【正文】 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 ...................................... 6 2 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 ........................................... 33 3 熱量衡算 ........................................... 35 數(shù)據(jù) .................................................. 35 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) IV 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 ........................... 38 4 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 ........................................... 41 5 結(jié)論 ............................................... 42 參考文獻(xiàn) ............................................. 43 附錄 ................................................. 44 謝辭 ................................................. 46 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 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)。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。目前，制取二甲醚的最新技術(shù)是從合成氣直接制取，相比較甲醇脫水制二甲醚而言，一步法合成二甲醚因 為體系存在有未反應(yīng)完的合成氣以及二氧化碳，要得到純度較高的二甲醚，分離過(guò)程比較復(fù)雜。 設(shè)計(jì)規(guī)模及設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)規(guī)模：年產(chǎn) 萬(wàn)噸二甲醚分離裝置（合成氣一步法）， 設(shè)計(jì)該 分離 裝 置中精餾工段 工藝 ，精餾裝置采用浮閥塔。接觸空氣或在光照條件下可生成具有潛在爆炸危險(xiǎn)性的過(guò)氧化物。二甲醚在常溫常壓下為無(wú)色無(wú)味氣體 ,在一定壓力下為液體 ,其液化氣與 LPG 性能相似 ,貯存于液化氣鋼瓶中的壓力為 Pa,小于LPG 壓力 ( Pa),因而可以代替煤氣、石油液化氣用作民用燃料。 二甲醚液化后還可以直接用作汽車燃料 ,是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的理想替代燃料。國(guó)內(nèi)氣霧劑產(chǎn)品 有 一半用二甲醚作拋射劑。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)理加合理，在市場(chǎng)更具有競(jìng)爭(zhēng)力，正在走向工業(yè)化。另外裝置適應(yīng)性廣，可直接建在甲醇生產(chǎn)廠，也可建在其他公用設(shè)施好的非甲醇生產(chǎn)廠。氣相法的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的 CO 轉(zhuǎn)化率，但是由于二甲醚合成反應(yīng)是強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量無(wú)法及時(shí)移走，催化劑床層易產(chǎn)生熱點(diǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致催化劑銅晶粒長(zhǎng)大，催化劑性能下降。合成氣法現(xiàn)多采用漿態(tài)床反應(yīng)器 ,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,便于移出反應(yīng)熱 ,易實(shí)現(xiàn)恒溫操作。 Kohl 等提出氣相產(chǎn)物被吸收劑吸收后送入解吸裝置，部分二甲醚根據(jù)要求的純度，從第二精餾塔加入。閃蒸后的氣體 9送入吸收塔 2底部；閃蒸罐 3底流產(chǎn)物純醚溶液 10，進(jìn)入二甲醚精餾塔 4，塔頂產(chǎn)物為精二甲醚 12；底流產(chǎn)物為粗甲醇溶液 11。 [12] 以下為分離過(guò)程中各產(chǎn)物質(zhì)量分率的數(shù)據(jù) 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 表 12 分離過(guò)程中各物質(zhì)質(zhì)量分率數(shù)據(jù)表 序號(hào) 組分 6 7 8 9 10 11 H2 0 0 惰性氣體 0 0 0 0 CO 0 0 0 CO2 0 0 CH4 0 0 DME 103 CH3OH H2O (續(xù)上表 ) 序號(hào)組分 12 13 14 15 16 H2 0 0 0 惰性氣體 0 0 0 CO 0 0 0 CO2 0 0 0 CH4 0 0 0 DME 0 0 CH3OH 0 0 H2O 0 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 2 精餾塔的工藝計(jì)算 精餾塔的物料衡算 基礎(chǔ)數(shù)據(jù) (一 ) 生產(chǎn)能力： 3 萬(wàn)噸 /年，一年按 330 天計(jì)算，即 7920 小時(shí)。）（ ?CC03 )20 (02 ??????? 。 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 25 精餾段的閥孔布置圖 按 N=160 重新核算孔速及閥動(dòng)能因數(shù)： uo= 6 . 5 6 1 ( m / s )4 22???? ?? NdVoS ???? vo uF ? 閥孔因數(shù)變化不大，仍在 8~11 范圍內(nèi) 塔板開孔率： %%100 46 ???ouu (二 ) 提餾段 板間距 HT′ =,取板上液層高度 hL′ = 塔徑 D′ = 根據(jù)塔徑和液體的流量，選用弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰，塔板采用單溢流和分塊式組裝。液體力學(xué)驗(yàn)算內(nèi)容有以下幾項(xiàng)：塔板壓降、液泛、霧沫夾帶、漏液及液面落差等。 ③ 按照固定的液氣比， 由圖 27 查出以下數(shù)據(jù)： 塔板的氣相負(fù)荷上限： ? ?maxSV = sm/3 塔板的氣相負(fù)荷下限： ? ?minSV = sm/3 操作彈性： inm a x ??）（ ）（ SSVV (2) 提餾段 提餾段負(fù)荷性能圖012340 Ls/m3/hVs/m3/h霧沫夾帶上限線液泛線液相負(fù)荷上限線漏液線液相負(fù)荷上限線操作線 圖 28 提餾段負(fù)荷性能圖 由塔板負(fù)荷性能圖 28 可以看出： ① 在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點(diǎn) P，處在適宜操 作區(qū)內(nèi)的適中位置。 故 ])(36 00[10 32m in ?WSl LE （ E=1） 則 3600) ()( 23m in wS lL ??? (1) 精餾段： 00 07 ) ()( 23m in ????SL (2) 提餾段： 00 ) ()( 23m in ?????SL (六 ) 負(fù)荷性能圖 (1) 精餾段 精餾段負(fù)荷性能圖01230 Ls /m3/hVs/m3/h霧沫夾帶上限線液泛線液相負(fù)荷上限線漏液線液相負(fù)荷下限線操作線 圖 27 精餾段負(fù)荷性能圖 由塔板負(fù)荷性能圖 27 可以看出： 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 ① 在任務(wù)規(guī)定的氣液負(fù)荷下的操作點(diǎn) P，處在適宜操作區(qū)內(nèi)的適中位置。 按 t=， t′ = (見(jiàn)以下圖 26)，排得閥數(shù)為 150 個(gè)。 (2) 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列 取閥孔動(dòng)能因數(shù) Fo=10 閥孔氣速 uo=voF? = 3(m /s) 910 ? 每層塔板上的浮閥數(shù) N= 1586 . 6 5 1 . 2 5 44 22???? ??ooSudV 取破沫區(qū)寬度： WS=70mm= (60~75mm 之間 ) 邊緣區(qū)寬度： WC=50mm= (30~50mm 之間 ) 對(duì)于單溢流塔板 ，鼓泡區(qū)面積 Aa= ]s i n180[2 1222 RXRXRxo ??? ? 式中： (m ))(2 ??????? ）（ Sd WWDX R= )( mWDC ???? Aa= )(m] i [2 21222 ???? ?o? 浮閥排列方式采用等腰三角形叉排，精餾段取同一橫排的孔心距 t=，估算相鄰兩排孔中心線距離 t? (m ) ????? NtAat 該塔采用分塊式塔板，而各分塊的支承與銜接也要占去一部分鼓泡區(qū)面積，因此排間距不宜 采用 87 m m，故采用 t? =65 m m。 s L? =∑ ix Li? = + + =(mPa (2) 安托因公式 ㏑ Pis=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 C DME CH3OH H2O DME： ㏑ Pis， DME=（ ） CH3OH：㏑ Pis， CH3OH=（ ） H2O： ㏑ Pis， H2O=（ ） (3) 采用試差法計(jì)算 壓力不太高，按完全理想系計(jì)算， Ki=㏑ Pis/P 給定 P Y T 設(shè) T Ki=㏑ Pis/P ∑ Kixi 1≤ ε yi 結(jié)束 調(diào)整 T N 圖 22 試差法結(jié)構(gòu)圖 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 試差過(guò)程見(jiàn)表 27 表 27 試差過(guò)程 組分 xi Pis /mmHg yi=Kixi Pis /mmHg yi=Kixi Pis /mmHg yi=Kixi DME 104 104 104 CH3OH 103 103 103 H2O 103 103 103 ∑ Kixi 結(jié)果 :在 ,即 ℃ 時(shí) , ∑ Kixi≈ 1,故進(jìn)料溫度為 （二） 塔頂露點(diǎn)溫度計(jì)算 操作壓