【正文】 餾段4塊，精餾段26塊。（2）填料的選擇填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣液兩相相接觸傳質(zhì)與傳熱的表面，與塔內(nèi)件一起決定了填料塔的性質(zhì)。目前，填料的開發(fā)與應(yīng)用仍是沿著散裝填料與規(guī)整填料兩個(gè)方面進(jìn)行。本汽化塔設(shè)計(jì)選用25。（3）塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算汽化塔設(shè)計(jì)的主要依據(jù)和條件：表13 不同溫度下甲醇和水的密度物質(zhì)密度(kg/m3)溫度/℃5060708090100甲醇水750988741983731978721972713965704958表14 查化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)整理得甲醇水特殊點(diǎn)粘度物質(zhì)粘度（）℃℃℃甲醇水塔頂、塔底、進(jìn)料條件下的流量及物性參數(shù)：表15 汽化塔塔頂數(shù)據(jù)結(jié)果表符號(hào)數(shù)值103 表16 汽化塔塔底數(shù)據(jù)結(jié)果表符號(hào)數(shù)值958103 表17 汽化塔進(jìn)料數(shù)據(jù)結(jié)果表符號(hào)數(shù)值103 精餾段及提餾段的流量及物性參數(shù)：表18 精餾段、提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表精餾段提餾段氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量液相平均相對(duì)分子質(zhì)量氣相密度液相密度氣相摩爾流量/氣相質(zhì)量流量/液相粘度液相摩爾流量液相質(zhì)量流量89508由氣速關(guān)聯(lián)式 式中 ——干填料因子；——液體粘度，mPas；A——；L、G——液體、氣體質(zhì)量流速；、——?dú)怏w、液體密度；g——重力加速度。（公式來源于《常用化工單元設(shè)備設(shè)計(jì)》李功樣等編P109，數(shù)據(jù)來源于化學(xué)工程師手冊(cè)[4]P917和湖南科大化工原理課程設(shè)計(jì)P127）精餾段：=，= kg/m3 ，=，=250 ，= mPas，L=，G= kg/h ， A=代入式中求解得 = m/s空塔氣速 u===, ℃體積流量 考慮到市場的需求存在波動(dòng)性, 設(shè)計(jì)中選取四個(gè)塔，則每個(gè)塔的體積流量: ==則塔徑 圓整后：D= 空塔氣速 u=提餾段：代入數(shù)值得 =4m/s 空塔氣速u== m/s ℃ 于是 == 圓整后：D=2m, 空塔氣速 u=選取整塔塔徑為 D=。選取汽化塔的型號(hào)為：Ф2700/7001500,VN= 拉西環(huán)填料（4）填料層高度的計(jì)算精餾段： 查化工原理（天大修訂版下冊(cè)[10]）P191得 依經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取等板高度HETP=，則=NTHETP=26=13m精餾段總壓降 提餾段： 查得 =NTHETP=4=2m 提餾段總壓降 全塔填料層總壓降 填料總高度 表19 填料層高度和壓強(qiáng)降計(jì)算匯總表參數(shù)精餾段提餾段全塔壓降總壓降/Pa填料層高度/m751336211115 汽化塔附屬設(shè)備的選型計(jì)算（1）甲醇回流冷凝器選用管殼式冷凝器，被冷凝氣體走管間，以便于及時(shí)排出冷凝液，采用逆流換熱。取冷凝器傳熱系數(shù)K=700W/（m2℃） 逆流： T ℃→℃ t 35℃ ← 20℃ △tm = ℃ 選取冷凝器型號(hào)[2]為：選取冷凝器型號(hào)為：Φ10006000，冷凝面積F=（2）塔底再沸器選用U型管加熱器，經(jīng)處理后，放在塔釜內(nèi)，（℃）飽和水蒸氣，傳熱系數(shù)K=2000W/(m2℃) △t==℃ =107 kcal/h選用兩個(gè)塔底再沸器，則每個(gè)再沸器的換熱面積為：=/2=選取再沸器的型號(hào)[2]為：Ф5006000，換熱面積為F= 表20 汽化塔主要設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表塔頂塔釜進(jìn)料精餾段提餾段氣相摩爾流量（kmol/h）液相摩爾流量（kmol/h）氣相質(zhì)量流量（kg/h）液相質(zhì)量流量（kg/h）摩爾分率質(zhì)量分率氣相平均相對(duì)分子質(zhì)量液相平均相對(duì)分子質(zhì)量氣相平均密度（kg/m3）液相平均密度（kg/m3）溫度/℃平均粘度（mPas）10310395810389508 合成塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 物料衡算進(jìn)塔甲醇蒸汽流量 =由反應(yīng)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(yīng)的甲醇出塔流量為 出塔水的流量為 合成塔的選取選?。汉铣伤某叽鏪1]為立式Φ10006680，催化劑載量V= 熱量衡算及附屬設(shè)備的選型計(jì)算（1）合成反應(yīng)熱的計(jì)算：查天大四版物理化學(xué)上冊(cè)[11]附錄得，則反應(yīng)放熱為：進(jìn)塔甲醇蒸汽的熱量： 其中 ——汽化塔塔頂餾出液帶出熱量；——℃加熱到240℃所需熱量；——℃時(shí)甲醇的比熱容，單位kcal/(kg℃)。——240℃時(shí)甲醇的比熱容；出塔混合液的熱量：損失的熱量取反應(yīng)熱的10%則 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值取混合液體的比熱容=(kg℃)，則合成塔的出口溫度為 ℃（2）第一熱交換器的計(jì)算選型：℃ , 傳熱系數(shù)K=200 W/(m2℃), ℃，℃，℃，則逆流： T ℃→℃ t 90℃ ← ℃ ℃ 取該條件下混合液體的比熱容=(kg℃)，則交換熱量為換熱器面積 查文獻(xiàn)選取換熱器型號(hào)為：Φ1263000，換熱面積F=（3）第二熱交換器的計(jì)算選型：原料液溫度由常溫25℃℃，第一熱交換器出來的熱流體由260℃降至170℃，傳熱系數(shù)取K=200 W/(m2℃)。逆流： T 260℃ →170℃ t ℃←25℃℃進(jìn)入第二熱交換器的熱量：取該條件下混合液體的比熱容=(kg℃)，則交換熱量為換熱面積 查文獻(xiàn)選取換熱器型號(hào)[2]為: Φ6003000，換熱面積F= m2（4）第一冷凝器的計(jì)算選型：熱流體進(jìn)口溫度170℃，出口溫度100℃；冷凝水的進(jìn)口溫度20℃，出口溫度為35℃。逆流： T 170℃→100℃ t 35℃← 20℃℃進(jìn)入第一冷凝器的熱量：表21 沸點(diǎn)下蒸發(fā)潛熱列表沸點(diǎn)/℃蒸發(fā)潛熱/(kj/mol)/K二甲醚甲醇水100由沃森公式計(jì)算平均溫度135℃下的潛熱 135℃時(shí)，對(duì)二甲醚：=/=(+135)/=，=/=()/=可以看出不能用沃森公式推算，結(jié)合化工工藝手冊(cè)乙醚在140℃下的蒸發(fā)潛熱，可估算二甲醚在此溫度下的蒸發(fā)潛熱為=135℃時(shí)，對(duì)水： =/=(+135)/=，=/=(+100)/=則， 對(duì)甲醇，同理得 = ，=則，于是混合液的汽化潛熱可由下式計(jì)算，取該條件下混合液體的比熱容=(kg℃)，則交換熱量為換熱系數(shù)取K=700 W/(m2℃)，則換熱面積為 查文獻(xiàn)得冷凝器的型號(hào)[2]為：Φ5003000，換熱面積F=（5）第二冷凝器的計(jì)算選型熱流體進(jìn)口溫度100℃，出口溫度25℃；冷凝水的進(jìn)口溫度20℃，出口溫度為35℃。逆流： T 100℃→25℃ t 35℃← 20℃℃℃下的潛熱= kJ/mol. ， = kJ/mol. ， = kJ/mol.假設(shè)第一冷凝器的冷凝效率為80%，于是混合液的汽化潛熱可由下式計(jì)算取該條件下混合液體的比熱容=(kg℃)，則交換熱量為換熱系數(shù)取K=800 W/(m2℃)，則換熱面積為 ]查文獻(xiàn)得冷凝器的型號(hào)[2]為Φ6003000，換熱面積F=： 精餾塔及其附屬設(shè)備的計(jì)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(jì)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(cè)[4]P5P55。表22 二甲醚甲醇平衡時(shí)的t、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(jìn)料，，根據(jù)物料衡算方程解得 采用泡點(diǎn)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 ℃此溫度下， 表23 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(diǎn)溫度=℃ =℃ =℃注：下標(biāo)1為DME,下標(biāo)2為甲醇。二甲醚的比熱容采用摩爾定壓方程計(jì)算得出（數(shù)據(jù)來自于化學(xué)工程師手冊(cè)P59），甲醇的比熱容查自于化工工藝手冊(cè)上冊(cè)2702溫度下： kcal/(kmol℃)=(kmolK)，(kmol℃)= kJ/(kmolK)溫度下： kcal/(kmol℃)= kJ/(kmolK)， kcal/(kmol℃)= kJ/(kmolK)溫度下： 注：數(shù)據(jù)來源于化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)[3]2819塔頂 （2）塔頂以0℃為基準(zhǔn)，0℃時(shí)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?yàn)轲s出口與回流口組成一樣，所以（5）冷凝器消耗 （6）進(jìn)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 所以，表24 熱量衡算結(jié)果表進(jìn)料冷凝器塔頂餾出液塔底釜?dú)堃涸俜衅髌骄葻醄kJ/(kmolK)]熱量Q（kJ/h） 理論塔板數(shù)的計(jì)算塔頂溫度下， 塔底溫度下， 則全塔平均相對(duì)揮發(fā)度： 查天大化工原理下冊(cè)[10]P37吉利蘭圖得，解得N=（含釜）進(jìn)料液的相對(duì)揮發(fā)度為塔頂與進(jìn)料的相對(duì)揮發(fā)度： 同上可得，N=取整數(shù)，精餾段理論板數(shù)為31塊，加料板位置為從塔頂數(shù)第32塊理論板，整塔理論板數(shù)為41塊 初餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算表31 二甲醚和甲醇在不同溫度下的密度(查自于化學(xué)工程師手冊(cè)[4]和化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)[3])溫度/℃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(shù)，由 （2）塔底條件下的流量和物性參數(shù) ， ， （3）進(jìn)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(jìn)料：精餾段： 提留段： 選用500（BX）型波紋填料。（1）精餾段塔徑計(jì)算由氣速關(guān)聯(lián)式 式中——泛點(diǎn)空塔氣速，m/s；g——重力加速度，；——干填料因子，；、——?dú)庀唷⒁合嗝芏?，；——液相粘度，Cp；L、V——液相、氣相流量，kg/h；A——常數(shù)，；——填料空隙率；。表25 查文獻(xiàn)[4]計(jì)算得二甲醚、甲醇的特殊點(diǎn)的粘度/cP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：D=，空塔氣速u=（2）提餾段塔徑計(jì)算已知： =，=，=，=500,L=，V= kg/h，A=。帶入計(jì)算得 = 于是得圓整后：D=，空塔氣速u= m/s選取整塔直徑為D=。 填料層高度的計(jì)算（1）精餾段：查得壓降（2）提餾段：