年產(chǎn)20萬噸甲醇精餾工藝設(shè)計畢業(yè)論文

1、<p>　　年產(chǎn)20萬噸煤制甲醇精餾工藝設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　我國的甲醇工業(yè)經(jīng)過十幾年的發(fā)展，生產(chǎn)能力得到了很大提高。1991年，我國的生產(chǎn)能力僅為70萬噸，截止2004年底，我國甲醇產(chǎn)能已達740萬噸，117家生產(chǎn)企業(yè)共生產(chǎn)甲醇440.65萬噸，2005年甲醇產(chǎn)量達到500萬噸，比2004年增長22.2%，

2、進口量99.1萬噸，因此下降3.1%。</p><p>　　于上世紀末相比，現(xiàn)在新建甲醇規(guī)模超過百萬噸的已不再少數(shù)。在2004——2008年新建的14套甲醇裝置中平均規(guī)模為134萬t/a，其中卡塔爾二期工程項目高達230萬t/a。最小規(guī)模的是智利甲醇項目，產(chǎn)能也達84萬t/a，一些上世紀末還稱得上經(jīng)濟規(guī)模的60萬t/a裝置因失去競爭力而紛紛關(guān)閉。</p><p>　　大型甲醇生產(chǎn)裝置必須具

3、備與其規(guī)模相適應(yīng)的甲醇反應(yīng)器和反應(yīng)技術(shù)。傳統(tǒng)甲醇合成反應(yīng)器有ICI的冷激型反應(yīng)器，Lungi的管殼式反應(yīng)器，Topsdpe的徑向流動反應(yīng)器等，近期出現(xiàn)的新合成甲醇反應(yīng)器有日本東洋工程的MRF--Z反應(yīng)器等，而反應(yīng)技術(shù)方面則出現(xiàn)了Lurgi推出的水冷一氣冷相結(jié)合的新流程。</p><p>　　通常的甲醇合成工藝中，未反應(yīng)氣體需循環(huán)返回反應(yīng)器，而KPT則提出將未反應(yīng)氣體送往膜分離器，并將氣體分為富含氫氣的氣體，前者作

4、燃料用，后者返回反應(yīng)器。</p><p>　　傳統(tǒng)甲醇合成采用氣相工藝，不足之處是原料單程轉(zhuǎn)化率低，合成氣凈化成本高，能耗高。相比之下，液相合成由于使用了比熱容高，導熱系數(shù)大的長鏈烷烴化合物作反應(yīng)介質(zhì)，可使甲醇合成在等溫條件下進行。</p><p>　　關(guān)鍵詞：甲醇，合成，精餾</p><p><b>　　目 錄 </b></p>

5、;<p>　　1 甲醇合成的基本概念……………………………………………………………………3</p><p>　　1.1 常用的方法 ………………………………………………………………………3</p><p>　　1.2 甲醇的合成路線 …………………………………………………………………4 </p><p>　　1.3 合成甲醇的目的和意義 ………

6、…………………………………………………7</p><p>　　1.4 本設(shè)計的主要方法及原理 ………………………………………………………82 生產(chǎn)工藝及主要設(shè)備計算 ……………………………………………………………9</p><p>　　2.1 甲醇生產(chǎn)的物料平衡計算 ………………………………………………………9</p><p>　　2.1.1

7、合成塔物料平衡計算……………………………………………………10</p><p>　　2.2 甲醇生產(chǎn)的能量平衡計算………………………………………………………20 2.2.1 合成塔能量計算 ………………………………………………………20</p><p>　　2.2.2 常壓精餾塔能量衡算……………………………………………………24</p><p&

8、gt;　　2.3 主要設(shè)備計算及選型……………………………………………………………26</p><p>　　2.3.1 常壓精餾塔計算…………………………………………………………26</p><p>　　2.3.2 初估塔徑…………………………………………………………………28</p><p>　　2.3.3 理論板數(shù)的計算……………………………………………

9、……………30 2.3.4 塔內(nèi)件設(shè)計………………………………………………………………33 2.3.5 塔板流體力學驗算………………………………………………………36</p><p>　　2.3.6 塔板負荷性能……………………………………………………………39</p><p>　　2.3.7 常壓塔主要尺寸確定…………………………………………………

10、…41 </p><p>　　2.3.8 輔助設(shè)備…………………………………………………………………43 </p><p>　　參考文獻……………………………………………………………………………………45</p><p>　　致謝…………………………………………………………………………………………46</p><p>　　第1章甲醇合

11、成的基本概念</p><p>　　1.1 甲醇的合成方法</p><p>　　1.1.1 常用的合成方法</p><p>　　當今甲醇生產(chǎn)技術(shù)主要采用中壓法和低壓法兩種工藝，并且以低壓法為主，這兩種方法生產(chǎn)的甲醇約占世界甲醇產(chǎn)量的80%以上。</p><p>　　高壓法：(19.6-29.4Mpa)是最初生產(chǎn)甲醇的方法，采用鋅鉻催化劑，反應(yīng)

12、溫度360-400℃，壓力19.6-29.4Mpa。高壓法由于原料和動力消耗大，反應(yīng)溫度高，生成粗甲醇中有機雜質(zhì)含量高，而且投資大，其發(fā)展長期以來處于停頓狀態(tài)。</p><p>　　低壓法：(5.0-8.0 Mpa)是20世紀60年代后期發(fā)展起來的甲醇合成技術(shù)，低壓法基于高活性的銅基催化劑，其活性明顯高于鋅鉻催化劑，反應(yīng)溫度低(240-270℃)。在較低壓力下可獲得較高的甲醇收率，且選擇性好，減少了副反應(yīng)，改善了

13、甲醇質(zhì)量，降低了原料消耗。此外，由于壓力低，動力消耗降低很多，工藝設(shè)備制造容易。</p><p>　　中壓法：(9.8-12.0 Mpa)隨著甲醇工業(yè)的大型化，如采用低壓法勢必導致工藝管道和設(shè)備較大，因此在低壓法的基礎(chǔ)上適當提高合成壓力，即發(fā)展成為中壓法。中壓法仍采用高活性的銅基催化劑，反應(yīng)溫度與低壓法相同，但由于提高了壓力，相應(yīng)的動力消耗略有增加。</p><p>　　目前，甲醇的生產(chǎn)方

14、法還主要有①甲烷直接氧化法：2CH4+O2→2CH3OH.②由一氧化碳和氫氣合成甲醇，③液化石油氣氧化法</p><p>　　1.1.2 本設(shè)計所采用的合成方法</p><p>　　比較以上三者的優(yōu)缺點，以投資成本，生產(chǎn)成本，產(chǎn)品收率為依據(jù)，選擇中壓法為生產(chǎn)甲醇的工藝，用CO和H2在加熱壓力下，在催化劑作用下合成甲醇，其主要反應(yīng)式為：CO+ H2→CH3OH</p><

15、;p>　　1.2 甲醇的合成路線</p><p>　　1.2.1 常用的合成工藝</p><p>　　雖然開發(fā)了高活性的銅基催化劑，合成甲醇從高壓法轉(zhuǎn)向低壓法，完成了合成甲醇技術(shù)的一次重大飛躍，但仍存在許多問題：反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復雜；單程轉(zhuǎn)化率低，氣體壓縮和循環(huán)的耗能大；反應(yīng)溫度不易控制，反應(yīng)器熱穩(wěn)定性差。所有這些問題向人們揭示，在合成甲醇技術(shù)方面仍有很大的潛力，更新更高的技術(shù)等待我們?nèi)?/p>

16、開發(fā)。</p><p>　　(1) 氣液固三項合成甲醇工藝 首先由美國化學系統(tǒng)公司提出，采用三相流化床，液相是惰性介質(zhì)，催化劑是ICI的Cu-Zn改進型催化劑。對液相介質(zhì)的要求：在甲醇合成條件下有很好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性。既是催化劑的硫化介質(zhì)，又是反應(yīng)熱吸收介質(zhì)，甲醇在液相介質(zhì)中的溶解度越小越好，產(chǎn)物甲醇以氣相的形式離開反應(yīng)器。這類液相介質(zhì)有如三甲苯，液體石蠟和正十六烷等。后來Berty等人提出了相反的觀

17、點，采用的液相介質(zhì)除了熱穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性外，要求甲醇在其溶液中的溶解度越大越好，產(chǎn)物甲醇不是以氣相形式離開反應(yīng)器，而是以液相形式離開反應(yīng)器，在反應(yīng)器外進行分離。經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)四甘醇二甲醚是極理想的液相介質(zhì)。CO和H2在該液相中的氣液平衡常數(shù)很大，采用Cu-Zn-Al催化劑，其單程轉(zhuǎn)化率大于相同條件下氣相的平衡轉(zhuǎn)化率。</p><p>　　氣液固三相工藝的優(yōu)點是：反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，投資少；由于介質(zhì)的存在改善了反應(yīng)器的傳

18、熱性能，溫度易于控制，提高了反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性；催化劑的顆粒小，內(nèi)擴散影響易于消除；合成甲醇的單程轉(zhuǎn)化率高，可達15%-20%，循環(huán)比大為減小；能量回收利用率高；催化劑磨損少。缺點是三相反應(yīng)器壓降較大，液相內(nèi)的擴散系數(shù)比氣相小的多。</p><p>　　液相法合成甲醇工藝 液相合成甲醇工藝的特點是采用活性更高的過度金屬絡(luò)合催化劑。催化劑均勻分布在液相介質(zhì)中，不存在催化劑表面不均一性和內(nèi)擴散影響問題，反應(yīng)溫度低，

19、一般不超過200℃，20世紀80年代中期，美國Brookhaven國家實驗室開發(fā)了活性很高的復合型催化劑，其結(jié)構(gòu)為NaOH-RONa-M(OAc)2,其中M代表過渡金屬Ni,Pd或Co,R為低碳烷基，當M為Ni，R為叔戊烷基時催化劑性能最好，液相介質(zhì)為四氫呋喃，反應(yīng)溫度為80-120℃，壓力為2MPa左右，合成氣單程轉(zhuǎn)化率高于80%，甲醇選擇性高達96%。</p><p>　　該法的缺點是由于反應(yīng)溫度低，反應(yīng)熱不

20、易回收利用；CO2和H2O容易使復合催化劑中毒，因此對合成氣體的要求很苛刻，不能還有CO2和H2O，還需進一步研究。</p><p>　　(3) 新型GSSTFR和RSIPR反應(yīng)器系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用反應(yīng),吸附和產(chǎn)物交換交替進行的一種新型反應(yīng)裝置。GSSTFR是指氣-液-固滴流流動反應(yīng)系統(tǒng)，CO和H2在催化劑的作用下，在此系統(tǒng)內(nèi)進行反應(yīng)合成甲醇，該甲醇馬上被固態(tài)粉狀吸附劑所吸附，并滴流帶出反應(yīng)系統(tǒng)。。這樣合成

21、甲醇反應(yīng)不斷向右進行，CO的單程轉(zhuǎn)化率可達100%，氣相反應(yīng)物不循環(huán)。這項新工藝仍處在研究之中，尚未投入工業(yè)生產(chǎn)，還有許多技術(shù)問題需要解決和完善。</p><p>　　1.2.2 本設(shè)計的合成工藝</p><p>　　經(jīng)過凈化的原料氣，經(jīng)預(yù)熱加壓，于5 Mpa、220 ℃下，從上到下進入Lurgi反應(yīng)器，在銅基催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，出口溫度為250 ℃左右，甲醇7%左右，因此，原料氣必

22、須循環(huán)，則合成工序配置原則為圖2-2。</p><p>　　甲醇的合成是可逆放熱反應(yīng)，為使反應(yīng)達到較高的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)迅速移走反應(yīng)熱，本設(shè)計采用Lurgi管殼式反應(yīng)器，管程走反應(yīng)氣，殼程走4MPa的沸騰水</p><p>　　粗甲醇　　　　　　　馳放氣</p><p>　　圖1-1　合成合序配置原則</p><p>　　甲醇合成的工藝流程（圖①）

23、</p><p>　　這個流程是德國Lurgi公司開發(fā)的甲醇合成工藝，流程采用管殼式反應(yīng)器，催化劑裝在管內(nèi)，反應(yīng)熱由管間沸騰水放走，并副產(chǎn)高壓蒸汽，甲醇合成原料在離心式透平壓縮機內(nèi)加壓到5.2 MPa (以1：5的比例混合) 循環(huán)，混合氣體在進反應(yīng)器前先與反應(yīng)后氣體換熱，升溫到220 ℃左右，然后進入管殼式反應(yīng)器反應(yīng)，反應(yīng)熱傳給殼程中的水，產(chǎn)生的蒸汽進入汽包，出塔氣溫度約為 250 ℃，含甲醇7%左右，經(jīng)過換熱冷

24、卻到40 ℃，冷凝的粗甲醇經(jīng)分離器分離。分離粗甲醇后的氣體適當放空，控制系統(tǒng)中的惰性氣體含量。這部分空氣作為燃料，大部分氣體進入透平壓縮機加壓返回合成塔，合成塔副產(chǎn)的蒸汽及外部補充的高壓蒸汽一起進入過熱器加熱到50 ℃，帶動透平壓縮機，透平后的低壓蒸汽作為甲醇精餾工段所需熱源。</p><p>　　1.3合成甲醇的目的和意義</p><p>　　甲醇是極為重要的有機化工原料，在化工、醫(yī)藥、

25、輕工、紡織及運輸?shù)刃袠I(yè)都有廣泛的應(yīng)用，其衍生物產(chǎn)品發(fā)展前景廣闊。目前甲醇的深加工產(chǎn)品已達120多種，我國以甲醇為原料的一次加工產(chǎn)品已有近30種。在化工生產(chǎn)中，甲醇可用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺、甲基叔丁基醚（MTBE）、聚乙烯醇（PVA）、硫酸二甲酯、對苯二甲酸二甲酯（DMT）、二甲醚、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲醇等。</p><p>　　以甲醇為中間體的煤基化學品深加工產(chǎn)業(yè)：從甲醇出發(fā)生產(chǎn)煤基化學品是未來C1

26、化工發(fā)展的重要方向。比如神華集團發(fā)展以甲醇為中間體的煤基化學品深加工，利用先進成熟技術(shù)，發(fā)展“甲醇－醋酸及其衍生物”；利用國外開發(fā)成功的MTO或MTP先進技術(shù)，發(fā)展“甲醇－烯烴及衍生物”的2大系列。</p><p>　　作為替代燃料：近幾年，汽車工業(yè)在我國獲得了飛速發(fā)展，隨之帶來能源供應(yīng)問題。石油作為及其重要的能源儲量是有限的，而甲醇燃料以其安全、廉價、燃燒充分，利用率高、環(huán)保的眾多優(yōu)點，替代汽油已經(jīng)成為車用燃

27、料的發(fā)展方向之一。我國政府已充分認識到發(fā)展車用替代燃料的重要性，并開展了這方面的工作。</p><p>　　隨著C1化工的發(fā)展，由甲醇為原料合成乙二醇、乙醛和乙醇等工藝正日益受到重視。甲醇作為重要原料在敵百蟲、甲基對硫磷和多菌靈等農(nóng)藥生產(chǎn)中，在醫(yī)藥、染料、塑料和合成纖維等工業(yè)中都有著重要的地位。甲醇還可經(jīng)生物發(fā)酵生成甲醇蛋白，用作飼料添加劑，有著廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　1.4

28、 本設(shè)計的主要方法及原理</p><p>　　造氣工段：使用二步法造氣</p><p>　　CH4+H2O(氣)→CO+3H2-205.85 kJ/mol</p><p>　　CH4+O2→CO2+2H2+109.45 kJ/mol</p><p>　　CH4+O2→CO+2H2+35.6 kJ/mol</p><p>

29、;　　CH4+2O2→CO2+2H2O+802.3 kJ/mol</p><p>　　合成工段：5MPa下銅基催化劑作用下發(fā)生一系列反應(yīng)</p><p>　　主反應(yīng) ： CO+2H2→CH3OH+102.37 kJ/kmol</p><p>　　副反應(yīng)： 2CO+4H2→(CH3O)2+H2O+200.3 kJ/kmol</p><p>　

30、　CO+3H2→CH4+ H2O+115.69 kJ/kmol</p><p>　　4CO+8H2→C4H9OH+3H2O+49.62 kJ/kmol------------(A)</p><p>　　CO+H2→CO +H2O-42.92 kJ/kmol</p><p>　　除（A）外，副反應(yīng)的發(fā)生，都增大了CO的消耗量，降低了產(chǎn)率，故應(yīng)盡量減少副反應(yīng)。</

31、p><p><b>　　反應(yīng)熱力學</b></p><p>　　一氧化碳加氫合成甲醇的反應(yīng)式為</p><p>　　CO+2H2CH3OH(g)</p><p>　　這是一個可逆放熱反應(yīng)，熱效應(yīng)。</p><p>　　當合成氣中有CO2時，也可合成甲醇。</p><p>　　C

32、O2 + 3H2 CH3OH(g) + H2O</p><p>　　這也是一個可逆放熱反應(yīng)，熱效應(yīng)</p><p><b>　　合成法反應(yīng)機理</b></p><p>　　本反應(yīng)采用銅基催化劑，5 MPa，250 ℃左右反應(yīng)，清華大學高森泉，朱起明等認為其機理為吸附理論，反應(yīng)模式為：</p><p>　　H2+2˙

33、→2H˙ -----------------------------①</p><p>　　CO+H˙→HCO˙-------------------------②</p><p>　　HCO˙+H˙ →H2CO˙˙</p><p>　　H2CO˙˙+2H˙→CH3OH+3˙</p><p>　　CH3OH˙→ CH3OH+˙</p&g

34、t;<p>　　反應(yīng)為①，②控制。即吸附控制。</p><p>　　第2章生產(chǎn)工藝及主要設(shè)備計算</p><p>　　工藝計算作為化工工藝設(shè)計，工藝管道，設(shè)備的選擇及生產(chǎn)管理，工藝條件選擇的主要依據(jù)，對平衡原料，產(chǎn)品質(zhì)量，選擇最佳工藝條件，確定操作控制指標，合理利用生產(chǎn)的廢料，廢氣，廢熱都有重要作用。</p><p>　　2.1 甲醇生產(chǎn)的物料平衡計算

35、</p><p>　　2.1.1 合成塔物料平衡計算</p><p>　　已知：年產(chǎn)200000噸精甲醇，每年以330個工作日計。</p><p>　　精甲醇中甲醇含量(wt)：99.95%</p><p>　　粗甲醇組成(wt)：[Lurgi低壓合成工藝]</p><p><b>　　甲醇：93.40%&

36、lt;/b></p><p>　　以二甲醚：0.42%</p><p>　　高級醇[以異丁醇C4H9OH計]：0.26%</p><p>　　高級烷烴[以辛烷計]：0.32%</p><p><b>　　水：5.6%</b></p><p>　　所以：時產(chǎn)精甲醇：Kg/h</p>

37、<p>　　時產(chǎn)粗甲醇：Kg/h</p><p>　　根據(jù)粗甲醇組分，算得各組分的生成量為：</p><p>　　甲醇(32)： 25239.90Kg/h 788.75kmol/h</p><p>　　二甲醚(46)： 113.50Kg/h 2.47 k mol/h </p><p>　　異丁醇(74

38、)： 70.26Kg/h 0.95 k mol/h </p><p>　　辛烷(100)： 86.48Kg/h 0.86k mol/h </p><p>　　水(18)： 1513.31Kg/h 84.07 k mol/h </p><p>　　合成甲醇的化學反應(yīng)為：</p><p>

39、　　主反應(yīng)：CO+2H2CH3OH+102.37 KJ/mol …… ①</p><p>　　副反應(yīng)：2CO+4H2(CH3)2O+H2O+200.39 KJ/mol …… ②</p><p>　　CO+3H2CH4+H2O+115.69 KJ/mol …… ③</p>

40、<p>　　4CO+8H2C4H9OH+3H2O+49.62 KJ/mol …… ④</p><p>　　CO2+H2CO+ H2O-42.92 KJ/mol …… ⑤</p><p>　　生產(chǎn)中，測得每生產(chǎn)1噸粗甲醇生成甲烷0.34 k mol，故CH4每小時生成量為：0.3427.02345=9.187

41、k mol/h，147.008Kg/h。忽略原料氣帶入份，根據(jù)②、③、④得反應(yīng)⑤生成的水的量為：84.07-0.86-0.953-2.47=77.89 k mol/h，即在CO逆變換中生成的H2O為77.89kmol/h。</p><p>　　粗甲醇中氣體溶解量查表5Mpa、40℃時，每一噸粗甲醇中溶解其他組成如下表［20］</p><p>　　則 粗甲醇中的溶解氣體量為：</p&g

42、t;<p>　　H2 = 27.02×4.364 = 121.64 m3/h 即5.44 k mol/h</p><p>　　CO= 27.02×0.815 = 22.72m3/h 即1.02kmol/h</p><p>　　CO2 = 27.02×7.78= 216.84m3/h 即9.68kmol/h&

43、lt;/p><p>　　N2 = 27.02×0.365 = 10.18m3/h 即0.46kmol/</p><p>　　Ar = 27.02×0.243 = 6.78m3/h 即0.30 k mol/h</p><p>　　CH4 = 27.02×1.680 = 46.82 m3/h

44、 即2.10kmol/h</p><p>　　2.1.2 粗甲醇中甲醇擴散損失</p><p>　　40℃時,液體甲醇中釋放的溶解氣中,每立方米含有37014g的甲醇,假設(shè)減壓后液相中除二甲醚外,其他氣體全部釋放出，則甲醇擴散損失</p><p>　　G =（121.64+22.72+216.84+10.18+6.78+46.82）×0.03714=15

45、.80kg/h </p><p>　　即 0.50 kmol/h，11.04 m3/h</p><p>　　2.1.3 合成反應(yīng)中各氣體的消耗和生成情況</p><p>　　表8 弛放氣組成</p><p>　　表9 合成反應(yīng)中消耗原料情況</p><p>　　注：括號內(nèi)的為生成量；反應(yīng)（1）項不包括擴散甲醇

46、和弛放氣中甲醇消耗的原料氣量</p><p>　　表10 合成反應(yīng)中生成物情況</p><p>　　表11 其他情況原料氣消耗</p><p>　　注：G為馳放氣的量，m3/h。</p><p>　　2.1.4 新鮮氣和弛放氣氣量的確定</p><p>　　CO的各項消耗總和 = 新鮮氣中CO的量，即<

47、/p><p>　　16585.86+114.00+42.38+87.74+140.20－1636.54+22.72+11.04+0.61%G+9.16%G</p><p>　　=15367.40+9.77%G</p><p>　　同理 原料氣中其他各氣體的量=該氣體的各項消耗總和，由此可得新鮮氣體中各氣體流量，如下表：</p><p>　　新鮮氣

48、中惰性氣體（N2 + Ar）百分比保持在0.42%，反應(yīng)過程中惰性氣體的量保持不變，（N2 + Ar）=16.96+4.03%G，則 </p><p>　　53022.72+1.0183G=（16.96+4.03%G）/0.42%</p><p>　　解得 G=5711.20m3/h，即弛放氣的量為5711.20m3/h，由G可得到新鮮氣的量58838.44 m3/h</p>

49、<p>　　由弛放氣的組成可得出下表</p><p>　　表14 新鮮氣組成</p><p>　　2.1.5 循環(huán)氣氣量的確定</p><p>　　G1 =G 3+G4+G5+G6－G7－G8</p><p>　　式中：G1 為出塔氣氣量 ； G 3 新鮮氣氣量 ； G4 循環(huán)氣氣量 ；</p>

50、<p>　　G5 主反應(yīng)生成氣量； G6 副反應(yīng)生成氣量；</p><p>　　G7 主反應(yīng)消耗氣量； G8 副反應(yīng)消耗氣量；</p><p>　　G5= 16585.86+11.04+0.61%×5711.20=16631.74 m3/h</p><p>　　G6= 57.00+57.00+42.38+42.38+21.94+65.80

51、+17.52+140.20+1636.54+1636.54</p><p>　　=3717.30 m3/h</p><p>　　G7=16585.86+3317.72+11.04+22.08+0.61%×5711.20×3=49895.22 m3/h</p><p>　　G8=114.00+228.00+42.38+127.14+87.74+17

52、5.48+140.20+297.94+1636.54+1636.54</p><p>　　=4485.96 m3/h</p><p>　　已知出塔氣中甲醇含量為5.84%，則</p><p>　?。℅4×0.61%+5711.20×0.61%+16585.86+11.04）/ G1=0.0584</p><p>　　解得G

53、4= 289947.38m3/h</p><p>　　表15 循環(huán)氣組成</p><p>　　2.1.6 循環(huán)比，CO及 CO2單程轉(zhuǎn)化率的確定</p><p>　　循環(huán)比R= G4/G 3 =289947.38/58838.44=4.93</p><p>　　CO單程轉(zhuǎn)化率：(15344.68+69.68)/(15925.38+265

54、59.18)=0.3620</p><p><b>　　即 36.2%</b></p><p>　　CO2單程轉(zhuǎn)化率：1636.54/(2031.02+9017.36)=0.1481</p><p><b>　　即 14.81%</b></p><p>　　2.1.7 入塔氣和出塔氣組成</p

55、><p>　　G1 =G 3+G4+G5+G6－G7－G8=314845.88m3/h=14055.62 kmol/h</p><p>　　G2= G3+G4 =348785.80m3/h=15570.80 kmol/h G2 為入塔氣氣量</p><p>　　表16 入塔氣組成</p><p>　　表17 出塔氣組成</p>

56、<p>　　計算過程: 入塔氣CO=循環(huán)氣中CO+新鮮氣中CO</p><p>　　即15925.38+26559.18=42484.56 m3/h</p><p>　　同理可得其他氣體氣量;</p><p>　　出塔氣中CO=入塔氣中CO－反應(yīng)消耗的CO+反應(yīng)中生成的CO</p><p>　　即42484.56－16585.8

57、6－114.00－42.38－87.74－140.20－11.04－5711.20×0.61%+1636.54=27105.04 m3/h</p><p><b>　　同理可得其它氣體量</b></p><p>　　2.1.8 甲醇分離器出口氣體組成的確定</p><p>　　分離器出口氣體組分=循環(huán)氣氣體組分+弛放氣氣體組分；則分

58、離器出口氣體中CO氣量=循環(huán)氣中CO+弛放氣中CO=26559.18+523.14=27082.32m3/h 即 1209.04kmol/h ；同理可算的其他氣體的氣量。</p><p>　　表18 分離器出口氣體組成</p><p>　　根椐計算結(jié)果，可畫出甲醇生產(chǎn)物流圖，如：圖2-1　甲醇生產(chǎn)物流圖</p><p>　　1.新鮮氣 3.

59、循環(huán)氣</p><p>　　2.入塔氣 6.馳放氣</p><p><b>　　5.醇后氣</b></p><p><b>　　7.粗甲醇</b></p><p>　　2.1.9 粗甲醇精餾的物料平衡計算</p><p>　　A 預(yù)塔的

60、物料平衡</p><p><b>　　(1).進料</b></p><p>　　A.粗甲醇：27023.45kg/h。根據(jù)以上計算列表2-12</p><p><b>　　表2-12</b></p><p>　　B.堿液：據(jù)資料，堿液濃度為8%時，每噸粗甲醇消耗0.1 kg的NaOH。則消耗純NaO

61、H：0.127023.452.70kg/h</p><p>　　換成8%為：=33.75 kg/h</p><p>　　C.軟水：據(jù)資料記載。軟水加入量為精甲醇的20%計，則需補加軟水：</p><p>　　25252.5320%-33.75(1-8%)=5019.456kg/h</p><p>　　據(jù)以上計算列表2-13。</p>

62、;<p>　　表2-13 預(yù)塔進料及組成</p><p><b>　　(2).出料</b></p><p>　　A.塔底。甲醇：25252.53kg/h</p><p>　　B.塔底水。粗甲醇含水：1513.31kg/h</p><p>　　堿液帶水：32.994 kg/h</p><p

63、>　　補加軟水：5019.456 kg/h </p><p>　　合計：6565.76kg/h</p><p>　　C.塔底異丁醇及高沸物：70.26 kg/h</p><p>　　D.塔頂二甲醚及低沸物：113.50 kg/h</p><p>　　由以上計算列表2-14。</p><p>　　表2-14

64、　預(yù)塔出料流量及組成</p><p>　　B 主塔的物料平衡計算</p><p><b>　　(1).進料</b></p><p>　　加壓塔。預(yù)后粗甲醇：31891.25 kg/h</p><p>　　常壓塔。31891.25-25252.532/3=15169.73kg/h</p><p>

65、<b>　　(2).出料</b></p><p>　　加壓塔和常壓塔的采出量之比為2:1，常壓塔釜液含甲醇1%。</p><p>　　加壓塔。塔頂：25252.532/3=16835.02kg/h</p><p>　　塔釜：15682.76kg/h</p><p>　　常壓塔。塔頂：27751.341/399%=9157

66、.94 kg/h</p><p>　　塔釜：甲醇　　 水　　 NaOH 高沸物</p><p>　　kg/h：92.5 6421.746 2.869 7.70 </p><p>　　總出料：由以上計算。得表2-15甲醇精餾塔物料平衡匯總表：單位：kg/h</p><p>　　18500.89+6421.746+2.869+

67、7.70+92.5+9157.94=34183.645</p><p>　　得表2-15 甲醇精餾塔物料平衡匯總</p><p>　　根椐計算結(jié)果可畫出粗甲精餾物流圖，見圖2-2。</p><p>　　4.預(yù)塔頂出料 6.加壓塔頂出料　　7.常壓塔頂出料</p><p><b>　　1.粗甲醇</b><

68、/p><p><b>　　2.軟水</b></p><p><b>　　3.堿液</b></p><p>　　5.預(yù)塔底出料 8.常壓塔釜出料</p><p>　　圖2-2 粗甲醇精餾物流圖</p><p>　　2.2 甲醇生產(chǎn)的能量平衡

69、計算</p><p>　　2.2.1 合成塔能量計算</p><p>　　已知：合成塔入塔氣為220 ℃，出塔氣為250 ℃，熱損失以5%計，殼層走4MPa的沸水。</p><p>　　查《化工工藝設(shè)計手冊》得，4 MPa下水的氣化潛熱為409.7 kmol/kg，即1715.00 kJ/kg，密度799.0 kg/m3，水蒸氣密度為19.18 kg/m3，溫度為2

70、50 ℃。入塔氣熱容見 </p><p>　　表2-16　5MPa，220℃下入塔氣除(CH3OH)熱容</p><p>　　查得220℃時甲醇的焓值為42248.46 kJ/kmol，流量為749.391 Nm3。</p><p>　　所以：Q入=42248.46+212338.19220=2815007.35+46714401.8</p>

71、;<p>　　=49529409.15 kJ</p><p>　　出塔氣熱容除(CH3OH)見表4-17。</p><p>　　表2-17 5MPa，220℃下出塔氣除(CH3OH)熱容</p><p>　　查得250℃時甲醇的焓值為46883.2 kJ/kmol，流量為10471.692 Nm3。</p><p>　　所以：

72、Q出=46883.2+176365.71250=21917251.36+44091421.5</p><p>　　=66008672.86 kJ</p><p>　　由反應(yīng)式得:Q反應(yīng)=[102.37+200.39+115.69</p><p>　　+49.62+(-42.92)] 1000</p><p>　　=(88862.60+242.

73、08+577.30+5.14-2130.80)1000</p><p>　　=87556320 kJ</p><p>　　Q熱損失=(Q入＋Q反應(yīng)) 5%=(49529409.15+87556320) 5%</p><p>　　=6854286.46 kJ</p><p>　　所以：殼程熱水帶走熱量</p><p>　

74、　Q傳 = Q入 + Q反應(yīng) - Q出 - Q熱</p><p>　　=49529409.15+87556320-66008672.86-6854286.46</p><p>　　=64222769.83 kJ</p><p>　　又：Q傳=G熱水r熱水</p><p>　　所以:G熱水==37447.89 kg/h</

75、p><p>　　即時產(chǎn)蒸氣：=1952.45m3</p><p>　　2.2.2 常壓精餾塔能量衡算</p><p><b>　　Xf==0.448</b></p><p>　　查《化工工藝設(shè)計手冊》,甲醇露點溫度t=74.81℃75℃</p><p>　　操作條件：塔頂75℃，塔釜105℃，進料溫度

76、124℃，回流液溫度40℃，取回流液與進料的比例為4:1。</p><p>　　<1>.帶入熱量見表2-18。</p><p>　　表2-18　常壓塔入熱</p><p>　　Q入=Q進料+Q回流液+Q加熱=3077254.62+3555218.96+6856608.06+Q加熱</p><p>　　=13489081.64+ Q

77、加熱</p><p>　　<2>.帶出熱量見表2-19。</p><p>　　表2-19　常壓塔物料帶出熱量</p><p>　　所以：Q出＝11426819.64＋46331674.04＋34030.5＋29588879.84＋5%Q入</p><p>　　=60751404.02+5%Q入</p><p&g

78、t;<b>　　因為：Q出＝Q入</b></p><p>　　所以：Q入= Q出=63948846.34kJ/h</p><p>　　所以：Q蒸汽=50459764.7kJ/h</p><p>　　已知水蒸氣的汽化熱為2118.6 kJ/kg</p><p>　　所以：需蒸汽G3蒸汽==23817.5 kg/h</

79、p><p>　　甲醇蒸汽75℃ 40℃水</p><p><b>　　回流甲醇</b></p><p>　　加壓塔底液體 40℃ 30℃水</p><p>　　120℃

80、 </p><p>　　甲醇蒸汽 　 40℃</p><p>　　115 ℃ 精甲醇</p><p>　　冷凝液 殘液105℃&

81、lt;/p><p><b>　　甲醇115℃</b></p><p>　　圖2-3　常壓塔物流圖</p><p>　　<3>.冷卻水用量計算</p><p>　　對熱流體：Q入＝Q產(chǎn)品精甲醇+Q回流液=11426819.64+46331674.04 =57758493.68kJ/h</p><

82、p>　　Q出 = Q精甲醇(液)+Q回流液(液)</p><p>　　=9157.94402.68+6856608.06=7838339.228kJ/h</p><p>　　Q傳 =57758493.68(1-5%)-7838339.228=47032229.77kJ/h</p><p>　　所以：冷卻水用量G3水==1123.3 t水/h</p&g

83、t;<p>　　所以：每噸精甲醇消耗G’3水==40.44t水/t精甲醇</p><p>　　<4>.常壓塔精餾段熱量平衡見表2-20。 </p><p>　　表2-20 精餾段熱量平衡表</p><p>　　所以：總?cè)霟?總出熱</p><p>　　所以：53537019.32+17

84、9.56g內(nèi)=11426819.64+1226.31g內(nèi)</p><p>　　所以：g內(nèi)=40229.47 kg/h</p><p>　　<5>.常壓塔提餾段熱量平衡見表2-21。 </p><p>　　表2-21　提餾段熱量平衡表</p><p>　　因為：Q總?cè)霟?Q總出熱</p>

85、<p>　　即：54014983.66+179.56 g’內(nèi)=2992910.34+1226.31g’內(nèi)</p><p>　　所以：g’內(nèi)=48743.32kg/h</p><p>　　2.3 主要設(shè)備計算及選型</p><p>　　設(shè)備是化工工藝運作的載體，選擇合適的設(shè)備，對于提高生產(chǎn)率，降低原料，能是的消耗有著重要的作用。</p><

86、;p>　　2.3.1 常壓精餾塔計算</p><p>　　條件：⑴.精甲醇質(zhì)量：精甲醇含醇：99.95%(wt)</p><p>　　殘液含醇：1%(wt) </p><p>　?、?操作條件：塔頂壓力：0.01106 Pa</p><p>　　塔底壓力：0.13106 Pa</p><p><b

87、>　　塔頂溫度：67 ℃</b></p><p>　　塔底溫度：105 ℃</p><p>　　回流液溫度：40 ℃</p><p>　　進料溫度：124 ℃ </p><p><b>　　<1>.精餾段</b></p><p>　　平均溫度：(124

88、+67)=95.5 ℃</p><p>　　平均壓力：[(0.13106-0.01106) 0.01106]=99.6 KPa</p><p>　　表2-22　精餾段物料流率</p><p>　　標準狀況下的體積：V0=1257.1722.4=28160.63Nm3/h</p><p>　　操作狀況下的體積：V1=28160.63</p

89、><p>　　=19122.47m3/h</p><p>　　氣體負荷：Vn==5.312m3/s</p><p>　　氣體密度： ==2.104 kg/ m3</p><p>　　查《化工工藝設(shè)計手冊》，95.5℃時甲醇的密度=721 kg/m3</p><p>　　液體負荷：Ln==0.0155m3/h</p&

90、gt;<p><b>　　<2>.提餾段</b></p><p>　　平均溫度：(105+124)=114.5 ℃</p><p>　　入料壓力：(0.13106-0.01106)=89.6 kPa</p><p>　　平均壓力：(89.6103+0.13106)=109.8 kPa</p><p&

91、gt;　　表2-23 提餾段內(nèi)回流量</p><p>　　標準狀況下的體積： =1523.2322.4=34120.32 Nm3/h</p><p>　　操作狀態(tài)下的體積：=34120.32</p><p>　　=23292.9 Nm3/h</p><p>　　所以：氣體負荷：Vm==6.47 m3/s</p><p&g

92、t;　　氣體密度： ==2.093kg/m3</p><p>　　查得進料狀態(tài)甲醇溶液溫度124℃，含甲醇55.7%，密度為0.83 t/m3。</p><p>　　塔底含醇1%，可近似為純水，105℃，0.13Mpa下水的密度為939.41 kg/m3。</p><p>　　所以：液體平均密度==893.21 kg/m3</p><p>　

93、　則液體負荷Lm==0.01516m3/s</p><p>　　2.3.2 初估塔徑</p><p>　　本設(shè)計采用F1重閥浮閥塔，設(shè)全塔選用標準結(jié)構(gòu)，板間距HT=0.35 m，溢流堰高hc=0.05 m。</p><p><b>　　<1>.精餾段</b></p><p><b>　　求操作負荷系

94、數(shù)C</b></p><p>　　精餾段功能參數(shù)：()=()</p><p><b>　　=0.054</b></p><p>　　塔板間有效高度H0=HT-HC</p><p>　　=0.35-0.05=0.30m</p><p>　　查斯密斯圖《甲醇工學》化工工學出版社。得負荷系數(shù)

95、：G=0.0515。</p><p>　　又查得95.5℃時，甲醇的表面張力為：15.8710-5 N/cm</p><p>　　水的表面張力為：68.8710-5 N/cm</p><p>　　精餾段甲醇水溶液的平均組成為：</p><p>　　甲醇：(0.9995+0.579)=0.7893 wt</p><p>

96、　　則含水為：1-0.7893=0.2107 wt</p><p>　　所以表面張力：σ=0.789315.8710-5+0.210768.8710-5</p><p>　　=27.0410-5 N/cm</p><p><b>　　所以：C==</b></p><p><b>　　=0.0485</b&

97、gt;</p><p>　?、?最大流速Umax</p><p>　　Umax=1.3C=1.30.0485</p><p><b>　　=1.69 m/s</b></p><p>　　U適=0.7Umax=1.690.7=1.183 m/s</p><p><b>　?、牵笏紻&l

98、t;/b></p><p>　　D===2.39 m</p><p><b>　　<2>.提餾段</b></p><p><b>　　求操作負荷系數(shù)C</b></p><p>　　提餾段功能參數(shù)：（）=()</p><p><b>　　=0.048

99、4</b></p><p>　　查斯密斯圖得G=0.0524</p><p>　　又得114.5℃時，甲醇表面張力為：14.1310-5 N/cm</p><p>　　水的表面張力為：57.0610-5 N/cm</p><p>　　提餾段甲醇水混合平均組成：</p><p>　　甲醇：(0.01+0.57

100、9)=0.295</p><p>　　水：1-0.295=0.705</p><p><b>　　平均表面張力：</b></p><p>　　=0.29514.1310-5+0.70557.0610-5</p><p>　　=44.4010-5 N/cm</p><p><b>　　所以

101、：C==</b></p><p><b>　　=0.0447</b></p><p><b>　　求提餾段U’max</b></p><p>　　max=1.3C=1.30.0447</p><p>　　=1.199 m/s</p><p>　　適=0.7max=

102、0.71.199=0.839 m/s</p><p><b>　　求塔徑</b></p><p><b>　　===2.93 m</b></p><p>　　對全塔，取塔徑D=3000 mm</p><p>　　2.3.3 理論板數(shù)的計算</p><p>　　<1>

103、;.各點的甲醇摩爾分數(shù)，設(shè)加壓塔后甲醇的甲醇摩爾人率為Xf。</p><p><b>　　Xf==0.437</b></p><p>　　精甲醇中甲醇的摩爾分率Xd。</p><p><b>　　Xd==0.999</b></p><p>　　殘液中甲醇的摩爾分率Xw。</p><

104、;p>　　Xw==0.0057</p><p><b>　　<2>.處理能力</b></p><p><b>　　F==</b></p><p>　　=102.93 kmol/h</p><p><b>　　精餾段物料量：</b></p><

105、;p>　　D精=F=102.93</p><p>　　=44.697 kmol/h</p><p><b>　　提餾段物料量：</b></p><p>　　D提=F=102.93</p><p>　　=55.185 kmol/h</p><p>　　<3>.平均揮發(fā)度：</

106、p><p>　　查得124℃時，甲醇的飽和蒸汽壓P*CH3OH=705.38 Kpa</p><p>　　水的飽和蒸汽壓P*H2O=229.47 Kpa</p><p>　　105℃時，甲醇的飽和蒸汽壓P*CH3OH=439.08 Kpa</p><p>　　水的飽和蒸汽壓P*H2O=123.18 Kpa</p><p>

107、<b>　　由=得：</b></p><p>　　124℃時，124℃==3.074</p><p>　　105℃時，105℃==3.565</p><p>　　平均揮發(fā)度：===3.310</p><p>　　<4>.求最小理論塔板數(shù)Nm：</p><p>　　因為：Xd=0.999

108、，Xw=0.0057；</p><p>　　Xd1=0.001Xw1=0.9943；</p><p>　　根椐芬斯克公式：Nm==</p><p><b>　　=10.06塊</b></p><p>　　<5>.求最小回流比</p><p><b>　　各組分參數(shù)列表<

109、;/b></p><p>　　用恩德伍德公式計算：</p><p><b>　　=Rm+1</b></p><p><b>　　=1-q</b></p><p><b>　　因為：為露點進料</b></p><p><b>　　所以：q=

110、1</b></p><p><b>　　=0=+</b></p><p>　　用試差法求出：=3.254，代入：</p><p><b>　　=Rm+1=+</b></p><p>　　故：Rm=10.32</p><p>　　操作回流比R=1.5Rm=1.510

111、.30=15.45</p><p><b>　　則==0.356</b></p><p>　　<6>.求實際理論板數(shù)</p><p>　　查吉利蘭圖得：=0.356</p><p><b>　　則：=0.356</b></p><p>　　所以：N16.17塊&l

112、t;/p><p><b>　　<7>.計算板效率</b></p><p>　　求平均相對揮發(fā)度與平均粘度的積(、)</p><p>　　塔頂塔底平均溫度為：(105+67)=86℃</p><p>　　86℃時：=0.32510-3 PaS</p><p>　　=0.335410-3 Pa

113、S</p><p>　　則：= Xf+ (1-Xf)</p><p>　　=0.32510-30.437+0.335410-3(1-0.437)</p><p>　　=0.330910-3 PaS</p><p>　　所以：=0.330910-33.310=1.097310-3 PaS</p><p>　　查板效率與關(guān)

114、聯(lián)圖得：N=15.05</p><p>　　板效率：E=49*=</p><p>　　所以實際板數(shù)為：=34.85塊</p><p>　　2.3.4 塔內(nèi)件設(shè)計</p><p><b>　　<1>.溢流堰設(shè)計</b></p><p>　　塔板上的堰是為了保持塔板上有一定的清液層高度，若

115、過高則霧沫夾帶嚴重，過低氣液接觸時間短，都會降低板效。根椐經(jīng)驗，取清液層高度hc=0.05，本設(shè)計選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進口堰。</p><p>　　堰長取Lw=0.8D=0.83000=2400 mm</p><p>　　堰高：hw=hl-how</p><p>　　采用平直堰，堰上液層高度how</p><p>　　how=E()

116、 --------------(a)</p><p>　　提餾段及精餾段計算結(jié)果如下：</p><p><b>　　<2>.降液管設(shè)計</b></p><p>　　Lw=2400mm，=0.8</p><p>　　查閱《代工原理》(下)天津科學技術(shù)出版社，得到：=0.2，=0.

117、15</p><p>　　Wd--------降液管弓形寬度m</p><p>　　Af---------降液管弓形面積m2</p><p>　　AT--------塔截面積m2</p><p>　　Wd=0.23.000=0.6m</p><p>　　AT=D2=3.14(3.000)2=7.065 m2</p

118、><p>　　Af=7.0650.15=1.0598 m2</p><p>　　降液管容積與液體流量之比為液體在降液管中的停錙時間t，一般大于5S，即：</p><p><b>　　t=</b></p><p>　　精餾段：t==23.93>5S</p><p>　　提餾段：t==24.47&g

119、t;5S</p><p>　　故降液管底隙高度H0，對弓形降液管，管口面積等于底隙面積，即有：</p><p>　　H0=，取=0.2 m/s則：</p><p>　　精餾段：H0==0.0323 m</p><p>　　提餾段：H0==0.0316 m</p><p>　　<3>.塔板布置及浮閥數(shù)目與排列

120、：</p><p>　　取閥孔動能因子F0=13.5,計算如下：</p><p>　　考慮到塔的直較大，必須采用分塊式塔盤，取=85mm，按=95 mm， =85 mm以等腰三角形順排。</p><p>　　排得閥數(shù)為530個，按N=530個重新?lián)Q算F，計算結(jié)果如下：</p><p>　　閥孔動能因素變化不大，仍在9-12之間。塔板開孔率：&

121、lt;/p><p><b>　　==8.04%</b></p><p>　　2.3.5 塔板流體力學驗算</p><p>　　<1>.氣相通過浮閥塔的壓降</p><p>　　Hp=Hc+Hl+H</p><p><b>　　干板阻力</b></p>&

122、lt;p>　　⑵.板上充氣液層阻力。取充氣系數(shù)0=0.5</p><p>　　hl=1hL=0.50.05=0.025</p><p>　?、且后w表面張力所造成的阻力很小，可以忽略。</p><p>　　所以hp=hc+hL</p><p>　　對精餾段：hp=0.025+0.069=0.094m水柱</p><p&

123、gt;　　對提餾段：hp=0.025+0.055=0.080m水柱</p><p><b>　　<2>渣塔</b></p><p>　　為防止淹塔，要求嚴格控制降流管中液層高度。</p><p><b>　　Hd(HT+hw)</b></p><p>　　Hd=hp+hL+hd</

124、p><p>　　A、氣體通過塔板的壓降相當?shù)囊航蹈叨萮p</p><p>　　精餾段hp= 0.094m水柱 提餾段hp=0.080m水柱</p><p>　　B、液體通過降液管的壓頭損失。</p><p><b>　　因為不設(shè)進口堰：</b></p><p>　　精餾段：hd=0.153()2=0.