【正文】 填料層高度的計算（1）精餾段：查得壓降（2）提餾段：查。代入式中求得，= 于是得圓整后：D=，空塔氣速u=（2）提餾段塔徑計算已知： =，=，=，=500,L=，V= kg/h，A=。（1）精餾段塔徑計算由氣速關聯(lián)式 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；。K) 所以 （7）塔底殘液焓 （8）再沸器（全塔范圍列衡算式）設再沸器損失能量 所以，表24 熱量衡算結果表進料冷凝器塔頂餾出液塔底釜殘液再沸器平均比熱[kJ/(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/(kmolK) kcal/(kmolK)溫度下： 注：數(shù)據(jù)來源于化工工藝設計手冊[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/(kmolK)， kcal/(kmolK)溫度下： kcal/(kmolK)，(kmol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P59），甲醇的比熱容查自于化工工藝手冊上冊2702溫度下： kcal/(kmol℃)，則換熱面積為 ]查文獻得冷凝器的型號[2]為Φ6003000，換熱面積F=： 精餾塔及其附屬設備的計算選型，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。逆流： T 100℃→25℃ t 35℃← 20℃℃℃下的潛熱= kJ/mol. ， = kJ/mol. ， = kJ/mol.假設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℃)，則交換熱量為換熱面積 查文獻選取換熱器型號[2]為: Φ6003000，換熱面積F= m2（4）第一冷凝器的計算選型：熱流體進口溫度170℃，出口溫度100℃；冷凝水的進口溫度20℃，出口溫度為35℃?！??！?, ℃，℃，℃，則逆流： T ℃→℃ t 90℃ ← ℃ ℃ 取該條件下混合液體的比熱容=(kg——240℃時甲醇的比熱容；出塔混合液的熱量：損失的熱量取反應熱的10%則 根據(jù)經驗值取混合液體的比熱容=(kgs）10310395810389508 合成塔及其附屬設備的計算選型 物料衡算進塔甲醇蒸汽流量 =由反應式 其單程轉化率為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 合成塔的選取選取：合成塔的尺寸[1]為立式Φ10006680，催化劑載量V= 熱量衡算及附屬設備的選型計算（1）合成反應熱的計算：查天大四版物理化學上冊[11]附錄得，則反應放熱為：進塔甲醇蒸汽的熱量： 其中 ——汽化塔塔頂餾出液帶出熱量；——℃加熱到240℃所需熱量；——℃時甲醇的比熱容，單位kcal/(kg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[2]為：選取冷凝器型號為：Φ10006000，冷凝面積F=（2）塔底再沸器選用U型管加熱器，經處理后，放在塔釜內，（℃）飽和水蒸氣，傳熱系數(shù)K=2000W/(m2HETP=26=13m精餾段總壓降 提餾段： 查得 =NTs，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性, 設計中選取四個塔，則每個塔的體積流量: ==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=。s；A——；L、G——液體、氣體質量流速；、——氣體、液體密度；g——重力加速度。本汽化塔設計選用25。（2）填料的選擇填料是填料塔的核心構件，它提供了氣液兩相相接觸傳質與傳熱的表面，與塔內件一起決定了填料塔的性質。加熱蒸汽消耗量 kj/kg (℃,) kg/h 表12 熱量衡算數(shù)據(jù)結果列表符號數(shù)值kcal/hkg/h0kcal/h90886kcal/h107kcal/hkg/h 理論板數(shù)、塔徑、填料選擇及填料層高度的計算（1）理論板數(shù)的計算由于本次設計時汽化塔的相對揮發(fā)度是變化的，所以不能用簡捷法求得，應用圖解法。表10 沸點下蒸發(fā)潛熱列表沸點/℃蒸發(fā)潛熱/(kcal（2）冷凝器的熱負荷及冷卻介質消耗量冷凝器的熱負荷 其中 ——塔頂上升蒸汽的焓；——塔頂餾出液的焓。受當?shù)貧鉁叵拗?，冷卻水一般為1025℃。（℃）的飽和水蒸氣作為加熱介質，水蒸氣易獲得、清潔、不易腐蝕加熱管，不但成本會相應降低，塔結構也不復雜。飽和水蒸氣是一種應用最廣的加熱劑，由于飽和水蒸氣冷凝時的傳熱膜系數(shù)很高，可以通過改變蒸汽的壓力準確地控制加熱溫度。結合甲醇脫水反應式可得下式：kg/kmol 汽化塔及其附屬設備的計算選型 物料衡算已知F′=103kg/h，xF′=90%，xD′=99%,xW′=%（以上均為質量百分數(shù)），kg/kmol摩爾分率： 進料平均相對分子質量 M平均=%+%=則進料摩爾流量為：kmol/h總物料 ； 易揮發(fā)組分 ； 帶入數(shù)據(jù)解得： D=塔頂產品平均相對分子質量 M=%+(%)=塔頂產品質量流量 D==103kg/h塔釜產品平均相對分子質量 M=%+(%)=塔釜產品質量流量 W==103kg/h表8 物料衡算結果表單位進料F塔頂D塔釜W物料kg/hkmol/h103103103組成質量分率摩爾分率90%%99%%%%表9 甲醇水平衡時的t、x、y數(shù)據(jù) [3] 平衡溫度t100液相甲醇x0100氣相甲醇y0100根據(jù)汽液平衡表（即xyt表），利用內插法求塔頂溫度tLD、tVD，塔釜溫度tW，進料液溫度tF塔頂溫度tLD、tVD ℃ ℃塔釜溫度tW ℃進料液溫度tF ℃回流比的確定：由表9的數(shù)據(jù)繪制xy圖由圖（圖略）可知進料平衡曲線為不正常平衡曲線，為減小誤差，用作圖法求最小回流比Rmin由點a（xD,xD）向平衡線作切線，交軸于b（0，），即精餾操作線截距，所以，所以。因此粉碎或廢棄的分子篩可就地填埋或送催化劑配制公司回收處理[1]?？煞磸褪褂谩O微量副產物為甲烷、二氧化碳。所用沸石型酸性氧化鋁分子篩為φ=3mm，L=5～8 mm白色顆粒狀，堆積體積密度≤，具有良好的化學性質及足夠的撞擊強度與耐磨強度，對于甲醇縮水生成二甲醚的工藝過程，該催化劑的催化活性、選擇性、與穩(wěn)定性均顯示出了優(yōu)異的經濟指標，在再生與使用周期上也有較好的表現(xiàn)。 二甲醚產品指標表7 產品二甲醚產品指標序號組分純度備注1234二甲醚甲醇水分C3以下烴類≥%≤≤≤ 本設計產品二甲醚可用作替代燃料或氣霧劑等化工原料，目前燃料級二甲醚尚未頒布國家標準，設計產品工藝指標可參照表（31）塔設備指標如下：汽化塔：原料甲醇純度90%（質量分數(shù)，下同），塔頂甲醇氣體純度≥99%，釜液甲醇含量≤%； 合成塔：轉化率≥80%，選擇性≥%； 初餾塔：塔頂二甲醚純度≥95%，釜液二甲醚含量≤%； 精餾塔：塔頂二甲醚純度≥%，釜液二甲醚含量≤%； 回收塔：塔頂回收甲醇純度≥98%，廢水中甲醇含量≤% 催化劑的使用本設計DME合成塔采用輻射型固定床反應器，生產用催化劑為沸石型酸性氧化鋁分子篩。本工藝裝置的主要工藝特點是流程簡潔明暢，工藝條件溫和，裝置內熱能利用較好，操作簡易方便。粗甲醇中間罐的稀甲醇液體由屏蔽泵加壓輸送至甲醇回收塔進行精餾分離，塔頂分餾出精甲醇組分，塔底分離出廢水，精甲醇蒸汽被循環(huán)水冷卻成常溫精甲醇液體，經計量后進入回收甲醇中間罐。常溫含水粗甲醇作為本工藝流程的原料，由往復泵定量輸送至合成工序的汽化塔進行汽化提純，并由液態(tài)轉化成飽和氣態(tài)，再進入電加熱爐過熱至250℃以上溫度，過熱后的甲醇原料蒸汽以逆流方式進入固定床合成塔，在氧化鋁型固定床中進行縮水反應生成氣態(tài)二甲醚和水（反應溫度控制在280℃450℃之間，一次轉化率不小于75%），反應產物中包括有二甲醚、水以及未反應的甲醇蒸汽。再沸負荷主要是由合成反應氣來提供，不足部分由甲醇塔加熱器E108的蒸汽來補充。在二甲醚回流罐中分離的液體被二甲醚回流泵加壓，并被分成精餾塔回流液和DME產品，產品二甲醚被送出界區(qū)貯存。(4)二甲醚精餾來自二甲醚合成系統(tǒng)的工藝液體被送入二甲醚精餾塔中部，塔底再沸是通過精餾塔加熱器的蒸汽流量控制完成，在DME精餾塔中DME與甲醇和水分開，一二甲醚產品從精餾塔頂部回收，而甲醇和水一起從塔底去除，并為原料甲醇提供預熱熱源。(3)合成氣冷卻反應器出口氣中含有DME，它在進出氣換熱器中通過工藝氣體冷卻，接著在甲醇蒸餾塔底部通過蒸餾塔換熱器的工藝液體冷卻，然后在二甲醚精餾塔冷卻器中用冷卻水冷卻，最后出口氣在冷凝器中大部分冷凝后被送至二甲醚精餾塔。甲醇汽化合成塔（甲醇氣相脫水）冷凝、氣液分離初餾塔原料甲醇 氣相甲醇 釜殘液回收塔DME精餾塔 釜殘液 釜殘液 回收甲醇 產品DME（≥%）圖31 二甲醚生產工藝流程方框圖 (2)反應在DME合成反應器中產生的反應如下所示:2CH3OH== CH3O CH3+H2O+DME反應器是絕熱軸流式固定床反應器。在10萬噸/二甲醚生產裝置的工藝設計過程中，綜合考慮現(xiàn)有一些二甲醚生產裝置在熱量平衡上的不足之處，立足于全系統(tǒng)熱能的充分利用，以最大限度地達到節(jié)能降耗的效果，同時本著節(jié)約投資、方便操作與維護的原則對工藝流程進行合理優(yōu)化，在此基礎上設計10萬噸/二甲醚生產裝置的工藝流程。然后通過一種專利催化劑，操作條件200300℃和3080Mpa。丹麥Lyngby在一套50kg/d中試裝置中完成12000h操作之后，HaldorTopsoe Als宣稱其由天然氣直接合成二甲醚的催化法已準備好放大。、溫度為200290℃、空速為1000一~l0000L/（)催化劑。此外，美國的空氣產品公司和化學品公司完成了一項由合成氣直接合成二甲醚的新技術，采用淤漿反應器，使水氣變換、甲醇合成與甲醇脫水三個可逆、放熱反應協(xié)同進行，避免了多步合成法中所受平衡條件的影響，使得單程轉化率提高。該催化劑的制備已申請專利(申請?zhí)?)。蘭州化物所的黃友梅等對合成氣制二甲醚的催化劑及反應的活性位進行了研究。中國科學院山西煤炭化學研究所的陶家林等對合成氣制二甲醚的催化劑及反應條件進行了研究，用自制的雙功能催化劑在275℃、2Mpa、1500mL/(g南京大學主要研究二甲醚的反應機理，產品主要應用于冶金工業(yè)的添加劑、抗氧劑等。華東理工大學進行的是氣、固、液三相一步