【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)，排得閥數為 150 個。 因此，氣體流經一層浮閥塔板的壓強降所相當的液柱高度為： 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的液柱高度 (2) Lh ：板上液層高度 (3) dh ：液體通過降液管的壓頭損失 不設進口堰，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 ) 負荷性能圖 (1) 精餾段 精餾段負荷性能圖01230 Ls /m3/hVs/m3/h霧沫夾帶上限線液泛線液相負荷上限線漏液線液相負荷下限線操作線 圖 27 精餾段負荷性能圖 由塔板負荷性能圖 27 可以看出： 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 32 ① 在任務規(guī)定的氣液負荷下的操作點 P，處在適宜操作區(qū)內的適中位置。 ③ 按照固定的液氣比，由圖 28 查出以下數據： 塔板的氣相負荷上限： ? ?maxSV = sm/3 塔板的氣相負荷下限： ? ?minSV = sm/3 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 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—— 進料段高度，取 HB—— 塔底空間，假設塔釜有 3 分鐘的貯量，則 )(4252mDLtHLB ???????????? N—— 實際塔板數，前面算出實際板數為 27 塊 S—— 人孔數目，每隔 9 塊塔板設置一個人孔，取人孔兩個 H=+14 +9 +2 ++=(m) 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 34 表 222 浮閥塔工藝設計計算結果 數值及說明 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（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 N，個 160 150 等腰三角形叉排 閥孔氣速 uo,m/s 閥孔動能因數 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 液體在降液在管內停留時間 ? ， S 降液管內清液層高度Hd,m 泛點率 % 氣相負荷上限（ VS） max, sm/3 精餾段：霧沫夾帶控制 提餾段：液相負荷上限線控制 氣相負荷下限（ VS） min, sm/3 泄露控制 操作彈性 2． 35 1． 93 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 35 3 熱量衡算 數據 設基準溫度為 0。 ③ 按照固定的液氣比， 由圖 27 查出以下數據： 塔板的氣相負荷上限： ? ?maxSV = sm/3 塔板的氣相負荷下限： ? ?minSV = sm/3 操作彈性： inm a x ??）（ ）（ SSVV (2) 提餾段 提餾段負荷性能圖012340 Ls/m3/hVs/m3/h霧沫夾帶上限線液泛線液相負荷上限線漏液線液相負荷上限線操作線 圖 28 提餾段負荷性能圖 由塔板負荷性能圖 28 可以看出： ① 在任務規(guī)定的氣液負荷下的操作點 P，處在適宜操 作區(qū)內的適中位置。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。液體力學驗算內容有以下幾項：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。 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 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： uo= 6 . 5 6 1 ( m / s )4 22???? ?? NdVoS ???? vo uF ? 閥孔因數變化不大，仍在 8~11 范圍內 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′ = 根據塔徑和液體的流量，選用弓形降液管，不設進口堰，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 ????? 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 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— 質量分數； Mi— 摩爾質量 (1) 進料組分 表 21 進料各組分所占比例 組分 DME CH3OH H2O 質量分數 摩爾分數 (2) 塔頂組分 表 22 塔頂各組分所占比例 組分 DME CH3OH 質量分數 精餾塔 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 9 摩爾分數 (3) 塔釜組分 表 23 塔釜各組分所占比例 組分 DME CH3OH H2O 質量分數 105 摩爾分數 105 (二 ) 清晰分割 以 DME 為輕關鍵組分， CH3OH 為重關鍵組分， H2O 為非重關鍵組分。 [12] 以下為分離過程中各產物質量分率的數據 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 7 表 12 分離過程中各物質質量分率數據表 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 北京理工大學珠海學院 2020屆本科生畢業(yè)設計 8 2 精餾塔的工藝計算 精餾塔的物料衡算 基礎數據 (一 ) 生產能力： 3 萬噸 /年，一年按 330 天計算，即 7920 小時。二甲醚精餾塔 4 的底流產物粗甲醇溶液 11 進入甲醇回收塔 5，其底流產物為軟水 13，塔側線產物為精甲醇 14。閃蒸后的氣體 9送入吸收塔 2底部；閃蒸罐 3底流產物純醚溶液 10，進入二甲醚精餾塔 4，塔頂產物為精二甲醚 12；底流產物為粗甲醇溶液 11。 Peng 等提出的一步反應后分離二甲醚的改進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的合成氣混合物，回收洗滌后的洗滌液，進行多步處理。 Kohl 等提出氣相產物被吸收劑吸收后送入解吸裝置，部分二甲醚根據要求的純度，從第二精餾塔加入。也可采用從化肥和甲醇生產裝置側線抽得合成氣的方法，適當增加少量氣化能力，或減少甲醇和氨的生產能力 ,用以生產 DME。合成氣法現多采用漿態(tài)床反應器 ,其結構簡單 ,便于移出反應熱 ,易實現恒溫操作。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炭現象，延長了催化劑的使用壽命； 2)CO 轉化率較高； 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 轉化率，但是由于二甲醚合成反應是強放熱反應，反應所產生的熱量無法及時移走，催化劑床層易產生熱點，進而導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生成DME。另外裝置適應性廣，可直接建在甲醇生產廠，也可建在其他公用設施好的非甲醇生產廠。存在的問題：中間產品硫酸氫甲酯毒性較大；設備腐蝕、環(huán)境污染嚴重且產品后處理比較困難。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濟理加合理，在市場更具有競爭力，正在走向工業(yè)化。二甲醚與水、一氧化碳在適當條件下反應可生成乙酸 ,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。國內氣霧劑產品 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氫化合物含量 。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。