甲醇合成設(shè)計(jì)

年產(chǎn)20萬(wàn)噸甲醇合成工藝設(shè)計(jì)河南城建學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE42PAGE411總論1.1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(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。長(zhǎng)期以來(lái)，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(lái)越多的領(lǐng)域。1.生產(chǎn)的發(fā)展1）世界甲醇工業(yè)的發(fā)展總體上說(shuō)，世界甲醇工業(yè)從90年代開(kāi)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(gè)基本階段。[1]據(jù)NexantChenSystems公司的最新統(tǒng)計(jì)，全球2004年甲醇生產(chǎn)能力為4226.5萬(wàn)t/a[2]以下是最近幾年的甲醇需求統(tǒng)計(jì)。全球主要地區(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(guó)）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(jì)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)1000(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(jì)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(zhǎng)趨勢(shì)，而MTBE 的需求量則逐年降低。亞洲需求量增長(zhǎng)比較迅速，與此相反，北美地區(qū)需求則在減少。2）我國(guó)甲醇工業(yè)發(fā)展我國(guó)的甲醇工業(yè)經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，生產(chǎn)能力得到了很大提高。1991年，我國(guó)的生產(chǎn)能力僅為70萬(wàn)噸，截止2004年底，我國(guó)甲醇產(chǎn)能已達(dá)740萬(wàn)噸，117家生產(chǎn)企業(yè)共生產(chǎn)甲醇440.65萬(wàn)噸，2005年甲醇產(chǎn)量達(dá)到500萬(wàn)噸，比2004年增長(zhǎng)22.2%，進(jìn)口量99.1萬(wàn)噸，因此下降3.1%。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(guò)百萬(wàn)噸的已不再少數(shù)。在2004——2008年新建的14套甲醇裝置中平均規(guī)模為134萬(wàn)t/a，其中卡塔爾二期工程項(xiàng)目高達(dá)230萬(wàn)t/a。最小規(guī)模的是智利甲醇項(xiàng)目，產(chǎn)能也達(dá)84萬(wàn)t/a，一些上世紀(jì)末還稱(chēng)得上經(jīng)濟(jì)規(guī)模的60萬(wàn)t/a裝置因失去競(jìng)爭(zhēng)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)。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(dòng)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(zhǎng)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。1.2甲醇的合成方法1.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，這兩種方法生產(chǎn)的甲醇約占世界甲醇產(chǎn)量的80%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℃，壓力19.6-29.4Mpa。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(zhǎng)期以來(lái)處于停頓狀態(tài)。低壓法：(5.0-8.0Mpa)是20世紀(jì)60年代后期發(fā)展起來(lái)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(dòng)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(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①甲烷直接氧化法：2CH4+O2→2CH3OH.②由一氧化碳和氫氣合成甲醇，③液化石油氣氧化法2.本設(shè)計(jì)所采用的合成方法比較以上三者的優(yōu)缺點(diǎn)，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CO和H2在加熱壓力下，在催化劑作用下合成甲醇，其主要反應(yīng)式為：CO+H2→CH3OH1.3甲醇的合成路線(xiàn)1．常用的合成工藝雖然開(kāi)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(wèn)題：反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜；單程轉(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(wèn)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_(kāi)發(fā)。下面介紹20世紀(jì)80年代以來(lái)所取得的新成果。(1)氣液固三項(xiàng)合成甲醇工藝首先由美國(guó)化學(xué)系統(tǒng)公司提出，采用三相流化床，液相是惰性介質(zhì)，催化劑是ICI的Cu-Zn改進(jìn)型催化劑。對(duì)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)，甲醇在液相介質(zhì)中的溶解度越小越好，產(chǎn)物甲醇以氣相的形式離開(kāi)反應(yīng)器。這類(lèi)液相介質(zhì)有如三甲苯，液體石蠟和正十六烷等。后來(lái)Berty等人提出了相反的觀點(diǎn)，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(kāi)反應(yīng)器，而是以液相形式離開(kāi)反應(yīng)器，在反應(yīng)器外進(jìn)行分離。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)四甘醇二甲醚是極理想的液相介質(zhì)。CO和H2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(diǎn)是：反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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，提高了反應(yīng)器的熱穩(wěn)定性；催化劑的顆粒小，內(nèi)擴(kuò)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)比大為減小；能量回收利用率高；催化劑磨損少。缺點(diǎn)是三相反應(yīng)器壓降較大，液相內(nèi)的擴(kuò)散系數(shù)比氣相小的多。液相法合成甲醇工藝液相合成甲醇工藝的特點(diǎn)是采用活性更高的過(guò)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(kuò)散影響問(wèn)題，反應(yīng)溫度低，一般不超過(guò)200℃，20世紀(jì)80年代中期，美國(guó)Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)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)2,其中M代表過(guò)渡金屬Ni,Pd或Co,R為低碳烷基，當(dāng)M為Ni，R為叔戊烷基時(shí)催化劑性能最好，液相介質(zhì)為四氫呋喃，反應(yīng)溫度為80-120℃，壓力為2MPa左右，合成氣單程轉(zhuǎn)化率高于80%，甲醇選擇性高達(dá)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(shí)，能得到更好的效果，他能激活CO，并有較好的耐硫性，當(dāng)合成氣中還有1670×10-6的H2S時(shí)，其甲醇產(chǎn)率仍達(dá)33%。Mahajan等人研制了由過(guò)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℃，CO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(shí)驗(yàn)室階段，尚未工業(yè)化，但它是一種很有開(kāi)發(fā)前景的合成技術(shù)。該法的缺點(diǎn)是由于反應(yīng)溫度低，反應(yīng)熱不易回收利用；CO2和H2O容易使復(fù)合催化劑中毒，因此對(duì)合成氣體的要求很苛刻，不能還有CO2和H2O，還需進(jìn)一步研究。(3)新型GSSTFR和RSIPR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(dòng)反應(yīng)系統(tǒng)，CO和H2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(jí)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(shí)，與該系統(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，然后再將四甘醇二甲醚中的甲醇分離出來(lái)。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(xiàng)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(wèn)題需要解決和完善。2．本設(shè)計(jì)的合成工藝經(jīng)過(guò)凈化的原料氣，經(jīng)預(yù)熱加壓，于5Mpa、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2-2。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的沸騰水合成塔合成塔水冷器甲醇分離塔循環(huán)器粗甲醇馳放氣圖1-1合成合序配置原則甲醇合成的工藝流程（圖①）這個(gè)流程是德國(guó)Lurgi公司開(kāi)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，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(guò)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(guò)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。1.4合成甲醇的目的和意義甲醇是極為重要的有機(jī)化工原料，在化工、醫(yī)藥、輕工、紡織及運(yùn)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多種，我國(guó)以甲醇為原料的一次加工產(chǎn)品已有近30種。在化工生產(chǎn)中，甲醇可用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺、甲基叔丁基醚（MTBE）、聚乙烯醇（PVA）、硫酸二甲酯、對(duì)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(lái)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(guó)外開(kāi)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2大系列。作為替代燃料：近幾年，汽車(chē)工業(yè)在我國(guó)獲得了飛速發(fā)展，隨之帶來(lái)能源供應(yīng)問(wèn)題。石油作為及其重要的能源儲(chǔ)量是有限的，而甲醇燃料以其安全、廉價(jià)、燃燒充分，利用率高、環(huán)保的眾多優(yōu)點(diǎn)，替代汽油已經(jīng)成為車(chē)用燃料的發(fā)展方向之一。我國(guó)政府已充分認(rèn)識(shí)到發(fā)展車(chē)用替代燃料的重要性，并開(kāi)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(chóng)、甲基對(duì)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。甲醇還可經(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。1.5本設(shè)計(jì)的主要方法及原理造氣工段：使用二步法造氣CH4+H2O(氣)→CO+3H2-205.85kJ/molCH4+O2→CO2+2H2+109.45kJ/molCH4+O2→CO+2H2+35.6kJ/molCH4+2O2→CO2+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+2H2→CH3OH+102.37kJ/kmol副反應(yīng)：2CO+4H2→(CH3O)2+H2O+200.3kJ/kmolCO+3H2→CH4+H2O+115.69kJ/kmol4CO+8H2→C4H9OH+3H2O+49.62kJ/kmol(A)CO+H2→CO+H2O-42.92kJ/kmol除（A）外，副反應(yīng)的發(fā)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)。反應(yīng)熱力學(xué)一氧化碳加氫合成甲醇的反應(yīng)式為CO+2H2CH3OH(g)這是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，熱效應(yīng)。當(dāng)合成氣中有CO2時(shí)，也可合成甲醇。CO2+3H2CH3OH(g)+H2O這也是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，熱效應(yīng)合成法反應(yīng)機(jī)理本反應(yīng)采用銅基催化劑，5MPa，250℃左右反應(yīng)，清華大學(xué)高森泉，朱起明等認(rèn)為其機(jī)理為吸附理論，反應(yīng)模式為：H2+2˙→2H˙①CO+H˙→HCO˙②HCO˙+H˙→H2CO˙˙H2CO˙˙+2H˙→CH3OH+3˙CH3OH˙→CH3OH+˙反應(yīng)為①，②控制。即吸附控制。生產(chǎn)工藝及主要設(shè)備計(jì)算工藝計(jì)算作為化工工藝設(shè)計(jì)，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(duì)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。2.1甲醇生產(chǎn)的物料平衡計(jì)算2.1.1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/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/h434.03kmol/h9722.22Nm3/h二甲醚(46)：27.796Kg/h0.604kmol/h13.536Nm3/h異丁醇(74)：3.844Kg/h0.052kmol/h1.164Nm3/h水(18)：871.74Kg/h48.43kmol/h1048.84Nm3/h合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)為：主反應(yīng)：CO+2H2CH3OH+102.37KJ/mol……①副反應(yīng)：2CO+4H2(CH3)2O+H2O+200.39KJ/mol……②CO+3H2CH4+H2O+115.69KJ/mol……③4CO+8H2C4H9OH+3H2O+49.62KJ/mol……④CO2+H2CO+H2O-42.92KJ/mol……⑤生產(chǎn)中，測(cè)得每生產(chǎn)1噸粗甲醇生成甲烷7.56Nm3,即0.34kmol，故CH4每小時(shí)生成量為：7.5614.78533=111.777Nm3，即4.987kmol/h，79.794Kg/h。忽略原料氣帶入份，根據(jù)②、③、④得反應(yīng)⑤生成的水的量為：48.43-0.604-0.05203-4.987=42.683kmol/h，即在CO逆變換中生成的H2O為42.683kmol/h，即956.13Nm3/h。5.06MPa，40℃時(shí)各組分在甲醇中的溶解度列表于表2-1表2-15.06Mpa，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37.14g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)=0.318kg/h即0.0099kmol/h，0.223Nm3/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2-2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①式434.03②式③式④式0.052⑤式氣體溶解擴(kuò)散損失合計(jì)消耗組成生成質(zhì)量生成組成設(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+0.09G新鮮氣=59821.42+0.09G新鮮氣所以：G新鮮氣＝65737.82Nm3/h新鮮氣組成見(jiàn)表2-4表2-4甲醇合成新鮮氣組成組分H2COCO2N2總計(jì)Nm344499.2519168.452047.083.2965737.82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=6029.185Nm3/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=272460.95-6029.185-20686.502+112.785-7.571=245850.477Nm3/h甲醇生產(chǎn)循環(huán)氣量及組成見(jiàn)表2-5表2-5甲醇生產(chǎn)循環(huán)氣量及組成組分COCO2H2N2CH4ArCH3OHH2O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=311588.297Nm3/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/h34894.7710668.78239349.677808.40311721.955627.2851492.5124.927311588.297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組分入塔消耗生成出塔組成(V)甲醇分離器出口氣體和液體產(chǎn)品的流量、組成見(jiàn)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)損失出氣組成(V)%出液組成mol%重量kg組成(wt)%甲醇馳放氣流量及組成見(jiàn)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/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)%CO19168.4929.15915463.9956.2934894.7711.19917145.496.293881.2828.108CO22047.083.1448604.7673.5010668.783.4248751.2033.21295.1073.033H244499.2567.692194984.01379.31239349.6776.816198114.47572.7152045.99865.257N23.290.0057842.633.197808.4032.5067805.7892.8651.0860.035Ar5654.5612.305627.2851.8065626.1622.065CH411776.2384.7911721.9523.76211941.634.383112.7853.597CH3OH1499.6880.611492.5080.47920853.587.654C4H9OH2.3220.001(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甲醇合成塔分離器貯罐冷凝1.新鮮氣3.循環(huán)氣2.入塔氣6.馳放氣5.醇后氣7.粗甲醇2.1.2粗甲醇精餾的物料平衡計(jì)算 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：0.128688.32.869kg/h換成8%為：=35.863kg/hC.軟水：據(jù)資料記載。軟水加入量為精甲醇的20%計(jì)，則需補(bǔ)加軟水：27751.3420%-35.863(1-8%)=5515.122kg/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：27751.34kg/hB.塔底水。粗甲醇含水：873.63kg/h堿液帶水：32.994kg/h補(bǔ)加軟水：5515.122kg/h合計(jì)：6421.746kg/hC.塔底異丁醇及高沸物：7.70kg/hD.塔頂二甲醚及低沸物：55.56kg/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：34183.655kg/h常壓塔。34183.655-27751.342/3=15682.76kg/h(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1%。加壓塔。塔頂：27751.342/3=18500.89kg/h塔釜：15682.76kg/h常壓塔。塔頂：27751.341/399%=9157.94kg/h塔釜：甲醇水NaOH高沸物kg/h：92.5 6421.7462.8697.70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27751.3418500.899157.9492.527751.34NaOH2.8692.8692.869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(huà)出粗甲精餾物流圖，見(jiàn)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.加壓塔頂出料預(yù)精餾塔加壓精餾塔常壓精餾塔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2.2甲醇生產(chǎn)的能量平衡計(jì)算2.2.1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，4MPa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(jiàn)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/kmol℃30.1545.9529.3430.3521.4147.05/熱量：kJ/℃23580.6510987.99157396.595312.062700.6912360.21212338.19查得220℃時(shí)甲醇的焓值為42248.46kJ/kmol，流量為749.391Nm3。所以：Q入=42248.46+212338.19220=2815007.35+46714401.8=49529409.15kJ出塔氣熱容除(CH3OH)見(jiàn)表4-17。表2-175MPa，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/kmol℃30.1346.5829.3930.4121.3648.39170.9795.8583.49/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10471.692Nm3。所以：Q出=46883.2+176365.71250=21917251.36+44091421.5=66008672.86kJ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=87556320kJQ熱損失=(Q入＋Q反應(yīng))5%=(49529409.15+87556320)5%=6854286.46kJ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=64222769.83kJ又：Q傳=G熱水r熱水所以:G熱水==37447.89kg/h即時(shí)產(chǎn)蒸氣：=1952.45m32.2.2常壓精餾塔能量衡算Xf==0.448查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》,甲醇露點(diǎn)溫度t=74.81℃75℃操作條件：塔頂75℃，塔釜105℃，進(jìn)料溫度124℃，回流液溫度40℃，取回流液與進(jìn)料的比例為4:1。<1>.帶入熱量見(jiàn)表2-18。表2-18常壓塔入熱物料進(jìn)料回流液加熱蒸汽組分甲醇水+堿甲醇流量：kg/h9259.9146730.3163960.896溫度：℃12412440比熱：kJ/kg℃2.684.262.68熱量:kg/h3077254.623555218.966856608.06Q加熱Q入=Q進(jìn)料+Q回流液+Q加熱=3077254.62+3555218.96+6856608.06+Q加熱=13489081.64+Q加熱<2>.帶出熱量見(jiàn)表2-19。表2-19常壓塔物料帶出熱量物料精甲醇回流液殘液熱損失組分甲醇甲醇甲醇水+堿流量：kg/h9157.9463960.89692.56730.31溫度：℃7575105105比熱：kJ/kg℃2.682.683.504.187潛熱：kJ/kg1046.751046.75熱量:kg/h11426819.6446331674.0434030.52958879.845%Q入所以：Q出＝11426819.64＋46331674.04＋34030.5＋29588879.84＋5%Q入=60751404.02+5%Q入因?yàn)椋篞出＝Q入所以：Q入=Q出=63948846.34kJ/h所以：Q蒸汽=50459764.7kJ/h已知水蒸氣的汽化熱為2118.6kJ/kg所以：需蒸汽G3蒸汽==23817.5kg/h常壓精餾塔常壓精餾塔甲醇蒸汽75℃40℃水回流甲醇加壓塔底液體40℃30℃水120℃甲醇蒸汽40℃115℃精甲醇冷凝液殘液105℃甲醇115℃圖2-3常壓塔物流圖<3>.冷卻水用量計(jì)算對(duì)熱流體：Q入＝Q產(chǎn)品精甲醇+Q回流液=11426819.64+46331674.04=57758493.68kJ/hQ出=Q精甲醇(液)+Q回流液(液)=9157.94402.68+6856608.06=7838339.228kJ/hQ傳=57758493.68(1-5%)-7838339.228=47032229.77kJ/h所以：冷卻水用量G3水==1123.3t水/h所以：每噸精甲醇消耗G’3水==40.44t水/t精甲醇<4>.常壓塔精餾段熱量平衡見(jiàn)表2-20。表2-20精餾段熱量平衡表帶入熱量：kJ/h帶出熱量：kJ/h加壓塔來(lái)的甲醇：3077254.62采出熱量精甲醇：11426819.64塔底供熱：50459764.7內(nèi)回流：g內(nèi)(672.68+1046.75)內(nèi)回流：g內(nèi)(672.68)總?cè)霟幔?3537019.32+179.56g內(nèi)總出熱：11426819.64+1226.31g內(nèi)所以：總?cè)霟?總出熱所以：53537019.32+179.56g內(nèi)=11426819.64+1226.31g內(nèi)所以：g內(nèi)=40229.47kg/h<5>.常壓塔提餾段熱量平衡見(jiàn)表2-21。表2-21提餾段熱量平衡表帶入熱量：kJ/h帶出熱量：kJ/h加壓塔來(lái)的甲醇：3555218.96殘液：2992910.34塔底供熱：50459764.7內(nèi)回流：g’內(nèi)(672.68+1046.75)內(nèi)回流：g’內(nèi)(672.68)總?cè)霟幔?4014983.66+179.56g’內(nèi)總出熱：2992910.34+1226.31g’內(nèi)因?yàn)椋篞總?cè)霟?Q總出熱即：54014983.66+179.56g’內(nèi)=2992910.34+1226.31g’內(nèi)所以：g’內(nèi)=48743.32kg/h2.3主要設(shè)備計(jì)算及選型設(shè)備是化工工藝運(yùn)作的載體，選擇合適的設(shè)備，對(duì)于提高生產(chǎn)率，降低原料，能是的消耗有著重要的作用。2.3.1常壓精餾塔計(jì)算條件：⑴.精甲醇質(zhì)量：精甲醇含醇：99.95%(wt)殘液含醇：1%(wt)⑵.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：==2.104kg/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48743.32321523.23標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積：=1523.2322.4=34120.32Nm3/h操作狀態(tài)下的體積：=34120.32=23292.9Nm3/h所以：氣體負(fù)荷：Vm==6.47m3/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/s2.3.2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=0.05m。<1>.精餾段求操作負(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)=0.7893wt則含水為：1-0.7893=0.2107wt所以表面張力：σ=0.789315.8710-5+0.210768.8710-5=27.0410-5N/cm所以：C===0.0485⑵.最大流速UmaxUmax=1.3C=1.30.0485=1.69m/sU適=0.7Umax=1.690.7=1.183m/s⑶．求塔徑DD===2.39m<2>.提餾段求操作負(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=44.4010-5N/cm所以：C===0.0447求提餾段U’maxmax=1.3C=1.30.0447=1.199m/s適=0.7max=0.71.199=0.839m/s求塔徑===2.93m對(duì)全塔，取塔徑D=3000mm2.3.3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===102.93kmol/h精餾段物料量：D精=F=102.93=44.697kmol/h提餾段物料量：D提=F=102.93=55.185kmol/h<3>.平均揮發(fā)度：查得124℃時(shí)，甲醇的飽和蒸汽壓P*CH3OH=705.38Kpa水的飽和蒸汽壓P*H2O=229.47Kpa105℃時(shí)，甲醇的飽和蒸汽壓P*CH3OH=439.08Kpa水的飽和蒸汽壓P*H2O=123.18Kpa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=0.001 Xw1=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)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)=86℃86℃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：=0.330910-33.310=1.097310-3PaS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2.3.4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(guò)高則霧沫夾帶嚴(yán)重，過(guò)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(zhǎng)取Lw=0.8D=0.83000=2400mm堰高：hw=hl-how采用平直堰，堰上液層高度howhow=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==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Hw=0.05-0.02348=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=0.23.000=0.6mAT=D2=3.14(3.000)2=7.065m2Af=7.0650.15=1.0598m2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==0.0323m提餾段：H0==0.0316m<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(pán)，取=85mm，按=95mm，=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(kāi)孔率：==8.04%2.3.5塔板流體力學(xué)驗(yàn)算<1>.氣相通過(guò)浮閥塔的壓降Hp=Hc+Hl+H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=0.055⑵.板上充氣液層阻力。取充氣系數(shù)0=0.5hl=1hL=0.50.05=0.025⑶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(guò)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(guò)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：hL=0.05m所以Hd=hp+hL+hd精餾段：Hd=0.05+0.094+0.0026=0.1466m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(zhǎng)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(méi)有霧沫夾帶2.3.6塔板負(fù)荷性能<!>.霧沫夾帶線(xiàn)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(xiàn)為直線(xiàn)。<2>.液泛線(xiàn)(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：0.148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(xiàn)對(duì)F1重閥，以F0=5為規(guī)定氣體最小負(fù)荷由F0=U0＝5，得U0＝由V=d0NU0=所以：精餾段：Vn(min)=0.0412=2.41m3/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=0.025m，作為液相負(fù)荷下限條件。L(min)=()3/2精餾段：Ln(min)=()3/2=0.0170m3/s提餾段：Lm(min)=()3/2=0.0171m3/s2.3.7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=10mm<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=10mmhi=1000=750mm，h0=60mm<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=3m，塔頂高為1.2m，頂接管高為350mm，板間距為350mm，開(kāi)7個(gè)人孔，人孔處板間距為700mm。塔高=3000+(750+60)+35350+1200+350+3000+7007=25510mm<5>.接管設(shè)計(jì)⑴.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===24786.79m3/h蒸汽流速，取u=20m/s則出口管面積S==0.3443m2所以：出口管徑d1==0.6622m即取d1=663mm⑵.回流液進(jìn)口管已知回流液溫度為40℃，甲醇液體流量為63960.896kg/h查表知:40℃=772.21kg/m3所以：其體積流量V==82.83m3/h取液體流速u(mài)=1.5m/s則回流液入口管徑d2===0.1398m=139.8mm即取d2=140mm⑶.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==0.0828m取出口管徑d3=90mm。⑷.進(jìn)料管進(jìn)料狀態(tài)為124℃，0.67MPa，甲醇9259.914kg/h，水6730.31kg/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：＝939.850.69＝1.105m3/h所以：進(jìn)料體積流量為：V==20.594m3/h進(jìn)料管流速取為u=1.5m/s，則進(jìn)料管徑：d4==0.0697m即取d4=70mm⑸.再沸器蒸汽入口管由前面計(jì)算可知：再沸器蒸汽流量為23817.5kg/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==0.57m2所以：入口管徑d5==0.8521m即取d5=853mm2.3.8輔助設(shè)備甲醇合成反應(yīng)器是甲醇合成生產(chǎn)的核心設(shè)備，由于合成反應(yīng)為可逆放熱反應(yīng)，故要求反應(yīng)器設(shè)計(jì)能迅速移走反應(yīng)熱。目前世界上使用最多的是I.C.I公司的多段冷激爐和Lurgi公司的副產(chǎn)蒸汽管殼型合成塔。本設(shè)計(jì)選用Lurgi管殼型反應(yīng)器。圖②該反應(yīng)器外型像一個(gè)列管式換熱器，催化劑填裝于管內(nèi)，管外為4MPa的沸水。反應(yīng)氣流經(jīng)反應(yīng)管，放出的熱量通過(guò)管壁傳給沸騰水，使其汽化，轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑴囟日羝Ｆ涮攸c(diǎn)為床層溫度平穩(wěn)能準(zhǔn)確，靈敏的控制反應(yīng)溫度以較高位能回收反應(yīng)熱出口甲醇含量較高設(shè)備緊湊，開(kāi)工方便可避免石蠟等副產(chǎn)物生成避免羰基化合物生成壓降小，所需外部能量少3.主設(shè)備圖及工藝流程圖主設(shè)備塔(精餾塔)見(jiàn)圖③工藝流程圖見(jiàn)圖④參考文獻(xiàn)[1]趙國(guó)方編著《化工工藝設(shè)計(jì)概論》原子能出版社，1990[2]天津大學(xué)物理化學(xué)教研室《物理化學(xué)》（上、下）高等教育出版社，1991[3]刁玉瑋等編《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》大連理工大學(xué)出版社，1992[4]楊福升等編《甲醇生產(chǎn)工藝與操作》石油化學(xué)工業(yè)出版社，1974[5]天津大學(xué)化工原理教研室《化工原理》（上、下）天津科學(xué)技術(shù)出版社，1994[6]天津大學(xué)等合編《基本有機(jī)化工分離工程》化學(xué)工業(yè)出版社，1995[7]房鼎業(yè)等編《甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展》華東化工學(xué)院出版社，1990[8]馮元琦主編《聯(lián)醇生產(chǎn)》第二版，化學(xué)工業(yè)出版社，1994[9]上海化學(xué)工業(yè)設(shè)計(jì)院石油化工設(shè)備設(shè)計(jì)建設(shè)組《化工設(shè)備圖集》（Ⅳ，塔類(lèi)），上?？萍汲霭嫔?，1974[10]宋維端等編《甲醇工學(xué)》化學(xué)工業(yè)出版社，1991[11]國(guó)家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院編《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版(上、下)化學(xué)工業(yè)出版社，1996

結(jié)束語(yǔ)大學(xué)四年的日子馬上就要過(guò)去了，我們迎來(lái)了大學(xué)中最后的一堂課——畢業(yè)設(shè)計(jì)，這也是在大學(xué)中最關(guān)鍵的一堂課，是我們通過(guò)大學(xué)四年的學(xué)習(xí)，總結(jié)所學(xué)課程的一次機(jī)會(huì)，也是對(duì)我們把理論知識(shí)用于實(shí)際生產(chǎn)的一次綜合檢測(cè)。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)訓(xùn)練使自己進(jìn)一步鞏固加深所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，使之系統(tǒng)化、綜合化；在畢業(yè)設(shè)計(jì)中培養(yǎng)了自己獨(dú)立工作、獨(dú)立思考并運(yùn)用已學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際工程技術(shù)問(wèn)題的能力，特別是獲取新知識(shí)的能力；加強(qiáng)了對(duì)計(jì)算、繪圖、實(shí)驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)處理、編輯設(shè)計(jì)文件、使用規(guī)范化手冊(cè)等最基本的工作實(shí)踐能力的培養(yǎng)；訓(xùn)練了樹(shù)立具有符合國(guó)情和生產(chǎn)實(shí)際的正確的設(shè)計(jì)思想和觀與他人合作的工作作風(fēng)。但是由于時(shí)間短、工藝復(fù)雜，加上首次進(jìn)行這樣的大型設(shè)計(jì)，經(jīng)驗(yàn)不足且水平有限，在本次設(shè)計(jì)中，缺點(diǎn)、錯(cuò)誤在所難免，敬請(qǐng)各位老師指正。我相信通過(guò)本次設(shè)計(jì)，這將是我以后在工作中的重要經(jīng)驗(yàn)，在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，得到了各位指導(dǎo)教師及多位同學(xué)的熱心幫助，在此表示謝意。同時(shí)還要感謝院、系各老師四年來(lái)的孜孜教導(dǎo)?；贑8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營(yíng)養(yǎng)診斷專(zhuān)家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測(cè)試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀開(kāi)發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線(xiàn)間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測(cè)儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開(kāi)發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測(cè)儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測(cè)量?jī)x的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線(xiàn)性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門(mén)傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號(hào)檢測(cè)儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專(zhuān)用單片機(jī)核的可測(cè)性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測(cè)微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測(cè)基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測(cè)量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動(dòng)低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測(cè)量?jī)x的研制基于單片機(jī)的紅外測(cè)油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門(mén)機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測(cè)漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無(wú)功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)信號(hào)的采集系統(tǒng)HYPERLINK"/det