【正文】 ? ?? 取安全系數(shù)為 ，則 u= maxu 安全系數(shù) = =（ m/s） 塔徑： m)(39 81 25 ?????? ?? uVD s 按標準塔徑圓整為 D= 則塔截面積： )(5 3 22 mDAT ???? ?? 0 6 4 0 )20 (0 5 ???? 。 s mPa 23 ???? WFDCB ???? ② 最小回流比 Rmin 本設(shè)計為泡點進料 ,即飽和液體進料 ， q=1 恩特伍德公式： 1)( m in, ???? Rxi mDii ??? qxi ii ????? 1??? 故 011 ??????????????? ?????? i ii x 解得 ? = Rmin= )( , ???????????? ??? i mDii x (二 ) 實際回流比 取實際回流比為最小回流比的 倍 則 R= Rmin= = (三 ) 最小理論板數(shù)的確定 og ) og (l og])()l og [ (15m i n ????????ABWBADBA xxxxN ? 故 最小理論塔數(shù) Nmin=(不包括再沸器 ) （四） 全塔理論板數(shù)的確定 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 0 9 9 4 2 9 i n ??????R RR 同《化工原理》下冊 P37 圖 130 吉利蘭圖查得 in ???N NN Nmin = 代入，求得 N=(不包括再沸器 ) （五） 精餾段和提餾段理論板數(shù)的確定 平均相對揮發(fā)度： 8 )()( ?????FD ABAB ??? 精 o g ) o g (l o g])()l o g [ (1)( m i n ??????精精 ?FBADBA xxxxN 精餾段的最小理論塔板數(shù)為 精)( minN = = )( m in 精N 代入 )( m in ???NNN 精 ，求得 N= 故精餾段理論板數(shù)為 塊 ,提餾段為 塊 (六 ) 實際板數(shù)的確定 ① 板效率 0 .2 4 5LT )μ ( αE ?? 查《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊》 以進料為計算基準 表 216 黏度數(shù)據(jù)表 DME CH3OH H2O ix Li? 33 ????? WFDAB ???? 塔頂： )()()( 24 ?????? DSBSADBADAB PPKK? 進料 ： )()()( 34 ?????? FSBSAFBAFAB PPKK? )()()( 33 ?????? FSBSCFBCFCB PPKK? 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 塔釜： )()()( 34 ?????? WSBSAWBAWAB PPKK? )()()( 33 ?????? WSBSCWBCWCB PPKK? 全塔平均相對揮發(fā)度： 1 8 (三 ) 物料衡算 XW， DME= 105 XD， CH3OH= D=表 24 清晰分割法計算過程 組分 進料 餾出液 釜液 DME 105W 105W CH3OH H2O 0 ∑ F D W 聯(lián)立 105W++0=D F=D+W 解得 ： F=6607 kmol/h = 105 kg/h W=6525 kmol/h= 105kg/h D=MF= （四） 精餾工序物料衡算表 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 表 25 精餾工序物料衡算表 料向 組分 質(zhì)量流量 質(zhì)量分數(shù) 摩 爾流量 摩爾分數(shù) （ kg/h） （ kmol/h） 進 DME 9579 CH3OH 1333 料 H2O 105 6629 塔 DME 3789 頂 CH3OH 出 塔 DME 105 105 料 CH3OH 2394 釜 H2O 105 6616 精餾塔工藝計算 物料衡算 (見 ) 操作條件的確定 (一 ) 進料溫度的計算 (泡點 )— 飽和液體進料 (1) 已知體系總壓強 P 總 =200kPa，即 P 總 =1520mmHg 物料飽和液體進料，故進料的泡點溫度為進料溫度。 8000= 103（ kg/h） =(kmol/h) 物料衡算 DME： D 醚水 CH3OH： F DME: 105 W H2O： CH3OH: 圖 21 物料衡算簡圖 (一 ) 質(zhì)量分數(shù)轉(zhuǎn)換為摩爾分數(shù) MDME=根據(jù) ai/Mi247。 (二 ) 產(chǎn)品二甲醚的純度：二甲醚≥ 99wt％。吸收塔尾氣 15 去變壓吸附或膜分離提取有用成份 CO、 H2后，返回二甲醚合成單元做合成原料。高級醇濃集于精餾塔頂部塔板上側(cè)線采出。二甲醚精餾塔 4 的壓力為 MPa，塔頂溫度為 2090℃，塔釜溫度為 100200℃。醚水溶液 8進入閃蒸罐 3的壓力為 MPa。 含有不凝氣體 HCO、 CO2 和少量惰性氣體和 CH4 及未冷凝的二甲醚氣體的未凝氣體 16 經(jīng)減壓到，進入吸收塔 2 下部，在 MPa，在 2035℃下用軟水吸收，冷凝器 1的底流產(chǎn)物粗二甲醚溶液 7和吸收塔 2 的底流產(chǎn)物醚水溶液 8進入閃蒸罐 3，閃蒸罐的溫度為 40100℃。 還有一種 工藝是液相產(chǎn)物通過二步精餾，氣相產(chǎn)物與閃蒸氣一起被吸收劑洗滌除去其中的二甲醚，含有二甲醚的吸收劑被送入第一個精餾塔。一種分離工藝是一步反應(yīng)后產(chǎn)物分為氣液兩相， 氣相產(chǎn)物被吸收劑吸收后送入解吸裝置，部分二甲醚根據(jù)要求的純度 ，從第二精餾塔加入。 相比較甲醇脫水制二甲醚而言，一步法合成二甲醚因為體系存在有未反應(yīng)完 的合成氣以及二氧化碳，要得到純度較高的二甲醚，分離過程比較復(fù)雜。目前，該技術(shù)正處于小試及中試階段 。與傳統(tǒng)甲醇脫水工藝相比，工藝裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于移出反應(yīng)熱，易于實現(xiàn)恒溫操作，可以使反應(yīng)與傳熱過程耦合，從而達到最佳反應(yīng)溫度，防止催化劑失活。另外 , 還開展了甲烷化空氣催化氧化部分氧化制合成氣與含氮合成氣制二甲醚技術(shù)的研究，希望通過廉價氧源生產(chǎn)廉價合成氣，從而降低二甲醚合成的生產(chǎn)成本。 中科院大連化物所近年來在合成氣一步法合成二甲醚方面研制出了性能良好的雙功能催化劑，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了固定床合成氣一步法合成二甲醚的新工藝。合成氣法所用的合成氣可由煤、重油、渣油氣化及天然氣轉(zhuǎn)化制得 ,原料經(jīng)濟易得 ,因而該工藝可用于化肥和甲醇裝置適當改造后生產(chǎn) DME，易形成較大規(guī)模生產(chǎn) 。它可直接利用 CO 含量高的煤基合成氣 ,還可在線卸載催化劑。三個反應(yīng)相互促進，從而提高了 CO 的轉(zhuǎn)化率。 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 表 2 國內(nèi)外用氣相甲醇脫水法合成二甲醚的工藝對比 (2) 一步法直接合成 DME 一步法是以合成氣為原料，在甲醇合成和甲醇脫水的雙功能催化劑上直接反應(yīng)生成DME。該裝置的甲醇轉(zhuǎn) 化率 ≥60%，二甲醚選擇性 ≥99%，催化劑使用壽命在 6 個月以上，產(chǎn)品規(guī)格可達到氣霧劑級的高純度二甲醚。 但 國內(nèi)有專利報道，在較低溫度（ 100～ 125℃ )、常壓（ 0～ ）和新的催化劑作用下進行脫水生產(chǎn)二甲醚氣體，較好地解決了酯化脫水、催化劑再生和反應(yīng)過程同步等技術(shù)問題。但該方法要經(jīng)過甲醇合成、甲醇精餾、 甲醇脫水和二甲醚精餾等工藝，流程較長，因而設(shè)備投資大，產(chǎn)品成本較高，且受甲醇市場波動的影響比較大。另外裝置適應(yīng)性廣，可直接建在甲醇生產(chǎn)廠，也可建在其他公用設(shè)施好的非甲醇生產(chǎn)廠。 ② 甲醇氣相脫水法 用氣相甲醇脫水 法制取二甲醚的方法 ， 其基本原理是在固定床催化反應(yīng)器中使甲醇蒸汽通過固體酸性催化劑（氧化鋁或結(jié)晶硅酸鋁），發(fā)生非均相反應(yīng)，甲醇脫水生成二甲醚，脫水后的混合物再進行分離、提純，得到燃料級或氣霧劑級的二甲醚。上海石油化工研究院在傳統(tǒng)的甲醇液相脫水裝置上，通過將反應(yīng)與分離操作合成一體，有效地抑制了有機物的碳化。 但 由于濃硫酸對甲醇的碳化作用較大，催化劑的使用周期短，蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 同時脫除反應(yīng)會產(chǎn)生大量的殘酸和廢水，對環(huán)境污染嚴重；中間體硫酸氫甲酯毒性較大，危害人體健康。 以下為各種方法的簡單介紹： (1) 甲醇脫水法 ① 甲醇液相脫水法（硫酸法工藝） 傳統(tǒng)生產(chǎn)二甲醚的方法是以甲醇為原料，在濃硫酸的催化作用下，生成硫酸氫甲酯，硫酸氫甲酯再與甲醇反應(yīng)生成二甲醚。與傳統(tǒng)的甲醇合 成二甲醚相比，一步法合成二甲醚工藝經(jīng)濟理加合理，在市場更具有競爭力，正在走向工業(yè)化?，F(xiàn)在國內(nèi)眾多生產(chǎn)氣霧殺蟲劑、噴塑涂料的廠家已經(jīng)在逐步改用二甲醚作為氣霧拋射劑。而氯氟烴對臭氧層有破壞作用，所以要用對環(huán)境無害的推進劑來代替氯氟烴。因此，它是未來乙烯工業(yè)的優(yōu)良原料。此外，二甲醚還是一種優(yōu)良的有機溶劑。二甲醚與環(huán)氧乙烷反應(yīng) ,在鹵素金屬化合物和 H3BO3 的催化作用下 ,在 50℃～ 55℃時生成乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚的混合物 ,其主要產(chǎn)物乙二醇二甲醚是重要溶劑和有機合成的中間體。二甲醚與水、一氧化碳在適當條件下反應(yīng)可生成乙酸 ,羰基化后可制得乙酸甲酯 ,同系化后生成乙酸乙酯 ,另外還可用于醋酐的合成。二甲醚作烷基化劑 ,可以用來合成 N,N二甲基苯胺、硫酸二甲酯、烷基鹵以及二甲基硫醚等。國內(nèi)氣霧劑產(chǎn)品 有 一半用二甲醚作拋射劑。而且二甲醚對金 屬無腐蝕、易液化 ,特別是水溶性和醇溶性較好 ,作為氣霧劑具有雙重功能 ，作為 推進劑和溶劑 ,還可降低氣霧劑中乙醇及其它有機揮發(fā)物的含量 ,減少對環(huán)境的污染。 如 ： 不污染環(huán)境 ,與各種樹脂和溶劑具有良好的相溶性 ,毒性很微弱 ,可用水或氟制劑作阻燃劑等。二甲醚燃料高效率和低污染 ,可實現(xiàn)無煙燃燒 ,并可降低噪音和減少氮氧化物的排放。 二甲醚液化后還可以直接用作汽車燃料 ,是柴油發(fā)動機的理想替代燃料。總之 ,二甲醚在儲存、運輸、使用等方面比 LPG 更安全。二甲醚可按一定比例摻入液化氣中和液化氣一起燃燒 ,可使液化氣燃燒更加完全 ,降低析碳量 ,并降低尾氣中的一氧化碳和碳氫化合物含量 。二甲醚液化氣在室溫下壓力符合現(xiàn)有 LPG要求 ,可用現(xiàn)有的 LPG氣罐集中統(tǒng)一盛裝 ,儲運安全 ,組 成穩(wěn)定 ,無殘液 ,可完全利用 。 二甲醚在常溫常壓下為無色無味氣體 ,在一定壓力下為液體 ,其液化氣與 LPG 性能相似 ,貯存于液化氣鋼瓶中的壓力為 Pa,小于LPG 壓力 ( Pa),因而可以代替煤氣、石油液化氣用作民用燃料。汽車尾氣不需要催化轉(zhuǎn)化處理，就能滿足美國加利福尼亞洲有關(guān)汽車超低排放尾氣的標準。它不但具有 甲醇 燃料的所有優(yōu)點，還克服了其低溫啟動性和加速性能差的缺點。 K) 自燃溫度 /℃ 350 蒸氣密度 /(kg/m3) ～ 表 11 二甲醚的物理性質(zhì) 二甲醚的用途 （ 1） 用作燃料 二甲醚可替代液化石油氣 (LPG)作為燃料?？諝庵性试S濃度為 400ppm。濃度為 %（體積）時，吸入 12 分鐘后僅自感不適。若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險。接觸空氣或在光照條件下可生成具有潛在爆炸危險性的過氧化物。 （ 3） 二甲醚的危險特性：二甲醚為易燃氣體， 與空氣混合能形成爆炸性混合物。與 發(fā)煙硫酸 或 三氧化硫 反應(yīng)生成 硫酸二甲酯 。與 一氧化碳 反應(yīng)生成 乙酸甲酯 ；同系化反應(yīng)還可以生成 乙酸乙酯 、乙酸酐 。 燃燒時火焰略帶光亮。二甲醚無腐蝕性、無毒，在空氣中長期暴露不會形成過氧化物， 還具有優(yōu)良的混溶性，能同大多數(shù)極性和非極性有機溶劑 混溶。二甲醚是一種含氧有機化合物，溶于水，在大氣中可以降解，屬于環(huán)境友好型物質(zhì)。是一種重要的有機化工產(chǎn)品和化學(xué)中間體。有液相法和氣相法兩種：液相法是加熱 硫酸 與甲醇混合物；氣相法是將甲醇蒸氣通過氧化鋁催化劑（也可用 ZSM－ 5 型分子篩作為催化劑）。 主要由合成甲醇生產(chǎn)中的副產(chǎn)獲得。 可以用作 氣霧劑的拋射劑、制冷劑、發(fā)泡劑。 （ 二 ） 產(chǎn)品 性質(zhì)及用途 二甲醚性質(zhì) 二甲醚 是最簡單的脂肪醚。 設(shè)計要求：操作壓力 （約兩個大氣壓），飽和液體進料，連續(xù)進料操作，年開工時數(shù) 8000 小時。 calculated including plate number, tower, towe