【正文】 ????? 甲醇和水為正常系統(tǒng)，取物性系數(shù) ?K ，查泛點(diǎn)負(fù)荷系數(shù)圖，得 ?FC 。 取邊緣區(qū)寬度 mWc ? ，破沫區(qū)寬度 mWs ? ，則塔板上鼓泡區(qū)面積為 )a r c s in1 8 0(2 222 RxRxRxA a ???? mWDR c ????? mWWDx sd )(2 )(2 ??????? 2222 ) r c s i (2 mA a ???????? ? 浮閥排列方式采用等邊三角形排列，取孔中心距 mt ? 篩孔數(shù)目 22 ???? t An a 按 261?N 重新核算孔速及閥孔動能因子： smu /4 9 6 10 3 20 ??? ?? ? ???F 閥孔動能因子變化不大，仍在 9～ 12 范圍內(nèi)。 ????? 第五章 Aspen Plus的模擬計(jì)算 28 塔的氣相平均密度： 339。 溢流裝置 (1) 堰長 wl 取堰長 mDlw ???? (2) 出口堰高 wh owLw hhh ?? 采用平直堰，堰上液層高度 32)( whow lLEh ? 第五章 Aspen Plus的模擬計(jì)算 27 近似取 1?E ， mhow ? 則 mhw ??? (3) 弓形降液管寬度 dW 和面積 fA 由 ?Dlw ，查弓形降液管的寬度和面積圖，得 ?DWd ， ?TfAA mD ? ， 222 mDA T ???? ?? 所以， mW d ??? ， mA f ??? 液體在降液管 中停留時(shí)間，即hTfL HA3600?? 精餾段： ss 6 0 0 ?????? 提餾段： ss 6 0 0 ?????? (4) 降液管底隙高度 0h 39。 ???? VLhhVL ?? 查史密斯圖得符合系數(shù) ?C 又查得 85℃時(shí)， 甲醇的表面張力為 水的表面張力為 提餾段甲醇水溶液的平均摩爾組成為： 甲醇： )5 6 1 (21 ??? 第五章 Aspen Plus的模擬計(jì)算 26 水： ?? 表面張力： mNL /0 4 8 4 6 1 6 1 6 ?????? 所以， 0 6 )20 (0 5 )20( 20 ???? LCC ? (2) 最大流速 maxu smCuVVL / 6 80 6 a x ?????? ? ?? 取安全系數(shù)為 ，則空塔氣速為： smuu / m a x ???? (3) 求塔徑 D muVD s 3600/39。 精 餾段 (1) 求操作負(fù)荷系數(shù) C 精餾段功能參數(shù)： 0 1 9 ) ( 0 1 2 )( 2121 ????VLhhVL ?? 第五章 Aspen Plus的模擬計(jì)算 25 塔板間有效高度： mhHH LT ????? 根據(jù)史密斯圖查得符合系數(shù) ?C 又查得 ℃時(shí)，甲醇的表面張力為 水的表面張力為 精餾段甲醇水溶液的平均摩爾組成為： 甲醇： )(21 ??? 水 ： ?? 表面張力： mNL /0 2 7 6 4 7 1 1 7 8 ?????? 所以， 1 0 0 )20 (0 9 )20( 20 ???? LCC ? (2) 最大流速 maxu smCuVVL / a x ?????? ? ?? 取安全系數(shù)為 ， 則空塔氣速為： smuu / m a x ???? (3) 求塔徑 D muVD s 3600/ ????? ?? 提餾段 (1) 求操作符合系數(shù) C 提餾段功能參數(shù)： )( 2139。39。 4 3 0 0 ????? wfVm yyx 339。 / mkgLm ?? 提餾段的液相負(fù)荷： hk m olFLL / 139。 表 42 精餾段數(shù)據(jù) 所處位置 進(jìn)料板 塔頂（第一板） 質(zhì)量分?jǐn)?shù) ?fx ?dx ?fy ?dy 摩爾分?jǐn)?shù) ?Fx ?Dx ?Fy ?Dy 摩爾質(zhì)量 kg/kmol ?LFM ?LDM ?VFM ?VDM 溫度℃ 70 65 液相平均摩爾質(zhì)量 k mo lkgMMM LDLFL / ????? 液相平均溫度 65702 ????? DFm ttt℃ 在平均溫度 ℃下查得 3/ mkg?水? ， 3/ mkg?甲醇? 第五章 Aspen Plus的模擬計(jì)算 22 那么液相平均密度為水甲醇 ???LmLmLmxx 11 ?? 8 4 8 9 9 9 9 6 ????? dfLm xxx 3/ mkgLm ?? 那么，精餾段的液相負(fù)荷為： hk m o lRDL / 2 4 29 1 ???? hmLMLLmLh / 3???? ? 氣相平均摩爾質(zhì)量為 k mo lkgMMM VDVFV / ????? 若氣體為理想氣體，在均溫 ℃，均壓 130kPa 下， 3/ 7 33 1 181 3 0RT mkgpM ??? ??? ）（水水?、 3/)( 32130 mkgRTpM ??? ??? 甲醇甲醇? 氣相平均密度為 水甲醇 ???VmVmVmxx ??? 11 9 3 4 9 9 9 ????? dfVm yyx 3/ mkgVm ?? 精餾段的氣相負(fù)荷為： hk m olDRV /)1( ????? hmVMVVmVh / 0 1 2 6 4 3???? ? 精餾段的負(fù)荷情況列表 43。 s 水的飽和蒸汽壓為 第五章 Aspen Plus的模擬計(jì)算 21 甲醇的粘度為 原料液中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)： ???Fy 精甲醇中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)： 9 9 ???Dy 殘夜中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)： 0 0 ???Wy 精甲醇中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)： ?Dx 進(jìn)料液相中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)： 5 6 18/ 4 1 132/ 8 3 3 32/ 8 3 3 ???Fx 殘液中甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)： 0 1 ) 5 1 0(32/% 32/% ????? ??Wx 進(jìn)料液的平均摩爾質(zhì)量： k m o lkgMxMxM OHFOHCHFF /8 9 )5 6 (325 6 )1( 23 ????????? 第五章 Aspen Plus的模擬計(jì)算 19 2. 塔板數(shù)的計(jì)算 處理能力 hk m o lMGF F / 3 48 9 1 2 4 5 ??? 精餾段物料量： hk m o lxx xxFD WD WF / 4 20 1 9 0 1 6 3 4 ?????????精 提餾段物料量： hk m o lDFD / ???? 精提 最小理論板數(shù) 先求平均相對揮發(fā)度： 查資料得到以下數(shù)據(jù)： 表 41 組分 飽和蒸汽壓 /kPa 塔頂 65℃ 進(jìn)料 70℃ 塔底 100℃ 甲醇 水 由公式**23OHOHCHPp?? 得： ??D? ??F? ??W? 平均相對揮發(fā)度： 8 9 8 9 3 ??????? WFDm ???? 已知： ?Dx ， ?W? 根據(jù)芬斯克公式： 1 )0 0 )(9 9 g[ (1lg)]1)(1l g[ (m i n ?????????mWWDD x xxxN ? 第五章 Aspen Plus的模擬計(jì)算 20 最小回流比 qqqD xy yxR ???min 因?yàn)槭秋柡鸵后w進(jìn)料，所以 ?? Fq xx )1(1 ??? ???? ??qmqmq xxy ?? in ????R 取操作回流比 9 1 1 m in ???? RR 理論板數(shù) 由 1m in ???R RR，查吉利蘭圖得到 in ???N NN 其中 ?N 解得 ?N （不包括再沸器） 進(jìn)料位置 39。 表 39 預(yù)塔進(jìn)料組成表 物料量： kg/h CH3OH H2O NaOH (CH3)2O C4H9OH 合計(jì) 粗甲醇 堿液 軟水 (2)出料 A 塔底： 甲醇 B 塔底水：粗甲醇含水 堿液帶水： 軟水： 合計(jì)： C 塔底異丁醇及高沸物： D 塔頂二甲醚及低沸物： 表 310 物料量： kg/h CH3OH H2O NaOH (CH3)2O C4H9OH 合計(jì) 塔頂 塔底 合計(jì) 第三章 工藝計(jì)算 17 主塔的物料平衡 按照加壓塔和常壓塔的采出量之比 2:3 計(jì)算，常壓塔釜液含甲醇 1%。 表 36 單位： hm/3 甲醇分離器出口氣體和液體產(chǎn)品的流量及組成見表 37。設(shè)出塔氣量為 G 出塔 。 ,40℃時(shí)各組分在甲醇中的溶解度見表 31。 汽提塔塔底用低壓蒸汽加熱的熱虹吸式再沸器向塔內(nèi)提供熱量，塔底下部設(shè)有測線，采出部分雜醇油，并與塔底排出的含醇廢水一起進(jìn)入廢水冷卻器冷卻到 40℃，由廢水泵送至污水生化處理裝置。從常壓塔塔頂出來的第二章 工藝概述 11 甲醇蒸汽經(jīng)常壓塔冷凝器冷凝冷卻到 40℃后，進(jìn)入常壓塔回流槽，再經(jīng)常壓塔回流泵加壓，一部分送至常壓塔塔頂作回流，其余部分送至精甲醇計(jì)量槽。 由預(yù)精餾塔 1 塔底出來的預(yù)后甲醇，經(jīng)加壓塔進(jìn)料泵升壓后，進(jìn)入第一主精餾加壓塔2，塔頂甲醇蒸汽進(jìn)入冷凝再沸器 7，即第一精餾加壓塔 2 的氣相甲醇又利用冷凝潛熱加熱第二精餾常壓塔 3 的塔釜，被冷凝的甲醇進(jìn)入回流槽 4，在其中稍加冷卻，一部分由加壓塔回流泵 8升壓至約 送至加壓塔作回流液，其余部分經(jīng)加壓塔精甲醇冷卻器 9冷卻至 40℃后作為成品送至精甲醇計(jì)量槽。塔頂設(shè)置兩個(gè)冷凝器5。 合成主反應(yīng)： OHCHHCO 322 ?? 主要副反應(yīng)： OHOHCHHCO 2322 3 ??? 3. 精餾工段 精餾工段工藝流程圖如下圖所示。 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 。 離開激冷器的粗煤氣通過文丘里洗滌器和洗滌塔除去灰塵和冷卻后去 CO變換工序，所得水煤氣的組成為： CO44%～ 51%， CO213%～ 18%， H235%～ 36%， %， %，硫化物%。 水煤漿通過煤漿泵加壓后與高壓氧氣一起通過燒嘴進(jìn)入氣化爐，在壓力為 、溫度為 1300～ 1500℃ 下進(jìn)行氣化反應(yīng)。 為了滿足氫碳比，如果原料氣中氫碳不平衡，當(dāng)氫多碳少時(shí)，則在制造原料氣時(shí)，還要補(bǔ)碳，一般采用二氧化碳，與原料同時(shí)進(jìn)入轉(zhuǎn)化設(shè)備，反之，如果碳多，則在以后的工序要脫去多余的碳（以 CO2形式 ）。一般合成甲醇的原料氣中含有氫、一氧化碳和二氧化碳，所以應(yīng)滿足式 2)()( )()( 222 ??? COCOn COnHn。但是，隨著能源的緊張，石油價(jià) 格的大幅增長，世界煤的儲藏量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過天然氣和石油，我國情況更是如此。 液體原料有石腦油、重油、渣油等。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，甲醇的化學(xué)加工和工業(yè)應(yīng)用的新領(lǐng)域不斷被開發(fā)出來 ，甲醇后加工的深度和廣度正在發(fā)生深刻的變化。隨著碳一化工的發(fā)展，由甲醇出發(fā)合成乙二醇、乙醛、乙酸等工藝日益受到重視。目前，世界上約 70%的甲醇生產(chǎn)采用英國 ICI公司的中、低壓法生產(chǎn)，規(guī)模從 50t/d 到 2500t/d。兩種催化劑的比較見表 11。反應(yīng)器出口氣體中，甲醇 含量僅為 3%～ 6%，未反應(yīng)的 CO、 CO2和 H2需與甲醇分離，然后進(jìn)一步壓縮循環(huán)到反應(yīng)器中。 銅基催化劑 銅基催化劑是一種低壓催化劑，其主要成分為 CuO/ZnO/Al2O3。 鋅鉻催化劑 鋅鉻（ ZnO/Cr2O