【正文】 浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，精餾段取同一橫排的孔心距 t=，估算相鄰兩排孔中心線距離 t? (m ) ????? NtAat 該塔采用分塊式塔板，而各分塊的支承與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜 采用 87 m m，故采用 t? =65 m m。一般 how 不應(yīng)小于 6mm,以免 液體在堰上分布不均。 按 t=， t′ = (見以下圖 26)，排得閥數(shù)為 150 個。 因此，氣體流經(jīng)一層浮閥塔板的壓強降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹椋? 精餾段： )0 .0 6 4 8 9 ( 3 6 8 mhhh cp ????? ? 提餾段： ) 6696( mhhh cp ???????? ? 單板壓降： 精餾段： 4 7 7 .3 (P a ) ?????? ghp Lpp ? 提餾段： 60 6. 2(P a ) ????????? ghp pp ?? (二 ) 淹塔 為防止淹塔現(xiàn)象的發(fā)生，要求控制降液管中清液層高度 )( WTd HHH ??? ， dLpd hhhH ??? (1) ph ：氣體通過塔板的壓強降所相當(dāng)?shù)囊褐叨? (2) Lh ：板上液層高度 (3) dh ：液體通過降液管的壓頭損失 不設(shè)進(jìn)口堰，按 2)(oWSd hlLh ? 計算： 精餾段： m) 05 543 () 00 00 274 ()( 22 ????? oW Sd hl Lh 提餾段： 0 . 0 5 7 8 0 ( m ))0 . 0 2 3 5 0 3 6 8 (1 5 )(1 5 22 ?????????oWSdhlLh 取 ?? 精餾段： )0 . 2 0 3 0 (0 . 0 5 6 0 8 )()( mhH wT ?????? 0 . 1 3 5 4 (m )0 . 0 0 0 5 5 4 30 . 0 70 . 0 6 4 8 9 ??????? dLpd hhhH 提餾段： )0 .2 1 4 8 (0 .0 2 9 5 4 )()( mhH wT ???????? 47(m ) 696 ??????????? dLpd hhhH 可 見 )( wTd hHH ??? ， )( ?????? wTd hHH 符合防止淹塔的要求。 故 ])(36 00[10 32m in ?WSl LE （ E=1） 則 3600) ()( 23m in wS lL ??? (1) 精餾段： 00 07 ) ()( 23m in ????SL (2) 提餾段： 00 ) ()( 23m in ?????SL (六 ) 負(fù)荷性能圖 (1) 精餾段 精餾段負(fù)荷性能圖01230 Ls /m3/hVs/m3/h霧沫夾帶上限線液泛線液相負(fù)荷上限線漏液線液相負(fù)荷下限線操作線 圖 27 精餾段負(fù)荷性能圖 由塔板負(fù)荷性能圖 27 可以看出： 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計 32 ① 在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點 P，處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置。 ③ 按照固定的液氣比，由圖 28 查出以下數(shù)據(jù)： 塔板的氣相負(fù)荷上限： ? ?maxSV = sm/3 塔板的氣相負(fù)荷下限： ? ?minSV = sm/3 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計 33 操作彈性： inm a x ??）（ ）（ SSVV 塔高的計算 H=HD+(N2S) HT+SHT′ +HF+HB HD—— 塔頂空間，取 HT—— 塔板間距，精餾段 ，取提餾段取 HT′ —— 開有人孔的塔板間距，取 HF—— 進(jìn)料段高度，取 HB—— 塔底空間，假設(shè)塔釜有 3 分鐘的貯量，則 )(4252mDLtHLB ???????????? N—— 實際塔板數(shù)，前面算出實際板數(shù)為 27 塊 S—— 人孔數(shù)目，每隔 9 塊塔板設(shè)置一個人孔，取人孔兩個 H=+14 +9 +2 ++=(m) 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計 34 表 222 浮閥塔工藝設(shè)計計算結(jié)果 數(shù)值及說明 備注 精餾段 提餾段 塔徑 D,m 塔高 m 板間距 HT, m 塔板型式 單溢流弓形降液管 分塊式塔板 塔板數(shù)（層） 12 15 空塔氣速 u， m/s 堰長 lW,m 堰高 hw,m 降液管底隙高度 ho,m 浮閥數(shù) N，個 160 150 等腰三角形叉排 閥孔氣速 uo,m/s 閥孔動能因數(shù) F0 10 臨界閥孔氣速 uoc,m/s 孔心距 t,m 指同一橫排孔心距 排間距 t’ ,m 指相鄰二橫排的中心線距離 單板壓強 P? ， Pa 液體在降液在管內(nèi)停留時間 ? ， S 降液管內(nèi)清液層高度Hd,m 泛點率 % 氣相負(fù)荷上限（ VS） max, sm/3 精餾段：霧沫夾帶控制 提餾段：液相負(fù)荷上限線控制 氣相負(fù)荷下限（ VS） min, sm/3 泄露控制 操作彈性 2． 35 1． 93 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計 35 3 熱量衡算 數(shù)據(jù) 設(shè)基準(zhǔn)溫度為 0。 ③ 按照固定的液氣比， 由圖 27 查出以下數(shù)據(jù)： 塔板的氣相負(fù)荷上限： ? ?maxSV = sm/3 塔板的氣相負(fù)荷下限： ? ?minSV = sm/3 操作彈性： inm a x ??）（ ）（ SSVV (2) 提餾段 提餾段負(fù)荷性能圖012340 Ls/m3/hVs/m3/h霧沫夾帶上限線液泛線液相負(fù)荷上限線漏液線液相負(fù)荷上限線操作線 圖 28 提餾段負(fù)荷性能圖 由塔板負(fù)荷性能圖 28 可以看出： ① 在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點 P，處在適宜操 作區(qū)內(nèi)的適中位置。以上計算出的泛點率均在 80％以下，故可知霧沫夾帶量能夠滿足 )(/)( 氣液 kgkgev ? 的要求。液體力學(xué)驗算內(nèi)容有以下幾項：塔板壓降、液泛、霧沫夾帶、漏液及液面落差等。 ???? ??STfLHA 停留時間 θ′ 5s，故降液管尺寸可用。 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計 23 圖 25 精餾段的閥孔布置圖 按 N=160 重新核算孔速及閥動能因數(shù)： uo= 6 . 5 6 1 ( m / s )4 22???? ?? NdVoS ???? vo uF ? 閥孔因數(shù)變化不大，仍在 8~11 范圍內(nèi) 塔板開孔率： %%100 46 ???ouu (二 ) 提餾段 板間距 HT′ =,取板上液層高度 hL′ = 塔徑 D′ = 根據(jù)塔徑和液體的流量，選用弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰，塔板采用單溢流和分塊式組裝。 ③ 出口堰高 hW hL=hW+hOW，即 0 .0 5 6 0 8 ( m )0 1 3 9 ????? OWLW hhh ④ 降液管底隙高度 ho ho=== (m) ⑤ 弓形降液管寬度 Wd 和面積 Af ??DlW 查《化工原理》下冊，圖 312 得 )( 2mAAA fTf ????? 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計 22 )( mWDW dd ????? ⑥ 液體在液管中停留 時間 θ θ= (s ) ）（ ?CC03 )20 (02 ??????? 。 s mPa∑ ai/Mi 其 中 ai— 質(zhì)量分?jǐn)?shù)； Mi— 摩爾質(zhì)量 (1) 進(jìn)料組分 表 21 進(jìn)料各組分所占比例 組分 DME CH3OH H2O 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 摩爾分?jǐn)?shù) (2) 塔頂組分 表 22 塔頂各組分所占比例 組分 DME CH3OH 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 精餾塔 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計 9 摩爾分?jǐn)?shù) (3) 塔釜組分 表 23 塔釜各組分所占比例 組分 DME CH3OH H2O 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 105 摩爾分?jǐn)?shù) 105 (二 ) 清晰分割 以 DME 為輕關(guān)鍵組分， CH3OH 為重關(guān)鍵組分， H2O 為非重關(guān)鍵組分。 [12] 以下為分離過程中各產(chǎn)物質(zhì)量分率的數(shù)據(jù) 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計 7 表 12 分離過程中各物質(zhì)質(zhì)量分率數(shù)據(jù)表 序號 組分 6 7 8 9 10 11 H2 0 0 惰性氣體 0 0 0 0 CO 0 0 0 CO2 0 0 CH4 0 0 DME 103 CH3OH H2O (續(xù)上表 ) 序號組分 12 13 14 15 16 H2 0 0 0 惰性氣體 0 0 0 CO 0 0 0 CO2 0 0 0 CH4 0 0 0 DME 0 0 CH3OH 0 0 H2O 0 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計 8 2 精餾塔的工藝計算 精餾塔的物料衡算 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) (一 ) 生產(chǎn)能力： 3 萬噸 /年，一年按 330 天計算，即 7920 小時。二甲醚精餾塔 4 的底流產(chǎn)物粗甲醇溶液 11 進(jìn)入甲醇回收塔 5，其底流產(chǎn)物為軟水 13，塔側(cè)線產(chǎn)物為精甲醇 14。閃蒸后的氣體 9送入吸收塔 2底部；閃蒸罐 3底流產(chǎn)物純醚溶液 10，進(jìn)入二甲醚精餾塔 4，塔頂產(chǎn)物為精二甲醚 12；底流產(chǎn)物為粗甲醇溶液 11。 Peng 等提出的一步反應(yīng)后分離二甲醚的改進(jìn)工藝是在洗滌塔中用溶劑洗滌包括二甲醚、甲醇、二氧化碳以及未反應(yīng)的合成氣混合物，回收洗滌后的洗滌液，進(jìn)行多步處理。 Kohl 等提出氣相產(chǎn)物被吸收劑吸收后送入解吸裝置，部分二甲醚根據(jù)要求的純度，從第二精餾塔加入。也可采用從化肥和甲醇生產(chǎn)裝置側(cè)線抽得合成氣的方法，適當(dāng)增加少量氣化能力，或減少甲醇和氨的生產(chǎn)能力 ,用以生產(chǎn) DME。合成氣法現(xiàn)多采用漿態(tài)床反應(yīng)器 ,其結(jié)構(gòu)簡單 ,便于移出反應(yīng)熱 ,易實現(xiàn)恒溫操作。漿態(tài)床工藝存在以下幾方面的優(yōu)點： 1)由于操作溫度較低，明顯降低了甲醇合成催化劑的熱失活及脫水催化劑的結(jié)炭現(xiàn)象，延長了催化劑的使用壽命； 2)CO 轉(zhuǎn)化率較高； 3)可使用貧氫原料氣，因而為煤化工的發(fā)展提供了廣闊的空間。氣相法的優(yōu)點是具有較高的 CO 轉(zhuǎn)化率，但是由于二甲醚合成反應(yīng)是強放熱反應(yīng)，反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量無法及時移走，催化劑床層易產(chǎn)生熱點，進(jìn)而導(dǎo)致催化劑銅晶粒長大，催化劑性能下降。 [5] (2) 一步法直接合成 DME 一步法是以合成氣為原料，在甲醇合成和 甲醇脫水的雙功能催化劑上直接反應(yīng)生成DME。另外裝置適應(yīng)性廣，可直接建在甲醇生產(chǎn)廠，也可建在其他公用設(shè)施好的非甲醇生產(chǎn)廠。存在的問題：中間產(chǎn)品硫酸氫甲酯毒性較大；設(shè)備腐蝕、環(huán)境污染嚴(yán)重且產(chǎn)品后處理比較困難。與傳統(tǒng)的甲醇合成二甲醚相比，一步法合成二甲醚工藝經(jīng)濟(jì)理加合理，在市場更具有競爭力，正在走向工業(yè)化。二甲醚與水、一氧化碳在適當(dāng)條件下反應(yīng)可生成乙酸 ,羰基化后可制得乙酸甲酯 ,同系化后生成乙酸乙酯 ,另外還可用于醋酐的合成。國內(nèi)氣霧劑產(chǎn)品 有 一半用二甲醚作拋射劑。 二甲醚作為氯氟烴的替代物在氣霧劑制品中顯示出其良好性能 :如不污染環(huán)境 ,與各種樹脂和溶劑具有良好的相溶性 ,毒性很微弱 ,可用水或氟制劑作阻燃劑等。 二甲醚液化后還可以直接用作汽車燃料 ,是柴油發(fā)動機的理想替代燃料。二甲醚可按一定比例摻入液化氣中和液化氣一起燃燒 ,可使液化氣燃燒更加完全 ,降低析碳量 ,并降低尾氣中的一氧化碳和碳?xì)浠衔锖?。二甲醚在常溫常壓下為無色無味氣體 ,在一定壓力下為液體 ,其液化氣與 LPG 性能相似 ,貯存于液化氣鋼瓶中的壓力為 Pa,小于LPG 壓力 ( Pa),因而可以代替煤氣、石油液化氣用作民用燃料。濃度為 %（體積）時，吸入 12 分鐘后僅自感不適。接觸空氣或在光照條件下可生成具有潛在爆炸危險性的過氧化物。二甲醚無腐蝕性、無毒，在空氣中長期暴露不會形成過氧化物，燃燒時火焰略帶光亮。