【正文】 計算結(jié)果如下： 塔頂溫度 38DtC?? 進料板溫度 89FtC?? 塔底溫度 ?? 精餾段平均溫度 1 ( 38 89) / 2 ? ? ? ? 提餾段平均溫度 2 ( 8 9 1 4 5 .8 ) / 2 1 1 7 .4m ? ? ? ? 平均摩爾質(zhì)量計算 塔頂平均摩爾質(zhì)量計算 ： 0 .9 9 8 7 4 6 0 .0 0 0 0 4 3 2 0 .0 0 1 2 6 1 8 4 5 .9 6 k g / k m o lV D mM ? ? ? ? ? ? ? 042 46 008 32 95 18 43. 33 kg / km olL D mM ? ? ? ? ? ? ? 進料板平均摩爾質(zhì)量計算 ： 929 46 053 32 018 18 31. 88k g / km olVFmM ? ? ? ? ? ? ? 0 .8 8 9 1 4 6 0 .0 4 7 6 3 2 0 .0 6 3 3 1 8 4 3 .5 6 k g / k m o lLF mM ? ? ? ? ? ? ? 塔底平均摩爾質(zhì)量計算 ： 0 .0 1 9 0 4 6 0 .3 6 1 0 3 2 0 .6 2 0 0 1 8 2 3 .5 9 k g / k m o lVFmM ? ? ? ? ? ? ? 0 .0 0 2 2 4 6 0 .3 2 8 0 3 2 0 .6 6 9 8 1 8 2 2 .6 5 k g / k m o lLF mM ? ? ? ? ? ? ? 精餾段平均摩爾質(zhì)量 ： ( ) / 2 kg / km olVmM ? ? ? ( ) / 2 kg / km olLmM ? ? ? 提餾段平均摩爾質(zhì)量 ： ( ) / 2 kg / km olVmM ? ? ? ( ) / 2 kg / km olLmM ? ? ? 平均密度計算 氣相平均密度計算 精餾段氣相密度 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 共 58 頁 38 1 5 . 6 3 8 . 9 2 1 1 . 3 4 k g / m8 . 3 1 4 ( 6 3 . 5 2 7 3 . 1 5 )m V mV1mPMρ = RT ????? 提餾段氣相密度 38 2 7 . 5 2 7 . 7 4 7 . 0 7 k g / m8 . 3 1 4 ( 1 1 7 . 4 2 7 3 . 1 5 )2 m V mVmPMρ = RT ????? 全塔氣相平均密度 9 2 0 52V .? ?? 3。在熱力學(xué)計算陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 共 58 頁 中，將 NRTL 方程的模型參數(shù) ij? 整理成（ ? =） 2ij ijij ij bcT T??? ? ? (4) 式（ 4）中個二元體系的數(shù)值見表 4，表 43 和表 44 中二甲醚（ 1） 甲醇（ 2）、二甲醚（ 1） 水（ 2）、甲醇（ 1） 水（ 2）各二元體系的模型是利用文獻數(shù)據(jù)整理得到的。這樣塔頂、塔底的公用工程就可以分別用冷凝水和中壓（ 1015kgf/cm2）蒸 汽來實現(xiàn)。另一方面隨著操作壓力增加 ,精餾操作所用的蒸汽、冷卻水、動力消耗也增加。則回流比 R . .0 .? ? ?1 8 1 8 1 94 m i nR R 1 .9 4 1 .0 8 0 .2 9R 1 1 .9 4 1????? 查吉利蘭關(guān)聯(lián)圖可得 minN N 1 ? 在全回流下的最少理論板數(shù) Dw1212m inx()x[]x()xN loglog? ? 平均相對揮發(fā)度 3 2 2 1 0 .2 6 1 .8? ? ? ? ?頂 3 10 1 ? ? ? ? ?進 3 1 5 ? ? ? ? ?底 所以全塔平均相對揮發(fā)度 ?? Dwm in0. 99 87()0. 00 00 4[]0. 00 22 0. 32 80N 23 .5 24? ? ?log 則 N 19 ? ?? N 41??快 計算加料位置 精餾段最少理論板數(shù) m in 987 929l og[ ] 000 4 053N 16. 7 17l og ?? ? ?精 實際板層數(shù)的求取 進料黏度：在 tD=89℃ ，查手冊 [4]得 1 Pa sm? ?? 2 55 mPa s? ?? 3 15m Pa s? ?? l g 929 l g( 77 ) 053 l g( 55 ) 018 l g ( 15 )LF? ? ? ? 求得 m Pa s? ?? 塔頂物料黏度： tD=38℃ ，查手冊 [4]得 1 mPa s? ?? 2 44 mPa s? ?? 3 3mPa s? ?? l g 0 .9 9 8 7 l g ( 0 .1 3 3 ) 0 .0 0 0 0 4 l g ( 0 .4 4 4 ) 0 .0 0 1 2 6 l g ( 0 .6 8 3 )LD? ? ? ? 求得 m Pa s? ?? 塔釜物料黏度： ??， 查手冊得 1 mPa s? ?? 2 53 mPa s? ?? 3 3mPa s? ?? 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 共 58 頁 l g 022 l g( 23 ) 280 l g( 53 ) 698 l g ( 93 )LW? ? ? ? 求得 m P a sLW? ?? 精餾段液相平均黏度： 0 . 1 3 3 0 . 1 7 3 0 . 1 5 3 m Pa s22L D L F??? ? ?? ? ? ?精 提餾段液相平均黏度： 0 . 1 7 8 0 . 1 7 3 0 . 1 7 6 m Pa s22L W L F??? ? ?? ? ? ?提 全塔液相平均黏度： 0 . 1 5 3 0 . 1 7 6 0 . 1 6 5 m Pa s22mmm ? ?? ? ? ?精 提提 全塔效率可用奧爾康公式： 0. 24 9( )TLE ?? ?? 計算 0. 24 50. 49 (1. 9 0. 16 5 ) 0. 65TE ?? ? ? 則實際塔板數(shù) 41 6 3 .1 6 20 .6 5TTNN E? ? ? ?實 實際進料位置 17= 2 6 .2 2 30 .6 5TNN E? ? ?進 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算 操作壓力的計算 DME 在常壓下的沸點是 ℃ ，所以如果選擇系統(tǒng)壓力在常壓下，則 塔頂冷凝器很難對該產(chǎn)品進行冷卻。由設(shè)計要求知， 塔頂液相組成 xD1=(均為摩爾分數(shù) ) xD2= xD3= 進料液相組成 xF1= xF2= xF3= 以 ，對塔 1 做物料衡算，由年產(chǎn) 40 萬噸二甲醚知， D1= F=D+W1 FxF1=DxD1+WxW1 解得 W1= xw1= 同理可計算出其它組分的含量，匯總于下表 ： 表 甲醚精餾塔的物料衡算 DME(1) 甲醇（ 2） 水（ 3） 塔頂 y 進料 xF 塔底 xw 查相關(guān)文獻 [3]得，二甲醚、甲醇、水在 ，不同溫度下的汽液平衡數(shù)據(jù)列于下表 ： 表 汽液平衡數(shù)據(jù) 二甲醚 甲醇 水 汽相 液相 汽相 液相 汽相 液相 38℃ 89℃ ℃ 38℃ 下 K 值 89℃ 下 K 值 145℃ 下 K 值 38℃ 下 a 值 22 1 89℃ 下 a 值 10 1 ℃ a 值 1 由恩特伍德公式得 i i , D m mi( x ) R1q? ???? （ 1） i 1, Fix 1q? ??? ??? （ 2） 進料狀態(tài)為飽和液體， q=1，則 i 1 , Fi x 2 2 0 . 3 9 2 9 1 0 . 2 0 5 3 0 . 2 6 0 . 4 0 1 80 2 2 1 0 . 2 6? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? 用試差法求出 ? =，帶入（ 1）式 i i , D m mi( x ) 2 2 0 . 9 9 8 7 1 0 . 0 0 0 0 4 0 . 2 6 0 . 0 0 1 2 6R1 2 2 1 . 5 9 5 1 1 . 5 9 5 0 . 2 6 1 . 5 9 5? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? 故 Rmin= 為實現(xiàn)對兩個關(guān)鍵組分之間規(guī)定的分離要求，回流 比必須大于它們的最小值，根據(jù) Fair 和 Bolles陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 58 頁 的研究結(jié)果， R/Rm的最優(yōu)值約為 ，但在比值稍大的一定范圍內(nèi)接近最佳條件。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 共 58 頁 3 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)計算 物料衡算 將原料及產(chǎn)品規(guī)格換算成摩爾分率，即 原料：甲醇含量 ≥％，水含量 ≤％ 產(chǎn)品： DME≥％ ,甲醇含量 ≤％，水含量 ≤％ 要求年產(chǎn) 40 萬噸二甲醚，則每小時應(yīng)生產(chǎn)二甲醚的量為： 4 0 0 0 0 1 0 0 0 5 0 0 0 / 1 0 8 6 . 9 5 7 k m o l / h8000 kg h? ?? 又因產(chǎn)品二甲醚回收率為 ％，則 x1 0 8 6 . 9 5 7 9 9 . 8 7 0 . 9 9 8F? ???％ 則反應(yīng)器生成二甲醚量為： Fx=反應(yīng)器應(yīng)加入甲醇量為： 1 0 8 7 . 7 1 9 2 2 7 1 9 . 2 9 8 k m o l /h8 0 1 0 0? ??％ ％ 甲醇原料進料量： 2 7 1 9 .2 9 8 2 7 4 3 .7 1 7 k m o l/h0 .9 9 1 1 ? 按化學(xué)計量關(guān)系計算反應(yīng)器出口氣體中各組分量 甲醇 27 43 .71 7 1 08 7 .71 9 56 8 .27 9k m ol / h?? 水含量 2743 .717 1 087 .719 1112 .138km ol / h?? 計算結(jié)果列表如下 表 物料衡算表 組分 進料 F0/(koml/h) 進料 qm0/(kg/h) 出料 F/(koml/h) 出料 qm/(kg/h) 二甲醚 0 0 甲醇 水 合計 計算催化劑床層體積 進入反應(yīng)器的氣體總量 Ft0=，給定空速 Sv=5000h1，所以 ， 催化劑床層體積 VR 為： 3 2 2 .42 7 6 8 .1 3 6 1 2 .4 0 m5000VNV qS ? ? ? 反應(yīng)器管數(shù) 反應(yīng)器管數(shù) n 擬采用管徑為 Ф27 ，故管內(nèi)徑 d=，管長 6m，催化劑充填高度 L為 ，所以： 220 85 ( 22) 4RVn pdL? ? ??? 采用正三角形排列，實際管數(shù)取 5750 根 熱量衡算 基準溫度取 298K,由物性手冊查的在 280℃ 下二甲醚（ 1）、甲醇（ 2）、水（ 3）的比熱容、粘度、熱導(dǎo)率分別為 : Cp1=（ kg/℃ ） CP2= kJ/（ kg/℃ ） CP3= kJ/（ kg/℃ ） μ1= 105pa μ2= 105pa μ3= 105pa 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 共 58 頁 λ1=(m2? k) λ2= w/(m2? k) λ3=(m2? k) 則原料氣帶入熱量 Q1=( + ) () = 107kJ/h 反應(yīng)后氣體帶走熱量 Q2=( + + ) () = 107kJ/h 反應(yīng)放出熱量 QR= 11770= 107 kJ/h 傳給換熱物質(zhì)的熱量 QC QC=Q1+QRQ2= 106 kJ/h 核算換熱面積，床層對壁給熱系數(shù)按式計算 . 5 ( ) e x p ( 4 . 6 )f p pt t f td G da dd? ??? 22882 6 403 kg/ ( m h)575 0 ( )4G ?? ? ??? 5 5 5f51 .63 1 0 39 .29 1 .75 1 0 1 .8 1 0 1 .7229 1 0 pa s? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?％ ％ ％ 50 .0 0 5 4 0 3 9 0 .1 2 33071 .7 2 2 9 1 0 3 6 0 0p fdG? ?????? ? ? ? ? ? ? ?％ ％ ％ 220 .2 5 8 9 w /( m k )0 .