性,使得其应用范围大大优于丙烷、丁烷等石油化学品。
代替甲醇用作甲醛生产的新原料,可以明显降低甲醛生产成本,在大型甲醛装置中更显示出其优越性。
作为民用燃料气其储运、燃烧安全性,预混气热值和理论燃烧温度等性能指标均优于石油液化气,可作为城市管道煤气的调峰气、液化气掺混气。
也是柴油发动机的理想燃料,与甲醇燃料汽车相比,不存在汽车冷启动问题。
它还是未来制取低碳烯烃的主要原料之一。
由于石油资源短缺、煤炭资源丰富及人们环保意识的增强,二甲醚作为从煤转化成的清洁燃料而日益受到重视,成为近年来国内外竞相开发的性能优越的碳一化工产品。
作为LPG和石油类的替代燃料,二甲醚是具有与LPG的物理性质相类似的化学品,在燃烧时不会产生破坏环境的气体,能便宜而大量地生产。
与甲烷一样,被期望成为21世纪的能源之一。
总之,二甲醚特有的理化性能奠定了其在国际、国内市场上的基础产业地位,可广泛应用于工业、农业、医疗、日常生活等领域。
二甲醚未来主要用于替代汽车燃油、石油液化气、城市煤气等,市场前景极为广阔,是目前国际、国内优先发展的产业。
本设计流程简洁,操作简易,工艺条件温和,而且设备台数较少,设备制作立足于国内现状,可大大降低项目投资。
本次设计共分3部分,设计人主要负责图纸的绘制,设备的选型以及工艺计算有其他两名同学合作共同完成,设计图纸主要包括PID、PFD图。
1文献综述
1.1二甲醚概述
1.1.1二甲醚的发展现状
20世纪70年代,二甲醚取代了氟里昂作为气雾剂使用,减少了臭氧层的破坏。
近几年来,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,作为清洁能源使用。
二甲醚(DME)常温常压下是一种无色低毒的可燃性气体,与液化石油气的性能相似,燃烧废气无毒,可作为清洁燃料使用。
随着石油资源的紧缺及价格上涨,清洁环保理念的深入,作为柴油替代资源的清洁燃料——二甲醚得到大力推广,并逐渐进入了民用燃料市场和汽车燃料市场,二甲醚的合成研究已成为各国科技人员的研究焦点。
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。
1.1.2二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。
第二,DME作为化学中间体,主要用于制造硫酸二甲酯。
第三,DME还是重要的化工原料,可用于许多精细化学品的合成,同时在轻化、制药、燃料、农药等工业中有许多独特的用途。
(2)新近拓展的应用领域
DME可作为新型高效清洁燃料使用。
它作为民用燃料比液化气具有更优良的物理化学性能(如表1.1,表1.2所示)。
①DME的分子结构中没有C-C键,所以燃烧时不产生黑烟,CO与NOx排放量很低,符合洁净燃料的要求;②燃烧性能良好,燃烧废气无毒,完全符合卫生标准;③单一组成,无残液;④在室温下可压缩成液体,可用现有的液化石油气罐盛装,是优良的民用洁净燃料。
表1.1DME液化气与液化石油气性质比较
项目
分子量
压力Mpa
(60℃)
燃烧温度℃
爆炸下限%
理论空气量
预混气热值
KJ/m3
DME
LPG
46.07
56.6
1.35
1.92
2250
2055
3.45
1.7
6.96
11.32
4219
3903
表1.2DME与0#柴油的比较
对比项目
DME
0#柴油
分子量
46.07
190~220
沸点(℃)
-24.9
180~360
十六烷值
55~60
40~50
低热值(kJ/kg)
28840
42500
理论空燃比
9
14.6
氧含量(%)
34.8
—
硫化物
—
有
1.2原料说明
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
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,甲醇密度0.791g/cm3,沸点63.8℃,自燃点385℃~20℃,蒸汽压96.3mmHg。
甲醇不能与脂肪烃类化合物相互溶,但可以和水以及乙醇等许多有机液体互溶。
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
甲醇可进行氧化、酯化、羰基化、胺化、脱水等化学反应。
1.3二甲醚的性质
二甲醚的性质:
二甲醚上一种无色、具有轻微醚香味的气体,具有惰性、无腐蚀性、无致癌性、几乎无毒。
还具有优良的混溶性,能同大多数极性和非极性有机溶剂混溶。
在100ml水中可溶解3.700ml二甲醚气体,且二甲醚易溶于汽油、四氯化碳、丙酮、氯苯和
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