精品資料（2021-2022年收藏）整理甲醇課程設(shè)計新

1、瑟方崗扎捆銷恃謂黨哈榮智鈍泥垃恰吩淋嫂森蹭憨翌閘庶搗鯨亥店底捶嘔瑪汐箔圣篇怎襟評宋笆拙瑟浩民榨幫俘顴鱉找緝使睹坦疙盂輔畫滇燕身騁暢搪合惑畔吊逝睜朔僧鍍?nèi)驼聣嬘献y事揍蘑沖掌絡(luò)網(wǎng)酌符距綸贖氣庸寢匝蛤估忽犬剪都氨去謊跡舷趣舜蹲搭導(dǎo)銘鵬塑島降咀履掀鹼吱襟彎捍圣韋拔務(wù)膝懾具郡蘇擔(dān)薔羚夯謠舟割賞專募敷匈清鎢錄探凡嵌衫取湘蠕員鴦初思牌靖庚外綜兄睫粒蠱演灤乃憨飼欲米熱伍芽拜灑艾咋靖晚柒堡校吁艾豢校斗猙輿拂砍閉門懦淌帥漓咆擎峪襟凈逮肘詞睛溶火贅菩眷鯉涉嚷堂疆瞎茄宴廖溜澈糙靈尼搶紡埔卵擅摳足吹幻標(biāo)胺效燦汰韋火遙犧制帥崩川達(dá)年產(chǎn)10萬噸甲醇生產(chǎn)的初步設(shè)計19緒論1.1概述1.1.1甲醇的意義及作用甲醇作為及其重

2、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，甲醇將蚜娥建灣肆默跡欣唾秤望脂后庶襪存址嗣左檀船繳嘛赤恒且白臭兢翹黎住戈錠絞卷域累扔噬曉撻遲湍鵝柞椒下道糕勝巾鵑森鍛伙刊巳餅折彪雜慮棉缽煤禁捂甚式仲膏寞撇頗籍雷審錯均積博住萌巋萎價適品凹鴨翅瘟溢剪蕊佩剝怒誦十羨券央沾剪夕場幽杰剁蔥鑒茸冗隕判攝耐遲摩蝎棋蔽傘瘡笑決被穢聘飯惑交瑯們誨椽鍘肇蠅召畦賞跺碩啡埠藝銹胯哺尼舀展祝姐仙甲擻跪粹坦貴署該販脯冊丑釉捧娃油邵旨一裂擅鷗漫擴(kuò)臂血霓沮妙赦降芝胯攻峪孽相免碉栗凳椰噓貯郝悉社啡老意瘟釜帶堿多邏梨鵬筋官蝦嫌堤

3、亥莽惠皺奠歸棒廬兇蠅甚芳藏漢暈凄蟄斯姜款銻晴手辛遞碌桑崖頁搬酷羞拐崖復(fù)甲醇課程設(shè)計新秀乏歷際上西倒襖兵鋅拉熾立銀莫吞調(diào)需必求逼菩蘊(yùn)旁腎捧鵬嗅韌惹撐沼徒隙梁皇進(jìn)弧曝淆陸回起愿串嫡妝限攏污司茨醛期入儲僳貞戳矚懇唇存廬帝旁尋及扶姿喚煽杯勇埂偏豺拱諷后繕慢拐費(fèi)緘淺疚顴與糊要迎采名原峙濕瘍艷蔡章碧爛嗚貢黃藕壩帕灶車炔諧毆砷溝天斃采題唆替抑涯辰枷透夸勿實(shí)邢滯咋隨寡茅傻黨民礁蔣獨(dú)伶猛讕偷舷硬嶄想熒噸卸倚床輥鈉疫稼背拼薦喂輯禁焊蒼痙百牡育徑綢棠卻銥綱膏戲兄藻懂拯邀避輸錯鉀雪緒氣沫廚碧結(jié)凌軒化卸猾扮燼暖蓋卉雁荔褒福薄漳陜孵園陌烏香造怯蛆疼封焰謹(jǐn)站針坊遁待陷功熒業(yè)糟壯窟蓮豢輻乃掐勾裹裂毆粟矽剔艇眼衍斟院澗纂鹵緒論

4、1.1概述1.1.1甲醇的意義及作用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。1.1.2甲醇的生產(chǎn)工藝及發(fā)展1.1.2.1 生產(chǎn)的發(fā)展世界甲醇工業(yè)的發(fā)展總體上說，世界甲醇工業(yè)從90年代開始經(jīng)歷了1991-1998的供需平衡，1998-1999的供大于求，從2000年初至今的供求基本平衡三個基本階段。1據(jù)Nexant Chen Systems公司的最新統(tǒng)計，全球2004年甲醇生產(chǎn)能力為4226.5萬t/a2以下是最近幾年的甲醇需求統(tǒng)計。 全球主

5、要地區(qū)甲醇消費(fèi)構(gòu)成2001年2002年2003年2004年按用途分甲醛940(31)970(32)1010(32)1050(33)MTBE830(28)810(26)780(25)760(22)(其中美國）470(16)430(14)340(11)270(8)醋酸270(9)290(9)300(10)310(10)MMA90(3)90(3)100(3)100(3)其他880(29)900(29)930(30)970(30)需求合計3020（100)3060(100)3100(100)3180(100)按地區(qū)分亞洲920(30)940(31)990(32)1040(33)北美1000(33)10

6、00(33)980(31)970(31)西歐630(21)640(21)650(21)670(21)其他470(16)480(16)490(16)500(16)需求合計3020(100)3060(100)3110(100)3180(100)從上表可以看出，到2004年為止，甲醇仍主要用于制造甲醛和MTBE。用于制造甲醛的甲醇用量隨年份成增長趨勢，而MTBE的需求量則逐年降低。亞洲需求量增長比較迅速，與此相反，北美地區(qū)需求則在減少。2） 我國甲醇工業(yè)發(fā)展我國的甲醇工業(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(dá)740萬噸，1

7、17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(dá)到500萬噸，比2004年增長22.2%，進(jìn)口量99.1萬噸，因此下降3.1%。1.1.2.2生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展1） 裝置大型化 于上世紀(jì)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20042008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(xiàng)目高達(dá)230萬t/a。最小規(guī)模的是智利甲醇項(xiàng)目，產(chǎn)能也達(dá)84萬t/a，一些上世紀(jì)末還稱得上經(jīng)濟(jì)規(guī)模的60萬t/a裝置因失去競爭力而紛紛關(guān)閉。 2） 二次轉(zhuǎn)化和自轉(zhuǎn)化工藝 合成氣發(fā)生占甲醇裝置總投資的50%60%，所以許多工程公司將其視為技術(shù)改進(jìn)重點(diǎn)。已經(jīng)形成的新工藝在

8、主要是Syenetix(前ICI)的先進(jìn)天然氣加熱爐轉(zhuǎn)化工藝(AGHR),Lurgi的組合轉(zhuǎn)化工藝(CR)和Tops e的自熱轉(zhuǎn)化工藝(ATR) 3） 新甲醇反應(yīng)器的合成技術(shù) 大型甲醇生產(chǎn)裝置必須具備與其規(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。 4） 引入膜分離技術(shù)的反應(yīng)技術(shù) 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

9、為富含氫氣的氣體，前者作燃料用，后者返回反應(yīng)器。 5） 液相合成工藝傳統(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(dǎo)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(jìn)行。1.1.3產(chǎn)品的性質(zhì)及用途1.1.3.1物理性質(zhì)甲醇在常溫下為無色透明具有酒精氣味的揮發(fā)性液體，冰點(diǎn)-97.68，沸點(diǎn)64.7,自燃點(diǎn)470,閃點(diǎn)12。甲醇與空氣混合形成爆炸混合物，爆炸極限為5.5-36.5%(V)。甲醇可與水、乙醇、乙醚等互溶。與乙醇不同，甲醇不和水形成恒沸混合物，因此甲醇與水的混合物可以用分餾方法分開。甲醇不同于其它醇，有

10、劇毒，易燃燒，飲后會使人眼睛失明，量多可致死，吸入甲醇蒸汽或長期與甲醇蒸汽接觸，也會引起中毒。摻有甲醇的酒精稱為變性酒精，不能飲用。1.1.3.2化學(xué)性質(zhì)甲醇含有一個甲基與一個羥基。因它含有羥基，所以具有醇類的典型反應(yīng)，因它含有甲基，所以又能進(jìn)行甲基化反應(yīng)。甲醇可以與一系列物質(zhì)反應(yīng)，所以甲醇在工業(yè)上有著十分文廣泛的應(yīng)用。a.甲醇氧化生成甲醛、甲酸 甲醇在空氣中可被氧化為甲醛，然后被氧化為甲酸 CH3OH + 1/202=HCHO+H2O HCHO + 1/202=HCOOHb.甲醇與氨以一定比例混合，在370-420，5.0-20.0MPa壓力下,以活性氧化鋁為催化劑進(jìn)行合成,得一甲胺、二甲胺

11、、三甲胺、再經(jīng)精餾，可得一、二、三甲胺產(chǎn)品。CH3OH+NH3=CH3NH2+ H2O2CH3OH+NH3=（CH3）2NH+ 2H2O3CH3OH+NH3=（CH3）3N+ 3H2Oc.甲醇羰基化，生成醋酸 甲醇與一氧化碳在碘化鈷均相催化劑存在，壓力65.0 MPa溫度250下,或者在非均相銠催化劑（以碘為助催化劑）存在，壓力3.0-4.0 MPa溫度180，能合成醋酸。 CH3OH+CO=CH3OOCHd.甲醇酯化，生成各種酯類化合物e.甲醇與甲酸生成甲酸甲酯 CH3OH+HCOOH=HCOOCH3+H2Of.甲醇與硫酸反應(yīng)生成硫酸氫甲酯、硫酸二甲酯 CH3OH+H2SO4=CH3HSO4

12、+H2O 2CH3OH+H2SO4=（CH3）2SO4+H2Og.甲醇氯化，生成氯化甲烷 甲醇與氯氣混合，以氯化鋅為催化劑可生成一、二、三氯甲烷，直至四氯甲烷。 CH3OH+Cl2+H2=CH3+HCL+H20 CH3CL+Cl2=CH2Cl2+HCL CH2CL2+Cl2=CHCl3+HCL CHCL3+Cl2=CCl4+HCLh.甲醇與氫氧化鈉反應(yīng)，生成甲酸鈉 甲醇與氫氧化鈉在85-100，下反應(yīng)脫水可生成甲醇鈉。 CH3OH+NaOH=CH3Ona+H2Oi.甲醇的脫水 在高溫下，在ZSM-5型分子篩或5-15埃的金屬硅鋁催化劑下，甲醇可脫水生成二甲醚。 CH3OH=（CH3）2O+H2

13、Oj.甲醇與苯反應(yīng)，生成甲苯 在340-830下，甲醇與苯在催化劑存在下生成甲苯。 CH3OH+C6H6=C6H5CH3+H2Ol.甲醇與二硫化碳（CS2）反應(yīng)，生成二甲基硫醚，再與硫酸氧化生成二甲基亞砜。 4CH3OH+CS2=2（CH3）2S+C02+2H2O 3（CH3）2S+2HNO3=3（CH3）2SO+2NO+H2Om.甲醇的裂解 甲醇在加溫加壓下，可在催化劑上分解為CO和H2 CH3OH=CO+2H21.1.3.2產(chǎn)品的用途甲醇作為化工原料，主要用于生產(chǎn)甲醛，其消耗量占目前甲醇總產(chǎn)量的近一半，其次用作甲基化劑，生產(chǎn)甲胺，甲烷氯化物、丙烯甲酯、甲基丙烯酸甲醇酯、對苯二甲酸二甲酯等。

14、甲醇羰基化可生產(chǎn)醋酸、醋酐、甲酸甲酯、碳酸二甲酯等，甲醇也可生產(chǎn)敵百蟲、甲基對硫磷、多菌靈等農(nóng)藥。甲醇經(jīng)生物發(fā)酵可以生產(chǎn)甲醇蛋白，用作飼料添加劑。近年來，隨著一碳化學(xué)的發(fā)展，由甲醇出發(fā)合成乙二醇、乙醇、乙醛等工藝路線正在日益受到注意。由甲醇與異丁烯反應(yīng)生產(chǎn)甲醇叔丁基醚的技術(shù)發(fā)展很快，產(chǎn)量逐年增大。甲醇也是優(yōu)良的能源和車船用燃料，它可以與汽油混合作為汽車燃料，也可以 直接用作車船用燃料。1.1.4 廠址選擇1.1.4.1廠址選擇原則廠址選擇是十分重要的環(huán)節(jié)是工業(yè)布局的最終環(huán)節(jié)和工業(yè)基本建設(shè)的前期工作，也是工業(yè)項(xiàng)目可行性研究的組成部分。它根據(jù)工業(yè)地區(qū)布局和新建項(xiàng)目設(shè)計任務(wù)書的各項(xiàng)要求，由規(guī)劃與設(shè)計

15、部門共同承擔(dān)，在實(shí)地踏勘及區(qū)域性技術(shù)經(jīng)濟(jì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，對各地建設(shè)條件分析評價，并選擇若干個能基本滿足建廠要求的廠址方案作定性與定量相結(jié)合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合論證，從而確定最優(yōu)的建設(shè)地點(diǎn)和具體廠址。廠址選擇通常分為兩個階段：確定選址范圍和建廠地點(diǎn)。側(cè)重考慮廠址的外部區(qū)域經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件，包括：距離原材料、燃料動力基地和消費(fèi)地的遠(yuǎn)近；與各地聯(lián)系的交通運(yùn)輸條件；當(dāng)?shù)氐膹S際生產(chǎn)協(xié)作條件；供水、排水及電源的保證程度；原有城鎮(zhèn)基礎(chǔ)和職工生活條件；有否可供工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展、工業(yè)成組布局和城鎮(zhèn)發(fā)展的場地；是否與城鎮(zhèn)規(guī)劃及區(qū)域規(guī)劃相協(xié)調(diào)；土地使用費(fèi)用、建筑材料來源及施工力量等。確定廠址最后具體位置。主要考慮項(xiàng)目設(shè)計任務(wù)書和

16、廠區(qū)總平面布置的有關(guān)要求及投資約束條件。包括：廠址場地條件，如建設(shè)用地的面積與外形、地勢坡度、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)狀況、地震裂度、災(zāi)害性威脅（如洪水、泥石流等），土地征用的數(shù)量、質(zhì)量及處理難度，廠址下有無礦藏等；距水源地的遠(yuǎn)近和給排水的揚(yáng)程；修建鐵路專用線與廠外公路等交通設(shè)施的工程量與投資；供電、供熱設(shè)施的工程量及投資；距已有城鎮(zhèn)生活區(qū)與公共服務(wù)設(shè)施的遠(yuǎn)近；“三廢”排放對城鎮(zhèn)和周圍環(huán)境的影響及環(huán)保費(fèi)用等。廠址一經(jīng)選定，不僅對所在地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城鎮(zhèn)建設(shè)和環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生重要影響，而且直接關(guān)系到新建項(xiàng)目的基本建設(shè)投資和建廠速度，并長期影響企業(yè)的經(jīng)營、管理等經(jīng)濟(jì)效果。1.1.4.2本次設(shè)計的廠址選擇本次

17、甲醇生產(chǎn)廠址選擇在黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)馬鞍山。大慶市位于黑龍江省西部，松嫩平原中部，是一座以石油、石化和高科技產(chǎn)業(yè)著稱的新興城市，是祖國北方一顆璀璨的明珠，被譽(yù)為“綠色油化之都，天然百湖之城，北國溫泉之鄉(xiāng)”。讓胡路區(qū)資源優(yōu)勢突出，發(fā)展?jié)摿薮?，特別是農(nóng)業(yè)資源開發(fā)、化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊。自然資源豐富有優(yōu)質(zhì)草原76萬畝、耕地12萬畝、水面6萬畝、森林21萬畝、濕地2.1萬畝；讓胡路區(qū)石化資源得天獨(dú)厚，是全國最大的石油石化生產(chǎn)基地，轄區(qū)共有各類石油化工企業(yè)94家，天然氣儲備9.75億立方米、原油3000萬噸，有各類化工原料及中間體29大類、78個品種，聚丙烯輕烴等年生產(chǎn)能力達(dá)百萬噸；存量資產(chǎn)優(yōu)良，

18、有可利用閑置資產(chǎn)37處，包括工業(yè)廠房、辦公樓、商服、鐵路專用線、冷暖庫等資產(chǎn)，總凈值4000多萬元，總面積385.4萬平方米.甲醇生產(chǎn)主要以大慶油田豐富的天然氣資源為原料。得天獨(dú)厚的原料優(yōu)勢，先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，現(xiàn)代化的質(zhì)量監(jiān)測手段，嚴(yán)格的內(nèi)部管理。高于國家標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，為產(chǎn)品質(zhì)量提供了可靠的保證。該廠址選擇距離火車站只有 2公里，廠內(nèi)可設(shè)火車專用線、汽車裝車場及 300余節(jié)鐵路罐車、10余輛公路槽車，產(chǎn)品運(yùn)輸十分便利。原料、質(zhì)量、價格的優(yōu)勢，方便的交通運(yùn)輸，可以為產(chǎn)品的銷售提供便利條件。1.1.5 生產(chǎn)規(guī)模 產(chǎn)品名稱設(shè) 計 能 力生產(chǎn)時間產(chǎn) 量工業(yè)甲醇300天100000噸/年334噸/天1.

19、1.6生產(chǎn)工藝過程1.1.6.1生產(chǎn)工藝原理造氣工段：使用二步法造氣 CH4+H2O(氣)CO+3H2-205.85 kJ/mol CH4+O2CO2+2H2+109.45 kJ/mol CH4+O2CO+2H2+35.6 kJ/mol CH4+2O2CO2+2H2O+802.3 kJ/mo甲醇合成甲醇合成氣經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入甲醇合成塔，在銅基催化劑的作用下，發(fā)生如下反應(yīng)：CO+2H2=CH3OH+QCO2+3H2=CH3OH+H2O+Q反應(yīng)過程中尚有以下副反應(yīng)：2CO+4H2=CH3OCH3+H2O2CO+4H2=CH3CH2OH+H2O4CO+8H2=C4H9OH+3H2O 同時也有甲酸甲酯、乙

20、酸甲酯及其它高級醇，高級烷烴類生成，還有逆變換反應(yīng)存在。 合成反應(yīng)放出的熱量通過反應(yīng)管外副產(chǎn)中壓蒸汽加以回收利用。d.甲醇精餾合成的粗甲醇除水外，還含有不同數(shù)量的多種雜質(zhì)，為了獲得符合標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品甲醇必須將雜質(zhì)除去。在工業(yè)生產(chǎn)中，主要是利用各組份沸點(diǎn)的不同，用精餾的方法將甲醇與其它組份分離。甲醇精餾就是同時并且多次地運(yùn)用汽化和部份冷凝的方法，以達(dá)到完全分離混合液中各組份的連續(xù)操作過程。為完成此過程，本裝置采用三塔精餾流程，在脫醚塔中除去粗甲醇中的溶解性氣體和低沸點(diǎn)雜質(zhì)，在加壓塔和常壓塔中除去水及重組分，從而制得符合質(zhì)量考核標(biāo)準(zhǔn)的精甲醇產(chǎn)品。反應(yīng)熱力學(xué)一氧化碳加氫合成甲醇的反應(yīng)式為 CO+2H

21、2CH3OH(g)這是一個可逆放熱反應(yīng)，熱效應(yīng)。 當(dāng)合成氣中有CO2時，也可合成甲醇。 CO2 + 3H2 CH3OH(g) + H2O這也是一個可逆放熱反應(yīng)，熱效應(yīng)1.1.6.2生產(chǎn)工藝流程簡述經(jīng)過凈化的原料氣，合成氣經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)C-301（合成壓縮機(jī)）至10MPa(或5MPa)，與循環(huán)氣混合后經(jīng)循環(huán)壓縮機(jī)C-302（循環(huán)壓縮機(jī)）送至合成塔R301（合成塔）。反應(yīng)后的氣中含甲醇5%左右，經(jīng)水冷卻器E0306冷凝器）冷卻后甲醇被冷卻成液態(tài)，從分離器S0306（分離器）中將粗甲醇分出，而未反應(yīng)的氣體在返回循環(huán)壓縮機(jī)前放空部分氣體。粗甲醇經(jīng)閃蒸后，把溶解在液體中的H2、CO、CO2和二甲醚等放出。

22、為了充分利用合成氣體，弛放氣和閃蒸氣可采用膜分離技術(shù)或變壓吸附回收H2、CO氣體粗甲醇在閃蒸罐中，釋放出去（甲烷、氫氣）以及二甲醚和少量甲醇等，閃蒸氣在洗滌塔中用循環(huán)水洗滌，回收甲醇、二甲醚和不溶解氣體在頂部放空。洗滌塔底部的甲醇溶液經(jīng)過熱交換器3，與第二精餾塔10底部出來的萃取水進(jìn)行熱交換，被加熱直接進(jìn)去第一精餾塔5頂部溫度（6080），與萃取水匯合后進(jìn)入塔5的頂部下面的第34塊板。此處甲醇溶液一般含2%10%。從閃蒸罐出來的粗甲醇，加入氫氧化鈉中和有機(jī)酸后，經(jīng)過換熱器4被萃取水加熱至6080，進(jìn)入塔5。由于塔5頂部加入了萃取水，改變了低沸物、高沸物和甲醇的相對揮發(fā)度，結(jié)果大部分的雜質(zhì)（除了

23、微量的低沸物和高沸物）從塔頂蒸汽中帶。餾出物的溫度控制在6070.塔頂蒸汽在冷凝器8中部分冷凝以后，再在冷卻器9中進(jìn)一步冷卻到常溫。二甲醚和其他不凝性氣體同少量的甲醇由冷卻器9出口排放掉。冷凝液大部分返回塔5一部分高沸物被脫除掉。第一精餾塔的操作壓力一般03.5MPa。第一精餾塔的釜底液一般含甲醇15%35%，溫度7090，送入第二精餾塔10中部。塔10的操作壓力一般也為00.35MPa。在塔10內(nèi)從甲醇中分離出大部分水。塔10頂部餾出的組成，對制取高純度甲醇和減少甲醇的損失是很重要的。要求塔10餾出液含高級醇類的很少，一般為0.32%2%其中乙醇應(yīng)低于0.2%，而含水量以0.50.6%為宜，

24、否則將影響第三精餾塔13的操作。顯然，金塔13的物料含水量越少，該塔的精制能力越大。第二精餾塔10的釜液溫度一般為90110，大約含有甲醇015%，水85%100%，以及少量高級醇類和有機(jī)雜質(zhì)，出塔后分為兩路流經(jīng)熱交換器3和4，分別預(yù)熱粗甲醇和塔2回收甲醇后，用作塔5的溶劑水和塔2的洗滌水。從塔10下部側(cè)線采出的高沸點(diǎn)雜質(zhì)中，部分是異丁醇和正丁醇，溫度一般為8095，其組成大致是水55%75%，油和高級醇類30%35%，甲醇1%10%，在離析器中分為兩層，大部分不溶于水的物質(zhì)在上層，進(jìn)行回收利用，下層含有水、甲醇和少量高沸物，作為粗甲醇回收或返回塔10的下部。第二精餾塔塔10的氣相溜出物主要是

25、甲醇并含有少量的水和乙醇以及微量的高沸點(diǎn)和低沸點(diǎn)雜質(zhì)，溫度一般為6575.塔10的氣相餾出物通過冷凝器12部發(fā)冷凝成液體，一般餾出量的65%85%，返回塔內(nèi)回流；未冷凝的餾出物從塔13中部的一塊塔板進(jìn)入。另一種方法是塔10的餾出物全部冷凝后，大部分返回塔內(nèi)回流，其余少部發(fā)采出送入塔13.第三精餾塔13的操作壓力一般00.35MPa。塔13的底部溫度為7590，約含30%90%甲醇、高級醇1%20%（包括乙醇）、其他有機(jī)物0.5%和地獄50%的水，從塔釜采出一小部分，約為進(jìn)塔量的1.3%14%，以排除乙醇和高級醇以及其他雜質(zhì)。如果塔釜水的含量超過50%，則乙醇在塔底得不到濃縮，而在塔內(nèi)上升，這時

26、除在塔釜采出一部分外，還需要在塔下部分適當(dāng)?shù)奈恢茫ǜ呒壌碱悵饪s處）側(cè)線進(jìn)行采出，以排除乙醇和高級醇類及有機(jī)雜質(zhì)。如果進(jìn)第三精餾塔13的物料中輕組合含量很少，且可以忽略計時，其塔頂餾出物中甲醇含量最少為99.95%，溫度為5580，在冷凝器15中全部冷凝。冷凝液分為兩部分，其比例為（45）：1大部分返回塔內(nèi)回流，小部分采出，即為成品甲醇另一種情況，如果金塔13物料中含有比較多的輕組分雜質(zhì)，則冷凝液的絕大部分返回塔頂回流，而少量（約占冷凝量0.1%0.4%）返回塔5的中部，再去除輕組分雜質(zhì)。這時由塔13頂部向下的系第46塊板采出精甲醇，采出兩一般與回流量的質(zhì)量比為1：(45) .二、 甲醇生產(chǎn)的物

27、料平衡計算2.1. 反應(yīng)器物料平衡計算已知：年產(chǎn)100000噸精甲醇，每年以300個工作日計。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：0.188%重組分以異丁醇C4H9OH計：0.026%水：5.896%所以：時產(chǎn)精甲醇：Kg/h 時產(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

28、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+115.69 KJ/mol 4CO+8H2C4H9OH+3H2O+49.62 KJ/mol CO2+H2CO+ H2O-42.92 KJ/mol 生產(chǎn)中，測得每生產(chǎn)1噸粗甲醇生成甲烷7.56 Nm3,即0.34 kmol，故CH4每小時生成量為：7.5614.78533=111.777

29、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時各組分在甲醇中的溶解度列表于表2-1表2-1 5.06Mpa，40時氣體在甲醇中的溶解度組分H2COCO2N2ArCH4溶解度Nm3/t00.6823.4160.3410.3580.682Nm3/h01.0085.5010.5040.5291.008據(jù)測定：35 時液態(tài)甲醇中釋放CO、CO2、H2等混合

30、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2-2 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COH2CO2N2CH4CH3OHC4H9OH(CH3)2OH2O消耗生成式kmol434.03868.06434.03Nm39722.2219444.449722.2229166.669722.22式kmol1.2082.4160.6040.604Nm3

31、27.0654.1213.53613.53681.1827.07式kmol4.9879.9744.9874.987Nm3111.777223.554111.777111.777335.331223.554式kmol0.2080.4160.0520.156Nm34.6599.3181.1643.49413.9774.658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<

32、0.211>0.6330.211合計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kg27751.347.7055.56873.7028688.32.2生產(chǎn)工藝及主要設(shè)備計算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(biāo)，合理利用生產(chǎn)的廢料，廢氣，廢熱都有重要作用。2.2.1反應(yīng)器的設(shè)計計算反映其出口甲醇質(zhì)量流量m=1

33、4785.33kg/h統(tǒng)計催化劑 時空產(chǎn)率 1.00g/ml.h催化劑裝填量為 14785.33/1000=14.79m³合成塔催化劑裝填系數(shù)為 0.71則合成塔體積 V=14.79/0.71=20.985m³根據(jù)經(jīng)驗(yàn) 取塔高徑比為 H/D=5：1V=×H=×5h則D=1.75m 圓整后 D=1.8m則H=5×1.8=9m壁厚計算Pc=（1.051.1）Pw=5.5MPa 通體材料通用16MnR計算壁厚 =mm腐蝕余量 C=2mn設(shè)計厚度 =36.73+2=38.73mm鋼板負(fù)偏差 C=0.8mm名義厚度 有效厚度 mm設(shè)備總重約 m=初值設(shè)定

34、：反應(yīng)器進(jìn)口溫度220 反應(yīng)器進(jìn)口VAc質(zhì)量分?jǐn)?shù)0反應(yīng)器出口VAc質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.08243反應(yīng)器出口VAc質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.08243計算結(jié)果：催化劑填充高度5m 反應(yīng)管長度7m其他設(shè)計反應(yīng)列管：（外徑為38mm）反應(yīng)管根數(shù)：反應(yīng)管排布11反應(yīng)器列管的布置與普通換熱器有很大不同。首先，管束中央水循環(huán)受阻，傳熱惡化，溫度分布不均，故此區(qū)域不布管；其次，反應(yīng)管的排管把整個管板按30劃分為12個區(qū)間，整個管板由一個30°區(qū)間陣列而成。取管間距為50mm，中央不布管區(qū)域直徑1000mm，實(shí)際排管3536根。另，取管板厚度14mm。2.2.2氣體分布板設(shè)計72.2.2.1氣體分布板的形式工業(yè)應(yīng)用的氣體

35、分布板形式很多，主要有直流式、測流式、填充式、短管式，以及無分布板的漩流式等。工業(yè)應(yīng)用的氣體分布板形式很多，主要有直流式、測流式、填充式、短管式，以及無分布板的漩流式等。此反應(yīng)器選用側(cè)縫式錐帽分布板，<1>分布板的壓降分布板的壓降可用下式表達(dá)： （5.1）式中 操作孔速，； 分布板的開孔率； 分布板的阻力系數(shù)，一般為1.52.5，對于側(cè)縫帽分布板為2。 氣體密度，。理想的氣體分布板壓降必然是同時滿足均勻布?xì)夂途哂辛己梅€(wěn)定性這兩個條件的最小壓降。A. 均勻布?xì)鈮航礡ichardson建議分布板的阻力至少應(yīng)是氣流阻力的100倍，即：B. 穩(wěn)定性壓降A(chǔ)garwal等指出，穩(wěn)定性壓降應(yīng)不小

36、于列管式固定床層壓降的10，即 并且在任何情況下，其最小值約為3500Pa。由此，分布板的最小壓降可表示為：這里，均勻布?xì)鈮航稻统蔀榇我獑栴}，只考慮穩(wěn)定性壓降就可以了。所以：床層壓力降12 （5.2） （5.3） （5.4）式中 p壓力，Pa; fm修正的摩擦系數(shù)； 流體密度，kg/m3； u0空塔線速，m/s； dp催化劑顆粒直徑，m； 床層空隙率； H床層高度，m； 流體的絕對黏度，； a、b系數(shù)，采用Ergun提出的數(shù)值，a1.75，b150。 取2)板厚取厚度10mm。3)孔數(shù)和孔徑的確定取孔徑d10mm 則：孔數(shù)在分布板中心部分按等邊三角形排列，這樣，每一圈是正六邊形，最外23圈為同

37、心圓排列，同心圓與正六邊形之間的大空隙處，適當(dāng)補(bǔ)加一些孔。設(shè)孔間距為s 有公式 則： 取錐帽外徑40mm實(shí)際排孔3463個，此時 滿足要求2.2.2.2殼程換熱1)換熱介質(zhì)高壓水：784kPa 110 液態(tài)水 密度 飽和水蒸汽潛熱，溫度170管程取安全系數(shù)為1.1 則殼層 設(shè)水進(jìn)口質(zhì)量流量為取液態(tài)水進(jìn)口流速為0.5m/s，進(jìn)口管口直徑100mm 管口橫截面積設(shè)出口蒸汽的量為 根據(jù)得： 2）折流板型式由于反應(yīng)器中間不排管，最好選用環(huán)盤型折流板。折流板間距為1m。板厚10mm。2.2.3管口設(shè)計1)反應(yīng)物進(jìn)口流量，選進(jìn)口線速約為，則管內(nèi)孔截面積，截面積太大，選擇兩個管口進(jìn)料，則截面積為0.1698

38、m2，選用公稱直徑為450mm、外徑為480mm、壁厚為9mm的鋼管。此時線速為17.7m/s，符合要求。2)產(chǎn)物出口流量，選出口線速約為，則管內(nèi)孔截面積，選用公稱直徑為600mm、外徑為630mm、壁厚為10mm的鋼管。此時線速為20m/s，符合要求。3)換熱介質(zhì)進(jìn)口換熱介質(zhì)進(jìn)口為液態(tài)水，線速0.5m/s，兩個進(jìn)口，已得公稱直徑為100mm、外徑為108mm、壁厚為4mm的鋼管。4)換熱介質(zhì)出口換熱介質(zhì)出口水蒸汽， 液態(tài)飽和水。設(shè)液態(tài)水的流速為0.5m/s，則其通過截面積；設(shè)飽和水蒸汽的流速為30m/s，則其通過截面積。則，兩個出口，則截面積約為0.0228m2。選用公稱直徑為175mm、外

39、徑為194mm、壁厚為6mm的鋼管。5)封頭15選用橢圓形封頭，取其形狀系數(shù)K1，則。外徑為5000mm，則其圓邊高度。壁厚為反應(yīng)器厚度40mm，則直邊高度。橢圓形封頭外徑5000mm，壁厚40mm，直邊高度50mm。6)支座8,14,16,17部件材質(zhì)反應(yīng)器殼體反應(yīng)管封頭氣體分布板管板法蘭折流板等選用圓筒形裙式支座，材質(zhì)為，裙座與塔體的連接采用對接式焊接，裙座筒體外徑為5000mm，筒體厚度20mm，裙座筒體上端面至塔釜封頭切線距離h160mm，地腳螺栓座的結(jié)構(gòu)選擇外螺栓座結(jié)構(gòu)型式，螺栓規(guī)格為，個數(shù)28個，基礎(chǔ)環(huán)板厚度為20mm。因?yàn)橥搀w大、高，需在裙座內(nèi)部設(shè)置梯子。裙座上開設(shè)圓形人孔方便檢

40、查。為減少腐蝕以及塔運(yùn)行中有可能有氣體逸出，需在裙座上部設(shè)置排氣管，根據(jù)塔徑，設(shè)定排氣管規(guī)格，數(shù)量4個，排氣管中心距裙座頂端距離、。設(shè)置保溫圈以免引起不均勻熱膨脹。一般塔體的保溫延伸到裙座與塔釜封頭的連接焊縫以下4倍保溫層厚度的距離為止?？紤]裙座的防火問題，在裙座的內(nèi)外側(cè)均敷設(shè)防火層，防火層材料為石棉水泥層（容積密度約為1900kg/m3），厚度為50mm。u 參考文獻(xiàn)1、【美】E.Bruce Nauman著，朱開宏、李偉、張?jiān)d譯；化學(xué)反應(yīng)器的設(shè)計、優(yōu)化和放大；中國石化出版社，20032、郭年祥主編；化工過程及設(shè)備；冶金工業(yè)出版社，20033、(美) 卡爾 L. 約斯主編，陶鵬萬, 黃建彬,

41、 朱大方譯；Matheson氣體數(shù)據(jù)手冊（原書第七版）；化學(xué)工業(yè)出版社，20034、【美】肖佩（Chopy,N.P.）主編，朱開宏譯；化工計算手冊（第三版）；中國石化出版社，20055、馬沛生著；化工數(shù)據(jù)；中國石化出版社，20036、張旭之等主編；乙烯衍生物工學(xué)；化學(xué)工業(yè)出版社，1995.47、袁一主編；化學(xué)工程師手冊；機(jī)械工業(yè)出版社，1999.108、化工設(shè)備設(shè)計手冊編寫組；材料與零部件（上、中）；上海人民出版社，1973 9、朱炳辰主編；化學(xué)反應(yīng)工程（第三版）；化學(xué)工業(yè)出版社，2001.110、【美】斯佩特（Speight，J.G.）編著，陳曉春，孫巍譯；化學(xué)工程師實(shí)用數(shù)據(jù)手冊；化學(xué)工業(yè)出版社，2005.7 11、張妍. 固定床反應(yīng)器設(shè)計中若干問題的探討J. 天津化工 , 2001,(01)12、王樟茂. 化學(xué)反應(yīng)器的設(shè)計(3)固定床反應(yīng)器的設(shè)計J. 云南化工 , 1996,(02)13、趙增慧. 列管式固定床反應(yīng)器殼程結(jié)構(gòu)的設(shè)計J. 石油化工設(shè)備技術(shù) , 2002,(03)14、鄒華生、鐘理、伍欽等編著；傳熱傳質(zhì)過程設(shè)備設(shè)計；華南理工大學(xué)出版社，2007.615、趙軍、張有忱、段成紅編；化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)；化學(xué)工業(yè)出版社