【正文】 ? mH E T PNZ ????? 查得壓降 mPaZP /?? （ 2）提餾段 ： 7 3 6 4 ????? VuF ? mHETP ? mH E T PNZ ????? 查得壓降 mPaZP /?? 全塔高度 mZZZ ????? 附屬設(shè)備的選型計(jì)算 煙臺大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 （ 1）冷凝器 選用列管式冷凝器，逆流方式操作，冷卻水進(jìn)口溫度為 25℃，出口溫度為 35℃。℃ )= kJ/(kmol K)， 2pC? kJ/(kmol℃ )， 則換熱面積為 24 0 ?????? 查文獻(xiàn)得冷凝器的規(guī)格為 Φ2732020，換熱面積 F=： 煙臺大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 初餾塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 本塔設(shè)計(jì)為二甲醚、甲醇、水三組分的精餾計(jì)算，現(xiàn)做簡化設(shè)計(jì)，按二甲醚 —— 甲醇兩組分精餾計(jì)算，因?yàn)樗姆悬c(diǎn)高于甲醇的沸點(diǎn)，可近似處理將水的流量并到甲醇中按二組分精餾計(jì)算設(shè)計(jì)初餾塔?！?)。 選取汽化塔的規(guī)格為： Ф2700/700 1500,VN= 拉西環(huán)填料 （ 4）填料層高度的計(jì)算 精餾段 ： 3/,/ mkgsmu vv ?? ? ) ( )( ??LvvLww ?? )( 222 ??????LLV ugu ???? 查化工原理（天大修訂版下冊 [10]） P191 得 mPazP /??? 依經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取等板高度 HETP=，則 mH E TPNZ T ?????精 精餾段總壓降 5 6 )/p PZZP ???????? 精精 （ 提餾段： 0 3 ) ( 9 36 3 9 89 9)( ??LvvLww ?? )( 222 ??????LLV ugu ???? 查得 mPazP /??? mH E T PNZ T ?????提 提餾段總壓降 a7 0 6 . )/p PZZP ???????? 提提 （ 全塔填料層總壓降 PaPPP ???????? 提精 填料總高度 mZZZ 15213 ????? 提精 表 填料層高度和壓強(qiáng)降計(jì)算匯總表 參數(shù) 精餾段 提餾段 全塔 壓降 / ( / )P Z Pa m? 總壓降 /Pa 填料層高度 /m 75 13 36 2 111 15 煙臺大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 汽化塔附屬設(shè)備的選型計(jì)算 （ 1） 甲醇回流冷凝器 選用管殼式冷凝器，被冷凝氣體走管間，以便于及時(shí)排出冷凝液，采用逆流換熱。 精餾段操作線方程為11DxRyxRR???? ,截距 ????Rx D 連接 ? ? ,1, , (0 )DDD xRxx ?與 q 線交于 d點(diǎn)，連接 ? ?,WWxx 與 d點(diǎn)，得提餾段操作線，然后由平衡線與操作線可得精餾塔理論板數(shù)為 30塊，提餾段 4塊，精餾段 26 塊 。常用的冷卻劑是水和空氣，應(yīng)因地制宜加以選用。本設(shè)計(jì)產(chǎn)品二甲醚可用作替 代燃料或氣霧劑等化工原料，目前燃料級二甲醚尚未頒布國家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)產(chǎn)品工藝指標(biāo)可參照表（ ）。 本裝置設(shè)備臺數(shù)較少，設(shè)備制作充分立足于國內(nèi)現(xiàn)狀，所有設(shè)備均能在國內(nèi)制造而不需進(jìn)口，項(xiàng)目投資大為降低。為了開發(fā)操作簡單、成本低而又可連續(xù)生產(chǎn) DME 的新方法，人們曾用合成氣直接制取二甲醚。其燃燒時(shí)火焰略帶亮光 。 本設(shè)計(jì)采用的甲醇原料濃度為 90%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。 目前，二甲醚發(fā)展的關(guān)鍵問題在于配套措施不完善、市場發(fā)展不成熟、二甲醚使用觀念有待更新。 總之，二甲醚特有的理化性能奠定了其在國際、國內(nèi)市場上的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)地位，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、日常生活等領(lǐng)域。由于其良好的水溶性、油溶性，使得其應(yīng)用范圍大大優(yōu)于丙烷、 丁烷 等石油化學(xué)品。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。 分類號 編號 煙 臺 大 學(xué) 畢 業(yè) 論 文 年產(chǎn) 3 萬噸二甲醚的初步工藝設(shè)計(jì) (三 ) Primary for the Manufacturing Process of Dimethl ether 30Kt/a（ Ⅲ ） 申請學(xué)位： 工學(xué)學(xué)士 院 系： 化學(xué)化工學(xué)院 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 班 級： 化 0813 學(xué)生姓名： 孫曉輝 學(xué) 號： 202021504329 指導(dǎo)老師： 李天文 孫烈剛 2020 年 06 月 05 日 煙臺大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院 年產(chǎn) 3 萬噸二甲醚的初步工業(yè)設(shè)計(jì) （三） 姓 名： 孫曉輝 導(dǎo) 師： 李天文 孫烈剛 2020 年 06 月 05 日 煙臺大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院 煙臺大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書 院（系）：化學(xué)化工學(xué)院 姓名 孫曉輝 學(xué)號 202021504329 畢業(yè)屆別 2020 專業(yè) 化學(xué)工程與工藝 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題目 年產(chǎn) 3萬噸二甲醚的初步工業(yè)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 李天文 學(xué)歷 博士 職稱 教授 所學(xué)專業(yè) 化學(xué)工程 具體要求 (主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等 )： 確定以甲醇脫水法作為本設(shè)計(jì)的工藝生產(chǎn)方法 ,通過物料衡算和熱量衡算來確定設(shè)備工藝參數(shù)和消耗工藝指標(biāo) ,同時(shí)對 DME 生產(chǎn)過程中的安全注意事項(xiàng)及“三廢”治理作了相關(guān)說明，對整個裝置進(jìn)行了簡單初步評價(jià)。與甲烷一樣，被期望成為 21 世紀(jì)的能源之一。如高純度的二甲醚可代替氟里昂用作氣溶膠噴射劑和致冷劑，減少對大氣環(huán)境的污染和 臭氧層 的破壞。與甲烷一樣，被期望成為 21世紀(jì)的能源之一。 隨著石油資源的緊缺及價(jià)格上漲，清潔環(huán)保理念的深入，作為柴油替代資源的清潔燃料 —— 二甲醚得到大力推廣，并逐漸進(jìn)入了民用燃料市場和汽車燃料市場 ，二甲醚的合成研究已成為各國科技人員的研究焦點(diǎn)。 表 DME 液化氣與液化石油氣性質(zhì)比較 項(xiàng)目 分子量 壓力 Mpa (60℃ ) 燃燒溫 度℃ 爆炸下限 % 理論空氣量 預(yù)混氣熱值 KJ/ m3 DME LPG 2250 2055 4219 3903 煙臺大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 表 DME 與 0＃ 柴油的比較 對比項(xiàng)目 DME 0＃柴油 分子量 190～ 220 沸點(diǎn)（℃） 180～ 360 十六烷值 55～ 60 40～ 50 低熱值（ kJ/kg） 28840 42500 理論空燃比 9 氧含量（ %） — 硫化物 — 有 原料說明 原料名稱：甲醇 分子式 CH3OH，相對分子質(zhì)量 。在100ml 水中可溶解 二甲醚氣體，且二甲醚易溶于汽油、四氯化碳、丙酮、氯苯和乙酸甲酯等多種有機(jī)溶劑，加入少量助劑后就可與水以任意比互溶。即甲醇的合成與甲醇脫水。 生產(chǎn)工藝特點(diǎn) 本工藝裝置的主要工藝特點(diǎn)是流程簡潔，工藝條件溫和，裝置內(nèi)熱能利用較好，操作簡易方便。因此粉碎或廢棄的分子篩可就地填埋或送催化劑配制公司回收處理。本設(shè)計(jì)選用 （溫度為 ℃ ）的飽和水蒸氣作為加熱介質(zhì)，水蒸氣易獲得、清潔、不易腐蝕加熱管，不但成本會相應(yīng)降低，塔結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜。 加熱蒸汽消耗量 rH??水 蒸 氣 kj/kg (℃ ,) hkgH QWrSh / 7 4118 6 ???? ??水蒸氣 表 熱量衡算數(shù)據(jù)結(jié)果列表單位 kcal/h 符號 CQ CW FQ DQ WQ SQ? hW 數(shù)值 0 107 理論板數(shù)、塔徑、填料選擇及填料層高度的計(jì)算 （ 1）理論板數(shù)的計(jì)算 由于本次設(shè)計(jì)時(shí)汽化塔的相對揮發(fā)度 是變化的，所以不能用 簡捷法 求得，應(yīng)用圖解法。s， L=， G= kg/h ， A= 代入式中求解得 fu = m/s 空塔氣速 u= fu = =, ????? VDF ttt ℃ 體積流量 smVS / )( 353 ??? ????? 考慮到市場的需求存在波動性 , 設(shè)計(jì)中選取四個塔，則每個塔的體積流量 : 30 .2 5 2 .4 3 /SSV V m s? ??,則求得塔徑 D= 圓整后： D= 空塔氣速 u=提餾段： hkgGhkgLmkgmkg Lv /,/,/,/ 33 ???? ?? 代入數(shù)值得 fu? =空塔氣速 u= fu? = m/s ????? WF ttt ℃ 體積流量 smVS / )( 353 ??? ????? 于是 sV? =14 sV = sm/3 SQ? hW煙臺大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 muVD S ?????? ? 圓整后： D=, 空塔氣速 u=選取整塔塔徑為 D=?！?)，則交換熱量為 hkJtCQ P /)(),289( ???????????? 則換熱面積為： 720 0 ????? 查文獻(xiàn)選取換熱器規(guī)格為： Φ2731500，換熱面積 F= （ 3）第二熱交換器的計(jì)算選型： 原料液溫度由常溫 25℃加熱到汽化塔進(jìn)料溫度 ℃，第一熱交換器出來的熱流體由260℃降至 170℃，傳熱系數(shù)取 K=200 W/(m2℃ )，則交換熱量為 hkJtCHQ p / 6 0 5 9 7%20 )()25100( 5 9 9 7 84 ?? ??????????????? ? 換熱系數(shù)取 K=800 W/(m2 K) )/()()1(21 Kk mo lkJxCxCC DpDppD ???????????? Wt 溫度下 1pC? kJ/(kmol Ft 溫度下： )/( Kk m olkJC p ?? ， 2 ? kcal/(kmol 帶入計(jì)算得 Fu =smVS /12 3? 于是得 muVD s 0 1 2 3 ????? ?? 圓整后： D= m，空塔氣速 u= m/s 選取整塔直徑為 D=。 K) 熱量 Q（ kJ/h） 理論塔板數(shù)的計(jì)算 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 ? n???R RR 查吉利蘭圖得 ， min ? ?? ， 解得 N=（ 含釜 ） 進(jìn)料液的相對揮發(fā)度為 ?? 塔頂與進(jìn)料的相對揮發(fā)度 ： ????? FDm ??? 16lg/)]1)(1lg [ (m i n ???? mF FDD x xxxN ? 同上可得 ， N= 煙臺大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 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(jì)計(jì)算 表 醚和甲醇在不同溫度下的密度 溫度 /℃ Dt ? Wt ? Ft ? 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) 4 6 .0 5 /M kg kmol? ， ????? VMV hkgLML / 6 0 ????? 由 32211 / 401 mkgLL ???? ?????? 3/)( mkgRTMpV ??? ???? （ 2）塔底條件下的流量和物性參數(shù) k m o lkgxMxMM WW /)0 0 3 4 8 ( 0 3 4 8 )1(21 ???????????32211 / mkgLL ???? ?????? 3/)( mkgRTMpV ??? ???? hkgV / 5 5 ???? hkgLML / 6 0 ??????? （ 3）進(jìn)料條件下的流量和物性參數(shù) k m o lkgxMxMM FF /)()1(21 ??????????? 3/)( mkgRTMpV ??? ???? ， 32211 / 401 mkgLL ???? ?????? hkgVV / 5 8 ????? 精餾段： hkgLML / 5 5 ?????