【正文】 Qr = Qr1 +Qr2 + Qr3 + Qr4 + Qr5 () 式中 Qr Qr Qr Qr4分別為甲醇、二甲醚、異丁醇、甲烷的生成熱， kJ/h； Qr5 — 二氧化碳逆變換反應(yīng)的反應(yīng)熱， kJ/h； Qr = GrΔH () 式中 Gr — 。 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 表 粗甲醇中間貯槽物料平衡表 物料 進(jìn)料 出料 進(jìn)粗甲醇貯槽混合物 馳放氣 去精餾工段的組分 kg/h Wt% kmol/h mol% kg/h Wt% kmol/h mol% kg/h Wt% kmol/h mol% H2 N2 CH4 CO CO2 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 合計(jì) 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 甲醇合成工段熱量平衡計(jì)算 工藝條件：（ 1）進(jìn)塔氣體溫度平均按 225℃ 計(jì)算； （ 2）冷凝器氣體出口溫度與液體溫度相等，都為 40℃ ； （ 3）冷卻水溫度為 25℃ ，冷卻回水溫度為 38℃ ； （ 4）系統(tǒng)熱損失為 5%。 表 甲醇分離器放空氣體的組成 氣體組成 H2 N2 CH4 CO CO2 合計(jì) Nm3/t kg/h Wt% kmol/h mol% 馳放氣的組成與溶解氣的組成相同，如表 所示。 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 表 進(jìn)出甲醇分離器的物料平衡表 物料 進(jìn)料 出料 出水冷器的混合物 甲醇分離器后氣體的組成 進(jìn)粗甲醇中間貯槽的混合物 kg/h Wt% kmol/h mol% kg/h Wt% kmol/h mol% kg/h Wt% kmol/h mol% H2 N2 CH4 CO CO2 CH3OH (CH3)2O C4H9OH H2O 合計(jì) 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 計(jì)算循環(huán)氣的組成。其中，出水冷器的物料平衡中甲醇、二甲醚、異丁醇和水均已被冷卻為液體。 表 進(jìn)合塔混合氣的組成 氣體組成 H2 N2 CH4 CO CO2 合計(jì) Nm3/t kg/h Wt% kmol/h mol% 計(jì)算出合成塔進(jìn)水冷器的氣體組成。 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 計(jì)算新鮮氣的組成。 nk + mk = i () ck + hk + kk = 1 i () 聯(lián)立解上述各方程，求得： 循環(huán)氣中氮?dú)夂?nk Kn = nFDkmnBnmhc DkiBki FFFFFFF kk )()44( )()31( ?????? ???? () 循環(huán)氣中甲烷含量 mk 馳放氣量 Vk Vk = )31(44 kFFFFFk kin nmhD??????? () 新鮮氣加入量 VF VF = VkFPFk nNnn ? () 生成的甲烷量 M M = Vkmk + MP VFmF () 進(jìn)行變換反應(yīng)消耗的 CO2量 Ku = W (A + M + 3I) () 新鮮氣中 CO 的含量 cF 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 Fc = FPukk V IMALCKVc )42( ?????? () 在這些方程中，兩個(gè)輔助量 D 與 B 分別等于： D = CP + HP + 3L + 6A + 12I + 4MP NPFFFF n mhc 4?? () B = MP + A + 3I + NPFFFnmk ? KP W () 上述各式中的符號意義： V— 生成 1 噸粗甲醇的氣體總?cè)莘e， Nm3/t； N— 氮量， Nm3/t； n— 氮?dú)夂?，容積 %； Ku— 參加反應(yīng)的 CO2量， Nm3/t； K— CO2量， Nm3/t； k— CO2含量，容積 %； M— 甲烷的生成量， Nm3/t； m— 甲烷含量，容積 %； H— 氫氣量， Nm3/t； h— 氫氣含量，容積 %； C— CO 量， Nm3/t； c— CO 含量，容積 %； L— 甲醇量， Nm3/t； A— 二甲醚量， Nm3/t； I— 異丁醇量， Nm3/t； W— 生成水量， Nm3/t； i— 循環(huán)氣中 N2的容積百分?jǐn)?shù)； P— 產(chǎn)物； k— 循環(huán)氣； F— 新鮮氣。以計(jì)算氮?dú)鉃槔?，具體計(jì)算步驟如下： 氮?dú)獾哪柫髁浚? N= ?? kmol/h 氮?dú)獾哪?分?jǐn)?shù)： C= %% ?? 氮?dú)獾馁|(zhì)量流量： M=28= kg/h 氮?dú)獾馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)： x= %% 2 31 ?? 按上述步驟分別計(jì)算粗甲醇中溶解的各氣體含量，如表 所示。 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 表 甲醇分離器后粗甲醇的組成 氣體組成 甲醇 二甲醚 異丁醇 水 合計(jì) Wt% (4)由《化工工藝設(shè)計(jì)思考題習(xí)題集》第 10 頁查出各種氣體在液體甲醇中的溶解數(shù)據(jù)，如表 所示。如流、溫度、壓力等。如生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)條件、產(chǎn)品要求 等； 2）工業(yè)化試驗(yàn)提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?；すに囉?jì)算為化工工藝過程的設(shè)計(jì)、工藝管路、設(shè)備的選擇及生產(chǎn)管理、工藝條件選擇的主要依據(jù)；對于平衡原料、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)中的廢料、廢氣、廢熱都有重要作用 。在預(yù)精餾塔進(jìn)料口設(shè)置加堿管線，將堿液槽 (V0407)中的先配制好的 8%的 NaOH通過配堿泵 (P0405A/B)加入預(yù)塔，加堿量為粗甲醇總量的 20%。常壓塔利用加壓塔塔頂熱源作為常壓塔(T0403)塔釜冷凝 /再沸器 (E0406)熱源給常壓塔塔釜加熱至 110℃ 進(jìn)行常壓精餾，塔頂氣通過常壓塔回流冷凝器 (E0409)冷卻至 62℃ 進(jìn)入常壓塔回流槽 (V0403)，經(jīng)過常壓塔回流泵(P0404A/B)出口，采取部分回流去常壓塔和部分作為精甲醇產(chǎn)品通過常壓塔甲醇冷卻器(E0410)冷卻至 40℃ 采出至成品儲罐。從合成工序得到的粗甲醇中含有多種不純物，其中主要為水，其它為高醇、高烴、醚等。閃蒸后的粗甲醇靠自身壓力壓往粗甲醇中間貯槽或送精餾預(yù)精餾塔 (T0401)。由于溫度的降低，反應(yīng)氣中的甲醇、水及付產(chǎn)物被冷凝下來形成粗甲醇液滴，被分離出來。通過修理或更換自調(diào)閥，保持系統(tǒng)蒸汽壓力的穩(wěn)定。 其三塔精餾的運(yùn)行特點(diǎn)有： 蒸汽消耗低、操作彈性大、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量。塔頂氣冷凝后即成為高質(zhì)量的甲醇 產(chǎn)品，其產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的 55％。 (2)精餾工段 精餾工段采用的三塔精餾裝置，其精餾塔使用的類型是填料塔，其填料方式為規(guī)整填料。不凝的氣體經(jīng)馳放少量惰性氣體后，大部分循環(huán)回合成氣壓縮機(jī)循環(huán)段，與新鮮氣混合再進(jìn)合成塔。 天然氣制甲醇生產(chǎn)工藝簡介 (1)合成工段 合成工段的主要設(shè)備有入塔氣預(yù)熱器、合成塔、甲醇水冷卻器、甲醇分離器、甲醇閃蒸罐。另一種方法是以天然氣為原料的二段轉(zhuǎn)化法，即在第一段轉(zhuǎn)化中進(jìn)行天然氣的蒸汽轉(zhuǎn)化，只有約 1/4 的甲烷進(jìn)行反應(yīng) ,第二段進(jìn)行天然氣的部分氧化，不僅所得合成氣配比合適而且由于第二段反應(yīng)溫度提高到 800℃ 以上，的甲烷量可以減少，增加了合成甲醇的 有效氣體組分。天然氣的主要組分是甲烷，還含有少量的其他烷烴、烯烴與氮?dú)狻? 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 甲醇生產(chǎn)方 案確定 甲醇生產(chǎn)方法簡介 現(xiàn)如今開發(fā)出來的制甲醇的方法有四種： 天然氣制甲醇的生產(chǎn)方法，煤、焦炭制甲醇的生產(chǎn)方法，油制甲醇的生產(chǎn)方法和聯(lián)醇生產(chǎn)方法。盡可能切斷泄漏源，防止流入下水道、排洪溝等限制性空間。因此，甲醇中毒者，可以通過飲用烈性酒（酒精度通常在 60 度以上）的方式來緩解甲醇代謝，進(jìn)而使之排出體外。致死量為 30 毫升 以上，甲醇在體內(nèi)不易排出 , 會發(fā)生蓄積，在體內(nèi)氧化生成甲醛和甲酸也都有毒性。 甲醇有較強(qiáng)的毒性，對人體的神經(jīng)系統(tǒng)和血液系統(tǒng)影響最大，它經(jīng)消化道、呼吸道或皮膚攝入都會產(chǎn)生毒性反應(yīng)，甲醇蒸汽能損害人的呼吸道粘膜和視力。 (4)壓縮機(jī)類 均為離心式 ,國內(nèi)均能自行設(shè)計(jì)和制造。這三類方案均不需開發(fā)或引進(jìn)技術(shù)。 設(shè)計(jì)任務(wù)的依據(jù) 本次設(shè)計(jì)任務(wù)是由指導(dǎo)老師根據(jù)畢業(yè)實(shí)習(xí)內(nèi)容所定，設(shè)計(jì)項(xiàng)目為甲醇生產(chǎn)，設(shè)計(jì)階段為初步設(shè)計(jì)。從而打破了甲醇合成的高壓法的壟斷，這是甲醇生產(chǎn)工藝上的一次重大變革，它采用 511 型銅基催化劑，合成壓力 法所用的合 成塔為熱壁多段冷激式，結(jié)構(gòu)簡單，每段催化劑層上部裝有菱形冷激氣分配器，使冷激氣均勻地進(jìn)入催化劑層，用以調(diào)節(jié)塔內(nèi)溫度。它能更有效地降低建廠費(fèi)用和甲醇生產(chǎn)成本。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， 內(nèi)蒙古大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 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。化學(xué)處理主要用堿破壞在精餾過程中難以分離的雜質(zhì)，并調(diào)節(jié) PH。 甲醇的合成是在高溫、高壓、催化劑存在下進(jìn)行的，是典型的復(fù)合氣 固相催化反應(yīng)過程。間歇?dú)饣ㄒ钥諝?、蒸汽為氣化劑，將吹風(fēng)、制氣階段分開進(jìn)行，連續(xù)氣化以氧氣、蒸汽為氣化劑，過程連續(xù)進(jìn)行。天然氣與石腦油的蒸汽轉(zhuǎn)化需在結(jié)構(gòu)復(fù)雜造價(jià)很高的轉(zhuǎn)化爐中進(jìn)行。近年來，國內(nèi)甲醛、醋酸的消費(fèi)市場增加，甲醇需求量相對應(yīng)增加，部份甲醇廠又因?yàn)榉N種原因停產(chǎn)或減產(chǎn)，因此不能滿足國內(nèi)市場的需求。擬建裝置總產(chǎn)能為 213 萬公噸 /年。有 30 多家設(shè)備處于停產(chǎn)或半停產(chǎn)狀態(tài)，其中大多數(shù)是因?yàn)樯a(chǎn)成本高、設(shè)備效益能力低等原因。另一種方法是以天然氣為原料的二段轉(zhuǎn)化法 ,即在第一段