【正文】 H2 CO CO2 N2 Ar CH4 組成 % % % % % % % 氣量 m3/h 表 410 新鮮氣組成 (合成氣 ) 氣體 CH4 H2 CO CO2 N2 Ar 組成 % % % % % % 氣量 m3/h 循環(huán)氣量的確定 循環(huán)氣氣量的確定 G1 =G 3+G4+G5+G6－ G7－ G8 式中： G1 為出塔氣氣量 ； G 3 新鮮氣氣量 ； G4 循環(huán)氣氣量 ； G5 主反應(yīng)生成氣量； G6 副反應(yīng)生成氣量； G7 主反應(yīng)消耗氣量； G8 副反應(yīng)消耗氣量； 循環(huán)氣氣量計算匯總見下表。 變換氣體積百分含量為： H2 %； CO %； CO2 % ； N2 %； Ar %； NH3 %； CH4 %； H2S %； COS %。 能量衡算 合成工段 合成塔的熱平衡計算 （ 1）計算公式 全塔熱平衡方程式為：∑ Q1 + ∑ Qr = ∑ Q2 + ∑ Q3+ Q （ 1） 式中： Q1—— 入塔氣各氣體組分焓， kJ/h； Qr —— 合成反應(yīng)和副反應(yīng)的反應(yīng)熱， kJ/h； Q2 —— 出塔氣各氣體組分焓， kJ/h； Q3 —— 合成塔熱損失， kJ/h； Q—— 沸騰水吸收熱量， kJ/h。 （ 6）合成塔封頭的確定 上下封頭均采用半球形封頭，材質(zhì)選用和筒體相同。 （ 8）折流板的確定 折流板為弓形 h=3/4Di=3/4 4600=3450mm，折流板數(shù)量為 5，間距取 2020mm 折流板最小厚度為 22mm，材料為 Q235A 鋼。 Xf= 9 3 2 6 9 0 2 6 9 0?= 精甲醇中甲醇的摩爾分率 Xd Xd= ? = 殘液中甲醇的摩爾分率 Xw Xw= 6 3 3 ? = 處理能力 F=OHOHff MXMXG22?= 3 6 2 6 3 7 ??? = kmol/h 精餾段物料量： D 精 =F?wdwf XX XX ?? =? ?? = kmol/h 提餾段物料量： D 提 =F?wdfd XX XX ?? =? ?? = kmol/h 東北石油大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 平均揮發(fā)度： ? 查得 105℃時，甲醇的飽和蒸汽壓 P*CH3OH= KPa 水的飽和蒸汽壓 P*H2O= KPa 75℃時，甲醇的飽和蒸汽壓 P*CH3OH= KPa 水的飽和蒸汽壓 P*H2O= KPa： 70℃時， ? 70℃ =OHOHCHpP23**= = 105℃時， ? 105℃ =OHOHCHpP23**= = 平均揮發(fā)度： ? = 10570?? = 最小理論塔板數(shù) Nm：因為： Xd=， Xw=； Xd1= Xw1=； 根椐芬斯克公式： Nm= ?lglg 11 ????????wwdd XXXX= 0 0 5 9 9 4 ?????? ?= 最小回流比 : 表 52 各組分參數(shù)列表 組分 進料組成 Xi,F 釜液組成 Xi,D ? i 水 甲醇 用恩德伍德公式計算： ? ?? ????imDii X , =Rm+1 ? ????iFiiX, =1q 因為：進料為飽和液相 ,所以： q=1 ? ????i FiiX, =0= ??? + ??? 用試差法求出： ? =，代入： ? ?? ????imDii X , = ?? + ?? = 故： Rm= 操作回流比 R==?= 則 1??RRR m = ?? = 實際理論板數(shù)： 東北石油大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 查吉利蘭圖得： 1??NNN m = 則： ??NN = 所以： N? 塊 板效率：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：21 (105+65)=85℃：在溫度 tm下查得： OH2? =?103 PaS。計算得閥數(shù)為 1430 個，按 ? N=1430 個重新?lián)Q算 F，計 算結(jié)果如下： U0=NdV204?=2 ???= F0=U0 v? =? = 閥孔動能因素變化不大，仍在 812之間。 所以 hp=hc+hL=+= （ 2） 液泛 為防止 液泛 ，要求嚴格控制降流管中液層高度。根據(jù)經(jīng)驗，取清液層高度 hc=，本設(shè)計選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進口堰。 （ 9）管板的確定 管板直徑 4600，厚度 100mm，管板通過焊接在筒體和封頭之間。 實際制造中取厚度和筒體相同即 75mm，所以封頭為 DN4600 75。 表 421 甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)熱 氣體 CH3OH (CH3 )2O C4H9OH C8H18 CH4 CO 生成熱 kJ/mol － 生成量 kmol /h 反應(yīng)熱 kJ/h － 反應(yīng)熱合計∑ Q1= 108 kJ/h （ 4） 塔出口氣體總熱量計算 表 422 甲醇合成塔出塔氣體組分熱容和熱量 氣體 H 2 CO CO2 N2 Ar CH3OH 熱容 kJ/（ ） 氣量 kmol/h 出塔熱量 kJ/（ ） 氣體 CH4 （ CH3O） 2 C4H9OH C18H18 H2O 合計 熱容 kJ/（ ） 氣量 kmol/h 出塔熱量 kJ/（ ） 出塔氣體溫度 255℃即 Q2= ＝ 108kJ/h （ 5）全塔熱量損失的確定 東北石油大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 全塔熱損失為 4%,即 Q3=(∑ Q1 + ∑ Qr) 4%=( 108+ 108) 4%= 107 kJ/h （ 6）沸騰水吸收熱量的確定 由公式 (1)可得 Q=∑ Q1 + ∑ Qr －∑ Q2 ∑ Q3= 108kJ/h 表 423 全塔熱平衡表 氣體 氣體顯熱 反應(yīng)熱 損失熱 蒸汽吸收熱 合計 入塔氣體 kJ/h 108 108 — — 108 出塔氣體 kJ/h 108 — 107 108 108 入塔氣換熱器的熱量計算 （ 1）入換熱器的被加熱氣 體熱量的確定 表 424 入換熱器被加熱氣體各組分熱容和顯熱 氣體 CH3OH H2 CO CO2 N2 Ar CH4 熱容 kJ/（ ） 氣量 kmol /h 熱量 kJ/（ ） 合計：入換熱器的被加熱氣體熱量為 kJ/（ ），入口溫度為 40℃ （ 2）出換熱器的被加熱氣體熱量的確定 出換熱器的被加熱氣體顯熱 =入合成塔氣體的顯熱，即 108kJ/h （ 3）入換熱器的熱氣體熱量的確定 入換熱器的加熱氣體顯熱 =出合成塔氣體的顯熱，即 108kJ/h （ 4）出換熱器的熱氣體熱量的確定 被加熱氣體吸收的熱量 =出換熱器的被加熱氣體顯熱－入換熱器的被加熱氣體顯熱 = 108－ 108= 108kJ/h ，所以 出換熱器的加熱氣體顯熱量 =入換熱器的加熱氣體顯熱－被加熱氣體吸收的熱量= 108－ 108= 108kJ/h （ 5） 出換熱器的加熱氣體的溫度的確定 假設(shè)出換熱器的加熱氣體各 組分熱容與出塔時相同，則出口溫度為 108/ 105= 即 ℃ 水冷器熱量的計算 （ 1）水冷器熱平衡方程 Q1+Q2=Q3+Q4+Q5 式中： Q1—— 入換熱器氣體顯熱， KJ/h； Q2—— 氣體冷凝放熱， KJ/h； Q3—— 出水冷器氣體顯熱， KJ/h； Q4—— 粗甲醇液體顯熱， KJ/h； Q5—— 冷卻水吸熱， KJ/h。 表 416 變換氣組成 氣體 H2 CO CO2 N2 Ar 組成 % % % % % 氣量 m3/h 氣體 NH3 CH4 H2S COS 組成 % % % % 氣量 m3/h 水解氣和預變換氣組成的確定 在變換爐中 CO 的轉(zhuǎn)化率為 %，已知預變換氣中 CO 的百分率和變換氣中 CO的含量，設(shè)預變換氣為 a，則可得式： %（ %） = 解得 a= m3/h，即預變換氣氣量為 。 kmol/h G2= G3+G4 =。由反應(yīng)（ 3）、（ 4）、（ 5）、（ 6）得出反應(yīng)（ 2）、（ 7）生成的水分為： n =n7n4n33 n58 n6 =－ － － 3－ 8 = kmol 由于合成反應(yīng)中甲醇主要由一氧化碳合成，二氧化碳主要發(fā)生逆變反應(yīng)生成一氧化碳，且入塔氣中二氧化碳的含量一般不超過 5%，所以計算中忽略反應(yīng)（ 2）。 本產(chǎn)品（精甲醇）執(zhí)行國家《 GB338— 92》標準，具體指標見表 41。 由常壓精餾塔（ T8003）底部排出的精餾殘液經(jīng)廢水冷卻器（ E8009）冷卻至 40℃后，由廢水泵（ P8007A， B）送到生化處理裝置。 東北石油大學本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 蒸汽弛放氣新鮮氣圖 31 合成工藝流程 甲醇精餾工藝流程 來自甲醇合成裝置的粗甲醇（ 40℃， ），通過預塔進料泵（ P8002A,B），經(jīng)粗甲醇預熱器加熱至 65℃，進入預精餾塔（ T8001），預塔再沸器（ E8004）用 的低壓蒸汽加熱，低沸點的雜質(zhì)如二甲醚等從塔頂排出，冷卻分離出水后作為燃料；回收的甲醇液通過預塔回流泵（ P8003A,B）作為該塔回流液。副產(chǎn)蒸汽確保了甲醇合成塔 內(nèi)反應(yīng)趨于恒定，且反應(yīng)溫度也可通過副產(chǎn)蒸汽的壓力來調(diào)節(jié)。排放量過少則影響合成反應(yīng)進行。 國產(chǎn)銅基催化劑，一般要求 氣體空速在 8000～20200h1之間。由于單位時間通過的氣量小，總的產(chǎn)量仍然是低的。 二氧化 碳在原料氣中的最佳含量，應(yīng)根據(jù)甲醇合成所用的催化劑與甲醇合成操作溫度作相應(yīng)調(diào)整。甲醇合成反應(yīng)時分子數(shù)變少，因此增加壓力對反應(yīng)有利，由于壓力高，組分的分壓提高，因而催化劑的生產(chǎn)強度也提高，操作壓力的選用與催化劑的活性有關(guān)。另外為了延長催化劑壽命，反應(yīng)初期宜采用較低溫度，使用一段時間后再升溫至適宜溫度。結(jié)構(gòu) 比 較簡單，檢修 比 較方便