【正文】 流量為 hk m olN /)( ??????? 合成塔的選取 ： 合成塔的尺寸為立式 Φ1000 6680，催化劑載量 V= 熱量衡算及附屬設(shè)備的選型計(jì)算 （ 1）合成反應(yīng)熱的計(jì)算： 查天大四版物理化學(xué)上冊(cè)附錄得， m o lkJfHQ mB /5 4 )8 1 4 1() 8 4() 0 0(2 ????????????? ? ?? ? 反應(yīng)放熱為 : m o lkJQr / 6 8210%80%)5 4 ( 33 ????????? 進(jìn)塔甲醇蒸汽的熱量： hkJQ CDi/ 8 6 4 2 5 1)( ????????????? 其中 DQ —— 汽化塔塔頂餾出液帶出熱量； CQ —— 甲醇蒸汽由 ℃加熱到 240℃所需熱量； —— ℃時(shí)甲醇的比熱容，單位 kcal/(kg 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 % 氣相 DME y/mol % 平衡溫度 /℃ 90 100 110 120 液相 DME x/mol % 氣相 DME y/mol % 0 0 蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 物料衡算 已知：進(jìn)料 hkgF /?? ， hkmolF /? k m o lkgMk m o lkgM D M E /,/ ?? 甲醇 二甲醚的摩爾流量為 ，甲醇的摩爾流量為 二甲醚的摩爾分率為 ?x ，甲醇的摩爾分率為 ???x 00 34 92 ,????????WDFxxxx 根據(jù)物料衡算方程解得 2 4 . 5 4 / 3 4 . 1 6 /D k m o l h W k m o l h?? 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 6070 ??????? FF tt℃ 此溫度下 ， ?? ABBA xyxy? ； ]1 )1([11m i n ?? ?????? F DFD x xxxR ?? m in ???? RR hk m o lDRL / ????? 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 物流（ kmol/h） 進(jìn)料 塔頂產(chǎn)品 D 塔底殘液 W 精餾段上升蒸汽 V 提餾段上升蒸汽 V? 精餾段下降液體 L 提餾段下降液體 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 =℃ 注：下標(biāo) 1 為 DME,下標(biāo) 2為甲醇。 hkJtCWQ WpW / 0 8 8 7 2 ??????? （ 8）再沸器（全塔范圍列衡算式） 設(shè)再沸器損失能量 ?損 B F C W DQ Q Q Q Q Q? ? ? ? ?損 hkJQ FDWCB / 3 1 3 7 2 1 8 7 6 73 7 7 2 2 0 8 8 7 85 7 2 6 6 3 9 ?????????所以， hkJQ B /? 表 熱量衡算結(jié)果表 進(jìn)料 冷凝器 塔頂餾出液 塔底釜?dú)堃? 再沸器 平均比熱 [kJ/(kmol 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 Dt 溫度下： 1 1 5 . 9 6 k c a l / (k m o l ) 6 6 . 8 3 k J / (k m o l K )pC ? ? ? ?℃， 2 1 0 . 5 9 k c a l / ( k m o l ) 4 4 . 3 6 k J / ( k m o l K )pC ? ? ? ?℃ )/()()1(21 Kk m o lkJxCxCC DPDppD ???????????? Wt 溫度下： 1 ? )/( KkmolkJ ? ， 蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 2 ? )/( KkmolkJ ? )/()0 0 3 4 8 ( 0 3 4 8 )1(21 Kk m o lkJxCxCC WPWppW ???????????? Dt 溫度下： kgkJ / ?? kgkJ / ?? kgkJxx DD / 9 0)9 9 8 ( 1 7 29 9 8 8 9)1(21 ??????????? ??? 塔頂 k m o lkgxMxMM DD /)9 9 8 ( 9 8 )1(21 ??????????? （ 2）塔頂以 0℃為基準(zhǔn)， 0℃時(shí)塔頂上升氣體的焓值為 VQ hkJVtCVQ DpV / ???????????? ? （ 3）回流液的焓 RQ 1pC = )/( KkmolkJ ? 2pC = )/( KkmolkJ ? )/()9 9 8 ( 9 8 )1(21 Kk m o lkJxCxCC DPDpp ???????????? hkJtCLQ DpR / 2 8 1 8 ???????? （ 4）餾出液的焓 DQ 因?yàn)轲s出口與回流口組成一樣，所以 )/( Kkm olkJC p ?? hkJtCDQ DpD / 0 3 6 ??????? （ 5）冷凝器消耗 CQ hkJ DRVC / 4 2 4 8 7 0 3 6 2 8 1 8 6 0 3 4 2 2 ??????? （ 6）進(jìn)料口的焓 FQ Ft 溫度下： )/( Kkm olkJC p ?? ， ?2pC )/( KkmolkJ ? )/()9 2 9 ( 2 9 )1(21 Kk m o lkJxCxCC FPFpp ???????????? 所以 hkJtCFQ FpF / 4 9 8 ??????? （ 7）塔底殘液焓 WQ hkJtCWQ WpW / 0 3 9 ??????? （ 8）再沸器（全塔范圍列衡算式） 設(shè)再沸器損失能量 ?損 B F C W DQ Q Q Q Q Q? ? ? ? ?損 hkJQ FDWCB / 4 3 0 6 4 4 9 8 0 3 6 0 3 9 4 2 4 8 7 ?????????所以， hkJQ B /? 表 熱量衡算結(jié)果 進(jìn)料 冷凝器 塔頂餾出液 塔底 釜?dú)堃? 再沸器 平均比熱 Cp kJ/(kmol 因?yàn)轲s出口與回流口組成一樣，所以 )/( Kkm olkJC p ?? hkJtCDQ DpD /3 7 7 2 2 ??????? （ 5）冷凝器消耗 CQ hkJ DRVC /5 7 2 6 6 3 9 23 7 7 2 2 1 0 0 0 5 3 3 6 1 6 ??????? （ 6）進(jìn)料口的焓 FQ 。 逆流： T 100℃→ 25℃ t 35℃← 20℃ 2025 35100ln)2025()35100()/l n (1212 ????????? ????? tt tttm℃ 由沃森公式計(jì)算平 均溫度 ℃下的潛熱 蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 rH? DME = kJ/mol. ， rH?甲醇 = kJ/mol. ， rH?水 = kJ/mol. 假設(shè)第一冷凝器的冷凝效率為 80%，于是混合液的汽化潛熱 rH? 可由下式計(jì)算 hkJH / %)801()(333? ???????????? ? 取該條件下混合液體的比熱容 pc =(kg 精餾段： G? =， L? = kg/m3 ， ? =， a =250 23/mm， L? = mPa燃料燃燒所排放的煙道氣 溫度可達(dá) 1001000℃ ，適用于高溫加熱，缺點(diǎn)是煙道氣的比熱容及傳熱膜系數(shù)很低，加熱溫度控制困難。在塔頂回流罐中的液體一部分成為精餾塔回流液，而另一部分成為 DME 產(chǎn)品，產(chǎn)品被送出界區(qū)貯存。還具有優(yōu)良的混溶性，能同大多數(shù)極性和非極性有機(jī)溶劑混溶。 二甲醚（ DME）常溫常壓下是一種無色低毒的可燃性氣體，與液化石油氣的性能相似，燃燒廢氣無毒，可作為清潔燃料使用。 設(shè)計(jì)結(jié)果達(dá)到了設(shè)計(jì)課題的要求，完成了二甲醚的生產(chǎn)工工藝的初步設(shè)計(jì)，完成了物料、熱量、設(shè)備等的相關(guān)計(jì)算。 1516周：整理完成設(shè)計(jì)。它還是未來制取低碳 烯烴 的主要原料之一。 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 蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 表 DME 與 0＃ 柴油的比較 對(duì)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(duì)分子質(zhì)量 。即甲醇的合成與甲醇脫水。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。 加熱蒸汽消耗量 rH??水 蒸 氣 kj/kg (℃ ,) 蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11hkgH QWrSh / 74 ???? ??水蒸氣 表 熱量衡算數(shù)據(jù)結(jié)果列表單位 kcal/h 符號(hào) 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(duì)揮發(fā)度是變化的，所以不能用 簡(jiǎn)捷法 求得，應(yīng)用圖解法?！?)，則交換熱量為 蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 hkJtCQ P / 1 4 4 8 3)() 6 098,2 8 9( ???????????? 則換熱面積為： 9 72 0 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 K) )/()9 2 9 ( 2 9 )1(21 Kk m o lkJxCxCC DpDppD ???????????? 蘭州交通大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 Wt 溫度下 1pC? kJ/(kmol 帶入計(jì)算得 Fu =smVS / 3? 于是得 muVD s 12 3 ????? ?? 圓整后： D= m，空塔氣速 u= m/s 選取整塔直徑為 D=。 取 K=700W/(m2 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(zhǔn)， 0℃時(shí)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 逆流： T 260℃ → 170℃ t ℃← 25℃ 6 7251 7 0 6 0ln)251 7 0() 6 0()/l n (1212 ????????? ????? tt tttm℃ 進(jìn)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