10萬(wàn)噸甲醇精餾工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-wenkub
2023-07-08 14:25:06 本頁(yè)面
【正文】 《甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展》據(jù)測(cè)定：35 ℃時(shí)液態(tài)甲醇中釋放CO、CO g甲醇，假定溶解氣全部釋放，則甲醇擴(kuò)散損失為：(++++)= kg/h， Nm3/h。第2章生產(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。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)。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。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。 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。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22。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)。 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%。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。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。(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CuZn改進(jìn)型催化劑。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。低壓法：( Mpa)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(240270℃)。9 合成塔物料平衡計(jì)算9 粗甲醇精餾的物料平衡計(jì)算16 節(jié) 甲醇生產(chǎn)的能量平衡計(jì)算第1章 甲醇合成的基本概念 3 常用的合成方法 19 節(jié) 合成塔能量計(jì)算 19 節(jié) 常壓精餾塔能量衡算20 主要設(shè)備計(jì)算及選型23 節(jié) 常壓精餾塔計(jì)算23 節(jié) 初估塔徑25 理論板數(shù)的計(jì)算27 塔內(nèi)件設(shè)計(jì)30 塔板流體力學(xué)驗(yàn)算32 塔板負(fù)荷性能34 節(jié) 常壓塔主要尺寸確定36 節(jié) 輔助設(shè)備39 第3章 主設(shè)備圖及工藝流程圖39參考文獻(xiàn) 40致謝 41 第1章甲醇合成的基本概念 甲醇的合成方法 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。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。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 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→CH3OH 甲醇的合成路線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(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。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。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)。(2) 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。 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，但它是一種很有開發(fā)前景的合成技術(shù)。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)。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的沸騰水合成塔水冷器甲醇分離塔循環(huán)器粗甲醇 馳放氣 圖11 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， MPa (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。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。作為替代燃料：近幾年，汽車工業(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。甲醇作為重要原料在敵百蟲、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。 當(dāng)合成氣中有CO2時(shí)，也可合成甲醇。 甲醇生產(chǎn)的物料平衡計(jì)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)。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22。%。 表28 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0出氣組成(V)%100出液組成mol%100重量kg組成(wt)%100甲醇馳放氣流量及組成見表29。根據(jù)以上計(jì)算列表212表212組分甲醇二甲醚異丁醇水合計(jì)流量：kg/h組成：(wt)%100 ：據(jù)資料，堿液濃度為8%時(shí)， kg的NaOH。甲醇： kg/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%。得表215甲醇精餾塔物料平衡匯總表：?jiǎn)挝唬簁g/h +++++=得表215 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NaOH水高沸物合計(jì)根椐計(jì)算結(jié)果可畫出粗甲精餾物流圖，見圖22。 表216 5MPa，220℃下入塔氣除(CH3OH)熱容組分COCO2H2N2ArCH4合計(jì)流量：Nm3比熱：kJ/kmol℃/熱量：kJ/℃查得220℃ kJ/kmol， Nm3。1.帶入熱量見表218。 表221 提餾段熱量平衡表帶入熱量：kJ/h帶出熱量：kJ/h加
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