【正文】 K) 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30 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) （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/(kmolK) kcal/(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/(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(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℃)℃則換熱面積為 查文獻(xiàn)[2]選型：Φ4503000，換熱面積F=初餾塔主要工藝參數(shù)匯總表表27 初餾塔主要設(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/℃ 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?！?逆流： T ℃→℃ t 35℃ ← 25℃ ℃ 查文獻(xiàn)[2]選型：Φ5003000，換熱面積F=（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。 填料層高度的計(jì)算（1）精餾段：查得壓降（2）提餾段：查得壓降全塔高度 附屬設(shè)備的選型計(jì)算（1）冷凝器選用列管式冷凝器，逆流方式操作，冷卻水進(jìn)口溫度為25℃，出口溫度為35℃。代入式中求得，= 于是得圓整后：D=，空塔氣速u= m/s（2）提餾段塔徑計(jì)算已知： =，=，=，=500,L=，V= kg/h，A=。（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?、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；。（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/(kmol℃)= kJ/(kmol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 ?！?=(kmol℃)=(kmol℃)= kJ/(kmol℃)= kJ/(kmol℃)= kJ/(kmol℃)=(kmol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，二甲醚的摩爾流量為 ，甲醇的摩爾流量為 二甲醚的摩爾分率為，甲醇的摩爾分率為，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?！?，則換熱面積為 ]查文獻(xiàn)得冷凝器的型號(hào)[2]為Φ4504500，換熱面積F=： 初餾塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型本塔設(shè)計(jì)為二甲醚、甲醇、水三組分的精餾計(jì)算，現(xiàn)做簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，按二甲醚——甲醇兩組分精餾計(jì)算，因?yàn)樗姆悬c(diǎn)高于甲醇的沸點(diǎn)，可近似處理將水的流量并到甲醇中按二組分精餾計(jì)算設(shè)計(jì)初餾塔。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=700 W/(m2℃)，則交換熱量為換熱面積 查文獻(xiàn)選取換熱器型號(hào)[2]為: Φ4503000，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℃?！??！?, ℃，℃，℃，則逆流： T ℃→℃ t 90℃ ← ℃ ℃ 取該條件下混合液體的比熱容=(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=(kgs）103103958103 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：Φ5004500，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/(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(chǎng)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 = ℃ 于是 == 圓整后：D=, 空塔氣速 u=選取整塔塔徑為 D=。s；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。本汽化塔設(shè)計(jì)選用25。（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)。加熱蒸汽消耗量 kj/kg (℃,) kg/h 表12 熱量衡算數(shù)據(jù)結(jié)果列表符號(hào)數(shù)值kcal/hkg/h0kcal/hkcal/h107kcal/hkg/h 理論板數(shù)、塔徑、填料選擇及填料層高度的計(jì)算（1）理論板數(shù)的計(jì)算由于本次設(shè)計(jì)時(shí)汽化塔的相對(duì)揮發(fā)度是變化的，所以不能用簡(jiǎn)捷法求得，應(yīng)用圖解法。表10 沸點(diǎn)下蒸發(fā)潛熱列表沸點(diǎn)/℃蒸發(fā)潛熱/(kcal（2）冷凝器的熱負(fù)荷及冷卻介質(zhì)消耗量冷凝器的熱負(fù)荷 其中 ——塔頂上升蒸汽的焓；——塔頂餾出液的焓。受當(dāng)?shù)貧鉁叵拗?，冷卻水一般為1025℃。（℃）的飽和水蒸氣作為加熱介質(zhì)，水蒸氣易獲得、清潔、不易腐蝕加熱管，不但成本會(huì)相應(yīng)降低，塔結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜。飽和水蒸氣是一種應(yīng)用最廣的加熱劑，由于飽和水蒸氣冷凝時(shí)的傳熱膜系數(shù)很高，可以通過改變蒸汽的壓力準(zhǔn)確地控制加熱溫度。結(jié)合甲醇脫水反應(yīng)式可得下式：kg/kmol 汽化塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 物料衡算已知F′=103kg/h，xF′=90%，xD′=99%,xW′=%（以上均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)），kg/kmol摩爾分率： 進(jìn)料平均相對(duì)分子質(zhì)量 M平均=%+%=則進(jìn)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(chǎn)品平均相對(duì)分子質(zhì)量 M=%+(%)=塔頂產(chǎn)品質(zhì)量流量 D==103kg/h塔釜產(chǎn)品平均相對(duì)分子質(zhì)量 M=%+(%)=塔釜產(chǎn)品質(zhì)量流量 W==103kg/h表8 物料衡算結(jié)果表單位進(jìn)料F塔頂D塔釜W物料kg/hkmol/h103103103組成質(zhì)量分率摩爾分率90%%99%%%%表9 甲醇水平衡時(shí)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(nèi)插法求塔頂溫度tLD、tVD，塔釜溫度tW，進(jìn)料液溫度tF塔頂溫度tLD、tVD ℃ ℃塔釜溫度tW ℃進(jìn)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(jìn)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(diǎn)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?fù)使用。極微量副產(chǎn)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(xué)性質(zhì)及足夠的撞擊強(qiáng)度與耐磨強(qiáng)度，對(duì)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(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在再生與使用周期上也有較好的表現(xiàn)。 二甲醚產(chǎn)品指標(biāo)表7 產(chǎn)品二甲醚產(chǎn)品指標(biāo)序號(hào)組分純度備注1234二甲醚甲醇水分C3以下烴類≥%≤≤≤ 本設(shè)計(jì)產(chǎn)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(jí)二甲醚尚未頒布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)產(chǎn)品工藝指標(biāo)可參照表（31）塔設(shè)備指標(biāo)如下：汽化塔：原料甲醇純度90%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），塔頂甲醇?xì)怏w純度≥99%，釜液甲醇含量≤%； 合成塔：轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)DME合成塔采用輻射型固定床反應(yīng)器，生產(chǎn)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(diǎn)是流程簡(jiǎn)潔明暢，工藝條件溫和，裝置內(nèi)熱能利用較好，操作簡(jiǎn)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(jìn)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(jīng)計(jì)量后進(jìn)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(fù)泵定量輸送至合成工序的汽化塔進(jìn)行汽化提純，并由液態(tài)轉(zhuǎn)化成飽和氣態(tài)，再進(jìn)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(jìn)入固定床合成塔，在氧化鋁型固定床中進(jìn)行縮水反應(yīng)生成氣態(tài)二甲醚和水（反應(yīng)溫度控制在280℃450℃之間，一次轉(zhuǎn)化率不小于75%），反應(yīng)產(chǎn)物中包括有二甲醚、水以及未反應(yīng)的甲醇蒸汽。再沸負(fù)荷主要是由合成