二甲醚工艺流程模拟与优化
2023-09-07 09:09
论文总字数：13053字
摘 要
二甲醚是一种重要的化工产品。本设计结合技术可行性和流程可行性，对年产十万吨二甲醚的工艺进行初步设计。以甲醇为原料，采用ZSM-5分子筛催化剂，经气化脱水反应得到粗二甲醚，随后进行精制得到高纯度产品，并对工艺中未完全反应的甲醇进行了循环回收利用。使用流程模拟软件得到初步计算结果，然后对工艺参数进行调优设计。本设计中一共涉及到两个精馏塔。二甲醚精制塔的最终参数是：理论塔板数为二十二块，回流比为0.521，进料位置为第九块塔板。甲醇回收塔的最终参数是：理论塔板数为二十七块，回流比为1.0，进料位置为第十八块塔板。还进行了塔内件设计和水力学校核，并绘制了相关图纸和表格。关键词：甲醇，二甲醚，工艺设计，流程模拟
Abstract: Dimethyl ether is an important chemical product. This design combines the technical feasibility and process feasibility to preliminarily design the process of producing 100,000 tons of dimethyl ether per year. Crude dimethyl ether was synthesized from methanol by gasification and dehydration reaction using ZSM-5 zeolite catalyst, followed by refinement to obtain high purity product, and recycled methanol which was not completely reacted in the process. Preliminary calculation results are obtained by using process simulation software, and then the process parameters are optimized and designed. Two distillation columns are involved in the design. The final parameters of DME refining tower are: theoretical tray number is 22, reflux ratio is 0.521, feed position is the ninth tray. The final parameters of methanol recovery tower are: theoretical tray number is 27, reflux ratio is 1.0, feed position is the eighteenth tray. The design and hydraulic check of the inner parts of the tower were also carried out, and the relevant drawings and tables were drawn.
Key words: methanol, dimethyl ether, process design
目录
前言 5
1 文献综述 5
1.1 二甲醚简述 5
1.2 原料说明 6
1.3 辅助材料催化剂 7
1.4 二甲醚的主要技术指标 8
2 二甲醚产品的设计规模及产品规格 8
2.1 设计规模 8
2.2 产品规格 8
3 工艺设计 9
3.1 生产方法简述 [6,10] 9
3.2 工艺方案比较[13] 10
3.3 工艺选择 11
3.4 工艺设计说明 11
4 工艺流程模拟及优化 12
4.1 概述 12
4.2 二甲醚分离塔优化 14
4.3 甲醇回收塔T2优化 19
5 二甲醚精馏塔的设计 23
5.1 设计任务 23
5.2 设计过程 25
5.3 设计结果 27
结论 31
参考文献 32
致谢 33
前言
二甲醚是一种常见的醚类化工产品。它与液化石油气在物理特性方面十分的相似。在常温常压下，它是无色气体，但是到了5个标准大气压的环境下就会变成液体。从二十世纪七十年代起，二甲醚开始逐渐被人们所认知，并制成气雾剂使用，以此来取代可以对臭氧层产生破坏的氟里昂。在最近十几年里，各个国家在寻找清洁的车用替代燃料时，发现了二甲醚有着良好的燃烧性能和低污染排放特性。
我国发展二甲醚燃料，可解决以下几方面问题：1）可大幅度减少煤烟型污染，2）可有效减少机动车的排放污染，3）可缓解我国石油资源短缺的压力等等。
因此，本设计以甲醇为原料，设计模拟甲醇催化脱水制二甲醚的工艺路线。利用流程模拟的软件进行全流程的模拟设计及优化。
1 文献综述
1.1 二甲醚简述
1.1.1 二甲醚的性质
表1
物性参数 | 数值 | 物性参数 | 数值 |
名称 | 二甲醚 | 英文名称 | Dimethyl Ether |
分子式 | C2H6O | 结构式 | CH3-O-CH3 |
分子量 | 46.07 | 蒸汽压/MPa（20/℃） | 0.53 |
沸点/℃ | -24.9 | 燃烧热（气态）/KJ/mol | 1455 |
熔点/℃ | -141.5 | 蒸发热/KJ/Kg（24/℃） | 476.4 |
闪点/℃ | -41 | 爆炸极限（空气中） | 3.45-26.7vol% |
密度/kg/L（20/℃） | 0．661 | 临界压力/MPa | 5.32 |
在水中溶解度（24/℃） | 35.3%（wt） | 临界温度/℃ | 128.8 |
化学性质 | 无色，无毒，无致癌性，腐蚀性很小 | ||
1.1.2 二甲醚的主要用途[9]
领域 | 用途 | 主要特点 | 实例 |
传统领域的 应用 | 替代氯氟烃作为气雾剂 | 不污染环境；二甲醚与各种树脂有极高的溶解能力；毒性很微弱；使喷雾产品不易致潮。 | 在西欧各国已经成为民用气溶胶制品的氯氟烃的替代品。 |
用作制冷剂 | 二甲醚的沸点较低，汽化热大，汽化效果好 | 国内外正在积极开发DME在冰箱、空调、食品保鲜剂等方面的应用，以替代氟里昂。 | |
用作发泡剂 | 发泡后的产品，孔的大小均匀，柔韧性、耐压性、抗裂性等性能都有所增强。 | 国外已相继开发出利用DME作聚苯乙烯、聚氨基甲酸乙酯、热塑聚酯泡沫的发泡剂。 | |
作为化学中间体，合成化学品 | 理化性质良好，化学性质稳定。 | 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。 | |
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