【正文】 的計算 ...........................................36 精餾塔有效高度的計算 .................................38 塔板主要工藝尺寸的計算 ...................................39 溢流裝置計算 .........................................39 塔板布置 .............................................38 塔板的流體力學(xué)驗算 .......................................40 塔板壓降 .............................................41 液面落差 .............................................41 液沫夾帶 .............................................42 漏液 .................................................42 液泛 .................................................42 塔板負(fù)荷性能圖 ...........................................43 漏液線 ...............................................43 液沫夾帶線 ...........................................43 液相負(fù)荷下限線 .......................................44 液相負(fù)荷上限線 .......................................44 液泛線 ...............................................44 精餾塔接管尺寸計算 .......................................47 塔頂蒸氣出口管的直徑 .................................47 回流管的直徑 .........................................47 進(jìn)料管的直徑 .........................................47 塔底出料管的直徑 .....................................48第 6 章 甲醇精餾塔塔內(nèi)件機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計及校核 .....................49 精餾塔筒體和裙座壁厚計算 .................................49 精餾塔塔的質(zhì)量載荷計算 ...................................49 塔殼和裙座的質(zhì)量 .....................................49 封頭質(zhì)量 .............................................50 裙座質(zhì)量 .............................................50 塔內(nèi)構(gòu)件質(zhì)量 .........................................50 人孔、法蘭、接管與附屬物質(zhì)量 .........................50 保溫材料質(zhì)量 .........................................50 平臺、扶梯質(zhì)量 .......................................50 操作時塔內(nèi)物料質(zhì)量 ...................................50 充水質(zhì)量 .............................................51 地震載荷計算 .............................................51 計算危險截面的地震彎矩 ...............................52 風(fēng)載荷計算 ...............................................52 風(fēng)力計算 .............................................52 風(fēng)彎矩計算 ...........................................53 各種載荷引起的軸向應(yīng)力 ...................................54 計算壓力引起的軸向應(yīng)力 ...............................54 操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力 .............................54 最大彎矩引起的軸向應(yīng)力 ...............................55 筒體和裙座危險截面的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核 .....................55 筒體的強(qiáng)度與穩(wěn)定性校核 ...............................55 裙座的穩(wěn)定性校核 .....................................56 裙座和筒體水壓試驗應(yīng)力校核 ...............................56 筒體水壓試驗應(yīng)力校核 .................................56 裙座水壓試驗應(yīng)力校核 .................................57 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計 ...............................................57 基礎(chǔ)環(huán)尺寸 ...........................................58 基礎(chǔ)環(huán)尺寸的應(yīng)力校核 .................................58 基礎(chǔ)環(huán)厚度 ...........................................59 地腳螺栓計算 .............................................59 地腳螺栓承受的最大拉應(yīng)力 .............................59 地腳螺栓直徑 .........................................60第 7 章 輔助設(shè)備設(shè)計 ...........................................61 儲罐的選擇 ...............................................61 儲罐的計算與選型 .....................................61 泵的選擇 .................................................61 通風(fēng)機(jī)的選擇 .............................................62 通風(fēng)機(jī)的選擇 .........................................62 換熱器的計算 .............................................62 確定換熱器的類型 .....................................62 估算傳熱面積 .........................................63第 8 章 總結(jié)討論 ...............................................67 設(shè)計主要完成任務(wù) .........................................67 設(shè)計過程的評述和有關(guān)問題的討論 ...........................67 參考文獻(xiàn) .....................................................68 附 錄 .......................................................69 致 謝 .......................................................71 第1章 概 述二甲醚(Dimethyl Ether，簡稱 DME)習(xí)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(gòu)體，結(jié)構(gòu)式 CH3—O—CH3，分子量 ，是一種無色、無毒、無致癌性、腐蝕性小的產(chǎn)品。DME 因其良好的理化性質(zhì)而被廣泛地應(yīng)用于化工、日化、醫(yī)藥和制冷等行業(yè)，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(guān)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(huán)保意識日益增強(qiáng)，以前作為氣溶工業(yè)中氣霧劑的氯氟烴正逐步被其他無害物質(zhì)所代替。 （2）用作制冷劑和發(fā)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(fā)特性接近氟氯烴，因此DME作制冷劑非常有前途。國內(nèi)外正在積極開發(fā)它在冰箱、空調(diào)、食品保鮮劑等方面的應(yīng)用，以替代氟里昂。關(guān)于DME作發(fā)泡劑，國外已相繼開發(fā)出利用DME作聚苯乙烯、聚氨基甲酸乙酯、熱塑聚酯泡沫的發(fā)泡劑。發(fā)泡后的產(chǎn)品，孔的大小均勻，柔韌性、耐壓性、抗裂性等性能都有所增強(qiáng)。 （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?yōu)橐后w，在常溫、常壓下為氣態(tài)，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(jīng)成熟。由于它是一種優(yōu)良的清潔能源，已日益受到國內(nèi)外的廣泛重視。在未來十年里，DME作為燃料的應(yīng)用將有難以估量的潛在市場，其應(yīng)用前景十分樂觀?？蓮V泛用于民用清潔燃料、汽車發(fā)動機(jī)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(xué)品及參與多種化學(xué)反應(yīng)：與 SO3反應(yīng)可制得硫酸二甲酯；與 htc 反應(yīng)可合成烷基鹵化物；與苯胺反應(yīng)可合成 N , N 二甲基苯胺；與 CO 反應(yīng)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(yīng)生成乙酸乙烯；氧化羰化制碳酸二甲酯。 與 H2S 反應(yīng)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(jī)硅化合物。目前，全球二甲醚總生產(chǎn)能力約為21萬t/a，產(chǎn)量16萬t/a左右，表11為世界二甲醚主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)量。,，表12為我國二甲醚主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)量。 據(jù)市場調(diào)查國內(nèi)二甲醚需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過供給量，目前國內(nèi)僅氣霧劑一項需求量達(dá)到~ 萬噸/年，而高純度的二甲醚還依賴進(jìn)口。二甲醚市場應(yīng)用前景廣闊，因此對二甲醚的生產(chǎn)工藝進(jìn)行研究很有必要。 設(shè)計依據(jù)本項目基于教科書上的教學(xué)案例，通過研讀大量的關(guān)于 DME 性質(zhì)、用途、生產(chǎn)技術(shù)及市場情況分析的文獻(xiàn)，對生產(chǎn) DME 的工藝過程進(jìn)行設(shè)計的。 技術(shù)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(yè)放大階段。本設(shè)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(yīng)在液相中進(jìn)行，因此叫做液相甲醇脫水法，也稱硫酸法工藝。該工藝生產(chǎn)純度 %的 DME 產(chǎn)品, 用于一些對 DME 純度要求不高的場合。其工藝具有反應(yīng)條件溫和(130～160) ℃、甲醇單程轉(zhuǎn)化率高( 85%) 、可間歇也可連續(xù)生產(chǎn)等特點， 但是存在設(shè)備腐蝕、環(huán)境污染嚴(yán)重、產(chǎn)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(chǎn) DME，并在使用過程中對工藝有所改進(jìn)。 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(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)生產(chǎn) DME 采用固體催化劑催化劑，反應(yīng)溫度 200℃， 甲醇轉(zhuǎn)化率達(dá)到 75%～85%，DME選擇性大于 98%，產(chǎn)品 DME 質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥ %，甲醇制二甲醚的工藝生產(chǎn)過程包括甲醇加熱、蒸發(fā)，甲醇脫水，甲醚冷卻、冷凝及粗醚精餾，該法是目前國內(nèi)外主要的生產(chǎn)方法。 合成氣一步法生產(chǎn)二甲醚 合成氣法制 DME 是在合成甲醇技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，由合成氣經(jīng)漿態(tài)床反應(yīng)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(yīng)為： 甲醇合成反應(yīng) （1）23CO H 9014 kJ/mol??＝水煤氣變換反應(yīng) （2）22 /l?甲醇脫水反應(yīng) （3）332C O 314kJ /ol?在該反應(yīng)體系中，由于甲醇合成反應(yīng)和脫水反應(yīng)同時進(jìn)行，使得甲醇一經(jīng)生成即被轉(zhuǎn)化為 DME，從而打破了甲醇合成反應(yīng)的熱力學(xué)平衡限制，使 CO 轉(zhuǎn)化率比兩步反應(yīng)過程中單獨(dú)甲醇合成反應(yīng)有顯著提高。 由合成氣直接合成 DME，與甲醇?xì)庀嗝撍ㄏ啾龋哂辛鞒潭?、投資省、能耗低等優(yōu)點，而且可獲得較高的單程轉(zhuǎn)化率。合成氣法現(xiàn)多