【導(dǎo)讀】目前生產(chǎn)的二甲醚基本上由甲醇脫水制得，即先合成甲醇，然后經(jīng)甲醇脫水制成二甲醚。和氣相法兩種工藝，本設(shè)計采用氣相法制備二甲醚工藝。宜而大量地生產(chǎn)。與甲烷一樣，被期望成為21世紀(jì)的能源之一。將甲醇加熱蒸發(fā)，甲醇蒸氣通過γ-AL2O3催化劑床層,氣相甲醇脫水制。主要完成以下工作：。1）精餾用到的二甲醚分離塔和甲醇回收塔的塔高、塔徑、塔板布置等的設(shè)計；2）所需換熱器、泵的計算及選型；精餾塔有效高度的計算.

　　

【正文】 ? ? ? 39。 3 1 9 0 .7 9 7 k o m l/hVV?? 精餾段的氣、液相體積流率為 ： 331 90 .79 7 38 .92 4 m / s36 00 11 .34VmsVmVMV= 3600 ρ ???? 32 1 0 5 .4 9 2 4 3 .4 5 0 .0 4 0 m / s3 6 0 0 6 2 9 .2LmsLmLML= 3600 ρ ?? 提餾段的氣、液相體積流率為 ： 33 1 9 0 .7 9 7 2 7 .7 4 3 .4 8 m / s3 6 0 0 7 .0 739。 VmsVmVMV= 3600 ρ ???? 32 1 0 5 .4 9 2 3 3 .1 1 0 .0 2 8 m / s3 6 0 0 6 9 5 .0 539。 LmsLmLML= 3600 ρ ?? 采用雙塔精餾進(jìn)行甲醚分離，則該塔精餾段、提餾段汽液相體積流率為 ： 31 .4 0 6 m / sss VV= ?2 30 .0 2 0 m / s2ss LL= ? 31 .7 4m / s239。 ss VV= ? 30 .0 1 4m / s239。 ss LL= ? 31 .4 0 6 1 .7 4 1 .5 7 m / s2sV ??? 4 0 7 m / s2sL ? 由max LVVuC????式中的 C 由式 20 ()20LCC??計算，其中 20C 由史密斯關(guān)聯(lián)圖 [8]查取，圖的橫坐標(biāo)為 ： 1 / 20. 02 0 36 00 62 9. 2 1. 40 6 36 00 12 .2 71 / 2h LhVL ρ =V ρ?? ? ?? ??? ??? ???? 取板間距 = ，板上液層高度 = ，則 = 0 .4 0 0 .0 6 = 0 .3 4 mTLHh 圖 史密斯關(guān)聯(lián)圖 查史密斯關(guān)聯(lián)圖得 20C = 0. 219 .28 1C 64 63 520??? ? ????? m a xu = 0 . 0 6 3 5 = 0 . 4 5 0 m / 取安全系數(shù)為 ，則空塔氣速為 西安石油大學(xué)成人高等教育畢業(yè)設(shè)計 18 0 . 7 m a xu = u ?= 0 . 7 0 . 4 5 0 = 0 . 3 1 5 m / s S4VD= π u ? ?4 1 . 4 0 6= = 2 . 3 8 m3 . 1 4 0 . 3 1 5 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 D= 塔截面積為 2 2 2π= 2 .4 = 4 .5 2 2 m44TAD??? 實(shí)際空塔氣速為 = = 0. 31 1m / 提餾段塔徑的計算 精餾段的汽液相負(fù)荷 精餾段的氣、液相體積流率為 239。 ss VV= 3= /s 30 .0 1 4 m / s2ss LL= ? 由 max LVVuC????式中的 C 由式 20 ()20LCC??計算，其中 20C 由史密斯關(guān)聯(lián)圖查取，圖的橫坐標(biāo)為 ： 1 / 14 36 00 69 5 8 40 36 00 71 / 2h LhVL ρ =V ρ?? ? ?? ??? ??? ???? 取板間距 = ，板上液層高度 = ，則 = 0 .4 0 0 .0 6 = 0 .3 4 mTLHh 查史密斯關(guān)聯(lián)圖得 20C = 0. 232 .21 70 7720C ??? ? ????? 6 9 5 . 0 5 7 . 0 70 . 0 7 7 0 . 7 6 0m / s7 . 0 7m a xu ??? 取安全系數(shù)為 ，則空塔氣速為 ： 0 . 6 0 . 6 0 . 7 6 0 0 . 4 5 6m / sm a xu = u ? ? ? 4 1 . 7 4 2 . 2 1 m3 . 1 4 0 . 4 5 6S4VD= π u ???? 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 D= 塔截面積為 2 2 2π= 2 .4 = 4 .5 2 2 m44TAD??? 實(shí)際空塔氣速為 ： = = 0. 38 5m / 精餾塔有效高度的計算 精餾段有效高度為 ： 1 ( 23 1 ) 0. 4 8. 8TZ = N H ? ? ? ?精 精（ ） m 西安石油大學(xué)成人高等教育畢業(yè)設(shè)計 19 提餾段有效高度為 ： 1 ( 39 1 ) 0. 4 15 .2TZ = N H ? ? ? ?提 提（ ） m 在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為： 故精餾塔的有效高度為 ： 0 . 8 8 . 8 1 5 . 2 0 . 8 2 4 . 8Z = Z + Z ? ? ? ? ?精 提 m 塔頂及釜液上的汽液分離空間高度均取 ，裙座取 2m，則精餾塔的實(shí)際高度為 ： 2 4 .8 + 1 .5 2 + 2 = 2 9 .8 mZ ??實(shí) 塔板主要工藝尺寸的計算 溢流裝置計算 因塔徑 D＝ ，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。各項計算如下： 堰長 Lw 取 Wl = 0 .8 0 D = 0 .8 0 2 .4 = 1 .9 2 m? 溢流堰高度 hw 由 W L OWh h h? 選用平直堰，堰上液層高度 OWh 由式 2 32 .8 41000 hOW WLhEl??? ???? 近似取 E=1，則 2/32. 84 0. 01 7 36 00= 1 = 0. 02 86 m10 00 1. 92OWh ????? ???? 故 = 0 .0 6 0 0 .0 2 8 6 = 0 .0 3 1 4 mWh 弓形降液管寬度 Wd 和截面積 Af 由 = 查弓形降液管的參數(shù)圖 [6]，得 = = 故 2= 0 . 1 4 = 0 . 1 4 4 . 5 2 2 0 . 6 3 3 mfTAA ?? 0 . 2 0 0 . 2 0 2 . 4 0 . 4 8 mdWD? ? ? ? 依式 3600 fThAHL? ? 驗(yàn)算液體在降液管中停留時間，即 3600 fThAHL? ? 36 00 0. 63 3 0. 40 12 .6 6 s 5 s0. 02 0 36 00??? ? ?? 故降液 管設(shè)計合理。 降液管底隙高度 h0 0 39。03600hWLh lu? 西安石油大學(xué)成人高等教育畢業(yè)設(shè)計 20 39。0u 的一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)值為 ~ 39。0 ? 則 0 0. 01 7 36 00 0. 03 16 m36 00 1. 92 0. 28h ????? 0 0 . 0 4 6 4 0 . 0 3 1 6 0 . 0 1 4 8 m 0 . 0 0 6mWhh ? ? ? ? 故降液管底隙高度設(shè)計合理。 選用凹形受液盤，深度 39。 50Wh mm? 。 塔板布置 塔板的分塊 因 2020mmD? ，故塔板采用分塊板。查塔板分塊表得，塔板分為 6 塊。 邊緣區(qū)寬度確定 取 Ws=W39。 =， Wc= 開孔區(qū)面積計算 開孔區(qū)面積 aA 按式 22 2 12 s i n180a rxA x r x r?????????計算 其中 2 .4( ) ( 0 .4 8 0 0 .0 5 ) 0 .6 7 0 m22dsDx W W? ? ? ? ? ? ? 2 .4 0 .0 3 5 1 .1 6 5 m22cDrW? ? ? ? ? 故 22 2 1 21 . 1 6 5 0 . 6 7 02 0 . 6 7 0 1 . 1 6 5 0 . 6 7 0 s i n 2 . 9 3 9m1 8 0 1 . 1 6 5aA ? ??? ? ? ? 篩孔計算及排列 本設(shè)計所處理的物系無腐蝕性，可選用 =3mm? 碳鋼板，取利孔直徑0 5mmd? 篩孔按正三角形排列，取孔中心距 t 為 ： 03 3 5 1 5 m mtd? ? ? ? 篩孔數(shù)目 n 為 0221 .1 5 5 1 .1 5 5 2 .9 3 9 150870 .0 1 5An t ?? ? ?個 開孔率為 ： % 220 ??????????????? td? 氣體通過閥孔的氣速為 ： 0 0 = = / A? ? 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算 塔板壓降 干板阻力 hc計算 干板阻力 ch 由式 20VcLuh c ???? ??? ?? ??????計算 由 0 / 5 / 3 ? ??，查干篩孔得流量系數(shù)圖 [7]得， 0 ? 西安石油大學(xué)成人高等教育畢業(yè)設(shè)計 21 故 25 28 9 9 20 50 05 1 0 03 330 77 2 66 2 13c ..h . .? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ?液柱 氣體通過液層的阻力 h1計算 氣體通過液層的阻力 1h 由式 1Lh=βh 計算 1 . 5 7 = 0 . 4 0 4 m / s4 . 5 2 2 0 . 6 3 3saTfVu A A?? 1 2 1 20 = 0 4 0 4 9 2 0 5 = 1 2 2 6 k g / s m//F . . . ( )? 查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖，得 ?? 。 1 0 6 4 0 0 3 1 4 0 0 2 8 6 0 0 6 0 mW O Wh b ( h h ) . ( . . ) .? ? ? ? ? ?液柱 液體表面張力的阻力 hσ 計算 液體表面張力的阻力 h? 可按式04 LLh gd???? 計算，即 304 4 2 5 7 5 1 0 0 0 0 3 2 m6 6 2 1 3 9 8 1 0 0 0 5LL. d . . .? ?? ???? ? ???液柱 氣體通過沒層塔板的液柱高度 Ph 可按下式計算，即 1 0 0 3 3 3 0 0 6 0 0 0 0 3 2 0 0 9 6 5 mPch h h h . . . .?? ? ? ? ? ? ?液柱 氣體通過每層塔板的壓降為 ： 0 0 9 6 5 6 6 2 1 3 9 8 1 6 2 6 8 1 5 k Pa 0 7 k Pap p LP h g . . . . .??? ? ? ? ? ?（設(shè)計允許值） 液面落差 對于篩板塔，液面落差很小，且塔徑和液流量均不大，故可忽略液面落差的影響。 液沫夾帶 液沫夾帶量由下式計算，即 10aV Tfue Hh?? ???? ???? 2 .5 2 .5 0 .0 6 0 .1 5 mfLhh? ? ? ? 故 32635 7 1 0 0 4 0 4 0 0 0 1 0 /kg 0 1 k g /kg2 5 7 5 1 0 0 4 0 0 1 5.V ..e . k g .. . .??? ??? ? ? ????? ?? 液 氣 液 氣 故在本設(shè)計中液沫夾帶量 Ve 在允許范圍內(nèi)。 漏液 對篩板塔，漏液點(diǎn)氣速 0,minu 可由下式計算，即 0 , m i n 04 . 4 (0 . 0 0 5 6 0 . 1 3 ) /L L Vu C h h ? ??? ? ? 4 4 0 7 7 2 0 0 0 5 6 0 1 3 0 0 6 0 0 0 3 2 6 6 2 1 3 9 2 0 5. . ( . . . . ) . / .? ? ? ? ? ? 2910m/s.? 實(shí)際孔速 005 289m /s ,m inu . u? 穩(wěn)定 系數(shù)為 ： 005 2 8 9 1 8 2 1 52 9 1 0,m i nu .K . .u.? ? ? ? 西安石油大學(xué)成人高等教育畢業(yè)設(shè)計 22 故在本設(shè)計中無明顯液漏。 液泛 為防止塔內(nèi)發(fā)生液泛，降液管內(nèi)液層高度 Hd 應(yīng)服從下式的關(guān)系，即 ()d T WH H h??? 甲醚 — 甲醇 — 水物系屬一般物系，取 ?? ，則 ? ? = 0 . 5 ( 0 . 4 0 + 0 . 0 4 6 4 ) = 0 . 2 2 3 mTWHh? ? 而 d p L dH h h h? ? ? 板上不設(shè)進(jìn)口堰， hd 可由下式計算，即 2200 1 5 3 u 39。 0 1 5 3 0 2 8 0 0 1 2 0 mdh . ( ) . ( . .? ? ? ?）液柱 0 0 9 6 5 0 0 6 0 0 0 3 2 0 1 5 9 7 mdH . . . .? ? ? ?液柱 ? ?d T WH H h??? 故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。 塔板負(fù)荷性能圖 漏液線 由 0 , m i n 0 ( ) /L L VC h h?? ? ??? 0,min? = ,min0SVA L W OWh h h?? OWh = 2/ ()1000 hwLE l 得 2 / 3, m i n 0 0 2 . 8 4{ 0 . 0 0 5 6 0 . 1 3 [ ( ) ] } /1000 hs w L VwLV C A h E hl ? ??? ? ?