3万吨每年二甲醚毕业设计.doc

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)
Primary for the Manufacturing Process of Dimethl ether 30Kt/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]As LPG and oil alternative fuel, DME has been drawn attentions at present. Physical properties of DME is similar for LPG, and don’t 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 process is made of methanol process heating, evaporation, dehydration of methanol, dimethyl ether condensation and distillation etc. The design result reached the requirements of the design issues, completed the DME production process design, finished materials, thermal, etc-related calculations.

[Keywords]dimethyl ether；methanol；process design

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
2 DME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1.1 DME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1.2 DME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、氯苯和乙酸甲酯等多种有机溶剂，加入少量助剂后就可与水以任意比互溶。其燃烧时火焰略带亮光。* L' X, k4 D! _! o9 {

2 DME产品方案及工艺流程介绍
2.1产品品种、规格、质量指标及拟建规模
产品品种： 二甲醚
拟建规模： 3万吨/年
年操作日： 300天
2.2生产方法简述
二甲醚的生产方法主要有一步法和二步法两种。
一步法以合成气(CO+H2)为原料，在甲醇合成以及甲醇脱水的复合催化剂上直接合成二甲醚，再提纯得到二甲醚产品。
二步法是以合成气制得甲醇，然后甲醇在固体催化剂作用下脱水制得二甲醚，所用催化剂选择性高，特别适用于高纯度二甲醚生产。
（一）甲醇脱水制二甲醚

<100℃时，
<100℃时，
该过程具有反应温度低、转化率高(>80%)、选择性好(99%)等优点，但也存在设备腐蚀严重、釜残液及废水污染环境、催化剂毒性大等缺点，因此选择该工艺可能性较小。
（二） 合成气直接合成二甲醚
传统的DME生产方法，一直采用两个截然不同的步骤。即甲醇的合成与甲醇脱水。为了开发操作简单、成本低而又可连续生产DME的新方法，人们曾用合成气直接制取二甲醚。主要反应构成如下:

2.3工艺流程说明
(1)原料甲醇直接采用市售质量分数为90%的甲醇经汽化提纯后合成二甲醚。
甲醇汽化
合成塔
（甲醇气相脱水）
冷凝、
气液分离
初馏塔
原料甲醇
气相甲醇

釜残液
DME精馏塔
釜残液 釜残液
回收塔

回收甲醇
产品DME（≥99.9%）
图2.1二甲醚生产工艺流程方框图

(2)反应
在DME合成反应器中产生的反应如下所示:
，该反应为放热反应。
(3)合成气冷却
反应器出口气中含有DME，它在进出气换热器中通过工艺气体冷却，接着在甲醇蒸馏塔底部通过蒸馏塔换热器的工艺液体冷却，然后在二甲醚精馏塔冷却器中用冷却水冷却，最后出口气在冷凝器中大部分冷凝后被送至二甲醚精馏塔。
(4)二甲醚精馏
冷却后得到的二甲醚液体被送入二甲醚精馏塔，在DME精馏塔中DME与甲醇和水分开，二甲醚产品从精馏塔顶部回收，而甲醇和水一起从塔底去除，并为原料甲醇提供预热热源。含有DME的顶部气体在塔顶冷凝器中被大部分冷凝下来，送入塔顶回流罐中，在塔顶冷凝器中未冷凝的气相作为燃料被放掉。在塔顶回流罐中的液体一部分成为精馏塔回流液，而另一部分成为DME产品，产品被送出界区贮存。
2.4生产工艺特点
本工艺装置的主要工艺特点是流程简洁，工艺条件温和，装置内热能利用较好，操作简易方便。
本装置设备台数较少，设备制作充分立足于国内现状，所有设备均能在国内制造而不需进口，项目投资大为降低。
2.5主要工艺指标
2.5.1 二甲醚产品指标
表2.1 产品二甲醚产品指标
序号
组分
纯度
备注
1
2
3
4
二甲醚
甲醇
水分
C3以下烃类
≥99.9%
≤0.5
≤0.3
≤0.3

塔设备指标如下：
汽化塔：原料甲醇纯度90%（质量分数，下同），塔顶甲醇气体纯度≥99%，釜液甲醇含量≤0.5%；
合成塔：转化率≥80%，选择性≥99.9%；
初馏塔：塔顶二甲醚纯度≥95%，釜液二甲醚含量≤0.5%；
精馏塔：塔顶二甲醚纯度≥99.9%，釜液二甲醚含量≤0.5%；
回收塔：塔顶回收甲醇纯度≥98%，废水中甲醇含量≤0.5%

2.5.2 催化剂的使用
本设计DME合成塔采用辐射型固定床反应器，生产用催化剂为沸石型酸性氧化铝分子筛。DME合成塔中发生的化学反应为放热反应。所用沸石型酸性氧化铝分子筛为φ=3mm，L=5～8 mm白色颗粒状，堆积体积密度≤0.7t/m3，具有良好的化学性质及足够的撞击强度与耐磨强度，对于甲醇缩水生成二甲醚的工艺过程，该催化剂的催化活性、选择性、与稳定性均显示出了优异的经济指标，在再生与使用周期上也有较好的表现。工艺设计的该催化剂可使甲醇的一次性转化率≥80﹪，选择性指标接近100﹪。极微量副产物为甲烷、二氧化碳，再生周期≥300日，可反复使用。该型催化剂在制备过程添加少量稀土元素，无有毒重金属组份。因此粉碎或废弃的分子筛可就地填埋或送催化剂配制公司回收处理。本设计产品二甲醚可用作替代燃料或气雾剂等化工原料，目前燃料级二甲醚尚未颁布国家标准，设计产品工艺指标可参照表（2.5）。

3主要塔设备计算及选型
原料甲醇流量的估算：年产DME3万吨，合成转化率为80%（出去各步损失，按78%粗略估算），选择性按100%计算，二甲醚产品纯度为99.9%。结合甲醇脱水反应式可得下式：

3.1 汽化塔及其附属设备的计算选型
3.1.1 物料衡算
已知F′=8247.4829kg/h，xF′=90%，xD′=99%,xW′=0.5%（以上均为质量百分数），

摩尔分率：

进料平均相对分子质量 M平均=83.50%×32.04+16.50%×18.02=29.73kg/kmol
则进料摩尔流量为：

总物料 ； 易挥发组分
带入数据解得：D=235.670kmol/h W=41.743kmol/h
塔顶产品平均相对分子质量 M=32.04×98.24%+18.02×(1-98.24%)=31.79kg/kmol
塔顶产品质量流量 D=235.670×31.79=7491.949kg/h
塔釜产品平均相对分子质量 M=32.04×0.2818%+18.02×(1-0.2818%)=18.06kg/kmol
塔釜产品质量流量 W=41.743×18.06=753.879kg/h
表3.1 物料衡算结果表

单位
进料F
塔顶D
塔釜W
物料
kg/h
kmol/h
8247.4829
277.413
7491.949
235.670
753.879
41.743
组成
质量分率
摩尔分率
90%
83.50%
99%
98.24%
0.5%
0.2818%

表3.2 甲醇-水平衡时的t、x、y数据
平衡
温度t
100
92.9
90.3
88.9
85
81.6
78
76.7
液相
甲醇x
0
5.31
7.67
9.26
13.15
20.83
28.18
33.33
气相
甲醇y
0
28.34
40.01
43.53
54.55
62.73
67.75
69.18
平衡
温度t
73.8
72.7
71.3
70
68
66.9
64.7

液相
甲醇x
46.2
52.92
59.37
68.49
85.62
87.41
100

气相
甲醇y
77.56
79.71
81.83
84.92
89.62
91.94
100

根据汽液平衡表（即x-y-t表），利用内插法求
塔顶温度tLD、tVD

塔釜温度tW

进料液温度tF

回流比的确定：由表3.2的数据绘制x-y图

由图可知进料平衡曲线为不正常平衡曲线，为减小误差，用作图法求最小回流比,由点a（XD,XD）向平衡线作切线，交轴于b（0，20.62），即精馏操作线截距，所以，所以。操作回流比可取为最小回流比的1.1-2.0倍，所以取回流比。

平均相对挥发度α ：
t=92.9℃时
t=66.9℃时

3.1.2 热量衡算
（1）加热介质和冷却剂的选择
常用的加热剂有饱和水蒸气和烟道气。饱和水蒸气是一种应用最广的加热剂，由于饱和水蒸气冷凝时的传热膜系数很高，可以通过改变蒸汽的压力准确地控制加热温度。燃料燃烧所排放的烟道气温度可达100-1000℃，适用于高温加热，缺点是烟道气的比热容及传热膜系数很低，加热温度控制困难。本设计选用1.2Mpa（温度为187.8℃）的饱和水蒸气作为加热介质，水蒸气易获得、清洁、不易腐蚀加热管，不但成本会相应降低，塔结构也不复杂。常用的冷却剂是水和空气，应因地制宜加以选用。受当地气温限制，冷却水一般为10-25℃。本设计选用20℃的冷却水，选升温10℃，即冷却水的出口温度为35℃。
（2）冷凝器的热负荷及冷却介质消耗量
冷凝器的热负荷
其中 ——塔顶上升蒸汽的焓；——塔顶馏出液的焓。

其中 ——甲醇的蒸发潜热；水的蒸发潜热
蒸发潜热与温度的关系： ,其中——对比温度。
表3.3 沸点下蒸发潜热列表

沸点/℃
蒸发潜热/(kcal·kmol-1)
Tc/K
甲醇
水
64.65
100
8430
9729
512.6
647.3

由沃森公式计算塔顶温度下的潜热
65.18℃时，对甲醇:

蒸发潜热:

对水，同理得
蒸发潜热
对于全凝器作热量衡算（忽略热损失），选择泡点回流，因为塔顶甲醇含量很高，与露点相接近，所以
代入数据

冷却剂的消耗量

（3）加热器的热负荷及全塔热量衡算
选用1.2Mpa(187.8℃)饱和水蒸气为加热介质
表3.4 甲醇、水在不同温度下混合的比热容[单位：kcal/(kg.℃)]
甲醇

水

甲醇
水

则有 kcal/h
kcal/h
对全塔进行热量衡算
为了简化计算，以进料焓，即68.25℃时的焓值为基准做热量衡算

塔釜热损失为10%，则η=0.9，则

式中 ——加热器理想热负荷； ——加热器实际热负荷；
——塔顶馏出液带出热量； ——塔底带出热量。
加热蒸汽消耗量 kj/kg (187.6℃,1.2Mpa)

表3.5 热量衡算数据结果列表单位kcal/h
符号
数值 10616061.00 707737.40 0 -17680.99 23626.57 1.18×107 17741.95
3.1.3 理论板数、塔径、填料选择及填料层高度的计算
（1）理论板数的计算
由于本次设计时汽化塔的相对挥发度是变化的，所以不能用简捷法求得，应用图解法。
精馏段操作线方程为 ,截距
连接与q线交于d点，连接与d点，得提馏段操作线，然后由平衡线与操作线可得精馏塔理论板数为30块，提馏段4块，精馏段26块。
（2）填料的选择
填料是填料塔的核心构件，它提供了气液两相相接触传质与传热的表面，与塔内件一起决定了填料塔的性质。目前，填料的开发与应用仍是沿着散装填料与规整填料两个方面进行。
本汽化塔设计选用25×0.8金属拉西环乱堆填料。
（3）塔径设计计算
汽化塔设计的主要依据和条件：
表3.6 不同温度下甲醇和水的密度
物质
密度(kg/m3)
温度/℃
50
60
70
80
90
100
甲醇
水

750
988
741
983
731
978
721
972
713
965
704
958
表3.7查化工工艺设计手册整理得甲醇-水特殊点粘度
物质
粘度（mPa.s）
塔顶65.01℃
塔底99.62℃
进料68.25℃
甲醇
水
0.333
0.435
0.228
0.285
0.310
0.416
塔顶、塔底、进料条件下的流量及物性参数：
表3.8 汽化塔塔顶数据结果表
符号

数值
31.79
31.79
1.146
737.83
0.335
7491.6
表3.9 汽化塔塔底数据结果表
符号

数值
18.02
18.02
0.589
958
0.285
751.2
表3.10 汽化塔进料数据结果表
符号

数值
29.73
30.50
1.09
751.65
0.327
8247.3

精馏段及提馏段的流量及物性参数：
表3.11 精馏段、提馏段数据结果表

精馏段
提馏段
气相平均相对分子质
31.15
24.26
液相平均相对分子质
30.76
23.88
气相密度
1.118
0.84
液相密度
744.74
854.83
气相摩尔流量
1256.12
1210.35
气相质量流量
39128.14
29363.09
液相粘度
0.331
0.306

液相摩尔流量

1020.45

1252.09
液相质量流量
31389.04
29899.91

由气速关联式:

式中 ——干填料因子；——液体粘度，mPa·s；A——250Y型为0.291；
L、G——液体、气体质量流速；、——气体、液体密度；g——重力加速度。
精馏段：=1.118kg/m3 ，=744.74 kg/m3 ，=0.97，=250 ，=0.331 mPa·s，
L=31389.04kg/h，G=39128.14 kg/h ，A=0.022
代入式中求解得 =2.44 m/s
空塔气速 u=0.6=0.6×2.44=1.46m/s, ℃
体积流量
考虑到市场的需求存在波动性, 设计中选取四个塔，则每个塔的体积流量: ,则求得塔径D=1.46m
圆整后：D=1.5m 空塔气速 u=1.38m/s
提馏段：
代入数值得 =3.00m/s
空塔气速u=0.6=1.80 m/s ℃
体积流量
于是 ==2.46

圆整后：D=1.40m, 空塔气速 u=1.60m/s
选取整塔塔径为 D=1.5m。
选取汽化塔的规格为：Ф2700/700×1500,VN=4.8m2 拉西环填料
（4）填料层高度的计算
精馏段：

查化工原理（天大修订版下册[10]）P191得

依经验数据取等板高度HETP=0.5m，则
精馏段总压降
提馏段：

查得
提馏段总压降
全塔填料层总压降
填料总高度
表3.12 填料层高度和压强降计算汇总表
参数
精馏段
提馏段
全塔
压降
总压降/Pa
填料层高度/m
75×9.81
9564.8
13
36×9.81
706.3
2
111×9.81
10271.1
15

3.1.4 汽化塔附属设备的选型计算
（1）甲醇回流冷凝器
选用管壳式冷凝器，被冷凝气体走管间，以便于及时排出冷凝液，采用逆流换热。
取冷凝器传热系数
逆流： T 65.18℃→65.01℃
t 35℃ ← 20℃
△tm = ℃

选取冷凝器规格为：Φ800×4500，冷凝面积F=112.9m2
（2）塔底再沸器
选用U型管加热器，经处理后，放在塔釜内，蒸汽选择1.2MPa（187.8℃）饱和水蒸气，传热系数K=2000W/(m2·℃)
△t=187.8-100=87.8℃ =1.18×107 kcal/h

选用两个塔底再沸器，则每个再沸器的换热面积为：=/2=9.76
选取再沸器的型号为：Ф273×3000，换热面积为F=11.3m2
3.2 合成塔及其附属设备的计算选型
3.2.1 物料衡算
进塔甲醇蒸汽流量 =235.670/4=58.92kmol/h
由反应式 其单程转化率为80%，DME选择性≥99%
则生成二甲醚的出塔流量为
未反应的甲醇出塔流量为
出塔水的流量为
3.2.2 合成塔的选取：
合成塔的尺寸为立式Φ1000×6680，催化剂载量V=1.5m3
3.2.3 热量衡算及附属设备的选型计算
（1）合成反应热的计算：
查天大四版物理化学上册附录得，

反应放热为:
进塔甲醇蒸汽的热量：

其中 ——汽化塔塔顶馏出液带出热量；——甲醇蒸汽由65.01℃加热到240℃所需热量；
0.72——65.01℃时甲醇的比热容，单位kcal/(kg·℃);1.41——240℃时甲醇的比热容；
出塔混合液的热量：损失的热量取反应热的10%
则
根据经验值取混合液体的比热容=11.8kJ/(kg·℃)，则
合成塔的出口温度为
℃
（2）第一热交换器的计算选型：
取出口温度为260.0℃ , 传热系数K=200 W/(m2·℃),
汽化塔塔顶馏出液温度由65.01℃，经第一热交换器后加热至90.0℃，合成塔出塔混合液经第一热交换器后被降温至260.0℃，则

逆流： T 289.98℃→260.0℃
t 90℃ ← 65.01℃

取该条件下混合液体的比热容=11.0kj/(kg·℃)，则交换热量为
则换热面积为：

查文献选取换热器规格为：Φ273×1500，换热面积F=4.7m2
（3）第二热交换器的计算选型：
原料液温度由常温25℃加热到汽化塔进料温度68.25℃，第一热交换器出来的热流体由260℃降至170℃，传热系数取K=200 W/(m2·℃)。
逆流： T 260℃ →170℃
t 68.25℃←25℃

℃
进入第二热交换器的热量：

取该条件下混合液体的比热容=8.5kJ/(kg·℃)，则交换热量为
换热面积
查文献选取换热器规格为: Φ400×1500，换热面积F=12.2 m2
（4）第一冷凝器的计算选型：
热流体进口温度170℃，出口温度100℃；冷凝水的进口温度20℃，出口温度为35℃。
逆流： T 170℃→100℃
t 35℃← 20℃
℃
进入第一冷凝器的热量：

表3.13 沸点下蒸发潜热列表

沸点/℃
蒸发潜热/(KJ/mol)
/K
二甲醚
甲醇
水
-24.9
64.7
100
21.51
35.25
40.73
400.0
512.6
647.3
由沃森公式计算平均温度135℃下的潜热

135℃时，对二甲醚： ，

可以看出不能用沃森公式推算，结合化工工艺手册乙醚在140℃下的蒸发潜热，可估算二甲醚在此温度下的蒸发潜热为=17.50kJ/mol.
135℃时，对水： ,

则，
对甲醇，同理得 = 0.796 ，=0.659
则，
于是混合液的汽化潜热可由下式计算，

取该条件下混合液体的比热容=6.5kJ/(kg·℃)，则交换热量为
换热系数取K=700 W/(m2·℃)，
则换热面积为

查文献得冷凝器的规格为：Φ273×3000，换热面积F=9.7m2
（5）第二冷凝器的计算选型
热流体进口温度100℃，出口温度25℃；冷凝水的进口温度20℃，出口温度为35℃。
逆流： T 100℃→25℃
t 35℃← 20℃
℃
由沃森公式计算平均温度62.5℃下的潜热
=15.536 kJ/mol. ， =35.407 kJ/mol. ， =42.730 kJ/mol.
假设第一冷凝器的冷凝效率为80%，于是混合液的汽化潜热可由下式计算

取该条件下混合液体的比热容=3.6kJ/(kg·℃)，则交换热量为

换热系数取K=800 W/(m2·℃)，
则换热面积为
查文献得冷凝器的规格为Φ273×2000，换热面积F=7.4m2：
3.3 初馏塔及其附属设备的计算选型
本塔设计为二甲醚、甲醇、水三组分的精馏计算，现做简化设计，按二甲醚——甲醇两组分精馏计算，因为水的沸点高于甲醇的沸点，可近似处理将水的流量并到甲醇中按二组分精馏计算设计初馏塔。
进料质量流量
摩尔流量 =58.7
其中二甲醚的质量流量为1056.38，摩尔流量为22.93
甲醇的质量流量为371.02 ，摩尔流量为11.58
水的质量流量为435.90，摩尔流量为24.19
摩尔分率 二甲醚为39.06%，甲醇为19.72%，水为41.22%
质量分率 二甲醚为56.69%，甲醇为19.91%，水为23.39%
操作压力为0.78MPa,二甲醚-甲醇的汽液平衡数据可依据Antoine方程（）计算，所得二甲醚-甲醇的t-x-y数据如下表。
表3.14 二甲醚-甲醇平衡时的t、x、y数据
平衡温度/℃
32.90
40
50
60
70
80
液相DME x/mol %
气相DME y/mol %
100.0

100.0
81.5

99.2
61.6

97.3
46.8

94.3
35.3

89.5
26.4

83.0
平衡温度/℃
90
100
110
120
127.76

液相DME x/mol %
气相DME y/mol %
19.1

73.6
13.1

61.1
7.9

44.2
3.3

21.9
0

0

3.3.1 物料衡算
已知：进料，

二甲醚的摩尔流量为 22.93kmol/h，甲醇的摩尔流量为 11.58kmol/h
二甲醚的摩尔分率为，甲醇的摩尔分率为

根据物料衡算方程解得
采用泡点进料q=1，由汽液平衡数据，用内插法求得进料温度为
℃
此温度下， ；

表3.15 物料衡算结果表
物料
流量（kmol/h）
组成

物料
物流（kmol/h）
进料
塔顶产品D
塔底残液W

58.7
24.54
34.16
0.3906
0.9296
0.003483

精馏段上升蒸汽
提馏段上升蒸汽
精馏段下降液体
提馏段下降液体
114.60
114.60
90.06
148.76
3.3.2 热量衡算
（1）由汽液平衡数据，用内插法可求塔顶温度、塔底温度、泡点温度
=35.6℃ , =126.94℃
注：下标1为DME,下标2为甲醇。
二甲醚的比热容采用摩尔定压方程计算得出（数据来自于化学工程师手册[4]P59），甲醇的比热容查自于化工工艺手册上册[3]2-702
温度下：16.05 kcal/(kmol·℃)=67.20kJ/(kmol·K)，