化工畢業(yè)論文范文

1、分類號 編號煙 臺 大 學畢 業(yè) 論 文年產3萬噸二甲醚的初步工藝設計(三)primary for the manufacturing process of dimethl ether 30kt/a（）申請學位： 工學學士 院 系： 化學化工學院 專 業(yè)： 化學工程與工藝 班 級： 化081-3 學生姓名： 孫曉輝 學 號： 200821504329 指導老師： 李天文 孫烈剛 2012年06月05日煙臺大學化學化工學院年產3萬噸二甲醚的初步工業(yè)設計（三）姓 名： 孫曉輝 導 師： 李天文 孫烈剛 2012年06月05日煙臺大學化學化工學院煙臺大學畢業(yè)論文（設計）任務書院（系）：化學化工學院姓

2、名孫曉輝學號200821504329畢業(yè)屆別2012專業(yè)化學工程與工藝畢業(yè)論文（設計）題目年產3萬噸二甲醚的初步工業(yè)設計指導教師李天文學歷博士職稱教授所學專業(yè)化學工程具體要求(主要內容、基本要求、主要參考資料等)：確定以甲醇脫水法作為本設計的工藝生產方法,通過物料衡算和熱量衡算來確定設備工藝參數(shù)和消耗工藝指標,同時對dme生產過程中的安全注意事項及“三廢”治理作了相關說明，對整個裝置進行了簡單初步評價。進度安排：1-3周：查閱文獻資料，寫出開題報告。4-5周：進行初步的設計計算及選型。6-14周：應用cad畫圖，做出pid、pfd圖。15-16周：整理完成設計。指導教師（簽字）： 年 月 日院

3、（系）意見： 教學院長（主任）（簽字）： 年 月 日備注：摘 要作為lpg和石油類的替代燃料，目前二甲醚(dme)倍受注目。dme是具有與lpg的物理性質相類似的化學品，在燃燒時不會產生破壞環(huán)境的氣體，能便宜而大量地生產。與甲烷一樣，被期望成為21世紀的能源之一。目前生產的二甲醚基本上由甲醇脫水制得，即先合成甲醇，然后經甲醇脫水制成二甲醚。甲醇脫水制二甲醚分為液相法和氣相法兩種工藝，本設計采用氣相法制備二甲醚工藝。氣相法的工藝過程主要由甲醇加熱、蒸發(fā)、甲醇脫水、二甲醚冷凝及精餾等組成。設計結果達到了設計課題的要求，完成了二甲醚的生產工工藝的初步設計，完成了物料、熱量、設備等的相關計算。關鍵詞二

4、甲醚 ；甲醇 ；工藝設計abstractas lpg and oil alternative fuel, dme has been drawn attentions at present. physical properties of dme is similar for lpg, and dont produce combustion gas to damage the environment, so, it can be produced largely. like methane, dme is expected to become 21st century energy sources

5、., dme is prepared by methanol dehydration, namely, synthetic methanol first and then methanol dehydration to dimethyl etherby methanol dehydration. methanol dehydration to dme is divided into two kinds of liquid phase and gas-phase process. this process is made of methanol process heating, evaporat

6、ion, dehydration of methanol, dimethyl ether condensation and distillation etc. the design result reached the requirements of the design issues, completed the dme production process design, finished materials, thermal, etc-related calculations.keywordsdimethyl ether；methanol；process design目錄前言11 文獻綜

7、述21.1 二甲醚概述21.2原料說明31.3二甲醚的性質32 dme產品方案及工藝流程介紹42.1產品品種、規(guī)格、質量指標及擬建規(guī)模42.2生產方法簡述42.3工藝流程說明42.4生產工藝特點52.5主要工藝指標53主要塔設備計算及選型73.1 汽化塔及其附屬設備的計算選型73.2 合成塔及其附屬設備的計算選型153.3 初餾塔及其附屬設備的計算選型193.4 精餾塔及其附屬設備的計算選型253.5 回收塔及其附屬設備的計算選型314 環(huán)境保護及三廢處理394.1主要污染源及主要污染物394.2設計中采取的環(huán)保措施及其簡要處理工藝流程394.3裝置危險性物料主要物性40總結41致謝42參考文

8、獻43前言二甲醚又稱甲醚、木醚氧,是重要的甲醇下游產品。二甲醚是醚的同系物，但與用作麻醉劑的乙醚不一樣，毒性極低；能溶解各種化學物質；由于其具有易壓縮、冷凝、氣化及與許多極性或非極性溶劑互溶特性，廣泛用于氣霧制品噴射劑、氟利昂替代制冷劑、溶劑等，另外也可用于化學品合成，用途比較廣泛。二甲醚作為一種基本化工原料，由于其良好的易壓縮、冷凝、汽化特性，使得二甲醚在制藥、燃料、農藥等化學工業(yè)中有許多獨特的用途。如高純度的二甲醚可代替氟里昂用作氣溶膠噴射劑和致冷劑，減少對大氣環(huán)境的污染和臭氧層的破壞。由于其良好的水溶性、油溶性，使得其應用范圍大大優(yōu)于丙烷、丁烷等石油化學品。代替甲醇用作甲醛生產的新原料，

9、可以明顯降低甲醛生產成本，在大型甲醛裝置中更顯示出其優(yōu)越性。作為民用燃料氣其儲運、燃燒安全性，預混氣熱值和理論燃燒溫度等性能指標均優(yōu)于石油液化氣，可作為城市管道煤氣的調峰氣、液化氣摻混氣。也是柴油發(fā)動機的理想燃料，與甲醇燃料汽車相比，不存在汽車冷啟動問題。它還是未來制取低碳烯烴的主要原料之一。 由于石油資源短缺 、煤炭資源豐富及人們環(huán)保意識的增強，二甲醚作為從煤轉化成的清潔燃料而日益受到重視，成為近年來國內外競相開發(fā)的性能優(yōu)越的碳一化工產品。作為lpg和石油類的替代燃料，二甲醚是具有與lpg的物理性質相類似的化學品，在燃燒時不會產生破壞環(huán)境的氣體，能便宜而大量地生產。與甲烷一樣，被期望成為21

10、世紀的能源之一。 總之，二甲醚特有的理化性能奠定了其在國際、國內市場上的基礎產業(yè)地位，可廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療、日常生活等領域。二甲醚未來主要用于替代汽車燃油、石油液化氣、城市煤氣等，市場前景極為廣闊，是目前國際、國內優(yōu)先發(fā)展的產業(yè)。本設計流程簡潔，操作簡易，工藝條件溫和，而且設備臺數(shù)較少，設備制作立足于國內現(xiàn)狀，可大大降低項目投資。本次設計共分3部分，設計人主要負責圖紙的繪制，設備的選型以及工藝計算有其他兩名同學合作共同完成，設計圖紙主要包括pid、 pfd圖。1 文獻綜述1.1 二甲醚概述1.1.1 二甲醚的發(fā)展現(xiàn)狀20世紀70年代，二甲醚取代了氟里昂作為氣霧劑使用，減少了臭氧層的破壞

11、。近幾年來，二甲醚的良好燃燒性能和低污染排放的特性使其日益受到重視，作為清潔能源使用。二甲醚（dme）常溫常壓下是一種無色低毒的可燃性氣體，與液化石油氣的性能相似，燃燒廢氣無毒，可作為清潔燃料使用。隨著石油資源的緊缺及價格上漲，清潔環(huán)保理念的深入，作為柴油替代資源的清潔燃料二甲醚得到大力推廣，并逐漸進入了民用燃料市場和汽車燃料市場，二甲醚的合成研究已成為各國科技人員的研究焦點。目前，二甲醚發(fā)展的關鍵問題在于配套措施不完善、市場發(fā)展不成熟、二甲醚使用觀念有待更新。1.1.2 二甲醚的傳統(tǒng)領域的應用及其拓展（1）傳統(tǒng)領域的應用第一，做氣霧劑、制冷劑和發(fā)泡劑。第二，dme作為化學中間體，主要用于制造

12、硫酸二甲酯。第三，dme還是重要的化工原料,可用于許多精細化學品的合成,同時在輕化、制藥、燃料、農藥等工業(yè)中有許多獨特的用途。（2）新近拓展的應用領域dme可作為新型高效清潔燃料使用。它作為民用燃料比液化氣具有更優(yōu)良的物理化學性能（如表1.1，表1.2所示）。dme的分子結構中沒有c-c鍵，所以燃燒時不產生黑煙，co與nox排放量很低，符合潔凈燃料的要求；燃燒性能良好，燃燒廢氣無毒，完全符合衛(wèi)生標準；單一組成，無殘液；在室溫下可壓縮成液體，可用現(xiàn)有的液化石油氣罐盛裝，是優(yōu)良的民用潔凈燃料。表1.1 dme液化氣與液化石油氣性質比較項目分子量壓力mpa(60)燃燒溫度爆炸下限%理論空氣量預混氣熱

13、值kj/ m3dmelpg46.0756.61.351.92225020553.451.76.9611.3242193903表1.2 dme與0柴油的比較對比項目dme0柴油分子量46.07190220沸點（）-24.9180360十六烷值55604050 低熱值（kj/kg）2884042500理論空燃比914.6氧含量（%）34.8硫化物有1.2原料說明原料名稱：甲醇分子式ch3oh，相對分子質量32.04。本設計采用的甲醇原料濃度為90%（質量分數(shù)）。（1）物理性質 常溫常壓下純甲醇是無色透明，易揮發(fā)、可燃，略帶醇香味的有毒液體，甲醇密度0.791g/cm3，沸點63.8，自燃點3852

14、0，蒸汽壓96.3mmhg。甲醇不能與脂肪烴類化合物相互溶，但可以和水以及乙醇等許多有機液體互溶。甲醇蒸汽和空氣混合能形成爆炸性混合物，爆炸極限為6.0%36.5%（體積）。（2）化學性質 甲醇可進行氧化、酯化、羰基化、胺化、脫水等化學反應。1.3二甲醚的性質二甲醚的性質：二甲醚上一種無色、具有輕微醚香味的氣體，具有惰性、無腐蝕性、無致癌性、幾乎無毒。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。在100ml水中可溶解3.700ml二甲醚氣體，且二甲醚易溶于汽油、四氯化碳、丙酮、氯苯和乙酸甲酯等多種有機溶劑，加入少量助劑后就可與水以任意比互溶。其燃燒時火焰略帶亮光。2 dme產品方案

15、及工藝流程介紹2.1產品品種、規(guī)格、質量指標及擬建規(guī)模產品品種： 二甲醚擬建規(guī)模： 3萬噸/年年操作日： 300天2.2生產方法簡述二甲醚的生產方法主要有一步法和二步法兩種。一步法以合成氣(co+h2)為原料，在甲醇合成以及甲醇脫水的復合催化劑上直接合成二甲醚，再提純得到二甲醚產品。二步法是以合成氣制得甲醇，然后甲醇在固體催化劑作用下脫水制得二甲醚，所用催化劑選擇性高，特別適用于高純度二甲醚生產。（一）甲醇脫水制二甲醚100時，80%)、選擇性好(99%)等優(yōu)點，但也存在設備腐蝕嚴重、釜殘液及廢水污染環(huán)境、催化劑毒性大等缺點，因此選擇該工藝可能性較小。（二） 合成氣直接合成二甲醚傳統(tǒng)的dme生

16、產方法，一直采用兩個截然不同的步驟。即甲醇的合成與甲醇脫水。為了開發(fā)操作簡單、成本低而又可連續(xù)生產dme的新方法，人們曾用合成氣直接制取二甲醚。主要反應構成如下:2.3工藝流程說明(1)原料甲醇直接采用市售質量分數(shù)為90%的甲醇經汽化提純后合成二甲醚。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dme精餾塔 釜殘液 釜殘液回收塔 回收甲醇 產品dme（99.9%）圖2.1二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:，該反應為放熱反應。(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

17、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。(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。含有dme的頂部氣體在塔頂冷凝器中被大部分冷凝下來，送入塔頂回流罐中，在塔頂冷凝器中未冷凝的氣相作為燃料被放掉。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產品，產品被送出界區(qū)貯存。2.4生產工藝特點本工藝裝置的主要工藝特點是流程簡潔，工藝條件溫和，裝置內熱能利用較好，操作簡易方便

18、。本裝置設備臺數(shù)較少，設備制作充分立足于國內現(xiàn)狀，所有設備均能在國內制造而不需進口，項目投資大為降低。2.5主要工藝指標2.5.1 二甲醚產品指標表2.1 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99.9%0.50.30.3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0.5%；合成塔：轉化率80%，選擇性99.9%；初餾塔：塔頂二甲醚純度95%，釜液二甲醚含量0.5%；精餾塔：塔頂二甲醚純度99.9%，釜液二甲醚含量0.5%；回收塔：塔頂回收甲醇純度98%，廢水中甲醇含量0.5%2.5.2 催化劑的使用本設計dm

19、e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。dme合成塔中發(fā)生的化學反應為放熱反應。所用沸石型酸性氧化鋁分子篩為=3mm，l=58 mm白色顆粒狀，堆積體積密度0.7t/m3，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)。工藝設計的該催化劑可使甲醇的一次性轉化率80，選擇性指標接近100。極微量副產物為甲烷、二氧化碳，再生周期300日，可反復使用。該型催化劑在制備過程添加少量稀土元素，無有毒重金屬組份。因此粉碎或廢棄的分子篩可就地填埋或送催

20、化劑配制公司回收處理。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（2.5）。3主要塔設備計算及選型原料甲醇流量的估算：年產dme3萬噸，合成轉化率為80%（出去各步損失，按78%粗略估算），選擇性按100%計算，二甲醚產品純度為99.9%。結合甲醇脫水反應式可得下式：3.1 汽化塔及其附屬設備的計算選型3.1.1 物料衡算已知f=8247.4829kg/h，xf=90%，xd=99%,xw=0.5%（以上均為質量百分數(shù)）， 摩爾分率： 進料平均相對分子質量 m平均=83.50%32.04+16.50%18.02=29.73kg/

21、kmol則進料摩爾流量為： 總物料 ； 易揮發(fā)組分 帶入數(shù)據(jù)解得：d=235.670kmol/h w=41.743kmol/h塔頂產品平均相對分子質量 m=32.0498.24%+18.02(1-98.24%)=31.79kg/kmol塔頂產品質量流量 d=235.67031.79=7491.949kg/h塔釜產品平均相對分子質量 m=32.040.2818%+18.02(1-0.2818%)=18.06kg/kmol塔釜產品質量流量 w=41.74318.06=753.879kg/h表3.1 物料衡算結果表單位進料f塔頂d塔釜w物料kg/hkmol/h8247.4829277.4137491

22、.949235.670753.87941.743組成質量分率摩爾分率90%83.50%99%98.24%0.5%0.2818%表3.2 甲醇-水平衡時的t、x、y數(shù)據(jù) 平衡溫度t10092.990.388.98581.67876.7液相甲醇x05.317.679.2613.1520.8328.1833.33氣相甲醇y028.3440.0143.5354.5562.7367.7569.18平衡溫度t73.872.771.3706866.964.7液相甲醇x46.252.9259.3768.4985.6287.41100氣相甲醇y77.5679.7181.8384.9289.6291.94100根

23、據(jù)汽液平衡表（即x-y-t表），利用內插法求塔頂溫度tld、tvd塔釜溫度tw 進料液溫度tf 回流比的確定：由表3.2的數(shù)據(jù)繪制x-y圖由圖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,由點a（xd,xd）向平衡線作切線，交軸于b（0，20.62），即精餾操作線截距，所以，所以。操作回流比可取為最小回流比的1.1-2.0倍，所以取回流比。平均相對揮發(fā)度 ：t=92.9時 t=66.9時 3.1.2 熱量衡算（1）加熱介質和冷卻劑的選擇常用的加熱劑有飽和水蒸氣和煙道氣。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

24、加熱溫度。燃料燃燒所排放的煙道氣溫度可達100-1000，適用于高溫加熱，缺點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。本設計選用1.2mpa（溫度為187.8）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。常用的冷卻劑是水和空氣，應因地制宜加以選用。受當?shù)貧鉁叵拗疲鋮s水一般為10-25。本設計選用20的冷卻水，選升溫10，即冷卻水的出口溫度為35。（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。其中 甲醇的蒸發(fā)潛熱；水的蒸發(fā)潛熱蒸發(fā)潛熱與溫度的關系： ,其中對比溫度。表3.3 沸點下蒸

25、發(fā)潛熱列表沸點/蒸發(fā)潛熱/(kcalkmol-1)tc/k甲醇水64.6510084309729512.6647.3由沃森公式計算塔頂溫度下的潛熱 65.18時，對甲醇: 蒸發(fā)潛熱: 對水，同理得 蒸發(fā)潛熱 對于全凝器作熱量衡算（忽略熱損失），選擇泡點回流，因為塔頂甲醇含量很高，與露點相接近，所以 代入數(shù)據(jù) 冷卻劑的消耗量 （3）加熱器的熱負荷及全塔熱量衡算選用1.2mpa(187.8)飽和水蒸氣為加熱介質表3.4 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對全塔進行熱量衡算 為了簡化計算，以進料焓，即68.25時的焓值為基準做熱

26、量衡算塔釜熱損失為10%，則=0.9，則 式中 加熱器理想熱負荷； 加熱器實際熱負荷；塔頂餾出液帶出熱量； 塔底帶出熱量。加熱蒸汽消耗量 kj/kg (187.6,1.2mpa)表3.5 熱量衡算數(shù)據(jù)結果列表單位kcal/h符號 數(shù)值 10616061.00 707737.40 0 -17680.99 23626.57 1.18107 17741.953.1.3 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。精餾段操作線方程為 ,截距 連接與q線交于d點，連接與d點，得提餾段操作線，然后由平衡線與操作線

27、可得精餾塔理論板數(shù)為30塊，提餾段4塊，精餾段26塊。（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。目前，填料的開發(fā)與應用仍是沿著散裝填料與規(guī)整填料兩個方面進行。本汽化塔設計選用250.8金屬拉西環(huán)亂堆填料。（3）塔徑設計計算汽化塔設計的主要依據(jù)和條件：表3.6 不同溫度下甲醇和水的密度物質密度(kg/m3)溫度/5060708090100甲醇水750988741983731978721972713965704958表3.7查化工工藝設計手冊整理得甲醇-水特殊點粘度物質粘度（mpa.s）塔頂65.01塔底99.62進料68.25

28、甲醇水0.3330.4350.2280.2850.3100.416塔頂、塔底、進料條件下的流量及物性參數(shù)：表3.8 汽化塔塔頂數(shù)據(jù)結果表符號數(shù)值31.7931.791.146737.830.3357491.6 表3.9 汽化塔塔底數(shù)據(jù)結果表符號 數(shù)值18.0218.02 0.5899580.285751.2 表3.10 汽化塔進料數(shù)據(jù)結果表符號數(shù)值29.7330.501.09751.650.3278247.3精餾段及提餾段的流量及物性參數(shù)：表3.11 精餾段、提餾段數(shù)據(jù)結果表精餾段提餾段氣相平均相對分子質31.1524.26液相平均相對分子質30.7623.88氣相密度1.1180.84液相密

29、度744.74854.83氣相摩爾流量1256.121210.35氣相質量流量39128.1429363.09液相粘度0.3310.306液相摩爾流量1020.451252.09液相質量流量31389.0429899.91由氣速關聯(lián)式: 式中 干填料因子；液體粘度，mpas；a250y型為0.291；l、g液體、氣體質量流速；、氣體、液體密度；g重力加速度。精餾段：=1.118kg/m3 ，=744.74 kg/m3 ，=0.97，=250 ，=0.331 mpas，l=31389.04kg/h，g=39128.14 kg/h ，a=0.022代入式中求解得 =2.44 m/s空塔氣速 u=0

30、.6=0.62.44=1.46m/s, 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: ,則求得塔徑d=1.46m 圓整后：d=1.5m 空塔氣速 u=1.38m/s提餾段：代入數(shù)值得 =3.00m/s 空塔氣速u=0.6=1.80 m/s 體積流量于是 =2.46圓整后：d=1.40m, 空塔氣速 u=1.60m/s選取整塔塔徑為 d=1.5m。選取汽化塔的規(guī)格為：2700/7001500,vn=4.8m2 拉西環(huán)填料（4）填料層高度的計算精餾段： 查化工原理（天大修訂版下冊10）p191得 依經驗數(shù)據(jù)取等板高度hetp=0.5m，則精餾段總壓降 提餾段： 查

31、得 提餾段總壓降 全塔填料層總壓降 填料總高度 表3.12 填料層高度和壓強降計算匯總表參數(shù)精餾段提餾段全塔壓降總壓降/pa填料層高度/m759.819564.813369.81706.321119.8110271.1153.1.4 汽化塔附屬設備的選型計算（1）甲醇回流冷凝器選用管殼式冷凝器，被冷凝氣體走管間，以便于及時排出冷凝液，采用逆流換熱。取冷凝器傳熱系數(shù)逆流： t 65.1865.01 t 35 20 tm = 選取冷凝器規(guī)格為：8004500，冷凝面積f=112.9m2（2）塔底再沸器選用u型管加熱器，經處理后，放在塔釜內，蒸汽選擇1.2mpa（187.8）飽和水蒸氣，傳熱系數(shù)k=

32、2000w/(m2) t=187.8-100=87.8 =1.18107 kcal/h 選用兩個塔底再沸器，則每個再沸器的換熱面積為：=/2=9.76選取再沸器的型號為：2733000，換熱面積為f=11.3m23.2 合成塔及其附屬設備的計算選型3.2.1 物料衡算進塔甲醇蒸汽流量 =235.670/4=58.92kmol/h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3.2.2 合成塔的選?。汉铣伤某叽鐬榱⑹?0006680，催化劑載量v=1.5m33.2.3 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

33、物理化學上冊附錄得，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；甲醇蒸汽由65.01加熱到240所需熱量；0.7265.01時甲醇的比熱容，單位kcal/(kg);1.41240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=11.8kj/(kg)，則合成塔的出口溫度為 （2）第一熱交換器的計算選型：取出口溫度為260.0 , 傳熱系數(shù)k=200 w/(m2), 汽化塔塔頂餾出液溫度由65.01，經第一熱交換器后加熱至90.0，合成塔出塔混合液經第一熱交換器后被降溫至260.0，則逆流： t 289.98260.0 t 90 6

34、5.01 取該條件下混合液體的比熱容=11.0kj/(kg)，則交換熱量為 則換熱面積為：查文獻選取換熱器規(guī)格為：2731500，換熱面積f=4.7m2（3）第二熱交換器的計算選型：原料液溫度由常溫25加熱到汽化塔進料溫度68.25，第一熱交換器出來的熱流體由260降至170，傳熱系數(shù)取k=200 w/(m2)。逆流： t 260 170 t 68.2525進入第二熱交換器的熱量：取該條件下混合液體的比熱容=8.5kj/(kg)，則交換熱量為換熱面積 查文獻選取換熱器規(guī)格為: 4001500，換熱面積f=12.2 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

35、口溫度20，出口溫度為35。逆流： t 170100 t 35 20進入第一冷凝器的熱量：表3.13 沸點下蒸發(fā)潛熱列表沸點/蒸發(fā)潛熱/(kj/mol)/k二甲醚甲醇水-24.964.710021.5135.2540.73400.0512.6647.3由沃森公式計算平均溫度135下的潛熱 135時，對二甲醚： ，可以看出不能用沃森公式推算，結合化工工藝手冊乙醚在140下的蒸發(fā)潛熱，可估算二甲醚在此溫度下的蒸發(fā)潛熱為=17.50kj/mol.135時，對水： ,則， 對甲醇，同理得 = 0.796 ，=0.659則， 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=6.5kj/(k

36、g)，則交換熱量為換熱系數(shù)取k=700 w/(m2)，則換熱面積為 查文獻得冷凝器的規(guī)格為：2733000，換熱面積f=9.7m2（5）第二冷凝器的計算選型熱流體進口溫度100，出口溫度25；冷凝水的進口溫度20，出口溫度為35。逆流： t 10025 t 35 20由沃森公式計算平均溫度62.5下的潛熱=15.536 kj/mol. ， =35.407 kj/mol. ， =42.730 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=3.6kj/(kg)，則交換熱量為換熱系數(shù)取k=800 w/(m2)，則換熱面積為 查文獻得冷凝器

37、的規(guī)格為2732000，換熱面積f=7.4m2：3.3 初餾塔及其附屬設備的計算選型本塔設計為二甲醚、甲醇、水三組分的精餾計算，現(xiàn)做簡化設計，按二甲醚甲醇兩組分精餾計算，因為水的沸點高于甲醇的沸點，可近似處理將水的流量并到甲醇中按二組分精餾計算設計初餾塔。進料質量流量 摩爾流量 =58.7其中二甲醚的質量流量為1056.38，摩爾流量為22.93甲醇的質量流量為371.02 ，摩爾流量為11.58水的質量流量為435.90，摩爾流量為24.19摩爾分率 二甲醚為39.06%，甲醇為19.72%，水為41.22%質量分率 二甲醚為56.69%，甲醇為19.91%，水為23.39%操作壓力為0.7

38、8mpa,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t-x-y數(shù)據(jù)如下表。表3.14 二甲醚-甲醇平衡時的t、x、y數(shù)據(jù)平衡溫度/32.904050607080液相dme x/mol %氣相dme y/mol %100.0100.081.599.261.697.346.894.335.389.526.483.0平衡溫度/90100110120127.76液相dme x/mol %氣相dme y/mol %19.173.613.161.17.944.23.321.9003.3.1 物料衡算已知：進料， 二甲醚的摩爾流量為 22.93kmol/h，甲醇的摩爾流量

39、為 11.58kmol/h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 采用泡點進料q=1，由汽液平衡數(shù)據(jù)，用內插法求得進料溫度為 此溫度下， ； 表3.15 物料衡算結果表物料流量（kmol/h）組成物料物流（kmol/h）進料塔頂產品d塔底殘液w58.724.5434.160.39060.92960.003483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114.60114.6090.06148.763.3.2 熱量衡算（1）由汽液平衡數(shù)據(jù)，用內插法可求塔頂溫度、塔底溫度、泡點溫度=35.6 , =126.94注：下標1為dme,下標2為甲醇。二甲醚的比熱容采用摩爾

40、定壓方程計算得出（數(shù)據(jù)來自于化學工程師手冊4p59），甲醇的比熱容查自于化工工藝手冊上冊32-702溫度下：16.05 kcal/(kmol)=67.20kj/(kmolk)，10.62kcal/(kmol)=44.46 kj/(kmolk)溫度下80.11 kj/(kmolk)，48.06 kj/(kmolk)溫度下： ， 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/(kmol)=67.07kj/(kmolk) kcal/(kmol)=44.72kj/(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

41、。溫度下： ， kcal/(kmol)=45.68 kj/(kmolk) 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3.16 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)熱量q（kj/h）55.85218767.292266392.57865.6057222.37248.17208878.142570806.443.3.3 理論塔板數(shù)的計算塔頂溫度下， 塔底溫度下， 則全塔平均相對揮發(fā)度： 查吉利蘭圖得， ，解得n=24.96（含釜）進料液的相對揮發(fā)度為塔頂與進料的相對揮發(fā)度： 同上可得，n=12.60取整數(shù)，精餾段

42、理論板數(shù)為14塊，加料板位置為從塔頂數(shù)第15塊理論板，整塔理論板數(shù)為25塊3.3.4 初餾塔主要尺寸的設計計算表3.17 二甲醚和甲醇在不同溫度下的密度溫度/二甲醚密度/(g/ml)甲醇密度/(g/ml)0.6350.7790.4050.7300.5780.761（1）塔頂條件下的流量和物性參數(shù)， （2）塔底條件下的流量和物性參數(shù) ， （3）進料條件下的流量和物性參數(shù) 精餾段： 提餾段： （4）精餾段的流量和物性參數(shù)（5）提餾段的流量和物性參數(shù) （6）體積流量塔頂： 塔底： 進料： 精餾段： 提留段： 3.3.5塔徑設計計算選用500（bx）型波紋填料。（1）精餾段塔徑計算由氣速關聯(lián)式 式中泛

43、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)，取0.30；填料空隙率；。表3.18 計算得二甲醚、甲醇的特殊點的粘度/cp溫度/=35.6=119.5=66.7二甲醚0.09640.06310.0804甲醇0.650.220.43已知： =12.028，=650.8，=0.90，=500,l=3719.48kg/h，v=4732.98 kg/h，a=0.30。代入式中求得， =0.491m/s 空塔氣速u=0.6=0.295m/s 于是得圓整后：d=0.7m，空塔氣速u=0.286 m/s（2）提餾段塔徑計算已知：

44、 =9.066，=683.9，=0.90，=500,l=5177.595kg/h，v=3988.65 kg/h，a=0.30。帶入計算得 =0.506m/s 空塔氣速u=0.6=0.304m/s 于是得圓整后：d=0.8 m，空塔氣速u=0.245 m/s選取整塔直徑為d=0.8m。3.3.6 填料層高度的計算（1）精餾段： 查得壓降（2）提餾段：查得壓降全塔高度3.3.7 附屬設備的選型計算（1）冷凝器選用列管式冷凝器，逆流方式操作，冷卻水進口溫度為25，出口溫度為35。取k=700w/(m2)逆流： t 35.634.9 t 35 25 查文獻得規(guī)格：8006000，換熱面積f=280.7

45、m2（2）再沸器選擇187.8的飽和水蒸氣加熱，=119.5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。取k=1000 w/(m2)則換熱面積為 查文獻得規(guī)格為：8003000，換熱面積f=125.0m23.4 精餾塔及其附屬設備的計算選型操作壓力為0.78mpa，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t-x-y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4p59、p55。表3.19 二甲醚-甲醇平衡時的t、x、y數(shù)據(jù)平衡溫度/32.94050607080液相dme x/mol %10081.561.646.

46、835.326.4氣相dme y/mol %10099.297.394.389.583平衡溫度/90100110120127.76液相dme x/mol %19.113.17.93.30氣相dme y/mol %73.661.144.221.903.4.1 物料衡算已知：進料， ，根據(jù)物料衡算方程解得 采用泡點進料q=1，由汽液平衡數(shù)據(jù)，用內插法求得進料溫度為 此溫度下， 表3.20 物料衡算結果表物料流量（kmol/h）組成物料流量（kmol/h）進料塔頂產品d塔底殘液w24.5422.841.70.92960.99860.003483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79.4879.4856.6481.183.4.2熱量衡算（1）由汽液平衡數(shù)據(jù)，用內插法可求塔頂溫度、塔底溫度、泡點溫度=32.95 =126.94 =33.82注：下標1為dm