【正文】 ℃ ) ????t ℃ 則換熱面積為 1 0 0 0 ?????? 查文獻得規(guī)格為： Φ8003000，換熱面積 F= 精餾塔及其附屬設(shè)備的計算選型 操作壓 力為 ，二 甲醚 甲 醇的汽 液平 衡數(shù)據(jù) 可依 據(jù) Antoine 方程（ 0lg / ( )AP A B t C? ? ?）計算，所得二甲醚 甲醇的 txy 數(shù)據(jù)如下表，其中二甲醚、甲醇的 Antoine 方程常數(shù)查自化學工程師手冊 [4]P5 P55。 （ 1）精餾段塔徑計算 由氣速關(guān)聯(lián)式 1 / 81 / 42 3l g LLLu aLAgV?????? ????? ? ? ? ??? ?????????? 式中 Fu —— 泛點空塔氣速， m/s； g—— 重力加速度， 2/ms； 3/a? —— 干填料因子， 1m? ； V? 、 L? —— 氣相、液相密度， 3/kgm ； L? —— 液相粘度， Cp； L、 V—— 液相、氣相流量， kg/h； A—— 常數(shù)，取 ； ? —— 填料空隙率； 33/mm?！?)=(kmol℃ )=(kmol℃ )，則交換熱量為 hkJ tcHQ p / )()100170(? ??????????????? ?換熱系數(shù)取 K=700 W/(m2—— 240℃時甲醇的比熱容； 出塔混合液的熱量：損失的熱量取反應(yīng)熱的 10% 則 hkJ iO / 3 7 5 7 5 7%)101( 6 8 6 4 2 5 1 3 ?????????? 損? 根據(jù)經(jīng)驗值取混合液體的比熱容 pc =(kg （ 3）塔徑設(shè)計計算 汽化塔設(shè)計的主要依據(jù)和條件： 表 不同溫度下甲醇和 水的密度 物質(zhì) 密度 (kg/m3) 溫度 /℃ 50 60 70 80 90 100 甲醇 水 750 988 741 983 731 978 721 972 713 965 704 958 表 查化工工藝設(shè)計手冊整理得甲醇 水特殊點粘度 物質(zhì) 粘度（ ） 塔頂 ℃ 塔底 ℃ 進料 ℃ 甲醇 水 塔頂、塔底、進料條件下的流量及物性參數(shù)： 表 汽化塔塔頂數(shù)據(jù)結(jié)果表 符號 1. LDMkgkmol? 1. VDMkgkmol? ?? ? ? LDmPas?? 1Dkgh?? 數(shù)值 表 汽化塔塔底數(shù)據(jù)結(jié)果表 蘭州交通大學 畢業(yè)設(shè)計 12 符號 1. LWMkgkmol? 1. VWMkgkmol? ? ? ? ? LWmPas?? 1Wkgh?? 數(shù)值 958 表 汽化塔進料數(shù)據(jù)結(jié)果表 符號 1. LFMkgkmol? 1. VFMkgkmol? ?? ? ? LFmPas?? 1Fkgh?? 數(shù)值 精餾段及提餾段的流量及物性參數(shù)： 表 精餾段、提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表 精餾段 提餾段 氣相平均相對分子質(zhì) 1/ ( . )VM kg kmol? 液相平均 相對分子質(zhì) 1/ ( . )LM kg kmol? 氣相密度 3/ ( . )V kgm? ? 液相密度 3/ ( . )L kgm? ? 氣相摩爾流量 1( . )kmolh? 氣相質(zhì)量流量 1( . )kgh? 液相粘度 /.mPas 液相摩爾流量 1/( . )kmolh? 液相質(zhì)量流量 1/( . )kgh? 由氣速關(guān)聯(lián)式 : 1122l g 1 . 7 5f GGLLLu aLAgG????? ? ? ? ???? ? ? ????? ??? ? ? ???? ? ? ??? 式中 2a?—— 干填料因子； L? —— 液體粘度， mPa 水甲 （ VDVDLDVD HxHxII ?????? )1 其中 VH?甲 —— 甲醇的蒸發(fā)潛熱； VH? 水 水的蒸發(fā)潛熱 蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系： 21)11(121 ??TTHH V ????? ,其中 rT —— 對比溫度。 平均相對揮發(fā)度 α ： t=℃ 時 ) 0 0( ) 0 0()1( )1(1 ??? ???? ??? xy xyxy xy BB BA? t=℃時 ) 0 0( ) 0 0()1( )1(2 ??? ???? ??? xy xyxy xy BB BA? 21 ????? ??? 蘭州交通大學 畢業(yè)設(shè)計 9 熱量衡算 （ 1）加熱介質(zhì)和冷卻劑的選擇 常用的加熱劑有飽和水蒸氣和煙道氣。工藝設(shè)計的該催化劑可使甲醇的一次性轉(zhuǎn)化率≥ 80﹪，選擇性指標接近 100﹪。 (4)二甲醚精餾 冷卻后得到的二甲醚液體被送入二甲醚精餾塔，在 DME 精餾塔中 DME 與甲醇和水分開，二甲醚產(chǎn)品從精餾塔頂部回收，而甲醇和水一起從塔底去除，并為原料甲醇提供預(yù)熱熱源。 二步法是以合成氣制得甲醇，然后甲醇在固體催化劑作用下脫水制得二甲醚，所用催化劑選擇性高，特別適用于高純度二甲醚生產(chǎn)。 （ 2） 化學性質(zhì) 甲醇可進行氧化、酯化、羰基化、胺化、脫水等化學反應(yīng)。 （ 2） 新近拓展的應(yīng)用領(lǐng)域 DME 可作為新型高效清潔燃料使用。 蘭州交通大學 畢業(yè)設(shè)計 2 1 文獻綜述 二甲醚簡述 二甲醚的發(fā)展現(xiàn)狀 20 世紀 70 年代，二甲醚取代了氟里昂作為氣霧劑使用，減少了臭氧層的破壞。代替 甲醇 用作甲醛生產(chǎn)的新原料，可以明顯降低甲醛生產(chǎn)成本，在大型甲醛裝置中更顯示出其優(yōu)越性。甲醇脫水制二甲醚分為液相法和氣相法兩種工藝 ， 本設(shè)計采用氣相法制備二甲醚工藝。 進度安排： 13 周：查閱文獻資料，寫出開題報告。 DME 是具有與 LPG 的物理性質(zhì)相類似的 化 學品，在燃燒時不會產(chǎn)生破壞環(huán)境的氣體，能便宜而大量地生產(chǎn)。 二甲醚作為一種基本 化工原料 ，由于其良好的易壓縮、冷凝、汽化特性，使得二甲醚在制藥、 燃 料 、農(nóng)藥等化學工業(yè)中有許多獨特的用途。與甲烷一樣，被期望成為 21 世紀的能源之一。 二甲醚的傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用及其拓展 （ 1） 傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用 第一， 做氣霧劑、制冷劑和發(fā)泡劑 。 （ 1） 物理性質(zhì) 常溫常壓下純甲醇是無色透明，易揮發(fā)、可燃，略帶醇香味的有毒液體， 甲醇密度 ，沸點 ℃，自燃點 385℃ ～ 20℃ ，蒸汽壓 。 * L39。主要反應(yīng)構(gòu)成如下 : OHCHCOH 32 224 ?? OHO C HCHOHCH 23332 ?? 222 HCOOHCO ??? 2332 33 COO C HCHCOH ??? 工藝流程說明 (1)原料甲醇直接采用市售質(zhì)量分數(shù)為 90%的甲醇經(jīng)汽化提純后合成二甲醚。 主要工藝指標 二甲醚產(chǎn)品指標 表 產(chǎn)品二甲醚產(chǎn)品指標 序號 組分 純度 備注 1 2 3 4 二甲醚 甲醇 水分 C3 以下烴類 ≥ % ≤ ≤ ≤ 塔設(shè)備指標如下： 汽化塔：原料甲醇純度 90%（質(zhì)量分數(shù)，下同），塔頂甲醇氣體純度≥ 99%，釜液甲醇含量≤ %； 合成塔：轉(zhuǎn)化率≥ 80%，選擇性≥ %； 初餾塔：塔頂二甲醚純度≥ 95%，釜液二甲醚含量≤ %； 精餾塔：塔頂二甲醚純度≥ %，釜液二甲醚含量≤ %； 回收塔：塔頂回收甲醇純度≥ 98%，廢水中甲醇含量≤ % 蘭州交通大學 畢業(yè)設(shè)計 6 催化劑的使用 本設(shè)計 DME 合成塔采用輻射型固定床反應(yīng)器，生產(chǎn)用催化劑為沸石型酸性氧化鋁分子篩。 3 主要塔設(shè)備計算及選型 原料甲醇流量的估算：年產(chǎn) DME 量為 3 萬噸，合成轉(zhuǎn)化率為 80%（出去各步損失，按 78%粗略估算），選擇性按 100%計算，二甲醚產(chǎn)品純度為 %。受當?shù)貧鉁叵拗?，冷卻水一般為 1025℃ 。 （ 2）填料的選擇 填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣液兩相相接觸傳質(zhì)與傳熱的表面，與塔內(nèi)件一起決定了填料塔的性質(zhì)。 取冷凝器傳熱系數(shù) 2K 70 0 W / m??（ ℃ ） 逆流： T ℃→ ℃ t 35℃ ← 20℃ △ tm = )()()/l n (1212 ????????? ????? tt tttm℃ 1 0 0 4/1 6 2 0 6 1 6 0 6 1 mtKQA C ?? ???? 選取冷凝器規(guī)格為： Φ8004500，冷凝面積 F= （ 2）塔底再沸器 選用 U 型管加熱器，經(jīng)處理后，放在塔釜內(nèi)，蒸汽選擇 （ ℃ ）飽和水蒸氣，傳熱系數(shù) K=20xxW/(m2 逆流： T 260℃ → 170℃ t ℃← 25℃ 6 7251 7 0 6 0ln)251 7 0() 6 0()/l n (1212 ????????? ????? tt tttm℃ 進入第二熱交換器的熱量： hkJtC PC / 1 2 3 6 9 1 4 4 8 3%)101( 3 7 5 7 5 7%)101( ??????????? 取該條件下混合液體的比熱容 pc =(kg 進料質(zhì)量流量 hkgF / ??????? 摩爾流量 F? = hkg/ 其中二甲醚的質(zhì)量流量為 hkg/ ，摩爾流量為 hkmol/ 甲醇的質(zhì)量流量為 hkg/ ，摩爾流量為 hkmol/ 水的質(zhì)量流量為 hkg/ ，摩爾流量為 hkmol/ 摩爾分率 二甲醚為 %，甲醇為 %，水為 % 質(zhì)量分率 二甲醚為 %，甲醇為 %，水為 % 操作壓力為 , 二甲醚 甲 醇 的汽 液 平衡 數(shù) 據(jù) 可依 據(jù) Antoine 方程（ 0lg / ( )AP A B t C? ? ?）計算，所得二甲醚 甲醇的 txy數(shù)據(jù)如下表。 K) )/()0 0 3 4 8 ( 0 3 4 8 )1(21 Kk m o lkJxCxCC WpWppW ???????????? Dt溫度下： kgkJ / ?? ， kgkJ / ?? kgkJxx DD /)()1(21 ??????????? ??? 塔頂 : k m o lkgxMxMM DD /)9 2 9 ( 2 9 )1(21 ??????????? （ 2）塔頂以 0℃為基準， 0℃時塔頂上升 氣體的焓值為 VQ hkJVtCVQ DpV / 5 3 3 6 1 ???????????? ? （ 3）回流液的焓 RQ ?pC kcal/(kmol K) )/()3 9 0 ( 9 0 )1(21 Kk m o lkJxCxCC FpFpp ???????????? 所以 hkJtCFQ FpF / 1 8 7 6 ??????? （ 7）塔底殘液焓 WQ 。 取 K=700W/(m2 K) 熱量 Q（ kJ/h） 理論塔板數(shù)的計算 蘭州交通大學 畢業(yè)設(shè)計 27 塔頂溫度下 ， ? ? 塔底溫度下 ， ? ? 則全塔平均相對揮發(fā)度 ： ????? WDm ??? )]1)(1lg [ (m i n ???? mW WDD x xxxN ? 2 3 8 1m in???R RR 查吉利蘭圖得 ， min ? ?? ， 解得 N=（ 含釜 ） 進料液的相對揮發(fā)度為 ?? 塔頂與進料的相對揮發(fā)度 ： ????? FDm ??? 16lg/)]1)(1lg [ (m i n ???? mF FDD x xxxN ? 同上可得 ， N= 取整數(shù) ， 精餾段理論板數(shù)為 31塊 ， 加料板位置為從塔頂數(shù)第 32塊理論板 ， 整塔理論板數(shù)為 41 塊 精餾塔主要尺寸的設(shè)計計算 表 醚和甲醇在不同溫度下的密度 溫度 /℃ ? ? ? 二甲醚密度/(g/mL) 甲醇密度 /(g/ml) （ 1）塔頂條件下的流量和物性參數(shù) /M kg kmol? ， ????? VMV hkgLML / 6 0 ????? 由 32211 / mkgLL ???? ?????? 3/1 1 ) 7 3(3 1 8 0 mkgRTMpV ??? ???? （ 2）塔底條件下