二甲醚工藝設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ...................41 風載荷計算 ...............................................................................................41 風力計算 ............................................................................................41 風彎矩計算 ........................................................................................42 各種載荷引起的軸向應力 .......................................................................43 計算壓力引起的軸向應力 ................................................................43 操作質量引起的軸向壓應力 ............................................................43 最大彎矩引起的軸向應力 ................................................................44 筒體和裙座危險截面的強度與穩定性校核 ...........................................44 筒體的強度與穩定性校核 ................................................................44 裙座的穩定性校核 ............................................................................45 裙座和筒體水壓試驗應力校核 ...............................................................45 筒體水壓試驗應力校核 ....................................................................45 裙座水壓試驗應力校核 ....................................................................46 基礎環設計 ...............................................................................................46 基礎環尺寸 ........................................................................................46 基礎環尺寸的應力校核 ....................................................................47 基礎環厚度 ........................................................................................47 地腳螺栓計算 ...........................................................................................47 地腳螺栓承受的最大拉應力 ............................................................47 地腳螺栓直徑 ....................................................................................487 輔助設備設計 .................................................................................................49 儲罐的選擇 ...............................................................................................49 儲罐的計算與選型 ............................................................................49 泵的選擇 ...................................................................................................49 通風機的選擇 ...........................................................................................50 通風機的選擇 ....................................................................................50 換熱器的計算 ...........................................................................................50 確定換熱器的類型 ............................................................................50 估算傳熱面積 ....................................................................................508 全廠總平面布置 .............................................................................................53 全廠總平面布置的任務 ...........................................................................53 全廠總平面設計的原則 ...........................................................................53 全廠總平面布置內容 ...............................................................................53 全廠平面布置的特點 ...............................................................................53 全廠人員編制 ...........................................................................................539 總結討論 .........................................................................................................55 設計主要完成任務 ....................................................................................55 設計過程的評述和有關問題的討論 .......................................................55參考文獻 ..........................................................................................................56致謝 ..................................................................................................................57附錄 A..............................................................................................................58 1 概 述二甲醚(Dimethyl Ether，簡稱 DME)習慣上簡稱甲醚，為最簡單的脂肪醚，分子式 C2H6O，是乙醇的同分異構體，結構式 CH3—O—CH3，分子量 ，是一種無色、無毒、無致癌性、腐蝕性小的產品。DME 因其良好的理化性質而被廣泛地應用于化工、日化、醫藥和制冷等行業，近幾年更因其燃燒效果好和污染少而被稱為“清潔燃料”，引起廣泛關注。 二甲醚的用途 （1）替代氯氟烴作氣霧劑 [1] 隨著世界各國的環保意識日益增強，以前作為氣溶工業中氣霧劑的氯氟烴正逐步被其他無害物質所代替。 （2）用作制冷劑和發泡劑 由于DME的沸點較低，汽化熱大，汽化效果好，其冷凝和蒸發特性接近氟氯烴，因此DME 作制冷劑非常有前途。國內外正在積極開發它在冰箱、空調、食品保鮮劑等方面的應用，以替代氟里昂。關于DME作發泡劑，國外已相繼開發出利用 DME作聚苯乙烯、聚氨基甲酸乙酯、熱塑聚酯泡沫的發泡劑。發泡后的產品，孔的大小均勻，柔韌性、耐壓性、抗裂性等性能都有所增強。 （3）用作燃料 由于DME具有液化石油氣相似的蒸氣壓，在低壓下 DME變為液體，在常溫、常壓下為氣態，易燃、毒性很低，并且DME的十六烷值 (約55) 高，作為液化石油氣和柴油汽車燃料的代用品條件已經成熟。由于它是一種優良的清潔能源，已日益受到國內外的廣泛重視。在未來十年里，DME作為燃料的應用將有難以估量的潛在市場，其應用前景十分樂觀。可廣泛用于民用清潔燃料、汽車發動機燃料、醇醚燃料。 （4）用作化工原料 DME 作為一種重要的化工原料 ,可合成多種化學品及參與多種化學反應：與 SO3 反應可制得硫酸二甲酯；與 HCl 反應可合成烷基鹵化物；與苯胺反應可合成 N , N 二甲基苯胺；與 CO 反應可羰基合成乙酸甲酯、醋酐，水解后生成乙酸；與合成氣在催化劑存在下反應生成乙酸乙烯；氧化羰化制碳酸二甲酯。 與 H2S 反應制備二甲基硫醚。此外，利用 DME 還可以合成低烯烴、甲醛和有機硅化合物。目前，全球二甲醚總生產能力約為21萬t/a，產量16萬t/a 左右，表11為世界二甲醚主要生產廠家及產量。,，表12為我國二甲醚主要生產廠家及產量。 據市場調查國內二甲醚需求量遠遠超過供給量，~ 萬噸/年，而高純度的二甲醚還依賴進口。二甲醚市場應用前景廣闊，因此對二甲醚的生產工藝進行研究很有必要。 設計依據本項目基于教科書上的教學案例，通過研讀大量的關于 DME 性質、用途、生產技術及市場情況分析的文獻，對生產 DME 的工藝過程進行設計的。 技術來源目前合成 DME 有以下幾種方法：（ 1）液相甲醇脫水法（2）氣相甲醇脫水法（3）合成氣一步法（4）CO 2 加氫直接合成。（5）催化蒸餾法。其中前二種方法比較成熟，后三種方法正處于研究和工業放大階段。本設計采用氣相甲醇脫水法。下面對這幾種方法作以介紹。 液相甲醇脫水法制二甲醚 甲醇脫水制 DME 最早采用硫酸作催化劑，反應在液相中進行，因此叫做液相甲醇脫水法，也稱硫酸法工藝。該工藝生產純度 %的 DME 產品, 用于一些對 DME 純度要求不高的場合。其工藝具有反應條件溫和(130～160) ℃、甲醇單程轉化率高( 85%) 、可間歇也可連續生產等特點， 但是存在設備腐蝕、環境污染嚴重、產品后處理困難等問題，國外已基本廢除此法。中國仍有個別廠家使用該工藝生產 DME，并在使用過程中對工藝有所改進。 氣相甲醇脫水法制二甲醚 氣相甲醇脫水法是甲醇蒸氣通過分子篩催化劑催化脫水制得 DME。該工藝特點是操作簡單，自動化程度較高，少量廢水廢氣排放，排放物低于國家規定的排放標準。該技術生產 DME 采用固體催化劑催化劑，反應溫度 200℃， 甲醇轉化率達到 75%～ 85%，DME 選擇性大于 98%，產品 DME 質量分數≥ %，甲醇制二甲醚的工藝生產過程包括甲醇加熱、蒸發，甲醇脫水，甲醚冷卻、冷凝及粗醚精餾，該法是目前國內外主要的生產方法。 合成氣一步法生產二甲醚 合成氣法制 DME 是在合成甲醇技術的基礎上發展起來的，由合成氣經漿態床反應器一步合成DME，采用具有甲醇合成和甲醇脫水組分的雙功能催化劑。因此，甲醇合成催化劑和甲醇脫水催化劑的比例對 DME 生成速度和選擇性有很大的影響，是其研究重點。其過程的主要反應為： 甲醇合成反應 （1）23CO H 9014 kJ/mol??＝水煤氣變換反應 （2）22 /l?甲醇脫水反應 （3）332CHO HO 314kJ /ol?在該反應體系中，由于甲醇合成反應和脫水反應同時進