【文章內(nèi)容簡介】 經(jīng)吸收塔吸收后直接排入大氣或送入鍋爐房進(jìn)行焚燒，進(jìn)入中間罐的反應(yīng)物由屏蔽泵加壓輸送至初餾塔進(jìn)行精餾分離，塔頂分餾出燃料級的二甲醚組分，塔底分離出粗甲醇混合物，燃料級二甲醚蒸汽在甲醚冷凝器中被循環(huán)水冷凝成常溫二甲醚液體經(jīng)計量泵后進(jìn)入燃料級二甲醚產(chǎn)品中間罐，再經(jīng)加壓磁力泵輸送至罐區(qū)產(chǎn)品貯罐區(qū)進(jìn)行儲存，塔底稀甲醇混合物經(jīng)冷卻后進(jìn)入粗甲醇中間罐進(jìn)行貯存。 粗甲醇中間罐的稀甲醇液體由屏蔽泵加壓輸送至甲醇回收塔進(jìn)行精餾分離，塔頂分餾出精甲醇組分，塔底分離出廢水，精甲醇蒸汽被循環(huán)水冷卻成常溫精甲太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工設(shè)計》課程設(shè)計說明書 16 醇液體，經(jīng)計量后進(jìn)入回收甲醇中間罐。再經(jīng)計量后由工藝管道輸送至往復(fù)泵進(jìn)口循環(huán)使用，甲醇回收塔底廢水中甲醇含量小于 %，經(jīng)冷卻稀釋后直接輸送鍋爐房作為脫硫除塵補充循環(huán)水。 計算依據(jù) 原料：甲醇（ 90%） 產(chǎn)品品種： 二甲醚 擬建規(guī)模： 20 萬噸 /年 年操作日： 365 天 操作溫度： 300 攝氏度 操作壓力： 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 汽化塔：原料甲醇純度 90%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），塔頂甲醇?xì)怏w純度 ≥99%，釜液甲醇含量 ≤%； 合成塔：轉(zhuǎn)化率 ≥80%，選擇性 ≥%； 初餾塔：塔頂二甲醚純度 ≥95%，釜液二甲醚含量 ≤%； 精餾塔：塔頂二甲醚純度 ≥%，釜液二甲醚含量 ≤%； 回收塔：塔頂回收甲醇純度 ≥98%，廢水中甲醇含量 ≤% 物料衡算 ： 原料甲醇流量的估算：年產(chǎn) DME20 萬噸，合成轉(zhuǎn)化率為 80%（出去各步損失，按 78%粗略估算），選擇性按 100%計算，二甲醚產(chǎn)品純度為 %。結(jié)合甲醇脫水反應(yīng)式可得下式： hkg /%)90%78/(] 2 . 0 4224365 % 0 0 0 0 0[ 33 ?????? ?? 汽化塔 (1)物料衡算 已知 F′=103kg/h， xF′=90%， xD′=99%,xW′=%（以上均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)），K 323 2 .0 4 / , 1 8 .0 2 /C H O H H OM k g k m o l M k g k m o l??，33 46 .0 7CH OCHM ?kg/kmol 摩爾分率： 9 0 / 3 2 .0 4 8 3 .5 0 %9 0 / 3 2 .0 4 1 0 / 1 8 .0 2Fx ? 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工設(shè)計》課程設(shè)計說明書 17 99 / 32 .0 4 98 .2 4%99 / 32 .0 4 1 / 18 .0 2Dx ??? 0. 5 / 32 .0 4 %0. 5 / 32 .0 4 99 .5 / 18 .0 2Wx ? 進(jìn)料平均相對分子質(zhì)量 M 平均 =%+%=則進(jìn)料摩爾流量為： hk m o lF / 5 2 101 9 3 ??? 總物料 F D W?? ； 易揮發(fā)組分 F D WFx Dx Wx?? ； 帶入數(shù)據(jù)解得： D=塔頂產(chǎn)品平均相對分子質(zhì)量 M=%+(%)=塔頂產(chǎn)品質(zhì)量流量 D==103kg/h 塔釜產(chǎn)品平均相對分子質(zhì)量 M=%+(%)=塔釜產(chǎn)品質(zhì)量流量 W==103kg/h 表 8 物料衡算結(jié)果表 單位 進(jìn)料 F 塔頂 D 塔釜 W 物料 kg/h kmol/h 103 103 103 組成 質(zhì)量分率 摩爾分率 90% % 99% % % % 表 9 甲醇 水平衡時的 t、 x、 y 數(shù)據(jù) [3] 平衡溫度 t 100 液相甲醇 x 0 100 氣相甲醇 y 0 100 根據(jù)汽液平衡表（即 xyt 表），利用內(nèi)插法求塔頂溫度 tLD、 tVD，塔釜溫度 tW，進(jìn)料液溫度 tF 塔頂溫度 tLD、 tVD 6 6 . 99 8 . 2 4 8 7 . 4 1 6 5 . 0 11 0 0 8 7 . 4 1 6 4 . 7 6 6 . 9LDLDt t?? ? ? ???℃ 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工設(shè)計》課程設(shè)計說明書 18 6 4 . 71 0 0 9 8 . 2 4 6 5 . 1 81 0 0 9 1 . 9 4 6 4 . 7 6 6 . 9VDVDt t?? ? ? ???℃ 塔釜溫度 tW 1001 0 0 9 2 . 9 9 9 . 6 20 5 . 3 1 0 . 2 8 1 8 0WWt t?? ? ? ???℃ 進(jìn)料液溫度 tF 6 8 . 06 8 . 0 7 0 . 0 6 8 . 2 58 5 . 6 2 6 8 . 4 9 8 3 . 5 0 8 5 . 6 2FFt t?? ? ? ???℃ 回流比的確定：由表 9 的數(shù)據(jù)繪制 xy 圖 由圖（圖略）可知進(jìn)料平衡曲線為不正常平衡曲線，為減小誤差，用作圖法求最小回流比 Rmin， 由點 a（ xD,xD）向平衡線作切線，交軸于 b（ 0， ），即精餾操作線截距 ?? ，所以 ??R ，所以 min ? 。操作回流比可取為最小回流比的 倍，所以取回流比 m i n1 ..2 1 .2 3 .7 6 4 .5 1RR? ? ? ? 甲醇 水混合液的t x 圖01020304050607080901000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100液相甲醇（%）氣相甲醇（%） 平均相對揮發(fā)度 α ： t=℃ 時 1 ( 1 ) 2 8 . 3 4 ( 1 0 0 5 . 3 1 ) 7 . 0 5( 1 ) ( 1 0 0 2 8 . 3 4 ) 5 . 3 1ABBByx yxy x y x? ? ? ?? ? ? ?? ? ? 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工設(shè)計》課程設(shè)計說明書 19 t=℃ 時 2 ( 1 ) 9 1 . 9 4 ( 1 0 0 8 7 . 4 1 ) 1 . 6 4( 1 ) ( 1 0 0 9 1 . 9 4 ) 8 7 . 7 4ABBByx yxy x y x? ? ? ?? ? ? ?? ? ? 12 7 . 0 5 1 . 6 4 4 . 3 522??? ? ?? ? ? 合成塔 進(jìn)塔甲醇蒸汽流量 D? =由反應(yīng)式 3 3 3 22 C H O H C H O C H H O?? 其單程轉(zhuǎn)化率為 80%， DME 選擇性 ≥99% 則生成二甲醚的出塔流量為hk m o lNhk m o lNhk m o lD/)(/%20%/21??????????????????出塔水的流量為為未反應(yīng)的甲醇出塔流量 初餾塔 本塔設(shè)計為二甲醚、甲醇、水三組分的精餾計算，現(xiàn)做簡化設(shè)計，按二甲醚 ——甲醇兩組分精餾計算，因為水的沸點高于甲醇的沸點，可近似處理將水的流量并到甲醇中按二組分精餾計算設(shè)計初餾塔。 進(jìn)料質(zhì)量流量 F =++=摩爾流量 F? =其中二甲醚的質(zhì)量流量為 ，摩爾流量為 甲醇的質(zhì)量流量為 ，摩爾流量為 水的質(zhì)量流量為 ，摩爾流量為 摩爾分率 二甲醚為 %，甲醇為 %，水為 % 質(zhì)量分率 二甲醚為 %，甲醇為 %，水為 % 操作壓力為 ,二甲醚 甲醇的汽液平衡數(shù)據(jù)可依據(jù) Antoine 方程（ 0lg / ( )AP A B t C? ? ?）計算，所得二甲醚 甲醇的 txy 數(shù)據(jù)如下表，其中二甲醚、甲醇的 Antoine 方程常數(shù)查自化學(xué)工程師手冊 [4]P5 P55。 表 22 二甲醚 甲醇平衡時的 t、 x、 y 數(shù)據(jù) 平衡溫度 /℃ 40 50 60 70 80 液相 DME 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工設(shè)計》課程設(shè)計說明書 20 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 已知：進(jìn)料 F=， hkmolF /?? 4 6 . 0 7 / , 3 2 . 0 4 /D M EM k g k m o l M k g k m o l?? 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 ?? ，甲醇的摩爾分率為 6 0 9 9 0 ??? %, ?? ?? F 95 / 7 / 7 5 / 4Dx ???， 0. 5 / 46 .0 7 0. 00 34 830. 5 / 46 .0 7 99 .5 / 32 .0 4Wx ??? 根據(jù)物料衡算方程解得 hk m o lWhk m o lD /,/ ?? 采用泡點進(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 607 0 6 03 5 .3 4 6 .8 3 9 .0 6 4 6 .8Ft ?? ???? Ct OF ? 此溫度下， ??ABBA xyxy? ； hk m o lDRVVFqLLhk m o lDRLRRXXRFDFD/)1(/1)1(11m i nm i n??????????????????????????????????????? 表 23 物料衡算結(jié)果表 物料 流量（ kmol/h） 組成 物料 物流（ kmol/h） 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工設(shè)計》課程設(shè)計說明書 21 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? 精餾塔 操作壓力為 ，二甲醚 甲醇的汽液平衡數(shù)據(jù)可依據(jù) Antoine 方程（ 0lg / ( )AP A B t C? ? ?）計算，所得二甲醚 甲醇的 txy 數(shù)據(jù)如下表，其中二甲醚、甲醇的 Antoine 方程常數(shù)查自化學(xué)工程師手冊 [4]P5 P55。 表 28 二甲醚 甲醇平衡時的 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 （ 1） 物料衡算 已知：進(jìn)料 36 20 .37 5 /F kg h?? ， hkmolF /? 4 6 . 0 7 / , 3 2 . 0 4 /D M EM k g k m o l M k g k m o l?? 甲 醇 0 . 9 2 9 6 4 6 . 0 7 ( 1 0 . 9 2 9 6 ) 3 2 . 0 4 4 5 . 0 8 /FM k g k m o l? ? ? ? ? ? 95 / 7 / 7 5 / 4Fx ???， / 7 / 7 / 4Dx ???， 0. 5 / 46 .0 7 . 5 / 46 .0 7 99 .5 / 32 .0 4Wx ? 太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院《化工設(shè)計》課程設(shè)計說明書 22 根據(jù)物料衡算方程解得 hk m o lWhk m o lD /,/ 2 5 ?? 采用泡點進(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 3 2 .94 0 3 2 .98 1 .5 1 0 0 .0 9 2 .9 6 1 0 0 .0Ft ?? ??? ?? ℃ 此溫度下， ??ABBA xyxy? hk m olDRVVFqLLhk m olDRLRRXXRFDFD/)1(48,/1)1(11m i nm i n??????????????????????????????????????? 表 29 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?