【正文】 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， ； 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精餾段上升蒸汽提餾段上升蒸汽精餾段下降液體提餾段下降液體 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)得冷凝器的規(guī)格為Φ2732000，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)選取換熱器規(guī)格為: Φ4001500，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=(kg℃) △t==℃ =107 kcal/h 選用兩個(gè)塔底再沸器，則每個(gè)再沸器的換熱面積為：=/2=選取再沸器的型號(hào)為：Ф2733000，換熱面積為F= 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?。汉铣伤某叽鐬榱⑹溅?0006680，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)附錄得，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選取汽化塔的規(guī)格為：Ф2700/7001500,VN= 拉西環(huán)填料（4）填料層高度的計(jì)算精餾段： 查化工原理（天大修訂版下冊(cè)[10]）P191得 依經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取等板高度HETP=，則精餾段總壓降 提餾段： 查得 提餾段總壓降 全塔填料層總壓降 填料總高度 填料層高度和壓強(qiáng)降計(jì)算匯總表參數(shù)精餾段提餾段全塔壓降總壓降/Pa填料層高度/m751336211115 汽化塔附屬設(shè)備的選型計(jì)算（1）甲醇回流冷凝器選用管殼式冷凝器，被冷凝氣體走管間，以便于及時(shí)排出冷凝液，采用逆流換熱。精餾段：=，= kg/m3 ，=，=250 ，= mPa（3）塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算汽化塔設(shè)計(jì)的主要依據(jù)和條件： 不同溫度下甲醇和水的密度物質(zhì)密度(kg/m3)溫度/℃5060708090100甲醇水750988741983731978721972713965704958物質(zhì)粘度（）℃℃℃甲醇水塔頂、塔底、進(jìn)料條件下的流量及物性參數(shù)： 汽化塔塔頂數(shù)據(jù)結(jié)果表符號(hào)數(shù)值 汽化塔塔底數(shù)據(jù)結(jié)果表符號(hào) 數(shù)值 958 汽化塔進(jìn)料數(shù)據(jù)結(jié)果表符號(hào)數(shù)值精餾段及提餾段的流量及物性參數(shù)： 精餾段、提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表　精餾段提餾段氣相平均相對(duì)分子質(zhì)液相平均相對(duì)分子質(zhì)氣相密度液相密度氣相摩爾流量氣相質(zhì)量流量液相粘度液相摩爾流量液相質(zhì)量流量由氣速關(guān)聯(lián)式: 式中 ——干填料因子；——液體粘度，mPa目前，填料的開發(fā)與應(yīng)用仍是沿著散裝填料與規(guī)整填料兩個(gè)方面進(jìn)行。精餾段操作線方程為 ,截距 連接與q線交于d點(diǎn)，連接與d點(diǎn)，得提餾段操作線，然后由平衡線與操作線可得精餾塔理論板數(shù)為30塊，提餾段4塊，精餾段26塊。kmol1)Tc/K甲醇水10084309729由沃森公式計(jì)算塔頂溫度下的潛熱 ℃時(shí)，對(duì)甲醇: 蒸發(fā)潛熱: 對(duì)水，同理得 蒸發(fā)潛熱 對(duì)于全凝器作熱量衡算（忽略熱損失），選擇泡點(diǎn)回流，因?yàn)樗敿状己亢芨?，與露點(diǎn)相接近，所以 代入數(shù)據(jù) 冷卻劑的消耗量 （3）加熱器的熱負(fù)荷及全塔熱量衡算(℃)飽和水蒸氣為加熱介質(zhì) 甲醇、水在不同溫度下混合的比熱容[單位：kcal/(kg.℃)]甲醇水甲醇 水 則有 kcal/h kcal/h對(duì)全塔進(jìn)行熱量衡算 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，以進(jìn)料焓，℃時(shí)的焓值為基準(zhǔn)做熱量衡算塔釜熱損失為10%，則η=，則 式中 ——加熱器理想熱負(fù)荷； ——加熱器實(shí)際熱負(fù)荷；——塔頂餾出液帶出熱量； ——塔底帶出熱量。其中 ——甲醇的蒸發(fā)潛熱；水的蒸發(fā)潛熱蒸發(fā)潛熱與溫度的關(guān)系： ,其中——對(duì)比溫度。本設(shè)計(jì)選用20℃的冷卻水，選升溫10℃，即冷卻水的出口溫度為35℃。常用的冷卻劑是水和空氣，應(yīng)因地制宜加以選用。燃料燃燒所排放的煙道氣溫度可達(dá)1001000℃，適用于高溫加熱，缺點(diǎn)是煙道氣的比熱容及傳熱膜系數(shù)很低，加熱溫度控制困難。平均相對(duì)揮發(fā)度α ：t=℃時(shí) t=℃時(shí) 熱量衡算（1）加熱介質(zhì)和冷卻劑的選擇常用的加熱劑有飽和水蒸氣和煙道氣。結(jié)合甲醇脫水反應(yīng)式可得下式： 汽化塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 物料衡算已知F′=，xF′=90%，xD′=99%,xW′=%（以上均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）， 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： 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==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== 物料衡算結(jié)果表單位進(jìn)料F塔頂D塔釜W物料kg/hkmol/h組成質(zhì)量分率摩爾分率90%%99%%%% 甲醇水平衡時(shí)的t、x、y數(shù)據(jù) 平衡溫度t1008578液相甲醇x0氣相甲醇y0平衡溫度t7068液相甲醇x100氣相甲醇y100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 回流比的確定：由圖可知進(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,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。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（）。該型催化劑在制備過(guò)程添加少量稀土元素，無(wú)有毒重金屬組份。工藝設(shè)計(jì)的該催化劑可使甲醇的一次性轉(zhuǎn)化率≥80﹪，選擇性指標(biāo)接近100﹪。DME合成塔中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為放熱反應(yīng)。本裝置設(shè)備臺(tái)數(shù)較少，設(shè)備制作充分立足于國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀，所有設(shè)備均能在國(guó)內(nèi)制造而不需進(jìn)口，項(xiàng)目投資大為降低。在塔頂回流罐中的液體一部分成為精餾塔回流液，而另一部分成為DME產(chǎn)品，產(chǎn)品被送出界區(qū)貯存。(4)二甲醚精餾冷卻后得到的二甲醚液體被送入二甲醚精餾塔，在DME精餾塔中DME與甲醇和水分開，二甲醚產(chǎn)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(yù)熱熱源。甲醇汽化合成塔（甲醇?xì)庀嗝撍├淠庖悍蛛x初餾塔原料甲醇 氣相甲醇 釜?dú)堃篋ME精餾塔 釜?dú)堃? 釜?dú)堃夯厥账? 回收甲醇 產(chǎn)品DME（≥%）(2)反應(yīng)在DME合成反應(yīng)器中產(chǎn)生的反應(yīng)如下所示:，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。為了開發(fā)操作簡(jiǎn)單、成本低而又可連續(xù)生產(chǎn)DME的新方法，人們?cè)煤铣蓺庵苯又迫《酌?。（二?合成氣直接合成二甲醚