甲醇合成工藝設(shè)計

沈陽業(yè)大畢業(yè)計專業(yè)：班級：二姓名：1

.1.1概...............................................................................................51.2甲法.........................................................................01.3甲線1.4合義1.5本氣......................................................15段15算......................................................................172.1甲算......................................................17算2.2甲算27算........................................................292.3主型.................................................................31算32徑............................................................................33算35計算2

能定........................................................45備............................................................................47...................................................................................................4[5]《化工、下）天津，1994...........................................................................................束語..................................................................................................03

前言眾所周知，甲醇是重要的化工產(chǎn)品，也是重要的化工原料，又是很有發(fā)展前途的重要燃料。由甲醇合成的后加工產(chǎn)品名目繁多，效益顯著，市場非?；钴S。甲醇作為一種新型燃料市場前景非?？春米鳛槿剂系募状荚谒哪曛畠?nèi)增長了12倍。合成甲醇技術(shù)是煤化工技術(shù)在能源轉(zhuǎn)換的背景下研究開發(fā)的宗旨是以水煤氣為原料，擴大炭資源的使用范圍和石油危機隨著天然氣資源的大量開發(fā)加之天然氣轉(zhuǎn)換成合成氣的技術(shù)日益成熟使以天然氣為原料經(jīng)合成氣合成4

的甲醇比以煤炭為原料經(jīng)合成氣合成的甲醇在市場上更具競爭力此在合成甲醇的原料中用的最多的是天然氣在世界上幾乎所有大型的生產(chǎn)甲醇的廠家均采用天然氣，這是因為天然氣轉(zhuǎn)化合成氣比較容易，是合成甲醇的最理想原料，而且市場價格低，用其他原料生產(chǎn)出來的甲醇成本較高，無法與天然氣相競爭。1

論概甲醇作為及其重要的有機化工原料，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。5

1.生產(chǎn)的發(fā)展1）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供大于求，從初至今的供求基本平衡三個基本階段。

據(jù)NexantChenSystems公司的最新統(tǒng)計，全球年甲醇生產(chǎn)能力為萬t/a[2]

以下是最近幾年的甲醇需求統(tǒng)計。全球主要地區(qū)甲醇消費構(gòu)成2001年

2002年

2003年

2004年按用途分甲醛MTBE(其中美國）醋酸MMA其他需求合計

940(31)830(28)470(16)270(9)90(3)880(29)3020

970(32)810(26)430(14)290(9)90(3)900(29)3060(100)

1010(32)780(25)340(11)300(10)100(3)930(30)3100(100)

1050(33)760(22)270(8)310(10)100(3)970(30)3180(100)按地區(qū)分亞洲北美西歐其他需求合計

920(30)1000(33)630(21)470(16)3020(100)

940(31)1000(33)640(21)480(16)3060(100)

990(32)980(31)650(21)490(16)3110(100)

1040(33)970(31)670(21)500(16)3180(100)從上表可以看出，到年為止，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

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。目前國外以天然氣為原料生產(chǎn)的甲醇占92%以煤為原料生產(chǎn)的甲醇因此國外公司的甲醇技術(shù)均集中于天然氣制甲醇。國際上廣泛采用的先進(jìn)的甲醇生產(chǎn)工藝技術(shù)主要有:DAVY原I.C.I)OPSOEU、Lurgi公司甲醇技術(shù)等不同甲醇技術(shù)的消耗及能耗差異不,其主要的差異在于所采用的主6

要設(shè)備甲醇合成塔的類型不同。(a)DAVY甲醇技術(shù)特點DAVY低壓甲醇合成技術(shù)的優(yōu)勢在于其性能優(yōu)良的低壓甲醇合成催化劑,合成壓力:5.10MPa,大規(guī)模甲醇生產(chǎn)裝置的合成壓力為8～10M合成塔型式有:第一種激冷式合成塔單塔生產(chǎn)能力大,出口甲醇濃度約為4l第二種,內(nèi)換熱冷管式甲醇合成塔最近又開發(fā)了水管式合成塔精餾多數(shù)采用二塔,有時也用三塔精餾與蒸汽系統(tǒng)設(shè)置統(tǒng)一考慮。蒸汽系統(tǒng):分為高壓10.5MPa、中壓2.8M低壓0.45M三級。轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的廢熱與轉(zhuǎn)化爐煙氣廢熱,用于產(chǎn)生5M510高壓過熱蒸汽。高壓過熱蒸汽用于驅(qū)動合成壓縮機蒸汽透平,抽出中壓蒸汽用作裝置內(nèi)使用。(b)Lu甲醇技術(shù)Lu公司的合成有自己的特色,即有自己的合成塔專利特點是合成塔為列管式,副產(chǎn)蒸汽管內(nèi)是Lurgi合成催化劑,管間是鍋爐水,副產(chǎn)～0M的飽和中壓蒸汽。由于大規(guī)模裝置如2000M的合成塔直徑太大常采用兩個合成塔并聯(lián)。若規(guī)模更則采用列管式合成塔后再串一個冷管式或熱管式合成塔,同時還可采用兩個系列的合成塔并聯(lián)Lu工藝的精餾采用三塔精餾或三塔精餾后再串一個回收塔有時也采用兩塔精餾三塔精餾流程的預(yù)精餾塔和加壓精餾塔的再沸器熱源來自轉(zhuǎn)化氣的余熱。因精餾消耗的低壓蒸汽很少。(c)的甲醇技術(shù)特點TOE公司為合成氨、甲醇工業(yè)主要的專利技術(shù)商及催化劑制造商其甲醇技術(shù)特點主要表現(xiàn)在甲醇合成上的有:醇合成塔采用BWR合成塔(列管副產(chǎn)蒸汽),或采用CMD多床絕熱式合成塔。其流程特點為:采用軸向絕熱床層,塔間設(shè)換熱器,廢熱用于預(yù)熱鍋爐給水或飽和系統(tǒng)循環(huán)熱水塔溫度為220。單程轉(zhuǎn)化率高、催化劑體積少、合成塔結(jié)構(gòu)簡單、單系列生產(chǎn)能力大。合成壓力5.～0M根據(jù)裝置能力優(yōu)化產(chǎn)2000噸甲醇裝置,合成壓力約為8MPa。采用三塔或四塔包括回收塔)工藝技術(shù)。(d)TEC甲醇技術(shù)特點合成工藝采用ICI低壓甲醇技術(shù)。精餾采用Lurgi公司的技術(shù)。合成采用7

ICI低壓甲醇合成催化劑合成塔采用的MRF-Z合成塔(多層徑向合成塔),出口甲醇濃度可達(dá)8%vol合成塔阻力降小,為1MPa醇合成廢熱用于產(chǎn)生3.～0MPa中壓蒸汽,中壓蒸汽可作為工藝蒸汽或過熱后用于透平驅(qū)動蒸汽。(e)三菱重工業(yè)公司甲醇技術(shù)特點三菱甲醇技術(shù)與I.I工藝相類似,其特點是:采用結(jié)構(gòu)獨特的超級甲醇合成塔成壓力與甲醇裝置能力有關(guān)產(chǎn)噸甲醇裝置,合成壓力約為0MPa。超級甲醇合成塔特點是采用雙套催化劑溫度均單程轉(zhuǎn)化率合成塔出口濃度最高可達(dá)l。副～4.0MPa中壓蒸汽的合成塔出口濃度可達(dá)8l,合成系統(tǒng)循環(huán)量比傳統(tǒng)技術(shù)大為減少,所消耗補充氣最少。采用2塔或3塔精餾根據(jù)蒸汽系統(tǒng)設(shè)置而定。(f)伍公司甲醇技術(shù)特點采用I.I低壓合成工藝及催化劑,日產(chǎn)2000醇裝置合成壓力為8.0MPa。合成:伍德公司采用改進(jìn)的氣冷激式菱形反應(yīng)器、等溫合成塔、冷管式合成塔。CASAL公司ARC合成塔(多層軸徑向合成塔),單系列生產(chǎn)能力最高可達(dá)TPD合成廢熱回收方式:預(yù)熱鍋爐給水,設(shè)備投資低等溫合成塔:副產(chǎn)中壓蒸汽的管殼式合成塔,中壓蒸汽壓力為5～0MPa,單塔生產(chǎn)能力最高可達(dá)TPD。設(shè)備投資高。冷管式合成:軸向、冷管間接換熱,單塔生產(chǎn)能力最高可達(dá)TPD。設(shè)備投資低?？刹捎?塔、3塔精餾或4塔精餾,其比較如下:2塔精餾,甲醇回收率為98.,噸甲醇耗噸低壓蒸汽3塔精餾,甲醇回收率為,噸甲醇耗0.噸低壓蒸汽。4塔精餾,設(shè)甲醇回收塔,甲醇回收率為5%,噸甲醇耗0.45噸低壓蒸汽。(g)林德公司甲醇技術(shù)的特點采用I.C.I低壓合成工藝及催化劑。采用副產(chǎn)蒸汽的螺旋管式等溫合成塔管內(nèi)為鍋爐水,中壓蒸汽壓力為～4.0MPa,氣體阻力降低。其余部分與ICI低壓甲醇類似。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，8

我國的生產(chǎn)能力僅為70萬噸止2004年底國甲醇產(chǎn)能已達(dá)740噸117家生產(chǎn)企業(yè)共生產(chǎn)甲醇噸，2005年甲醇產(chǎn)量達(dá)到萬噸，比2004年增長22.2%，進(jìn)口量99.1萬噸，因此下降。我國以天然氣為原料合成甲醇技術(shù)主要有:一段蒸汽轉(zhuǎn)化工藝和中國成達(dá)公司的純氧兩段轉(zhuǎn)化工藝。我國以煤為原料合成甲醇技術(shù)主要有:固定床氣化(包括Lurgi爐、恩德爐和間歇式氣化)流化床氣化(灰熔聚氣化氣流床氣化爐,近幾年引進(jìn)的水煤漿氣化和粉煤氣化,其中的氣化引進(jìn)較早,使用的經(jīng)驗較多,國產(chǎn)化率高,投資較省Shell氣化還沒有使用經(jīng)驗。（a）國內(nèi)煤氣凈化技術(shù)甲醇粗煤氣脫硫脫碳凈化與合成氨是相同,是不需要液氮洗。國內(nèi)主要的凈化技術(shù)有低溫甲醇洗、MDEA對于中小廠也有脫硫用ADA、PDS,脫碳用熱鉀堿、PC、MDEA技術(shù)。(b)合成甲醇和精餾技術(shù)我國86年就開發(fā)了低壓甲醇合成和精餾技術(shù)目前國內(nèi)廣泛采用的管殼式副產(chǎn)蒸汽合成塔和兩塔精餾就源于該開,后又推廣了“U”形冷管合成,精餾也從兩塔發(fā)展到三塔,既可生GB338-2004優(yōu)等品精甲醇,又可生產(chǎn)美國O-M-232KAA級精甲醇含醇污水的處理工藝已取得突破性進(jìn),污水處理后可回收利用,故甲醇裝置在正常生產(chǎn)時實現(xiàn)了無含醇污水排放。近年來,甲醇技術(shù)發(fā)展很快,主要趨向為:①生產(chǎn)的原料轉(zhuǎn)向天然氣烴類加工尾氣從甲醇生產(chǎn)的實際情況核算,采用天然氣為原料比用固體為原料的投資可降50%;采用乙炔尾氣則經(jīng)濟效果更為顯著。目前國際,生產(chǎn)甲醇的原料以天然氣為主約占,以煤為原料只占。國內(nèi)近年來以煤為原料生產(chǎn)甲醇的比例在逐步上升這與中國的能源結(jié)構(gòu)有關(guān)。②生產(chǎn)規(guī)模大型化,單系列最大規(guī)模達(dá)萬噸?年,即單系列日產(chǎn)7500公噸。規(guī)模擴大后,可降低單位產(chǎn)品的投資和成本。③充分回收系統(tǒng)的熱量。產(chǎn)生經(jīng)濟壓力的蒸,以驅(qū)動壓縮機及鍋爐給水泵、循環(huán)水泵的透平,實現(xiàn)熱能的綜合利用。④采用新型副產(chǎn)中壓蒸汽的甲醇合成塔,降低能耗。9

⑤采用節(jié)能技術(shù),如氫回收技術(shù)預(yù)轉(zhuǎn)化、工藝?yán)淠猴柡图夹g(shù)、燃燒空氣預(yù)熱技術(shù)等,降低甲醇消耗。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——2008年新建的14套甲醇裝置中平均規(guī)模為萬t/a，其中卡塔爾二期工程項目高達(dá)230萬t/a。最小規(guī)模的是智利甲醇項目，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%，所以許多工程公司將其視為技術(shù)改進(jìn)重點經(jīng)形成的新工藝在主要是Syenetix(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)Topse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)統(tǒng)甲醇合成反應(yīng)器有ICI的冷激型反應(yīng)器，Lungi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，前者作燃料用者返回反應(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。甲醇的合

常用的合成方法當(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，10

這兩種方法生產(chǎn)的甲醇約占世界甲醇產(chǎn)量的以上。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)溫度360-400℃力19.6-29.4Mpa高壓法由于原料和動力消耗大應(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)。低壓法：(5.0-8.0Mpa)是世紀(jì)60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。中壓法：(9.8-12.0Mpa)隨著甲醇工業(yè)的大型化，如采用低壓法勢必導(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。目前，甲醇的生產(chǎn)方法還主要有①甲烷直接氧化法：2CHOH.②由423一氧化碳和氫氣合成甲醇，③液化石油氣氧化法本設(shè)計所采用的合成方法比較以上三者的優(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H加熱壓力下，在催化劑作用下合成甲醇，2其主要反應(yīng)式為：CO+H→CHOH23甲醇的合1

常用的合成工藝雖然開發(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(fù)雜程轉(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)ラ_發(fā)。下面介紹世紀(jì)年代以來所取得的新成果。(1)氣液固三項合成甲醇工藝

首先由美國化學(xué)系統(tǒng)公司提出，采用三相11

2222流化床，液相是惰性介質(zhì)，催化劑ICI改進(jìn)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(xué)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)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來等人提出了相反的觀點，采用的液相介質(zhì)除了熱穩(wěn)定性及化學(xué)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(jìn)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H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。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)器的傳熱性能，溫度易于控制高了反應(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(dá)15%-20%，循環(huán)比大為減??；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。(2)

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，一般不超過200℃，20世紀(jì)年代中期，美國Brookhaven國家實驗室開發(fā)了活性很高的復(fù)合型催化劑，其結(jié)構(gòu)為NaOH-RONa-M(OAc),其中M代表過渡金屬Ni,PdCo,R為低碳烷基M為Ni，2R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℃，壓力為2MPa左右合成氣單程轉(zhuǎn)化率高于80%甲醇選擇性高96%當(dāng)該催化劑與第Ⅵ族金屬的羰基絡(luò)合物混合使用時，能得到更好的效果，他能激活CO，并有較好的耐硫性合成氣中還有1670-6

的HS時醇產(chǎn)率仍達(dá)33%Mahajan等人研制了由過渡金屬絡(luò)合物與醇鹽組成的符合催化劑，如四羰基鎳和甲醇鉀以四氫呋喃為液相介質(zhì)反應(yīng)溫度為125℃轉(zhuǎn)化率大于90%，選擇性達(dá)99%。目前液相合成甲醇研究仍處在實驗室階段，尚未工業(yè)化，但它是一種很有開發(fā)前景的合成技術(shù)該法的缺點是由于反應(yīng)溫度低反應(yīng)熱不易回收利用CO

2和HO容易使復(fù)合催化劑中毒，因此對合成氣體的要求很苛刻，不能還有CO和2212

22HO，還需進(jìn)一步研究。2(3)新GSSTFRRSIPR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(jìn)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H在催化劑的作用下，在此系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)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)。RSIPR是級間產(chǎn)品脫出反應(yīng)系統(tǒng)，當(dāng)以吸附氣態(tài)甲醇的粉狀吸附劑流入該系統(tǒng)時該系統(tǒng)內(nèi)的液相四甘醇二甲醚進(jìn)行交換，氣態(tài)的甲醇被液相所吸附后再將四甘醇二甲醚中的甲醇分離出來這樣合成甲醇反應(yīng)不斷向右進(jìn)行CO的單程轉(zhuǎn)化率可達(dá)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。2

本設(shè)計的合成工藝經(jīng)過凈化的原料氣經(jīng)預(yù)熱加壓5Mpa220下從上到下進(jìn)入反應(yīng)器，在銅基催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，出口溫度為℃左右，甲醇7%右，因此，原料氣必須循環(huán)，則合成工序配置原則為圖1-1。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)計采用管殼式反應(yīng)器，管程走反應(yīng)氣，殼程走沸騰水合成塔

水冷器

甲醇分離塔

循環(huán)器粗甲醇甲醇合成的工藝流程（圖①）

馳放氣圖合成合序配置原則13

這個流程是德國公司開發(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MPa以1：5比例混合)循環(huán)，混合氣體在進(jìn)反應(yīng)器前先與反應(yīng)后氣體換熱溫到220左右進(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℃，含甲醇左右經(jīng)過換熱冷卻到℃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)中的惰性氣體含量部分空氣作為燃料大部分氣體進(jìn)入透平壓縮機加壓返回合成塔成塔副產(chǎn)的蒸汽及外部補充的高壓蒸汽一起進(jìn)入過熱器加熱到℃，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。合成甲醇甲醇是極為重要的有機化工原料，在化工、醫(yī)藥、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(dá)120種，我國以甲醇為原料的一次加工產(chǎn)品已有近種。在化工生產(chǎn)中，甲14

422422醇可用于制造甲醛酸甲烷胺基叔丁基烯硫酸二甲酯、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。以甲醇為中間體的煤基化學(xué)品深加工產(chǎn)業(yè)：從甲醇出發(fā)生產(chǎn)煤基化學(xué)品是未來C1化工發(fā)展的重要方向。比如神華集團(tuán)發(fā)展以甲醇為中間體的煤基化學(xué)品深加工，利用先進(jìn)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(jìn)技術(shù)，發(fā)展“甲醇－烯烴及衍生物”的大系列。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)成為車用燃料的發(fā)展方向之一我國政府已充分認(rèn)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。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。本設(shè)計的造氣工：使用二法造氣CH+HO(氣)→CO+3H-205.85kJ/mol422CH+O→CO+2H+109.45kJ/mol4222CH+O→CO+2H+35.6kJ/molCH+2O→CO+2HO+802.3kJ/mol4222合成工5MPa下銅基催化劑作用下發(fā)生一系列反應(yīng)主反應(yīng)：CO+2H→CHOH+102.37kJ/kmol23副反應(yīng)：2CO+4H→(CHO)+HkJ/kmol232215

CO+3H→CH+HO+115.69kJ/kmol2424CO+8H→CHOH+3HO+49.62kJ/kmol------------(A)2492CO+H→CO+HO-42.92kJ/kmol22除（A）外，副反應(yīng)的發(fā)生，都增大CO的消耗量，降低了產(chǎn)率，故應(yīng)盡量減少副反應(yīng)。反應(yīng)熱學(xué)一氧化碳加氫合成甲醇的反應(yīng)式為CO+2HCHOH(g)23這是一個可逆放熱反應(yīng)，熱效/。當(dāng)合成氣中有CO，也可合成甲醇。2CO+3H2

2

CHOH(g)+HO32這也是一個可逆放熱反應(yīng)，熱效/合成法應(yīng)機理本反應(yīng)采用銅基催化劑，5，250℃左右反應(yīng)，清華大學(xué)高森泉，朱起明等認(rèn)為其機理為吸附理論，反應(yīng)模式為：H+2˙→2H˙-----------------------------①2CO+H˙→HCO˙-------------------------HCO˙+H˙→HCO˙˙2HCO˙˙+2H˙→CHOH+3˙23CHOH˙→CHOH+˙33反應(yīng)為①，②控制。即吸附控制。16

34349生產(chǎn)工藝及主要設(shè)備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。甲醇生產(chǎn)

合成塔物平衡計算已知：年產(chǎn)100000精甲醇，每年以300工作日計。精甲醇中甲醇含量(wt)99.95%粗甲醇組成(wt)：[Lurgi低合成工藝]甲醇：93.89%輕組分[二甲醚(CH)計]：重組分[異丁醇HOH計]：0.026%水：5.896%所以：時產(chǎn)精甲醇：

1000001000300

Kg/h時產(chǎn)粗甲醇：14785.3393.89%根據(jù)粗甲醇組分，算得各組分的生成量為：甲醇(：

13888.89

Kg/h9722.22/h二甲醚(：Kg/h0.604Nm3/h異丁醇(：Kg/h0.052kmol/h1.164

3

/h水(：

Kg/h48.43

3

/h合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)為：17

23232224223232224224922222t2主反應(yīng)：CO+2HCHKJ/mol副反應(yīng)：2CO+4H(CHO+HO+200.39CO+3HCH+HKJ/mol4CO+8HHOH+3HO+49.62CO+HCO+

……①……②……③……④……⑤生產(chǎn)中，測得每生產(chǎn)1粗甲醇生成甲烷7.56,即0.34故

4每小時生成量為：7.5614.78533=111.777Nm即kmol/h，Kg/h。忽略原料氣帶入，根據(jù)②④為：48.43-0.604-0.0520kmol/h即在CO逆變換中生成的HO為kmol/h，即Nm

/h。5.06，40℃時各組分在甲醇中的溶解度列表于表表5.06Mpa，40時氣體在甲醇中的溶解度組分

H

2

CO

CO

2

N

2

Ar

4溶解度

/

甲醇

《甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展》華東工學(xué)院出版1990據(jù)測定℃時液態(tài)甲醇中釋放COCO等混合氣中每立方米含37.14g甲醇，假定溶解氣全部釋放，則甲醇擴散損失為：(1.008+5.501+0.504+0.529+1.008)即，/h。

37.141000

kg/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。表甲醇生產(chǎn)消耗和生成物量及組成消

單

消耗物料量

生成物料量

合計耗

位

CO

H

2

CO2

N

2

4

OHH(CH)HO3

消耗

生成方式18

①式

kmolNm3

434.039722.22

868.0619444.44

434.039722.22

29166.66

9722.22②式

kmolNm3

1.20827.06

2.41654.12

0.60413.536

0.60413.536

81.18

27.07③式

kmolNm3

4.987

9.974223.554

4.987111.777

4.987111.777

335.331

223.554④式

kmolNm3

0.2084.659

0.4169.318

1.164

0.1563.494

13.977

4.658⑤式

kmolNm3

<42.683><956.13>

42.683956.13

42.683956.13

42.683956.13

956.13

956.13氣

Nm3

1.008

0

5.0510.504

1.008

7.571體溶解擴散損失合計

Nm3Nm3

00.422<0.21>0.63318664.45961.6030.50419444.392.32227.0620686.502消耗組成生成質(zhì)量生

%(v)31.267.1911.6070.000827751.3455.56873.7093.890.0260.1885.89610019

32CH4CH432CH4CH4成組成設(shè)新鮮氣量為G

新鮮氣

,放氣為新鮮氣的[1]

。表馳放氣組成組分

H

2

CO

CO

2

4

N

2

Ar

OH

HMol%

《甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展》華東工學(xué)院出版.1990

新鮮氣

＝

消耗氣

+G

馳放氣

=G

消耗氣

G

新鮮氣

=59821.42+0.09

新鮮氣所以：

新鮮氣

＝65737.82Nm

3

/h新鮮氣組成見表2-4表甲醇合成新鮮氣組成組分

H

2

CO

CO

2

N

2

總計

2047.08

組成

3.144100mol%測得：甲醇合成塔出塔氣中含甲醇。根椐表、表，設(shè)出塔氣量G。又知醇后氣中含醇。出塔所以：

19444.18G后G塔

醇后

=G

＋G＋=65737.82-59821.42+112.785新鮮醇副擴Nm

/h所以：

出塔

＝3/h

循環(huán)氣

G

出塔

醇后

生成

+G

溶解

=245850.477Nm

/h20

3232甲醇生產(chǎn)循環(huán)氣量及組成見表表甲醇生產(chǎn)循環(huán)氣量及組成組分

CO

2

H

2

N

2

4

ArCHOHH

合計流量：組

7842.631499.6924.585245850.477

79.313.194.79成(V)

入塔

G

循環(huán)氣

+G

新鮮氣

=245850.477+65737.82=311588.297/h由表及表得到表2-6。表甲醇生產(chǎn)入塔氣流量及組成單位：Nm3/h組分

COCO2

H

2

N

2

4

ArCHOHH32

合計流量：34894.77

10668.787808.40324.927311588.297Nm3

/h組成11.199

3.42476.8162.5063.7621.8060.4790.008(V)%又由

出塔

G

循環(huán)氣

消耗

＋

生成據(jù)表2-2、2-6、得表表組分

H

N

CH

CHHOCH(CHO

計入

239349.677808.403塔消

0.50421

耗生2.32227.06成出

4.487805.78920853.582.32227.06塔組成

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。表甲醇分離器出口氣體組成、流量：單位/h

組分

CO

CH4

Ar

合計H

OH損失

8746.1

11940.620853.

270230.出氣

組成

73.3137.717100(V)%

20575.7出液

27.06

組成0.01110.127mol%重量kg

873.7028688.3組成0.0265.981(wt)%甲醇馳放氣流量及組成見表2-922

323323表2-9甲馳放氣流量及組成組成

COCO

2

H

2

4

ArOHHO

合計流量：190.117105.789397.166144.77996.41918.437

微

組成：

81.924.950.63100(V)%粗甲醇貯罐氣流量及組成風(fēng)表2-10。表貯氣組成、流量組成

CO

2

H

2

4

ArCHOH

2

合計流量：

1.0080.5290.5048.311

組成：

012.1296.3652.5396.064100(V)%由表2-2到表可得表2-11表

2-11甲生產(chǎn)物料平衡匯總表新鮮氣

循環(huán)氣

入塔氣

出塔氣

醇后氣組分

流量

組成

流量

組成

流量

組成

流量

組成

流量

組成

29.1592047.083.144

15463.995

3.424

6.2933.212

3.033H

67.692

239349.67

198114.47572.7152045.998NArCH

0.00511776.238

11721.952

2.5061.8063.762

2.8652.0654.383

1.086112.785

0.0353.59723

CHOH

0.479

7.654HOH(CH)O

2.32227.06

0.001HO合計

245850.474

100

311588.295

0.008100

272452.787

0.802100

微量

/100根椐計算結(jié)果，可畫出甲醇生產(chǎn)物流圖，如：圖甲醇生產(chǎn)物流圖1.新鮮氣

3.循環(huán)氣2.入塔氣

6.馳放氣甲醇合成

分離器塔

5.醇后氣冷

凝

貯

罐7.粗甲醇粗甲醇餾的物料平衡算1.預(yù)塔的物料平衡(1).進(jìn)料粗甲醇：。根據(jù)以上計算列表2-12表2-12組分流量：kg/h組成：(wt)%

甲醇

二甲醚

異丁醇

水

合計28688.3B.堿液：據(jù)資料，堿液濃度為時，每噸粗甲醇消耗0.1kg的NaOH則24

3232493233232493234消耗純NaOHkg/h換成為：

8%

=35.863C.軟水：據(jù)資料記載。軟水加入量為精甲醇的計，則需補加軟水：(1-8%)=5515.122據(jù)以上計算列表2-13。表預(yù)塔進(jìn)料及組成物料量：kg/h粗甲醇

H

NaOH

)O

COH

合計28688.3堿液軟水

合計

(2).出料塔底。甲醇：27751.34B.塔底水。粗甲醇含水：堿液帶水：補加軟水：5515.122kg/h合計：6421.746kg/hC.塔底異丁醇及高沸物：D.塔頂二甲醚及低沸物：由以上計算列表2-14。表預(yù)出料流量及組成物料量：塔頂

OH

HNaOH(CH)

CHOH

合計塔底合計

25

26262主塔的物料平衡計算(1).進(jìn)料加壓塔。預(yù)后粗甲醇：34183.655kg/h常壓塔。34183.655-27751.342/3=15682.76(2).出料加壓塔和常壓塔的采出量之比為2:1，常壓塔釜液含甲醇。加壓塔。塔頂：27751.342/3=18500.89kg/h塔釜：15682.76kg/hB.常壓塔。塔頂：99%=9157.94kg/h塔釜：甲醇

水

NaOH

高沸物kg/h：92.5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得表甲醇精餾塔物料平衡匯總物料甲醇NaOH水高沸物合計

物料

加壓塔頂出料

常壓塔頂出料9157.949157.94

常壓塔釜出料

合計根椐計算結(jié)果可畫出粗甲精餾物流圖，見圖2-24.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

預(yù)精餾塔

加壓精餾塔

常壓精餾塔

3入333入335.預(yù)塔底出料甲醇生產(chǎn)合成塔量計算

8.常壓塔釜出料圖粗甲醇精餾物流圖已知：合成塔入塔氣為℃，出塔氣為℃，熱損失以5%計，殼層走4MPa的沸水。查《化工工藝設(shè)計手冊》得，4MPa下的氣化潛熱為409.7即1715.00kJ/kg，密度799.0m

3

，水蒸氣密度為kg/m3

，溫度為℃。入塔氣熱容見4-16。表2-165MPa，220℃下入塔氣(CHOH)熱容組分

COCO

2

H

2

N

2

ArCH

4

合計流量：比熱：

30.35/kJ/kmol熱量：

5312.062700.69kJ/℃查得220℃時甲醇的焓值為kJ/kmol，流量為749.391Nm3。所以：

22.4

+212338.19220=2815007.35+46714401.8=49529409.15kJ出塔氣熱容除(見表4-17。表，220下出塔氣除(CHOH)容27

組分

COCO2

H

2

N

2

ArCH4

CH)H492

合計流量：17145.497805.7892.322

27.06

2185.083比熱：30.13

46.5829.3930.4121.3648.39170.97

95.8583.49/kJ/kmol℃熱量：11579.359138.40

5321.8812951.53

59.714088.59176365.71℃查得250℃時甲醇的焓值為46883.2kJ/kmol，量為10471.692

。所以：=46883.2出

250=21917251.36+44091421.5=66008672.86kJ由反應(yīng)式得:=[反應(yīng)

27.06200.39+22.42.32249.62+(-42.92)]kJ

熱損失

＋入

反應(yīng)

)=6854286.46kJ所以：殼程熱水帶走熱量

傳

Q

入

Q

反應(yīng)

-Q

出

-Q

熱=64222769.83kJ又：=G傳

熱水

r

熱水所以:熱水

64222769.831714.99

即時產(chǎn)蒸氣：

19.18

28

ff常壓精塔能量衡算X=

(9157.943232

=0.448查《化工工藝設(shè)計手冊》,甲醇露點溫度t=74.81℃操作條件：塔頂℃，塔釜105℃，進(jìn)料溫度124℃，回流液溫40℃，取回流液與進(jìn)料的比例為4:1。<1>.入熱量見表2-18。表2-18常塔入熱物料組分流量：kg/h溫度：℃比熱：℃熱量:kg/h

甲醇

進(jìn)料

水堿6730.31

回流液甲醇

加熱蒸汽Q=Q入

進(jìn)料

+Q

回流液

+Q

加熱

加熱=13489081.64+Q

加熱<2>.帶出熱量見表表常塔物料帶出熱量物料

精甲醇

回流液

殘液

熱損失組分流量：kg/h溫度：℃比熱℃潛熱：熱量

甲醇9157.941046.75

甲醇1046.75

甲醇34030.5

水+堿6730.31

29

3()33水3()33水所以：＝出

＋

＋＋＋

入=60751404.02+5%Q

入因為：＝Q出

入所以：=Q=63948846.34kJ/h入出所以：

蒸汽

=50459764.7kJ/h已知水蒸氣的汽化熱為2118.6kJ/kg所以：需蒸汽G

蒸汽

=23817.5甲醇蒸汽75

40水加壓塔底液體120℃甲醇蒸汽115冷凝液

常壓精餾塔

回流甲醇40殘液℃

30水40精甲醇甲醇℃圖常壓塔物流圖<3>.冷卻水用量計算對熱流體＝Q入

產(chǎn)品精甲醇

+Q

=11426819.64+46331674.04=57758493.68kJ/h回流液

出

Q

精甲醇

+Q

回流液(液)

傳

(1-5%)-7838339.228=47032229.77kJ/h所以：冷卻水用量G

水

47032229.7730)4.187

=1123.3t水1123.3所以：每噸精甲醇消耗G’==40.44t/t水精甲醇<4>.常壓塔精餾段熱量平衡見表2-20。表精段熱量平衡表30

帶入熱量：加壓塔來的甲醇：

帶出熱量：采出熱量精甲醇：塔底供熱：內(nèi)回流：g2.68)

內(nèi)回流：g(67

2.68+1046.75)總?cè)霟幔?/p>

總出熱：

所以：總?cè)霟?總出熱所以：53537019.32+179.56g=11426819.64+1226.31g內(nèi)所以：g內(nèi)<5>.常壓塔提餾段熱量平衡見表2-21。表提段熱量平衡表帶入熱量：

內(nèi)帶出熱量：加壓塔來的甲醇：塔底供熱：內(nèi)回流：’總?cè)霟幔?4014983.66g

殘液：2992910.34內(nèi)回流：2.68+1046.75)總出熱：+1226.31g因為：

總?cè)霟?/p>

+Q

總出熱即：+179.56g’+1226.31g’內(nèi)內(nèi)所以：g’=48743.32kg/h內(nèi)

主要設(shè)備計算及選型設(shè)備是化工工藝運作的載體擇合適的設(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。31

01nnn01nnn常壓精塔計算條件：⑴.甲醇質(zhì)量：精甲醇含醇：99.95%(wt)殘液含醇：1%(wt)⑵.作條件：塔頂壓力：0.01

6

塔底壓力：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：[(0.13

6

-0.01

6

75)75

表2-22精段物料流率物料內(nèi)回流

質(zhì)量流量：kg/h

分子量：

摩爾流量：1257.17標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積：V

3

/h操作狀況下的體積：V

95.5630.101

6/h氣體負(fù)荷：V=

19122.47

340229.47氣體密度：m

3查《化工工藝設(shè)計手冊℃時甲醇的密度=kg/mn液體負(fù)荷：L

40229.473600721

=0.0155m/h<2>.提餾段32

TclTcl平均溫度：(105+124)=114.5℃入料壓力：(0.136)

7575

平均壓力：(89.6

6

表2-23提段內(nèi)回流量物料內(nèi)回流

質(zhì)量流量：kg/h

分子量：

摩爾流量：1523.23標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積：22.4=34120.32Nm1操作狀態(tài)下的體積1

273114.5273

0.10163

6=23292.9Nm3所以：氣體負(fù)荷：V==6.47m/s氣體密度：

48743.32=2.093kg/m23292.9

3查得進(jìn)料狀態(tài)甲醇溶液溫度℃，含甲醇，密度為0.83t/m3。塔底含醇1%似為純水水的密度為kg/m所以：液體平均密度=

939.412

=893.21

3則液體負(fù)荷L=

48743.32893.213600

=0.01516m

3

初估塔本設(shè)計采用F1重閥浮閥塔，設(shè)全塔選用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，板間距Hm溢流堰高h(yuǎn)m。<1>.精餾段⑴.求操作負(fù)荷系數(shù)L1精餾段功能參數(shù)：n()2=)V5.3122.104n33

0TC適0TC適=0.054塔板間有效高度H=H-H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℃時，甲醇的表面張力為：

N/cm水的表面張力為：68.87-5N/cm精餾段甲醇水溶液的平均組成為：甲醇：

(0.9995+0.579)=0.7893wt則含水為：wt所以表面張力：σ=0.789315.87-5+0.210768.87

=27.04所以：C=

G

20

0.2=0.0485⑵.大流速

l

v

v

U=0.7Umax=1.69m/s⑶．求塔徑DVD=U

適

5.3121.183

m<2>.提餾段⑴．求操作負(fù)荷系數(shù)L提餾段功能參數(shù)：m（lVm查斯密斯圖得G=0.0524

）2=)2.093=0.048434

適ffdd適ffdd又得114.5℃時，甲醇表面張力為：

N/cm水的表面張力為：57.06-5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：

=44.40

N/cm所以：C=

G

20

0.2=0.0447⑵.求提餾段U’max

l

v

v

893.212.093=1.199U

=0.7U

1.199=0.839⑶.求塔徑D

VmU

適

6.470.7850.839

m對全塔，取塔徑D=3000mm理論板的計算<1>.各點的甲醇摩爾分?jǐn)?shù)，設(shè)加壓塔后甲醇的甲醇摩爾人率為XX=

6730.3118.02

=0.437精甲醇中甲醇的摩爾分率X。X=

99.95

99.950.05

=0.99935

ww3232CHOH124105dwd1ww3232CHOH124105dwd1殘液中甲醇的摩爾分率X。X

=0.0057<2>.處理能力F=

XMff

HO

M

HO

2483.5340.437=102.93kmol/h精餾段物料量：D精

XXfXX

ww

0.00570.999=44.697kmol/h提餾段物料量：D提

XXfXXw

=55.185kmol/h<3>.平均揮發(fā)度查得124℃時，甲醇的飽和蒸汽壓P*CH水的飽和蒸汽壓P*HKpa105℃時，甲醇的飽和蒸汽壓P*CH水的飽和蒸汽壓P*HKpa*得：p*HO124℃時=℃105℃時=℃

=3.074=3.565平均揮發(fā)度124

105

3.074<4>.求最小理論塔板數(shù)Nm：因為：X=0.999，X；X=0.001X=0.9943；36

XXdXmXmXXdXmXm根椐芬斯克公式：

lg

d1lg

0.999lg0.0057lg=10.06<5>.求最小回流比各組分參數(shù)列表組分

進(jìn)料組成X

i,F

釜液組成X

i水甲醇

用恩德伍德公式計算：

ii,Di

=R+1

iiFi

=1-q因為：為露點進(jìn)料所以：

iiFi

=0=

3.5650.5633.074用試差法求出：=3.254代入：

ii,Di

=R+1=

0.99430.00573.5653.2543.0743.254故：R操作回流比=1.515.4510.30則<6>.求實際理論板數(shù)查吉利蘭圖得：

=0.35637

ffwwlffwwl則：

10.08

=0.356所以：N塊<7>.計算板效率⑴.求平均相對揮發(fā)度與平均粘度的積

、塔頂塔底平均溫度為：

℃86時：

10

PaS

CH

PaS則：=

CH

X+

(1-X)=0.3250.437+0.3354=0.3309

PaS所以：=0.3309

3.310=1.0973

PaS⑵.查板效率聯(lián)圖得：板效率：E=49*(

所以實際板數(shù)為：=34.85塊0.464塔內(nèi)件計<1>.溢流堰設(shè)計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(jìn)口堰。堰長取L=0.8D=0.83000=2400堰高：h=h-how采用平直堰，堰上液層高度

2.84LE()1000L

--------------(a)提餾段及精餾段計算結(jié)果如下：38

dfTdTf0dfTdTf0精餾段

提餾段溢流強度ii=L/Lw,m3/(h.m)

2.400

0.015163600

i=5-25

適合要求

適合要求求E由(2.5

查圖

3600

=6.25

0.01516

=6.12

堰上液層高度

2.84

2/3

2.84

2/3由(計算堰高圓整到<2>.降液管設(shè)計

=0.02348Hw=0.05-0.02348=0.02652Hw=0.027

=0.02305Hw=0.027Lw=2400mm，

L

D

=0.8查閱《代工原理》(下)津科學(xué)技術(shù)出版社，得到：

D

=0.2，

f

T

W降液管弓形寬度mA---------降液管弓形面積2A--------塔面積mW=0.211AD2=(3.000)442A0.15=1.0598m

=7.065m

2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一般大于5S，即：Ht=fT精餾段：t=提餾段：t=

0.350.01550.350.01516

=23.93>5S=24.47>5S故降液管底隙高度H，對弓形降液管，管口面積等于底隙面積，即有：39

00000000200000000020H=

LLUow

，

=0.2則：精餾段：H=提餾段：H=

0.01552.4002.400

=0.0323m=0.0316m<3>.塔板布置及浮閥數(shù)目與排列：取閥孔動能因子F計算如下：精餾段

提餾段U=

F0

U=

13.52.014

U=

13.52.093

每層浮閥數(shù)

N=

14

N=

N=

4

Vd00

=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

=85mmt，t

以等腰三角形順排。排得閥數(shù)為530，N=530個重新?lián)Q算F計算結(jié)果如下：精餾段提餾段U=

V0

5.312=9.297m/s0.041530527

=9.304m/sF

2.093

閥孔動能因素變化不大，仍在9-12之間。塔板開孔率：40

pcl002l1pcl002l1LpcLppppd4D4

0.04129.000

塔板流力學(xué)驗算<1>.氣相通過浮閥塔的壓降H=H+H+H⑴.干板阻力精餾段

提餾段

73.1

1.825

73.1

=6.987m/sUoc=

73.1

=6.207m/s因為

U

UHc=5.34

02gl

H=5.34

2.1049.2972

H

2.093893.219.81

⑵.上充氣液層阻力。取充氣系h=h

0

=0.5⑶液體表面張力所造成的阻力很小，可以忽略。所以h=h+h對精餾段：h=0.025+0.069=0.094m

水柱對提餾段：h

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

(H+h)TwH=h+h+hdpL

dA、氣體通過塔板的壓降相當(dāng)?shù)囊航蹈叨?/p>

p精餾段h0.094m

水柱

提餾段h

水柱41

ddLdLddTwTwdbTfflddLdLddTwTwdbTffl0.7B、液體通過降液管的壓頭損失。因為不設(shè)進(jìn)口堰：精餾段：h

LLh

)2

2.4000.05

=0.0026m

水柱提餾段：h=0.153

LLh

)2

0.015162.4000.05

水柱C、板上液層高度：h所以H=h+h+h精餾段：H=0.05+0.094+0.0026=0.1466提餾段：H選定則H+h）（=0.1885所以H+h)Tw即可防止淹塔。<3>霧沫夾帶。板上液體流經(jīng)長度:Z=D-2W=1.0-20.14=0.72Ld板上泛液面積：A=A-2A=0.785-2

2ev

0.157(

GHTf

1.9

LV

0.7

又因為

G

f

F，H0?h5.3所以對于精餾段G

5.3120.8857.0656.0052Hf

5.3

0.0690.1756則

e44.40.350.17560.027Kg/Kg液

氣42

f1.90.7ssTWLT20Tf1.90.7ssTWLT20TW0提餾段

6.477.0651.0598

6.476.0052則

H0.0550.13975.31.0772.093e0.15744.40.1397893.212.0930.0240.1Kg/Kg液因此沒有霧沫夾帶塔板負(fù)性能<!>.霧沫夾帶線

氣泛點率

VvlKCf

l對于一定的物系和一定的塔板AbG及Zl已知對于ev<0.1的泛點率上限可確定，得V-L關(guān)系式，按泛點率=計算：精餾段：

2.1041.362.88L4.945

=0.8化簡得：0.054V+2.88L=2.596由上可知，霧沫夾帶線為直線。<2>.液泛線

(H+H)=Hp+Hl+Hd=Hc+Hl+H

+H忽略掉H，有+H)=5.34

Uv02l

L)2)Lh2.843600L[H+E()]1000Lw因塔板結(jié)構(gòu)一定，物系一定，則，，，v，

0

43

0203600L2527422.400n(max)0203600L2527422.400n(max)m(max)1000000定值，U=

0

式中d，N也是定值，故：上式可簡化為：精餾段：

V2721

1.51.01510002.400即：

0.148=0.0024

2

10.6252

0.377

23提餾段：

5.34

2.093893.219.81

2

L

1.5

3600L即：

V10.625L23此即常壓塔的泛點率。<3>.液相負(fù)荷上限液體在降液管中停錙時間不低于停留時間的上限。t=

Af

有：

Af

則精餾段：L=

5

=0.07419提餾段：L<4>.漏液線

5

=0.07419對F重閥，以F=5為規(guī)定氣體最小負(fù)荷由F=U＝5，得U＝

5

由

4

NU