【正文】 hσ ——與克服液體表面張力的壓降所當(dāng)?shù)囊褐叨?，m； hd－與液體流經(jīng)降液管的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?m； hl－與氣流穿過板上液層的壓降相當(dāng)?shù)囊褐叨?，m；hP－與單板壓降相當(dāng)?shù)囊簩痈叨?m。[13]姚玉英： 《化工原理》[M]，天津科學(xué)技術(shù)出版社，2022 年，第 18 頁。[5] 王震： 《 合成氣一步法合成二甲醚研究》[J]， 《化工時刊》2022 年第 11 期第 21 卷，第 59 頁。通過這次設(shè)計(jì)，使我明白僅僅了解書本上的知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有結(jié)合自己的實(shí)際情況運(yùn)用于實(shí)踐，這樣才能更深地了解和學(xué)習(xí)好知識?！妗鱰 m：熱流體：℃→℃ 冷流體： 30℃←20℃ ?t 小 = t 大 =℃???nnmt??小大 小大傳熱面積 Q=KA△t m，A=Q／K△t m=106／800=208(m 2)查《化工原理》教材 P378 附錄二十八。??實(shí)際流速： )/(? 塔頂蒸汽管近似取精餾段體積流率為塔頂蒸汽體積流率，并取管內(nèi)蒸汽流速 smuD/20?精餾段氣體質(zhì)量流率：10 4kg/h，塔頂蒸汽密度： ，?體積流率： )/(???則塔頂蒸汽管直徑： )()4.()(/12/1 muVdD???取塔頂蒸汽管尺寸為 ?！鍰MEKJ/KmolCH3OHKJ/KmolH2OKJ/kg 18116 37897 24247 15574 35173 23548 冷凝器的熱負(fù)荷以全凝器作為熱量衡算忽略熱損失37 / 53圖 31 冷凝器熱量衡算簡圖Q1：塔頂蒸氣帶出的熱量Q2：塔頂產(chǎn)品帶走的熱量Q3：回流帶入的熱量Q4：冷凝器的熱負(fù)荷根據(jù)能量守衡：Q 1= Q2+ Q3+ Q4則冷凝器的熱負(fù)荷：Q 4= Q1 Q2 Q3(一) Q 1 的計(jì)算 (KJ/h)1065.)(132 )25.(5VHv)(V)(7OCDME OHCDMEi,3 3??????? ??????DPPiP ttt(二) Q 2 的計(jì)算 J/)()...( ΔtC()tΔt 6DPDPDiP, 3??? OHME(三) Q 3 的計(jì)算 KJ/h)()( t()ttCL 6DPDPDiP, 3????????OHCMELL(四) Q 4 的計(jì)算Q4= Q1 Q2 Q3=106=106 (KJ/h) 再沸器的熱負(fù)荷以再沸器作熱量衡算，熱損失為 Qn，估算取 Qn=38 / 53圖 32 再沸器熱量衡算簡圖Q5：再沸器的熱負(fù)荷Q6：下降液體帶入再沸器的熱量Q7：上升蒸汽帶出的熱量Q8：塔底產(chǎn)品帶出的熱量Qn：再沸器的熱損失根據(jù)能量守衡：Q 5+ Q6= Q7+ Q8+ Qn則 Q5=（Q 7+ Q8 Q6）／(一) Q 7 的計(jì)算 ）（ ）KJ/ (15732..986 )()540(5. Hv)Vv)CH)V( V((7 44OODME OHOHCDME, 23 23?? ????? ?????? ??????????DPDPPiWiP tttt(二) Q 8 的計(jì)算 KJ/h)(. (642 )ΔtC(ΔtC()ΔttCW5 WPWPWPiP, 2???????? OHOHDME(三) Q 6 的計(jì)算 J/h)(. (74 )tt()ttL75 WPWPWPiP, 2?????? ?????????OHOHCDMELLL(四) Q 5 的計(jì)算Q5=（Q 7+ Q8 Q6）／=(10 7+107)／ =107（KJ/h ）39 / 53故再沸器的熱負(fù)荷為 107 KJ/h，熱損失為 106 KJ/h 冷卻水消耗量和加熱蒸汽消耗量(一) 冷卻水消耗量冷卻水進(jìn)、出冷凝器的溫度分別為 20℃和 30℃℃15230???t查得 15℃下 CP，水 = KJ/kg②塔板的氣相負(fù)荷上限完全由液相負(fù)荷上限線控制,操作下限由漏液線控制。(一) 塔板壓降氣相通過浮閥塔板的壓強(qiáng)降：(用塔內(nèi)液柱高度表示)?hhlcp??(1) 干板阻力： hc閥全開前（ ）： ou?Locu??閥全開后（ ）： oc?ghLoVc234.聯(lián)立以上兩式，解出臨界孔速 ,得：ocu精餾段： )/( smuvoc ???提餾段： .8(/)4..?voc因?yàn)?uouoc，按閥全開前公式計(jì)算干板阻力：精餾段： (m).. ???Locuh?提餾段： .().2.. ??Loc27 / 53(2) 板上充氣液層阻力： hl 可取充氣系數(shù) ?o?精餾段： )(??提餾段： ????(3) 液體表面張力所造成的阻力： ?h此阻力很小，忽略不計(jì)。(2) 溢流裝置①堰長 lW′24 / 53取堰長 lW′=′,即 lW′==(m)②堰上液層高度 hOW′hOW ′= ，取 E≈132)(1084.?wlLhOW′ = (m))(084.)(.32????hlhOW′，符合要求。(1) 溢流裝置①堰長 lW取堰長 lW=,即 lW==(m)②堰上液層高度 hOWhOW = ，取 E≈132)(hOW = (m))(04.)(. 3232???hlhOW，符合要求。(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》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試差過程見表 27表 27 試差過程 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, ∑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)圖試差過程見表 28表 28 試差過程 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, ∑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)圖試差過程見表 29表 29 試差過程 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, ∑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)數(shù)據(jù)手冊》表 210 密度數(shù)據(jù)表溫度/℃ DME/ kg/m3 CH3OH/ kg/m3 H2O/ kg/m350 60 110 120 407..8 122 經(jīng)插值計(jì)算得表 211 插值計(jì)算后密度數(shù)據(jù)表溫度/℃ DME/ kg/m3 CH3OH/ kg/m3 H2O/ kg/m3 13 / 53 已知各組分在液相、氣相所占的比例，如表 212 所示表 212 各組分所占比例DME CH3OH H2O液相 氣相 液相 氣相 液相 氣相質(zhì)量分?jǐn)?shù) 料 摩爾分?jǐn)?shù) 質(zhì)量分?jǐn)?shù) — —塔頂 摩爾分?jǐn)?shù) — —質(zhì)量分?jǐn)?shù) 105 105 釜 摩爾分?jǐn)?shù) 105 104 (1) 塔頂密度的計(jì)算 ①液相平均密度： 113, ?????OHCDMEiDLxx?? =( kg/m3)②氣相平均密度： OHCHDMEyyiy33??????) g/mk( .7= 35DV, ?TP?(2) 進(jìn)料板密度的計(jì)算①液相平均密度： 1123FL, OHCDMEi xx?????? =(kg/m3).14 / 53②氣相平均密度： OHOHCHDME yMyyiyM2233 ??????? =++= )g/mk (= 35FV, ????TP? (3) 塔釜密度的計(jì)算①液相平均密度： 123WL, OHCDMEi xx?????? = (kg/m3) ???②氣相平均密度： OHOHCHDME yMyyiy 2233 ??????=104++=) g/mk (=. 35WV, ????TP?④精餾段和提餾段密度的計(jì)算精餾段：氣相平均密度： =1／2( + )= 1／2(+)=(kg/m 3)V?FV,D,?液相平均密度： =1／2( + ) =1／2(+)=(kg/m 3)LL,提餾段：氣相平均密度： ′=1／2( + )= 1／2 (+)=(kg/m3)V?FV,?W,液相平均密度： ′=1／2( + ) =1／2 (+)=(kg/m3)LL,(三) 表面張力的計(jì)算查《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊》表 213 表面張力數(shù)據(jù)表溫度/℃ DME/ dyn/cm CH3OH/ dyn/cm H2O/ dyn/cm15 / 5350 60 110 120 130 經(jīng)插值計(jì)算得表 214 插值計(jì)算后表面張力數(shù)據(jù)表溫度/℃ DME/ dyn/cm CH3OH/ dyn/cm H2O/ dyn/cm xxX33??????=++0=(dyn/cm)OHOCHDMEiF xxx233=++=(dyn/cm)OHOCHDMEiW xxxX233??????=105++=(dyn/cm)精餾段：㎝)(dyn/=)(1)(21?FD??精提餾段：)(/ ..)(.0)(????FW提 表 215 工藝條件列表精餾段 提餾段平均密度 氣相 (kg/m3) 液相 液體表面張力(dyn/cm) 液相 16 / 53 塔板數(shù)的確定(一) 最小回流比 Rmin 的確定①相對揮發(fā)度本設(shè)計(jì)以 DME 為輕關(guān)鍵組分 A；CH 3OH 為重關(guān)鍵組分 B；H 2O 為非重關(guān)鍵組分 C；以重關(guān)鍵組分為基準(zhǔn)物，即 =1。甲醇回收塔的壓力為 ，塔釜溫度為 80150℃，塔頂溫度為 4090℃。 [11]6 / 53 二甲醚分離裝置流程圖 11 工藝流程簡圖反應(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。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程得到純度較高的二甲醚產(chǎn)品。三個反應(yīng)相互促進(jìn)，從而提高了 CO 的轉(zhuǎn)化率。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。②甲醇?xì)庀嗝撍ǚ磻?yīng)式：2CH 3OH→CH 3OCH3+H2O甲醇蒸氣通過固體催化劑，氣相脫水生成 DME。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。而且二甲醚對金屬無腐蝕、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