年產(chǎn)3萬噸甲醇合成工藝畢業(yè)設(shè)計(jì)(存儲版)
【正文】 2=140 mm ⑶.塔底出料管因塔底含醇1%，可近似為水， MPa，105 ℃ kg/m3， m/s。Xw== 2.處理能力F== = kmol/h精餾段物料量：D精=F= = kmol/h提餾段物料量：D提=F= = kmol/h 3.平均揮發(fā)度：查得124℃時(shí)，甲醇的飽和蒸汽壓P*CH3OH= Kpa水的飽和蒸汽壓P*H2O= Kpa105℃時(shí)，甲醇的飽和蒸汽壓P*CH3OH= Kpa 水的飽和蒸汽壓P*H2O= Kpa由=得：124℃時(shí)，124℃==105℃時(shí)，105℃==平均揮發(fā)度：=== 4.求最小理論塔板數(shù)Nm：因?yàn)椋篨d=，Xw=；Xd1= Xw1=；根椐芬斯克公式：Nm== = 5.求最小回流比各組分參數(shù)列表組分進(jìn)料組成Xi,F釜液組成Xi,Di水甲醇用恩德伍德公式計(jì)算：=Rm+1=1q因?yàn)椋簽槁饵c(diǎn)進(jìn)料所以：q=1=0=+用試差法求出：=，代入：=Rm+1=+故：Rm=操作回流比R===則== 6.求實(shí)際理論板數(shù)查吉利蘭圖得：=則：=所以： 7.計(jì)算板效率1. 求平均相對揮發(fā)度與平均粘度的積(、)塔頂塔底平均溫度為：(105+67)=86℃86℃時(shí)：= PaS = PaS則：= Xf+ (1Xf)=+()= PaS所以：== PaS2. 查板效率與關(guān)聯(lián)圖得：N=板效率：E=49*=所以實(shí)際板數(shù)為：= 塔板流體力學(xué)驗(yàn)算 1.氣相通過浮閥塔的壓降 Hp=Hc+Hl+H1. 干板阻力精餾段提餾段Uoc=Uoc==Uoc==因?yàn)閁0UocU0UocHc=Hc=Hc=== ⑵.板上充氣液層阻力。 常壓精餾塔計(jì)算條件：⑴.精甲醇質(zhì)量：精甲醇含醇：%(wt) 殘液含醇：1%(wt) ⑵.操作條件：塔頂壓力： Pa 塔底壓力： Pa 塔頂溫度：67 ℃ 塔底溫度：105 ℃ 回流液溫度：40 ℃ 進(jìn)料溫度：124 ℃ 1.精餾段 平均溫度：(124+67)= ℃ 平均壓力：[() ]= KPa 表222 精餾段物料流率物料質(zhì)量流量：kg/h分子量：kg/kmol摩爾流量：kmol/h內(nèi)回流32標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積：V0==操作狀況下的體積：V1==氣體負(fù)荷：Vn==氣體密度： == kg/ m3查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊》，℃時(shí)甲醇的密度=721 kg/m3液體負(fù)荷：Ln== 2.提餾段 平均溫度：(105+124)= ℃ 入料壓力：()= kPa 平均壓力：(+)= kPa 表223 提餾段內(nèi)回流量物料質(zhì)量流量：kg/h分子量：kg/kmol摩爾流量：kmol/h內(nèi)回流32標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積： == Nm3/h操作狀態(tài)下的體積：== Nm3/h所以：氣體負(fù)荷：Vm== m3/s氣體密度： ==查得進(jìn)料狀態(tài)甲醇溶液溫度124℃，%， t/m3。所以：Q入=+=+ = kJ出塔氣熱容除(CH3OH)見表417。A. 加壓塔。則消耗純NaOH： kg/h換成8%為：= kg/h ：據(jù)資料記載。所以： =% G醇后=G新鮮(G醇＋G副＋G擴(kuò))+GCH4= += Nm3/h所以：G出塔＝G循環(huán)氣= G出塔G醇后G生成+GCH4G溶解=+ =甲醇生產(chǎn)循環(huán)氣量及組成見表25表25 甲醇生產(chǎn)循環(huán)氣量及組成組分COCO2H2N2CH4ArCH3OHH2O合計(jì)流量：Nm3/h組成%(V)100G入塔= G循環(huán)氣+G新鮮氣=+= Nm3/h由表24及表25得到表26。精甲醇中甲醇含量(wt)：%粗甲醇組成(wt)：[Lurgi低壓合成工藝]甲醇：%輕組分[以二甲醚(CH3)2O計(jì)]：%重組分[以異丁醇C4H9OH計(jì)]：%水：%所以：時(shí)產(chǎn)精甲醇：Kg/h 時(shí)產(chǎn)粗甲醇： Kg/h根據(jù)粗甲醇組分，算得各組分的生成量為：甲醇(32)： Kg/h 二甲醚(46)： Kg/h kmol/h Nm3/h異丁醇(74)： Kg/h kmol/h Nm3/h水(18)： Kg/h kmol/h Nm3/h合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)為：主反應(yīng)：CO+2H2CH3OH+ KJ/mol …… ①副反應(yīng)：2CO+4H2(CH3)2O+H2O+ KJ/mol …… ② CO+3H2CH4+H2O+ KJ/mol …… ③ 4CO+8H2C4H9OH+3H2O+ KJ/mol …… ④ CO2+H2CO+ KJ/mol …… ⑤生產(chǎn)中， Nm3, kmol，故CH4每小時(shí)生成量為：= Nm3， kmol/h， Kg/h。這部分空氣作為燃料，大部分氣體進(jìn)入透平壓縮機(jī)加壓返回合成塔，合成塔副產(chǎn)的蒸汽及外部補(bǔ)充的高壓蒸汽一起進(jìn)入過熱器加熱到50 ℃，帶動(dòng)透平壓縮機(jī)，透平后的低壓蒸汽作為甲醇精餾工段所需熱源。此外，由于壓力低，動(dòng)力消耗降低很多，工藝設(shè)備制造容易。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。作為及其重要的有機(jī)化工原料，是碳一化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。選擇中壓法為本設(shè)計(jì)生產(chǎn)甲醇的工藝，用CO和H2在加熱壓力下，在催化劑作用下合成甲醇的生產(chǎn)工藝。 甲醇的合成方法 當(dāng)今甲醇生產(chǎn)技術(shù)主要采用中壓法和低壓法兩種工藝，并且以低壓法為主，這兩種方法生產(chǎn)的甲醇約占世界甲醇產(chǎn)量的80%以上。比較以上三者的優(yōu)缺點(diǎn)，以投資成本，生產(chǎn)成本，產(chǎn)品收率為依據(jù)，選擇中壓法為生產(chǎn)甲醇的工藝，用CO和H2在加熱壓力下，在催化劑作用下合成甲醇，其主要反應(yīng)式為：CO+ H2→CH3OH 甲醇的合成路線1．常用的合成工藝 雖然開發(fā)了高活性的銅基催化劑，合成甲醇從高壓法轉(zhuǎn)向低壓法，完成了合成甲醇技術(shù)的一次重大飛躍，但仍存在許多問題：反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜；單程轉(zhuǎn)化率低，氣體壓縮和循環(huán)的耗能大；反應(yīng)溫度不易控制，反應(yīng)器熱穩(wěn)定性差。 當(dāng)合成氣中有CO2時(shí)，也可合成甲醇。根據(jù)以上計(jì)算，則粗甲醇生產(chǎn)消耗量及生產(chǎn)量及組成列表22。 表28 甲醇分離器出口氣體組成、流量：單位：Nm3/h組分COCO2H2N2CH4ArCH3OHC4H9OH(CH3)2OH2O合計(jì)損失0出氣組成(V)%100出液組成mol%100重量kg組成(wt)%100甲醇馳放氣流量及組成見表2
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