【正文】 104②計算總傳熱系數(shù)Ⅰ.熱流量Q0==Ⅱ.平均傳熱溫差℃Ⅲ.冷卻水用量Wi=Ⅳ.確定流體的流徑熱流體為甲醇，冷流體為水，為使甲醇通過殼壁面向空氣中散熱提高冷卻效果，令甲醇走殼層，水走管程。即Q入熱=②帶出熱：表66中回流液熱、低沸點物帶出熱和熱損失。其采出量為預(yù)塔進(jìn)料3%==經(jīng)計量后送預(yù)塔進(jìn)一步回收甲醇。Q出熱=Q二甲醚+Q預(yù)后甲醇+Q回流液+Q熱損失+Q初餾物 （62） Q出熱=+++++ =+由Q入熱=+Q加熱蒸汽=+（+ Q加熱蒸汽）得Q加熱蒸汽=（不計蒸汽冷凝水的顯熱）為每t粗甲醇脫除輕餾分所需蒸汽量為塔底蒸汽量/粗醇小時量=匯總表663，得預(yù)塔全塔熱平衡表64。因冷凝器出口液體溫度為33℃，故液體帶出熱量；Q′′出冷凝器=33=于是由冷卻水帶走熱量：Q冷卻水=+（+）=則冷凝器熱平衡如表522。根據(jù)表59數(shù)據(jù)計算得出塔各組分及冷凝放熱量如表519所示。表516 甲醇合成塔出塔各組分的比熱和熱量組分COCO2H2N2CH4ArCH3OHC4H9OH（CH3）2OC8H18H2O合計比熱容，kJ/（kmol?℃）氣量Nm3/hkmol/h出塔熱kJ/（h?℃）（5）合成塔全塔熱損失計算由設(shè)定的計算條件給出全塔熱損失為5%，因此損失熱量為：Q熱損失 =（Q入塔+Q反應(yīng)）5%=（ + ） 5% = 5%=。G出—進(jìn)出合成塔物料量，kmol/h；Cm入續(xù)表59 甲醇分離器出口氣體和液體產(chǎn)品流量與組成組分COCO2 H2N2CH4ArCH3OHC4H9OH（CH3）2OC8H18H2O合計出分離器液體量，Nm3/h（氣態(tài)）組成，%重量，kg/h組成，%表510 甲醇馳放氣流量與組成組分COCO2H2N2CH4CH3OH合計馳放氣流量，Nm3/h組成，%表511 精煉氣流量與組成組分H2N2CH4Ar合計精煉氣流量，Nm3/h組成，%表512 氨合成塔物料平衡表消耗分類反應(yīng)消耗或損耗反應(yīng)生成NH3合計H2N2CH4Ar精煉氣，Nm3/h溶解損耗，Nm3/h小計合成反應(yīng)消耗，Nm3/h吹出氣，Nm3/h氨擴(kuò)散損耗，Nm3/h合成氨產(chǎn)量，Nm3/h kg/h匯總物料平衡各過程，得平衡匯總表513。故得循環(huán)氣各組分的量如表56所示。 表53 混合氣在粗甲醇中的溶解量組分COCO2H2N2CH4（CH3）2O小計溶解量Nm3/tNm3/h組成，%⑥粗甲醇馳放氣中甲醇的擴(kuò)散損失根據(jù)測定，在35℃時液態(tài)甲醇中釋放的CO、COH2等混合氣中。③在壓力為30106Pa、溫度在30℃時，液氨中氫氮氣溶解損失：查表[10]，在上述狀況下液氨中氫氮氣溶解量分別為：H2：；N2：。弛放氣醇后氣分離器甲醇分離器 原料氣合成塔水冷器去銅洗循環(huán)氣循環(huán)壓縮機(jī)粗甲醇貯槽稀甲醇去精餾圖51 甲醇合成工段原則流程圖（1）設(shè)計條件本設(shè)計總氨：100kt/a，醇氨比：30%，粗甲醇產(chǎn)量是年產(chǎn)3萬t，惰性氣組成CH4：%，Ar：%，年工作日：330天。雙塔精餾流程圖如圖32所示。在工業(yè)生產(chǎn)中，主要是利用各組份的沸點不同，用精餾的方法將甲醇與其它組份分開，也就是同時并且多次地運用部分汽化和部分冷凝的方法，以達(dá)到完全分離混合液中各組分的連續(xù)操作過程。[8]目前，國內(nèi)甲醇精餾工藝主要分為雙塔精餾工藝、帶有高錳酸鉀反應(yīng)的精餾工藝和三塔精餾工藝。低壓法合成塔的型式還有聯(lián)邦德國Lurgi公司的管束型副產(chǎn)蒸汽合成塔及美國電動研究所的三相甲醇合成系統(tǒng)。 甲醇合成是強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，必須在反應(yīng)過程中不斷的將熱量移走，反應(yīng)才能正常進(jìn)行，管殼式反應(yīng)器利用管子與殼體間副產(chǎn)中壓蒸汽來移走熱量，這樣，合成反應(yīng)適宜的溫度條件維持就幾乎全依賴于副產(chǎn)品中壓蒸汽壓力操作的正常與穩(wěn)定。①烴類：CO+3H2=CH4+H2O （310）②醇類：2CO+5H2=C2H6+2H2O （311）③醛類：CO+H2=HCHO （312）④醚類：2CO+4H2=CH3OCH3+H2O （313）⑤2CH3OH=HCOOCH3+2H2 （314）以銅為主體的銅基催化劑，對于甲醇合成具有極高的選擇性，而且在不太高的壓力及溫度下，要求合成氣的凈化要徹底，否則其活性將很快喪失，它的耐熱性也較差，要求維持催化劑在最佳的穩(wěn)定的溫度下操作。轉(zhuǎn)化氣（即新鮮合成氣）和甲醇合成循環(huán)氣的氣量均較大，而且氣體很干凈，很適合采用離心式壓縮機(jī)。[6]以重油、煤與交友為原料值得的粗原料氣，經(jīng)脫硫變換后，尚含有相當(dāng)量的二氧化碳，CO2/CO太高，氣體組成不符合=～，而且經(jīng)變換后，COS、CS等有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為H2S，也需在送往合成工序前予以清除。煤氣中的硫化物按其化合狀態(tài)可分為兩類：一類是硫的無機(jī)化合物，主要是硫化氫（H2S），根據(jù)原料煤含硫量不同，H2S一般為1～10g/m3；另一類是硫的有機(jī)化合物，如二硫化碳（CS2）、硫氧化碳（COS）、噻吩（C4H4S）等。氣化煤氣可作為工業(yè)燃料、城市煤氣和化工合成氣等。本廠擬建在選煤廠西南方向的空地內(nèi)。內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)以無煙煤為主，煤種齊全，具有發(fā)熱量高、含硫量低、熱穩(wěn)定性較好等特點，是良好的化工用煤、氣化用煤，可供建設(shè)優(yōu)質(zhì)無煙煤基地。從理論上講，凡同時含有該三種成份的氣體均可用于甲醇合成，通過轉(zhuǎn)化的方法能生成這三種組份的物質(zhì)均可用作甲醇生產(chǎn)的原料?；瘜W(xué)處理主要用堿破壞在精餾過程中難以分離的雜質(zhì)，并調(diào)節(jié)PH。甲醇生產(chǎn)中所使用的多種催化劑，如天然氣與石腦油蒸氣轉(zhuǎn)化催化劑、甲醇合成催化劑都易受硫化物毒害而失去活性，必須將硫化物除凈。 目前工業(yè)上幾乎都是采用一氧化碳、二氧化碳加壓催化氫化法合成甲醇。隨著當(dāng)今世界石油資源的日益減少和甲醇生產(chǎn)成本的降低, 用甲醇作為新的石化原料來源已經(jīng)成為一種趨勢。它是重要的化工原料和清潔燃料，用途廣泛，在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。 Synthesis。 本科畢業(yè)設(shè)計說明書題 目：30kt/a粗甲醇聯(lián)醇法合成、精餾工藝設(shè)計學(xué)生姓名：學(xué) 院：化工學(xué)院系 別：化學(xué)工程系專 業(yè)：化學(xué)工程與工藝班 級：指導(dǎo)教師： 摘 要甲醇是一種重要的有機(jī)化工原料，應(yīng)用廣泛，可以用來生產(chǎn)甲醛、合成橡膠、甲胺、氯甲烷、醋酸等一系列有機(jī)化工產(chǎn)品。 Combined methanol production。第一章 甲醇概況甲醇是簡單的飽和脂肪醇，分子式為CH3OH。甲醇用途廣泛，是一種應(yīng)用廣泛的基礎(chǔ)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料 主要應(yīng)用于精細(xì)化工、塑料等領(lǐng)域, 用來制造甲醛、合成橡膠、甲胺、對苯二甲酸二甲酯、甲基丙烯酸甲酯、氯甲烷、醋酸、甲基叔丁基醚等多種有機(jī)產(chǎn)品, 也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的重要原料之一, 而且還可以加入汽油摻燒或代替汽油作為動力燃料以及用來合成甲醇蛋白。所以是一個很有工業(yè)前途的制取甲醇的方法。間歇氣化法以空氣、蒸汽為氣化劑，將吹風(fēng)、制氣階段分開進(jìn)行，連續(xù)氣化以氧氣、蒸汽為氣化劑，過程連續(xù)進(jìn)行。精制過程包括精餾與化學(xué)處理。合成甲醇所需的有效化學(xué)成份為CO、CO2和H2。截至2010年初，內(nèi)蒙古已查明煤炭資源儲量7323億t，居全國第一位。本廠的汽車運輸依靠社會運輸力量，不專門購置汽車車輛。兩塔精餾UGI高壓合成甲醇栲膠法脫硫CO部分變換煤Texco煤氣化 精甲醇低溫甲醇洗 栲膠法脫硫壓縮圖31 30kt/a粗甲醇總流程示意圖煤的氣化是以煤或煤焦為原料，與氣化劑（空氣、富氧空氣、工業(yè)純氧、水蒸氣、氫等）在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)將煤或煤焦中的有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)槊簹獾倪^程。高溫?zé)捊乖现械牧?，在煉焦過程中約30～40%以氣態(tài)硫化物進(jìn)入焦?fàn)t煤氣中。流程：由氣化來的粗水煤氣經(jīng)氣液分離器分離掉氣體夾帶的水分后，進(jìn)入氣體過濾器除去雜質(zhì)，然后分成兩股，一部分（約為53%）進(jìn)入原料氣預(yù)熱器與變換氣換熱至305℃左右進(jìn)入變換爐，與自身攜帶的水蒸汽在耐硫變換催化劑作用下進(jìn)行變換反應(yīng)，出變換爐的高溫氣體經(jīng)蒸汽過熱器與甲醇合成及變換副產(chǎn)的中壓蒸汽換熱、過熱中壓蒸汽，自身溫度降低后在原料氣預(yù)熱器與進(jìn)變換的粗水煤氣換熱，溫度約338℃進(jìn)入中壓蒸汽發(fā)生器，溫度降至275℃之后，與另一部分未變換的粗水煤氣（約為47%）混合，一起進(jìn)入低壓蒸汽發(fā)生器溫度降至182℃，然后進(jìn)入脫鹽水加熱器、水冷卻器最終冷卻到42℃進(jìn)入低溫甲醇洗吸收系統(tǒng)。NHD技術(shù)雖然對COH2S等均有較強(qiáng)的吸收能力，可將合成氣中CO2體積分?jǐn)?shù)脫至 %以下，106，但對COS吸收能力差，需增加水解裝置，且脫硫和脫碳必須分開，使流程變得復(fù)雜，同時其溶劑昂貴，吸收能力比甲醇低，因此溶劑循環(huán)量大，操作費用較高，其優(yōu)點在于對設(shè)備無腐蝕，可采用碳鋼設(shè)備，整個工藝投資較少。反應(yīng)過程中除生成甲醇外，還伴隨發(fā)生一系列副反應(yīng)，生成烴、醇、醚、醛、酸等眾多甲醇衍生物。 理論合成新鮮氣成份應(yīng)滿足以下比值：氫碳比f=（H2CO2）/（CO+CO2）=，實際操作中氫碳比應(yīng)適當(dāng)增大，～，空速一般控制在8000～10000 h1左右。ICl法所用的合成塔為熱壁多段冷激式，每段催化劑層上部裝有菱形冷激氣分配器，使冷激氣均勻地進(jìn)入催化劑層，用以調(diào)節(jié)塔內(nèi)溫度。由于這種催化劑在較高壓力下也能維持較長壽命，從而使ICI公司有可能將原有的5MPa的合成壓力提高到l0MPa，所用合成塔與低壓法相同也是四段冷激式。粗甲醇中雜質(zhì)種類較多，為了制備合格精甲醇產(chǎn)品，必須將雜質(zhì)除去。[9]粗甲醇入常壓的預(yù)精餾塔，塔頂采用兩級冷凝后的大部分甲醇、水及少量雜質(zhì)會留在液相作為回流返回塔，二甲醚等輕組分（初餾分）及少量的甲醇、水由塔頂逸出，塔底含水甲醇則由泵送至主精餾塔，主精餾塔操作壓力稍高于預(yù)精餾塔，塔頂?shù)玫骄状籍a(chǎn)品，塔底含微量甲醇的水送往水處理系統(tǒng)。第五章 甲醇合成工序工藝計算甲醇合成工段流程簡圖如圖51所示。=260kmol/h=②原料氣中惰性氣含量為其中。⑤查表，壓力為10106Pa，在30℃時，每1t粗甲醇中溶解的反應(yīng)氣組分如表53。 （58）把G醇循環(huán)=+（58），得G醇出塔=，G醇循環(huán)=。根據(jù)表5表511得氨合成塔生產(chǎn)最終平衡，見表512。G入假設(shè)T出塔=℃，即450K。ΔHr （514）式中：G—冷凝液體流量，kg/hlΔHr—氣化熱，kJ/kg。Cp） （517）式中：G′′F—冷凝器出口液體各組分的摩爾流量；kmol/h；Cp—各液體組分的比熱容，J/（mol?℃）；于是，根據(jù)表517和表518，計算冷凝液體帶走熱量為表521。[11]（2）預(yù)塔全塔熱平衡計算①帶入熱量：見表62Q入熱=Q粗甲醇+Q軟水+Q低沸點物+Q回流液+Q加熱蒸汽 （61）于是Q入熱=++++Q加熱蒸汽=+ Q加熱蒸汽表62 預(yù)塔帶入熱量入熱項目粗甲醇軟水回流液主塔來低沸點物加熱蒸汽組分二甲醚甲醇水外補(bǔ)水堿液甲醇甲醇水流量kg/h溫度℃686868686363比熱容kJ/（kg?℃）熱焓kJ/kg熱量kJ/hQ加熱蒸汽②帶出熱量：見表63。計算時以100%甲醇計，占預(yù)塔進(jìn)料量3%。（1）主塔冷凝器冷卻水的用量①帶入熱：表67中回流液和低沸點物的熱量之和?！妫┱扯圈蘌a18