年產(chǎn)20萬噸甲醇合成工藝設(shè)計(jì) 化工專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)

1、年產(chǎn)20萬噸甲醇合成工藝設(shè)計(jì)(一) 概述甲醇作為及其重要的有機(jī)化工原料，是碳一化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。長期以來，甲醇都是被作為農(nóng)藥，醫(yī)藥，染料等行業(yè)的工業(yè)原料，但隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，甲醇將被應(yīng)用于越來越多的領(lǐng)域。當(dāng)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。pa)是最初生產(chǎn)甲醇的方法，采用鋅鉻催化劑，反應(yīng)溫度360-400pa。高壓法由于原料和動(dòng)力消耗大，反應(yīng)溫度高，生成粗甲醇中有機(jī)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)。低壓法：(5.0-8.0 Mpa)是20世紀(jì)60年代后期發(fā)展起來的甲

2、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)，改善了甲醇質(zhì)量，降低了原料消耗。此外，由于壓力低，動(dòng)力消耗降低很多，工藝設(shè)備制造容易。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(shì)必導(dǎo)致工藝管道和設(shè)備較大，因此在低壓法的基礎(chǔ)上適當(dāng)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(dòng)力消耗略有增加。目前，甲醇的生產(chǎn)方法還主要有甲烷直接氧化法：2CH4+O22CH3OH.由一氧化碳和氫氣合成甲醇，液化石油

3、氣氧化法（二） 原料選取本設(shè)計(jì)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主要反應(yīng)式為：CO+ H2CH3OH因此原料主要是:CO, H2催化劑:Cu。（三）工藝過程設(shè)計(jì)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(jìn)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，原料氣必須循環(huán)，則合成工序配置原則為圖2-3。甲醇的合成是可逆放熱反應(yīng)，為使反應(yīng)達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率，應(yīng)迅速移走反應(yīng)熱，本設(shè)計(jì)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

4、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(jī)內(nèi)加壓到5.2MPa (以1：5的比例混合) 循環(huán)，混合氣體在進(jìn)反應(yīng)器前先與反應(yīng)后氣體換熱，升溫到220 左右，然后進(jìn)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(jìn)入汽包，出塔氣溫度約為 250，含甲醇7%左右，經(jīng)過換熱冷卻到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(dāng)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(jìn)入透平壓縮機(jī)加壓返回合成塔，合成塔副產(chǎn)的蒸汽及外部補(bǔ)充的高壓蒸汽一起進(jìn)入過熱器加熱到50，帶動(dòng)透平壓縮機(jī)，透平后的低壓蒸汽作為甲醇精餾工段所需熱源。本設(shè)計(jì)的主要方法及原理：造氣工段：使用二步法造

5、氣 CH4+H2O(氣)CO+3H2-205.85 kJ/molCH4+O2CO2+2H2+109.45kJ/molCH4+O2CO+2H2+35.6kJ/molCH4+2O2CO2+2H2O+802.3kJ/mol合成工段5MPa下銅基催化劑作用下發(fā)生一系列反應(yīng) 主反應(yīng) ： CO+2H2CH3OH+102.37kJ/kmol副反應(yīng)： 2CO+4H2(CH3O)2+H2O+200.3kJ/kmol CO+3H2CH4+ H2O+115.69kJ/kmol4CO+8H2C4H9OH+3H2O+49.62kJ/kmol-(A)CO+H2CO +H2O-42.92kJ/kmol除（A）外，副反應(yīng)的發(fā)

6、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)。（四）主要設(shè)備（精餾塔）裝配圖及設(shè)計(jì)計(jì)算說明書常壓精餾塔計(jì)算條件：.精甲醇質(zhì)量：精甲醇含醇：99.95%(wt) 殘液含醇：1%(wt) .操作條件：塔頂壓力：0.01106Pa塔底壓力：0.13106Pa塔頂溫度：67塔底溫度：105 回流液溫度：40 進(jìn)料溫度：124 <1>.精餾段平均溫度：(124+67)=95.5平均壓力：(0.13106-0.01106) 0.01106=99.6KPa表2-22精餾段物料流率物料質(zhì)量流量：kg/h分子量：kg/kmol摩爾流量：kmol/h內(nèi)回流40229.47321257.17

7、標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積：V0=1257.1722.4=28160.63Nm3/h操作狀況下的體積：V1=28160.63=19122.47m3/h氣體負(fù)荷：Vn=5.312m3/s氣體密度：=2.104 kg/ m3查化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)，95.5時(shí)甲醇的密度=721kg/m3液體負(fù)荷：Ln=0.0155m3/h<2>.提餾段 平均溫度：(105+124)=114.5 入料壓力：(0.13106-0.01106)=89.6kPa 平均壓力：(89.6103+0.13106)=109.8kPa表2-23 提餾段內(nèi)回流量物料質(zhì)量流量：kg/h分子量：kg/kmol摩爾流量：kmol/h內(nèi)回流48

8、743.32321523.23標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積：=1523.2322.4=34120.32 Nm3/h操作狀態(tài)下的體積：=34120.32=23292.9 Nm3/h所以：氣體負(fù)荷：Vm=6.47 m3/s氣體密度：=2.093kg/m3查得進(jìn)料狀態(tài)甲醇溶液溫度124，含甲醇55.7%，密度為0.83t/m3。塔底含醇1%，可近似為純水，105，0.13Mpa下水的密度為939.41kg/m3。所以：液體平均密度=893.21kg/m3則液體負(fù)荷Lm=0.01516m3/s初估塔徑本設(shè)計(jì)采用F1重閥浮閥塔，設(shè)全塔選用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，板間距HT=0.35m，溢流堰高h(yuǎn)c=0.05 m。<1>

9、;.精餾段1. 求操作負(fù)荷系數(shù)C精餾段功能參數(shù)：()=() =0.054塔板間有效高度H0=HT-HC =0.35-0.05=0.30m查斯密斯圖甲醇工學(xué)化工工學(xué)出版社。得負(fù)荷系數(shù)：G=0.0515。又查得95.5時(shí)，甲醇的表面張力為：15.8710-5N/cm水的表面張力為：68.8710-5N/cm精餾段甲醇水溶液的平均組成為：甲醇：(0.9995+0.579)=0.7893 wt則含水為：1-0.7893=0.2107 wt所以表面張力：=0.789315.8710-5+0.210768.8710-5 =27.0410-5N/cm所以：C= =0.0485.最大流速UmaxUmax=1.

10、3C485=1.69 m/sU適=0.7Umax=1.690.7=1.183 m/s求塔徑D D=2.39 m <2>.提餾段1 求操作負(fù)荷系數(shù)C提餾段功能參數(shù)：（）=()=0.0484查斯密斯圖得G=0.0524又得114.5時(shí)，甲醇表面張力為：14.1310-5N/cm水的表面張力為：57.0610-5N/cm提餾段甲醇水混合平均組成：甲醇：(0.01+0.579)=0.295水：1-0.295=0.705平均表面張力：=0.29514.1310-5+0.70557.0610-5=44.4010-5 N/cm所以：C= =0.04472. 求提餾段Umaxmax=1.3C7=1

11、.199 m/s適=0.7max=0.71.199=0.839 m/s3. 求塔徑=2.93 m對(duì)全塔，取塔徑D=3000 mm理論板數(shù)的計(jì)算 <1>.各點(diǎn)的甲醇摩爾分?jǐn)?shù)，設(shè)加壓塔后甲醇的甲醇摩爾人率為Xf。Xf=0.437精甲醇中甲醇的摩爾分率Xd。Xd=0.999殘液中甲醇的摩爾分率Xw。Xw=0.0057 <2>.處理能力F= =102.93 kmol/h精餾段物料量：D精=F=102.93 =44.697 kmol/h提餾段物料量：D提=F=102.93 =55.185 kmol/h <3>.平均揮發(fā)度：查得124時(shí)，甲醇的飽和蒸汽壓P*CH3OH=

12、705.38 Kpa水的飽和蒸汽壓P*H2O=229.47 Kpa105時(shí)，甲醇的飽和蒸汽壓P*CH3OH=439.08 Kpa水的飽和蒸汽壓P*H2O=123.18 Kpa由=得：124時(shí)，124=3.074105時(shí)，105=3.565平均揮發(fā)度：=3.310 <4>.求最小理論塔板數(shù)Nm：因?yàn)椋篨d=0.999，Xw=0.0057；Xd1=0.001Xw1=0.9943；根椐芬斯克公式：Nm= =10.06塊 <5>.求最小回流比各組分參數(shù)列表組分進(jìn)料組成Xi,F釜液組成Xi,Di水0.5630.99433.565甲醇0.4370.00573.074用恩德伍德公式計(jì)

13、算：=Rm+1=1-q因?yàn)椋簽槁饵c(diǎn)進(jìn)料所以：q=1=0=+用試差法求出：=3.254，代入：=Rm+1=+故：Rm=10.32操作回流比R=1.5Rm=1.510.30=15.45則=0.356 <6>.求實(shí)際理論板數(shù)查吉利蘭圖得：=0.356則：=0.356所以：N16.17塊 <7>.計(jì)算板效率1. 求平均相對(duì)揮發(fā)度與平均粘度的積(、)塔頂塔底平均溫度為：(105+67)=8686時(shí)：=0.32510-3PaS=0.335410-3PaS則：= Xf+ (1-Xf)=0.32510-30.437+0.335410-3(1-0.437)=0.330910-3PaS所以

14、：=0.330910-33.310=1.097310-3PaS2. 查板效率與關(guān)聯(lián)圖得：N=15.05板效率：E=49*=所以實(shí)際板數(shù)為：=34.85塊塔內(nèi)件設(shè)計(jì)<1>.溢流堰設(shè)計(jì)塔板上的堰是為了保持塔板上有一定的清液層高度，若過高則霧沫夾帶嚴(yán)重，過低氣液接觸時(shí)間短，都會(huì)降低板效。根椐經(jīng)驗(yàn)，取清液層高度hc=0.05，本設(shè)計(jì)選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰。堰長取Lw=0.8D=0.83000=2400 mm堰高：hw=hl-how采用平直堰，堰上液層高度how how=E()-(a)提餾段及精餾段計(jì)算結(jié)果如下：精餾段提餾段溢流強(qiáng)度i，i=L/Lw,m3/(h.m)i=23.25i

15、=22.74i=5-25適合要求適合要求求E，由(L/Lw2.5查圖=6.25=6.12E=1.015E=1.011堰上液層高度howHow=1.01523.252/3How=1.01122.742/3由(a)計(jì)算=0.02348=0.02305堰高2348=0.02652Hw=0.02695圓整到Hw=0.027Hw=0.027<2>.降液管設(shè)計(jì)Lw=2400mm，=0.8查閱代工原理(下)天津科學(xué)技術(shù)出版社，得到：=0.2，=0.15Wd-降液管弓形寬度mAf-降液管弓形面積m2AT-塔截面積m2Wd=0.6mAT=D2=3.14(3.000)2=7.065 m2Af=1.05

16、98 m2降液管容積與液體流量之比為液體在降液管中的停錙時(shí)間t，一般大于5S，即：t=精餾段：t=23.93>5S提餾段：t=24.47>5S故降液管底隙高度H0，對(duì)弓形降液管，管口面積等于底隙面積，即有：H0=，取=0.2m/s則：精餾段：H0=0.0323 m提餾段：H0=0.0316 m <3>.塔板布置及浮閥數(shù)目與排列：取閥孔動(dòng)能因子F0=13.5,計(jì)算如下：精餾段提餾段U0=U0=9.307U0=9.311每層浮閥數(shù)N=N=N=433=527取邊緣高度Wl=0.08m泡沫區(qū)寬度Ws=0.20m考慮到塔的直較大，必須采用分塊式塔盤，取=85mm，按=95mm，

17、=85mm以等腰三角形順排。排得閥數(shù)為530個(gè)，按N=530個(gè)重新?lián)Q算F，計(jì)算結(jié)果如下：精餾段提餾段U0=9.297m/s=9.304m/sF0=U09.297=13.499.304=13.46閥孔動(dòng)能因素變化不大，仍在9-12之間。塔板開孔率：=8.04%塔板流體力學(xué)驗(yàn)算<1>.氣相通過浮閥塔的壓降 Hp=Hc+Hl+H1. 干板阻力精餾段提餾段Uoc=1.825Uoc=6.987m/sUoc=6.207m/s因?yàn)閁0>UocU0>UocHc=5.34Hc=5.34Hc=5.34=0.069=0.055.板上充氣液層阻力。取充氣系數(shù)0=0.5hl=1hL=0.50.0

18、5=0.025液體表面張力所造成的阻力很小，可以忽略。 所以hp=hc+hL 對(duì)精餾段：hp=0.025+0.069=0.094m水柱 對(duì)提餾段：hp=0.025+0.055=0.080m水柱<2>渣塔 為防止淹塔，要求嚴(yán)格控制降流管中液層高度。 Hd(HT+hw)Hd=hp+hL+hdA、氣體通過塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊航蹈叨萮p精餾段hp= 0.094m水柱提餾段hp=0.080m水柱B、液體通過降液管的壓頭損失。 因?yàn)椴辉O(shè)進(jìn)口堰：精餾段：hd=0.153()2=0.153()2=0.0026m水柱提餾段：hd=0.153()2=0.153()2=0.0025m水柱C、板上液層高度：

19、hL=0.05 m所以Hd=hp+hL+hd精餾段：Hd=0.05+0.094+0.0026=0.1466 m提餾段：Hd=0.05+0.080+0.0025=0.1325m取=0.5 選定HT=0.35hw=0.027則：（HT+hw）=0.5（0.35+0.027）=0.1885所以Hd(HT+hw)即可防止淹塔。<3>霧沫夾帶。 板上液體流經(jīng)長度:ZL=D-2Wd=1.0-20.14=0.72 板上泛液面積：Ab=AT-2Af=0.785-20.0620=0.661m2ev=0.157( 又因?yàn)?，所以?duì)于精餾段 則 提餾段則 因此沒有霧沫夾帶塔板負(fù)荷性能<!>.霧

20、沫夾帶線泛點(diǎn)率=對(duì)于一定的物系和一定的塔板v，l，Ab，K，G及Zl已知，相對(duì)于ev<0.1的泛點(diǎn)率上限可確定，得V-L關(guān)系式，按泛點(diǎn)率=80%計(jì)算：精餾段：=0.8化簡(jiǎn)得：0.054Vs+2.88Ls=2.596 由上可知，霧沫夾帶線為直線。<2>.液泛線(HT+HW)=Hp+Hl+Hd=Hc+Hl+H+HL+Hd忽略掉H，有：(HT+HW)=5.34+0.153()2+(1+0) HW+E()1/3因塔板結(jié)構(gòu)一定，物系一定，則HT，HW，H0，Lw，v，l，0和定值，U0=式中d0，N也是定值，故：上式可簡(jiǎn)化為：精餾段：0.1885= 即： 0.148=提餾段： 即： 0

21、.148此即常壓塔的泛點(diǎn)率。 <3>.液相負(fù)荷上限液體在降液管中停錙時(shí)間不低于5S為停留時(shí)間的上限。由=有：L=則精餾段：Ln(max)=0.07419提餾段：Lm(max)=0.07419 <4>.漏液線對(duì)F1重閥，以F0=5為規(guī)定氣體最小負(fù)荷由F0=U05，得U0由V=d0NU0=所以：精餾段：Vn(min)=0.0412=2.41 m3/S提餾段：Vm(min)=0.0412=2.42m3/S<5>.液相負(fù)荷下限取板上液層高度how=0.025 m，作為液相負(fù)荷下限條件。L(min)=()3/2精餾段：Ln(min)=()3/2=0.0170 m3/s

22、提餾段：Lm(min)=()3/2=0.0171 m3/s常壓塔主要尺寸確定<1>.壁厚選用20尺鋼為塔體材料，由于是常溫常壓操作，取壁厚Sn=10 mm<2>.封頭采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭，材料為20R鋼，壁厚與塔體相同，即：Sn=10 mmhi=1000=750 mm，h0=60 mm<3>.裙座以Q235-A鋼為裙座材料，壁厚為10mm，內(nèi)徑等于塔內(nèi)徑D=2600mm，高度為3m，裙座與簡(jiǎn)體的連接采用對(duì)焊不校核強(qiáng)度。 <4>.塔高設(shè)計(jì)塔釜高取Hb=3 m，塔頂高為1.2m，頂接管高為350mm，板間距為350mm，開7個(gè)人孔，人孔處板間距為700m

23、m。塔高=3000+(750+60)+35350+1200+350+3000+7007 =25510 mm <5>.接管設(shè)計(jì).塔頂甲醇蒸汽出口管由前面計(jì)算可知：塔頂甲醇蒸汽流量為6583.6571kg/h，溫度75，則體積流量為：V=24786.79 m3/h蒸汽流速，取u=20 m/s則出口管面積S=0.3443 m2所以：出口管徑d1=0.6622 m即取d1=663 mm.回流液進(jìn)口管已知回流液溫度為40，甲醇液體流量為63960.896 kg/h查表知:40=772.21kg/m3所以：其體積流量V=82.83 m3/h取液體流速u=1.5m/s則回流液入口管徑d2=0.1

24、398m=139.8 mm即取d2=140 mm.塔底出料管因塔底含醇1%，可近似為水，查表知0.13MPa，105下水的密度為954.7kg/m3，而塔底出料流量為27751.34kg/h，仍取流速為1.5m/s。則出口管徑：d3=0.0828 m取出口管徑d3=90 mm。.進(jìn)料管進(jìn)料狀態(tài)為124，0.67MPa，甲醇9259.914 kg/h，水6730.31 kg/h，查得此狀態(tài)下水的密度為939.85kg/m3，而醇的比重0.690，即甲醇的密度為：939.850.691.105 m3/h所以：進(jìn)料體積流量為：V=20.594 m3/h進(jìn)料管流速取為u=1.5m/s，則進(jìn)料管徑： d

25、4=0.0697 m即取d4=70 mm.再沸器蒸汽入口管由前面計(jì)算可知：再沸器蒸汽流量為23817.5 kg/h，溫度為105。則體積流量為：V= =41040.14m3/h蒸汽流速取u=10m/s，則入口管積S=0.57 m2所以：入口管徑d5=0.8521 m即取d5=853 mm （五）物料恒算合成塔物料平衡計(jì)算已知：年產(chǎn)100000噸精甲醇，每年以300個(gè)工作日計(jì)。精甲醇中甲醇含量(wt)：99.95%粗甲醇組成(wt)：Lurgi低壓合成工藝甲醇：93.89%輕組分以二甲醚(CH3)2O計(jì)：0.188%重組分以異丁醇C4H9OH計(jì)：0.026%水：5.896%所以：時(shí)產(chǎn)精甲醇：Kg

26、/h 時(shí)產(chǎn)粗甲醇： Kg/h根據(jù)粗甲醇組分，算得各組分的生成量為：甲醇(32)： Kg/h 434.03kmol/h 9722.22 Nm3/h二甲醚(46)：27.796 Kg/h 0.604 kmol/h 13.536 Nm3/h異丁醇(74)：3.844 Kg/h 0.052 kmol/h 1.164 Nm3/h水(18)：871.74 Kg/h 48.43 kmol/h 1048.84 Nm3/h合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)為：主反應(yīng)：CO+2H2CH3OH+102.37 KJ/mol副反應(yīng)：2CO+4H2(CH3)2O+H2O+200.39 KJ/mol CO+3H2CH4+H2O+115.6

27、9 KJ/mol 4CO+8H2C4H9OH+3H2O+49.62 KJ/mol CO2+H2CO+ H2O-42.92 KJ/mol 生產(chǎn)中，測(cè)得每生產(chǎn)1噸粗甲醇生成甲烷7.56 Nm3,即0.34 kmol，故CH4每小時(shí)生成量為：7.5614.78533=111.777 Nm3，即4.987 kmol/h，79.794 Kg/h。忽略原料氣帶入份，根據(jù)、得反應(yīng)生成的水的量為：48.43-0.604-0.05203-4.987=42.683 kmol/h，即在CO逆變換中生成的H2O為42.683 kmol/h，即956.13 Nm3/h。5.06 MPa，40時(shí)各組分在甲醇中的溶解度列表

28、于表2-1表2-1 5.06Mpa，40時(shí)氣體在甲醇中的溶解度組分H2COCO2N2ArCH4溶解度Nm3/t甲醇00.6823.4160.3410.3580.682Nm3/h01.0085.5010.5040.5291.008 甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展華東工學(xué)院出版社.1990據(jù)測(cè)定：35 時(shí)液態(tài)甲醇中釋放CO、CO2、H2等混合氣中每立方米含37.14 g甲醇，假定溶解氣全部釋放，則甲醇擴(kuò)散損失為：(1.008+5.501+0.504+0.529+1.008)= 0.318 kg/h即0.0099kmol/h，0.223 Nm3/h。根據(jù)以上計(jì)算，則粗甲醇生產(chǎn)消耗量及生產(chǎn)量及組成列表2-2。表2

29、-2 甲醇生產(chǎn)消耗和生成物量及組成消耗方式單位消耗物料量生成物料量合計(jì)COH2CO2N2CH4CH3OHC4H9OH(CH3)2OH2O消耗生成式kmol434.03868.06434.03Nm39722.2219444.449722.2229166.669722.22式kmol1.2082.4160.6040.604Nm327.0654.1213.53613.53681.1827.07式kmol4.9879.9744.9874.987Nm3111.777223.554111.777111.777335.331223.554式kmol0.2080.4160.0520.156Nm34.6599.

30、3181.1643.49413.9774.658式kmol<42.683>42.68342.68342.683Nm3<956.13>956.13956.13956.13956.13956.13氣體溶解Nm31.00805.0510.5041.0087.571擴(kuò)散損失Nm30.21100.422<0.211>0.6330.211合計(jì)Nm318664.4540194.86961.6030.504110.76919444.392.32227.061101.93359821.4220686.502消耗組成%(v)31.267.1911.6070.0008生成質(zhì)量kg

31、27751.347.7055.56873.7028688.3生成組成%(wt)93.890.0260.1885.896100設(shè)新鮮氣量為G新鮮氣,馳放氣為新鮮氣的9%1。表2-3馳放氣組成組分H2COCO2CH4N2ArCH3OHH2OMol%79.316.293.504.793.192.300.610.01甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展華東工學(xué)院出版社.1990G新鮮氣G消耗氣+G馳放氣=G消耗氣+0.09 G新鮮氣=59821.42+0.09 G新鮮氣所以：G新鮮氣65737.82 Nm3/h新鮮氣組成見表2-4表2-4甲醇合成新鮮氣組成組分H2COCO2N2總計(jì)Nm344499.2519168.45

32、2047.083.2965737.82組成mol%67.69229.1593.1440.005100測(cè)得：甲醇合成塔出塔氣中含甲醇7.12%。根椐表2-2、表2-4，設(shè)出塔氣量為G出塔。又知醇后氣中含醇0.61%。所以： =7.12% G醇后=G新鮮-(G醇G副G擴(kuò))+GCH4= 65737.82-59821.42+112.785=6029.185 Nm3/h所以：G出塔272460.95Nm3/hG循環(huán)氣= G出塔-G醇后-G生成+GCH4-G溶解= =245850.477Nm3/h甲醇生產(chǎn)循環(huán)氣量及組成見表2-5表2-5甲醇生產(chǎn)循環(huán)氣量及組成組分COCO2H2N2CH4ArCH3OHH2O

33、合計(jì)流量：Nm3/h15463.998604.767194984.017842.6311776.245654.5611499.6924.585245850.477組成%(V)6.293.5079.313.194.792.300.610.01100G入塔= G循環(huán)氣+G新鮮氣=245850.477+65737.82=311588.297 Nm3/h由表2-4及表2-5得到表2-6。表2-6 甲醇生產(chǎn)入塔氣流量及組成單位：Nm3/h組分COCO2H2N2CH4ArCH3OHH2O合計(jì)流量：Nm3/h34894.7710668.78239349.677808.40311721.955627.2851

34、492.5124.927311588.297組成(V)%11.1993.42476.8162.5063.7621.8060.4790.008100又由G出塔= G循環(huán)氣-G消耗G生成據(jù)表2-2、2-6、得表2-7。表2-7 組分COCO2H2N2CH4ArCH3OHH2OC4H9OH(CH3)2O合計(jì)入塔34894.7710668.78239349.677808.40311721.955627.2851492.5124.927311588.297消耗18664.45961.60340194.860.5041.00859821.42生成111.77719444.391101.9332.32227

35、.0620686.502出塔17145.498751.203198114.487805.78911941.635626.16220853.582185.0762.32227.06272453.379組成(V)6.2933.21272.7152.8654.3832.0657.6540.8020.0010.010100甲醇分離器出口氣體和液體產(chǎn)品的流量、組成見表2-8。表2-8甲醇分離器出口氣體組成、流量：?jiǎn)挝唬篘m3/h組分COCO2H2N2CH4ArCH3OHC4H9OH(CH3)2OH2O合計(jì)損失1.0085.05100.5041.0080.5290.2118.311出氣17144.4828

36、746.152198114.477805.28511940.6225625.63320853.369270230.013組成(V)%6.3443.23773.3132.8884.4192.0827.717100出液19444.392.32227.061101.93320575.706組成mol%89.7370.0110.12510.127100重量kg27751.347.7055.56873.7028688.3組成(wt)%93.8050.0260.1885.981100甲醇馳放氣流量及組成見表2-9。表2-9 甲醇馳放氣流量及組成組成COCO2H2CH4ArCH3OHH2O合計(jì)流量：Nm3/

37、h190.117105.789397.166144.77996.41918.437微2925.707組成：(V)%6.493.6181.924.953.300.63100粗甲醇貯罐氣流量及組成風(fēng)表2-10。表2-10 貯罐氣組成、流量組成COCO2H2CH4ArCH3OHN2合計(jì)流量：Nm3/h1.0085.05101.0080.5290.2110.5048.311組成：(V)%12.12960.774012.1296.3652.5396.064100由表2-2到表2-10可得表2-11。表2-11甲醇生產(chǎn)物料平衡匯總表組分新鮮氣循環(huán)氣入塔氣出塔氣醇后氣流量組成流量組成流量組成流量組成流量組成

38、Nm3(v)%Nm3(v)%Nm3(v)%Nm3(v)%Nm3(v)%CO19168.4929.15915463.9956.2934894.7711.19917145.496.293881.2828.108CO22047.083.1448604.7673.5010668.783.4248751.2033.21295.1073.033H244499.2567.692194984.01379.31239349.6776.816198114.47572.7152045.99865.257N23.290.0057842.633.197808.4032.5067805.7892.8651.0860.03

39、5Ar5654.5612.305627.2851.8065626.1622.065CH411776.2384.7911721.9523.76211941.634.383112.7853.597CH3OH1499.6880.611492.5080.47920853.587.654C4H9OH2.3220.001(CH3)2O27.060.01H2O24.5850.0124.9270.0082185.0760.802微量/合計(jì)65718.11100245850.474100311588.295100272452.7871003135.308100甲醇合成塔分離器貯 罐冷 凝根椐計(jì)算結(jié)果，可畫出甲醇

40、生產(chǎn)物流圖，如：圖2-1甲醇生產(chǎn)物流圖1.新鮮氣 3.循環(huán)氣 2.入塔氣 6.馳放氣5.醇后氣粗甲醇精餾的物料平衡計(jì)算1. 預(yù)塔的物料平衡(1).進(jìn)料A.粗甲醇：28688.3kg/h。根據(jù)以上計(jì)算列表2-12表2-12組分甲醇二甲醚異丁醇水合計(jì)流量：kg/h27751.3455.567.70873.6328688.3組成：(wt)%93.8050.0260.1885.981100B.堿液：據(jù)資料，堿液濃度為8%時(shí)，每噸粗甲醇消耗0.1kg的NaOH。則消耗純NaOH：0.128688.32.869 kg/h換成8%為：=35.863 kg/h C.軟水：據(jù)資料記載。軟水加入量為精甲醇的20%

41、計(jì)，則需補(bǔ)加軟水：27751.3420%-35.863(1-8%)=5515.122 kg/h據(jù)以上計(jì)算列表2-13。表2-13 預(yù)塔進(jìn)料及組成物料量：kg/hCH3OHH2ONaOH(CH3)2OC4H9OH合計(jì)粗甲醇27751.34873.6355.567.7028688.3堿液32.9942.86935.863軟水5515.1225515.122合計(jì)27751.346421.7462.86955.567.7034239.215(2).出料A.塔底。甲醇：27751.34 kg/h B.塔底水。粗甲醇含水：873.63kg/h堿液帶水：32.994 kg/h補(bǔ)加軟水：5515.122 kg

42、/h 合計(jì)：6421.746kg/h C.塔底異丁醇及高沸物：7.70 kg/h D.塔頂二甲醚及低沸物：55.56 kg/h由以上計(jì)算列表2-14。表2-14預(yù)塔出料流量及組成物料量：kg/hCH3OHH2ONaOH(CH3)2OC4H9OH合計(jì)塔頂55.5655.56塔底27751.346421.7462.8697.7034183.655合計(jì)27751.346421.7462.86955.567.7034239.2152 主塔的物料平衡計(jì)算(1).進(jìn)料加壓塔。預(yù)后粗甲醇：34183.655 kg/h常壓塔。34183.655-27751.342/3=15682.76 kg/h(2).出料加

43、壓塔和常壓塔的采出量之比為2:1，常壓塔釜液含甲醇1%。A. 加壓塔。塔頂：27751.342/3=18500.89kg/h塔釜：15682.76kg/hB. 常壓塔。塔頂：27751.341/399%=9157.94 kg/h塔釜：甲醇水 NaOH 高沸物kg/h：92.5 6421.746 2.869 7.70總出料：由以上計(jì)算。得表2-15甲醇精餾塔物料平衡匯總表：?jiǎn)挝唬簁g/h18500.89+6421.746+2.869+7.70+92.5+9157.94=34183.645得表2-15 甲醇精餾塔物料平衡匯總物料物料加壓塔頂出料常壓塔頂出料常壓塔釜出料合計(jì)甲醇27751.34185

44、00.899157.9492.527751.34NaOH2.8692.8692.869水6421.7466421.7466421.746高沸物7.707.707.70合計(jì)34175.95518500.899157.946524.81534175.955根椐計(jì)算結(jié)果可畫出粗甲精餾物流圖，見圖2-2。預(yù)精餾塔加壓精餾塔常壓精餾塔 4.預(yù)塔頂出料 6.加壓塔頂出料7.常壓塔頂出料1.粗甲醇2.軟水3.堿液 5.預(yù)塔底出料 8.常壓塔釜出料圖2-2 粗甲醇精餾物流圖（六）能量恒算合成塔能量計(jì)算已知：合成塔入塔氣為220，出塔氣為250，熱損失以5%計(jì)，殼層走4MPa的沸水。查化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)得，4MP

45、a下水的氣化潛熱為409.7kmol/kg，即1715.00kJ/kg，密度799.0kg/m3，水蒸氣密度為19.18kg/m3，溫度為250。入塔氣熱容見4-16。表2-165MPa，220下入塔氣除(CH3OH)熱容組分COCO2H2N2ArCH4合計(jì)流量：Nm334894.7710668.78239349.677808.4035627.28511721.95310070.86比熱：kJ/kmol30.1545.9529.3430.3521.4147.05/熱量：kJ/23580.6510987.99157396.595312.062700.6912360.21212338.19查得22

46、0時(shí)甲醇的焓值為42248.46kJ/kmol，流量為749.391 Nm3。所以：Q入=42248.46+212338.19220=2815007.35+46714401.8 =49529409.15 kJ出塔氣熱容除(CH3OH)見表4-17。表2-17 5MPa，220下出塔氣除(CH3OH)熱容組分COCO2H2N2ArCH4C4H9OH(CH3)2OH2O合計(jì)流量：Nm317145.498751.203198114.487805.7895626.16211941.632.32227.062185.08251599.207比熱：kJ/kmol30.1346.5829.3930.4121

47、.3648.39170.9795.8583.49/熱量：kJ/11579.359138.40130521.965321.882694.3912951.538.9059.714088.59176365.71查得250時(shí)甲醇的焓值為46883.2kJ/kmol，流量為10471.692 Nm3。所以：Q出=46883.2+176365.71250=21917251.36+44091421.5 =66008672.86 kJ由反應(yīng)式得:Q反應(yīng)=102.37+200.39+115.69+49.62+(-42.92) 1000 =(88862.60+242.08+577.30+5.14-2130.80)1000 =87556320 kJ Q熱損失=(Q入Q反應(yīng))5%=(49529409.15+87556320) 5%=6854286.46 kJ所以：殼程熱水帶走熱量Q傳 = Q入 + Q反應(yīng) -Q出 -Q熱=49529409.15+87556320-66008672.86-6854286.46