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。将甲醇加热蒸发，甲醇蒸气通过-AL2O3催化剂床层,气相甲醇脱水制得二甲醚。气相法的工艺过程主要由甲醇加热、蒸发、甲醇脱水、二甲醚冷凝与精馏等组成。主要完成以下工作：1） 全过程的物料与能量衡算；2） 通过对ASPENPLUS的学习对精馏系统进行模拟；3）二甲醚精馏塔的选型设计计算；4）二甲醚精馏塔选型的校核；5）通过对塔的设计计算，利用CAD绘制出PID图、PFD图、设备图以与车间布置图。关键词:二甲醚，甲醇，工艺设计，二甲醚精馏精馏塔设计AbstractAs LPG and oil alternative fuel, DME has drawn attentions at present. Physical properties of DME is similar for LPG, and dont produce combustion gas to damage the environment, so, It can be produced largely. Like methane, DME is expected to become 21st century energy sources., DME is prepared by methanol dehydration, namely, synthetic methanol first and then methanol dehydration to dimethyl etherby methanol dehydration. Methanol dehydration to DME is divided into two kinds of liquid phase and gas-phase process. This design uses a process gas of dimethyl ether prepared by dimethyl. Heating methanol to evaporation, methanol vapor through the -AL 2O3 catalyst bed, vapor methanol dehydration to dimethyl etherby. This process is made of methanol process heating, evaporation, dehydration of methanol, dimethyl ether condensation and distillation etc. Completed for the following work: 1) The whole process of the material and energy balance calculation;2) The distillation system is simulated through the study of ASPENPLUS3) Calculation and selection of design DME distillation column;4) Check selection DME distillation column;5) Through the calculation of design of the tower, using CAD to draw PID chart, PFD chart, equipment and workshop layout.Key words: DME, methanol, Process Design, Design of DME fractionating tower目录第1章 文献综述11.1 二甲醚的现状11.1.1 甲醚的市场分析11.1.2 二甲醚行业面临的考验11.2 二甲醚生产技术21.2.1 合成气一步法21.2.2 两步法生产技术31.2.3 二甲醚生产工艺的比较41.3 甲醇气相法制取二甲醚41.3.1 甲醇气相脱水制二甲醚过程热力学分析41.3.2甲醇气相脱水制二甲醚宏观动力学研究91.4 甲醇气相脱水制二甲醚精制分离111.4.1 二甲醚精馏的影响因素的讨论121.4.2 二甲醚精馏塔数学模型与求解131.5 结语14第2章 技术分析152.1 反应原理152.2 反应条件152.3 反应选择性和转化率152.4 催化剂的选择152.5 精馏塔的选择15第3章 物料衡算与能量衡算163.1 反应器163.1.1 物料衡算163.1.2 能量衡算173.2二甲醚精馏塔173.2.1 进料温度的计算173.2.2 二甲醚精馏塔183.3 甲醇精馏塔的衡算223.4 甲醇缓冲罐25第4章 二甲醚精馏塔结构计算264.1精馏塔的工艺条件264.2工艺尺寸的计算304.2.1 气液相负荷与体积流率304.2.2 塔径的计算314.2.3 精馏塔有效高度的计算334.3 塔板主要工艺尺寸的计算334.3.1溢流装置计算334.3.2 弓形降液管宽度Wd和截面积Af344.3.3 降液管底隙高度h0344.4 塔板布置354.4.1 塔板的分块354.4.2 边缘区宽度确定354.4.3 开孔区面积计算354.4.4 筛孔计算与排列354.5 塔板的流体力学验算354.5.1 塔板压降354.5.2 液面落差364.5.3 液沫夹带364.5.4 漏液374.5.5 液泛374.6 塔板负荷性能图384.6.1 漏液线384.6.2 液沫夹带线384.6.3 液相负荷下限线394.6.4 液相负荷上限线394.6.5 液泛线39第5章 辅助设备计算435.1精馏塔接管435.1.1 塔顶蒸气出口管的直径435.1.2 回流管的直径435.1.3 进料管的直径435.1.4 塔底出料管的直径435.1.5 塔釜进气管445.2 人孔445.3 裙座445.3.1 裙座选材445.3.2 裙座的结构455.4封头高度465.4 吊柱475.4.1 吊柱的选型475.4.2 吊柱的结构475.5 精馏塔高度48第6章 二甲醚精馏塔塔件机械强度设计与校核496.1 精馏塔筒体和裙座壁厚计算496.2 精馏塔塔的质量载荷计算496.2.1 塔壳和裙座的质量496.2.2 封头质量506.2.3 裙座质量506.2.4吊住质量506.2.5 塔构件质量506.2.6 人孔、法兰、接管与附属物质量506.2.7 保温材料质量506.2.8 平台、扶梯质量506.2.9 操作时塔物料质量516.2.10 充水质量516.3 地震载荷计算526.4 风载荷计算536.4.1 风力计算536.4.2 风弯矩计算546.5 各种载荷引起的轴向应力556.5.1 计算压力引起的轴向应力556.5.2 操作质量引起的轴向压应力556.5.3 最大弯矩引起的轴向应力566.6 筒体的强度与稳定性校核56第7章 全厂平面布置587.1 全厂平面布置的任务587.2 全厂平面设计的原则587.3 全厂平面布置容587.4 全厂平面布置的特点597.5 全厂平面布置59第8章 总结讨论618.1设计主要完成任务618.2 设计过程的评述和有关问题的讨论61参考文献62附录65致65 / 第1章 文献综述1.1 二甲醚的现状二甲醚又称甲醚，简称DME，分 子 式：CH3OCH3 ,结 构 式：CH3OCH3 。二甲醚在常温常压下是一种无色气体或压缩液体，具有轻微醚香味。相对密度（20）0.666，熔点-141.5，沸点-24.9，室温下蒸气压约为0.5MPa，与石油液化气（LPG）相似。溶于水与醇、乙醚、丙酮、氯仿等多种有机溶剂。易燃，在燃烧时火焰略带光亮，燃烧热（气态）为1455kJ/mol。常温下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。1.1.1 甲醚的市场分析 二甲醚( DME )是一种含氧燃料(34.8% ),无毒性,常温下为气态1,可在5个大气压下液化, 液化后方便储存和运输。 建设部已发布行业产品标准城镇燃气用二甲醚,编号为CJ/T259-2007, 自2008年1月1日起实施。适用于供应城镇居民、商业和工业企业用的城镇燃气用二甲醚。该标准实施表明, 二甲醚作为液化气的替代燃料已具合法身份, 将正式作为替代燃料推广。此外,化工行业二甲醚质量标准也已通过专家委员审查, 该标准适用围:型作为工业原料主要用于气雾剂的推进剂、发泡剂、制冷剂、化工原料等,型主要用于民用燃料、车用燃料与工业燃料的原料。2008年全国二甲醚生产能力约400万t。单套装置产能达10万t的投产较多,省有息县亚洲新能源控股()建成投产两套10万t装置,金鼎化工公司有近20万t产能投运,平煤遂平分厂建成20万t生产线。虽然二甲醚具有优良的燃料性能, 但目前由于车辆使用二甲醚燃料需要更换发动机与进行车型改造2,3, 同时也要受加压储运的限制, 二甲醚车用燃料的推广难度大于甲醇代用汽油。目前的研究进度还达不到大规模产业化的程度。1.1.2 二甲醚行业面临的考验 产能过剩受二甲醚行业高利润吸引,众多产业资本大量涌入二甲醚产业。国产能近几年呈直线上升之势,仅2007年,中国的二甲醚产已在2006年44.5万t基础上爆增394%,达到220万t，2008年达400万t，2009年已跃至700万t。针对部分地区出现的盲目重复建设的苗头, 国家发改委在2006年7月7日发布了关于加强煤化工项目建设管理促进产业健康发展的通知, 其中要求一般不应批准规模在100万t/a以下的二甲醚项目, 这对规二甲醚项目的建设起了一定作用, 也促进了二甲醚行业的产业化和规模化发展。目前二甲醚的主要用途为液化气掺烧,据中国石油和化学工业规划院估计,2007年在国二甲醚的消费结构中, 民用燃料占到了绝对主导地位为94% ,车用燃料仅为2%,其他用途占4%。按照20%的掺烧比例计算,2010年的需求量在390520万t，这意味着许多已建、在建的二甲醚装置将处于闲置状态。1.2 二甲醚生产技术1.2.1 合成气一步法 合成气一步法4的主要特点是: 合成甲醇反应和甲醇脱水反应在一个反应器中完成, 由于反应器中生成的甲醇不断生成二甲醚, 从而提高CO转化率,因此平衡常数大。合成气单程转化率高达40%75%。国外开发合成气一步法代表性的公司有丹麦托普索(气相法)、美国空气产品分司(浆态床)和日本NKK 公司(浆态床)；但都处于中试阶段， 未见过工业化大型生产报道。国一些科研院所也正在进