二甲醚生產(chǎn)工藝中主要塔設(shè)備計(jì)算及選型分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u28993二甲醚生產(chǎn)工藝中主要塔設(shè)備計(jì)算及選型分析案例 1293721.1汽化塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 1200401.1.1物料衡算 1230681.1.2熱量衡算 4245491.1.3汽化塔附屬設(shè)備選型的計(jì)算 711991.1.4理論板數(shù)的計(jì)算與選擇 776981.2合成塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型 8317661.2.1物料衡算 8243761.2.2合成塔的選取 828701.2.3熱量衡算及附屬設(shè)備的選型計(jì)算 8246381.3初餾塔的計(jì)算選型 927041.3.1物料衡算 9128141.3.2熱量衡算 982271.3.3理論塔板數(shù)的計(jì)算 11246751.3.4精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 1160381.3.5塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算 139831.3.6填料層高度的計(jì)算 14236751.3.7附屬設(shè)備的選型計(jì)算 14167741.1.1物料衡算 15122691.1.2熱量衡算 1632781.1.3附屬設(shè)備的選型計(jì)算 181.1汽化塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型1.1.1物料衡算原料甲醇流量的估算[4×109×99.9%已知F′=1099.97×103kg/h，XF′=90%，XD′=99%，XW′=0.5%，MCH2OH=32.04kg/kmol,MH2O=18.02kg/kmol,MCH3OCH3=46.07kg/kmol摩爾分率：帶入數(shù)據(jù)解得：D=197.66kmol/h塔頂M=31.80kg/kmol塔釜M=18.0kg/kmol表4-1物料衡算結(jié)果表單位進(jìn)料F塔頂D塔釜W物料kg/hkmol/h541.93×103283.811176.56×103197.660.76×10342.44組成質(zhì)量分率摩爾分率90%83.50%99%98.24%0.5%0.2818%表4-2甲醇-水平衡時(shí)的t、x、y數(shù)據(jù)平均溫度t液相甲醇x氣相甲醇y10092.990.388.985.081.678.076.773.872.771.370.068.066.961.705.317.679.2613.1520.8328.1833.3346.2052.9259.3768.4985.6287.41100028.3440.0143.5351.5562.7367.7569.1877.5679.7181.8381.9289.6291.94100據(jù)表4-1、4-2可得塔釜溫度tW：進(jìn)料液溫度tF：作一條切線，交軸線于一點(diǎn)，截距，，Rmin=3.54由表4-2的數(shù)據(jù)繪t-x圖圖4-1圖4-1當(dāng)t=92.9℃時(shí)：當(dāng)t=66.9℃時(shí)：1.1.2熱量衡算（1）加熱介質(zhì)和冷卻劑的選擇常用的加熱劑是飽和蒸汽和煙氣，常用制冷劑是水和空氣。根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際環(huán)境條件來(lái)選擇符合的試劑，所采取試劑可降低成本。此設(shè)計(jì)使用冷卻水20攝氏度，出口溫度35攝氏度。（2）冷凝器的熱負(fù)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(guān)系：其中——對(duì)比溫度表4-3沸點(diǎn)下蒸發(fā)潛熱列表沸點(diǎn)/℃蒸發(fā)潛熱/(kcal·kmol-1)Tc/K甲醇水61.6510084309729512.6647.3由沃森公式計(jì)算塔頂溫度下的潛熱：65.18℃時(shí)，對(duì)甲醇：蒸發(fā)潛熱：對(duì)水，同理得蒸發(fā)潛熱：冷卻劑的消耗量：（3）全塔熱量衡算表4-4不同溫度的比熱容[單位：kcal/(kg.℃)]甲醇水甲醇：水：則有對(duì)全塔進(jìn)行熱量衡算：熱損失為0.1，η=0.9代入得加熱蒸汽消耗量：1.1.3汽化塔附屬設(shè)備選型的計(jì)算（1）甲醇回流冷凝器逆流：T65.18℃→65.01℃t35℃←20℃塔底再沸器1.1.4理論板數(shù)的計(jì)算與選擇（1）理論板數(shù)的計(jì)算精餾段操作線方程為截距（2）填料的選擇填料是核心部分，本設(shè)計(jì)選用的填料規(guī)格是25×0.8金屬套環(huán)填料。1.2合成塔及其附屬設(shè)備的計(jì)算選型1.2.1物料衡算氣體進(jìn)塔流量反應(yīng)方程式，則DME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1.2.2合成塔的選取尺寸為立式Φ1000×66801.2.3熱量衡算及附屬設(shè)備的選型計(jì)算合成反應(yīng)熱的計(jì)算，查閱得則反應(yīng)放熱為：進(jìn)塔甲醇蒸汽的熱量：其中——塔頂帶出熱量；——?dú)怏w加熱至240攝氏度所需要得熱量；0.72是氣體65.01℃的比熱容，1.41是氣體240℃的比熱容；=11.8kJ/(kg·℃)，則合成塔的出口溫度為：1.3初餾塔的計(jì)算選型表4-5二甲醚-甲醇平衡時(shí)的t、x、y數(shù)據(jù)平衡溫度/℃32.904050607080液相DMEx/mol%氣相DMEy/mol%100.0100.081.599.261.697.346.891.335.389.526.483.0平衡溫度/℃90100110120127.76液相DMEx/mol%氣相DMEy/mol%19.173.613.161.17.941.23.321.9001.3.1物料衡算已知：進(jìn)料流量根據(jù)物料衡算方程解得此溫度下，1.3.2熱量衡算塔頂=32.95℃塔底=126.94℃泡點(diǎn)=33.82℃/(℃)=66.95/(·K)l/(·℃)=41.51/(K)因?yàn)槌隹诮M成一樣，所以冷凝器消耗進(jìn)料口的焓的/(·℃)=45.33/(K)所以（7）塔底殘液焓（8）再沸器（全塔范圍列衡算式）設(shè)再沸器損失能量，所以1.3.3理論塔板數(shù)的計(jì)算塔頂溫度下，塔底溫度下，則全塔平均相對(duì)揮發(fā)度：1.3.4精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算塔頂參數(shù)由（2）進(jìn)料參數(shù)，精餾段：提餾段：（3）塔底參數(shù)（4）體積流量塔頂：塔底：進(jìn)料：精餾段：提餾段：（5）提餾段參數(shù)（6）精餾段參數(shù)1.3.5塔徑設(shè)計(jì)計(jì)算（1）精餾段塔徑計(jì)算由氣速關(guān)聯(lián)式已知：，，，，，代入式中求得，空塔氣速于是得D=4圓整后：，空塔氣速（2）提餾段塔徑計(jì)算已知：，，=0.90，，，A=0.30帶入計(jì)算得空塔氣速于是得D=4V圓整后：，空塔氣速選取整塔直徑為1.3.6填料層高度的計(jì)算（1）精餾段：查得壓降（2）提餾段：查得壓降全塔高度1.3.7附屬設(shè)備的選型計(jì)算（1）冷凝器取列管式冷凝器，逆流換熱，取系數(shù)K=700/(m2·℃)℃（2）再沸器選擇1.2MPa的飽和水蒸氣加熱，℃則換熱面積為1.4回收塔的計(jì)算選型表4-6甲醇-水平衡時(shí)的t、x、y數(shù)據(jù)平衡溫度t/℃28.530354045505560.07甲醇飽和蒸汽壓/水的飽和蒸汽壓203.960521.5691.247427.6385.81235.0917.376641.1679.858355.13412.3468.28916.131581.1920液相甲醇x/%氣相甲醇y/%100.0100.090.9498.0765.0189.8445.5579.9229.5665.2817.9049.347.4225.34001.1.1物料衡算進(jìn)料其中甲醇含量為甲醇的摩爾分率為，由物料方程可得進(jìn)料產(chǎn)品塔頂產(chǎn)品塔釜產(chǎn)品則質(zhì)量流量操作壓力為0.02MPa。泡點(diǎn)進(jìn)料℃，全塔高度1.1.2熱量衡算（1）用內(nèi)插法求得：塔頂=30.95℃塔底=126.94℃泡點(diǎn)=29.08℃tD下：tD下：（2）（3）回流焓QR（4）因?yàn)榻M成一樣，所以（5）冷凝器消耗（6）進(jìn)料口的焓的/(·℃)=45.33/(K)所以（7）塔底殘液焓（8）再沸器（全塔范圍列衡算式）設(shè)再沸器損失能量，所以1.1.3附屬設(shè)備的選型計(jì)算回收塔主要工藝參數(shù)匯總表如下：表4-7回收塔主要設(shè)計(jì)參數(shù)匯總表項(xiàng)目塔頂塔釜進(jìn)料精餾段提餾段液相摩爾流量（kmol/h）38.869215.592251.8083243.322396.88氣相質(zhì)量流量（kg/h）液相質(zhì)量流量（kg/h）1126.3171226.3175131.8332229.786511.69摩爾分率0.9650.0028180.1509質(zhì)量分率0.980.0050.2401平均相對(duì)分子質(zhì)量31.5518.0620.14氣相平均密度