【正文】 ： 11R e ( ) 3 3 0 7 ( ) 6 3 5 9 . 61 1 0 . 4 8fsM dGme? ? ? ?? 因 REM1000 屬湍流 ，則 220331 1 1 . 7 5 1 . 7 5f s s fr u e Gp L Ld e d ???? ? ? ? ? 23() 1 5 627 .6 K P a ?? ? ? ??? 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 8 頁 共 58 頁 4 甲醚精餾塔結構計算 甲醚精餾塔的物料衡算及理論板數 本課題涉及三組分精餾，且三組分為互溶體系，故采用清晰分割法，以甲 醚為輕關鍵組分，甲醇為重關鍵組分，水為重非關鍵組分。由設計要求知， 塔頂液相組成 xD1=(均為摩爾分數 ) xD2= xD3= 進料液相組成 xF1= xF2= xF3= 以 ，對塔 1 做物料衡算，由年產 40 萬噸二甲醚知， D1= F=D+W1 FxF1=DxD1+WxW1 解得 W1= xw1= 同理可計算出其它組分的含量，匯總于下表 ： 表 甲醚精餾塔的物料衡算 DME(1) 甲醇（ 2） 水（ 3） 塔頂 y 進料 xF 塔底 xw 查相關文獻 [3]得，二甲醚、甲醇、水在 ，不同溫度下的汽液平衡數據列于下表 ： 表 汽液平衡數據 二甲醚 甲醇 水 汽相 液相 汽相 液相 汽相 液相 38℃ 89℃ ℃ 38℃ 下 K 值 89℃ 下 K 值 145℃ 下 K 值 38℃ 下 a 值 22 1 89℃ 下 a 值 10 1 ℃ a 值 1 由恩特伍德公式得 i i , D m mi( x ) R1q? ???? （ 1） i 1, Fix 1q? ??? ? ?? （ 2） 進料狀態(tài)為飽和液體， q=1，則 i 1 , Fi x 22 0. 39 29 1 0. 20 53 0. 26 0. 40 180 22 1 0. 26? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? 用試差法求出 ? =，帶入（ 1）式 i i , D m mi( x ) 2 2 0 .9 9 8 7 1 0 .0 0 0 0 4 0 .2 6 0 .0 0 1 2 6R1 2 2 1 .5 9 5 1 1 .5 9 5 0 .2 6 1 .5 9 5? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? 故 Rmin= 為實現對兩個關鍵組分之間規(guī)定的分離要求，回流 比必須大于它們的最小值，根據 Fair 和 Bolles陜西理工學院畢業(yè)設計 第 9 頁 共 58 頁 的研究結果， R/Rm 的最優(yōu)值約為 ，但在比值稍大的一定范圍內接近最佳條件。根據經驗，一般取 R/Rm=。則回流比 R . .0 .? ? ?18 1 8 194 m inR R 1 1????? 查吉利蘭關聯(lián)圖可得 minN N 1 ? 在全回流下的最少理論板數 Dw1212m inx()x[]x()xN loglog? ? 平均相對揮發(fā)度 3 2 2 1 0 .2 6 1 .8? ? ? ? ?頂 3 1 0 1 0 .7 1 .9? ? ? ? ?進 3 7 .8 1 0 .8 5 1 .9? ? ? ? ?底 所以全塔平均相對揮發(fā)度 ?? Dwm in0 .9 9 8 7()0 .0 0 0 0 4[]0 .0 0 2 2 0 .3 2 8 0N 2 3 .5 2 4? ? ?log 則 N 19 ? ?? N 41??快 計算加料位置 精餾段最少理論板數 m i n0 . 9 9 8 7 0 . 3 9 2 9l o g [ ]0 . 0 0 0 0 4 0 . 2 0 5 3N 1 6 . 7 1 7l o g 1 . 9?? ? ?精 實際板層數的求取 進料黏度：在 tD=89℃ ，查手冊 [4]得 1 Pa sm? ?? 2 mPa s? ?? 3 s? ?? l g 0 . 3 9 2 9 l g (0 . 0 7 7 ) 0 . 2 0 5 3 l g (0 . 2 5 5 ) 0 . 4 0 1 8 l g (0 . 3 1 5 )LF? ? ? ? 求得 m Pa s? ?? 塔頂物料黏度： tD=38℃ ，查手冊 [4]得 1 s? ?? 2 Pa s? ?? 3 s? ?? l g 0 . 9 9 8 7 l g (0 . 1 3 3 ) 0 . 0 0 0 0 4 l g (0 . 4 4 4 ) 0 . 0 0 1 2 6 l g (0 . 6 8 3 )LD? ? ? ? 求得 m Pa s? ?? 塔釜物料黏度： ??， 查手冊得 1 mPa s? ?? 2 s? ?? 3 s? ?? 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 10 頁 共 58 頁 l g 0 . 0 0 2 2 l g (0 . 0 2 3 ) 0 . 3 2 8 0 l g (0 . 1 5 3 ) 0 . 6 6 9 8 l g (0 . 1 9 3 )LW? ? ? ? 求得 Pa sLW? ?? 精餾段液相平均黏度： 0. 13 3 0. 17 3 0. 15 3 m Pa s22LD LF??? ? ?? ? ? ?精 提餾段液相平均黏度： 0. 17 8 0. 17 3 0. 17 6 m P a s22LW LF??? ? ?? ? ? ?提 全塔液相平均黏度： 0 . 1 5 3 0 . 1 7 60 . 1 6 5 m P a s22mmm ? ?? ? ? ?精 提提 全塔效率可用奧爾康公式： ( )TLE ?? ?? 計算 .4 9 (1 .9 0 .1 6 5 ) 0 .6 5TE ?? ? ? 則實際塔板數 41 62 E? ? ? ?實 實際進料位置 17= 26 .2 23 5TNN E? ? ?進 精餾塔的工藝條件及有關物性數據的計算 操作壓力的計算 DME 在常壓下的沸點是 ℃ ，所以如果選擇系統(tǒng)壓力在常壓下，則 塔頂冷凝器很難對該產品進行冷卻。所以塔壓力采用加壓。另一方面隨著操作壓力增加 ,精餾操作所用的蒸汽、冷卻水、動力消耗也增加。精餾高純度 DME 的操作壓力適宜范圍為 ～ 這里采用塔頂冷凝器壓力為，塔頂壓力為 ，塔底壓力為 對該系統(tǒng)進行模擬計算，這樣塔頂溫度為 38℃ ，塔 底溫度為 ℃ 。這樣塔頂、塔底的公用工程就可以分別用冷凝水和中壓（ 1015kgf/cm2）蒸 汽來實現。 塔頂操作壓力 PD= 每層塔板壓降 P? = 進料板壓力 PF=+? 24= 塔底 壓力 Pw=+? 62= 精餾段平均壓力 Pm=(+)/ 2= 全塔 平均壓力 Pm=(+)/ 2= 操作溫度計算 由汽液相平衡條件，有 ^^VLiiff? (i 1, 2, C )? … … ， 若用逸度因子表示 )^ ^ ^ (, e x p [ ]ss LiiV V L si i i i i i i i V p pf p y j f x p j RT??? (1) 則 ^( )e x p [ ]LsssVi i i ii iV i p p ix p jy pj RT?? (2) 其中 000 0 0l n l nsEi Bp A C T D TT? ? ? ? (3) 二甲醚、甲醇和水的物性數據由文獻 [4]查的，飽和蒸汽壓計算式（ 3）中的系數見文獻 [5]采用狀態(tài)方程 活度因子法，有 PR 方程 計算氣象個組分的逸度因子，各二元體系的二元相互作用參數 k12的值見表 3；利用 NRTL 方程計算液相活度因子，進行汽液平衡數據的熱力學計算。在熱力學計算陜西理工學院畢業(yè)設計 第 11 頁 共 58 頁 中，將 NRTL 方程的模型參數 ij? 整理成（ ? =） 2ij ijij ij bcT T??? ? ? (4) 式（ 4）中個二元體系的數值見表 4，表 43 和表 44 中二甲醚（ 1） 甲醇（ 2）、二甲醚（ 1） 水（ 2）、甲醇（ 1） 水（ 2）各二元體系的模型是利用文獻數據整理得到的。 Table Interaction parameterk12of PRequation for binary systems System k12 DME(1)CH3OH(2) DME(1)H2O(2) CH3OH(1)H2O(2) Table Coefficients of model parameter ij? of NRTL equation for binary systems System A12 A21 b12 b21 c12 c21 DME(1)CH3OH(2) 182686 DME(1)H2O(2) 974420 1108017 CH3OH(1)H2O(2) 依據操作壓力，由泡點方程通過試差法計算出泡點溫度。計算結果如下： 塔頂溫度 38DtC?? 進料板溫度 89FtC?? 塔底溫度 ?? 精餾段平均溫度 1 ( 3 8 8 9 ) / 2 6 3 . 5m ? ? ? ? 提餾段平均溫度 2 ( 8 9 1 4 5 . 8 ) / 2 1 1 7 . 4m ? ? ? ? 平均摩爾質量計算 塔頂平均摩爾質量計算 ： 0 . 9 9 8 7 4 6 0 . 0 0 0 0 4 3 2 0 . 0 0 1 2 6 1 8 4 5 . 9 6k g / k m o lV D mM ? ? ? ? ? ? ? 0 . 9 0 4 2 4 6 0 . 0 0 0 8 3 2 0 . 0 9 5 1 8 4 3 . 3 3 k g / k m o lL D mM ? ? ? ? ? ? ? 進料板平均摩爾質量計算 ： 0 . 3 9 2 9 4 6 0 . 2 0 5 3 3 2 0 . 4 0 1 8 1 8 3 1 . 8 8 k g / k m o lVFmM ? ? ? ? ? ? ? 0 . 8 8 9 1 4 6 0 . 0 4 7 6 3 2 0 . 0 6 3 3 1 8 4 3 . 5 6 k g / k m o lL F mM ? ? ? ? ? ? ? 塔底平均摩爾質量計算 ： 0 . 0 1 9 0 4 6 0 . 3 6 1 0 3 2 0 . 6 2 0 0 1 8 2 3 . 5 9 k g / k m o lVFmM ? ? ? ? ? ? ? 0 . 0 0 2 2 4 6 0 . 3 2 8 0 3 2 0 . 6 6 9 8 1 8 2 2 . 6 5 k g / k m o lL F mM ? ? ? ? ? ? ? 精餾段平均摩爾質量 ： ( 4 5 . 9 6 3 1 . 8 8 ) / 2 3 8 . 9 2k g / k m o lVmM ? ? ? ( 4 3 . 3 3 4 3 . 5 6 ) / 2 4 3 . 4 5 k g / k m o lLmM ? ? ? 提餾段平均摩爾質量 ： ( 3 1 . 8 8 2 3 . 5 9 ) / 2 2 7 . 7 4k g / k m o lVmM ? ? ? ( 4 3 . 5 6 2 2 . 6 5 ) / 2 3 3 . 1 1 k g / k m o lLmM ? ? ? 平均密度計算 氣相平均密度計算 精餾段氣相密度 陜西理工學院畢業(yè)設計 第 12 頁 共 58 頁 38 1 5 .6 3 8 .9 2 1 1 .3 4 k g / m8 .3 1 4 ( 6 3 .5 2 7 3 .1 5 )m V mV1mPMρ = RT ????? 提餾段氣相密度 38 2 7 .5 2 7 .7 4 7 .0 7 k g / m8 .3 1 4 ( 1 1 7 .4 2 7 3 .1 5 )2 m V mVmPMρ = RT ????? 全塔氣相平均密度 9 2 0 52V .? ?? 3kg/m（ 1 1 .3 4 + 7 .0 7 ） 液相平均密度計算 平均密度依下 式計算，即 1i iVm a ?? ?? 塔頂液相平均密度的計算 由 tD=38℃ ，查手冊 [4]得