【正文】 在這里，我首先恭喜安徽建筑大學(xué)更大的成功，并祝我校在未來能辦越來越好。我在做畢業(yè)設(shè)計期間，陳霞老師給予了我多方面的教誨、勉勵、關(guān)懷和幫助。由塔板負荷性能圖可以看出，在本設(shè)計中的塔板的設(shè)計點在正常操作范圍內(nèi)，氣液兩相流量的變化對塔板效率影響不大，可以獲得較理想的塔板效率。第8章 總結(jié)討論1）二甲醚制取全過程的物料及能量衡算2）二甲醚精餾塔的選型計算3）輔助設(shè)備的計算4) 二甲醚精餾塔塔內(nèi)件機械強度設(shè)計及校核5）繪制PID圖、PFD圖、精餾塔裝配圖、車間布置圖 設(shè)計過程的評述和有關(guān)問題的討論本次設(shè)計制取二甲醚的方法選用了甲醇氣相法，甲醇氣相法制取二甲醚的優(yōu)點：(1) 生產(chǎn)二甲醚的原料可為精甲醇或粗甲醇, 蒸汽消耗和生產(chǎn)成本較低。本設(shè)計中有6個泵，可以放置在一起。1. 主要設(shè)備的布置主要設(shè)備在布置時，可以根據(jù)物料流程來放置，依次為：進料閃蒸罐、二甲醚反應(yīng)器、二甲醚精餾塔進料緩沖罐、收集槽、二甲醚精餾塔、甲醇精餾塔、甲醇緩沖罐。原料﹑半成品和成品形成整個順序，盡量保證流水作業(yè)，避免逆行和交叉；鍋爐房﹑水泵房﹑配電站等輔助車間盡量靠近其主要部門，以縮短期間距離，節(jié)省投資；由前區(qū)到生產(chǎn)區(qū)主要干道，應(yīng)避免與主要運輸?shù)缆方徊妫槐M量使大多數(shù)廠房向陽﹑背風(fēng)﹑避免瓦斯等，盡可能使各廠區(qū)有條件采用自然采光和自然通風(fēng)等；按防火規(guī)范的要求，保證建筑物之間的距離，符合規(guī)定；根據(jù)衛(wèi)生規(guī)范的要求，保證廠區(qū)內(nèi)衛(wèi)生符合規(guī)定；根據(jù)環(huán)境發(fā)展的要求，生產(chǎn)區(qū)設(shè)在有廢渣處理系統(tǒng)﹑廢水處理系統(tǒng)﹑廢氣處理系統(tǒng)等設(shè)施 ；考慮工廠今后的發(fā)展，在廠區(qū)留有建筑余地；盡量做到以生產(chǎn)區(qū)為軸線，再考慮輔助車間﹑行政樓和道路的安排。他們盡量靠近其服務(wù)的車間。廠前區(qū)：包括行政樓、研發(fā)樓、職工食堂、醫(yī)務(wù)室等主要建筑。第7章 全廠平面布置 全廠平面布置的任務(wù)全廠平面設(shè)計為本設(shè)計的一項重要任務(wù)，總平面設(shè)計的是否合理，直接影響新建廠能否節(jié)約而有效的順利進行，影響到建廠后的生產(chǎn)，管理，成本，能耗等各個方面，同時還影響到全廠的美觀和今后的發(fā)展。 各塔段水平風(fēng)力計算結(jié)果塔段號123456KiK2iq0/(N/m2)300fili/mm100010002000300030003000Dei/mm377837784278411141114111Pi/N 風(fēng)彎矩計算風(fēng)彎矩由下式計算：00截面：11截面：22截面： 各種載荷引起的軸向應(yīng)力 計算壓力引起的軸向應(yīng)力壓力引起的軸向應(yīng)力σ1為： 操作質(zhì)量引起的軸向壓應(yīng)力00截面軸向壓應(yīng)力σ2：11截面軸向壓應(yīng)力σ2：式中：裙座人孔處截面的即積，由式得22截面軸向壓應(yīng)力σ2： 最大彎矩引起的軸向應(yīng)力最大彎矩取下式計算值中最大值：。角，取平臺構(gòu)建的投影面積∑A=，則取下列計算值中的較大者。，確定危險界面，如附圖。所以殼體高度：Z殼=+3+5= m塔高： Z= m第6章二甲醚精餾塔內(nèi)件機械強度設(shè)計及校核 精餾塔筒體和裙座壁厚計算選用16MnR鋼板，查表[20]得：[δ]t=170MPa焊接采用雙面焊100%無損探傷檢查，焊接接頭系數(shù)φ=，則由筒體的計算厚度為：查表[20]得C1=，加上壁厚附加量C=2mm，并圓整，還考慮剛度、穩(wěn)定性及多種載荷等因素，取筒體、封頭和裙座的名義厚度Sn為8mm，則有效厚度 應(yīng)力校核：采用水壓試驗，試驗壓力為：壓力試驗時的薄膜應(yīng)力查表94，16MnR的故 所以滿足水壓試驗要求。吊柱的支撐是將吊柱套在焊于塔體的上、下支座內(nèi)，支撐較牢固。因設(shè)計塔徑，可選用吊柱，材料為。本設(shè)計中塔高度大，因此設(shè)吊柱。6. 檢查孔裙座體上必須開檢查孔，方便檢查，檢查孔有圓形和長圓形兩種。因為封頭厚度，所以經(jīng)驗和實際加工要求，缺口的尺寸為、。3. 裙座與塔體的連接裙座與塔體的連接采用焊接，焊接接頭可采用對接接頭和塔接接頭兩種。，上端與塔體封頭焊接，下端與基礎(chǔ)環(huán)、筋板焊接，且開有人孔通道。本設(shè)計中裙座采用Q235A，筒體及塔釜封頭材料均用16MnR,地腳螺栓采用Q235A鋼。F和Q235A。本設(shè)計的塔中共20塊板，需設(shè)置1個人孔；另外塔頂、塔釜各設(shè)一人孔，本設(shè)計中塔體共開3個人孔。取，則回流管的直徑查表取 進料管的直徑 采用高位槽送料入塔，料液速度可取，取料液速度，則 進料管的直徑： 查表取 塔底出料管的直徑~ m/s，~ m/s， m/s，則，塔底出料管的直徑dw為：查表取 塔釜進氣管當為了避免液體淹沒氣體通道，進口管應(yīng)該安裝在塔釜最高液面之上。 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 二甲醚—甲醇—水物系屬一般物系，取，則而 板上不設(shè)進口堰，hd可由下式計算，即 液柱 液柱 故在本設(shè)計中不會發(fā)生液泛現(xiàn)象。 邊緣區(qū)寬度確定取 Ws=，Wc= 開孔區(qū)面積計算開孔區(qū)面積按式計算其中故 篩孔計算及排列本設(shè)計所處理的物系無腐蝕性，可選用碳鋼板，取利孔直徑篩孔按正三角形排列，取孔中心距t為：篩孔數(shù)目n為開孔率為：氣體通過閥孔的氣速為： 塔板的流體力學(xué)驗算 塔板壓降1）干板阻力hc計算干板阻力由式計算由，查干篩孔的流量系數(shù)圖[21]得， 故 液柱2） 氣體通過液層的阻力h1計算氣體通過液層的阻力由式計算查充氣系數(shù)關(guān)聯(lián)圖。 降液管底隙高度h0的一般經(jīng)驗數(shù)值為 取則 故降液管底隙高度設(shè)計合理。 所以， 進料板液相平均密度：由tF =℃，查手冊得 進料板液相質(zhì)量分率： 所以，平均密度為： 塔底液相平均密度 由ASPENPLUS得到的結(jié)果知，在塔底，二甲醚含量很低，對塔底液相密度的影響幾乎可以忽略不計，故而可以近似的將塔底二甲醚的含量看成為0。緩沖罐中的物料的去路有：去往反應(yīng)器中進行反應(yīng)。塔頂：D=塔頂：W=塔頂、塔底等各組分的含量列如下表： 二甲醚精餾各組分的含量組分進料F塔頂 D塔底 W摩爾百分數(shù)%摩爾流量kmol/h摩爾百分數(shù)%摩爾流量kmol/h摩爾百分數(shù)%摩爾流量kmol/hCH3OCH3CH30HH2O00總計1112. 利用RadFrac模塊對二甲醚精餾塔進行精確模擬：輸入數(shù)據(jù)如下：進料溫度：℃ 進料壓力：11bar 進料物量：物料組成：H2O: DME: CH4O: 同時將DSTWU初步模擬出來的結(jié)果輸入RadFrac模塊中，包括：實際塔板數(shù)：20塊 實際回流比： 進料板數(shù)：11塔頂壓力：9 bar 全塔總壓降： bar 得到如下結(jié)果： 塔頂參數(shù) 各個塔板的狀態(tài)數(shù)據(jù) 各個塔板間物料的氣相組成曲線圖 揮發(fā)平衡值分布曲線圖 甲醇精餾塔的衡算 由于本次設(shè)計主要是對二甲醚的精餾工段進行設(shè)計，所以，對甲醇回收工段的衡算將只采用ASPENPLUS中的DSTWU模塊進行模擬。(2) 安托因公式㏑Pis=AB/(T+C) (Pis:：mmHg，T：K)查《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊》DME： ln Pis，DME=（）CH3OH：ln Pis，CH3OH=（）H2O： ln Pis，H2O=（）P總=P1S,DME+Pis，CH3OH+Pis，H2O 安托因公式數(shù)據(jù)表ABCDMECH3OHH2O采用Excl 單變量求解法，取t=70℃，即T=，并在Excl 中輸入公式，利用單變量求解法求解得到：T=，℃時，℃。 催化劑的選擇本設(shè)計采用催化劑γAL2O3，催化劑為球形顆粒，直徑dp為5mm。第2章 技術(shù)分析 反應(yīng)原理反應(yīng)方程式： 反應(yīng)條件本過程采用連續(xù)操作，反應(yīng)條件：溫度T=250℃370℃，反應(yīng)壓力，反應(yīng)在列管式反應(yīng)器中進行。隨著空速的增加，甲醇轉(zhuǎn)化率降低，但是當反應(yīng)溫度大于320℃時，隨空速的增加，甲醇轉(zhuǎn)化率下降并不明顯。二甲醚的制取是二甲醚能否廣泛使用的一個關(guān)鍵步驟，而甲醇氣相催化脫水是目前國內(nèi)外使用最多的二甲醚工業(yè)生產(chǎn)方法。第1 塊板有：V2H2V V1H 1V L1H1L+ L0H0L Q1= 0 ( j = 1) (26)第j 塊板有： (27)第N 塊板有： (28) 對實驗體系而言，各組分在常壓下的沸點溫度相差較大；液相是非理想體系，氣相與理想體系相差不大，氣液相平衡常數(shù)不僅與溫度、壓力有關(guān)，而且與組成有關(guān)。以xi,j,Tj，和Vj為獨立變量，二甲醚精餾塔的模型如下：( 1) 各組分物料平衡方程組( M 方程組) 。 二甲醚精餾塔數(shù)學(xué)模型及求解 采用平衡級模型對二甲醚精餾塔進行模擬，從冷凝器到加熱釜，認為有N 塊理論塔板。同時，全塔溫度下降,塔壓升高。（4） 進料組成對二甲醚分離的影響 進料組成的變化,直接影響精餾操作，當進料中重組分的濃度增加時，精餾段的負荷增加；對于固定了精餾段板數(shù)的塔來說，造成重組分帶到塔頂，使塔頂產(chǎn)品質(zhì)量不合格。為了保證二甲醚的產(chǎn)品質(zhì)量,進料溫度不大于該溫度為宜。此外， Voss Bodil[16]、Peng[17]等也作了相關(guān)的研究和報道。日本小見善明等經(jīng)深入研究后發(fā)現(xiàn)，二甲醚中的低沸點氣體只要經(jīng)減壓就容易使其分離，不必在二甲醚蒸餾塔的上部設(shè)置更多的分離填充層或塔板數(shù)。甲醇脫水制二甲醚反應(yīng)后，體系中含有二甲醚、甲醇和水，因此必須進行分離操作，將二甲醚從其它的組分中分離出來；體系中的甲醇則經(jīng)過提純通過循環(huán)返回反應(yīng)器，以提高反應(yīng)物的利用。一般認為：當F＞10，ρ2＞ 時，模型是適宜的。5. 參數(shù)估值結(jié)果 采用參數(shù)估值的方法，得到了k0、E、a、b、c 的參數(shù)值，反應(yīng)速率方程為 （17）由于b、c 值均較小，故將其圓整為0，則圓整后的動力學(xué)方程為 （18）將甲醇轉(zhuǎn)化率的實測值xM與通過方程(18)計算得到的xMC進行比較，實驗值與計算值的相對誤差(xMxMC)/%—%之間，實驗值與計算值吻合良好。2. 體積空速對甲醇轉(zhuǎn)化率的影響 在壓力恒定，在240℃—290℃溫度范圍內(nèi)，體積空速對甲醇轉(zhuǎn)化率的影響顯著，同一溫度條件下，隨著空速的增加，甲醇轉(zhuǎn)化率下降，但空速變化對甲醇轉(zhuǎn)化率的影響隨溫度的變化有所不同，當溫度在320℃下甲醇轉(zhuǎn)化率隨空速的增加下降趨勢并不明顯，即在較高溫度時，空速對甲醇轉(zhuǎn)化率影響不大。溫度過高會導(dǎo)致DME和甲醇裂解反應(yīng)而使平衡轉(zhuǎn)化率降低，不利于DME的生成，當超過613K時，平衡轉(zhuǎn)化率低于85%，但為使催化劑具有起始活性，一般反應(yīng)溫度控制在493一623K。 聯(lián)立(10)、(11) 和(13)式，采用試差法計算，得到不同Rw 值時的出口溫度、轉(zhuǎn)化率和平衡常數(shù)。設(shè)Ka為以活度ai表示的平衡常數(shù)， ，在此條件下各組分可視為理想氣體，因此出口平衡常數(shù)Ka按式(10)計算。設(shè)反應(yīng)體系服從理想氣體定律，(9)。但進料中含水不可避免會對反應(yīng)產(chǎn)生不利影響。反應(yīng)體系平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化而變化。 吉布斯自由能與溫度的關(guān)系 反應(yīng)熱與平衡常數(shù)（1） 溫度對化學(xué)平衡的影響 設(shè)反應(yīng)(l)在一定溫度和壓力下達到平衡時的甲醇轉(zhuǎn)化率為xM，且該反應(yīng)體系在常壓高溫下服從理想氣體定律，則化學(xué)平衡常數(shù)K滿足式(8 ) 。3. 甲醇脫水制DME反應(yīng)熱力學(xué)平衡趨勢分析工業(yè)上二甲醚的選擇性一般控制在99% 以上，反應(yīng)(7)是主要研究對象，因此主要分析其熱力學(xué)平衡趨勢。將I值代人上式即可得到△S與溫度T的關(guān)系式，從而得到△G T與溫度T的關(guān)系。 熱力學(xué)數(shù)據(jù) 各組分定壓熱容系數(shù) 利用公式，計算標態(tài)下各反應(yīng)的反應(yīng)熱，由公式，計算不同溫度下的反應(yīng)熱、和，單位均為J/mol。各反應(yīng)組分的標準反應(yīng)熱數(shù)據(jù)[79]( K，；ΔHθt 為標準生成焓， J/ mol；為標準生成自由能，J/mol；為標準摩爾熵， J/(mol甲醇脫水制DME的反應(yīng)有: （7） （8） （9） （10） （11） （12）