氣相甲醇脫水法年產(chǎn)20萬噸二甲醚設(shè)計

摘 要目前生產(chǎn)二甲醚的方法不同，甲醇液相脫水法 ，合成氣一步法，一氧化碳直接合成法，甲醇?xì)庀嗝撍ǖ?。不過，最主要的方法，氣相甲醇脫水法制備二甲醚。該工藝中，氣相先將工業(yè)加熱的甲醇脫水，二甲醚，冷凝和蒸發(fā)，蒸餾和類似的制造方法。使用甲醇?xì)庀嗝撍ㄖ苽銬ME，主要做到以下幾點(diǎn)：比較不同類型板的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，選擇了氣液傳質(zhì)篩板塔;完成二甲醚和甲醇回收塔的分離和塔高徑，板布局設(shè)計;換熱器的計算，你需要選擇水泵選型的類型和塔及輔助設(shè)備。該設(shè)計包括設(shè)計說明書和圖紙兩部分。說明書包括確定過程，物料平衡，熱平衡，工藝設(shè)備的設(shè)計和選擇，并進(jìn)行初步的經(jīng)濟(jì)分析，如圖紙，包括工藝流程圖，蒸餾設(shè)備和工廠布局等圖。-I-Theprocessdesignondimethyletherofannualoutput200,000tonsAbstractTherearevariousmethodsofproducingdimethylether,suchasliquidmethanoldehydration,CO2directsynthesis,synthesisfromsyngas,vapormethanoldehydrationandsoon.Atpresent,however,vapormethanoldehydrationisthemainway.Intheprocessofvaporphasemethod,methanolwasheatedandevaporatedfirstly;andthen,wasdehydrated;finally,dimethyletherwascondensatedandrectified.DMEwasproducedwiththemethodofvapormethanoldehydrationinthisdesign.Thetasksfinishedareasfollow.Includingthefollowingtasks:headvantagesanddisadvantagesofseveralkindsoftowerplateswerecompared.Atlasttheperforatedplatetowerwaschosentofinishthemasstransferbetweenthevaporandtheliquid;Theheight,diameterandarrangementofcolumnplateofdimethyletherseparationtowerandmethanolrecoverytowerweredesigned;Theequipmentselectionincludingtheheatexchangers,pumpsandaffiliatedfacilitieshasalsobeendone.Thedesignconsistsoftwoparts,thespecificationsandthedrawings.Determinationoftechnologicalprocess,materialbalance,heatbalance,processequipmentsdesignandselection,aswellasapreliminaryeconomicanalysiswereallincludedinthespecifications.Andthedrawingsweremadeofflowchartofthewholeprocess,equipmentdrawingofrectificationtoweraswellasthelayoutchartoffactory.KeyWords：dimethylether；Thevaporphasemethanoldehydration；processdesign；perforatedplatetower；-II-目 錄摘要...................................................................................................................................IAbstract.....................................................................................................................................II引言...................................................................................................................................11文獻(xiàn)綜述...............................................................................................................................21.1研究現(xiàn)狀及其意義....................................................................................................21.1.1二甲醚的物理性質(zhì).........................................................................................21.1.2二甲醚的用途及其前景.................................................................................21.1.3課題研究的工藝比較.....................................................................................22合成塔的計算.......................................................................................................................72.1衡算物料.....................................................................................................................72.2計算催化劑床層體積................................................................................................72.3反應(yīng)器管數(shù).................................................................................................................82.4熱量衡算.....................................................................................................................83DME精餾塔設(shè)計計算.......................................................................................................103.1DME料衡算及的物精理論板數(shù)餾塔....................................................................103.2實(shí)際板層數(shù)的求取..................................................................................................113.3精有關(guān)物性塔的工數(shù)據(jù)的計算餾藝條件及.........................................................123.3.1操作壓力的計算...........................................................................................123.3.2操作溫度計算................................................................................................123.3.3平質(zhì)量均計算摩爾.......................................................................................123.3.4平度計算均密................................................................................................133.3.5液體平面張力的計算均表...........................................................................143.3.6液體平均粘度................................................................................................153.3.7精餾尺寸工藝計算塔的塔體.......................................................................153.3.8精的計徑算餾段塔.......................................................................................15-III-3.3.9提餾徑的計算段塔 163.3.10精高度的計餾塔有效 173.4塔板工藝尺寸的計算主要 173.4.1溢置計算流裝 173.4.2塔板布置 193.5塔學(xué)驗(yàn)算板體力的流 203.5.1壓降塔板 203.5.2液夾帶沫 213.5.3漏液 213.5.4泛液 223.6精餾負(fù)荷塔板性能圖段 223.6.1漏線液 223.6.2液沫帶線夾 233.6.3液相負(fù)荷下限線 233.6.4液相負(fù)荷上限線 233.6.5液泛線 243.7提負(fù)荷性塔板能圖餾段 253.7.1漏線液 253.7.2液帶線沫夾 263.7.3液相負(fù)荷下限線 263.7.4液上相荷限線負(fù) 263.7.5液線泛 273.8精餾尺管寸計算塔接 283.8.1塔口管的氣出直徑頂蒸 283.8.2回的直流徑管 283.8.3進(jìn)料直徑管的 283.8.4塔底直的徑出料管 294甲醇計算精餾塔結(jié)構(gòu) 30-IV-4.1設(shè)案計的確定方......................................................................................................304.2精物餾料衡算塔的..................................................................................................304.2.1原料液的摩頂和塔底爾分率及塔..............................................................304.2.2原料均摩爾質(zhì)頂和塔量液底的平及塔......................................................304.2.3物衡算料........................................................................................................304.3塔板確定數(shù)的...........................................................................................................304.3.1理層論求取版數(shù)的.......................................................................................304.4精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計算.........................................................324.4.1操作壓力的計算...........................................................................................324.4.2操度計作算溫................................................................................................324.4.3平算均量計摩爾質(zhì).......................................................................................334.4.4平度均計算密................................................................................................334.4.5液體平均表面張力的計算...........................................................................344.5精塔體工藝算尺餾寸計塔的..................................................................................354.5.1精餾段塔徑的計算.......................................................................................354.5.2提餾段塔徑的計算.......................................................................................364.5.3精餾塔有效高度的計算...............................................................................374.6塔板主要工藝尺寸的計算......................................................................................374.6.1溢流裝置計算................................................................................................374.6.2塔布板置........................................................................................................394.7塔板體力學(xué)算的流驗(yàn)..............................................................................................404.7.1壓板降塔........................................................................................................404.7.2液夾帶沫........................................................................................................414.7.3液漏................................................................................................................414.7.4液泛................................................................................................................424.8精荷性能圖餾塔板段負(fù)..........................................................................................424.8.1漏線液............................................................................................................424.8.2液夾沫帶線....................................................................................................43-V-4.8.3液負(fù)相線荷限下...........................................................................................434.8.4液相限負(fù)線荷上...........................................................................................444.8.5液線泛............................................................................................................444.9提餾負(fù)荷圖性能段塔板..........................................................................................454.9.1漏線液............................................................................................................454.9.2液沫線夾帶....................................................................................................464.9.3液相負(fù)荷下限線...........................................................................................464.9.4液相負(fù)荷上限線...........................................................................................474.9.5液泛線............................................................................................................474.10精餾塔接管尺寸計算[...........................................................................................484.10.1塔頂蒸氣出口管的直徑.............................................................................484.10.2回流管的直徑.............................................................................................484.10.3進(jìn)料管的直徑.............................................................................................49結(jié)論.................................................................................................................................50參考文獻(xiàn)...........................................................................................................................51致謝...............................................................................................錯誤！未定義書簽。-VI-引 言二甲醚又稱甲醚，二甲醚，氧二甲，其中最重要的一種是簡單的脂族醚甲醇下游產(chǎn)品。二甲醚具有高的熱植物，無毒，無害，如獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，在醫(yī)藥，染料，殺蟲劑，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。二甲醚，也可用于代替氟利昂制冷劑和噴霧劑。由于其良好的燃料性能，安全，環(huán)保，通用，實(shí)用，高品質(zhì)，低價格的優(yōu)勢，最近的民用替代燃料和替代柴油，二甲醚越來越受到人們的關(guān)注。在20世紀(jì)70年代，二甲醚的開始常用作氣溶膠，臭氧消耗氟利昂替代品。最近幾年，國家大力尋求綠色燃料，找到良好的燃燒性能的二甲醚，低污染的特點(diǎn)使其備受關(guān)注。二甲醚作為一種清潔燃料，具有以下特點(diǎn)：原料豐富的自然資源；燃燒排放對環(huán)境幾乎沒有影響；使用技術(shù)相對成熟，經(jīng)濟(jì)上可行，有市場競爭力的成本，容易實(shí)現(xiàn)，基礎(chǔ)設(shè)施和基本的操作與現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施，而不是一套設(shè)備兼容。本設(shè)計采用氣相甲醇脫水法年產(chǎn)20萬噸二甲醚，工藝簡單，操作方便，溫和的工藝條件。根據(jù)國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)的狀態(tài)可以在國內(nèi)制造，不需要導(dǎo)入，可以使項目投資大大降低。相關(guān)資料顯示，根據(jù)目前的市場價格的國家基礎(chǔ)設(shè)施的政策和項目的財務(wù)評價。該項目總投資約143萬元左右，回報所得稅率內(nèi)部收益率為13.82％，高于回報1.82％的基準(zhǔn)利率。結(jié)果在展會各方面的20萬噸/二甲醚項目符合國家產(chǎn)業(yè)政策和能源市場，更樂觀的市場預(yù)測，技術(shù)解決方案，可靠，合理成熟的加工技術(shù)，投資和財務(wù)評價的未來發(fā)展方向線年結(jié)果還估計表明，該項目具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。-1-文獻(xiàn)綜述1.1研究現(xiàn)狀及其意義1.1.1二甲醚的物理性質(zhì)二甲醚也稱為氧二甲、木醚、甲醚，簡寫DME，是一種帶有輕微的醚香氣味的壓縮液體或無色氣體，溶于乙酸乙酯，氯苯，丙酮，四氯化碳，汽油等有機(jī)溶劑中[1]。二甲醚是最簡單的脂族醚，高十六烷值之一。分子式 C2H6O，是乙醇的同分異構(gòu)體，分子量46.07，結(jié)構(gòu)CH3—O—CH3。作為替代柴油燃料，其能夠充分地燃燒。燃燒后有毒的二甲醚廢氣。氮氧化物排放量較少，被稱為“清潔燃料世紀(jì)”[2]。二甲醚作為一種清潔化學(xué)品在燃料，作為合成農(nóng)藥化學(xué)清潔劑，醫(yī)藥，化工，有許多獨(dú)特的用途。二甲醚是一種重要的化工原料。1.1.2二甲醚的用途及其前景目前，氣霧劑拋射劑是二甲醚的主要用途。二甲醚還可代替氟氯烴制冷劑和發(fā)泡劑被國外一些國家開發(fā)出來。但二甲醚作為燃料是最大的使用，可替代柴油燃料，柴油燃料，這是最清潔的柴油發(fā)動機(jī)“替代品” ，可以減少噪音，可以實(shí)現(xiàn)無煙燃燒，并能減少氮氧化物的排放量，排放達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和歐盟標(biāo)準(zhǔn)ⅲ加州超低排放標(biāo)準(zhǔn)的要求[3]。生產(chǎn)二甲醚的汽油添加劑，無鉛汽油罐。測距設(shè)備可以包括煤，石油，天然氣和生物材料（如高粱桿，稻殼，稻草等），所以原材料的來源是廣泛的 DME[4]。據(jù)市場研究部門，二甲醚產(chǎn)能約一年21萬噸，16萬噸。二甲醚年生產(chǎn)能力約12000噸，約8000噸年產(chǎn)量。在家里，二甲醚是始終供不應(yīng)求，需求和國內(nèi)需求已經(jīng)達(dá)到了1.5氣溶膠每年18000噸，高純度的二甲醚一直都是進(jìn)口。二甲醚的市場前景是毋庸置疑的，研究的二甲醚生產(chǎn)工藝是有必要的。1.1.3課題研究的工藝比較目前合成DME有以下幾種方法：1.1.3.1液相甲醇脫水法

[5]傳統(tǒng)生產(chǎn)二甲醚的方法是以甲醇為原料，濃硫酸作催化劑，生成硫酸氫甲酯再與甲醇反應(yīng)生成二甲醚。該反應(yīng)的特點(diǎn)是反應(yīng)溫度低(130～160℃)，選擇性及轉(zhuǎn)化率均大于90％。液相法反應(yīng)式仍是甲醇脫水：2CH3OH===H3COCH3+H2O-2-在液相中發(fā)生反應(yīng)。目前液相法在硫酸法的基礎(chǔ)上在技術(shù)上有了一定突破。如在合成塔中加入其他添加物（如磷酸等），改變了合成塔蒸發(fā)物料的相對組成，以達(dá)到連續(xù)反應(yīng)、反應(yīng)產(chǎn)物連續(xù)蒸發(fā)的目的，實(shí)現(xiàn)了工藝裝置的連續(xù)生產(chǎn)、并解決了合成塔中的無機(jī)酸催化劑的排放問題[6]。其工藝優(yōu)缺點(diǎn)如下表1-11-1液相甲醇脫水法優(yōu)缺點(diǎn)一覽表工藝優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)溫度（1）由于反應(yīng)溫度低，反應(yīng)速度較慢，甲醇在反應(yīng)器中的停低，平衡轉(zhuǎn)留時間較長，反應(yīng)器容積很大?；矢?，循（2）在常壓下進(jìn)行，所以壓縮電耗較大。液相甲環(huán)甲醇少，（3）由于反應(yīng)系統(tǒng)有硫酸等強(qiáng)腐蝕無機(jī)酸，溫度也較高，故消耗的蒸汽其材料為搪玻璃、內(nèi)襯石墨等，其投資也較高。醇脫水少?？砷g歇（4）產(chǎn)品二甲醚與含硫酸等無機(jī)酸的反應(yīng)器物料僅有1塊理法和連續(xù)生論板的氣液平衡關(guān)系，不可避免的含有微量無機(jī)酸，影響產(chǎn)，投資產(chǎn)品質(zhì)量。少，操作簡（5）產(chǎn)品二甲醚與甲醇、水的分離也未經(jīng)精餾，也僅有1塊單。理論板的氣液平衡關(guān)系，故二甲醚產(chǎn)品的純度難以提高。1.1.3.2CO2直接合成法二氧化碳是最豐富的資源和生態(tài)平衡，溫室效應(yīng)已經(jīng)造成了巨大的損失。使用二氧化碳作為原料，因此，在合成的各種化學(xué)物質(zhì)，以達(dá)到二氧化碳回收已引起了研究人員的世界充滿了興趣。因?yàn)槎趸寂c甲醇加氫是限制熱力學(xué)平衡，使人們開始關(guān)注范圍二氧化碳的裝置直接加氫，可以打破甲醇的熱力學(xué)平衡二氧化碳加氫，提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率。但由于技術(shù)還處于探索階段，因此不適合大規(guī)模生產(chǎn)。1.1.3.3合成氣一步法制DME合成氣一步法制DME是在合成甲醇技術(shù)的基礎(chǔ)上逐漸地發(fā)展起來的，合成氣通過漿態(tài)床反應(yīng)器中合成氣一步法制二甲醚，采用了雙功能催化劑，這兩種催化劑甲醇合成催化劑和甲醇脫水催化劑。因此，甲醇合成催化劑和甲醇脫水催化劑的選擇性和速度之比有很大的影響，這是其研究的重點(diǎn)[7]。上述的主要反應(yīng)過程如下：甲醇的合成反應(yīng)CO+2H2=CH3OH+9014kJ/mol（1）-3-水煤氣的變換反應(yīng)CO+H2O=CO2+H2+4019kJ/mol（2）甲醇的脫水反應(yīng)2CH3OH=CH3OCH3+H2O+2314kJ/mol（3）在本反應(yīng)體系中，甲醇合成和脫水反應(yīng)的同時進(jìn)行反應(yīng)，一旦產(chǎn)生甲醇就會轉(zhuǎn)化為DME，這將打破甲醇合成反應(yīng)的熱力學(xué)限制，從而CO轉(zhuǎn)化率比兩步反應(yīng)過程中的單獨(dú)甲醇合成反應(yīng)有明顯的提高。其工藝優(yōu)缺點(diǎn)如下表1-21-2合成法一步法法優(yōu)缺點(diǎn)一覽表工藝 優(yōu)點(diǎn)工藝裝置結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)溫度分布均合成氣勻．熱平衡一步法較易控制，操作簡單且穩(wěn)定性好，生產(chǎn)成本低。1.1.3.4氣相甲醇脫水法

缺點(diǎn)（1）工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品單一，只能用來生產(chǎn)二甲醚，甲醇的產(chǎn)量只有為二甲醚產(chǎn)量的0.01-0.1，不能很好的調(diào)節(jié)甲醇和二甲醚兩種產(chǎn)品的比例。（2）生產(chǎn)過程中，有大量的原料沒有充分利用，原料利用率有點(diǎn)低。（3）在分離甲醇和水與二甲醚的過程中，吸收液大量循環(huán)，脫除CO2需要用冷媒，得到的DME粗產(chǎn)品濃度較低、就導(dǎo)致精餾分離蒸汽消耗較高。（4）在現(xiàn)存的催化劑中，沒有找到既能滿足對兩個反應(yīng)均有較好催化作用，穩(wěn)定性又的好催化劑。（5）甲醇的合成、CO得變換、甲醇的脫水三者均為放熱反應(yīng)，總反應(yīng)熱效應(yīng)很大，放出大量的熱，溫度升高，催化劑活性減弱。（6）該工藝還處于放大階段，還不能大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。目前氣相甲醇脫水法甲醇生產(chǎn)二甲醚是一種相對成熟的技術(shù)和方法。該工藝的特點(diǎn)是操作簡單，自動化程度高，少量廢水排放，低于規(guī)定的國家排放標(biāo)準(zhǔn)排放。它是將甲醇蒸氣通過分子篩催化劑催化脫水制得DME。[8]這個過程是主要的生產(chǎn)方法在國內(nèi)和國外。-4-在氣相甲醇脫水法DME合成反應(yīng)器中產(chǎn)生的反應(yīng)如下所示:2CH3OH=CH3OCH3+H2O+23.45kJ/mol本過程采用連續(xù)操作，反應(yīng)條件：溫度在 280℃到450℃之間，反應(yīng)壓力不超過832.4kpa，在絕熱的條件下進(jìn)行反應(yīng)。在400℃以下時，該反應(yīng)過程為單一、不可逆、無副產(chǎn)品的反應(yīng)，選擇性為1。轉(zhuǎn)化率：反應(yīng)為氣相反應(yīng)，甲醇的轉(zhuǎn)化率在 80%。采用催化劑γ-Al2O3及鋁硅酸鹽結(jié)晶的復(fù)合固體酸，球形顆粒的催化劑，半徑 Rp為2.5mm，床層空隙率ε=0.48。DME反應(yīng)器是絕熱軸流式固定床反應(yīng)器。在反應(yīng)器中約80%的甲醇被轉(zhuǎn)化為二甲醚，而且二甲醚的選擇性為約 99.9%，二甲醚反應(yīng)為放熱反應(yīng)。其工藝優(yōu)缺點(diǎn)如下表1-3工藝氣相甲醇脫水法

1-3氣相甲醇脫水法優(yōu)缺點(diǎn)一覽表優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)該技術(shù)生產(chǎn)DME采用固體催化劑，甲醇轉(zhuǎn)化率能 由于該工藝流達(dá)到80%左右，產(chǎn)品DME質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.9%，DME選 程較長，而且原料擇性大于98%，操作簡單，反應(yīng)溫度200℃，自動化 純度要求高，導(dǎo)致程度較高，少量廢水廢氣排放，排放物低于國家規(guī)定 設(shè)備投資大，產(chǎn)品的排放標(biāo)準(zhǔn)。甲醇?xì)庀喾ǘ酌焉a(chǎn)技術(shù)已經(jīng)較為成 成本較高。熟，該法是目前國內(nèi)外主要的生產(chǎn)方法。以上幾種工藝中比較有競爭力的是合成氣一步法和氣相甲醇脫水法。但合成氣一步法，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)在現(xiàn)階段，規(guī)模相對較小。然而，甲醇脫水法，使用純甲醇作為原料，副產(chǎn)物少，甲基醚99％的純度，適合于氣霧劑產(chǎn)品有更高的要求甲醇脫水反應(yīng)，也可使用作為制冷劑，甚至可用于醫(yī)用氣溶膠的氣溶膠推進(jìn)劑。成熟的技術(shù)，新設(shè)備可以依靠老企業(yè)建設(shè)，也可以單獨(dú)生產(chǎn)。[14]本設(shè)計采用氣相甲醇脫水法。1.1.3.5氣相甲醇脫水法工藝簡述先進(jìn)的氣相甲醇脫水法操作簡單，功耗低，產(chǎn)品質(zhì)量好，反應(yīng)器催化劑裝填的能力，便于規(guī)?；抢硐氲亩酌焉a(chǎn)方法。-5-[16]塔底稀含醇廢水經(jīng)冷卻后進(jìn)入粗甲醇中室溫下，甲醇進(jìn)料的過程中，從定量的合成過程中的往復(fù)泵的汽化塔變成從液體飽和的氣體，然后向電爐中加熱到溫度高于280℃時，加熱該原料的甲醇蒸汽的流量將被合成為一個固定在固定床反應(yīng)收縮床柱[15]測距裝置和氣態(tài)水（按280間℃至450℃，約75％的轉(zhuǎn)化率的溫度） ，反應(yīng)產(chǎn)物中包括有DME、水以及未反應(yīng)的甲醇蒸汽。將反應(yīng)物冷卻在通過冷凝器再次冷卻水進(jìn)入中間罐的換熱器和冷凝水，少量的氣體的不冷凝的液體，例如二氧化碳，甲烷，排氣閥，空氣進(jìn)入吸收器，吸收后送入鍋爐房進(jìn)行焚燒，進(jìn)入中間罐的反應(yīng)物由屏蔽泵加壓輸送至DME精餾塔塔進(jìn)行精餾分離，塔頂分餾出燃料級的DME組分，塔底分離出甲醇和水的混合物，DME蒸汽在甲醚冷凝器中被冷卻水冷凝成常溫DME液體經(jīng)計量泵后進(jìn)入燃料級DME產(chǎn)品中間罐，再由加壓磁力泵輸送至罐區(qū)產(chǎn)品貯罐區(qū)進(jìn)行儲存，間罐進(jìn)行貯存。（如圖1-1）鍋爐尾氣吸收液焚燒吸收塔未凝氣體原料往復(fù)泵280℃甲醇汽化塔電加熱爐合成塔冷凝器塔頂產(chǎn)品泵DMEDME精餾塔中間罐塔釜塔頂甲醇精餾塔 含醇廢水圖1.1二甲醚生產(chǎn)流程方框圖-6-合成塔的計算2.1衡算物料99.5/32.04=99.11%99.5/32.04+0.5/18.025/18.020.89%99.5/32.+004.5/18.0299.95/46.07=99.87%99.95/46.07+0.05/32.0405/32.040.004%99.95/476.+0.05/32.041-99.87%-0.004%=0.126%200000×1038000

=25000kg/h=542.65kmol/hη=542.65×99.87%=99.8%Fx=1371.997kmo/h543.86×2

Fx=1359.649kmol/h80%×100%1359.6490.9911

=1371.997kmol/h1371.99-5743.8×62=284.277klm/ho表2-1物料衡算表組分進(jìn)料F0進(jìn)料m0/出料F/(kmol/h)出料m/(kmol/h)q(kg/h)q/(kg/h)二甲醚00543.86025055.630甲醇1371.99743958.784284.2779108.230水12.211220.042556.07010020.380合計1384.20844184.2461384.20744184.2462.2計算催化劑床層體積VR=qW=1384.208×22.4=6.201m3Sv 5000-7-2.3反應(yīng)器管數(shù)n=VR6.201=2863.33=2π2×L0.785×0.022×5.7×d042.4熱量衡算Cp1=2.495kJ/（kg/℃）CP2=2.25kJ/（kg/℃）CP3=4.15kJ/（kg/℃）μ1=1.75×10-5paμ2=1.63×10-5paμ3=1.8×10-5paλ1=0.03/(m2k)λ2=0.05624w/(m2k)λ3=0.5741w/(m2k)Q1=(43958.784×2.495+220.042×4.15)×(533.15-298)7=2.6×10 kJ/h7=2.84×10 kJ/h7QR=1543.86×11770=6.4×10kJ/h6QC=Q1+QR-Q2=4.4×10kJ/hλf（dPG0.7（dP）at=）exp-4.6=3.5μfdtdtG=44184.246=39744.598kg/(m2h)2926×π×0.02224μf=1.63×10-5×39.29%+1.75×10-5×20.53%+1.8×105×40.18%=1.723×105PasdPG0.005×39744.598=3203.95=1.723×10-5×3600μfλ=0.05642×39.29%+0.03×20.53%+0.5741×40.18%0.2589W/(m2k)0.9320KJ/(m2hk)所以at=0.9320×3.50.70.022×（3203.95）=14825.4KJ/(m2hk)

0.005×exp（-4.6× ）-8-Kt=1+dt1+Rst1+δdtαtλdmd0α=1+0.00250.022+0.02211+4.78×10-514825.4167.50.02450.0272717=2333.45KJ/(mhk)tm=(533.15510)+(533.15515)=40.65K2A需=Qc4×106=42.17m2kttm2333.45×40.65A實(shí)=πl(wèi)dtn=3.14×0.022×5.7×2926=1152.13m2A實(shí)>A需，RemdpG(1)=3203.95×（1）=6161.4mf1-e1-0.48rfu01-eG21-ξP=1.75ds3L=1.753LedsPfξ(39744.598/3600)21-0.48=1.75×0.005×627.6×0.483×5.7=1812.76kPa-9-3DME精餾塔設(shè)計計算3.1DME料衡算及的物精理論板數(shù)餾塔xD1=0.9987(均為摩爾分?jǐn)?shù)) xD2=0.00004 xD3=0.00126x=0.3929x=0.2053x=0.4018F1F2F3D1=543.86kmol/hF=D1+W1F1D1W1Fx=Dx+WxW1=840.348kmol/hxW1=0.00084（xi，D）=Rm+1（1）∑αi-θ（xi，）（2）∑αiF=1-qαi-θ（，）=0=22×0.3929+1×0.2053+0.26×0.4018∑iiα-θ22-θ1-θ0.26-θi（，D）=Rm+1=22×0.3929+1×0.2053+0.26×0.4018∑ii-θαi22-1.5951-1.5950.26-1.595故Rmin=1.08m的最優(yōu)值約為1.05，一般取R/Rm。則回流比×R/R=1.8R=1.81.08=1.94R-Rmin1.94-1.08R+1==0.291.94+1N-Nmin=0.4N+1（）log（x1/x2D）Nmin(x1/x2)w=logαα=322×1×0.26=1.8頂α=310×1×0.7=1.9進(jìn)α底=37.8×1×0.85=1.9-α=1.9-10-（）log（0.9987/0.00004D）Nmin=(0.0084/0.3381)wlog1.9=25.19≈26則N-26=0.4-1N=42.67≈43（））log(0.2053/0.3929)wN精min==16.7≈17log1.93.2實(shí)際板層數(shù)的求取μ=0.077mPa?S μ=0.25m5Pa?S μ=0.31m5Pa?S1 2 3lgμ=0.3929lg（0.077）+0.2053lg（0.255）+0.4018lg（0.31）5LFμ =0.173mPa?SLFtD=38℃μ=0.133mPa?S μ=0.44m4Pa?S μ=0.683mPa?S1 2 3lgμ=0.9987lg（0.133）0.00004lg（0.444）0.00126lg（0.683）LD++μ=0.133mPa?SLDμ1=0.023mPa?Sμ2=0.15m3Pa?Sμ3=0.193mPa?SlgμLW=0.0.00084lg（0.023）+0.3381lg（0.153）+0.661lg（0.19）3μLW=0.178mPa?S+0.173=μ精=μLD+μLF=0.1330.153mPa?22Sμ+μ=0.178+0.173=?LF220.176mPaS——μ精+μ提0.153+0.176?μ===22ET0.245=0.49（αμ）L0.2450.245=0.651ET=0.49（αμ）L=0.49（1.9×0.165）N實(shí)=NT=43≈67ET0.651-11-N精=N=17≈27NT0.6513.3精有關(guān)物性塔的工數(shù)據(jù)的計算餾藝條件及3.3.1操作壓力的計算PD=815.6kPaP=0.3kPaPF=815.6+0.3×27=824kPaPw=815.6+0.3×67=835.7kPaPm=(815.6+824)/2=819.8kPaPm=(815.6+835.7)/2=825.7kPa3.3.2操作溫度計算VLfi=fi（i=1,2,,,,,,,,,,,,,）LsVv，LVi（P-Pi）fi=Pyijifi=rixiPijiexp[]RTsssyi=rixipijiexp[Vi(P-Pi)]PjiRTlnpis=Ao+Bo/T+ColnT+DoTBo（α=0.3）τij=aij+bij/T+cij/T2tD=38oCtF=89oCtw=14.85oC38+89 otm1= =63.5C145.8+89 otm2= =117.4C3.3.3平質(zhì)量均計算摩爾

(1)(2)(3)(4)MVDM=0.9987×46.07+0.00004×32.04+0.00126×18.02=45.96kg/kmolMLDM=0.9042×46.07+0.0008×32.04+0.095×18.02=43.33kg/kmolMVFM=0.3929×46.07+0.2053×32.04+0.4018×18.02=31.88kg/kmol-12-MLFM=0.8891×46.07+0.0476×32.04+0.0633×18.02=43.56kg/kmolMVWM=0.0190×46.07+0.3610×32.04+0.620×18.02=23.59kg/kmolMLWM=0.00084×46.07+0.3381×32.04+0.661×18.02=22.18kg/kmolMVM=45.96+31.88=38.92kg/kmol2MLM=43.33+43.56=43.45kg/kmol2MVM=23.59+31.88=27.74kg/kmol2MLM=22.78+43.56=33.17kg/kmol23.3.4平度計算均密3.3.4.1氣度計均密算相平ρV1=PmMvm=825.1×38.92=11.47kg/mRTm（）8.314×63.5+273.15ρV2=PmMvm=848.5×27.74=7.25kg/mRTm（）8.314×117.4+273.15

33ρ=11.27+7.25=9.36kg/m3V23.3.4.2液計算密度相平均1=∑aiρρvmi333ρ1=630.69kg/mρ2=784.65kg/mρ3=992.9kg/maD1=0.9995aD2=0.000005aD3=0.0004951ρ =LDM0.9995/630.69+0.000005/784.65+0.000495/992.9=630.8kg/m3t=89℃，F(xiàn)33ρ3=965.31kg/m3ρ1=527.75kg/mρ2=725.97kg/m0.3929×aF1=×+46.07+×=0.56700.2053×0.40180.392946.0732.0418.020.2053×aF2=×+32.04+×=0.20610.2053×0.40180.392946.0732.0418.02aF3=1-0.5670-0.2061=0.2269-13-1ρ =LFM0.5670/527.25+0.2061/725.97+0.2269/965.313=627.6kg/mρLM=630.8+627.6=629.2kg/m32tW=145.8℃，3ρ2=646.62kg/m3ρ3=920.82kg/m3ρ1=295.18kg/m0.00084×aw1=46.07+×=0.0017×+0.3381×0.6610.0008446.0732.0418.020.3381×aw2=×32.04+×=0.4756+0.3381×0.6610.0008446.0732.0418.02aF3=1-0.0017-0.4756=0.52271ρ =LWM0.0017/295.18+0.4756/646.62+0.5227/920.823=763.99kg/mρLM=763.99+627.6=695.8kg/m32ρ=629.2+695.8=662.5kg/m3LM23.3.5液體平面張力的計算均表σ=xσLM∑iitD=38oCσ1=9.82mN/mσ=19.91mN/mσ3=69.94mN/m2σLDM=0.9987×9.82+0.00004×19.91+0.00126×69.94=9.89mN/mtF=89oCσ1=3.55mN/mσ2=7.95mN/mσ3=49.51mN/mσLWM=0.3929×3.55+0.2053×14.03+0.4018×60.72=28.67mN/mσ1=0.224mN/mσ=14.03mN/mσ3=60.72mN/m2σLWM=0.00084×0.224+0.3381×7.95+0.661×49.51=35.41mN/mσ=9.89+28.67=19.28kg/m3LM2σLM=35.41+28.67=32.04kg/m32σ=32.04+319.28=25.66kg/mLM2-14-3.3.6液體平均粘度計算見3.2，μ=0.165mPa?S3.3.7精餾尺寸工藝計算塔的塔體L=RD=1.94×543.86=1055.09kmol/hV=(R+1)D=(1.94+1)×543.86=1598.95kmol/h’V’=V=1598.95kmol/hVs=VMVm1598.95×38.92=1.507m3/s3600ρ=3600×11.47VmLs=LMLm1055.09×43.45=0.02m3/s3600ρLm=3600×629.2Vs'=VMVm1598.95×27.74=1.7m3/s3600ρ=3600×7.25Ls=LMVmLm=2439.30×33.17=0.032m3/s'3600ρ3600×695.8LmVs=Vs2=1.5072=0.754m3/sLs=Ls2=0.02=0.01m3/sVs'=Vs'22=1.72=0.85m3/sLs'=Ls'2=0.0322=0.016m3/sVs=0.754+0.85=0.802m3/s2umax=CρL-ρV=0.0754×629.02-11.47=0.553m/sρV11.47Ls=0.01+0.016=0.013m3/s23.3.8精的計徑算餾段塔umaxρ-ρσ0.2=CLV中的C由式C=C20（L）ρ20VLhρ1/20.01×3600629.21/2==0.098（）（11.47）VhρV0.754×3600HT=0.45m，hL=0.06m，則HT-hL=0.45-0.06=0.39m-15-圖3-1史密斯關(guān)聯(lián)圖=（σL0.2×（19.2810.2=C20）=0.076）0.0754C2020umax=CρL-ρV=0.0754×629.02-11.47=0.553m/sρV11.47u=0.7umax=0.7×0.553=0.387m/sD=4V=4×=1.575ms0.754πu3.14×0.387AT=π2=0.785×1.62=2.01m2D4=0.754=0.375m/s2.01u =0.375=0.678m/sumax 0.553在0.5~0.8之間，滿足設(shè)計要求3.3.9提餾徑的計算段塔-16-umax=Cρ-ρσ0.2LVC=C20（L）ρ20Vρ1/2h（L）V ρh V

=0.016×3600695.81/2=0.184（）0.85×36007.25HT=0.45m，hL=0.06m，則HT-hL=0.45-0.06=0.39mC=σL0.2=0.075×（32.0410.2=0.0824（））C2020umax=Cρ-ρ=0.0824×695.8-7.25=0.803m/sLVρV7.25u=0.6umax=0.6×0.803=0.4818m/sD=4Vs=4×0..85=1.499mπu3.14×0.4818AT=πD2=0.785×1.62=2.01m24=0.85=0.423m/s2.01u=0.423=0.527m/sumax0.803在0.5~0.8之間，滿足設(shè)計要求3.3.10精高度的計餾塔有效Z精=（N精-1）HT=（27-1）×0.45=11.7mZ提=（N提-1）HT=（40-1）×0.45=17.55mZ=Z精+Z提+0.8=11.7+17.55+0.8=30.05m塔頂及釜液上的汽液分離空間高度均取1.5m，裙座高度取2m，壁厚8mm，封頭高度取350mmZ實(shí)=30.05+1.5×2+2+0.35=35.85m3.4塔板工藝尺寸的計算主要3.4.1溢置計算流裝3.4.1.1堰長LwLw=0.8D=0.8×1.6=1.28m3.4.1.2溢流高度堰h(yuǎn)w-17-1）精段餾由hw=hL-howhow2.84Lh2/3=E（Lw）1000how2.84L2/32.84×1×（0.01×36002/3=0.0263m=E（h）=1.28）1000Lw1000hw=hL-how=0.06-0.0263=0.0337m（2）提段餾hw=hL-howhow2.84Lh2/3=E（Lw）1000how2.84Lh2/3=2.84×1×（0.016×36002/3=0.036m=E（Lw）1000）10001.28hw=hL-how=0.06-0.036=0.024m3.4.1.3弓寬度Wd和截形降面液管積Af由 Lw=0.8D[12]，Af=0.1424Wd=0.2ATD故Af=0.1424×AT=0.1424×2.01=0.286mWd=0.20×D=0.20×1.6=0.32m3.4.1.4時間停留（1）精段餾θ=3600AfHTLhθ=3600AfHT=3600×0.286×0.45=12.87s>5sLh0.010×3600（2）提段餾θ=3600AfHT=3600×0.286×0.45=8.04s>5sLh0.016×3600。3.4.1.5高底隙度液管h0（1）精段餾Lhh0=3600Lwu'o-18-u0'的一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)值為0.07~0.4m/s取u0'=0.4m/s則h0=Lh=0.010×3600=0.0195m'3600×1.28×0.43600Lwuohw-ho=0.0337-0.0195=0.0142m>0.006mhw=50mm（2）提段餾h0=Lh3600Lwuo'u0'的一般經(jīng)驗(yàn)數(shù)值為0.07~0.4m/s取u0'=0.4m/s則h0=Lh=0.016×3600=0.028m3600Lwuo'3600×1.28×0.4hw-ho=0.036-0.028=0.008m>0.006mhw=50mm3.4.2塔板布置3.4.2.1塔板的分塊3.4.2.2邊緣度確定區(qū)寬Ws=W'=0.08m邊緣區(qū)Wc=0.05mAa（xr2-x2+πr2sin-1x）=2r180x=D（Wd+）=（+）=0.4m-s0.8-0.320.082=D-Wc=0.8-0.05=0.75m2故Aa=2（xr2-x2+πr2sin-1x）=2×（0.4×0.752-0.42+3.14×0.752sin-10.4）180r1800.75=1.14m23.4.2.3篩算及孔計排列t=3×5=15mm1158×1031158×103×=5868(個)n=Aa=1.14t20.0152-19-φ=0.907/(t)2=0.907/(0.015)2=10.0700do0.005一般9%~15%uo=Vs=0.802Ao=6.98m/s0.1007×1.143.5塔學(xué)驗(yàn)算板體力的流3.5.1壓降塔板3.5.1.1干板力hc計算阻（1）精餾段hc=0.051(uo)2ρVCoρLdo/δ=5/3=1.67，Co=0.7722u2ρ6.9811.27hc=0.051(o)V=0.051×（=0.075m液柱ρL0.772）×Co629.2（2）提段餾hc=0.051(uo)2ρVCoρLdo/δ=5/3=1.67，Co=0.772uo)2ρ6.982=0.043m液柱hc=0.051(V=0.051×（）×7.25CoρL0.772695.83.5.1.2氣體的阻液層力h1計算通過（1）精段餾hl=βhL計算Vs=0.754uG==0.437m/sAT-Af2.01-0.286Fo=0.437×11.27=1.467kg1/2/(s?m1/2)β=0.64hl=βhL=0.64×（0.0337+0.0263）=0.0384m液柱（2）餾段提hl=βhLVs=0.85uG==0.493m/sAT-Af2.01-0.286Fo=0.493×7.25=1.328kg1/2/(s?m1/2)-20-β=0.64hl=βhL=0.64×（0.036+0.024）=0.0384m液柱3.5.1.3液體力的阻表力hσ計算面張（1）精段餾hσ=4σ=-3=0.0025m液柱4×19.28×10LρLgdo629.2×9.81×0.005hp=hc+hl+hσ=0.075+0.0384+0.0025=0.116m液柱Pp=hpρLg=0.116×629.2×9.81=653.5Pa<0.7kPa（設(shè)計允許值）（2）提段餾4σ4×32.04×10-3hσ=ρLgdo=695.8×9.81×0.005=0.00375m液柱hp=hc+hl+hσ=0.043+0.0384+0.00375=0.0851m液柱Pp=hpρLg=0.0851×695.8×9.81=581.2Pa<0.7kPa（設(shè)計允許值）3.5.2液夾帶沫（1）精段餾5.7×10-6ud3.2eV=σ（HT-hf）hf=2.5hL=2.5×0.06=0.15m5.7×10-60.4653.2-3eV=19.28×10-3（0.45-0.15）=1.2×10kg液/kg汽<0.1kg液/kg汽（2）提段餾×-6u3.2eV=5.710（d）σHT-hfhf=2.5hL=2.5×0.06=0.15m5.7×10-60.4653.2-4eV=32.04×10-3（0.45-0.15）=7.2×10kg液/kg汽<0.1kg液/kg汽3.5.3漏液（1）精段餾uomin=4.4C200.0056+0.13hL-hσ）ρ/ρ（LV4.4×0.772×(0.0056+0.13×0.06-0.0025)×629.2/11.272.65m/suo=6.98m/s>uomin-21-K=uo=2.63>1.5uomin（2）提段餾uomin=4.4C200.0056+0.13hL-hσ）ρ/ρ（LV4.4×0.772×(0.0056+0.13×0.06-0.00375)×695.8/7.253.27m/suo=6.98m/s>uominK=uo=2.13>1.5uomin3.5.4泛液（1）精段餾Hd≤υ(HT+hw)υ(HT+hw)=0.5×（0.45+0.0337）=0.242mHd=hp+hL+hd'2×(0.4)2=0.024m5hd=0.153（u0）=0.153Hd=hp+hL+hd=0.116+0.06+0.0245=0.201mHd≤υ(HT+hw)=0.24m2（2）提段餾Hd≤υ(HT+hw)υ(HT+hw)=0.5×（0.45+0.036）=0.243mHd=hp+hL+hdhd=0.153（u'22=0.024m50）=0.153×(0.4)Hd=hp+hL+hd=0.0851+0.06+0.0245=0.17mHd≤υ(HT+hw)=0.24m33.6精餾負(fù)荷塔板性能圖段3.6.1漏線液uomin=C0（0.0056+0.13hL-hσ）ρL/ρV又uomin=VsminAo-22-hL=hw+how2.84Lh2/3how=E（）1000LwVsmin=C0Aouo{0.0056+0.13[hw+2.84E(Lh)2/3]-hσ}ρL/ρV1000Lw4.4×0.772×2.893×1.14×0.1007×{0.0056+0.13[0.0337+2.84×1×(Lh)2/3]-0.0025}×629.2/11.2710001.28=0.1135.21L2h/3+0.4835Vsmin=0.1135.21L2h/3+0.4835Vs，m3/s0.0790.0810.0830.0840.0850.07860.0873.6.2液沫帶線夾以ev=0.1kg液/kg氣為限，求關(guān)Vs~Ls系如下由5.7×10-6uσ3.2eV=σL（-hf）HTuσVs=Vs=058Vs=2.01-0.286AT-Afhf=2.5hL=2.5（hw+how）=2.5（0.0337+2.843600Lh2/3×1×（1.28））2/31000=2.5(0.0337+0.567Lh)=0.084+1.415Lh2/3HT-hf=0.45-0.084-1.415L2/3h=0.366-1.415L2h/3eV=5.7×10-6（0.58Vs3.2=0.1）19.28×10-30.366-1.145L2/3hVs=4.258-16.754L2/3hVs，m3/s4.2584.1534.0904.0403.9903.9503.9103.6.3液相負(fù)荷下限線how2.84E（3600Lh2/3=0.005=Lw）1000×1.28Lsmin=（0.0051000）=0.00083m3/s×1.52.8436003.6.4液相負(fù)荷上限線-23-θ=AfHT =3LhLmax =AfHT=0.286×0.45=0.042m93/s3 33.6.5液泛線令Hd=υ(HT+hw)由Hd=hp+hL+hdhp=hc+hl+hσhl=βhLhL=hw+how2/3a'Vs2=b'-c'L2s-d'Ls式中a'=0.051ρ2（V）（）ρAoCoLb'=υHT+（υ-β-1）hw2.8436002/3d'=E(β+1)（Lw）1000a'=0.0512×（11.27）=0.0181（0.1007×2.893×0.772）629.2b'=0.5×0.45+（0.5-0.64-1）×0.0337=0.187c'=0.153/(1.28×0.0254)2=144.752.84×