【正文】 有效高度的計算 精餾段有效高度為： 提餾段有效高度為： 在進料板上方開一人孔，其高度為： 化學與化工學院化工設計大作業(yè) 故精餾塔的有效高度為： Z=Z 精 +Z 提 += 塔頂及釜液上的汽液分離空間高度均取，裙座取 2m，則精餾塔的實際高度為： Z 總 =+*2+2= 塔板主要工藝尺寸的計算 溢流裝置計算 選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。另一方面隨著操作壓力增加 ,精餾操作所用的蒸汽、冷卻水、動力消耗也增加。取 Ru ? ，則回流管的直徑 則：回流管徑輸送管徑 經圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：Φ =110*5mm 實際管內流速： UR=。 =， Wc= 開孔區(qū)面積計算 開孔區(qū)面積 aA 按式 22 2 12 sin180a rxA x r x r?????????計算 其中 化學與化工學院化工設計大作業(yè) 故 篩孔計算及排列 本設計所處理的物系無腐蝕性，可選用 =3mm? 碳鋼板，取篩孔直徑 0 5mmd ? 篩孔按正三角形排列，取孔中心距 t 為： 篩孔數(shù)目 n 為≈ 2426 個 開孔率為： 氣體通過閥孔的氣速為： 精餾塔接管尺寸計算 進料管的直徑 料液速度可取 s/~ F ? ，取料液速度 ? 。 塔截面積為 實際空塔氣速為： 精餾塔有效高度的計算 精餾段有效高度為： 化學與化工學院化工設計大作業(yè) 提餾段有效高度為： 在進料板上方開一人孔，其高度為： 故精餾塔的有效高度為： Z=Z 精 +Z 提 +=5m 塔頂及釜液上的汽液分離空間高度均取 ，裙座取 2m，則精餾塔的實際高度為： Z 總 =5+*2+2=9m 塔板主要工藝尺寸的計算 溢流裝置計算 選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。精餾高純度 DME 的操作壓力適宜范圍為 ～ 這里采用塔頂冷凝器壓力為 ，塔頂壓力為，塔底壓力為 對該系統(tǒng)進行模擬計算，這樣塔頂溫度為 ℃ ，塔底溫度為 ℃ 。 S e n s i t i vi t y S 1 S u m m a ryV A R Y 1 T 1 P A R A M R R 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 . 0 1 . 1 1 . 2 1 . 3 1 . 4 1 . 5 1 . 6 1 . 7 1 . 8 1 . 9 2 . 0 2 . 1 2 . 2 2 . 3 2 . 4 2 . 5 2 . 6 2 . 7 2 . 8 2 . 9 3 . 010.020.030.040.050.060.070.080.090.0100.0110.0120.0N S T A G E 再沸器熱負荷隨回流比變化 Sen s it iv it y S 1 Su m m ar yVAR Y 1 T 1 PAR AM R RWATT 0. 0 0. 5 1. 0 1. 5 2. 0 2. 5 3. 0 3. 5 4. 0 4. 5 5. 0 5. 5 6. 02.5e+0065.e+0067.5e+0061.e+0071.25e+0071.5e+0071.75e+0072.e+007QR EB 冷凝器冷負荷隨回流比變化 化學與化工學院化工設計大作業(yè) S e n s i t i v i t y S 1 S u m m a r yV A R Y 1 T 1 P A R A M R RWATT 0 . 0 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 2 . 5 3 . 0 3 . 5 4 . 0 4 . 5 5 . 05.e+0061.e+0071.5e+0072.e+007Q C O N D 可以看出，最小回流比取 的時候再沸器和冷凝器的負荷都不大，能量消耗較小，所以取最小回流比取 R= 是合理的。 反應器的熱量衡算 二甲醚（ 1）、甲醇（ 2）、水（ 3） Cp1=（ kg/℃ ） CP2= kJ/（ kg/℃ ） CP3= kJ/（ kg/℃ ） μ1=105pa μ2=105pa μ3=105pa λ1=(m2? k) λ2= w/(m2? k) λ3=(m2? k) 原料氣帶入熱量 Q1=(*+*)*（ 28025） =反應后氣體帶走熱量 Q2=(*+*+*)*（ 28025） =反應放出熱量 QR=11770*=傳給換熱物質的熱量 QC=Q1+QRQ2=化學與化工學院化工設計大作業(yè) 4 精餾塔 1——二甲醚精餾塔 ASPEN PLUS 模擬計算 簡潔計算模擬結果，回流比選擇 ，二甲醚的回收率為 %，甲醇的回收率為 95%。 綜上所述，物料衡算順序為 O B 2 1? ? ? ?（ 部 分 ） （ 完 全 ）塔 塔 混 合 器 反 應 器。 轉化率：反應為氣相反應，甲醇的轉化率在 80%。 設計規(guī)模和設計要求 設計規(guī)模： 100,000 噸 DME/年，按照 300 天開工計算，產品流量 13,，合 302kmol/h； 設計要求：產品 DME：回收率為 ％，純度為 ％； 甲醇：塔頂甲醇含量 ≥99％，塔底廢水中甲醇含量 ≤％。但相對其它兩類方法，目前該方法正處于工業(yè)放大階段，規(guī)模比較小，另外，它對催化劑、反應壓力要求高，產品的分離純度低，二甲醚選擇性低，這都是需要研究解決的問題。催化蒸餾工藝本身是一種比較先進的合成工藝 , 如果改用固體催化劑 , 則其優(yōu)越性能得到較好的發(fā)揮。結果表明 CO2加 H2 制 DME 不僅打破了 CO2 加氫制甲醇反應的熱力學平衡，明顯提高了 CO2 轉化率，而且還抑制了水氣逆轉換反應的進行，提高了 DME 選擇性。日本 Arokawa 報道了在甲醇合成催化劑 (CuO ZnO Al2O3)與固體酸組成的復合型催化劑上 , CO2 加氫制取甲醇和 DME，在 240 ℃， 310 MPa 的條件下 , CO2 轉化率可達到 25 %， DME 選擇性為 55 %。清華大學加大了對漿態(tài)床 DME 合成技術的研究力度，正與企業(yè)合作進行工業(yè)中試研究，在工業(yè)中試成功的基礎上，將建設萬噸級工業(yè)示范裝置。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。其過程的主要反應為： 甲醇合成反應 23CO 2 H CH O H 9 0 1 4 k J / m o l ??＝ （ 1） 水煤氣變換反應 2 2 2C O H O C O H 4 01 9 kJ / m ol ? ? ? ?（ 2） 甲醇脫水反應 3 3 3 22CH O H CH O CH H O 2 31 4 kJ / m ol ? ? ?（ 3） 在該反應體系中，由于甲醇合成反應和脫水反應同時進行，使得甲醇一經生成即被轉化為 DME，從而打破了甲醇合成反應的熱力學平衡限制，使 CO 轉化率比兩步反應過程中單獨甲醇合成反應有顯著提高。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)定的排放標準。該工藝生產純度 %的 DME 產品 , 用于一些對DME 純度要求不高的場合。我國二甲醚總生產能力約為 t/a,產量約為 t/a，表 12為我國二甲醚主要生產廠家及產量。 （ 4）用作化工原料 DME 作為一種重要的化工原料 ,可合成多種化學品及參與多種化學反應：與SO3 反應可制得硫酸二甲酯；與 HCl 反應可合成烷基鹵化物；與苯胺反應可合成 N , N 二甲基苯胺；與 CO 反應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生成乙酸乙烯；氧化羰化制碳酸二甲酯 。 （ 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成熟。 （ 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。能源的消費量卻占世界總消費量的 1/10,僅次于美國 ,位居世界的第二位 目前世界各國經濟的增長都面臨著能源缺乏和環(huán)境保護的雙重壓力 ,因此為了保持世界經濟的持續(xù)性發(fā)展 ,清潔能源與可再生能源的研究與開發(fā)也得到了蓬勃的發(fā)展，如煤液化技術、生物質能開發(fā)技術、二甲醚 (DME)生產技術等。目前 ,我國已經探明的石油資源儲存量僅為 22 億多噸 一同時隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展 ,我國對汽油和柴油的需求量也持續(xù)有所上升 ,如果僅僅依靠國內現(xiàn)有的石油產量 ,將遠遠不能滿足要求作為世界上最大的發(fā)展中國家 ,中國不僅是一個能源生產大國 ,同時還是一個能源的消費大國 ,能源的生產量僅次于俄羅斯和美國 ,位居世界第三位 。 二甲醚物性參數(shù)見下表： 二甲醚的用途 化學與化工學院化工設計大作業(yè) （ 1）替代氯氟烴作氣霧劑 隨著世界各國的環(huán)保意識日益增強，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所代替。發(fā)泡后的產品，孔的大小均勻，柔韌性、耐壓性、抗裂性等性能都有所增強。可廣泛用于民 用清潔燃料、汽車發(fā)動機燃料、醇醚燃料。 目前，全球二甲醚總生產能力約為 21萬 t/a，產量 1