【正文】 表 414 總傳熱系數(shù)核算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表 項(xiàng)目 單位 反應(yīng)器入口 反應(yīng)器出口 摩爾流量 kmol/hr 質(zhì)量流量 kg/hr 體積流量 cum/hr 溫度 C 200 壓力 MPa 氣相分?jǐn)?shù) 1 1 液相分?jǐn)?shù) 0 0 摩爾焓 kJ/kmol 質(zhì)量焓 kJ/kg 摩爾熵 J/kmolK 體積熵 J/kgK 密度（摩爾） kmol/cum 密度（質(zhì)量） kg/cum 平均分子量 kg/kmol ① 管間傳熱系數(shù) 根據(jù)模擬結(jié)果可知反應(yīng)器總放熱量 Q= 設(shè)蒸汽壓力 , 根據(jù)公式 : Kh l / m1 0 5 3 . 3 1 k c 5 7 2 . 5 7 53186400. 433????????????????? Wf PAQ? ② 管內(nèi)傳熱系數(shù) 根據(jù)下式可知： ???????? ????????? ?? tptreptfb dDLdPRd x p/ ?? 需要計(jì)算雷諾數(shù) Rep和普朗特?cái)?shù) Pr 表 415 雷諾數(shù)計(jì)算表 催化劑當(dāng)量直徑 Dp m 質(zhì)量流量G kg/h kg/s 粘度η Nsec/sqm Nh/sqm 管截面積 m2 質(zhì)量 流量G kg/m2h kg/m2s 064 . 6 9 E096 8 7 3 ?????? EGDR Pep ? 表 416 普朗特?cái)?shù)計(jì)算表 恒壓熱容 Cp J/kmolK kJ/kmolK 粘度η Nsec/sqm Nh/sqm 導(dǎo)熱率λ f Watt/mK kcal/mhK 平均分子量 M kg/kmol 0 . 4 1 56 3 3 2 2 9 8 ????? EMCP fPr ?? 所以： 9 6 1 0 00 3 0 0 3 0 x p6/0 3 14 1 . 6 9 E60 3 1 2 3 4 x p/??????? ?????????????????????? ???????????tptreptfb dDLdPRd?? ③ 污垢熱阻 取經(jīng)驗(yàn)值如下： 表 417 污垢熱阻數(shù)據(jù) 污垢系數(shù) Rc m2hK/kJ m2hk/kcal 管導(dǎo)熱系數(shù) λ s kJ/mhK kcal/mhk ④ 總傳熱系數(shù) 根據(jù)公式 : csfb RK ???? ???? 111 可以得到總傳熱系數(shù) : KhK c a l /m 29 4 7 0 0 0 0 5 9 6 1 0 01/1 ??????? ????K 所以 K=，與設(shè)定的 470 watt/m2K相差不大。 沈陽化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 設(shè)備計(jì)算 表 411 甲醇合成反應(yīng)器模擬結(jié)果表 管長 壓力 溫度 熱量 停留時間 meter MPa C GJ/hr sec 0 200 0 0 1 2 3 4 5 6 表 412 甲醇合成反應(yīng)器內(nèi)組分分布表 管長/meter 一氧化碳 二氧化氮 氫氣 甲烷 氮?dú)? 氬氣 甲醇 水 0 1 沈陽化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 設(shè)備計(jì)算 2 3 4 5 6 由表 411 可以做出甲醇合成反應(yīng)器的溫度分布曲線， 由表 412 可以得到反應(yīng)器內(nèi) 各組分的摩爾組成 分布曲線，如 圖所示。 和 CO2加 H2合成甲醇宏觀反應(yīng)動力學(xué)模型 LHHW 型雙反應(yīng)速率宏觀動力學(xué)模型如下。見表 表 不同原料制甲醇比較 原料類別 煤 天然氣 焦?fàn)t煤氣 消耗 噸 /噸 1000 立方米 /噸 2040 立方米 /噸 單價 600 元 /噸 元 /立方米 元 /立方米 原料成本 900 元 /噸 750 元 /噸 元 /噸 投資 億元 億元 4 億元 廠址選擇 化工廠廠址一般選擇在郊區(qū)，位置最好交通運(yùn)輸方便，盡可能地距離生產(chǎn)原料地點(diǎn)近，較少運(yùn)輸?shù)穆烦?，勞動力易得等等? ③ 聯(lián)產(chǎn)、多聯(lián)產(chǎn)普遍化。 20 世紀(jì) 70～ 80年代，中國從 ICI 公司和 Lurgi 公司引進(jìn)了兩套低壓法生產(chǎn)甲醇裝置，每套產(chǎn)能 10萬噸 /年甲醇，合成壓力都是 5Mpa，溫度分別為 210～ 270℃和 240～260℃。可采用 2塔、 3塔精餾或 4 塔精餾 ,其比較如下 :2塔精餾 ,甲醇回收率為 %,噸甲醇耗 噸低壓蒸汽。采用 2塔或 3塔精餾 ,根據(jù)蒸汽系統(tǒng)設(shè)置而定。 合成塔采用的合成塔多層徑向合成塔 ,出口甲醇濃度可達(dá) 8%vol。進(jìn)塔溫度為 220℃。由于大規(guī)模裝置如 2020MTPD 的合成塔直徑太大 ,常采用兩個合成塔并聯(lián)。第二種 ,內(nèi)換熱冷管式甲醇合成塔。截止 2020 年，中國有大小生物柴油生產(chǎn)廠 2020多家，而且，各地相同項(xiàng)目的立項(xiàng)、審批還在繼續(xù)。截至2020 年 8 月，我國共有 5 家較大的 MMA 生產(chǎn)企業(yè)，總產(chǎn)能達(dá) 萬噸 /年。我國乙二醇的消費(fèi)構(gòu)成中約 95%用于生產(chǎn)聚酯， 5%用于生產(chǎn)防凍劑等方面。若此缺口的 1/10 由甲醇蛋白來填補(bǔ)，則需要甲醇蛋白 120 萬噸。我國 DMSO 生產(chǎn)采用二硫化碳、甲醇為原料，經(jīng)過合成、氧化、中和、蒸發(fā)、脫鹽、減壓精餾制得產(chǎn)品，均采用液相乳化法新工藝。 碳酸二甲酯（ DMC） DMC 是一種重要的工業(yè)碳酸酯，作為優(yōu)良的甲基化劑，用來合成食品添加劑、抗氧化劑、染料、藥物中間體、農(nóng)藥等，是光氣和硫酸二甲酯理想的替代物。 甲酸甲酯：甲酸甲酯（ MF），又名蟻酸甲酯，是一種用途廣泛的低沸點(diǎn)溶劑，可直接用作殺蟲劑、殺菌劑和用于處理谷物、水果、干果、煙草的熏蒸劑，可用作合成磺胺和鎮(zhèn)咳藥的原料。還可作為環(huán)保型制冷劑和發(fā)泡劑等。 2020 年我國羰基法醋酸產(chǎn)能可達(dá)到 705 萬 t。 我國甲醇工業(yè)發(fā)展 我國的甲醇工業(yè)經(jīng)過十幾年的發(fā)展，生產(chǎn)能力得到了很大提高。甲醇屬神經(jīng)和血液毒物，它可以通過消化道、呼吸道和皮膚等途徑進(jìn)入人體，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉作用；對視神經(jīng)和視網(wǎng)膜有特殊選擇作用，引起病變；可導(dǎo)致代謝性酸中毒，故空氣中甲醇蒸汽的最高允許濃度為操作區(qū) 5mg/m3，居民區(qū) mg/m3。甲醇能和一些鹽如 CaClMgCl2 等形成結(jié)晶化合 物，稱為結(jié)晶醇，如 CaCl2?CH3OH、 MgCl2?6CH3OH，和鹽的結(jié)晶水合物類似。它的主要 作用 就是運(yùn)用物料與產(chǎn)品間的換熱來達(dá)到冷卻和加熱的作用。根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況和地理環(huán)境對廠址進(jìn)行選擇，最終定為 大連石油化工廠附近 。引言 本文的設(shè)計(jì)的課題是年產(chǎn)量為五萬噸甲醇工藝的合成工段，針對課題進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算，設(shè)備選型， CAD 出圖等過程的研究。文中介紹了甲醇工藝模擬參數(shù)的選取方法，及其如何運(yùn)用靈敏度分析主要設(shè)備，確定最佳的操作條件。模擬時應(yīng)先用簡捷法模型設(shè)定一個傳熱系數(shù)，確定熱物流的出口溫度，模擬得到換熱面積。甲醇能溶解多種樹脂，但不能與脂肪烴類化合物互溶。甲醇在常溫下無腐蝕性，但對于鉛、鋁例外。 1991 年，我國的生產(chǎn)能力僅為 70 萬噸，截止 2020 年底，我國甲醇產(chǎn)能已達(dá) 740 萬噸， 117 家生產(chǎn)企業(yè)共生產(chǎn)甲醇 萬噸， 2020 年甲醇產(chǎn)量達(dá)到 500 萬噸，比 2020 年增長 %，進(jìn)口量 萬噸，因此下降 %。若開工率按 85%計(jì)，屆時羰基法醋酸 產(chǎn)量將達(dá)到 378 萬～ 600 萬 t 噸。 MTBE 異丁烯和甲醇在強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂作用下生成的甲基叔丁基醚是一種良好的高辛烷值汽油成份。甲酸甲酯常用作醫(yī)學(xué)、農(nóng)藥和有機(jī)合成的中間體，醋酸纖維素的溶劑。多以甲醇、 CO、 H O2為原料，采用甲醇氧化羰基工藝生產(chǎn)。目前產(chǎn)能在 5 萬噸以上。 間接產(chǎn)品有：二甲基甲酰胺（ DMF）、乙二醇、聚乙烯醇（ PVA）、甲基丙烯酸甲酯 二甲基甲酰胺（ DMF）無色、淡的胺味的液體，主要應(yīng)用于聚氨酯、腈綸、醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料、電子等行業(yè)。近年來，由于聚酯工業(yè)需求強(qiáng)勁，國內(nèi)市場對乙二醇需求保持快速增長的勢頭。 替代產(chǎn)品有：甲醇燃料、燃料電池、生物柴油 甲醇燃料：我國在甲醇燃料的開發(fā)及應(yīng)用已具有了一定的基礎(chǔ) :在汽油中摻入5%、 15%，、 25%和 85%的 甲醇及用純甲醇 (100%)作為汽車燃料。預(yù)計(jì)到 2020 年，中國生物柴油的需求量將達(dá)到 2020 萬噸 /年，按國家再生能源中長期規(guī)劃，那時的產(chǎn)能是 20 萬噸 /年。最近又開發(fā)了水管式合成塔。若規(guī)模更大 ,則采用列管式合成塔后再串一個冷管式或熱管式合成塔 ,同時還可采用兩個系列的合成塔并聯(lián)。單程轉(zhuǎn)化率高、催化劑體積少、合成塔結(jié)構(gòu)簡單、單系列生產(chǎn)能力大。合成塔阻力降小 ,為 。 ⑥ 伍德公司甲醇技術(shù)特點(diǎn) 采用 ICI 低壓合成工藝及催化劑 ,日產(chǎn) 2020 甲醇裝置合成壓力為 。 3塔精餾 ,甲醇回收率為 99%,噸甲醇耗 噸低壓蒸汽。 中國獨(dú)創(chuàng)了中壓法合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇的新工藝，簡稱“聯(lián)醇”。即與其他一種或多種化工產(chǎn)品聯(lián)合生產(chǎn)，最多的是合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇、循環(huán)發(fā)電聯(lián)產(chǎn)甲醇。本設(shè)計(jì)所選廠址為大連石油化工廠附近 （圖中紅色圈出部分 ） ，此處地處石油化工產(chǎn)業(yè)集中地帶，有悠久的化工生產(chǎn)歷史，遠(yuǎn)離市區(qū)，并且有充足的天然氣原料。 沈陽化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 設(shè)備計(jì)算 ? ?? ? ? ?? ?hgm o lfKfKfKffkrHHCOCOCOCOHCOCO ???? ?? /1 1 312122222 ? (220) ? ?? ? ? ?? ?hgm o lfKfKfKffkrHHCOCOCOCOHCOCO ???? ?? /1 1 42322222222? （ 221） 式中各反應(yīng)速率常數(shù)為： ? ?RTk /5 0 4 3 0e xp1 4 8 21 ?? (222) ? ?RTk /6 9 9 7 0e x p105 1 52 ??? (223) 各 組分的吸附平衡常數(shù)為： )(1 3 0 9 ????? TK CO (224) ? ?????? TK CO (225) ? ?????? TK H (226) 根據(jù)《甲醇工學(xué)》所提供的數(shù)據(jù)以及 AspenPlus 所提供的物性計(jì)算方法和化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)方法，可以采用以下簡化方法進(jìn)行甲醇合成系統(tǒng)的化學(xué)動力 學(xué)計(jì)算： 物性計(jì)算方法： BWRLS 化學(xué)反應(yīng)方程： OHCHHCO cat 322 ? ??? （ 227） OHOHCHHCO c a t 2322 3 ?? ??? (228) 反應(yīng)速率方程： ? ? ? ?smk molPKPKPKPKPPkrHHCOCOCOCOOHCHPHCOCO ???????????? ??? 33121/11222232 （ 229） 沈陽化工學(xué)院