【正文】 763 . 5 ln 4    沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 設(shè)備計(jì)算 22 T K CO 1 10 257 . 2 64851 . 21 ln 3 2     T K H 1 10 585 . 1 19395 . 12 ln 3 2     反應(yīng)器R301 1．反應(yīng)器R301 的物性數(shù)據(jù) 進(jìn)入反應(yīng)器R301 的物料數(shù)據(jù)表 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)Aspen 模擬流程圖 5 R301 1 2 3 圖41 反應(yīng)器R301 的Aspen 模擬流程圖 序 號(hào) 組分 分子式 分子量 常 壓 沸點(diǎn)℃ 摩爾分率 溫度 ℃ 壓力 MPa 1 一氧化碳 CO 210 2 二氧化碳 CO 2 3 氫氣 H 2 4 甲烷 CH 4 5 氮?dú)?N 2 6 氬氣 Ar 7 甲醇 CH 4 O 8 水 H 2 O 100 9 乙醇 C 2 H 6 O 10 甲酸甲酯 C 2 H 4 O 2 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 設(shè)備計(jì)算 23 反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和靈敏度分析 1．管數(shù)的靈敏度分析 管數(shù)的靈敏度分析一覽表 管數(shù) CO 轉(zhuǎn)化率 CO2 轉(zhuǎn)化率 出口CH3OH 含率 5200 5300 5400 5500 5600 5700 5800 5900 6000 6100 6200 6300 6400 6500 6600 6700 6800 6900 7000 7100 7200 7300 7400 7500 7600 7700 7800 7900 8000 5200 5300 5400 5500 5600 5700 5800 5900 6000 6100 6200 6300 6400 6500 6600 6700 6800 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 設(shè)備計(jì)算 24 管數(shù) 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 0 . 1 2 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 6 0 . 0 7 0 . 0 8 0 . 0 9 0 . 1 0 . 1 1 0 . 1 2 0 . 1 3 0 . 1 4 0 . 1 5 0 . 1 6 0 . 1 7 0 . 1 8 0 . 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 0 . 4 5 0 . 5 0 . 5 5 0 . 6 0 . 6 5 CO轉(zhuǎn)化率 CO2轉(zhuǎn)化率 出口CH3OH含率 圖42 管數(shù)Aspen 模擬結(jié)果圖 在整個(gè)流程中 CO 的轉(zhuǎn)化率為 ，CO 2 的轉(zhuǎn)化率為 ，CH 3 OH 的產(chǎn)率為 。但是Lurgi 合成塔的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，裝卸催化劑不太方便，這是它的不足之處。 Lurgi 合成塔既是反應(yīng)器又是廢熱鍋爐。如某批號(hào)的該催化劑含CuO %，ZnO %,Al 2 O 3 %,H 2 O %。產(chǎn)品甲醇的純度在99%以上。 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、CO 2 等的輕組分,塔底組成一般為甲醇和水的混合物。 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。合成氣的成份對(duì)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。 甲醇的生產(chǎn)原理 合成反應(yīng)原理 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： 2 4 2 2 2 4 2 2 2 6 2 2 4 2 2 2 3 4 2 2 O H C H CO O H O CH H CO O H O H C H CO O CH H CO        以銅為主體的銅基催化劑，對(duì)于甲醇合成具有極高的選擇性，而且在不太高的壓力及溫度下，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，要求維持催化劑在最佳的穩(wěn)定的溫度下操作。 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φ 5mm?0?65mm，顆粒密度 ,使用溫度范圍為230～285℃。催化劑效果：單程轉(zhuǎn)化率高；循環(huán)比?。ㄐ∮?）；出口甲醇濃度高，12%～14%（V）；甲醇產(chǎn)率高；碳轉(zhuǎn)化率高（大于99%）；能源與原料消耗低；催化劑用量少，為傳統(tǒng)的50%。引起催化劑選擇性惡化的條件為高溫，高壓，高 CO/H2 比，高CO/CO2 比，低空速。80 年代齊魯石化公司第二化肥廠引進(jìn)了聯(lián)邦德國Lurge 公司的低壓甲醇合成裝置 中壓法 中壓法是在低壓法研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展起來的,由于低壓法操作壓力低,導(dǎo)致設(shè)備體積相當(dāng)龐大, 10MPa ICI 公司研究成功了 512 型銅基催化劑,其化學(xué)組成和活性與低壓合成催化劑511型差不多,只是催化劑的晶體結(jié)構(gòu)不相同,從而使 ICI 公司有可能將原有的 5MPa 的合成壓力提高到 l0MPa,所用合成塔與低壓法相同也是四段冷激式，其流程,其流程和設(shè)備與低壓法類似. 合成甲醇催化劑的種類及性能 幾種國外催化劑種類及性能 1． 型甲醇合成催化劑 該催化劑的化學(xué)組成為 CuO 60%，ZnO 30%,Al2O3 10%.形狀及顆粒為φ ?0?6 ，～；操作溫度210～270℃，操作壓力可低于 。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,我國開發(fā)了 2527MPa 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230290℃。在壓力5～20 MPa，溫度370～420 ℃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。甲醇裂解產(chǎn)生CO 和H2，是制備CO 和H2 的重要化學(xué)方法。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 工藝概述 3 2 工藝概述 甲醇的性質(zhì) 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:32，(20/4℃)，℃，℃，℃，℃，蒸汽壓 (100mmHg ℃)，蒸氣與空氣混合物爆炸極限6～ %（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。萬噸級(jí)以上的廠家只有幾十家，十萬噸級(jí)以上規(guī)模的就更少。目前大都采用（中）低壓工藝來合成甲醇。與此同時(shí)，世界其他化學(xué)公司也競(jìng)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)。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)的高速發(fā)展。1913 年，德國BASF 公司在其高壓合成氨的實(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)3000 t 合成甲醇的生產(chǎn)裝置，并成功投產(chǎn)。1734 年，Damds 和P39。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。 是一種無色、易燃、易揮發(fā)的有度液體，常溫下對(duì)金屬無腐蝕性（鉛、鋁除外），略有酒精氣味。 design。并使用CAD 繪制相應(yīng)的工藝流程圖。 年產(chǎn)8 萬噸甲醇裝置的Aspen Plus 模擬及工藝設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容： 工藝流程設(shè)計(jì) 物能衡算 設(shè)備計(jì)算 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(duì)年產(chǎn) 8 萬噸甲醇裝置的 Aspen 模擬及工藝設(shè)計(jì)。采用 Aspen 對(duì)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(duì)甲醇反應(yīng)器，進(jìn)料產(chǎn)品第一換熱器，冷卻器等六個(gè)設(shè)備進(jìn)行熱量衡算，并對(duì)甲醇反應(yīng)器和換熱器進(jìn)行設(shè)備計(jì)算。 Aspen simulation。 iii 目錄 內(nèi)容摘要 ........................................................................................................................... i Abstract ............................................................................................................................. ii 目錄 ................................................................................................................................. iii 1 文獻(xiàn)綜述 ............................................................................................................. 1 甲醇在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用 ................................................................ 1 甲醇在國內(nèi)外的發(fā)展動(dòng)向 ........................................................................... 1 生產(chǎn)技術(shù) ............................................................................................... 1 技術(shù)發(fā)展動(dòng)向 ........................................................................................ 1 甲醇的市場(chǎng)需求狀況 ................................................................................... 2 2 工藝概述 ............................................................................................................. 3 甲醇的性質(zhì) .................................................................................................. 3 甲醇的物理性質(zhì) .................................................................................... 3 甲醇的化學(xué)性質(zhì) .................................................................................... 3 生產(chǎn)方法的評(píng)述及選擇 ............................................................................... 3 高壓法 ................................................................................................... 3 低壓法 ................................................................................................... 4 中壓法 ................................................................................................... 4 合成甲醇催化劑的種類及性能 ................................................................... 4 幾種國外催化劑種類及性能 ................................................................. 4 幾種國內(nèi)催化劑的性狀 ........................................................................ 5 甲醇的生產(chǎn)原理........................................................................................... 6 合成反應(yīng)原理 ........................................................................................ 6 精餾工藝原理 ....................................