【正文】 填料層高度的計(jì)算 （ 1）精餾段： ????? VuF ? 蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 mHETP ? 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 （ 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℃。 K)， 2pC? kJ/(kmol℃ )。 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 。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(jí)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（ ）。為了開發(fā)操作簡(jiǎn)單、成本低而又可連續(xù)生產(chǎn) DME 的新方法，人們?cè)煤铣蓺庵苯又迫《酌选? 本設(shè)計(jì)采用的甲醇原料濃度為 90%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。作為 LPG 和石油類的替代燃料，二甲醚是具有與 LPG 的 物理性質(zhì) 相類似的化學(xué)品，在燃燒時(shí)不會(huì)產(chǎn)生破壞環(huán)境的氣體，能便宜而大量地生產(chǎn)。 指導(dǎo)教師（簽字 ）： 年 月 日 院（系）意見： 教學(xué)院長（主任）（簽字）： 年 月 日 備注： [摘 要 ] 作為 LPG 和石油類的替代燃料，目前二甲醚 (DME)倍受注目。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。近幾年來，二甲醚的良好燃燒性能和低污染排放的特性使其日益受到重視，作為清潔能源使用。 二甲醚的性質(zhì) 二甲醚的性質(zhì)：二甲醚上一種無色、具有輕微醚香味的氣體，具有惰性、無腐蝕性、無致癌性、幾乎無毒。含有 DME 的頂部氣體在塔頂冷凝器中被大部分冷凝下來，送入塔頂回流罐中，在塔頂冷凝器中未冷凝的氣相作為燃料被放掉。飽和水蒸氣是一種應(yīng)用最廣的加熱劑，由于飽和水蒸氣冷凝時(shí)的傳熱膜系數(shù)很高，可以通過改變蒸汽的壓力準(zhǔn)確地控制加熱溫度。 s； A—— 250Y 型為 ； L、 G—— 液體、氣體質(zhì)量流速； L? 、 G? —— 氣體、液體密度； g—— 重力加速度?！?)， 則換熱面積為 23 m ????? 查文獻(xiàn)得冷凝器的規(guī)格為： Φ2733000，換熱面積 F= （ 5）第二冷凝器的計(jì)算選型 熱流體進(jìn)口溫度 100℃，出口溫度 25℃；冷凝水的進(jìn)口溫度 20℃，出口溫度為 35℃。 K) )/()()1(21 Kk m o lkJxCxCC DpDpp ????????????hkJtCLQ DpR / 1 0 0 0 ???????? （ 4）餾出液的 焓 DQ 。 表 二甲醚 甲醇平衡時(shí)的 t、 x、 y 數(shù)據(jù) 平衡溫度 /℃ 40 50 60 70 80 液相 DME x/mol % 100 氣相 DME y/mol % 100 83 平衡溫度 /℃ 90 100 110 120 蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 液相 DME x/mol % 0 氣相 DME y/mol % 0 物料衡算 已知：進(jìn)料 hkgF /?? ， hkmolF /? k m o lkgMk m o lkgM D M E /,/ ?? 甲醇 k m o lkgM F /)9 2 9 ( 2 9 ?????? 9 2 9 ???Fx ， 9 9 8 ???Dx 0 0 3 4 8 ???Wx 根據(jù)物料衡算方程解得 hk m olWhk m olD /,/ ?? 采用泡點(diǎn)進(jìn)料 q=1，由汽液平衡數(shù)據(jù)，用內(nèi)插 法求得進(jìn)料溫度為 0 096,92 0 ??????? FF tt℃ 此溫度下 ， ?? ABBAF xyxy? ]1 )1([11m i n ?? ?????? F DFD x xxxR ?? m in ???? RR hk m olDRL /, ????? hk m olFqLL / ???????? hk m olDRVV /)1( ????? 表 物料衡算結(jié)果表 物料 流量（ kmol/h） 組成 物料 流量（ kmol/h） 進(jìn)料 塔頂產(chǎn)品 D 塔底殘液 W 精餾段上升蒸汽量 V 提餾段上升蒸汽量 V? 精餾段下降液體量 L 提餾段下降液體量 L? 熱量衡算 （ 1）由汽液平衡數(shù)據(jù)，用內(nèi)插法可求塔頂溫度 Dt 、塔底溫度 Wt 、泡點(diǎn)溫度 Dt? Dt =℃ Wt =℃ Dt? =℃ 注：下標(biāo) 1 為 DME,下標(biāo) 2為甲醇。 K)] 蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 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(duì)揮發(fā)度： ????? WDm ??? )]1)(1lg [ (m i n ???? mW WDD x xxxN ? in???RRR 查吉利蘭圖得， ???N NN ，解得 N=（含釜） 進(jìn)料液的相對(duì)揮發(fā)度為 ?? 塔頂與進(jìn)料的相對(duì)揮發(fā)度： ????? FDm ??? )]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 14 塊，加料板位置為從塔頂數(shù)第 15 塊理論板，整塔理論板數(shù)為 25 塊 初餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 表 二甲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) kmolkgM /? ， hkgVMV / 1 6 1 ????? hkgLML / 0 5 ????? 32211 / 4 01 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 / ???? hkgLML / 7 7 4 ??????? 蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 （ 3）進(jìn)料條件 下的流量和物性參數(shù) k m o lkgxMxMM FF /)()1(21 ??????????? 3/3 5 ) 7 3(3 1 8 0 mkgRTMpV ??? ???? 32211 / 6 01 mkgLL ???? ?????? hkgVV / 2 9 ????? 精餾段： hkgLML / 3 7 ????? 提餾段： hkgLML / ??????? （ 4）精餾段的流量和物性參數(shù) 321 /0 2 3 5 9 mkgVVV ????? ??? 321 / 5 02 6 4 02 mkgLLL ????? ???hkgVVV / 21 ?????hkgLLL / 21 ????? （ 5）提餾段的流量和物性參數(shù) 332 /0 6 7 7 5 mkgVVV ????? ??? 332 / 8 32 6 0 72 mkgLLL ????? ??? hkgVVV / 32 ??????? hkgLLL /5 9 1 7 72 7 7 5 8 12 32 ??????? （ 6）體積流量 塔頂 ： smVV s / 311 ???? ? 塔底 ： smVV s /1 31 60 07 67 7 333 ????? ? 進(jìn)料 ： smVV s /11 0035 99 322 ???? ? 精餾段 ： smVVV ssS / 321 ????? 提留段 ： 蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 smVVV ssS /1 2 3 1 3 1 1 5 332 ?????? 塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算 選用 500（ BX）型波紋填料。 二甲醚的比熱容采用摩爾定壓方程 23,pmC A B T C T D T? ? ? ?計(jì)算得出（數(shù)據(jù)來自于化學(xué)工程師手冊(cè) [4]P59），甲醇的比熱容查自于化工工藝手冊(cè)上冊(cè) [3]2702 Dt 溫度下： 1pC? kcal/(kmol℃ )。 （ 2）冷凝器的熱負(fù)荷及冷卻介質(zhì)消耗量 冷凝器的熱負(fù)荷 )()1( LDVDC IIDRQ ??? 其中 VDI —— 塔頂上升蒸汽的焓； LDI —— 塔頂餾出液的焓。所用沸石型酸性氧化鋁分子篩為φ=3mm， L=5～ 8 mm白色顆粒狀，堆積體積密度≤ ，具有良好的化學(xué)性質(zhì)及足夠的撞擊強(qiáng)度與耐磨強(qiáng)度，對(duì)于甲醇縮水生成二甲醚的工藝過程，該催化劑的催化活性、選擇性、與穩(wěn)定性均顯示出了優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在再生與使用周期上也有較好的 表現(xiàn)。 一步法以合成氣 (CO+H2)為原料，在甲醇合成以及甲醇脫水的復(fù)合催化 劑上直接合成二甲醚，再提純得到二甲醚產(chǎn)品。 第三， DME 還是重要的化工原料 ,可用于許多精細(xì)化學(xué)品的合成 ,同時(shí)在輕化、制藥、燃料、農(nóng)藥等工業(yè)中有許多獨(dú)特的用途。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。 分類號(hào) 編號(hào) 蘭 州 交 通 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) Primary for the Manufacturing Process of Dimethyl ether 30Kt/a 蘭州交通大學(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 學(xué)號(hào) 20xx07042 畢業(yè)屆別 20xx 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 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(duì) 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(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行了簡(jiǎn)單初步評(píng)價(jià)。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(duì)大氣環(huán)境的污染和 臭氧層 的破壞。 第二， DME 作為化學(xué)中間體，主要用于制造硫酸二甲酯。 X, k4 D! _! o9 { 蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 2 DME 產(chǎn)品方案及工藝流程介紹 產(chǎn)品品種、規(guī)格、質(zhì)量指標(biāo)及擬建規(guī)模 產(chǎn)品品種： 二甲醚 擬建規(guī)模： 3萬噸 /年 年操作日： 300 天 （ 7200h） 生產(chǎn)方法簡(jiǎn)述 二甲醚的生產(chǎn)方法主要有一步法和二步法兩種。 DME 合成塔中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為放熱反應(yīng)。本設(shè)計(jì)選用 20℃ 的冷卻水，選升溫 10℃ ，即冷卻水的出口溫度為 35℃ ?！?) △ t==℃ SQ? = 107 kcal/h 27 0 0 0 4/1 6 2 mtKQA C ??????? 選用兩個(gè)塔底再沸器，則每個(gè)再沸器的換熱面積為： A? =A /2= 2m 選取再沸器的型號(hào)為： Ф273 3000，換熱面積為 F= 合成塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 物料衡算 進(jìn)塔甲醇蒸汽流量 D? =由反應(yīng)式 OHO C HCHOHCH 23332 ?? 其單程轉(zhuǎn)化率為 80%， DME 選擇性≥ 99% 蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 則生成二甲醚的出塔流量為 hk m o lD /??????? 未反應(yīng) 的甲醇出塔流量為 hk m olN /%20% ???? 出塔水的