年產(chǎn)萬噸甲醇裝置的AspenPlus模擬及工藝設(shè)計(jì)

1、年產(chǎn)8萬噸甲醇裝置的AspenPlus模擬及工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容：1、工藝流程設(shè)計(jì)2、物能衡算3、設(shè)備計(jì)算4、物料流程圖畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專題部分：甲醇合成反應(yīng)器預(yù)精餾塔指導(dǎo)教師：教研室主任：院長：簽字簽字簽字年年年月月月日日日i內(nèi)容摘要本文是對年產(chǎn)8萬噸甲醇裝置的Aspen模擬及工藝設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)依據(jù)錦西天燃?xì)庥邢挢?zé)任公司甲醇生產(chǎn)工段的工藝過程，在實(shí)際生產(chǎn)理論的基礎(chǔ)上，制定合理可行的設(shè)計(jì)方案。本文主要闡述了甲醇在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用、工業(yè)生產(chǎn)方法、生產(chǎn)原理、工藝流程。采用Aspen對主要設(shè)備如：混合器、反應(yīng)器、閃蒸塔、換熱器、精餾塔等進(jìn)行物料衡算，對甲醇反應(yīng)器，進(jìn)料-產(chǎn)品第一換熱器，冷

2、卻器等六個(gè)設(shè)備進(jìn)行熱量衡算，并對甲醇反應(yīng)器和換熱器進(jìn)行設(shè)備計(jì)算。并使用CAD繪制相應(yīng)的工藝流程圖。最后對此工藝過程的安全及環(huán)保問題做了簡要說明。關(guān)鍵詞：甲醇；Aspen模擬；工藝設(shè)計(jì)；反應(yīng)器；精餾塔；iiAbstractInthispaper,Thisisanupdateto80,000t/Aspensimulationofmethanolplantandprocessdesign.ThisdesignwasbasedonJinxinaturalgasCorporationLimitedsectionpetrochemicalethyleneplantofmethanolproductionp

3、rocess,intheoryonthebasisofactualproduction,developreasonablefeasibledesign.Thisarticlemainlyonthestatusandroleofmethanolinthenationaleconomy,industrialproductionmethod,principle,technologicalprocessofproduction.Aspenonmajorequipmentsuchas:flashingTower,mixers,reactors,heatexchangers,distillation,su

4、chasmaterialbalance,onmethanolreactor,feed-productofthefirstheatexchanger,coolerheatsixdevicessuchasaccountancy,anddeviceevaluationmethanolreactorandheatexchangers.AndusingCADdrawingtheflowchart.Inthelast,makeashortilluminationfortheproblemofsecurityandenvironmentalist.Keywords:Methanol;Aspensimulat

5、ion;design;reactor;rectify;iii目錄內(nèi)容摘要iAbstractii目錄iii1文獻(xiàn)綜述11.1甲醇在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用11.2甲醇在國內(nèi)外的發(fā)展動(dòng)向11.2.1生產(chǎn)技術(shù)11.2.2技術(shù)發(fā)展動(dòng)向11.3甲醇的市場需求狀況22工藝概述的.32.1甲醇性質(zhì)32.1.1甲醇的物理性質(zhì)32.1.2甲醇的化學(xué)性質(zhì)32.2生產(chǎn)方法的評述及選擇32.2.1高壓法32.2.2低壓法42.2.3中壓法42.3合成甲醇催化劑的種類及性能.42.3.1幾種國外催化劑種類及性能.42.3.2幾種國內(nèi)催化劑的性狀.52.4甲醇的生產(chǎn)原理62.4.1合成反應(yīng)原理.62.4.2精餾工藝原理.7

6、2.5工藝流程描述73物能衡算83.1物性數(shù)據(jù)83.2設(shè)計(jì)依據(jù)83.3Aspen模擬循環(huán)系統(tǒng)的物料衡算83.3.1進(jìn)料組分的摩爾百分?jǐn)?shù)83.3.2Aspen模擬工藝流程圖的設(shè)備一覽表9表3.3合成甲醇裝置的Aspen的模擬設(shè)備統(tǒng)計(jì)表93.3.3Aspen模擬工藝流程的數(shù)據(jù)衡算表114設(shè)備計(jì)算204.1反應(yīng)器R301204.1.1反應(yīng)器設(shè)計(jì)依據(jù)204.1.2反應(yīng)器的計(jì)算依據(jù)204.1.3反應(yīng)器R301224.1.4反應(yīng)器的設(shè)計(jì)Aspen模擬流程圖224.1.5反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和靈敏度分析234.2換熱器的設(shè)計(jì)28iv4.2.1換熱器設(shè)計(jì)概述284.2.2管殼式換熱器的簡介294.2.3換熱器E302

7、304.3精餾塔塔T401344.3.1精餾塔的設(shè)計(jì)依據(jù)344.3.2精餾塔的設(shè)計(jì)的Aspen的模擬流程圖354.3.3精餾塔T401的設(shè)計(jì)和靈敏度的分析354.3.4精餾塔設(shè)計(jì)395設(shè)計(jì)結(jié)論485.1設(shè)計(jì)結(jié)論485.2安全問題的設(shè)計(jì)485.3三廢處理485.4廠址的選擇49致謝51參考文獻(xiàn)52附錄53沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文1文獻(xiàn)綜述11文獻(xiàn)綜述1.1甲醇在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用甲醇，又名：木精、木酒精；英文名：Methanol；分子式CH3OH；分子量：32；是一種無色、易燃、易揮發(fā)的有度液體，常溫下對金屬無腐蝕性（鉛、鋁除外），略有酒精氣味。甲醇是多種有機(jī)產(chǎn)品的基本原料和重要溶劑，是基礎(chǔ)

8、的有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。廣泛應(yīng)用有機(jī)合成、燃料、醫(yī)藥、涂料和國防等工業(yè)。甲醇可用來制造甲醛、醋酸、氯甲烷、硫酸二甲酯等多種有機(jī)產(chǎn)品。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。甲醇和氨反應(yīng)可以制造一甲胺。在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要的地位和作用。1.2甲醇在國內(nèi)外的發(fā)展動(dòng)向1.2.1生產(chǎn)技術(shù)1661年，德國的RobertBoyle發(fā)現(xiàn)焦木酸中含有一種“中性物質(zhì)”，稱其為木精“WoodAlcohol”。1734年，Damds和Peligt從焦木酸中分離出甲醇，并測定了甲醇的相對分子質(zhì)量。1857年，Berthelot用氯甲烷在堿性溶液中水解首次通過化學(xué)方法合成了甲醇。甲醇的大規(guī)模工業(yè)化生

9、產(chǎn)是從20世紀(jì)20年代高壓法合成甲醇的工業(yè)實(shí)現(xiàn)開始的。1913年，德國BASF公司在其髙壓合成氨的實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行了CO和H2合成含氧化合物的研究，并于1923年在德國Leuna建成了世界上第一座年產(chǎn)3000t合成甲醇的生產(chǎn)裝置，并成功投產(chǎn)。1927年，美國CommericalSolvent公司建成了世界第一座利用C02和H2合成甲醇的工業(yè)裝置，并投入工業(yè)生產(chǎn)。1.2.2技術(shù)發(fā)展動(dòng)向髙壓法合成甲醇工業(yè)投資大，生產(chǎn)成本髙。為此世界各國都在探求能夠降低合成壓力的工業(yè)生產(chǎn)方法。英國ICI公司和德國Lurgi公司分別成功的研制出中低壓甲醇合成催化劑，降低了反應(yīng)壓力，促進(jìn)了甲醇生產(chǎn)的髙速發(fā)展。1966年，

10、ICI公司使用Cu-Zn-Al氧化物催化劑，成功實(shí)現(xiàn)了操作壓力為5MPa的CO和H2合成甲醇的生產(chǎn)沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文1文獻(xiàn)綜述2工藝，該過程稱為ICI低壓法。1972年，ICI公又成功實(shí)現(xiàn)了10MPa的中壓甲醇合成工藝。1970年，德國Lirgi公司采用Cu-Zn-Mn或Cu-Zn-Mn-V，Cu-Zn-Al-V氧化物銅基催化劑，成功地建成了年產(chǎn)4000t甲醇的低壓生產(chǎn)裝置，該法稱為Lurgi低壓法。與此同時(shí)，世界其他化學(xué)公司也競相開發(fā)自己的中低壓甲醇合成工藝，建立甲醇合成置，但I(xiàn)CI和Lurgi中低壓法合成工藝是普遍采用的合成技術(shù)。甲醇的制備是一個(gè)多相反應(yīng)過程，還發(fā)生生成烴、高碳醇、醚

11、、醛、酯及單質(zhì)碳等一系列副反應(yīng)。我國甲醇生產(chǎn)主要是以煤炭為原料，生產(chǎn)的主要方法是合成法。較早的甲醇合成采用高壓合成工藝，由于操作壓力高、動(dòng)力消耗大、設(shè)備復(fù)雜、產(chǎn)品質(zhì)量差等缺點(diǎn)，現(xiàn)已逐步被淘汰。目前大都采用（中）低壓工藝來合成甲醇。1.3甲醇的市場需求狀況我國甲醇生產(chǎn)已有40年的歷史，目前已形成390萬t/a的生產(chǎn)能力，生產(chǎn)企業(yè)有200多家。2002年我國甲醇產(chǎn)量達(dá)到210.95萬t,表觀消費(fèi)量為390.0萬t,自給率為54%。但由于單套裝置能力較小、經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平落后，使得產(chǎn)品成本高，企業(yè)效益差。萬噸級以上的廠家只有幾十家，十萬噸級以上規(guī)模的就更少。隨著國內(nèi)甲醇消費(fèi)市場走強(qiáng)，生產(chǎn)能力、產(chǎn)量、表觀

12、消費(fèi)量大幅增加，進(jìn)口量也逐年提高，各企業(yè)看好甲醇市場，紛紛準(zhǔn)備新建或擴(kuò)建甲醇項(xiàng)目。其中較大的有海南60萬t/a、四川（瀘天化）40萬t/a、山東30萬t/a、山西（長治）20萬t/a、陜西（韓城）20萬t/a，內(nèi)蒙（蘇格里）18萬t/a等，若這些裝置全部按計(jì)劃投產(chǎn)，屆時(shí)我國甲醇生產(chǎn)能力將達(dá)到500萬t/a，由于中小裝置及能耗高、效益差的裝置不斷關(guān)閉，預(yù)計(jì)實(shí)際有效產(chǎn)能約為400萬t/a?，F(xiàn)已有多家以煤或天然氣為原料的甲醇項(xiàng)目在籌建之中。沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文2工藝概述32工藝概述2.1甲醇的性質(zhì)2.1.1甲醇的物理性質(zhì)甲醇，又名：木精、木酒精；英文名：Methanol；分子式CH3OH；分子量

13、：32,相對密度0.792(20/41),熔點(diǎn)-97.81，沸點(diǎn)64.5C，燃燒熱725.76KJ/mol，閃點(diǎn)12.22C，自燃點(diǎn)463.89C,蒸氣密度1.11，蒸汽壓13.33KPa(100mmHg21.2C)，蒸氣與空氣混合物爆炸極限636.5%(體積比)，能與水、乙醇、乙醚、苯、酮、鹵代烴和許多其他有機(jī)溶劑相混溶，但是不與石油醚混溶，遇熱、明火或氧化劑易燃燒。揮發(fā)途中也會(huì)使物體油漆表面遭腐蝕。2.1.2甲醇的化學(xué)性質(zhì)甲醇含有一個(gè)甲基與一個(gè)羥基，是最簡單的飽和脂肪醇，具有脂肪醇的化學(xué)性質(zhì)，即可進(jìn)行氧化、酯化、羰基化、胺化、脫水等反應(yīng)。甲醇可以與一系列物質(zhì)反應(yīng)，所以甲醇在工業(yè)上有著十分廣

14、泛的應(yīng)用。甲醇裂解產(chǎn)生C0和H2,是制備C0和H2的重要化學(xué)方法。甲醇在電解銀催化劑上可被空氣氧化成甲醛，是重要的工業(yè)制備甲醛的方法。甲醇可與多無機(jī)酸和有機(jī)酸發(fā)生脂化反應(yīng)。甲醇和光氣發(fā)生羰基化反應(yīng)生成氯甲酸甲酯。在壓力520MPa，溫度370420C下，以活性氧化鋁或分子篩作催化劑，甲醇和胺發(fā)生反應(yīng)生成一甲胺、二甲胺和三甲胺的混合物，經(jīng)精餾分離可得一甲胺、二甲胺和三甲胺產(chǎn)品。甲醇在髙溫和酸性催化劑如ZSM-5,Y-A1203作用下分子間脫水生成二甲醚等。2.2生產(chǎn)方法的評述及選擇用天然氣制甲醇高壓法、中壓法、低壓法三種方法。2.2.1髙壓法髙壓工藝流程一般指的是使用鋅鉻催化劑,在300400C

15、,30MPa髙溫髙壓下合成甲醇的過程。自從1923年第一次用這種方法合成甲醇成功后,差不多有50年的時(shí)間,世界上合成甲醇生產(chǎn)都沿用這種方法,僅在設(shè)計(jì)上有某些細(xì)節(jié)不同,例如甲醇合成沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文2工藝概述4塔內(nèi)移熱的方法有冷管型連續(xù)換熱式和冷激型多段換熱式兩大類,反應(yīng)氣體流動(dòng)的方式有軸向和徑向或者二者兼有的混合型式,有副產(chǎn)蒸汽和不副產(chǎn)蒸汽的流程等.近幾年來,我國開發(fā)了25-27MPa壓力下在銅基催化劑上合成甲醇的技術(shù)，出口氣體中甲醇含量4%左右，反應(yīng)溫度230-2901巾5.4?0?63.6mm圓柱形顆粒，堆密度為1.31.3kg/L；操作溫度2102701,操作壓力可低于6.2Mpa

16、。由于該催化劑毒物敏感，因此要求合成氣中不含硫化物（小于0.06ml/mm3）,沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文2工藝概述5氯化物，重金屬（鐵銹），堿金屬及砷。催化劑的空時(shí)甲醇產(chǎn)率為0.30.4t/（m3h），壽命在兩年以上，一般可達(dá)到4年。2Tops巾eMK-101型甲醇合成催化劑該催化劑具有髙活性，髙選擇性，髙穩(wěn)定性的特點(diǎn)，進(jìn)口溫度為2201，經(jīng)兩年操作，活性保持穩(wěn)定。引起催化劑選擇性惡化的條件為髙溫，髙壓，髙C0/H2比，髙C0/C02比，低空速。該催化劑具有活性髙，選擇性髙（副產(chǎn)物低），強(qiáng)度髙，允許合成器組成范圍寬，穩(wěn)定性好，活性下降緩慢，低溫活性好，達(dá)到同樣空時(shí)產(chǎn)量的操作溫度比一般催化劑低等

17、特點(diǎn)。要求操作壓力為5150Mpa,溫度200300C。3德國南方化學(xué)集團(tuán)G79-7GL甲醇合成催化劑該催化劑是與齊魯公司大型甲醇裝置配套的甲醇合成催化劑，催化劑特點(diǎn)：活性髙，在230C條件時(shí)具有髙活性，時(shí)空收率大于2.3Nm3/（m3h）；使用壽命長（4年以上）；副反應(yīng)小，粗甲醇中雜質(zhì)少；抗側(cè)壓強(qiáng)度髙，不易粉碎；還原后收縮率低小于3%；抗毒能力強(qiáng)。催化劑效果：單程轉(zhuǎn)化率髙；循環(huán)比?。ㄐ∮?）；出口甲醇濃度髙，12%14%（V）；甲醇產(chǎn)率髙；碳轉(zhuǎn)化率髙（大于99%）；能源與原料消耗低；催化劑用量少，為傳統(tǒng)的50%。2.3.2幾種國內(nèi)催化劑的性狀1C207型銅基催化劑該催化劑主要用于1013Mp

18、a下的聯(lián)醇生產(chǎn)，也可以用于2530Mpa下的甲醇合成。該催化劑為銅、鋅、鋁的氧化物，易吸潮及吸收空氣中的硫化物，應(yīng)密封貯存。其使用溫度范圍2353151,最佳使用溫度范圍為2402701。2.C301型銅基催化劑該催化劑外觀為黑色光澤圓柱體，粒徑為巾5mm?0?65mm，顆粒密度3.63g/ml,使用溫度范圍為2302851。表2.1C301催化劑參數(shù)性能表溫度/C壓力/Mpa型狀規(guī)格一直徑/m規(guī)格一髙/m顆粒當(dāng)量直徑/m顆粒密度/kg/m3孔隙率堆積密度/kg/m3空速/h230-2855圓柱體0.0050.0050.00306236300.51650100003C303型銅基催化劑沈陽化工

19、大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文2工藝概述6該催化劑是Cu-Zn-Cr型低溫甲醇催化劑。外觀為棕黑色圓柱狀巾4.5mm?0?64.5mm顆粒，顆粒密度為2.0-2.2kg/L。本設(shè)計(jì)采用國產(chǎn)C301型銅基催化劑。2.4甲醇的生產(chǎn)原理2.4.1合成反應(yīng)原理甲醇合成是在5.0MPa壓力下，在催化劑的作用下，氣體中的一氧化碳、二氧化碳與氫反應(yīng)生成甲醇，基本反應(yīng)式為：24222422262242223422OHCHCOOHOCHHCOOHOHCHCO0CHHCO以銅為主體的銅基催化劑，對于甲醇合成具有極髙的選擇性，而且在不太髙的壓力及溫度下，要求合成氣的凈化要徹底，否則其活性將很快喪失，它的耐熱性也較差，要求維持催化

20、劑在最佳的穩(wěn)定的溫度下操作。銅基催化劑一般可在210-280C下操作，視催化劑的型號及反應(yīng)器型式不同，其最佳操作溫度范圍與略有不同。管殼式反應(yīng)器的最佳操作溫度在230-260C之間。在銅基催化劑上合成甲醇，合適的操作壓力是5.010.0MPa,對于合成氣中二氧化碳較髙的情況，壓力的提高對提高反應(yīng)速度有比較明顯的效果。合成氣的成份對甲醇合成反應(yīng)的影響較大，由前述反應(yīng)式可見，要降低能耗，應(yīng)采用適量的二氧化碳濃度的合成氣，若合成氣中二氧化碳含量過高，會(huì)加重精餾工序的負(fù)擔(dān)并增加了能耗，但二氧化碳含量太低，會(huì)導(dǎo)致催化劑活性和轉(zhuǎn)化率過低。理論的合成新鮮氣成份，應(yīng)滿足以下比值：氫碳比f=(H2-C02)/(

21、C0+C02)=2.05,實(shí)際操作中氫碳比應(yīng)適當(dāng)增大，大約在2.052.15之間?？账僖话憧刂圃?00010000h-1左右。甲醇合成是強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，必須在反應(yīng)過程中不斷的將熱量移走，反應(yīng)才能正常進(jìn)行，管殼式反應(yīng)器利用管子與殼體間副產(chǎn)中壓蒸汽來移走熱量，這樣，合成反應(yīng)適宜的溫度條件維持就幾乎全依賴于副產(chǎn)品中壓蒸汽壓力操作的正常與穩(wěn)定。精甲醇的精餾過程是利用粗甲醇中各組分的揮發(fā)度不同，而且不形成共沸物。利用多次部分汽化和部分冷凝的方法，以達(dá)到完全分離各組分的目的。沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文2工藝概述72.4.2精餾工藝原理從合成工段出來的粗甲醇物料，經(jīng)過初步的分離，進(jìn)入精餾工段。本設(shè)計(jì)選用的是雙

22、塔精餾工藝。在雙塔流程中，物料先以飽和液體的狀態(tài)進(jìn)入第一個(gè)塔，一般稱為預(yù)精餾塔，塔頂分離出的主要成分為甲酸甲酯、CO、CO2等的輕組分，塔底組成一般為甲醇和水的混合物。隨后，物料再經(jīng)過第二塔，稱為主精餾塔，分離產(chǎn)品和工藝廢液。預(yù)精餾塔的主要任務(wù)是分離從上一工段未分離完全的輕組分，降低主精餾塔的分離負(fù)荷。而主精餾塔的主要的任務(wù)就是分離甲醇和水，回收物料中的重醇(主要是乙醇)。產(chǎn)品甲醇的純度在99%以上。2.5工藝流程描述由外界來的2.7MPa天然氣混合物首先從1進(jìn)入天然氣壓縮機(jī)C201A,在加壓到3.5Mpa，然后與循環(huán)氣26混合進(jìn)入M201混合器，再一次進(jìn)入天然氣壓縮機(jī)C201B，加壓至5.4

23、MPa,然后經(jīng)過E301A的加熱，使原料氣的溫度升髙到2001，壓力為5.35Mpa，后進(jìn)入R301反應(yīng)器反應(yīng)，這時(shí)由于選的催化劑是C301,而其的溫度范圍為2301到2851,故這時(shí)的反應(yīng)器的溫度設(shè)置為2301,出來的混合氣體經(jīng)過E301B冷凝器使其溫度降為1021，壓力為5.15Mpa，為了在閃蒸塔里能夠更好的閃蒸，在這之前在加入冷凝器E302使溫度降為401，壓力5.1Mpa，冷凝后的混合氣體經(jīng)過閃蒸塔V301,在壓力為5Mpa下閃蒸，這時(shí)會(huì)有一部分混合物循環(huán)，循環(huán)氣經(jīng)過物料10在分離器M202中分離，這時(shí)分離器的回流比為0.6165，而大部分混合物料經(jīng)過物料11送入后續(xù)精餾部分，在進(jìn)入

24、之前，混合氣體經(jīng)過換熱器E401的換熱，使溫度為601,壓力為0.17Mpa,這時(shí)的混合氣體就開始進(jìn)入精餾部分，于是混合氣體通過精餾塔T401這時(shí)的重組分主要是甲醇而輕組分主要是甲酸甲酯，故經(jīng)過T401主要是分離出甲酸甲酯，這時(shí)可以塔頂?shù)膲毫?.16Mpa,塔釜的壓力為0.18Mpa，精餾后的混合物，輕組分則通過物料15而進(jìn)行處理，分離的重組分則經(jīng)過混合物料16由泵P401打入下一個(gè)精餾塔T402,進(jìn)一步的精餾，這時(shí)的輕組分為甲醇，重組分則是水，故可以得到精制的甲醇。沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3物能橫算83物能衡算3.1物性數(shù)據(jù)表3.1物性數(shù)據(jù)表序號組分分子式分子量常壓沸點(diǎn)C1氮?dú)釴228.0

25、134-195.82氬氣Ar39.9480-185.873氧氣O231.9988-182.984甲烷CH416.0423-162.155乙烯C2H428.0530-103.716乙烷C2H630.0688-88.67二氧碳CO244.0095-78.458環(huán)氧烷C2H4O44.052410.49乙醛CH3CHO44.052420.410水H2O18.015210011乙二醇C2H6O262.0676197.33.2設(shè)計(jì)依據(jù)1設(shè)計(jì)任務(wù)：年產(chǎn)8萬噸甲醇裝置的Aspen模擬及工藝設(shè)計(jì)；2.年工作時(shí)間：300天；3.CO單程轉(zhuǎn)化率：34.8%CO2單程轉(zhuǎn)化率：12.09%。3.3Aspen模擬循環(huán)系統(tǒng)

26、的物料衡算3.3.1進(jìn)料組分的摩爾百分?jǐn)?shù)表3.2原料氣的摩爾組成組分COCO2H2CH4N2ArH2OCH40C2H4O2C2H60摩爾百分?jǐn)?shù)0.16590.09240.69230.03960.00630.00020.0033沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3物能橫算93.3.2Aspen模擬工藝流程圖的設(shè)備一覽表表3.3合成甲醇裝置的Aspen的模擬設(shè)備統(tǒng)計(jì)表序號設(shè)備代號設(shè)備參數(shù)1C201A壓縮機(jī)型號：等熵壓力：3.5MPa2C201B壓縮機(jī)型號：等熵壓力：5.4MPa3E301A換熱器溫度：2001壓力：5.35MPa4E301B換熱器溫度：102C壓力：5.15MPa5R301反應(yīng)器溫度：230

27、C壓力：5.15MPa6E302換熱器溫度：40C壓力：5.1MPa7V301閃蒸塔壓力：5MPa8V302閃蒸塔溫度：40C壓力：0.5MPa9B1混合器溫度:0C壓力:0MPa10B2分離器回流比：0.0811E401換熱器溫度：60C壓力：0.17MPa12T401精餾塔mRR:1.8輕關(guān)鍵組分:甲酸甲脂:0.99999重關(guān)鍵組分:甲醇:0.000526壓力:塔頂:0.16Mpa塔釜:0.18Mpa分離方式：部分13T402精餾塔mRR:1.8輕關(guān)鍵組分：甲醇：0.99999重關(guān)鍵組分：水：0.0005壓力：塔頂：0.16Mpa塔釜：0.2Mpa分離方式：部分14P404泵壓力：0.27

28、Mpa沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3物能橫算10C210A12C210B3M2014R30157E3028911V302E401V301101314T401P4041516T402171819M202252612E301圖31天然氣合成甲醇工藝流程圖C201A:原料氣壓縮機(jī)；M201：混合器；C201B：反應(yīng)氣壓縮機(jī)；E301A：反應(yīng)氣加熱器；R301：甲醇合成器；E301B:氣體冷卻器；E302：二次冷卻器；V301：粗產(chǎn)品分離器；M202:放空閥；V302：CO2分離器；E401:換熱器；T401：輕組分分離塔；T402：粗甲醇精餾塔沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3物能橫算113.3.3Aspen模

29、擬工藝流程的數(shù)據(jù)衡算表表3.4進(jìn)料工段物料衡算表項(xiàng)目物流號1234組分新鮮原料原料壓縮氣混合氣預(yù)反應(yīng)氣質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾流量（kg/hr）百分比（）流量（kmol/hr）百分比（）流量（kg/hr）百分比（%）流量（kmol/hr）百分比（%）流量（kg/hr）百分比（%）流量（kmol/hr）百分比（%）流量（kg/hr）百分比（%）流量（kmol/hr）百分比（）CO13940.7800.423497.7000.16613940.7800.423497.7000.16623267.9600.358830.6900.14023267.9600.358830.6900.140CO

30、212199.5200.370277.2000.09212199.5200.370277.2000.09226153.1600.402594.2580.10026153.1600.402594.2580.100H24186.7810.1272076.9000.6924186.7810.1272076.9000.6928335.1480.1284134.7440.6958335.1480.1284134.7440.695CH41905.8800.058118.8000.0401905.8800.058118.8000.0404952.9830.076308.7360.0520.076308.73

31、60.052N2529.4550.01618.9000.006529.4550.01618.9000.0061378.9570.02149.2250.0081378.9570.02149.2250.008AR23.9690.0010.6000.00023.9690.0010.6000.00062.3800.0011.5620.00062.3800.0011.5620.000CH4O0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000696.1160.01121.7250.004696.1160.01121.7250.004H2O178.3510.0059.9000.

32、003178.3510.0059.9000.003204.7590.00311.3660.002204.7590.00311.3660.002C2H6O0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.4090.0000.0090.0000.4090.0000.0090.000C2H4O20.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0005.3980.0000.0900.0005.3980.0000.0900.000總計(jì)32964.73013000.000132964.73013000.000165057.2715952.4041

33、65057.2715952.4041沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3物能橫算12表3.5反應(yīng)工段物料衡算表項(xiàng)目物流號5789組分反應(yīng)氣反應(yīng)器出口氣冷卻后的反應(yīng)氣初分離氣質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)CO23267.9600.358830.6900.14015146.2800.233540.7380.10315146.2800.233540.738

34、0.10315146.2800.233540.7380.103CO226153.1600.402594.2580.10022991.2500.353522.4120.10022991.2500.353522.4120.10022991.2500.353522.4120.100H28335.1480.1284134.7440.6956732.4700.1033339.7180.6396732.4700.1033339.7180.6396732.4700.1033339.7180.639CH44952.9830.076308.7360.0520.076308.7360.0594952.9830.0

35、76308.7360.0590.076308.7360.059N21378.9570.02149.2250.0081378.9570.02149.2250.0091378.9570.02149.2250.0091378.9570.02149.2250.009AR62.3800.0011.5620.00062.3800.0011.5620.00062.3800.0011.5620.00062.3800.0011.5620.000CH4O696.1160.01121.7250.00412260.9600.188382.6510.07312260.9600.188382.6510.07312260.

36、9600.188382.6510.073H2O204.7590.00311.3660.0021503.1960.02383.4400.0161503.1960.02383.4400.0161503.1960.02383.4400.016C2H6O0.4090.0000.0090.00010.9330.0000.2370.00010.9330.0000.2370.00010.9330.0000.2370.000C2H4O25.3980.0000.0900.00017.8700.0000.2980.00017.8700.0000.2980.00017.8700.0000.2980.000總計(jì)650

37、57.27015952.404165057.27015229.016165057.27015229.016165057.27015229.0161沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3物能橫算13表3.6循環(huán)工段物料衡算表項(xiàng)目物流號10262511組分初分離氣循環(huán)氣放空氣冷凝液質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)CO15128.2600.291540.094

38、0.1139327.1790.291332.9900.1135801.6880.291207.1260.11318.0150.0010.6430.001CO222631.6900.435514.2420.10713953.6500.435317.0580.1078679.2540.435197.2120.107359.5550.0288.1700.019H26728.3400.1293337.6690.6974148.3670.1292057.8440.6972580.3180.1291279.9960.6974.1300.0002.0490.005CH44942.0900.095308.05

39、70.0643047.1030.095189.9360.0641895.2920.095118.1400.06410.8920.0010.6790.002N21377.8060.02649.1840.010849.5020.02630.3250.010528.3890.02618.8620.0101.1510.0000.0410.000AR62.2990.0011.5600.00038.4110.0010.9620.00023.8920.0010.5980.0000.0810.0000.0020.000CH4O1129.0460.02235.2360.007696.1160.02221.725

40、0.007432.9890.02213.5130.00711131.9100.856347.4150.789H2O42.8310.0012.3770.00026.4080.0011.4660.00016.4260.0010.9120.0001460.3650.11281.0630.184C2H6O0.6640.0000.0140.0000.4090.0000.0090.0000.2550.0000.0060.00010.2690.0010.2230.001C2H4O28.7560.0000.1460.0005.3980.0000.0900.0003.3580.0000.0560.0009.11

41、40.0010.1520.000總計(jì)52051.78014788.580132092.54012952.404119961.86011836.420113005.4901440.4361沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3熱量衡算14表3.7凈化工段物料衡算表項(xiàng)目物流號12131415組分二次放空氣粗產(chǎn)品預(yù)分離氣輕組分氣體質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比

42、(%)CO16.6920.0770.5960.0791.3230.0000.0470.0001.3230.0000.0470.0001.3230.0060.0470.010CO2169.6430.7843.8550.511189.9130.0154.3150.010189.9130.0154.3150.010189.9130.9144.3150.887H23.9750.0181.9720.2610.1560.0000.0770.0000.1560.0000.0770.0000.1560.0010.0770.016CH49.4730.0440.5900.0781.4190.0000.0880.0

43、001.4190.0000.0880.0001.4190.0070.0880.018N21.0910.0050.0390.0050.0600.0000.0020.0000.0600.0000.0020.0000.0600.0000.0020.000AR0.0750.0000.0020.0000.0060.0000.0000.0000.0060.0000.0000.0000.0060.0000.0000.000CH4O14.6430.0680.4570.06111117.2700.869346.9580.80111117.2700.869346.9580.8015.8480.0280.1820.

44、038H2O0.5660.0030.0310.0041459.7990.11481.0310.1871459.7990.11481.0310.1870.0000.0000.0000.000C2H6O0.0080.0000.0000.00010.2610.0010.2230.00110.2610.0010.2230.0010.0000.0000.0000.000C2H4O20.1090.0010.0020.0009.0050.0010.1500.0009.0050.0010.1500.0009.0050.0430.1500.031總216.27317.544112789.2101432.8921

45、12789.2101432.8921207.72914.8631沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3熱量衡算15表3.8精餾工段物料衡算表項(xiàng)目物流號16171819組分粗甲醇預(yù)精餾氣產(chǎn)品廢液質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量摩爾流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)CO0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.00

46、00.0000.0000.000CO20.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000H20.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000CH40.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000N20.0000.0000.0000.0000.0000.0000.00

47、00.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000AR0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000CH4O11111.4200.883346.7750.81011111.4200.883346.7750.81011111.4200.883346.7720.9990.1110.0000.0030.000H2O1459.7990.11681.0310.1891459.7990.11681.0310.1891459.7990.1160.0410

48、.0001459.0691.00080.9911.000C2H6O10.2610.0010.2230.00110.2610.0010.2230.00110.2610.0010.2230.0010.0010.0000.0000.000C2H4O20.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000總12581.4801428.029112581.4801428.029111122.3001347.03511459.181180.9941沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3熱量衡算16表3.9物料衡算

49、統(tǒng)計(jì)表組分19過T402蒸出來的物料20過T401重的物料摩爾流量kmol/h摩爾流率質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量流率摩爾流量kmol/h摩爾流率質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量流率COCO2H2CH4N2ArCH4O260.0800.99958333.5270.99920.00260.00000.08330.0000H2O0.00090.00000.01700.000094.40161.00001700.6710.9999C2H4O20.00000.00000.00010.00000.00000.00000.00000.0000C2H6O0.13650.00056.28760.00080.00000.00000

50、.00220.0000總流量kmol/hr260.217594.4042總流量kg/hr8339.83201700.7570T/C76.6274120.2666P/MPa0.16000.2000密度kmol/cum0.056149.7610密度kg/cum1.7989896.4779沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3熱量衡算17表3.10全流程熱量衡算表項(xiàng)目物流號12345789102625111213141516171819溫度C40.00071.92755.600112.700200.000230.000102.00040.00039.89339.89339.89339.89340.00040.0

51、0060.0007.10983.13783.18576.634116.962壓力MPa2.7003.5003.5005.4005.3505.1545.1505.1005.0005.0005.0005.0000.5000.5000.1700.1600.1800.2700.1600.180焓值kJ/kmol5804157059588925711854342670607204376489607546075460754247570228456247835245305370774241462241455198756278774熵值J/kmol-K6364.2105557.25410500.0969185

52、.9282622.60711036.23122657.27535329.35418728.11718728.09218728.117214233.406666.200216943.90209249.0010763.481204852.170204842.41126298.660142665.12密度kg/cum11.30413.24513.84518.04814.58615.14320.74426.06620.59420.59420.594788.7315.564793.169108.4092.963737.184737.1211.799900.071沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3熱量衡算18表3

53、.11原料消耗一覽表組分輸入原料氣輸出原料氣摩爾流量kmol/hr摩爾流率質(zhì)量流量kg/hr質(zhì)量流率摩爾流量kmol/hr摩爾流率質(zhì)量流量kg/hr質(zhì)量流率CO497.70.16613940.7800.4230.0000.0000.0000.000CO2277.20.09212199.5200.3700.0000.0000.0000.000H22076.90.6924186.7810.1270.0000.0000.0000.000CH4118.80.0401905.8800.0580.0000.0000.0000.000N218.90.006529.4550.0160.0000.0000.00

54、00.000Ar0.60.00023.9690.0010.0000.0000.0000.000CH4O00.0000.0000.000346.7720.99911111.420.883H2O9.90.003178.3510.0050.0410.0001459.7990.116C2H4O200.0000.0000.0000.2230.00110.2610.001C2H6O00.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000總流量kmol/hr3000347.0348總流量kg/hr32964.7311122.3T/C4076.6274P/MPa2.70.1600密度kmol/

55、cum1.02880.0561密度kg/cum11.30421.79889沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3熱量衡算19表3.12排放一覽表組分輸入的原料氣輸出的物料分離器M201排放物料閃蒸罐V302排放物料精餾塔T401排放物料精餾塔T402排放物料精餾塔T402產(chǎn)出產(chǎn)品摩爾流量kmol/hr質(zhì)量流量kg/hr摩爾流量kmol/hr質(zhì)量流量kg/hr摩爾流量kmol/hr質(zhì)量流量kg/hr摩爾流量kmol/hr質(zhì)量流量kg/hr摩爾流量kmol/hr質(zhì)量流量kg/hr摩爾流量kmol/hr質(zhì)量流量kg/hrCO497.713940.780207.1265801.6880.59616.6920.04

56、71.3230.0000.0000.0000.000CO2277.212199.520197.2128679.2543.855169.6434.315189.9130.0000.0000.0000.000H22076.94186.7811279.9962580.3181.9723.9750.0770.1560.0000.0000.0000.000CH4118.81905.880118.1401895.2920.5909.4730.0881.4190.0000.0000.0000.000N218.9529.45518.862528.3890.0391.0910.0020.0600.0000.00

57、00.0000.000Ar0.623.9690.59823.8920.0020.0750.0000.0060.0000.0000.0000.000CH4O00.00013.513432.9890.45714.6430.1825.8480.0030.111346.77211111.42H2O9.9178.3510.91216.4260.0310.5660.0000.00080.9911459.0690.0411459.799C2H4O200.0000.0060.2550.0000.0080.0000.0000.0000.0010.22310.261C2H6O00.0000.0563.3580.0

58、020.1090.1509.0050.0000.0000.0000.000總流量kmol/hr30001836.427.54404.862880.9941347.0348總流量kg/hr32964.7319961.86216.2734207.72911459.181011122.3000T/C4039.8932840.00007.1090116.962276.6335P/MPa2.75.00000.50000.16000.18000.1600密度kmol/cum1.028761.894560.19410.069449.95980.0561密度kg/cum11.3042420.592875.56

59、412.9634900.07091.7989沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文4設(shè)備計(jì)算204設(shè)備計(jì)算4.1反應(yīng)器R3014.1.1反應(yīng)器設(shè)計(jì)依據(jù)1催化劑的選擇本次化工設(shè)計(jì)選擇的催化劑是國內(nèi)催化劑C301,該催化劑是由南京化工研究院研制，在上海吳涇化工廠以石腦油為原料年產(chǎn)8萬噸的甲醇裝置上，經(jīng)高壓下使用，取的良好的效果。如某批號的該催化劑含CuO58.01%,ZnO31.07%,Al2O33.06%,H204.0%。外觀為黑色光澤圓柱體，粒徑為巾5mm?0?65mm，堆積密度1.61.7kg/ml,華東理工大學(xué)在進(jìn)行C301銅基催化劑曲節(jié)因子測定時(shí)，測定了該催化劑還原后的物性如下：空容0.1253ml/

60、g，顆粒密度3.63g/ml，比表面積45.66m2/g,空隙率0.4528,平均孔半徑54.9?0?610-10m,曲節(jié)因子2.1g。催化劑的使用溫度范圍為230285C。2反應(yīng)器的類型：本次設(shè)計(jì)選用的反應(yīng)器是魯奇爐，Lurgi型甲醇合成塔是德國Lurgi公司研制的一種管束型副產(chǎn)蒸汽合成塔，操作壓力為5Mpa,溫度2501。Lurgi合成塔既是反應(yīng)器又是廢熱鍋爐。Lurgi低壓法合成甲醇的主要特點(diǎn)是采用管束式水浴型合成塔。這種合成塔溫度幾乎是恒定的，溫度恒定的好處一是有效地抑制了副反應(yīng)；二是催化劑壽命長，由于溫度比較恒定，因此當(dāng)操作條件發(fā)生變化時(shí)(如循環(huán)機(jī)故障等)，催化劑也沒有超溫危險(xiǎn)，仍可