【正文】 r, feed location. The main tower in the plate design and calculation of process dimensions derived column diameter, the effective tower, sieve number. Checking through the sieve of fluid mechanics, to prove that the indicator data are in line with standards to ensure the smooth progress of distillation process and to improve efficiency as much as possibleKeywords: DME separate ternary system distillationIII / 53目 錄摘 要.....................................................IABSTRACT................................................II1 緒論..................................................1 概述 .....................................................1 設(shè)計(jì)依據(jù) ...............................................1 設(shè)計(jì)規(guī)模及設(shè)計(jì)要求 .....................................1 產(chǎn)品規(guī)格、性質(zhì)及用途 ...................................1 技術(shù)來(lái)源 ...............................................3 二甲醚分離裝置流程 .......................................62 精餾塔的工藝計(jì)算.......................................8 精餾塔的物料衡算 .........................................8 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) ...............................................8 物料衡算 ...............................................8 精餾塔工藝計(jì)算 ..........................................10 物料衡算 ..............................................10 操作條件的確定 ........................................10 精餾塔設(shè)備計(jì)算 ..........................................12 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) ..............................................12 塔板數(shù)的確定 ..........................................15 精餾塔主要尺寸計(jì)算 ....................................18 塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..........................................21 塔板流體力學(xué)驗(yàn)算 ......................................26 塔板負(fù)荷性能圖 ........................................29 塔高的計(jì)算 ............................................333 熱量衡算..............................................35 數(shù)據(jù) ....................................................35IV / 53 冷凝器的熱負(fù)荷 ..........................................35 再沸器的熱負(fù)荷 ..........................................36 冷卻水消耗量和加熱蒸汽消耗量 ............................384 主要設(shè)備設(shè)計(jì)和選型 ....................................39 接管的設(shè)計(jì) ..............................................39 進(jìn)料管 ................................................39 回流管 ................................................39 釜液出口管 ............................................39 塔頂蒸汽管 ............................................40 加熱蒸汽管 ............................................40 冷凝器的選型 ............................................415 結(jié)論..................................................42參考文獻(xiàn)................................................43附錄....................................................44謝辭....................................................461 / 531 緒論 概述 設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)北京理工大學(xué)珠海學(xué)院下達(dá)的設(shè)計(jì)任務(wù)書，模擬現(xiàn)有的漿態(tài)床一步法二甲醚合成產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，對(duì)二甲醚分離裝置中的精餾工段進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。精餾塔采用浮閥塔，塔頂冷凝裝置采用全凝器，用來(lái)準(zhǔn)確控制回流比；塔底采用水蒸氣蒸汽加熱，以提供足夠的熱量。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)更加合理，在市場(chǎng)更具有競(jìng)爭(zhēng)力，正在走向工業(yè)化。I / 53年產(chǎn) 萬(wàn)噸二甲醚裝置分離精餾工段的設(shè)計(jì)學(xué) 院： 化工與材料學(xué)院化學(xué)工程與工藝吳曉玲 0605211027專 業(yè)： 姓 名： 指導(dǎo)老師： 馮彤英學(xué) 號(hào)： 職 稱： 講師中國(guó)二甲醚的制備主要有甲醇脫水法和合成氣一步法兩種。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)分離中的精餾工序進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，分離二甲醚、甲醇和水三元體系。以保證精餾過(guò)程的順利進(jìn)行并使效率盡可能的提高。二甲醚是一種含氧有機(jī)化合物，溶于水，在大氣中可以降解，屬于環(huán)境友好型物質(zhì)。與空氣混合能形成爆炸性混合物。若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險(xiǎn)。空氣中允許濃度為 400ppm[1]。二甲醚液化氣在室溫下壓力符合現(xiàn)有 LPG 要求,可用現(xiàn)有的 LPG 氣罐集中統(tǒng)一盛裝,儲(chǔ)運(yùn)安全,組成穩(wěn)定,無(wú)殘液,可完全利用?？傊?二甲醚在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用等方面比 LPG 更安全。二甲醚燃料高效率和低污染,可實(shí)現(xiàn)無(wú)煙燃燒,并可降低噪音和減少氮氧化物的排放。而且二甲醚對(duì)金屬無(wú)腐蝕、易液化,特別是水溶性和醇溶性較好,作為氣霧劑具有雙重功能:推進(jìn)劑和溶劑 ,還可降低氣霧劑中乙醇及其它有機(jī)揮發(fā)物的含量,減少對(duì)環(huán)境的污染。二甲醚作烷基化劑,可以用來(lái)合成 N,N二甲基苯胺、硫酸二甲酯、烷基鹵以及二甲基硫醚等。二甲醚與環(huán)氧乙烷反應(yīng),在鹵素金屬化合物和 H3BO3 的催化作用下,在50℃～55℃時(shí)生成乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚的混合物,其主要產(chǎn)物乙二醇二甲醚是重要溶劑和有機(jī)合成的中間體。以下為各種方法的簡(jiǎn)單介紹：(1) 甲醇脫水法①甲醇液相脫水法（硫酸法工藝）反應(yīng)式：CH 3OH+H2SO4→CH 3HSO4+H2OCH3HSO4+CH3OH→CH 3OHCH3+H2O該工藝可生產(chǎn)純度 95％的 DME 產(chǎn)品，用于一些對(duì) DME 純度要求不高的場(chǎng)合。②甲醇?xì)庀嗝撍ǚ磻?yīng)式：2CH 3OH→CH 3OCH3+H2O甲醇蒸氣通過(guò)固體催化劑，氣相脫水生成 DME。但該方法要經(jīng)過(guò)甲醇合成、甲醇精餾、甲醇4 / 53脫水和二甲醚精餾等工藝，流程較長(zhǎng)，因而設(shè)備投資大，產(chǎn)品成本較高，且受甲醇市場(chǎng)波動(dòng)的影響比較大。一步法具有原料易得、流程短、設(shè)備規(guī)模小、能耗低、單程轉(zhuǎn)化率較高、不受甲醇價(jià)格影響等優(yōu)點(diǎn)，而且可以在聯(lián)產(chǎn)甲醇的化肥廠中實(shí)施，利用化肥廠的造氣、凈化、壓縮、合成等全套設(shè)備，將生產(chǎn)甲醇的裝置適當(dāng)改造就可以生產(chǎn)，使得設(shè)備投資費(fèi)用和操作費(fèi)用減少。反應(yīng)過(guò)程中氣一液一固三相的接觸，有利于反應(yīng)速度和時(shí)空產(chǎn)率的提高。三個(gè)反應(yīng)相互促進(jìn)，從而提高了 CO 的轉(zhuǎn)化率。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。開發(fā)中的分離工藝主要采用吸收和精餾等化工單元操作過(guò)程得到純度較高的二甲醚產(chǎn)品。Sosna 等的工藝是液相產(chǎn)物通過(guò)二步精餾，氣相產(chǎn)物與閃蒸氣一起被吸收劑洗滌除去其中的二甲醚，含有二甲醚的吸收劑被送入第一個(gè)精餾塔。 [11]6 / 53 二甲醚分離裝置流程圖 11 工藝流程簡(jiǎn)圖反應(yīng)后的氣體 6 在溫度為 200300℃，壓力為 ，經(jīng)冷凝器 1 冷凝，冷凝溫度為 40℃，大部分二甲醚蒸氣在此被冷凝，甲醇蒸氣也被冷凝。閃蒸罐 3 底流產(chǎn)物純醚溶液 10 進(jìn)入二甲醚精餾塔 4 的溫度為80150℃。甲醇回收塔的壓力為 ，塔釜溫度為 80150℃，塔頂溫度為 4090℃。(三) 計(jì)算基準(zhǔn)（ kg/h）： P=3107247。(2) 安托因公式㏑P is=AB/(T+C) (Pis:：mmHg，T：K)查《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)》表 26 安托因公式數(shù)據(jù)表A B CDME CH3OH H2O DME： ㏑P is，DME =（）CH3OH：㏑P is，CH3OH =（）H2O： ㏑P is，H2O =（） (3) 采用試差法計(jì)算壓力不太高，按完全理想系計(jì)算，K i=㏑P is/P 給定 P Y T設(shè) T Ki=㏑P is/P ∑K ixi 1≤ε yi 結(jié)束 調(diào)整 T N圖 22 試差法結(jié)構(gòu)圖11 / 53試差過(guò)程見表 27表 27 試差過(guò)程 xiPis /mmHg yi=Kixi Pis /mmHg yi=Kixi Pis /mmHg yi=KixiDME 104 104 104 CH3OH 103 103 103 H2O 103 103 103 ∑Kixi 結(jié)果:在 ,即 ℃時(shí), ∑K ixi≈1,故進(jìn)料溫度為 （二）塔頂露點(diǎn)溫度計(jì)算操作壓力：P 總 =1520mmHg 給定 P Y T設(shè) T Ki=㏑P is/P ∑(y i/Ki)1≤ε xi 結(jié)束 調(diào)整 T N圖 23 試差法結(jié)構(gòu)圖試差過(guò)程見表 28表 28 試差過(guò)程 xiPis /mmHg yi=Kixi Pis /mmHg yi=Kixi Pis /mmHg yi=KixiDME 104 104 CH3OH 102 ∑y i/Ki 結(jié)果: 在 ,即 ℃時(shí), ∑y i/Ki≈1,故塔頂溫度為 （三）塔釜泡點(diǎn)溫度計(jì)算操作壓力：P 總 =1520mmHg 給定 P Y T設(shè) T Ki=㏑P is/P ∑K ixi ≤ε yi 結(jié)束 12 / 53調(diào)整 T N圖 24 試差法結(jié)構(gòu)圖試差過(guò)程見表 29表 29 試差過(guò)程 xiPis /mmHg yi=Kixi Pis /mmHg yi= Kixi Pis /mmHg yi= KixiDME 104 104 104 CH3OH 103 103 103 H2O 103 103 103 ∑K ixi 結(jié)果: 在 ,即 ℃時(shí), ∑K ixi≈1,故塔頂溫度為 精餾塔設(shè)備計(jì)算 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(一) 塔壓：1520mmHg 進(jìn)料溫度：T F=塔溫 塔頂溫度：T D= 塔釜溫度：T W=(二) 密度（參考《化工單元設(shè)備的設(shè)計(jì)》 ）查《石油化工基礎(chǔ)