畢業(yè)設(shè)計(jì)---40kta粗甲醇合成精餾工段工藝設(shè)計(jì)

1、<p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　二 〇 一 一 年 六 月</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　作為化工畢業(yè)生，我們應(yīng)該較為系統(tǒng)掌握化工設(shè)計(jì)的基本程序和方法，使我們?cè)诓殚喖夹g(shù)資料，迅速進(jìn)行工程計(jì)算，用簡(jiǎn)潔的文字、清晰的圖表表達(dá)自己設(shè)計(jì)結(jié)果等方面的能力有所

2、提高。這就是本次設(shè)計(jì)的目的。</p><p>　　這次設(shè)計(jì)，主要是進(jìn)行甲醇合成和精餾工段的物料和熱量衡算。進(jìn)行物料衡算時(shí)，理論依據(jù)是物料平衡方程。但具體計(jì)算時(shí)，由于副反應(yīng)較多，而且有些副反應(yīng)的生產(chǎn)量不確定，所以在計(jì)算過程中引用了一些經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式、做了一些近似處理。進(jìn)行熱量衡算的理論依據(jù)是熱量平衡式，在計(jì)算時(shí)有些物質(zhì)的準(zhǔn)確比熱和汽化熱很難找到，所以用了近似計(jì)算值或是經(jīng)驗(yàn)值。本次設(shè)計(jì)雖然作了不少近似計(jì)算，引用了一些經(jīng)

3、驗(yàn)值，但是都是嚴(yán)格按照有關(guān)文獻(xiàn)資料進(jìn)行的，所以設(shè)計(jì)結(jié)果達(dá)到預(yù)期效果。</p><p>　　通過這次設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到做設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)一定要嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)，同時(shí)是我覺得自己在綜合所學(xué)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行化工設(shè)計(jì)、迅速進(jìn)行工程計(jì)算等方面發(fā)展空間很大，有待于提高。</p><p>　　關(guān)鍵詞：甲醇合成；物料衡算；熱量衡算</p><p><b>　　Abstract</b>

4、;</p><p>　　As a chemical graduates, we should be more systematically mastered the basic chemical engineering design procedures and methods, access to technical information to enable us to quickly carry out e

5、ngineering calculations, using simple language, clear expression of their own design charts results of capacity increased. This is the purpose of this design.</p><p>　　The design, mainly for methanol synthes

6、is and distillation section in the material and heat balance. The material balance, the theory is based on material balance equation. However, the specific calculations, the more side effects, side effects and some uncer

7、tain volume of production, so the reference in the calculation formula of some experience, make some approximations. The heat balance of the theory is based on heat balance, a little bit of substance in the calculation o

8、f the exact specific </p><p>　　Through this design has helped me to do the design calculations must be rigorous and realistic, while I feel that the knowledge learned in the comprehensive design of the chemi

9、cal industry, the rapid development of the engineering calculation, and plenty of room to be improved.</p><p>　　Keywords: methanol synthesis; material balance; heat balance</p><p><b>　　朗讀&

10、lt;/b></p><p>　　顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音</p><p><b>　　字典</b></p><p><b>　　翻譯以下任意網(wǎng)站</b></p><p>　　The White House-美國(guó)</p><p>　　Zeit Online-德語<

11、/p><p>　　Berlingske.dk-丹麥</p><p>　　OneIndia-印地語</p><p>　　Los Angeles Times-美國(guó)</p><p>　　Komika Magasin-瑞典語</p><p>　　Spiegel Online-德語</p><p>　　Mar

12、miton.org-法國(guó)</p><p>　　Gotujmy.pl-波蘭語</p><p>　　USA Today-美國(guó)</p><p>　　Bild.de-德語</p><p>　　Focus Online-德語</p><p><b>　　朗讀</b></p><p>

13、　　顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　第一章 概 述2</p><p>　　1.1 甲醇發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2 甲醇的發(fā)展前景2</p&g

14、t;<p>　　1.3 甲醇合成3</p><p>　　1.3.1 甲醇合成方法及設(shè)備簡(jiǎn)介3</p><p>　　1.3.2 甲醇合成工藝流程簡(jiǎn)介5</p><p>　　1.4 甲醇精餾工藝流程簡(jiǎn)介6</p><p>　　1.4.1 精餾的原理6</p><p>　　1.4.2 精餾工藝流程6

15、</p><p>　　第二章 合成工段工藝計(jì)算9</p><p>　　2.1 合成工段物料衡算9</p><p>　　2.1.1 設(shè)計(jì)條件及參數(shù)9</p><p>　　2.1.2 合成工段物料衡算10</p><p>　　2.2 合成工段熱量衡算19</p><p>　　2.2.1 合

16、成塔的熱量衡算19</p><p>　　2.2.2 原料預(yù)熱器的熱量計(jì)算24</p><p>　　2.2.3 水冷器熱量的計(jì)算27</p><p>　　第三章 精餾工段工藝計(jì)算31</p><p>　　3.1 精餾工段物料衡算31</p><p>　　3.1.1 預(yù)精餾塔物料衡算31</p>

17、<p>　　3.1.2 加壓塔物料衡算33</p><p>　　3.1.3常壓塔物料衡算35</p><p>　　3.2 精餾工段的熱量衡算37</p><p>　　3.2.1 預(yù)精餾塔熱量衡算37</p><p>　　3.2.2 預(yù)塔冷凝器熱量衡算40</p><p>　　3.2.3 常壓塔熱量衡

18、算41</p><p>　　3.2.4 加壓塔熱量衡算44</p><p>　　第四章 預(yù)塔冷卻器工藝計(jì)算47</p><p>　　4.1、初選換熱器47</p><p>　　4.1.1 基本物性數(shù)據(jù)47</p><p>　　4.1.2 初選換熱器型號(hào)47</p><p>　　4.1

19、.3 確定流體的流徑48</p><p>　　4.2 核算壓降49</p><p>　　4.2.1 管程壓強(qiáng)降49</p><p>　　4.2.2 殼程壓強(qiáng)降49</p><p>　　4.3 核算總傳熱系數(shù)50</p><p><b>　　結(jié)束語52</b></p>&l

20、t;p><b>　　參考文獻(xiàn)53</b></p><p><b>　　謝 辭54</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　甲醇是僅次于合成氨的化工產(chǎn)品和重要的有機(jī)化工原料，也是最簡(jiǎn)單的化學(xué)品之一，廣泛應(yīng)用于有機(jī)合成、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、涂料、汽午和國(guó)防等工業(yè)

21、中。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，甲醇被認(rèn)為是最有希望代替汽油的并且將成為21世紀(jì)有競(jìng)爭(zhēng)力的可選清潔燃料，它可直接用作汽車燃料，也可與汽油摻合使用。因此，合成甲醇的研究越來越引起人們的重視了。 </p><p>　　近幾十年來,特別是我國(guó)甲醇工業(yè)的發(fā)展,生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大,下游產(chǎn)品種類不斷增加,社會(huì)需求越來越大。所以迫切要求對(duì)甲醇合成過程進(jìn)行優(yōu)化操作和控制。目前我國(guó)甲醇合成主要還是以高壓法和低壓法為主，高壓法對(duì)設(shè)備

22、耐壓要求較高，能耗較高，投資費(fèi)用較大，而且單程轉(zhuǎn)化率較低；低壓法雖然克服了壓力的影響，但是設(shè)備龐大，投資費(fèi)用也較高，所以我們應(yīng)該集中精力開發(fā)中低壓甲醇合成的工藝。在粗甲醇的精制過程中，我國(guó)大多數(shù)甲醇生產(chǎn)還采用雙塔流程，它的缺點(diǎn)是甲醇純度不高，熱量利用率較低；三塔流程雖然設(shè)備投資較高，但它克服了雙塔流程的一些缺點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)和環(huán)保角度綜合考慮我們應(yīng)該向三塔流程發(fā)展。與此同時(shí)，應(yīng)該積極做好三廢處理等問題，逐步實(shí)現(xiàn)綠色化工。</p>

23、<p><b>　　第一章 概 述</b></p><p>　　1.1 甲醇發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，我國(guó)能源生產(chǎn)總量和需求總量都在不斷增長(zhǎng)。7O年代兩次石油危機(jī)和石油價(jià)格持續(xù)上漲，使世界各國(guó)都充分認(rèn)識(shí)到2l世紀(jì)將是能源結(jié)構(gòu)逐步向多元化結(jié)構(gòu)發(fā)展的時(shí)代。目前，人類己面臨著石油及天然氣這一寶貴的化石能源的不斷枯竭，按照經(jīng)濟(jì)可持

24、續(xù)發(fā)展的要求，必須更加合理有效地利用資源?！叭庇?、少氣、富煤”的客觀現(xiàn)實(shí)，意味著今后30年內(nèi)，我國(guó)一次能源消費(fèi)以煤為主的格局不會(huì)改變。但如果只沿用落后技術(shù)，把煤直接燃燒用于發(fā)電和其它工業(yè)目的，不斷擴(kuò)大低效、高污染應(yīng)用技術(shù)中煤的用量，則同樣是難以為繼的，同時(shí)對(duì)環(huán)境的威脅將是難以估量的。因此，充分利用豐富的煤炭資源，大力發(fā)展?jié)崈裘杭夹g(shù)和新一代煤化工技術(shù)是非常必要的，既對(duì)我國(guó)合理利用資源、有效利用能源和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)，又對(duì)保

25、護(hù)國(guó)家能源安全具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。</p><p>　　近年來，我國(guó)甲醇市場(chǎng)非?；鸨杭状純r(jià)格持續(xù)高位，甲醇生產(chǎn)裝置開工率不斷提高，各地甲醇新建項(xiàng)目陸續(xù)開工。出現(xiàn)這種局面的原因，一是甲醇傳統(tǒng)消費(fèi)領(lǐng)域，如甲醛、醋酸等產(chǎn)品的產(chǎn)量穩(wěn)步提升，對(duì)甲醇的需求量逐步增加；二是新的消費(fèi)領(lǐng)域，如醇醚燃料、甲醇制烯烴等由于發(fā)展前景廣闊，也引發(fā)了國(guó)內(nèi)對(duì)甲醇裝置的投資熱。 我國(guó)甲醇生產(chǎn)以煤為主要原料，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不盡合理，裝置規(guī)模偏小，企

26、業(yè)數(shù)目過多，原料路線和工藝技術(shù)五花八門。由于對(duì)醇醚燃料需求的高度期待，我國(guó)甲醇發(fā)展過熱，幾乎“遍地開花”。據(jù)報(bào)導(dǎo)，2000～2007年我國(guó)甲醇產(chǎn)能年均增長(zhǎng)率為24.8%，2007年我國(guó)共有甲醇生產(chǎn)企業(yè)177家，總規(guī)模已突破1600萬噸/年，2010年總產(chǎn)能達(dá)到3000萬噸/年。我國(guó)規(guī)劃中的甲醇產(chǎn)能已超過同期世界其他各國(guó)的總產(chǎn)能。2007年下半年甲醇出口激增。而煤基甲醇是資源消耗型產(chǎn)品，是低附加值產(chǎn)品，依靠大量出口來消化過剩的產(chǎn)能是不妥的

27、。</p><p>　　1.2 甲醇的發(fā)展前景</p><p>　　甲醇作為最有希望代替汽油的并且將成為21世紀(jì)有競(jìng)爭(zhēng)力的可選清潔燃料，具有巨大的發(fā)展前景。專家認(rèn)為，首先必須開拓甲醇作為車用燃料的用途， 即發(fā)展甲醇汽車才能使甲醇取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。甲醇汽油是符合我國(guó)國(guó)情的替代能源之一，不僅符合國(guó)家節(jié)能減排政策的要求，而且因甲醇汽油可部分替代石油，在一定程度上相當(dāng)于擴(kuò)大了我國(guó)石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備。同

28、時(shí)，推廣甲醇汽油，一方面可以釋放我國(guó)每年2000多萬噸的甲醇產(chǎn)能，改變我國(guó)甲醇產(chǎn)能嚴(yán)重過剩的局面，提高甲醇生產(chǎn)企業(yè)的開工率。另一方面，甲醇汽油的生產(chǎn)成本低，甲醇汽油價(jià)格更為優(yōu)惠，從普通百姓的角度講，更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。我國(guó)現(xiàn)在提出了四個(gè)石油替代路徑：天然氣替代、電動(dòng)力替代、生物燃料替代和煤基燃料替代，煤基燃料替代包括煤制天然氣、甲醇、二甲醚、合成油等。煤基醇醚燃料更具有大規(guī)模、基地化推廣的現(xiàn)實(shí)性，是最實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的選擇。因?yàn)榧状荚谖覈?guó)已經(jīng)有一定規(guī)

29、模的產(chǎn)能，另外甲醇的投資成本低，無論甲醇汽油生產(chǎn)技術(shù)還是甲醇車輛生產(chǎn)技術(shù)都已經(jīng)非常成熟了。甲醇汽油如果作為車用燃料比其他替代能源都有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榧状计褪且环N液體燃料，好多特性和汽油雷同，但比汽油更安全、更環(huán)保、更節(jié)能。另外，甲醇汽油可直</p><p><b>　　1.3 甲醇合成</b></p><p>　　1.3.1 甲醇合成方法及設(shè)備簡(jiǎn)介</p>

30、<p>　　生產(chǎn)甲醇的方法有多種，早期用木材或木質(zhì)素干餾法制甲醇的方法，今大在工業(yè)上已經(jīng)被淘汰了。氯甲烷水解法也可以生產(chǎn)甲醇，但因水解法價(jià)格昂貴，所以沒有得到工業(yè)上的應(yīng)用。甲烷部分氧化法可以生產(chǎn)甲醇，這種制甲醇的方法工藝流程簡(jiǎn)單，建設(shè)投資節(jié)省。但是，這種氧化過程不易控制，常因深度氧化生成碳的氧化物和水，而使原料和產(chǎn)品受到很大損失，因此甲烷部分氧化法制甲醇的方法仍未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。但它具有上述優(yōu)點(diǎn)，國(guó)外在這方面的研究一直沒有中斷，

31、應(yīng)該是—種很有工業(yè)前途的制取甲醇的方法。</p><p>　　目前工業(yè)上幾乎都是采用一氧化碳、二氧化碳加壓催化氫化法合成甲醇。天然氣、石腦油、重油、煤及其加工產(chǎn)品(焦炭、焦滬煤氣)、乙炔尾氣等均可作為生產(chǎn)甲醇的原料。天然氣與石腦油的蒸汽轉(zhuǎn)化需在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)很高的轉(zhuǎn)化爐中進(jìn)行。轉(zhuǎn)化爐設(shè)置有輻射室與對(duì)流室，在高溫、催化劑存在下進(jìn)行烴類蒸汽轉(zhuǎn)化反應(yīng)。重油部分氧化要在高溫氣化爐中進(jìn)行，以固體燃料為原料時(shí)，可用間歇?dú)饣?/p>

32、連續(xù)氣化制水煤氣。間歇?dú)饣ㄒ钥諝?、蒸汽為氣化劑，將吹風(fēng)、制氣階段分開進(jìn)行；連續(xù)氣化以氧氣、蒸汽為氣化劑，過程連續(xù)進(jìn)行。</p><p>　　甲醇生產(chǎn)中所使用的多種催化劑，如天然氣與石腦油蒸氣轉(zhuǎn)化催化劑、甲醇合成催化劑等都易受硫化物毒害而失去活性，因此必須將硫化物除凈。氣體脫硫方法可分為兩類：一類是干法脫硫，一類是濕法脫硫。干法脫硫設(shè)備簡(jiǎn)單，但由于反應(yīng)速率較慢，設(shè)備比較龐大。濕法脫硫可分為物理吸收法、化學(xué)吸收法與

33、直接氧化法三類。甲醇的合成是在高溫、高壓、催化劑存在下進(jìn)行的，是典型的復(fù)合氣—固相催化反應(yīng)過程。隨著甲醇合成催化劑技術(shù)的不斷發(fā)展，目前總的趨勢(shì)是由高壓向低、中壓發(fā)展。</p><p>　　我國(guó)富煤貧油，因此煤與焦炭是制造甲醇粗原料氣的主要固體燃料。用煤和焦炭制甲醇的工藝路線包括燃料的氣化、氣體的脫硫、變換、脫碳及甲醇合成。用蒸汽與氧氣(或空氣、富氧空氣)對(duì)煤、焦炭進(jìn)行熱加工稱為固體燃料氣化。氣化所得可燃性氣體通稱

34、煤氣，是制造甲醇的切始原料氣。</p><p>　　氣化的主要設(shè)備是煤氣發(fā)生爐，按煤在爐中的運(yùn)動(dòng)方式，氣化方法可分為固定床(移動(dòng)床)氣化法、流化床氣化法和氣流床氣化法。國(guó)內(nèi)用煤與焦炭制甲醇的煤氣化一般都沿用固定床間歇?dú)饣?，煤氣爐沿用UGI爐。在國(guó)外對(duì)于煤的氣化，目前已工業(yè)化的煤氣化爐有柯柏斯—托切克(Koppers-Totzek)、魯奇(Lurgi)及溫克勒(Winkler)三種。還有第二、第三代煤氣化爐的爐型

35、主要有德士古(Texaco)及謝爾-柯柏斯(SheII-Koppers)等。</p><p>　　制得合成氣經(jīng)變換、脫硫、脫碳處理后送入合成器進(jìn)行甲醇合成。甲醇合成的主要設(shè)備有甲醇合成塔、水冷卻器、甲醇分離器、濾油器、循環(huán)壓縮機(jī)。其中，甲醇合成塔的類型很多。由于甲醇合成反應(yīng)是一個(gè)可逆的放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱效應(yīng)大，為使反應(yīng)始終處于較高的速度下，必須及時(shí)移走這些熱量，因此，按不同的移熱方法，可分為冷管型連續(xù)換熱式和冷激型

36、多段換熱式兩大類；按反應(yīng)氣流動(dòng)的方式有軸向和徑向，或者二者兼有的混合型。甲醇合成塔的基本結(jié)構(gòu)主要由外簡(jiǎn)、內(nèi)件和電加熱器三部分組成。外筒是一個(gè)高壓容器，一般由多層鋼板卷焊而成繞帶統(tǒng)制而成。內(nèi)件是由催化刑筐和換熱器兩部分組成。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)所用的合成工藝為L(zhǎng)urgi甲醇合成工藝，該工藝所用的合成器為管束型副產(chǎn)蒸汽的合成反應(yīng)器，被稱為L(zhǎng)urgi管殼式甲醇合成反應(yīng)器。該合成反應(yīng)器既是反應(yīng)器又是廢熱鍋爐，反

37、應(yīng)器內(nèi)部類似一般列管式換熱器，列管內(nèi)裝催化劑，管外為沸騰水。原料氣與反應(yīng)后的氣體換熱后溫度上升到220℃左右進(jìn)入反應(yīng)器反應(yīng)放出的熱量經(jīng)管壁傳給管間的沸騰水，產(chǎn)生4MPa的飽和蒸汽。反應(yīng)器殼程的鍋爐水是自然循環(huán)的，這樣可以通過控制沸騰水的蒸汽壓力，可以保持恒定的反應(yīng)溫度，有效的抑制了副反應(yīng)，延長(zhǎng)了催化劑的使用壽命。該反應(yīng)器單位體積催化劑床層的換熱面積較大，熱能利用合理，每噸甲醇副產(chǎn)蒸汽高達(dá)1.4噸，產(chǎn)生的這些蒸汽首先用于驅(qū)動(dòng)新鮮原料氣及循

38、環(huán)氣透平壓縮機(jī)，然后將出來的低壓蒸汽送至精餾工段作為精餾塔塔釜再沸器的加熱熱源，Lurgi工藝合成每噸甲醇比軸向合成反應(yīng)器工藝多回收熱量約1.8×106KJ。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)溫度溫和、壓力低，副反應(yīng)少、時(shí)空收率高，單程轉(zhuǎn)化率較高，熱能利用合理，因此循環(huán)氣量減少，這樣降低了循環(huán)回路中管件閥門的費(fèi)用和循環(huán)壓縮機(jī)的能耗；Lurgi合成反應(yīng)器開車方便，只要將4MPa蒸汽通過合成塔殼程即可加熱</p><p>

39、　　1.3.2 甲醇合成工藝流程簡(jiǎn)介</p><p>　　甲醇合成的前期工藝與合成氨相似，首先進(jìn)行合成氣的生產(chǎn)，合成氣經(jīng)脫硫、變換脫碳后處理后進(jìn)行甲醇合成。本次合成工藝選用Lurgi工藝，合成壓力為5MPa，合成氣進(jìn)合成塔溫度220℃，反應(yīng)溫度270℃，出口溫度為250℃。新鮮原料氣首先進(jìn)入透平壓縮機(jī)，將原料氣壓縮至合成壓力，此時(shí)溫度約為40-50℃。由于合成塔出口溫度較進(jìn)口溫度相差較高，因此可用合成塔出口氣加

40、熱原料氣，使其溫度上升至合成溫度，這樣既節(jié)省了能源又合理利用了熱量。加熱后的原料氣由Lurgi管殼式甲醇合成反應(yīng)器頂部進(jìn)入合成塔內(nèi)部列管，管中填充催化劑，合成氣在其中進(jìn)行反應(yīng)。甲醇合成反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)，低溫有利于反應(yīng)向合成方向進(jìn)行，而且溫度過高會(huì)使催化劑失活，因此需要即使將反應(yīng)熱移出合成塔。Lugi合成器同時(shí)是廢熱鍋爐，它的殼程走的是沸騰水，沸騰水從合成塔底部進(jìn)入，4MPa的蒸汽有頂部側(cè)端排出，這樣只要控制合成塔頂部蒸汽的壓力就可以控

41、制合成塔的溫度恒定。反應(yīng)后的氣體溫度較高，與新鮮原料氣換熱后溫度降到約70-95℃，其中的甲醇還以氣體的形式存在，因此需要進(jìn)一步冷凝。換熱后的甲醇進(jìn)入水冷器與冷卻水進(jìn)行換熱，換熱后粗甲醇冷凝下來，經(jīng)甲醇分</p><p>　　1.4 甲醇精餾工藝流程簡(jiǎn)介</p><p>　　1.4.1 精餾的原理</p><p>　　將液體混合物進(jìn)行多次部分氣化，同時(shí)又把產(chǎn)生的蒸氣

42、多次部分冷凝，使混合物分離為所要求組分的操作過程稱為精餾。</p><p>　　對(duì)于一次氣化和一次冷凝來說，由于液體混合物中所含組分的沸點(diǎn)不同，當(dāng)其在一定溫度下部分氣化時(shí)，因低沸點(diǎn)物易于氣化，故它在氣相中的濃度較液相高，而液相中高沸點(diǎn)物的濃度較氣相高。這就改變了氣液兩相的組成。當(dāng)對(duì)部分氣化所得的蒸汽進(jìn)行部分冷凝時(shí)，因高沸點(diǎn)物易于冷凝，使冷凝液中高沸點(diǎn)物的濃度較氣相高，而未冷凝氣中低沸點(diǎn)物的濃度比冷凝液中要高。這樣

43、經(jīng)過一次部分氣化和部分冷凝，使混合液通過各組分濃度的改變得到了初步分離。如果多次這樣進(jìn)行下去，將最終在液相中留下基本上是高沸點(diǎn)的組分，在氣相中留下的基本上是低沸點(diǎn)組分。由此可見，部分氣化和部分冷凝，都使氣液相的組成發(fā)生變化，多次部分氣化和多次部分冷凝同時(shí)進(jìn)行，就可以將混合物分離為純的或比較純的組分。</p><p>　　1.4.2 精餾工藝流程 </p><p>　　粗甲醇精餾流程是根據(jù)對(duì)

44、產(chǎn)品甲醇不同的質(zhì)量要求而定的，一般可分為單塔、雙塔以及三塔流程。如果產(chǎn)品為燃料級(jí)甲醇時(shí)可采用較簡(jiǎn)單的單塔流程，如果要想獲得質(zhì)量較高的甲醇時(shí)常采用雙塔流程，從節(jié)能的觀點(diǎn)出發(fā)還可采用三塔流程。一般單塔流程已很少用到，本次設(shè)計(jì)采用雙效法三塔流程，雙塔流程只做簡(jiǎn)要介紹。</p><p>　　1.4.2.1雙塔流程</p><p>　　雙塔流程是最為普遍采用的甲醇精餾方式。第一塔為預(yù)精餾塔，第二塔為

45、主精餾塔，二塔再沸器的熱源均來自循環(huán)氣壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)透平排出的低壓蒸汽。預(yù)精餾塔用以分離輕組分和溶解的氣體如H2、CO、CO2等。塔頂取出的氣體包括不凝性氣體、輕組分、水蒸氣以及甲醇。經(jīng)過冷凝，大部分水分和甲醇回流入塔，同時(shí)從冷凝器抽一小部分冷凝液以減少揮發(fā)性較低的輕組分。為了減少塔頂排放氣中甲醇的損失，塔頂冷凝器可做成二級(jí)冷凝。主精餾塔主要除去重組分，包括乙醇、水以及高級(jí)醇，同時(shí)獲得產(chǎn)品精甲醇。含水和高沸點(diǎn)組分的甲醇從該塔中部進(jìn)入，高級(jí)醇

46、從加料板以下側(cè)線引出，含微量甲醇的水從塔底排出，產(chǎn)品甲醇從近塔頂處取出。</p><p>　　1.4.2.2 三塔流程</p><p>　　精餾過程的能耗很大且熱能利用率很低，故精餾工序的節(jié)能有許多潛力可挖。采用三塔流程的目的是為了更合理地利用熱量，三塔流程與雙塔流程的區(qū)別在于三塔流程采用兩個(gè)主精餾塔，第一主精餾塔加壓操作，第二主精餾塔于常壓下操作，利用加壓塔的塔頂蒸汽冷凝熱作為第二主精

47、餾塔再沸器的加熱源。這樣不僅節(jié)省了加熱蒸汽而且也節(jié)省了冷卻用水，有效地利用了能量。</p><p>　　預(yù)精餾塔中的操作與雙塔流程相仿，經(jīng)預(yù)蒸餾后的甲醇混合液用泵壓送入第一加壓主精餾塔，其再沸器用低壓蒸汽加熱，塔內(nèi)壓力為0.6—0.8MPa，塔頂蒸汽引入第二常壓主精餾塔底再沸器，蒸汽冷凝熱作為第二塔操作熱源。第一精餾塔底部排出的甲醇水溶液利用壓差進(jìn)入第二主精餾塔加料口，在此脫除水及高級(jí)醇等雜質(zhì)。高級(jí)醇可由塔側(cè)線引

48、出，塔頂引出的殘液含1%—2%的高級(jí)醇和甲醇，送廢水生化處理后排放。產(chǎn)品精甲醇部分來自第一主精餾塔頂冷凝液，另一部分采自第二主精餾塔塔頂冷凝液。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)，粗甲醇精餾采用雙效法三塔精餾工藝，此流程與普通雙塔流程不同的是第一精餾塔加壓和第二精餾塔常壓均采出產(chǎn)品。該流顯著的特點(diǎn)是節(jié)能，在粗甲醇精餾系統(tǒng), 一般流程都考慮廢熱的回收利用, 如采用蒸汽冷凝水或殘液等來加熱粗甲醇。這里主要指多效利用熱源蒸

49、汽的潛熱, 如將原雙塔流程的主精餾塔一分為二, 第一塔（塔2）加壓操作（約為0.6MPa）,第二塔（塔3）為常壓操作, 則塔2由于加壓操作，頂部氣相甲醇的液化溫度約為123℃,遠(yuǎn)高于常壓塔塔釜液體主要為水的沸點(diǎn)溫度, 其冷凝潛熱可作為塔再沸器的熱源，不僅節(jié)省了加熱蒸汽，也節(jié)省了冷卻用水，有效的利用了熱能。這一過程稱為雙效法, 較雙塔流程（單效法）可節(jié)約熱能40%左右。一般在正常操作條件下, 比較理想的能耗為每精制1噸精甲醇消耗熱能3.0

50、×106 kJ(折蒸汽約1噸左右)。</p><p>　　自然, 雙效法三塔流程投資較多, 以年產(chǎn)10萬噸精甲醇規(guī)模計(jì)算, 雙塔單效法投資為100, 則三塔雙效法為113，但由于能耗下降，前者的操作費(fèi)用為100, 后者僅為64。顯然, 三塔雙效法效益顯著, 隨著粗甲醇精餾規(guī)模的增大效益更加明顯。</p><p>　　第二章 合成工段工藝計(jì)算</p><

51、p>　　本次設(shè)計(jì)任務(wù)是年產(chǎn)4萬噸粗甲醇合成、精餾工段工藝設(shè)計(jì)，采用的工藝為德國(guó)魯奇公司1971年開發(fā)的Lurgi低壓甲醇合成工藝，該工藝合成壓力為4.053—5.066MPa，溫度為230—290℃，新鮮氣與循環(huán)氣的比例為1:5。為方便計(jì)算，取合成壓力為5.0MPa，合成溫度為270℃。</p><p>　　2.1 合成工段物料衡算</p><p>　　2.1.1 設(shè)計(jì)條件及參數(shù)&l

52、t;/p><p>　　已知年產(chǎn)40000噸粗甲醇，每年以330個(gè)工作日計(jì)。則，</p><p><b>　　每小時(shí)生產(chǎn)粗甲醇：</b></p><p>　　粗甲醇和新鮮原料氣的組成含量及摩爾質(zhì)量見表2-1到表2-3：</p><p>　　表2-1 粗甲醇組成</p><p>　　表2-2 新鮮氣組

53、成</p><p>　　表2-3 各物質(zhì)的摩爾質(zhì)量</p><p>　　根據(jù)粗甲醇各組分及含量，算得各組分的量為：</p><p>　　甲醇： 即</p><p><b>　　二甲醚： </b></p><p><b>　　異丁醇： </b></p

54、><p><b>　　水： </b></p><p>　　上述計(jì)算結(jié)果見表2-4</p><p>　　表2-4 粗甲醇物料表</p><p>　　5.0 MPa，40℃時(shí)各組分在甲醇中的溶解度列于表2-5</p><p>　　表2-5各物質(zhì)在甲醇中溶解度</p><p&g

55、t;　　以一小時(shí)為基準(zhǔn)則一氧化碳在甲醇中的摩爾溶解量為：</p><p>　　同理二氧化碳、氫氣、甲烷、氮?dú)庠诩状贾械哪柸芙舛纫来螢椋?lt;/p><p>　　現(xiàn)將其列為表格形式，見表2-6：</p><p>　　表2-6各物質(zhì)在甲醇中溶解量</p><p>　　2.1.2 合成工段物料衡算</p><p>　　合成甲醇

56、主反應(yīng)方程式為： </p><p>　　可能的副反應(yīng)主要有： </p><p>　　上述個(gè)反應(yīng)均為可逆反應(yīng)。</p><p>　　2.1.2.1 物料平衡關(guān)系式</p><p>　　根據(jù)上述反應(yīng)方程式可以推出以下平衡關(guān)系式：</p><p>　　CO的平衡：VFCF + Ku= KCK + CP +

57、L + 2A + M + 4I （2-1）</p><p>　　CO2的平衡：VFKF = VKKK + KP + Ku （2-2）</p><p>　　H2的平衡：VFhF = VKhK + HP + 2L + 4A + 3M + 8I + Ku （2-3）</p><p>

58、;　　CH4的平衡：VFmF + M = VKmK + MP （2-4）</p><p>　　N2的平衡：VFnF = VKnK + NP （2-5）</p><p>　　H2O的平衡：W=A+M+3I+Ku

59、 （2-6）</p><p>　　上述六個(gè)方程共有八個(gè)未知數(shù)，即VF、VK、nK、mK、M、Ku、CP、hK。利用惰性氣體在循環(huán)氣中的含量i來建立兩個(gè)方程式：</p><p>　　nK + mK = i （2-7）</p><p>　　CK + hK + KK = 1—i

60、 （2-8）</p><p>　　聯(lián)立上述八個(gè)方程，得到兩個(gè)輔助變量D、B：</p><p>　　上例各式中的符號(hào)意義：</p><p>　　V——生成一噸粗甲醇的氣體總體積，kmol/h；</p><p>　　N——氮量，kmol/h；</p><p>　　n——氮?dú)夂浚琕

61、%</p><p>　　Ku——參加反應(yīng)的CO2的量，kmol/h；</p><p>　　K——CO2量，kmol/h；</p><p>　　k——CO2含量，V%；</p><p>　　M——甲烷的生成量，kmol/h；</p><p>　　m——甲烷含量，V%；</p><p>　　H——?dú)?/p>

62、氣量，kmol/h；</p><p>　　h——?dú)錃夂浚琕%；</p><p>　　C——CO的量，kmol/h；</p><p>　　c——CO含量，V%；</p><p>　　L——甲醇量，kmol/h；</p><p>　　A——二甲醚量，kmol/h；</p><p>　　I——異丁醇

63、的量，kmol/h；</p><p>　　W——生成的水量，kmol/h ；</p><p>　　i——循環(huán)氣中氮?dú)獾陌俜謹(jǐn)?shù)，V%；</p><p><b>　　符號(hào)腳注表示：</b></p><p>　　P——產(chǎn)物； K——循環(huán)氣； F——新鮮氣；</p><p>　　i的經(jīng)驗(yàn)范圍值為15%

64、 ～ 25%，取i = 20%，則</p><p><b>　　450.38</b></p><p><b>　　15.56</b></p><p>　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)循環(huán)氣中二氧化碳的含量=3.0%，由此知循環(huán)氣中氮?dú)夂繛椋?lt;/p><p><b>　　12.87%</b>&

65、lt;/p><p>　　由（2-7）式知，mk =i=20.0% 12.87=7.13%</p><p><b>　　馳放氣的量:</b></p><p><b>　　新鮮氣加入量:</b></p><p>　　689.25 kmol/h</p><p>　　Lurgi工藝新鮮氣

66、與循環(huán)氣之比為1: 5，故循環(huán)氣的量為：</p><p>　　5 VF = 5689.25 = 3446.25kmol/h；</p><p><b>　　甲烷的生成量：</b></p><p>　　1.52kmol/h</p><p>　　進(jìn)行逆變換反應(yīng)消耗的CO2的量：</p><p>　　13

67、.02 kmol/h</p><p>　　新鮮原料氣中一氧化碳的量</p><p>　　解得循環(huán)氣中一氧化碳的含量：CK =12.91%</p><p>　　由（2-9）式 CK + + kK = 1i </p><p>　　帶入數(shù)據(jù)知循環(huán)氣中氫氣的含量： </p><p><b>　　= 64

68、.09%</b></p><p>　　由于此物料衡算方法選用試差法，故需要核算。將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入到上述八個(gè)式子進(jìn)行核算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)等式兩端誤差小于3%。因此，試差成功，上述計(jì)算有效。</p><p>　　2.1.2.2合成塔物料衡算</p><p>　　由計(jì)算得到的新鮮氣的量及給定的新鮮氣的組成，可求得新鮮氣的流量，列于表2-7中：</p>&

69、lt;p>　　表2-7新鮮氣的流量及組成</p><p>　　計(jì)算示例：以一氧化碳為例，新鮮氣的流量VF = 689.25kmol/h ,一氧化碳的含量ck = 24.25%，則一氧化碳的摩爾流量為 689.25 24.25% = 167.14 kmol/h，</p><p>　　質(zhì)量流量為 167.14 28 = 4679.92 kmol/h。</p><p

70、>　　由生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)②知，5MPa、40℃下，年產(chǎn)4萬噸粗甲醇在氣液分離設(shè)備中，粗甲醇中各組分的揮發(fā)量依次為：甲醇23.79kmol/h、甲醚1.38kmol/h、水2.87kmol/h,異丁醇在該條件下幾乎不揮發(fā)，故其揮發(fā)量取0.則揮發(fā)總量為：</p><p>　　23.79 + 1.38 + 2.87 + 0 = 28.04kmol/h</p><p>　　粗甲醇中各物質(zhì)揮發(fā)量見表2

71、-8</p><p>　　表2-8 液相粗甲醇中各組分的揮發(fā)量</p><p>　　計(jì)算表明弛放氣與循環(huán)氣的比值不到7%，因此弛放氣中揮發(fā)組分的量可以忽略，故不考慮揮發(fā)相時(shí)弛放氣與循環(huán)氣之比近似為：</p><p>　　因此考慮揮發(fā)相時(shí)弛放氣與循環(huán)氣之比近似為：</p><p>　　由此得弛放氣中甲醇的量為</p><p

72、>　　同理，弛放氣中甲醚和水的量依次為0.08、0.17</p><p>　　不考慮揮發(fā)量馳放氣中各氣體的摩爾流量為：</p><p>　　馳放氣的總量VK = 218.94 </p><p>　　CO的量：218.9412.91% = 28.25 </p><p>　　CO2的量：218.943.00% = 6.57 </p&

73、gt;<p>　　H2的量： 218.9464.09% = 140.33 </p><p>　　CH4的量：218.947.13% = 15.60 </p><p>　　N2的量： 218.9412.87% = 28.19 </p><p>　　則馳放氣的組成列于表2-9中:</p><p>　　表2-9 馳放氣流量及組成&l

74、t;/p><p>　　計(jì)算示例，以一氧化碳為例：</p><p>　　弛放氣總物質(zhì)的量的流量為 ：</p><p>　　28.25 + 140.33 + 6.57 + 15.60 + 28.19 +1.43 +0.08 +0.17= 220.62kmol/h</p><p>　　一氧化碳的摩爾分?jǐn)?shù)：</p><p>　　(

75、 28.25 / 220.62 ) 100% =12.80%</p><p>　　弛放氣總質(zhì)量流量為：</p><p>　　28.2528+140.332+6.5744+15.6016+28.1928+1.4332+0.0846+0.1718 = 2452.16 kg/h</p><p>　　一氧化碳的摩爾分?jǐn)?shù)：</p><p>　　( 2

76、8.25 28 / 2452.16 ) 100% = 32.26%</p><p><b>　　易知循環(huán)氣中</b></p><p>　　CH3OH的量為：23.79 1.43 =22.36 kmol/h</p><p>　　(CH3)2O的量為：1.38 0.08 = 1.30 kmol/h</p><p>　　

77、H2O的量為： 2.87 0.17 = 2.70 kmol/h</p><p>　　由于循環(huán)氣中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)與弛放氣中的一樣，故</p><p>　　循環(huán)氣中各氣體的量為：</p><p>　　循環(huán)氣總量為：3346.25 kmol/h</p><p>　　CO的量：3346.2512.80% = 441.33 kmol/h</p

78、><p>　　CO2的量：3346.252.98% = 107.60 kmol/h</p><p>　　H2的量：3346.2563.61% = 2191.98 kmol/h</p><p>　　CH4的量：3346.257.07% = 243.68 kmol/h</p><p>　　N2的量：3346.2512.78% = 440.29 kmo

79、l/h</p><p>　　由計(jì)算得到循環(huán)氣的流量及組成，列于表2-10中：</p><p>　　表2-10 循環(huán)氣的流量及組成</p><p>　　計(jì)算示例，計(jì)算方法與弛放氣流量組成的計(jì)算方法大體一致。</p><p>　　合成塔入口氣體等于新鮮氣的量加上循環(huán)氣的量，由表2-7和表2-10得到表2-11如下：</p><

80、;p>　　表2-11 合成塔入塔氣流量及組成</p><p>　　計(jì)算示例，以一氧化碳為例，合成塔入塔氣中一氧化碳的量等于新鮮氣中一氧化碳的量加上循環(huán)氣中一氧化碳的量，其摩爾流量為：</p><p>　　167.14 + 441.33 = 608.47 kmol/h</p><p>　　質(zhì)量流量為： 4679.92 + 12357.24 = 17037.16

81、 kg/h</p><p>　　合成塔入塔氣總摩爾流量： 689.24 + 3346.25 = 4135.47 kmol/h</p><p>　　合成塔入塔氣總質(zhì)量流量： 7544.30 + 38306.20 = 45850.50 kg/h</p><p>　　則一氧化碳的摩爾含量為： (608.47/4135.47) 100% = 14.71%</p>

82、;<p>　　一氧化碳的摩爾含量為： (17037.16 / 45850.50) 100% = 37.16%</p><p>　　合成塔出塔氣體流量等于循環(huán)氣的量加弛放氣的量加粗甲醇的量再加粗甲醇中的溶氣量，由表2-4、表2-6、表2-9及表2-10可得合成塔出塔氣體流量及組成，見表2-12：</p><p>　　表2-12 合成塔出塔氣體流量及組成</p>

83、;<p>　　計(jì)算示例，以一氧化碳為例，合成塔出塔氣中一氧化碳的量等于循環(huán)氣、弛放氣、粗甲醇及粗甲醇溶氣之中一氧化碳之和，故其摩爾流量為：</p><p>　　441.33 + 28.25 + 0 + 0.16 = 469.74 kmol/h</p><p>　　一氧化碳的質(zhì)量流量為：</p><p>　　12357.24 + 791.00 + 0 +

84、 4.48 = 13152.72 kg/h</p><p>　　出塔氣總摩爾流量為：</p><p>　　3446.23 + 220.62 + 164.24 + 3.35 = 3833.44 kmol/h </p><p>　　出塔氣總質(zhì)量流量為：</p><p>　　38306.20 + 2452.16 + 5050.58 + 91.76

85、= 45900.70 k/h</p><p>　　則一氧化碳的摩爾含量為：</p><p>　　(469.74/3833.44) 100% = 12.25%</p><p>　　一氧化碳的質(zhì)量含量為：</p><p>　　(13152.72/45900.70) 100% = 28.66%</p><p>　　2.1

86、.2.3甲醇分離器物料衡算</p><p>　　甲醇分離器出口的氣體由循環(huán)氣和弛放氣兩部分組成，循環(huán)氣進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮循環(huán)利用，弛放氣則進(jìn)行放空。由表2-9和表2-10可得到甲醇分離器出口氣體的流量及組成，見表2-13：</p><p>　　表2-13 甲醇分離器氣相流量及組成</p><p>　　計(jì)算示例，以一氧化碳為例：</p><p

87、>　　由表2-9和表2-10可知，一氧化碳流量：441.33 + 28.25 = 469.58 kmol/h</p><p>　　一氧化碳的質(zhì)量流量為： 12357.24 + 791.00 = 13148.24 kg/h</p><p>　　分離器出口氣體摩爾流量為： 3446.23 + 220.62 = 3666.85 kmol/h</p><p&g

88、t;　　分離器出口氣體質(zhì)量流量為： 38306.20 + 2452.16 = 40758.36 kg/h</p><p>　　則一氧化碳的摩爾含量為： 469.58/3666.85) 100% = 12.81%</p><p>　　一氧化碳的質(zhì)量含量為： (13148.24/40758.36) 100% = 32.26%</p><p>　　分

89、離器出口液相組成為生成的粗甲醇及溶解在其中的小部分合成氣，由表2-4和表2-6可計(jì)算出分離器出口液相組成及流量，見表2-14。</p><p>　　計(jì)算示例，以一氧化碳為例：</p><p>　　由表2-4和表2-6可知，一氧化碳的摩爾流量為： 0 + 0.16 = 0.16 kmol/h</p><p>　　一氧化碳的質(zhì)量流量為： 0 + 4.

90、88 = 4.88 kg/h</p><p>　　分離器出口液相摩爾流量為： 3.35 + 164.24 = 167.59 kmol/h</p><p>　　分離器出口氣體質(zhì)量流量為： 5050.58 + 91.76 = 5142.34 kg/h</p><p>　　則一氧化碳的摩爾含量為： (0.16/167.59) 100%

91、 = 0.10%</p><p>　　一氧化碳的質(zhì)量含量為： (4.88/5142.34) 100% = 0.09%</p><p>　　表2-14 分離器出口液相組成及流量</p><p>　　2.1.2.4 粗甲醇貯槽物料衡算</p><p>　　甲醇合成工段生成的粗甲醇?jí)毫芨?，因此首先在粗甲醇貯槽內(nèi)進(jìn)行泄壓，使

92、粗甲醇恢復(fù)到常壓，然后進(jìn)入精餾工段。粗甲醇泄壓后，溶解在其中的氣體（除二甲醚）可認(rèn)為全部釋放，液相粗甲醇即為設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定的粗甲醇（具體見表2-4），進(jìn)入到精餾工段進(jìn)行精制；放空的氣相即為溶解在粗甲醇中的氣體（具體見表2-6）。由于甲醇貯槽物料衡算都已體現(xiàn)在上述兩表中，故在此不再進(jìn)行反復(fù)計(jì)算。</p><p>　　2.2 合成工段熱量衡算</p><p>　　2.2.1 合成塔的熱量衡算

93、</p><p>　　2.2.1.1 熱平衡方程式</p><p>　　全塔熱平衡方程式為：</p><p>　　∑Q 入塔氣 + ∑Q r ∑Q出塔氣 + Q熱損 + Q移+ Q維 （1）</p><p>　　式中： Q 入塔氣 ——入塔氣帶入的熱量，kJ/h；</p><p>　　Q

94、 r ——合成反應(yīng)的反應(yīng)熱，kJ/h；</p><p>　　Q出塔氣 —— 出塔氣帶走熱量，kJ/h；</p><p>　　Q熱損 ——合成塔熱損失，kJ/h</p><p>　　Q移 —— 沸騰水移出去的熱量，kJ/h</p><p>　　Q維 —— 維持合成塔反應(yīng)所需要的熱量，kJ/h</p><p>　　∑Q 入

95、塔氣 ∑（Gi × Ci× T入） （2）</p><p>　　式中：Gi——入塔氣各組分流量，kmol/h；</p><p>　　Ci——入塔各組分的比熱容，kJ/（kmol . ℃）；</p><p>　　T入——入塔氣體溫度，℃；</p><p>　　∑Q出塔氣∑（Go × Co&#

96、215; T出） （3）</p><p>　　式中：Go——出塔氣各組分流量kmol/h；</p><p>　　Co ——出塔各組分的熱容，kJ/（kmol . ℃）；</p><p>　　To—— 出塔氣體溫度，℃；</p><p>　　∑QrQr1 + Qr2 + Qr3 + Qr4 + Qr5

97、 （4）</p><p>　　式中：Qr1、Qr2 、Qr3、 Qr4——分別為甲醇、二甲醚、甲烷、異丁醇、生成熱，kJ/h；</p><p>　　Qr5——二氧化碳逆變反應(yīng)的反應(yīng)熱，kJ/h</p><p>　　QrGr×△H （5

98、）</p><p>　　式中：Gr——各組分生成量，kmol/h；</p><p>　　△H——生成反應(yīng)的摩爾熱，kJ/mol</p><p>　　2.2.1.2 定壓熱容計(jì)算式</p><p>　　由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用電子計(jì)算機(jī)上回歸得出下列各式，可以計(jì)算純組分壓力下的比熱：</p><p>　　CPH2 = 6.8172

99、1 + 0.031345(T/100) + 0.14138 10-2PH2 – 0.6 10-6(PH2)2 + 0.1603 10-3 PH2(T/100) （6）</p><p>　　CPCO = 1.98719[3.86771 - 0.23279(T/100) + 0.046135(T/100)2 – 0.21861 10-2

100、(T/100)3 + 0.42112 10-2PCO - 0.4694 10-3 PCO(T/100)] （7）</p><p>　　CPCO2 = 1.98719[3.18266 + 0.53754(T/100) + 0.020125(T/100)2 + 0.018520PCO2 - 0.22009 10-2 PCO2(T/100)] （8）&

101、lt;/p><p>　　CCH3OH = 3.39523 + 3.1695(T/100) - 0.16678(T/100)2 + 0.0057833(T/100)3 + 5.03 PCH3OH /78.5 (T/513.4)3 （9）</p><p>　　CH2O

102、 = 18.0153[0.65765 - 0.049712(T/100) + 0.5239 10-3 (T/100)3 + 0.02739PH2O - 0.27123 10-2 PH2O(T/100)] （10）</p><p>　　CN2 = 1.98719[4.23329 - 0.41451(T/100) + 0.072309(T/100)2 – 0.3

103、4116 10-2(T/100)3 + 0.57726 10-2PN2 - 0.7404 10-3 PN2(T/100)] （11）</p><p>　　以上各式中溫度T的單位為K，壓力里P的單位為MPa，比熱C的單位為KCal/(Kmol ℃)。</p><p>　　由表2-11和表2-12知合成塔進(jìn)、出口氣體的摩爾組成，方便參看，現(xiàn)列為表2-15：</p>

104、<p>　　表2-15 合成塔進(jìn)、出口氣體組成 （單位mol%）</p><p>　　采用Lurgi低壓合成工藝，合成壓力為5MPa，則進(jìn)塔氣體各組分的分壓為：</p><p>　　PCO 5 14.71% 0.736 MPa PH2 5 64.09% 3.204 MPa </p><p>　　PCO2 5 2.99% 0.14

105、9 MPa PCH4 5 6.24% 0.312 MPa </p><p>　　PN2 5 11.33% 0.567 MPa PCH3OH 5 0.54% 0.027 MPa </p><p>　　P(CH3)2O 50.03%0.002 MPa PH2O 5 0.07% 0.004 MPa </p><p>　

106、　同理，合成塔出塔各氣體分壓依次為:</p><p>　　PCO 0.613 MPa PCO2 0.142 MPa PH2 3.044 MPa </p><p>　　PCH4 0.338 MPa PN2 0.611 MPa PCH3OH 0.223 MPa </p><p>　　P(CH3)2O 0.003 M

107、Pa PC4H9OH 0.0005 MPa PH2O 0.026 MPa </p><p>　　合成塔的進(jìn)口溫度設(shè)為220℃，出口溫度為250℃，由以上公式可計(jì)算得到各氣體在對(duì)應(yīng)溫度壓力下的熱容，見表2-16：</p><p>　　表2-16 合成塔進(jìn)、出口氣體比熱 </p><p>　　計(jì)算得到的結(jié)果單位與表格中的單位不同，但已轉(zhuǎn)換，例如</p&

108、gt;<p>　　CiCO =7.116kCal/(kmol ℃)= 7.116×4.184 kJ/(kmol ℃)= 29.773 kJ/(kmol ℃)。 </p><p>　　二甲醚和異丁醇的比熱容沒有經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，故需查得，由物性數(shù)據(jù)手冊(cè)查得：二甲醚和異丁醇在壓力5MPa，溫度為220℃及250℃下的比熱容分別為：</p><p>　　Ci(CH3)2O =

109、84.35 kJ/(kmol ℃) ； Co(CH3)2O =95.850 kJ/(kmol ℃) ； </p><p>　　CiC4H9OH 150.450 kJ/(kmol ℃) ； CoC4H9OHO=170.970 kJ/(kmol ℃)</p><p>　　2.2.1.3 合成塔熱量衡算</p><p><b>　　（1）、入塔氣熱

110、量</b></p><p>　　入塔氣熱量計(jì)算公式為: ∑Q 入塔氣 ∑（G入塔氣Cmλ× Tmλ） </p><p>　　式中：G入塔氣——入塔氣各組分流量，kmol/h；</p><p>　　Cmλ——入塔各組分的比熱容，kJ/（kmol . ℃）；</p><p>　　Tmλ——入塔氣體溫度，℃；&

111、lt;/p><p>　　將合成塔進(jìn)口氣體的摩爾流量（見表2-11）及比熱容列于表2-17中：</p><p>　　表2-17 合成塔單位溫度入塔熱量</p><p>　　故入塔氣溫度為220℃時(shí)入塔總熱量為：</p><p>　　1.288105220 2.834107 KJ/h</p><p>　?。?）、出塔氣熱

112、量衡算</p><p>　　合成塔出口氣體的摩爾流量（見表2-12）及比熱容列于表2-18中，具體見表2-18。</p><p>　　同理，可求得出塔氣溫度為250℃時(shí)帶出的總熱量為：</p><p>　　1.259105250 3.148107 KJ/h</p><p>　　表2-18 合成塔單位溫度出塔熱量</p><

113、;p><b>　?。?）、反應(yīng)熱計(jì)算</b></p><p>　　查相關(guān)資料知，合成塔內(nèi)氣體在5MPa、270℃時(shí)進(jìn)行反應(yīng)，各物質(zhì)的生產(chǎn)量、摩爾生成熱及反應(yīng)熱見表2-19：</p><p>　　表2-19 各物質(zhì)生成熱</p><p>　　其中某一種物質(zhì)的生成量 = 合成塔出口的量 - 合成塔出口的量；</p><p

114、>　　例如甲醇的生成量為：170.758 - 22.346 = 148.412 Kmol/h</p><p><b>　?。?）、熱損失核算</b></p><p>　　假設(shè)全塔的熱損失為入塔熱量4%，則：</p><p>　　Q熱損 （Q入塔氣 + Q反應(yīng)）5%</p><p>　　（2.834107 + 1.