【導讀】說明，對整個裝置進行了簡單初步評價。1-3周：查閱文獻資料，寫出開題報告。4-5周：進行初步的設計計算及選型。6-14周：應用Cad畫圖，做出PID、PFD圖。15-16周：整理完成設計。[摘要]作為LPG和石油類的替代燃料，目前二甲醚倍受注目。物理性質相類似的化學品，在燃燒時不會產生破壞環(huán)境的氣體，能便宜而大量地生產。甲烷一樣，被期望成為21世紀的能源之一。目前生產的二甲醚基本上由甲醇脫水制得，甲醇脫水制二甲醚分為液相法和氣相法兩種。工藝，本設計采用氣相法制備二甲醚工藝。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。設計結果達到了設計課題的要求，完成了二甲醚的生。初餾塔及其附屬設備的計算選型.

　　

【正文】 性參數 k m o lkgxMxMM WW /)0 0 3 4 8 ( 0 3 4 8 )1(21 ???????????32211 / 071 mkgLL ???? ?????? ， 3/)( mkgRTMpV ??? ???? hkgV / 6 7 1 ???? hkgLML / ??????? （ 3）進料條件下的流量和物性參數 k m o lkgxMxMM FF /)()1(21 ??????????? 3/)( mkgRTMpV ??? ???? 32211 / 601 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 煙臺大學畢業(yè)設計 23 321 / mkgVVV ????? ??? 321 / mkgLLL ????? ???hkgVVV / 7 322 2 1 662 21 ?????hkgLLL / 7 192 3 0 592 21 ????? （ 5）提餾段的流量和物性參數 332 /2 mkgVVV ????? ??? 332 / mkgLLL ????? ??? hkgVVV / 9 882 6 2 992 32 ??????? hkgLLL / 1 772 7 5 812 32 ??????? （ 6）體積流量 塔頂 ： smVV s /1 0 4 6 0 1 6 6 311 ???? ? 塔底 ： smVV s / 333 ????? ? 進料 ： smVV s / 322 ???? ? 精餾段 ： smVVV ssS / 321 ????? 提留段 ： smVVV ssS / 332 ?????? 塔徑設計計算 選用 500（ BX）型波紋填料。 （ 1）精餾段塔徑計算 由氣速關聯式 1 / 81 / 42 0. 23l g 1. 75VVF LLLu aLAgV?????? ????? ? ? ? ??? ?????????? 式中 Fu —— 泛點空 塔氣速， m/s； g—— 重力加速度， 2/ms； 3/a? —— 干填料因子， 1m? ； V? 、 L? —— 氣相、液相密度， 3/kg m ； L? —— 液相粘度， Cp； L、 V—— 液相、氣相流量， kg/h； 煙臺大學畢業(yè)設計 24 A—— 常數 ，取 ； ? —— 填料空隙率； 33/mm。 表 計算得二甲醚、甲醇的特殊點的粘度 /cP 溫度 /℃ Dt = Wt = Ft = 二甲醚 甲醇 已知： V? = 3/mkg ， L? = 3/mkg ， ? =， a =500 32/mm , 2/)]()[(2/)(? ?????????? LDLFL ???L=， V= kg/h， A=。 代入式中求得， Fu =smVS /11 3? 于是得 muVD S 9 1 1 0 ????? ?? 圓整后： D=，空塔氣速 u= m/s （ 2）提餾段塔徑計算 已知： V? = 3/mkg ， L? = 3/mkg ， ? =， a =500 32/mm , 2/)]()[(2/)(? ?????????? LWLFL ??? L=， V= kg/h， A=。 帶入計算得 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=。 填料層高度的計算 （ 1）精餾段： 9 9 8 8 ????? VuF ? 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 ????? 附屬設備的選型計算 煙臺大學畢業(yè)設計 25 （ 1）冷凝器 選用列管式冷凝器，逆流方式操作，冷卻水進口溫度為 25℃，出口溫度為 35℃。 取 K=700W/(m2℃ ) 逆流： T ℃→ ℃ t 35℃ ← 25℃ )()()/ln (1212 ????????? ????? tt tttm℃ mC ?????? 查文獻得規(guī)格： Φ8006000，換熱面積 F= （ 2）再沸器 選擇 ℃的飽和水蒸氣加熱， Wt =℃為再沸器液體入口溫度，用潛熱加熱可節(jié)省蒸汽量，從而減少熱量損失。取 K=1000 W/(m2℃ ) 1 8 7 ????t ℃ 則換熱面積為 ?????? 查文獻得規(guī)格為： Φ8003000，換熱面積 F= 精餾塔及其附屬設 備的計算選型 操作壓力為 ， 二甲醚 甲醇的 汽液平衡 數據可依據 Antoine 方程（ 0lg / ( )AP A B t C? ? ?）計算，所得二甲醚 甲醇的 txy 數據如下表，其中二甲醚、甲醇的 Antoine 方程常數查自化學工程師手冊 [4]P5 P55。 表 二甲醚 甲醇平衡時的 t、 x、 y 數據 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 液相 DME x/mol % 0 氣相 DME y/mol % 0 物料衡算 已知：進料 hkgF /?? ， hkmolF /? k mo lkgMk mo lkgM D M E /,/ ?? 甲醇 k m o lkgM F /)9 2 9 ( 2 9 ?????? 92 ???Fx ， 9 98 ???Dx 003 ???Wx 根據物料衡算方程解得 hk m o lWhk m o lD /,/ ?? 煙臺大學畢業(yè)設計 26 采用泡點進料 q=1，由汽液平衡數據，用內插法求得進料溫度為 ,92 ??????? FF tt℃ 此溫度下 ， ?? ABBAF xyxy? ]1 )1([11m i n ?? ?????? F DFD x xxxR ?? m i n ???? RR hk m o lDRL /, ????? hk m o lFqLL / ???????? hk m o lDRVV /)1( ????? 表 物料衡算結果表 物料 流量（ kmol/h） 組成 物料 流量（ kmol/h） 進料 塔頂產品 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）由汽液平衡數據，用內插法可求塔頂溫度 Dt 、塔底溫度 Wt 、泡點溫度 Dt? Dt =℃ Wt =℃ Dt? =℃ 注：下標 1為 DME,下標 2為甲醇。 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 mo lkJxCxCC DPDppD ???????????? Wt 溫度下： 1 ? )/( KkmolkJ ? ， 2 ? )/( KkmolkJ ? )/()0 0 3 4 8 ( 0 3 4 8 )1(21 Kk mo lkJxCxCC WPWppW ???????????? Dt 溫度下： kgkJ / ?? kgkJ / ?? kgkJxx DD /)()1(21 ??????????? ??? 塔頂 k m o lkgxMxMM DD /)()1(21 ??????????? （ 2）塔頂以 0℃為基準， 0℃時塔頂上升氣體的焓值為 VQ hkJVtCVQ DpV / 6 0 3 4 2 ???????????? ? （ 3）回流液的焓 RQ 1pC = )/( KkmolkJ ? 2pC = )/( KkmolkJ ? )/()()1(21 Kk mo lkJxCxCC DPDpp ???????????? 煙臺大學畢業(yè)設計 27 hkJtCLQ DpR / 2 8 1 8 ???????? （ 4）餾出液的焓 DQ 因為餾出口與回流口組成一樣，所以 )/( Kk m olkJC p ?? hkJtCDQ DpD / ??????? （ 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）進料口的焓 FQ Ft 溫度下： )/( Kk m olkJC p ?? ， ?2pC )/( KkmolkJ ? )/()()1(21 Kk mo lkJxCxCC FPFpp ???????????? 所以 hkJtCFQ FpF / 4 9 8 ??????? （ 7）塔底殘液焓 WQ hkJtCWQ WpW / ??????? （ 8）再沸器（全塔范圍列衡算式） 設再沸器損失能量 ?損 B F C W DQ Q Q Q Q Q? ? ? ? ?損 hkJQ FDWCB / 4 3 0 6 4 4 2 4 8 7 ?????????所以， hkJQ B /? 表 熱量衡算結果 進料 冷凝器 塔頂餾出液 塔底釜殘液 再沸器 平均比熱 Cp kJ/(kmol K) 熱量 Q（ kJ/h） 理論塔板數的計算 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 ） 進料液的相對揮發(fā)度為 ?? 塔頂與進料的相對揮發(fā)度 ： ????? FDm ??? 16lg/)]1)(1lg [ (m i n ???? mF FDD x xxxN ? 同上可得 ， N= 煙臺大學畢業(yè)設計 28 取整數 ， 精餾段理論板數為 31塊 ， 加料板位置為從塔頂數第 32塊理論板 ， 整塔理論板數為 41 塊 精餾塔主要尺寸的設計計算 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 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 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）進料條件下的流量和物性參數 k m o lkgxMxMM FF /)()1(21 ??????????? 3/)( mkgRTMpV ??? ???? ， 32211 / 401 mkgLL ???? ?????? hkgVV / 5 8 ????? 精餾段： hkgLML / 5 5 ?????