【正文】 有效高度的計(jì)算 精餾段有效高度為： 提餾段有效高度為： 在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為： 化學(xué)與化工學(xué)院化工設(shè)計(jì)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(shí)際高度為： Z 總 =+*2+2= 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 溢流裝置計(jì)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(dòng)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(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：Φ =110*5mm 實(shí)際管內(nèi)流速： UR=。 =， Wc= 開孔區(qū)面積計(jì)算 開孔區(qū)面積 aA 按式 22 2 12 sin180a rxA x r x r?????????計(jì)算 其中 化學(xué)與化工學(xué)院化工設(shè)計(jì)大作業(yè) 故 篩孔計(jì)算及排列 本設(shè)計(jì)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(gè) 開孔率為： 氣體通過閥孔的氣速為： 精餾塔接管尺寸計(jì)算 進(jìn)料管的直徑 料液速度可取 s/~ F ? ，取料液速度 ? 。 塔截面積為 實(shí)際空塔氣速為： 精餾塔有效高度的計(jì)算 精餾段有效高度為： 化學(xué)與化工學(xué)院化工設(shè)計(jì)大作業(yè) 提餾段有效高度為： 在進(jìn)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(shí)際高度為： Z 總 =5+*2+2=9m 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 溢流裝置計(jì)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(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行模擬計(jì)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(fù)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(fù)荷隨回流比變化 化學(xué)與化工學(xué)院化工設(shè)計(jì)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(shí)候再沸器和冷凝器的負(fù)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(yīng)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(yīng)后氣體帶走熱量 Q2=(*+*+*)*（ 28025） =反應(yīng)放出熱量 QR=11770*=傳給換熱物質(zhì)的熱量 QC=Q1+QRQ2=化學(xué)與化工學(xué)院化工設(shè)計(jì)大作業(yè) 4 精餾塔 1——二甲醚精餾塔 ASPEN PLUS 模擬計(jì)算 簡(jiǎn)潔計(jì)算模擬結(jié)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?yàn)?O B 2 1? ? ? ?（ 部 分 ） （ 完 全 ）塔 塔 混 合 器 反 應(yīng) 器。 轉(zhuǎn)化率：反應(yīng)為氣相反應(yīng)，甲醇的轉(zhuǎn)化率在 80%。 設(shè)計(jì)規(guī)模和設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)規(guī)模： 100,000 噸 DME/年，按照 300 天開工計(jì)算，產(chǎn)品流量 13,，合 302kmol/h； 設(shè)計(jì)要求：產(chǎn)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(duì)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(duì)催化劑、反應(yīng)壓力要求高，產(chǎn)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(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。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。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 %。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。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(yīng)為： 甲醇合成反應(yīng) 23CO 2 H CH O H 9 0 1 4 k J / m o l ??＝ （ 1） 水煤氣變換反應(yīng) 2 2 2C O H O C O H 4 01 9 kJ / m ol ? ? ? ?（ 2） 甲醇脫水反應(yīng) 3 3 3 22CH O H CH O CH H O 2 31 4 kJ / m ol ? ? ?（ 3） 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)過程中單獨(dú)甲醇合成反應(yīng)有顯著提高。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)。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。我國(guó)二甲醚總生產(chǎn)能力約為 t/a,產(chǎn)量約為 t/a，表 12為我國(guó)二甲醚主要生產(chǎn)廠家及產(chǎn)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(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 HCl 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 。 （ 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。 （ 2）用作制冷劑和發(fā)泡劑 由于 DME的沸點(diǎn)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(fèi)量卻占世界總消費(fèi)量的 1/10,僅次于美國(guó) ,位居世界的第二位 目前世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)都面臨著能源缺乏和環(huán)境保護(hù)的雙重壓力 ,因此為了保持世界經(jīng)濟(jì)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(shù)、生物質(zhì)能開發(fā)技術(shù)、二甲醚 (DME)生產(chǎn)技術(shù)等。目前 ,我國(guó)已經(jīng)探明的石油資源儲(chǔ)存量?jī)H為 22 億多噸 一同時(shí)隨著我國(guó)汽車工業(yè)的快速發(fā)展 ,我國(guó)對(duì)汽油和柴油的需求量也持續(xù)有所上升 ,如果僅僅依靠國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的石油產(chǎn)量 ,將遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家 ,中國(guó)不僅是一個(gè)能源生產(chǎn)大國(guó) ,同時(shí)還是一個(gè)能源的消費(fèi)大國(guó) ,能源的生產(chǎn)量?jī)H次于俄羅斯和美國(guó) ,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(xué)與化工學(xué)院化工設(shè)計(jì)大作業(yè) （ 1）替代氯氟烴作氣霧劑 隨著世界各國(guó)的環(huán)保意識(shí)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。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)?？蓮V泛用于民 用清潔燃料、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃料、醇醚燃料。 目前，全球二甲醚總生產(chǎn)能力約為 21萬(wàn) t/a，產(chǎn)量 1