【正文】 進料液相平均密度塔釜氣相密度 塔釜液相密度：水的密度 甲醇的密度 異丁醇的密度 塔釜液相平均密度： 精餾段平均液相密度： 提餾段平均液相密度：塔頂液相表面張力： 進料液相表面張力：， 塔釜液相表面張力：， 精餾段平均表面張力： 提餾段平均表面張力： 精餾段塔徑設(shè)計精餾塔氣液相體積流率：查史密斯關(guān)聯(lián)圖：橫坐標：取板間距HT=，板上液層高度hL=,則HThL==。由物料衡算得：粗甲醇每小時的進料量為：則加入的堿溶液的質(zhì)量為：則每小時消耗的氫氧化鈉的質(zhì)量為：每小時消耗的水的質(zhì)量為： 清晰分割法取出二甲醚由物料衡算的進預精餾塔的物料： 入預精餾塔的物料組成組分進料/kmol摩爾分數(shù)(CH3)2OCH3OHH2OC4H9OH 合計設(shè)計分離要求：塔釜液相二甲醚的含量：(CH3)% 塔頂汽相甲醇的含量：%由分離要求得：組分進料/kmol塔頂塔底(CH3)2OCH3OHH2O0C4H9OH0 合計DW由： (） (） (）聯(lián)立方程解得： D=解D和W完成物料衡算如下： 預精餾塔的物料衡算組分進料/kmolxF塔頂xD塔底xW(CH3)2OCH3OHH2O00C4H9OH00 合計上升的氣體量：，則全塔塔徑為：，圓整為D= 預精餾塔塔釜溫度計算，即70℃，由安托因公式計算得：甲醇的飽和蒸汽壓： 解得： ， 二甲醚的飽和蒸汽壓： 解得： ，異丁醇的飽和蒸汽壓： 解得： ，水的飽和蒸汽壓： ， 則 所假設(shè)的泡點溫度偏高。分離器的高度3000mm，裙座的直徑2270mm，壁厚60mm，即上下封頭壁厚也為60mm，直徑2270mm，材料選擇15MnR。所設(shè)計的封頭最大使用壓力：，該設(shè)計符合要求。所設(shè)計的封頭最大使用壓力： 折流板和管板的選擇及設(shè)計采用弓形折流板，材質(zhì)為16MnR，折流板高度為。（1）甲醇分離器進口的熱量由工藝流程得：甲醇分離器進口的熱量與水冷器出口的熱量相等，即（2） 甲醇分離器出口氣相的熱量分離器出口的氣相即為水冷器出口的氣相，則分離器氣相的熱量為：（3） 甲醇分離器出口液相的熱量分離器出口的液相即為水冷器出口的液相，則分離器液相的熱量為：6 合成工段的設(shè)備選型和設(shè)計 催化劑的使用量由合成段物料衡算得：，合成塔的空速為13000m3/(m3催化劑K)，則由 得：水蒸氣的用量： 合成塔的熱量平衡表氣體氣體顯熱反應熱熱損失蒸汽吸收合計入塔氣kj/h108108108出塔氣kj/h108107108108 合成氣換熱器的熱量衡算 合成氣入換熱器的熱量入換熱器的合成氣溫度為60℃，查《化學化工物性數(shù)據(jù)手冊》得各組分的比熱容，由，計算得各組分帶進換熱器的熱量如下表所示： 合成氣帶進的熱量氣體CH3OHH 2COCO2N2ArCH4熱容kJ/（kmol 貯罐氣組成由粗甲醇中溶解氣體量可以計算貯罐氣組成。塔頂分出甲醚及少量的甲醇，大部分甲醇有塔釜出來進入加壓精餾塔進行甲醇的分離，塔頂采出接近一半的精甲醇產(chǎn)品，其余甲醇和剩余的雜質(zhì)產(chǎn)物有塔釜出來進入常壓精餾塔，塔頂分離出精甲醇，水、異丁醇這些雜質(zhì)產(chǎn)物由塔釜排出進入廢水處理工段進行處理。吸收了少量COH2S和COS的NHD貧液從脫碳塔（T4001）上塔底部出來后返回到NHD脫硫工段。從濃縮塔底出來底NHD富液由脫硫水力透平（HT3001）回收能量后進入脫硫高壓閃蒸槽（V3004），(A)，出口閃蒸氣去脫碳閃壓機。聚乙二醇二甲醚溶劑的分子式為CH3O(C2H40)nCH3。(A)，216℃左右，（V2003）和中溫換熱器（E2002）溫度升高至240℃進入預變換爐（R2001）后分成兩部分：一部分進入變換爐（R2002），變換爐內(nèi)裝兩段耐硫變換觸媒，二段間配有煤氣激冷管線，%（干），溫度為393℃左右進入中溫換熱器（E2002），溫度降為332℃，與旁路調(diào)節(jié)的水解氣混合進入變換氣第一廢熱鍋爐（E2003），(A)飽和蒸汽，使變換氣溫度降至為208℃進入變換氣第二廢熱鍋爐（E2004），(A)低壓蒸汽，出口變換氣溫度約為197℃左右，進入第一水分離器（V2004），分離出的冷凝液去冷凝液閃蒸槽（V2007），變換氣去脫硫再沸器及氨吸收制冷再沸器。氣化原料與氣化劑（氧氣和蒸汽）經(jīng)燒嘴同時噴入氣化爐（R1001）內(nèi)的反應室，然后在高溫(1 4001 600℃)、高壓（4. 0 MPa)下發(fā)生快速氣化反應，產(chǎn)生以CO和H2為主要成分的熱粗煤氣。水冷壁使用壽命長，正常使用時維護量很少，運行周期長。GSP工藝技術(shù)是20世紀70年代末由GDR(原民主德國)開發(fā)并投入商業(yè)化運行的大中型煤氣化技術(shù)。揮發(fā)分與煤的變質(zhì)過程有關(guān)，揮發(fā)分高，制得的煤氣的甲烷等碳氫化合物的含量高。因此，在甲醇合成生產(chǎn)中，空速控制在10000~30000h之間。氫氣和一氧化碳合成甲醇的物質(zhì)的量之比為2，與二氧化碳反應的物質(zhì)的量的比為3，當CO與CO2都存在時，對原料氣，即合成工序的新鮮原料氣中氫碳比的要求為[]：=~。本次設(shè)計采用銅基催化劑，活性溫度為240270℃，所以整個催化劑層的溫度應控制在這個溫度范圍內(nèi)，若溫度過高，副反應產(chǎn)物的含量會增多。從50年代開始，很多國家著手進行低溫甲醇催化劑的研究工作。同樣，常壓塔塔頂出的精甲醇一部分作為回流，一部分與加壓塔產(chǎn)品混合進入甲醇產(chǎn)品儲槽。（1）單塔流程描述單塔流程為粗甲醇產(chǎn)品經(jīng)過一個塔就可以采出產(chǎn)品。但水與其中的許多有機雜質(zhì)混溶，或形成水甲醇有機物的多元恒沸物，是徹底分離水分變得困難，同時難免與有機雜質(zhì)甚至甲醇一起排除，甚至造成精制過程中甲醇的流失。粗甲醇精制為精甲醇，主要采用精餾的方法，并根據(jù)粗甲醇的組成，在精制過程中，還可以采用化學凈化與吸附等方法，其整個精制過程工業(yè)上習慣稱為粗甲醇的精餾。此外，由于壓力低，不僅動力消耗比高壓法降低很多，而且工藝設(shè)備的制造也比高壓法容易，投資得以降低。高壓法雖然有70多年的歷史，但是，由于原料及動力消耗大，反應溫度高，生成粗甲醇中有機雜質(zhì)含量高，而且投資大，成本高，其發(fā)展長期以來處于停滯狀態(tài)。甲醇在新興替代能源領(lǐng)域，大有作為。甲醇是最基本的有機化工原料，自身產(chǎn)業(yè)鏈長，涉及化工、建材、能源、醫(yī)藥、農(nóng)藥等眾多行業(yè)，在國民經(jīng)濟中具有重要地位。目前全國已有山西、上海、浙江、新疆、陜西、四川、甘肅、內(nèi)蒙古等省區(qū)在進行甲醇燃料試點及推廣工作。目前，世界上新建或擴建的甲醇裝置幾乎都采用低壓法或中壓法，其中尤以中壓法為最多，如日本新瀉工場的中壓法生產(chǎn)甲醇。 德國Lurgi低壓法甲醇合成流程圖(4) 中國獨創(chuàng)聯(lián)醇工藝由中國研究的聯(lián)醇工藝，實際上也是一種中壓合成甲醇的方法，所謂聯(lián)醇，就是與合成氨聯(lián)合生產(chǎn)甲醇，這是一種合成氣凈化的工藝，以代替合成氨生產(chǎn)中銅氨液脫除微量碳氧化物而開發(fā)的一種新工藝。粗甲醇的組成是很復雜的，用色譜或色譜—質(zhì)譜聯(lián)合分析的方法將粗甲醇進行定量和定性分析，可以看到除甲醇和和水以外，還含有醇、醛、酮、酸、酯、烷烴等有機雜質(zhì)。粗甲醇中除了含有合成反應中生成的雜質(zhì)以外，含有從生產(chǎn)系統(tǒng)中夾帶的機械雜質(zhì)以及微量的其他雜質(zhì)。為了提高預精餾塔后甲醇的穩(wěn)定性，并盡可能回收甲醇，塔頂采用兩級冷凝。粗甲醇經(jīng)換熱后進入預精餾塔，脫除輕組分后(主要為不凝氣、二甲醚等)，塔底甲醇及高沸點組分加壓后進入加壓精餾塔；加壓精餾塔頂?shù)臍庀噙M入冷凝蒸發(fā)器，利用加壓精餾塔和常壓精餾塔塔頂、塔底的溫差，為常壓塔塔底提供熱源，同時對加壓塔塔頂氣相冷凝。 反應溫度在甲醇合成的反應中，溫度對反應混合物的平衡和速率都有很大影響。但是壓力并不是單純的由一個原因決定的，它與合成工藝選用的催化劑的性質(zhì)、原料氣碳氫比、催化劑活性溫度、空間速度等因素有關(guān)。過量的氫對減少羰基鐵的生成與高級醇的生成，及延長催化劑使用壽命起著有益的作用。煤的選擇標準要考慮以下幾個方面：（1）水分。在氣化的過程中硫變成硫化氫和有機硫存在于煤氣中，對設(shè)備會產(chǎn)生腐蝕，并使催化劑中毒。由于氣化溫度高，故對煤種的適應性更為廣泛，從較差的褐煤、次煙煤、煙煤、無煙煤到石油焦均可使用[16]，也可以兩種煤摻混使用。(7)氣化過程基本無廢氣排放，污染小，符合環(huán)保理念。 冷卻后的粗煤氣進入分離器（V1002），從分離器出來的氣體分為兩部分：一部分進入變換爐（R1002），氣體出來后進入換熱器（E1003），出來的氣體和另外一部分氣體混合后進入水解器，氣體出來后入分離器（V1004），從V1004出來后去凈化工段；而從分離器（V1002）下分離出的液體進入分離器（V1003），從V1003出來的氣體經(jīng)過冷卻器（E1002）后，主要為H2S去硫回收系統(tǒng)；從V1003下分離的液體去污水處理系統(tǒng)，處理后的水和從E1002，E1003，V1004出來的冷液一起返回氣化爐冷激室。另一部分去發(fā)電氣加熱器（E2007），溫度降至213℃，進入發(fā)電氣廢熱鍋爐（E2008）， MPa(A)低壓蒸汽，出口水煤氣溫度降至170℃，進入第四水分離器（V2011），分離出冷凝液后進入鍋爐給水加熱器Ⅱ（E2009）加熱鍋爐給水，溫度降至153℃，再進入第五水分離器（V2012），分離出冷凝液后進入鍋爐給水加熱器Ⅲ（E2010）加熱來自熱電站的鍋爐給水，溫度降至123℃，進入第六水分離器（V2013），分離出冷凝液后進入脫鹽水加熱器Ⅱ（E2011），溫度降至35℃，進入第七水分離器，分離出冷凝液后的煤氣（發(fā)電氣）去送至NHD脫硫脫碳工段。來自變換及燃氣熱回收系統(tǒng)的煤氣（36℃，(A)，含H2S %）與燃氣脫硫塔（T3004）℃進入燃氣脫硫塔（T3004）下部，在塔內(nèi)NHD吸收了煤氣中大部分的H2S氣體，同時也帶走部分COCOS、H2等氣體?！?，再被脫碳工段的氨冷器I冷卻至0℃，然后將出氨冷器I的貧液分為兩部分，一部分貧液直接進入燃氣脫硫塔（T3004）；另一部分則進入NHD脫碳工段的脫碳塔上塔，在塔內(nèi)吸收脫碳塔下塔過來的凈化氣中微量的H2S和CO2，(G)進入變換氣脫硫塔（T3001）。（255℃），（100℃）的水蒸氣作為冷卻介質(zhì)，作用是及時帶走合成反應放出的熱量，維持體系得到溫度，使反應快速進行，同時也起到保護催化劑的作用，（200℃）。 合成塔物料衡算已知年產(chǎn)精甲醇50萬噸，每年以330個工作日計算。k）含量kmol/h入塔熱量kJ/（h由上面的計算得：合成氣經(jīng)過換熱器后熱量的增量為：由此可得：出換熱器的出合成塔氣體熱量為：，溫度為85℃。 合成塔直徑由換熱管外徑查得相鄰兩換熱管中心距為a=48mm，對角線管數(shù)：，則合成塔殼體直徑為：，圓整為4650mm。 合成氣進塔換熱器的選型（1）由熱量衡算得：108KJ/h，107W，取總傳熱系數(shù)，加熱器與合成氣采用逆向換熱， 出塔氣： 255℃ → 85℃ 合成氣 ：225℃ ← 60℃ 平均溫差：由 得：傳熱面積（2）查《化工機械設(shè)備基礎(chǔ)》，選用材質(zhì)為18MnMoNbR、的無縫不銹鋼管鋼管，長度為9000mm，正三角形排布，共需換熱管根數(shù)： 由換熱管外徑查得相鄰兩換熱管中心距為a=48mm，對角線管數(shù)：，則合成塔殼體直徑為：，圓整為2600mm。 水冷器的選型水冷器采用固定管板式換熱器，殼體與換熱管材質(zhì)為16MnR，107KJ，107W，取傳熱系數(shù) 出塔氣： 85℃ → 40℃ 冷卻水 ：50℃ ← 25℃ 平均溫差：由 得：傳熱面積由《典型化工單元操作設(shè)備設(shè)計》[19]附表查得所需型號G1100Ⅵ，具體參數(shù)如下：項目規(guī)格項目規(guī)格殼程/mm1100管子尺寸/mmφ25公稱壓強/Mpa管長/m9公稱面積/m2管子總數(shù)830管程數(shù)6管子排列方法三角形 汽包的選型由合成塔出來的水蒸氣為224℃，與來自加熱器器的100℃沸水經(jīng)汽包進行換熱后降為200℃。粗產(chǎn)品在預精餾塔中脫除二甲醚及輕組分，塔頂采用水進行萃取，回收氣相中的甲醇。 理論板數(shù)的計算由芬斯克方程求得全塔最小理論板數(shù)：精餾段最少理論板數(shù)： 由 (） (）由試差法求得：θ= ，查吉利蘭圖得所需理論板數(shù)為15