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正文內(nèi)容

年產(chǎn)量為40kt粗甲醇合成精餾工段工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(完整版)

  

【正文】 ;二是新的消費(fèi)領(lǐng)域,如醇醚燃料、甲醇制烯烴等由于發(fā)展前景廣闊,也引發(fā)了國(guó)內(nèi)對(duì)甲醇裝置的投資熱。與此同時(shí),應(yīng)該積極做好三廢處理等問(wèn)題,逐步實(shí)現(xiàn)綠色化工。 進(jìn)行熱量衡算的理論依據(jù)是熱量平衡式,在計(jì)算時(shí)有些物質(zhì)的準(zhǔn)確比熱和汽化熱很難找到,所以用了近似計(jì)算值或是經(jīng)驗(yàn)值。這次設(shè)計(jì),主要是進(jìn)行甲醇合成和精餾工段的物料和熱量衡算。 heat balance朗讀顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音字典翻譯以下任意網(wǎng)站 所以迫切要求對(duì)甲醇合成過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化操作和控制。但如果只沿用落后技術(shù),把煤直接燃燒用于發(fā)電和其它工業(yè)目的,不斷擴(kuò)大低效、高污染應(yīng)用技術(shù)中煤的用量,則同樣是難以為繼的,同時(shí)對(duì)環(huán)境的威脅將是難以估量的。2007年下半年甲醇出口激增。煤基醇醚燃料更具有大規(guī)模、基地化推廣的現(xiàn)實(shí)性,是最實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的選擇。但它具有上述優(yōu)點(diǎn),國(guó)外在這方面的研究一直沒(méi)有中斷,應(yīng)該是—種很有工業(yè)前途的制取甲醇的方法。氣體脫硫方法可分為兩類:一類是干法脫硫,一類是濕法脫硫。氣化所得可燃性氣體通稱煤氣,是制造甲醇的切始原料氣。由于甲醇合成反應(yīng)是一個(gè)可逆的放熱反應(yīng),反應(yīng)熱效應(yīng)大,為使反應(yīng)始終處于較高的速度下,必須及時(shí)移走這些熱量,因此,按不同的移熱方法,可分為冷管型連續(xù)換熱式和冷激型多段換熱式兩大類;按反應(yīng)氣流動(dòng)的方式有軸向和徑向,或者二者兼有的混合型。該反應(yīng)器單位體積催化劑床層的換熱面積較大,熱能利用合理,產(chǎn)生的這些蒸汽首先用于驅(qū)動(dòng)新鮮原料氣及循環(huán)氣透平壓縮機(jī),然后將出來(lái)的低壓蒸汽送至精餾工段作為精餾塔塔釜再沸器的加熱熱源,106KJ。甲醇合成反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng),低溫有利于反應(yīng)向合成方向進(jìn)行,而且溫度過(guò)高會(huì)使催化劑失活,因此需要即使將反應(yīng)熱移出合成塔。這就改變了氣液兩相的組成。雙塔流程是最為普遍采用的甲醇精餾方式。 三塔流程 精餾過(guò)程的能耗很大且熱能利用率很低,故精餾工序的節(jié)能有許多潛力可挖。該流顯著的特點(diǎn)是節(jié)能,在粗甲醇精餾系統(tǒng), 一般流程都考慮廢熱的回收利用, 如采用蒸汽冷凝水或殘液等來(lái)加熱粗甲醇。 合成工段物料衡算 設(shè)計(jì)條件及參數(shù)已知年產(chǎn)40000噸粗甲醇,每年以330個(gè)工作日計(jì)。合成塔入口氣體等于新鮮氣的量加上循環(huán)氣的量,由表27和表210得到表211如下:表211 合成塔入塔氣流量及組成組 分 CO H2 CO2 CH4 N2 CH3OH (CH3)2O H2O 合計(jì) kg/h Wt% kmol/h mol% 計(jì)算示例,以一氧化碳為例,合成塔入塔氣中一氧化碳的量等于新鮮氣中一氧化碳的量加上循環(huán)氣中一氧化碳的量,其摩爾流量為: + = kmol/h質(zhì)量流量為: + = kg/h合成塔入塔氣總摩爾流量: + = kmol/h合成塔入塔氣總質(zhì)量流量: + = kg/h則一氧化碳的摩爾含量為: () 100% = %一氧化碳的摩爾含量為: ( / ) 100% = %合成塔出塔氣體流量等于循環(huán)氣的量加弛放氣的量加粗甲醇的量再加粗甲醇中的溶氣量,由表2表2表29及表210可得合成塔出塔氣體流量及組成,見(jiàn)表212:表212 合成塔出塔氣體流量及組成組 分 kg/h Wt% kmol/h mol%CO H2 CO2 CH4 N2 CH3OH (CH3)2O H2O C4H9OH 合計(jì) 計(jì)算示例,以一氧化碳為例,合成塔出塔氣中一氧化碳的量等于循環(huán)氣、弛放氣、粗甲醇及粗甲醇溶氣之中一氧化碳之和,故其摩爾流量為: + + 0 + = kmol/h一氧化碳的質(zhì)量流量為: + + 0 + = kg/h出塔氣總摩爾流量為: + + + = kmol/h 出塔氣總質(zhì)量流量為: + + + = k/h則一氧化碳的摩爾含量為:() 100% = %一氧化碳的質(zhì)量含量為: () 100% = %甲醇分離器出口的氣體由循環(huán)氣和弛放氣兩部分組成,循環(huán)氣進(jìn)入循環(huán)壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮循環(huán)利用,弛放氣則進(jìn)行放空。同理,可求得出塔氣溫度為250℃時(shí)帶出的總熱量為: KJ/h 表218 合成塔單位溫度出塔熱量組 分 G ( kmol/h) C( KJ / ( kmol.℃)) Q(KJ/(h.℃))CO CO2 H2 CH4 N2 CH3OH (CH3)2O H2O C4H9OH 合計(jì) 105(3)、反應(yīng)熱計(jì)算查相關(guān)資料知,合成塔內(nèi)氣體在5MPa、270℃時(shí)進(jìn)行反應(yīng),各物質(zhì)的生產(chǎn)量、摩爾生成熱及反應(yīng)熱見(jiàn)表219:表219 各物質(zhì)生成熱組 分 CH3OH ( CH3 )2O CH4 C4H9OH CO 合計(jì) Kmol/h KJ/mol kJ/h 其中某一種物質(zhì)的生成量 = 合成塔出口的量 合成塔出口的量;例如甲醇的生成量為: = Kmol/h(4)、熱損失核算假設(shè)全塔的熱損失為入塔熱量4%,則:Q熱損 (Q入塔氣 + Q反應(yīng))5% ( + )5% 106 kJ/h(5)、合成塔供熱衡算為維持合成塔內(nèi)270℃的反應(yīng)溫度,需向合成塔提供熱量,使反應(yīng)物溫度從220℃上升到270℃,這些熱量由反應(yīng)熱提供,多余的反應(yīng)熱由沸騰水移出合成塔,以保證合成塔溫度基本穩(wěn)定在270℃。%,%。采出甲醇和水的量為塔頂餾出后的甲醇和水,即為甲醇: – = kg/h ;水: – = kg/h摩爾流量分別為 甲醇: / 32 = kmol/h;水: / 18 = kmol/h異丁醇和燒堿的質(zhì)量流量及摩爾流量已知,具體衡算結(jié)果見(jiàn)表36:表36 加壓塔塔釜出料流量及組成組 分 CH3OH H2O C4H9OH NaOH 合計(jì) kg/h Wt% kmol/h mol% 。預(yù)塔回流流量及組成見(jiàn)表32表32 預(yù)塔回流流量及組成組 分 CH3OH H2O 合計(jì)kg/h wt% kmol/h mol% 計(jì)算示例,以甲醇為例,預(yù)塔回流液為進(jìn)料的75%,故回流液質(zhì)量流量為: = kg/h其中甲醇占92%,水占8%,故甲醇的質(zhì)量流量為: = kg/h水的質(zhì)量流量為: – = kg/h則甲醇和水的摩爾流量分別為: / 32 = kmol/h ; / 18 = kmol/h得回流液摩爾流量為: + = kmol/h則甲醇的摩爾含量為:( / ) 100% = % 預(yù)塔塔釜出料衡算預(yù)塔塔釜出料包括進(jìn)料中全部的甲醇、水、異丁醇和燒堿,其物料流量及組成見(jiàn)表33:表33 預(yù)塔塔釜出料流量及組成組 分 CH3OH H2O C4H9OH NaOH 合計(jì) kg/h Wt% kmol/h mol% 由于預(yù)塔塔釜出料的質(zhì)量流量和摩爾流量的都已知,計(jì)算總量及其各自的含量很容易,故在此略去計(jì)算。 原料氣吸收熱量的確定為計(jì)算原料氣溫度由45℃上升到270℃所需的熱量,取原料氣在5MPa、130℃下的熱容值,各組分氣體的分壓已求出,故由上述經(jīng)驗(yàn)公式知:CH2 = kJ/(kmol ℃) ; CCO = kJ/(kmol ℃) ;CCO2 = kJ/(kmol ℃) ; CCH3OH = kJ/(kmol ℃)CH2O = kJ/(kmol ℃) ; CN2 = kJ/(kmol ℃) ;CCH4 = kJ/(kmol ℃) 由物性數(shù)據(jù)手冊(cè)查得:二甲醚和異丁醇在壓力5MPa,溫度為130℃下的比熱容分別為:C(CH3)2O = kJ/(kmol ℃);CC4H9OHO = kJ/(kmol ℃)故由公式∑Q ∑(Gi Ci △T),即可求出原料氣需要的熱量,具體見(jiàn)表221:表221 原料氣熱容及吸熱量 組 分 Gi(kmol/h) Ci(KJ/( kmol.℃)) Qi(KJ/h.℃)CO CO2 H2 CH4 N2 CH3OH (CH3)2O H2O 合 計(jì) 上升溫度 △T = 220 – 45 = 175 ℃ ,故所需總熱量為: 105 175 = KJ/h 預(yù)熱器熱量衡算合成塔出口氣放出同樣的熱量溫度從250℃約降為70℃,故取中間溫度160℃下的比熱進(jìn)行計(jì)算,以確定溫度下降的具體值。計(jì)算示例,以一氧化碳為例:由表24和表26可知,一氧化碳的摩爾流量為: 0 + = kmol/h一氧化碳的質(zhì)量流量為: 0 + = kg/h分離器出口液相摩爾流量為: + = kmol/h分離器出口氣體質(zhì)量流量為: + = kg/h則一氧化碳的摩爾含量為: () 100% = %一氧化碳的質(zhì)量含量為: () 100% = %表214 分離器出口液相組成及流量組 分 kg/h
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