【正文】 械強(qiáng)度設(shè)計(jì)及校核 .....................49 精餾塔筒體和裙座壁厚計(jì)算 .................................49 精餾塔塔的質(zhì)量載荷計(jì)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(tái)、扶梯質(zhì)量 .......................................50 操作時(shí)塔內(nèi)物料質(zhì)量 ...................................50 充水質(zhì)量 .............................................51 地震載荷計(jì)算 .............................................51 計(jì)算危險(xiǎn)截面的地震彎矩 ...............................52 風(fēng)載荷計(jì)算 ...............................................52 風(fēng)力計(jì)算 .............................................52 風(fēng)彎矩計(jì)算 ...........................................53 各種載荷引起的軸向應(yīng)力 ...................................54 計(jì)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(xiǎn)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(yàn)應(yīng)力校核 ...............................56 筒體水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核 .................................56 裙座水壓試驗(yàn)應(yīng)力校核 .................................57 基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì) ...............................................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(jì)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(jì) ...........................................61 儲(chǔ)罐的選擇 ...............................................61 儲(chǔ)罐的計(jì)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(jì)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(jì)主要完成任務(wù) .........................................67 設(shè)計(jì)過(guò)程的評(píng)述和有關(guān)問(wèn)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(jiǎn)稱 DME)習(xí)慣上簡(jiǎn)稱甲醚，為最簡(jiǎn)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(wú)色、無(wú)毒、無(wú)致癌性、腐蝕性小的產(chǎn)品。目前生產(chǎn)的二甲醚基本上由甲醇脫水制得，即先合成甲醇，然后經(jīng)甲醇脫水制成二甲醚。三、化工課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：摘要生產(chǎn)流程或方法的確定物料衡算和熱量衡算主要工藝設(shè)備的計(jì)算及選型（包括設(shè)備一覽表）原材料、動(dòng)力消耗定額及消耗量參考文獻(xiàn)致謝四、時(shí)間安排：共設(shè)計(jì)四周，前 2 周收集資料，進(jìn)行工藝流程的設(shè)計(jì)、物料和熱量衡算，后兩周進(jìn)行設(shè)計(jì)說(shuō)明書的撰寫、工藝流程圖和設(shè)備圖的繪制。與我一同完成畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 的同學(xué)對(duì)本課題所做的任何貢獻(xiàn)均已在文中做了明確的說(shuō)明并表示了謝意。若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。五、學(xué)生應(yīng)交出的設(shè)計(jì)文件：課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書一本帶控制點(diǎn)的工藝流程圖一套（要求手工繪制 2圖紙）六、主要參考文獻(xiàn)（資料）： 《化工設(shè)計(jì)》王靜康主編 1995 年版 化學(xué)工業(yè)出版社出版 《化工原理》 （上、下） 2022 年版天津大學(xué)化工原理教研室編 天津科學(xué)技術(shù)出版社出版3． …………專業(yè)班級(jí) 化工工藝 學(xué)生 王歲兵 要求設(shè)計(jì)工作起止日期 2022 年 11 月 25 日 至 2022 年 5 月 5 日 指導(dǎo)教師簽字 日期 教研室主任簽字 日期 系主任批準(zhǔn)簽字 日期 年產(chǎn) 40 萬(wàn)噸二甲醚工藝設(shè)計(jì) 摘 要 作為 LPG 和石油類的替代燃料，目前二甲醚(DME)倍受注目。甲醇脫水制二甲醚分為液相法和氣相法兩種工藝，本設(shè)計(jì)采用氣相法制備二甲醚工藝。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。關(guān)于DME作發(fā)泡劑，國(guó)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。在未來(lái)十年里，DME作為燃料的應(yīng)用將有難以估量的潛在市場(chǎng)，其應(yīng)用前景十分樂(lè)觀。此外，利用 DME 還可以合成低烯烴、甲醛和有機(jī)硅化合物。二甲醚市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊，因此對(duì)二甲醚的生產(chǎn)工藝進(jìn)行研究很有必要。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。該工藝生產(chǎn)純度 %的 DME 產(chǎn)品, 用于一些對(duì) DME 純度要求不高的場(chǎng)合。該工藝特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度較高，少量廢水廢氣排放，排放物低于國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。其過(guò)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(shí)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(guò)程中單獨(dú)甲醇合成反應(yīng)有顯著提高。因此, 漿態(tài)床合成氣法制 DME 具有誘人的前景，將是煤炭潔凈利用的重要途徑之一。清華大學(xué)加大了對(duì)漿態(tài)床 DME 合成技術(shù)的研究力度，正與企業(yè)合作進(jìn)行工業(yè)中試研究，在工業(yè)中試成功的基礎(chǔ)上，將建設(shè)萬(wàn)噸級(jí)工業(yè)示范裝置。日本 Arokawa 報(bào)道了在甲醇合成催化劑(CuO ZnO Al2O3)與固體酸組成的復(fù)合型催化劑上, CO2加氫制取甲醇和 DME，在 240 ℃，310 MPa 的條件下, CO2轉(zhuǎn)化率可達(dá)到 25 %，DME 選擇性為 55 %。結(jié)果表明 CO2加 H2制 DME 不僅打破了 CO2加氫制甲醇反應(yīng)的熱力學(xué)平衡，明顯提高了 CO2轉(zhuǎn)化率，而且還抑制了水氣逆轉(zhuǎn)換反應(yīng)的進(jìn)行，提高了 DME 選擇性。催化蒸餾工藝本身是一種比較先進(jìn)的合成工藝, 如果改用固體催化劑, 則其優(yōu)越性能得到較好的發(fā)揮。由表 1 可以看出，由合成氣一步法制 DME 的生產(chǎn)成本遠(yuǎn)較硫酸法和甲醇脫水法為低，因而具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)性。表 二甲醚各種生產(chǎn)方法技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較方法 硫酸法 氣相轉(zhuǎn)化法 一步合成法催化劑 硫酸 固體酸催化劑 多功能催化劑反應(yīng)溫度/℃ 130160 200400 250300反應(yīng)壓力/MPa 常壓 轉(zhuǎn)化率/％ 90 7585 90二甲醚選擇性/％ 99 99 651000t/a 投資 /萬(wàn)元 280320 400500 700800車間成本（元/噸） 45004800 46004800 34003600二甲醚純度/％ ≤ ≤ 990 原料及產(chǎn)品規(guī)格原料：工業(yè)級(jí)甲醇； 甲醇含量≥％ 水含量≤％； 產(chǎn)品：DME 含量≥％，甲醇含量≤500ppm，水含量≤。在 400℃以下時(shí)，該反應(yīng)過(guò)程為單一、不可逆、無(wú)副產(chǎn)品的反應(yīng)，選擇性為 100%。床層壓力降計(jì)算： 11Re()307()???因 REM1000 屬湍流，則 ???? 498(). ????第4章 甲醚精餾塔結(jié)構(gòu)計(jì)算 甲醚精餾塔的物料衡算及理論板數(shù)本課題涉及三組分精餾，且三組分為互溶體系，故采用清晰分割法，以甲醚為輕關(guān)鍵組分，甲醇為重關(guān)鍵組分，水為重非關(guān)鍵組分。所以塔壓力采用加壓。塔頂操作壓力 PD= 每層塔板壓降 = ?進(jìn)料板壓力 PF=+ 24=?塔底壓力 Pw=+ 62=精餾段平均壓力 Pm=(+) 2=全塔平均壓力 Pm=(+) 2= 操作溫度計(jì)算由汽液相平衡條件，有 ^VLiif?(1,2C)…，若用逸度因子表示 (1))^^ (,exp[]ssLiiVLiiiiiVfpyjfjRT?則 (2)^()ex[]LssViiiijT??其中 (3)00lnlns EiBpACD??二甲醚、甲醇和水的物性數(shù)據(jù)由文獻(xiàn) [4]查的，飽和蒸汽壓計(jì)算式（3）中的系數(shù)見文獻(xiàn) [5]采用狀態(tài)方程活度因子法，有 PR 方程 計(jì)算氣象個(gè)組分的逸度因子，各二元體系的二元相互作用參數(shù) k12的值見表 3；利用 NRTL 方程計(jì)算液相活度因子，進(jìn)行汽液平衡數(shù)據(jù)的熱力學(xué)計(jì)算。 ?39。s014239。 降液管底隙高度 h0039。選用凹形受液盤，深度 。20mD? 邊緣區(qū)寬度確定取 Ws=W =， Wc=39。Ve 漏液對(duì)篩板塔，漏液點(diǎn)氣速 可由下式計(jì)算，即0,minu0,min04.(.)/LVuCh????? 720632619205..)./??? 91/s.實(shí)際孔速 0058,minuu?穩(wěn)定系數(shù)為： 02159,.?故在本設(shè)計(jì)中無(wú)明顯液漏。由式得owh2/????????取 E=1，則 ,min28436Ls???????據(jù)此可作出與氣體流量無(wú)關(guān)的垂直液相負(fù)荷下限線（3）