【正文】 學士學位論文 第四章 設(shè)備計算 ? ? ? ?smmo lPKPKPKPPKPPkrHHCOCOCOCOOHOHCHPHCOCO ???????????? ??? 34232/11222223222 （ 230） 在 SI 制下，速率方程式中各系數(shù)可表示為： 速率常數(shù)： ? ?337161 /100 4 x p101 7 Pasmk m o lRTk ?????????? ??? ? （ 231） ? ?437202 / x Pasmk mo lRTk ?????????? ??? ? （ 232） 平衡常數(shù)： P=5MPa TTK P ln2 0 9 8 1 0 41 ????? (233) TTK P ln4 2 6 0 7 4 32 ????? (234) 吸附系數(shù)： TK CO 1103 0 5 7 6 4??? (235) TK CO 1102 5 4 8 5 32 ???? (236) TK H 9 3 9 32 ???? (237) 催化劑堆密度： 根據(jù)《聯(lián)醇生產(chǎn)》， C301 工業(yè)催化劑的堆密度為 1400～ 1600kg/m3。 從圖 416 中可以清楚的得到催化劑 床層 的熱點溫度為 247 度左右，大約在距離反應管進口 處，與 管外冷卻介質(zhì)的溫差達到 17℃，比出口溫度高 6℃。 甲醇合成反應器的附屬設(shè)備結(jié)構(gòu)計算 1. 汽包 汽包是低壓魯奇法合成甲醇很重要的附屬設(shè)備。 通過模擬可以得到傳熱系數(shù)校核所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，列表 如下。 甲醇合成反應器模擬結(jié)果 經(jīng)過反復模擬實驗，最后確定反應器的管長為 6m,根據(jù)甲醇合成全流程模擬中甲醇反應器入口總流量 ，反應管 規(guī)格 為 Φ 38 2mm,這樣的設(shè)定結(jié)果滿足反應器出口的要求。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和上述反應機理，推導并回歸得到的冪函數(shù)型雙速率動力學模型為： ? ? ? ?? ?hgm o lffRTr COOHCO ???????? ?? /154010e x p2187 2 ? （ 216） ? ? ? ?? ?hgm o lfffRTr OHCOHCO ????????? ?? ? /151550e x p860 222 ? （ 217） 式中 2121 HCOfm ffK f ???? (218) 322222HCOfOHm ffK ff ?? ??? (219) Kf為逸度表示的平衡常數(shù)， fi為 i組分的逸度。以年產(chǎn) 20 萬噸甲醇為例，就焦爐煤氣、天然氣、煤三種 不同原料制甲醇的消耗、成本、投資比較 。國外以天然氣為原料生產(chǎn)甲醇，天然氣經(jīng)過氧化鋅脫硫后，硫含量在 ；國內(nèi)以煤炭為原料生產(chǎn)甲醇，合成氣中硫含量一般都在 1mg/kg 以上，這樣，很容易造成催化劑中毒，必須脫硫凈化降到 。后來，將其鋅鉻催化劑改為銅基催化劑，壓力降為 20～ 25Mpa，但仍然屬于 高壓法。設(shè)備投資低。副產(chǎn) ～ 中壓蒸汽的合成塔 ,出口濃度可達 8～10%vol,合成系統(tǒng)循環(huán)量比傳統(tǒng)技術(shù)大為減少 ,所消耗補充氣最少。合成采用 ICI低壓甲醇合成催化劑。其流程特點為 :采用軸向絕熱床層 ,塔間設(shè)換熱器 ,廢熱用于預熱鍋爐給水或飽和系統(tǒng)循環(huán)熱水。其特點是合成塔為列管式 ,副產(chǎn)蒸汽 ,管內(nèi)是 Lurgi合成催化劑 ,管間是鍋爐水 ,副產(chǎn) ～ 壓蒸汽。合成塔型式有 :第一種 ,激冷式合成塔 ,單塔生產(chǎn)能力大 ,出口甲醇濃度約為 4～ 6%vol。 生物柴油 生物柴油是清潔的可再生能源，它以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黃連木等油料林木果實、工程微藻等油料水生植物以及動物油脂、廢餐飲油等為原料制成的液體燃料，是優(yōu)質(zhì)的石油柴油代用品。 甲基丙烯酸甲酯：目前生產(chǎn)甲基丙烯酸甲酯（ MMA）主要的生產(chǎn)工藝路線是：先將 ACH 轉(zhuǎn)化為甲基丙烯酰胺硫酸鹽，然后再水解、酯化生成甲基丙烯酸酯。甲醇制甲醛再轉(zhuǎn)化為乙二醇的路線，鑒于合成氣制甲醇技術(shù)和甲醇生產(chǎn)甲醛技術(shù)都已經(jīng)非常成熟，因而該工藝很有開發(fā)前景。目前國內(nèi)蛋白飼料的實際缺口達 1200 萬噸。 二甲基亞砜（ DMSO） 是極為重要的非質(zhì)子極性溶劑和重要的精細化工產(chǎn)品，一向被譽為：“萬能溶媒”，在國外稱為“萬能藥”，廣泛應用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、石油、化工、有機合成、電子、涂料、冶金、染料和高分子材料等許多化學工業(yè)領(lǐng)域，并且一些新的用途還在不斷被發(fā)現(xiàn)。甲烷氯化物（ CMS）的工業(yè)生產(chǎn)是以甲醇和氯氣為主要原料，采用直接氯化生產(chǎn)工藝，近年來我國 CMS 生產(chǎn)發(fā)展較快 ,總生產(chǎn)能力超過 25 萬 t/a。一甲胺、二甲胺和三甲胺等都是化學工業(yè)、農(nóng)藥、醫(yī)藥及涂料的中間體，有相當大的市場前景。另外，它還作為清洗劑，用于高精密儀器（電子儀器）表面的清洗。 冰醋酸 我國醋酸生產(chǎn)主要有羰化法、乙烯法及乙醇法，根據(jù)全國醋酸行業(yè)協(xié)作組提供的數(shù)據(jù)顯示， 2020 年我國甲醇羰基合成法制醋酸產(chǎn)能約為 90 萬 t，產(chǎn)量 萬 t，消耗甲醇 49 萬 t； 2020 年產(chǎn)能約為 140 萬 t，產(chǎn)量 萬 t，消耗甲醇 76 萬 t。亞洲 需求量增長比較迅速，與此相反，北美地區(qū)需求則在減少。甲醇有很強的毒性，口服 5～ 10ml 可以引起嚴重中毒， 10ml 以上造成失明， 30ml 以上可致人死亡。甲醇能和水以任意比互溶，但不形成共沸物，能和多數(shù)常用的有機溶劑 (乙醇、乙醚、丙酮、苯等 )混溶，并形成恒沸點混合物。 換熱器針對的是 換熱器 E301，它 采用的是管殼式換熱器 ,嚴格意義上講是一個浮頭式換熱器 ,原 因是物料前后溫差較大 ,所以選取浮頭式換熱器。針對目前甲醇的生產(chǎn)已經(jīng)非常成熟的情況和國內(nèi)外甲醇生產(chǎn)工藝的分析，本設(shè)計采用低壓魯奇法進行甲醇合成，采用國內(nèi)廣泛使用的 C301 型銅基催化劑，精餾部分采用 三塔流程，一個預精餾塔和兩 個 主 精餾塔。 甲醇是極為重要的有機化工原料，在化工、醫(yī)藥、輕工、紡織及運輸?shù)刃袠I(yè)都有廣泛的應用，其衍生物產(chǎn)品發(fā)展前景廣闊。運用 Aspen Plus 對整個工藝進行了完整的模擬并針對每個設(shè)備進行了分別的設(shè)備計算。然后查閱國標，對換熱器進行選型，應用嚴格法進行模擬，得到總傳熱系數(shù)和實際的換熱面積，再加以校核，確定最后的換熱器的型號。甲醇水溶液的密度隨甲醇濃度和溫度的增加而減??；甲醇水溶液的沸點隨液相中甲醇濃度的增加而降低。 表 1 甲醇物性參數(shù)表 項目 單位 數(shù)值 項目 單位 數(shù)值 沸點（ 105Pa ） ℃ ～ 凝固點 ℃ 97～ 臨界壓力 MPa 臨界溫度 ℃ 240 爆炸上限 % 爆炸下限 % 6 最小點火能量 MJ 相對分子量 1 表 2 甲醇飽和蒸汽溫度與壓力平衡表 (1mmHg = ) 溫度℃ 蒸 汽 壓mmHg 溫度℃ 蒸汽 壓mmHg 溫度℃ 蒸汽壓mmHg 20 96 130 6242 30 160 140 8071 40 150 10336 50 406 160 13027 60 625 170 16292 44 1 760 180 20209 40 2 70 927 190 24615 30 4 80 1341 200 29787 20 8 90 1897 210 35770 10 100 2621 220 42573 0 110 3561 230 50414 10 120 4751 240 59660 化學性質(zhì) 甲醇不具酸性，也不具堿 性，對酚酞和石蕊均呈中性。 甲醇下游產(chǎn)品 甲醇的下游產(chǎn)品大致有：甲醛、冰醋酸、二甲醚（ DME）、 MTBE、二甲基甲酰胺（ DMF）、甲胺、甲酸甲酯、甲烷氯化物（ CMS）、乙二醇、碳酸 二甲酯（ DMC）、硫酸二甲酯、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇（ PVA）、對苯二甲酸二甲酯（ DMT）、二甲基亞砜（ DMSO）、 MTO/MTP、甲醇蛋白、合成橡膠、甲醇燃料、燃料電池等。按生產(chǎn) 1 噸醋酸需要 甲醇計算，則需要消耗甲醇 227 萬～ 360 萬 t。 MTBE 主要用作汽油的改性劑添加到汽油中。甲酸甲 酯有很高的反應活性，由它出發(fā)，可制得 50 多個產(chǎn)物，故被稱為萬能中間體。目前我國的碳酸二甲酯的總產(chǎn)能在 10 萬 t／ a 以上。 MTO/MTP 甲醇制烯烴的 MTO 工藝和甲醇制丙烯的 MTP 工藝是目前重要的 C1 化工技術(shù)，是以煤基或天然氣基合成的甲醇為原料，生產(chǎn)低碳烯烴的化工工藝技術(shù)，是以煤替代石油生產(chǎn)乙烯、丙烯等產(chǎn)品的核心技術(shù)。非水溶液滴定溶劑。據(jù)預測， 2020 年我 國聚酯產(chǎn)量將達到 1730 萬噸，按聚酯單耗 噸 /噸計算，約需乙二醇 588 萬噸； 2020 年聚酯產(chǎn)量為 1900 萬噸，約需要乙二醇 646 萬噸。據(jù)預計 2020 年我國M85～ M100 的甲醇汽車將達到 1 萬輛左右，按每輛汽車每年消耗 20 噸甲醇計算，則共需要消耗甲醇 20 萬 t。需求與產(chǎn)量的反差，將會是形成產(chǎn)品供不應求的局面。精餾多數(shù)采用二塔 ,有時也用三塔精餾 ,與蒸汽系統(tǒng)設(shè)置統(tǒng)一考慮。 Lurgi 工藝的精餾采用三塔精餾或三塔精餾后再串一個回收塔。合成壓力 ～ ,根據(jù)裝置能力優(yōu)化。 甲醇合成廢熱用于產(chǎn)生 ～ 中壓蒸汽 ,中壓蒸汽可作為工藝蒸汽 ,或過熱后用于透平驅(qū)動蒸汽 。 合成塔 :伍德公司采用改進的氣冷激式菱 形反應器、等溫合成塔、冷管式合成塔。4塔精餾 ,設(shè)甲醇回收塔 ,甲醇回收率為 %,噸甲醇耗 噸低壓蒸汽。這種工藝，是針對中國遍布全國的中小型合成氨廠而開發(fā)的。 ④ 積極由小規(guī)模向大規(guī)模轉(zhuǎn)變。加之東臨海港，西靠鐵路，交通極為便利，方便產(chǎn)品外輸及原料的輸入。 沈陽化工學院學士學位論文 第四章 設(shè)備計算 甲醇合成反應器模擬流程圖 圖 415 甲醇合成反應器模擬流程圖 甲醇合成反應器模擬方法 甲醇合成反應器 為立式列管固定床反應器，模擬采用 采用 活塞流反應器“ RPLUG”模型 進行模擬 ， 該反應器使用 BWRLS 方程來描述甲醇合成反應機理。 沈陽化工學院學士學位論文 第四章 設(shè)備計算 圖 416 甲醇合成反應器的溫度分布曲線B l o c k B 1 ( R P l u g ) P r o f i l e s P r o ce s s S t r e a mR e a c t o r l e n g t h M I X E D m e t e rTEMPERATURE C0 . 0 0 . 2 5 0 . 5 0 . 7 5 1 . 0 1 . 2 5 1 . 5 1 . 7 5 2 . 0 2 . 2 5 2 . 5 2 . 7 5 3 . 0 3 . 2 5 3 . 5 3 . 7 5 4 . 0 4 . 2 5 4 . 5 4 . 7 5 5 . 0 5 . 2 5 5 . 5 5 . 7 5 6 . 0205.0210.0215.0220.0225.0230.0235.0240.0245.0250.0T e m p e r a t u r e M I X E D 沈陽化工學院學士學位論文 第四章 設(shè)備計算 B l o c k B 1 ( R P l u g ) P r o f i l e s P r o ce s s S t r e a mR e a c t o r l e n g t h M I X E D m e t e r 0 . 0 0 . 2 5 0 . 5 0 . 7 5 1 . 0 1 . 2 5 1 . 5 1 . 7 5 2 . 0 2 . 2 5 2 .