【正文】 α D 水 = α D 二甲醚 = 進料板液相平均密度的計算 由進料板溫度 tF= 查手冊得 ρ 甲醇 = 進料板液相的質(zhì)量分率 精餾段液相平均密度為 由 tW=， 查手冊得 ρ 甲醇 =塔底液相的質(zhì)量分率 α W 甲醇 = α W 水 = α W 二甲醚 = 化學與化工學院化工設計大作業(yè) 精餾段液相平均密度為： 提餾段液相平均密度為： ρ Lm=( + )/2=全塔液相平均密度為： ρ Lm=( +)/2= kg/m3 液體平均表面張力的計算 液相平均表面張力依下式計算，即 Lm i ix???? 塔頂 液相平均表面張力的計算 由 tD=，查表得 σ 甲醇 = 進料板 液相平均表面張力為 由 tF=，查表得 σ 甲醇 = 塔底平均表面張力為 由 tW=，查表得 σ 甲醇 = 精餾段液相平均表面張力為： 提餾段液相平均表面張力為： 全塔液相平均表面張力為： 精餾段的氣、液相體積流率為 D=精餾段氣液相負荷 V=(R+1)D=(+1)* =L=RD=*=提餾段氣液相負荷 L’=L+F=+=化學與化工學院化工設計大作業(yè) V’ =V=精餾段的氣、液相體積流率為： 提餾段的氣、液相體積流率為： 塔徑的計算 精餾段 由m ax LVVuC????式中的 C 由式 20 ()20LCC??計算，其中 20C 由史密斯關(guān)聯(lián)圖查取，圖的橫坐標為 ： 取板間距 = ，板上液層高度 = 則 HThL= 查史密斯關(guān)聯(lián)圖得 20C = 化學與化工學院化工設計大作業(yè) 取安全系數(shù)為 ，則空塔氣速為 U= Umax=*= 按標準塔徑圓整后為 D= 塔截面積為 實際空塔氣速為 提餾段塔徑的計算 由max LVVuC????式中的 C 由式 20 ()20LCC??計算，其中 20C 由史密斯關(guān)聯(lián)圖查取，圖的橫坐標為 ： 化學與化工學院化工設計大作業(yè) 取板間距 = ，板上液層高度 = ，則 HThL= 查史密斯關(guān)聯(lián)圖得 20C = C=*() = 取安全系數(shù)為 ，則空塔氣速為： U==*= 按標準塔徑圓整后為 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： 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。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 =120*5mm 實際管內(nèi)流速： UR=。氣相法的工藝過程主要由甲醇加熱、蒸發(fā)、甲醇脫水、二甲醚冷凝及精餾等組成。0 液體通過降液管底隙的速度， m/s hf 塔板上鼓泡高度， m Vs 氣體體積流量， m3/s h1 與板上液層阻力相當?shù)囊褐叨龋?m 液柱 Wc 邊緣無效區(qū)寬度， m hL 板上清液層高度， m Wd 弓形降液管寬度， m h0 降液管的底隙高度， m Ws 破沫區(qū)寬度， m hOW 堰上液層高度， m Z 板式塔的有效高度， m 希臘字母 β 充氣系數(shù)，無因次 δ 篩板厚度， m θ 液體在降液管內(nèi)停留時間， s μ 粘度， mPa/s ρ 密度， kg/m3 б 表面張力， N/m Ф 開孔率，無因次 化學與化工學院化工設計大作業(yè) 化學與化工學院化工設計大作業(yè) 11 化學與化工學院化工設計大作業(yè) 12 附錄 附錄一二甲醚精餾塔裝配圖 附錄二甲醇精餾塔裝配圖 附錄三浮頭式換熱器裝配圖 附錄四小組組員帶控制點的工藝流程圖 。甲醇脫水制二甲醚分為液相法和氣相法兩種工藝，本設計采用氣相法制備二甲醚工藝。 化學與化工學院化工設計大作業(yè) 釜殘液出料管 一般可取塔底出料管的料液流速 wu 為 ~ m/s，循環(huán)式再沸器取 ~ m/s，取塔底出料管的料液流速 wu 為 m/s，則，塔底出料管的直徑 dw為： 則 ： 輸 送 管 徑 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：Φ =105*5mm。這樣塔頂、塔底的公用工程就可以分別用冷凝水和中壓（ 1015kgf/cm2）蒸汽來實現(xiàn)。 釜殘液出料管 一般可取塔底出料管的料液流速 wu 為 ~ m/s，循環(huán)式再沸器取 ~ m/s，取塔底出料管的料液流速 wu 為 m/s，則，塔底出料管的直徑 dw為： 則 ： 輸 送 管 徑 經(jīng)圓整選取熱軋無縫鋼管，規(guī)格：Φ =105*5mm。 塔頂操作壓力 PD= 每層塔板壓降 P? =40kPa 進料板壓力 PF= 塔底壓力 Pw= 精餾段平均壓力 Pm=1, 全塔平均壓力 Pm=1, 化學與化工學院化工設計大作業(yè) 精餾塔 操作溫度計算 泡點溫度。 化學與化工學院化工設計大作業(yè) 實際塔板數(shù)隨回流比變化 由回流比對塔板數(shù)作圖，取第四個點。 化學與化工學院化工設計大作業(yè) 根據(jù)工藝流程框圖進行物料衡算如圖所示： 自由度分析 對上述框圖進行自由度分析得到： 表 2 自由度分析匯總表 混合器 反應器 塔 1 塔 2 過程 OB 流股變量數(shù) 8 6 9 9 20 8 單元變量數(shù) 0 1 0 0 1 1 MB 方程數(shù) 3 3 3 3 12 3 已知流股數(shù) 1 0 3 2 6 5 已知單元數(shù) 0 1 0 0 1 1 其他關(guān)系式 0 0 1 1 2 0 自由度 4 3 2 3 0 0 顯然先計算整體物料衡算，解得 F,R,W，則有 混合器 反應器 塔 1 塔 2 流股變量數(shù) 8 6 9 9 單元變量數(shù) 0 1 0 0 MB 方程數(shù) 3 3 3 3 已知流股數(shù) 3 0 3 4 已知單元數(shù) 0 1 0 0 其他關(guān)系式 0 0 1 1 自由度 2 3 2 1 化學與化工學院化工設計大作業(yè) 對塔 2 進行物料衡算，部分解得以塔頂二甲醚含量表示的組成。同時該法也是目前國內(nèi)外生產(chǎn) DME 的主要方法。他們是以甲醇為原料 , 用 H2SO4 作催化劑 , 通過催化蒸餾法合成二甲醚的。 CO2 加氫制甲醇因受平衡的限制， CO2轉(zhuǎn)化率低，而 CO2 加氫制 DME 卻打破了 CO2 加氫生成甲醇的熱力學平衡限制。合成氣法現(xiàn)多采用漿態(tài)床反應器，其結(jié)構(gòu)簡單，便于移出反應熱，易實現(xiàn)恒溫操作。中國仍有個別廠家使用該工藝生產(chǎn) DME，并在使用過程中對工藝有所改進。此外，利用 DME 還可以合成低烯烴、甲醛和有機硅化合物。關(guān)于 DME作發(fā)泡劑，國外已相繼開發(fā)出利用 DME作聚苯乙烯、聚氨基甲酸乙酯、熱塑聚酯泡沫的發(fā)泡劑?；瘜W與化工學院化工設計大作業(yè) 年 產(chǎn) 十 萬 噸 二 甲 醚 項 目 設 計 書 化學與化工學院化工設計大作業(yè) 1 項目背景 我國化石燃料資源的基本狀況是 :煤多油少。國內(nèi)外正在積極開發(fā)它在冰箱、空調(diào)、食品保鮮劑等方面的應用，以替代氟里昂。 與 H2S 反應制備二甲基硫醚。其工藝具有反應條件溫和 (130～ 160) ℃、甲醇單程轉(zhuǎn)化率高 ( 85%) 、可間歇也可連續(xù)生產(chǎn)等特點，但是存在設備腐蝕、環(huán)境污染嚴重、產(chǎn)品后處理困難等問題，國外已基本廢除此法。 由合成氣直接合成 DME，與甲醇氣相脫水法相比，具有流程短、投資省、能耗低等優(yōu)點，而且可獲得較高的單程轉(zhuǎn)化率。 二氧化碳加氫直接合成二甲醚 近年來， CO2 加氫制含氧化合物的研究越來越受到人們的重視，有效地利用CO2，可減輕工業(yè)排放 CO2 對大氣的污染。 催化蒸餾法制二甲醚 到目前為止 , 只有上海石化公司研究院從事過這方面的研究工作。 本設計采用汽相氣相甲醇脫水法制 DME，相對液相法，氣相法具有操作簡單 , 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， DME 選擇性和產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點。 催化劑的選擇 本設計采用催化劑 γAL2O3，催化劑為球形顆粒，直徑 dp 為 5mm，床層空隙率 ε 為 。 流股數(shù)據(jù)： 化學與化工學院化工設計大作業(yè) 總體數(shù)據(jù)： 確定實際回流比 通過設置步長 ，從回流比為 一直模擬到 ，下面是部分結(jié)果。這樣塔頂、塔底的公用工程就可以分別用冷凝水和中壓（ 1015kgf/cm2）蒸汽來實現(xiàn)。 化學與化工學院化工設計大作業(yè) 經(jīng)圓整后，取熱軋無縫鋼管Φ =120*5mm。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 ，這樣塔頂溫度為 ，塔底溫度為 。 經(jīng)圓整后，取熱軋無縫鋼管Φ =120*5mm。目前生產(chǎn)的二甲醚基本上由甲醇脫水制得，即先合成甲醇，然后經(jīng)甲醇脫水制成二甲醚。m1/2) t 篩孔的中心距， m hW 出口堰高度， m u 空塔氣速， m/s h1 進口堰與降液間的水平距離 ,m u0 氣體通過篩孔的速度， m/s hc 與干板壓降相當?shù)囊褐叨龋?m 液柱 u0,min 漏液點氣速， m/s hd 與液體流過降液管相當?shù)囊褐叨龋?m u39。 在本次設計任務當中，我們組主要完成以下工 作：