【正文】 =2000W/(m2℃) △t==℃ =107 kcal/h選用兩個塔底再沸器，則每個再沸器的換熱面積為：=/2= 合成塔物料衡算 進塔甲醇蒸汽流量 =由反應式 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 未反應的甲醇出塔流量為 出塔水的流量為 精餾塔及其附屬設(shè)備的計算選型，二甲醚甲醇的汽液平衡數(shù)據(jù)可依據(jù)Antoine方程（）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)查自化學工程師手冊[4] P5P55。、x、y數(shù)據(jù)平衡溫度/℃4050607080液相DME x/mol %氣相DME y/mol %平衡溫度/℃90100110120液相DME x/mol %氣相DME y/mol %00 物料衡算已知：進料，，根據(jù)物料衡算方程解得 采用泡點進料q=1，由汽液平衡數(shù)據(jù)，用內(nèi)插法求得進料溫度為 ℃此溫度下， 物料流量 （kmol/h）組成物料物流（kmol/h） 進料塔頂產(chǎn)品塔底殘液 精餾段上升蒸汽量提餾段上升蒸汽量精餾段下降液體量提餾段下降液體量 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、塔底溫度、泡點溫度=℃ =℃ =℃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計算得出（數(shù)據(jù)來自于化學工程師手冊），甲醇的比熱容查自于化工工藝手冊上冊溫度下： kcal/(kmol℃)=(kmolK)，(kmol℃)= kJ/(kmolK)溫度下： kcal/(kmol℃)= kcal/(kmolK)， kcal/(kmol℃)= kcal/(kmolK)溫度下： 注：數(shù)據(jù)來源于化工工藝設(shè)計手冊[3]2819塔頂 (2) 塔頂以0℃為基準，0℃時塔頂上升氣體的焓值為 (3) 回流液的焓 kcal/(kmol℃)=(kmolK) kcal/(kmol℃)=(kmolK) (4) 餾出液的焓 因為餾出口與回流口組成一樣，所以 (5) 冷凝器消耗 (6) 進料口的焓 溫度下：， kcal/(kmol℃)= kJ/(kmolK) 所以 (7) 塔底殘液焓 (8) 再沸器（全塔范圍列衡算式）設(shè)再沸器損失能量 (313) 所以，進料冷凝器塔頂餾出液塔底釜殘液再沸器平均比熱 [kJ/(kmolK)]熱量Q（kJ/h） 附屬設(shè)備的選型計算 (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30℃。取K=700W/(m2℃)逆流： T ℃→℃ t 30℃ ← 25℃ ℃ (314) (315)查文獻[2]選型：Φ10006000，換熱面積F= m。 (2) 再沸器 ℃的飽和水蒸氣加熱，=℃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℃)℃ 則換熱面積為 查文獻[2]選型：Φ3004500，換熱面積F= m 理論塔板數(shù)的計算 在塔頂溫度下查表 塔底溫度下 則全塔平均相對揮發(fā)度： 查天大化工原理下冊吉利蘭圖得，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： 同上可得，取整數(shù)，精餾段理論板數(shù)為19塊，加料板位置為從塔頂數(shù)第20塊理論板，整塔理論板數(shù)為40塊。 精餾塔主要尺寸的設(shè)計計算溫度/℃二甲醚密度(g/ml)甲醇密度(g/ml)(查自于化學工程師手冊[4]和化工工藝設(shè)計手冊[3]) (1) 塔頂條件下的流量和物性參數(shù)，由 (316) (2) 塔底條件下的流量和物性參數(shù) ， ， (3) 進料條件下的流量和物性參數(shù) ， 精餾段：提餾段： (4) 精餾段的流量和物性參數(shù) (5) 提餾段的流量和物性參數(shù) (6) 體積流量塔頂： 塔底：進料：精餾段： 提留段： 塔徑設(shè)計計算選用500（BX）型波紋填料：由于金屬絲網(wǎng)填料屬于液膜傳質(zhì)類型，在波紋填料片上開孔或制成雙層絲網(wǎng)填料以強化液體在絲紋片上均勻分布，特別是在低噴淋密度時更能保證液體在絲網(wǎng)片上均勻布成膜。 (1) 精餾段塔徑計算 貝恩—霍根關(guān)聯(lián)式 ： (317)式中——泛點空塔氣速，m/s；g——重力加速度，；——干填料因子，；、——氣相、液相密度，；——液相粘度，Cp；L、V——液相、氣相流量，kg/h；A——常數(shù)，；——填料空隙率；。、甲醇的特殊點的粘度/μ溫度/℃===二甲醚甲醇 已知： =，=，=，=500,L=，V=，A=。代入式中求得，= 于是得圓整后：m，空塔氣速m/s (2) 提餾段塔徑計算 貝恩—霍根關(guān)聯(lián)式：已知： =，=，=，=500,mpas kg/h，kg/h，A=。帶入計算得 m/s 空塔氣速m/s 于是得圓整后：D=，空塔氣速u=選取整塔直徑為D= (3) 液體噴淋量的的計算精餾段噴淋量：提留段噴淋量： 填料層高度的計算 (1) 精餾段的高度：氣相動能因子法： (318)對于500BX金屬絲網(wǎng)波紋填料，查化工設(shè)計附錄六，取則由的關(guān)聯(lián)圖查得：壓降 精餾段填料壓降為 (319) (2) 提餾段的高度：氣相動能因子法：對于500BX金屬絲網(wǎng)波紋填料，查化工設(shè)計附錄六，娶則 （320）由的關(guān)聯(lián)圖查得：壓降則精餾段填料層壓降為填料層總壓降：全塔高度以內(nèi)徑為公稱直徑的橢圓封頭的型式和尺寸由塔徑查得封頭的型式和尺寸為總深度H==，則精餾塔的實際高度為：= 填料塔液體分布裝置根據(jù)液體的噴淋密度，可以選取排管式液體分布器，排管式噴淋器是目前應用最廣泛的噴淋器，根據(jù)塔徑選取支管排數(shù)為7，排管外徑為1140米的排管是噴淋器，安裝在距離填料層315米處的高度，由塔徑和填料高度可以查資料確定填料塔構(gòu)件的安裝高度。 由于填料塔為內(nèi)壓容器，按照內(nèi)壓容器的計算公式計算。計算壁厚 得 設(shè)計壁厚 =+=查表的 名義壁厚 =++圓整值=6mm 校核水壓實驗強度 比較易得 填料塔封頭厚度的計算 校核水壓實驗強度 比較易得 結(jié) 論 本次設(shè)計的題目是年產(chǎn)15萬噸甲醇合成二甲醚的工藝設(shè)計。作為本設(shè)計的主設(shè)備精餾塔，我選擇的是填料塔，。%的二甲醚，達到了預期的目標。經(jīng)過計算，精餾塔的操作回流比很高。在完成任務(wù)的同時，設(shè)計的精餾塔能耗低、壓降小、操作彈性大，說明此精餾塔是比較令人滿意的。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我有了很多收獲。我進一步鞏固和加深了所學的基本理論、基本概念和基本知識，培養(yǎng)了自己分析和解決與本課程有關(guān)的具體原理所涉及的實際問題的能力。對化工原理設(shè)計有了更加深刻的理解，為以后的工作奠定了堅實的基礎(chǔ)。 參考文獻[1] 清潔燃料二甲醚生產(chǎn)工藝可行性研究報告書（雪納公司內(nèi)部資料）．[2] 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計院．化工工藝設(shè)計手冊（上下冊）[M]．上海：化學工業(yè)出版社，1996：456467．[3] 中國石化集團上海工程有限公司．化工工藝設(shè)計手冊（上冊）[M]．上海：化學工業(yè)出版社，2003：345356．[4] 化學工程師手冊編輯委員會．化學工程師手冊[M]．天津：機械工業(yè)出版社，2000：456468．[5] 化工設(shè)備設(shè)計全書編輯委員會．塔設(shè)備設(shè)計[M]．上海：上?？茖W技術(shù)出版社，1988：347356．[6] ．中國環(huán)球工程公司等聯(lián)合翻譯．化工裝置實用工藝設(shè)計[M]．化學工業(yè)出版社，2006．[7] Nicholas P．Chopey(美)著 朱開宏譯．化工計算手冊（第三版）[M]．中國石化出版社，2005．[8] B．E．J．M . J．P．(美)等著，趙紅玲等譯．氣液物性估算手冊[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2006：236246．[9] 王福安主編．化工數(shù)據(jù)導引[M]．南京：化學工業(yè)出版社，1995：347356．[10] 姚玉英主編．化工原理修訂版（上下冊）[M]．天津：天津科學技術(shù)出版社，2005：123134．[11] 天津大學物理化學教研室編．物理化學第四版（上冊）[M]．高等教育出版社，2001．[12] 賀匡國主編．化工容器及設(shè)備簡明設(shè)計手冊[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2002：398402． [13] 陳聲宗主編．化工設(shè)計[M]．南京：化學工業(yè)出版社，2001：278295．[14] 劉光啟，馬連湘，劉杰等編．化學化工物性數(shù)據(jù)手冊[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2002：365400．[15] 化工原理課程設(shè)計（湖南科技大學化工系內(nèi)部資料）．[16] 刁玉瑋，王立業(yè)編著．化工設(shè)備機械基礎(chǔ)（第五版）[M]．大連：大連理工出版社，2003：267283．[17] 郭魯生．化工設(shè)備的選擇與工藝設(shè)計[M]．湖南：中南工業(yè)大學出版社，1994：349355．[18] 倪進芳．化工過程設(shè)計[M]．北京：化學工業(yè)出版社，1999：367388．[19] 王國勝主編．化工原理課程設(shè)計[M]．大連：大連理工大學出版社，2005：333353．[20] 張謙．四川大學，化學工程碩士．瀘天化10萬噸/年二甲醚項目開發(fā)[D]．2003． [21] 詹道平．昆明理工大學，環(huán)境工程碩士．昆鋼副產(chǎn)煤氣合成甲醇/二甲醚的可行性研究[D]．2007．[22] 謝克昌，李忠編著．甲醇及其衍生物[M]．化學工業(yè)出版社，2002．[23] 楊立新,《化工進展》2003,22(2):204206. [24] 李世勤,(上),《上?；ぁ?000,25(22),2426. 附錄附錄A：甲醇合成二甲醚帶控制點的工藝流程圖附錄B：二甲醚精餾塔48