年产8万吨二甲醚精馏工段及分离塔的设计.doc

8万吨/年二甲醚精馏工段及分离塔的设计

【摘要】本文主要对二甲醚精馏工段进行工艺设计,分离二甲醚、甲醇和水三元体系。二甲醚精馏塔采用筛板塔,塔顶冷凝装置采用全凝器,用来准确控制回流比。塔底采用水蒸汽加热,以提供足够的热量。通过运用化工模拟软件对二甲醚精馏塔进行模拟,分别讨论了回流比、轻组分回收率等参数对二甲醚精馏过程的影响,得出合适的回流比,理论塔板数,最佳进料板位置。由模拟结果进行工艺计算得出塔径,有效塔高,筛孔数,通过筛板塔的流体

力学验算,证明各指标数据均符合标准。同时,设计结果与实际生产情况相符。

【关键词】二甲醚精馏;工艺设计;模拟分析

Abstract :The article mainly designes the process of DME distillation to separate dimethyl ether, methanol and water system. Design of DME distillation column uses sieve. To accurately control the reflux ratio, top condensing unit uses all-condenser. At the bottom of the column,sufficient heat can be provided by steam heating. Sieve is simulated by using ASPEN PLUS chemical industry simulation system.Factors,such as reflux ratio,feeding temperature,light key component recoveries are discussed on the effects of DME distillation to obtain suitable reflux ratio, number of theoretical plates, the best feed location..Column diameter, the effective height of tower, sieve number can be calculated by the simulation results.Checking through the sieve of the fluid dynamics, proves that the index data are in lined with standards.And the results of design conforme to the Actual production.

Keywords: DME Distillation; Process Design ;Simulation

1.引言

二甲醚(Dimethy1 Ether,简称DME)习惯上简称甲醚,为最简单的脂肪醚,分子式C2H6O,是乙醇的同分异构体,分子量46.07,是一种无色、无毒、无致癌性、腐蚀性小的产品。DME因其良好的理化性质而被广泛地应用于化工、日化、医药和制冷等行业,近几年更因其燃烧效果好和污染少而被称为“清洁燃料”, 引起广泛关注。二甲醚主要用于燃料（民用燃料、工业燃料、车用燃料）、气雾剂、制冷剂等方面[1]。

目前合成DME有以下几种方法：（1）液相甲醇脱水法；（2）气相甲醇脱水法；（3）合成气一步法；（4）CO2加氢直接合成；（5）催化蒸馏法[1]。其中前二种方法比较成熟,后三种方法正处于研究和工业放大阶段。本设计采用气相甲醇脱水法。相对液相法,气相法具有操作简单,自动化程度较高,少量废水废气排放,排放物低于国家规定的排放标准,DME选择性和产品质量高等优点。同时该法也是目前国内外生产DME的主要方法[2]。

2.设计方案

2.1原料与设计要求

1.原料

粗二甲醚（组成为二甲醚55wt%,甲醇21wt%,水24wt%）

2.设计规模及要求

设计规模：80,000吨DME/年,一年按330天计算,即7920小时,产品流量10,101kg/h,合计219.25kmol/h。

设计要求：产品DME的纯度：二甲醚≥99.95％。

3.反应原理

反应方程式：2CH3OH CH3OCH3+H2O ℃)=-11770KJ/kmol

2.2设计循环结构

在DME合成反应中,由于甲醇不能完全转化,因此必须对反应后的物流进行分离,使甲醇同其它的组分分离出来,通过循环返回反应器,从而提高反应物的利用率。其循环结构如图2.1所示。

图2.1系统循环结构图

2.3分离流程

由反应器得到的产品为粗二甲醚,对于二甲醚——甲醇——水三组分体系,采用两精馏塔进行分离,主要有两者流程方案,A——二甲醚,B——甲醇,C——水[3]。

COL UMN1

A,B,C

COL UMN2

B,C

B

C

A

16

COL UMN1

COL UMN2

A,B

C B

A

A,B,C

图2.2流程（1）图2.3流程（2）

从上图可以看出,流程（1）是按组分挥发度递减的顺序,流程（2）是按组分挥发度递增的顺序。比较流程方案（1）与（2）可知,方案（2）中组分被冷凝与汽化的总次数较方案（1）的多,因而加热介质与冷却介质耗用量大,即操作费用高,同时,方案（2）的上升蒸汽量比方案（1）的要多,因此所需的塔径大、再沸器与冷凝器的传热面积均较大,即投资费用也较高。所以若从操作与投资费用来考虑,方案（1）优于方案（2）。本设计中,

分离工艺采用流程一。

2.4塔板选型

根据塔内气液接触构件的结构形式,塔设备可以分为板式塔与填料塔两大类。按塔类气液接触方式,有逐级和微分接触式之分[3]。塔型选择基本原则：（1）生产能力大,弹性好；（2）满足工艺要求,分离效率高；（3）运转可靠高,操作、维修、方便；（4）结构简单,加工方便,造价较低；（5）塔压降小。本设计中二甲醚精馏塔选择筛板塔,生产能力大,塔板效率较高,通过流体力学验算,设计符合要求。

3. 物料衡算

3.1二甲醚精馏塔

表3.1二甲醚精馏塔物料衡算表

4.流程模拟与优化

ASPEN PLUS化工模拟软件系统效用齐全、规模庞大,可用于石油化工、气体加工、煤炭、医药、冶金、环境保护、动力、节能、食品加工等许多工业领域,目前已在全世界范围内广泛使用[4]

4.1二甲醚精馏塔简捷模拟[5]

图4.1二甲醚精馏简捷模拟图

二甲醚精馏塔简捷模拟结果见表4.1

表4.1 result summary