【正文】 [13]表72 主要參數(shù)外殼直徑273mm公稱壓力公稱面積管子尺寸φ192管子數(shù)65管長2000mm管中心距25mm管程數(shù)Np1管子排列方式正三角形管程流通面積實(shí)際換熱面積：S0=nπd0（）=65（）=采用此換熱面積的換熱器，則要求過程的總傳熱系數(shù)為：=W/（m2G總= G1+G2+G3 （67） =++=③每t精甲醇用水量（G精甲醇）G精甲醇= G′1+G′2+G′3 =++ =第七章 冷凝器的設(shè)計(jì)已知條件：主塔塔頂冷凝器中回流液（甲醇），105kg/h，回流液溫度65℃→40℃，冷卻水溫度25℃→35℃。主塔操作條件：塔頂溫度：67℃；塔底溫度：112℃；回流液溫度：65℃；進(jìn)料溫度：86℃；成品精甲醇溫度：69℃。Q出熱= Q二甲醚+Q初餾物+Q回流液+Q熱損失 （64） Q回流液=回流量甲醇比熱容溫度=65=Q初餾分=初餾分量甲醇比熱容溫度 =65 =Q二甲醚=輕餾分量（二甲醚比熱容溫度+二甲醚氣冷凝熱） =（65+） =Q熱損===于是Q出熱=（2）冷卻水用量物料帶入熱與物料帶出熱之差，所余熱量由水冷卻。將燒堿配制成含NaOH2%～5%溶液連續(xù)補(bǔ)入預(yù)塔中。③冷凝器出口氣體顯熱冷凝器出口氣體顯熱Q′出冷凝器=∑（G′F表517 甲醇合成塔全塔熱平衡表熱量氣體顯熱反應(yīng)熱熱損失合計(jì)入塔熱，kJ/h出塔熱，kJ/h（1）熱平衡方程式 Q入口氣＋Q冷凝=Q出口氣＋Q液＋Q冷卻水 （513）式中：Q入口氣、Q出口氣—冷凝器進(jìn)出口氣體顯熱，kJ/h；Q冷凝—出口溫度下氣體冷凝放熱，kJ/h；Q液 —出冷凝器液體帶熱，kJ/h；Q冷卻水 —冷卻水帶走的熱量，kJ/h。Tm出—進(jìn)出合成塔氣體溫度，℃； Qri —各組分生成量，kmol/h；ΔH—反應(yīng)熱，kJ/kmol∑Qr=Qr1＋Qr2＋Qr3＋Qr4＋Qr5 （512）（2）全塔入熱計(jì)算查手冊，壓力為10106Pa時(shí)，根據(jù)表57甲醇合成塔入塔氣各組分量，算得甲醇合成塔入塔熱量如表514。Cm入表中，%，⑨%，誤差較小。⑦%甲醇隨氣體帶入銅洗，帶走甲醇為25825Nm3/h%=。所以每小時(shí)精煉氣為：17472+5824+++++=⑤%；%；%則每小時(shí)需要G醇后氣為其中：CO：；CO2：；CH3OH：。（2）計(jì)算實(shí)現(xiàn)合成氨產(chǎn)量計(jì)劃所需原料氣量①參加合成反應(yīng)的理論耗氣量根據(jù)反應(yīng)方程式：1189。③粗甲醇的雜質(zhì)。甲醇作為燃料使用時(shí)，也可采用原理更為簡單的一塔精餾。將粗甲醇?xì)怏w送入精制塔精制，一般采用2～3個(gè)精餾塔，從后一個(gè)塔上部取出純甲醇，%。由于低壓法操作壓力低，導(dǎo)致設(shè)備體積龐大，不利于甲醇生產(chǎn)的大型化。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。在銅基催化劑上合成甲醇，～，對于合成氣中二氧化碳較高的情況，壓力的提高對提高反應(yīng)速度有比較明顯的效果。壓縮機(jī)由一臺凝汽式蒸汽透平驅(qū)動(dòng)。低溫甲醇洗工藝是使用物理吸收法的酸性氣體凈化技術(shù)，使用冷甲醇作為酸性氣體吸收液，利用甲醇在60 ℃左右的低溫下對酸性氣體溶解度極大的特性，分段選擇性地吸收原料氣中的 H2S、CO2 及各種有機(jī)硫等雜質(zhì)，低溫甲醇洗工藝有林德和魯奇兩種，二者基本原理沒有根本區(qū)別，且技術(shù)都很成熟，只是在工藝流程設(shè)計(jì)、設(shè)備設(shè)計(jì)和工程實(shí)施上各有特點(diǎn)。用固體原料、液體原料或氣體原料制造出的原料氣中，用煤和焦炭制得的合成甲醇原料氣中，氫與一氧化碳是合成甲醇的有效氣體，但氫與一氧化碳必須保持一定比例，～。煤炭氣化工藝及氣化爐設(shè)備可按壓力、氣化劑、供熱方式等分類，通常按爐內(nèi)煤料與氣化劑接觸方式區(qū)分，主要有固定床、流化床與氣流床3種主要形式。用煤和焦炭制甲醇的工藝路線包括煤的氣化、氣體的脫硫、變換、脫碳、壓縮及甲醇合成與精制。因此，本項(xiàng)目擬選擇無煙煤為原料。但是，隨著能源的緊張，如何有效地開發(fā)煤炭資源，這是個(gè)從未中斷過的研究課題，煤氣化技術(shù)發(fā)展迅速，除傳統(tǒng)的固定床UGI爐外，固定床魯奇氣化爐、流化床溫克勒氣化爐、氣流床KT爐、氣流床德士古氣化爐的開發(fā)均取得進(jìn)展并都在工業(yè)上得到使用。由于聯(lián)醇生產(chǎn)充分利用了現(xiàn)有合成氨生產(chǎn)裝置，只需增添甲醇合成與精餾兩套設(shè)備就可生產(chǎn)甲醇，因此投資省、上馬快，我國甲醇總產(chǎn)量的40%由聯(lián)醇生產(chǎn)。濕法脫硫可分為物理吸收法、化學(xué)吸收法與直接氧化法三類。天然氣與石腦油的蒸氣轉(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。甲烷部分氧化法可以生產(chǎn)甲醇，這種制甲醇的方法工藝流程簡單，建設(shè)投資節(jié)省，但是，這種氧化過程不易控制，常因深度氧化生成碳的氧化物和水。甲醇又名木醇、木酒精，是一種透明、無色、易燃、有毒的液體，略帶酒精味。盡管目前全球甲醇生產(chǎn)能力相對過剩，并且不排除由于某種原因而引起甲醇市場的波動(dòng)，但是對于有著豐富的煤、石油、天然氣資源的地區(qū)，除了研究開發(fā)新技術(shù)降低成本，還要不斷開拓甲醇應(yīng)用領(lǐng)域，大力生產(chǎn)和發(fā)展甲醇下游產(chǎn)品，從而促進(jìn)整個(gè)甲醇工業(yè)的發(fā)展。詳細(xì)的闡述了30kt/a粗甲醇從原料到最終產(chǎn)品的工藝路線。本設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了甲醇合成、精餾工段的工藝計(jì)算，工藝計(jì)算為物料平衡計(jì)算和熱量平衡計(jì)算，主要內(nèi)容是關(guān)于整個(gè)工藝過程中的物料質(zhì)量守恒和物料熱量守恒，包括主要設(shè)備的進(jìn)出口的物料質(zhì)量守恒和物料熱量守恒以及一些換熱設(shè)備的計(jì)算，如冷凝器的計(jì)算。甲醇的工藝設(shè)計(jì)對于甲醇實(shí)際生產(chǎn)是必不可少的，為此我們進(jìn)行了此次設(shè)計(jì)?！?，℃，℃，自燃點(diǎn)47℃，（20℃/4℃），爆炸極限下限6%，%，能與水、乙醇、乙醚、苯、丙酮和大多數(shù)有機(jī)溶劑相混溶。而使原料和產(chǎn)品受到很大損失。轉(zhuǎn)化爐設(shè)置有輻射室與對流室，在高溫，催化劑存在下進(jìn)行烴類蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)。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。[2]第二章 原料及廠址的選擇 早期甲醇由木材或木質(zhì)素干餾制得，今天在工業(yè)上已經(jīng)被淘汰。從長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略觀點(diǎn)來看，世界煤的貯藏量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過天然氣和石油，我國情況更是如此，將來以煤制取甲醇的原料路線終將占主導(dǎo)地位。 （1）原料的來源生產(chǎn)30kt/a粗甲醇所需的原料煤由內(nèi)蒙古鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗煤炭有限責(zé)任公司提供?？偭鞒毯喪觯涸厦菏紫戎瞥擅簼{，經(jīng)由煤漿給料泵送入Texaco氣化爐。固定床氣化是氣化過程中，氣化劑與煤逆流接觸，氣化過程比較完全，灰渣殘?zhí)忌伲隹诿簹馔瑫r(shí)對上部原料煤進(jìn)行干燥和干餾，煤氣出口溫度低，現(xiàn)有加壓固定床氣化最成熟的爐型是Lurgi流化床氣化是將氣化劑自爐底部鼓入爐內(nèi)，氣化劑吹起爐內(nèi)煤的細(xì)小顆粒，使其呈流態(tài)化狀態(tài)，發(fā)生燃燒和氣化反應(yīng)生成煤氣，加壓流化床氣化爐主要有Winkler/HTW、KRW等；氣流床氣化是氣化過程中，氣化劑將煤粉帶入氣化爐，兩者均勻混合，再通過噴嘴進(jìn)入反應(yīng)室，瞬間著火，發(fā)生火焰反應(yīng)，溫度達(dá) 1600℃以上，煤中碳在高溫下幾乎全部轉(zhuǎn)化，所有干餾產(chǎn)物迅速分解、轉(zhuǎn)變?yōu)樗簹獾慕M分，加壓氣流床氣化爐主要有Texaco（德士古）、GSP等。因此合成甲醇用的原料氣中的一氧化碳必須部分變換成氫氣與二氧化碳，以調(diào)節(jié)到甲醇合成所需的適當(dāng)氫碳比，這一過程稱作一氧化碳變換。NHD法是南化集團(tuán)研究院和天辰化學(xué)工程公司等單位聯(lián)合開發(fā)成功的新技術(shù)，屬于物理吸收凈化技術(shù)。[7]一氧化碳加氫合成甲醇的反應(yīng)式如下 CO+2H2?CH3OH（g） （38）這是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)，熱效應(yīng)?Hθ298= 。近幾年來，我國開發(fā)了25～27MPa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230～290℃。因此發(fā)展了壓力為10MPa左右的甲醇合成中壓法。甲醇精餾工藝，有兩塔流程和三塔流程之分。三塔精餾與兩塔精餾的原理完全一致，區(qū)別在于將兩塔精餾的甲醇精餾塔分成加壓塔（～）和常壓塔兩個(gè)塔，而且各自承擔(dān)甲醇精餾負(fù)荷的40～60%，常壓塔塔底再沸器所用熱量來自加壓塔塔頂氣相甲醇冷凝時(shí)放出的熱量。（2）回收廢甲醇催化劑因?yàn)閺U甲醇催化劑中含有價(jià)值較高的銅鋅金屬，所以回收廢甲醇催化劑不僅可以廢物利用增加經(jīng)濟(jì)收入，還可降低生產(chǎn)成本。H2+189。于是，生產(chǎn)合成氨所需醇后氣量如表52所示。于是，粗甲醇合成每小時(shí)消耗原料氣量及組成如表54。醇分離器出口氣體和液體產(chǎn)品流量與組成如表59。Tm入） （510） ∑Q出=∑（G出表514 甲醇合成塔入塔各組分的比熱容和熱量組分COCO2H2N2CH4ArCH3OH合計(jì)比熱容，kJ/（kmol?℃）入塔量Nm179。（2）熱平衡計(jì)算查手冊得，冷凝器氣體出口溫度33℃，粗甲醇中各組分物理常數(shù)如表518所示。Cp）T出口 （516）式中：G′F—冷凝器出口各氣體組分摩爾流量；kmol/h；Cp—出口氣體各組分比熱容，J/（mol?℃）；T出口—冷凝器出口氣體溫度，℃。（1）進(jìn)料量①甲醇＝粗甲醇小時(shí)量甲醇含量甲醇量＝＝②水＝粗醇小時(shí)量粗甲醇含水量＝=③燒堿=精甲醇小時(shí)量堿耗量==④堿液（以含5%NaOH計(jì)算）帶入水量=堿液量燒堿量==⑤軟水（成蒸汽冷凝液水）量：按粗醇量20%計(jì)。冷凝水進(jìn)冷凝器溫度為25℃；出冷凝器溫度為35℃。（1）主塔全塔熱量平衡計(jì)算①帶入熱量：根據(jù)物料和條件計(jì)算，列表66。（1）估算傳熱面積，初選換熱器型號①基本物性數(shù)據(jù)的查取回流液的定性溫度 ℃冷卻水的定性溫度 ℃物性參數(shù)如表71?！妫┻x用φ192傳熱管，依據(jù)傳熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)：（根），按單程管計(jì)算，所需的傳熱管長度為：，傳熱管數(shù)太多不合適。℃）=（S選==）Ⅶ.初選換熱器型號由于兩流體溫差小于50℃，可選用固定管板式換熱器，初選換熱器型號為：JB/T4715—92，主要參數(shù)如表72。 G2=每t精甲醇用水量（G′2） G′2=（2）成品精甲醇冷卻水用量①精甲醇帶入熱量：Q入熱=甲醇量甲醇比熱容入口溫度 =334369 =②精甲醇帶出熱量：Q出熱=甲醇量甲醇比熱容出口溫度 =334340=③熱損失：Q熱損=Q入熱==Q余熱=Q入熱Q出熱Q熱損= =所需冷卻水量G3=合每t精甲醇用水量（G′3）G′3=（3）精餾工序冷卻水總用量和每t精甲醇用冷卻水量①總用水量（G總）：包括預(yù)塔冷凝器用水量（G1）、主塔冷凝器用水量（G2）和精甲醇冷凝器用水量（G3）。設(shè)殘液排放量為xkg/h，則方程式為 x=預(yù)后甲醇中的水量+堿量+殘液中甲醇含量高沸點(diǎn)物采出量中水含量 x=++解得：x=其中含甲醇=1%= ④成品精甲醇量：即采出精甲醇量精甲醇量=預(yù)后甲醇量低沸點(diǎn)物采出量高沸點(diǎn)物采出甲醇含量殘液中甲醇含量 ==⑤回流流量：于是，主塔進(jìn)、出物料平衡表如表65?！妫怏w冷凝熱，kJ/kg溫度，℃6565808065熱量，kJ/h表64 預(yù)塔熱量平衡表帶入熱量，kJ/h帶出熱量，kJ/h塔側(cè)粗甲醇入熱塔頂二甲醚塔頂加入冷凝液及堿液塔頂回流液甲醇蒸汽塔頂回流液入熱塔底預(yù)后粗甲醇主塔低沸點(diǎn)物熱側(cè)線初餾物采出加熱蒸汽熱損失總?cè)霟峥偝鰺幔?）熱量衡算①物料帶入熱Q入熱：即為表63中二甲醚（輕餾分）、回流液甲醇和初餾物的熱量之和Q入熱= Q二甲醚+Q回流液+Q熱損失 （63）=②物料帶入熱Q出熱：包括回流液、初餾分、輕餾分和熱損失。則：冷凝器需冷卻水量為：第六章 甲醇精餾工序工藝計(jì)算、熱量衡算預(yù)塔操作條件：%（以二甲醚計(jì)）、%、%（包括高沸點(diǎn)乙醇、烷烴等雜質(zhì)、計(jì)算時(shí)以水計(jì)）。Cp）T出塔= （515） 式中：GF —進(jìn)冷凝器各組分摩爾流量；kmol/h； Cp—各氣體組分比熱容，J/（mol?℃）；T出—出合成塔氣體溫度，℃。全塔熱平衡如表517所示?！?；Tm入（1）全塔熱平衡方程式∑Q入＋∑Qr=∑Q出＋∑Qf