【正文】 理論板數(shù)的計(jì)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塊。 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(jì)》[19]附表查得所需型號G1100Ⅵ，具體參數(shù)如下：項(xiàng)目規(guī)格項(xiàng)目規(guī)格殼程/mm1100管子尺寸/mmφ25公稱壓強(qiáng)/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(jìn)行換熱后降為200℃。 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。k）含量kmol/h入塔熱量kJ/（h（255℃），（100℃）的水蒸氣作為冷卻介質(zhì)，作用是及時(shí)帶走合成反應(yīng)放出的熱量，維持體系得到溫度，使反應(yīng)快速進(jìn)行，同時(shí)也起到保護(hù)催化劑的作用，（200℃）。來自變換及燃?xì)鉄峄厥障到y(tǒng)的煤氣（36℃，(A)，含H2S %）與燃?xì)饷摿蛩═3004）℃進(jìn)入燃?xì)饷摿蛩═3004）下部，在塔內(nèi)NHD吸收了煤氣中大部分的H2S氣體，同時(shí)也帶走部分COCOS、H2等氣體。 冷卻后的粗煤氣進(jìn)入分離器（V1002），從分離器出來的氣體分為兩部分：一部分進(jìn)入變換爐（R1002），氣體出來后進(jìn)入換熱器（E1003），出來的氣體和另外一部分氣體混合后進(jìn)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(jìn)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。由于氣化溫度高，故對煤種的適應(yīng)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。煤的選擇標(biāo)準(zhǔn)要考慮以下幾個(gè)方面：（1）水分。但是壓力并不是單純的由一個(gè)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?xì)浔取⒋呋瘎┗钚詼囟?、空間速度等因素有關(guān)。粗甲醇經(jīng)換熱后進(jìn)入預(yù)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(diǎn)組分加壓后進(jìn)入加壓精餾塔；加壓精餾塔頂?shù)臍庀噙M(jìn)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(shí)對加壓塔塔頂氣相冷凝。粗甲醇中除了含有合成反應(yīng)中生成的雜質(zhì)以外，含有從生產(chǎn)系統(tǒng)中夾帶的機(jī)械雜質(zhì)以及微量的其他雜質(zhì)。 德國Lurgi低壓法甲醇合成流程圖(4) 中國獨(dú)創(chuàng)聯(lián)醇工藝由中國研究的聯(lián)醇工藝，實(shí)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。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(jìn)行甲醇燃料試點(diǎn)及推廣工作。甲醇在新興替代能源領(lǐng)域，大有作為。此外，由于壓力低，不僅動(dòng)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。但水與其中的許多有機(jī)雜質(zhì)混溶，或形成水甲醇有機(jī)物的多元恒沸物，是徹底分離水分變得困難，同時(shí)難免與有機(jī)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。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(jìn)入甲醇產(chǎn)品儲槽。本次設(shè)計(jì)采用銅基催化劑，活性溫度為240270℃，所以整個(gè)催化劑層的溫度應(yīng)控制在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，若溫度過高，副反應(yīng)產(chǎn)物的含量會增多。因此，在甲醇合成生產(chǎn)中，空速控制在10000~30000h之間。GSP工藝技術(shù)是20世紀(jì)70年代末由GDR(原民主德國)開發(fā)并投入商業(yè)化運(yùn)行的大中型煤氣化技術(shù)。氣化原料與氣化劑（氧氣和蒸汽）經(jīng)燒嘴同時(shí)噴入氣化爐（R1001）內(nèi)的反應(yīng)室，然后在高溫(1 4001 600℃)、高壓（4. 0 MPa)下發(fā)生快速氣化反應(yīng)，產(chǎn)生以CO和H2為主要成分的熱粗煤氣。聚乙二醇二甲醚溶劑的分子式為CH3O(C2H40)nCH3。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。 貯罐氣組成由粗甲醇中溶解氣體量可以計(jì)算貯罐氣組成。（1）甲醇分離器進(jìn)口的熱量由工藝流程得：甲醇分離器進(jìn)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(jì) 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催化劑所設(shè)計(jì)的封頭最大使用壓力：，該設(shè)計(jì)符合要求。由物料衡算得：粗甲醇每小時(shí)的進(jìn)料量為：則加入的堿溶液的質(zhì)量為：則每小時(shí)消耗的氫氧化鈉的質(zhì)量為：每小時(shí)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(jìn)預(yù)精餾塔的物料： 入預(yù)精餾塔的物料組成組分進(jìn)料/kmol摩爾分?jǐn)?shù)(CH3)2OCH3OHH2OC4H9OH 合計(jì)設(shè)計(jì)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(jìn)料/kmol塔頂塔底(CH3)2OCH3OHH2O0C4H9OH0 合計(jì)DW由： (） (） (）聯(lián)立方程解得： D=解D和W完成物料衡算如下： 預(yù)精餾塔的物料衡算組分進(jìn)料/kmolxF塔頂xD塔底xW(CH3)2OCH3OHH2O00C4H9OH00 合計(jì)上升的氣體量：，則全塔塔徑為：，圓整為D= 預(yù)精餾塔塔釜溫度計(jì)算，即70℃，由安托因公式計(jì)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(diǎn)溫度偏高。由物料衡算的進(jìn)加壓精餾塔的物料： 入加壓精餾塔的物料組成組分進(jìn)料/kmol摩爾分?jǐn)?shù)CH3OHH2OC4H9OH 合計(jì)設(shè)計(jì)分離要求：塔頂汽相水的含量：% 塔釜液相甲醇的含量：CH3OH60%由分離要求得：組分進(jìn)料/kmol塔頂塔底CH3OHH2OC4H9OH0 合計(jì)DW由： (） (） (）聯(lián)立方程解得： D=解D和W完成物料衡算如下： 加壓精餾塔的物料衡算組分進(jìn)料/kmolxF塔頂xD塔底xWCH3OHH2OC4H9OH00 合計(jì) 塔頂、進(jìn)料、塔釜溫度計(jì)算塔頂露點(diǎn)溫度計(jì)算：，℃，由安托因公式計(jì)算得：甲醇的飽和蒸汽壓： 水的飽和蒸汽壓： 符合要求℃，相對揮發(fā)度為 進(jìn)料泡點(diǎn)溫度計(jì)算：，假設(shè)進(jìn)料溫度為125℃，由安托因公式計(jì)算得：甲醇的飽和蒸汽壓： 水的飽和蒸汽壓： 異丁醇的飽和蒸汽壓： 解得： ， 符合要求則進(jìn)料溫度為125℃，相對揮發(fā)度為塔釜泡點(diǎn)溫度計(jì)算：，假設(shè)塔釜溫度為130℃，由安托因公式計(jì)算得：甲醇的飽和蒸汽壓： 水的飽和蒸汽壓： 異丁醇的飽和蒸汽壓： 解得： ， 加速收斂：代入公式得甲醇的飽和蒸汽壓 ，℃ 水的飽和蒸汽壓 異丁醇的飽和蒸汽壓 ，符合要求℃，相對揮發(fā)度為 回流比及理論板數(shù)計(jì)算 由 恩特伍德公式 (） (）因泡點(diǎn)進(jìn)料，則q=1，以水為基準(zhǔn)，各組分的相對揮發(fā)度為： 由試差法取，則，所以最小回流比，則實(shí)際回流比R=全塔平均相對揮發(fā)度最少理論板數(shù)：由，查吉利蘭圖得：，則實(shí)際理論板數(shù)N=18塊。分離器內(nèi)設(shè)100層除沫層。試驗(yàn)條件為常溫，常溫下?lián)Q熱器許用應(yīng)力為由上面的計(jì)算，取試驗(yàn)壓力 壓力試驗(yàn)的的應(yīng)力校核應(yīng)滿足下面條件： 查表得：常溫下18MnMoNbR的屈服點(diǎn)為則換熱器殼體在試驗(yàn)壓力下的計(jì)算應(yīng)力： 而 由上面計(jì)算可知 ，所設(shè)計(jì)的換熱器殼體厚度符合要求。k）含量kmol/h出塔熱量kJ/（h 甲醇合成工藝流程簡圖 精餾方案選擇對于合成塔出來的粗甲醇，在此次設(shè)計(jì)中采用三塔精餾的精餾工藝，主要設(shè)備為填料型預(yù)精餾塔、篩板式加壓精餾塔、篩板式常壓精餾塔，以及一些換熱器、進(jìn)料泵等設(shè)備。變換氣脫硫塔（T3001）℃的NHD富液和燃?xì)饷摿蛩═3004）℃左右的NHD富液一起由富液泵（P3003A,B）(G)經(jīng)貧富液換熱器I（E3002）換熱至50℃；貧富液換熱器II（E3003）加熱到130℃，進(jìn)入濃縮塔（T3002）。 GSP氣化工藝 原料氣的變換以煤為原料制得的粗甲醇原料氣必須經(jīng)過一氧化碳變換工序。(3)氧耗較低，相比于水煤漿加壓氣化工藝，減少將近15%～20%的氧氣，可降低投資及成本。氣化過程中水蒸氣帶出的熱量增加，煤消耗定額增加。在較高的壓力下，一氧化碳和氫反應(yīng)會生成二甲醚、甲烷、異丁醇等副產(chǎn)物，由于副產(chǎn)物的反應(yīng)熱高于甲醇合成反應(yīng)，體系溫度升高，催化了副反應(yīng)的進(jìn)度，若無法進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，會造成溫度猛升而使催化劑失活。在我國，l954年開始建立甲醇工業(yè)，也使用鋅鉻催化劑。中國和外國精甲醇質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)見下表： 工業(yè)精甲醇（GB 33892）國家標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng) 目指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品色度（鉑—鈷），號 ≤510密度（200C），g/cm3～～溫度范圍(0℃,101325Pa)，℃沸程（177。降低了變換的蒸汽消耗，而且壓縮機(jī)的前幾段氣缸輸送的一氧化碳成為有效氣體，使壓縮機(jī)的電耗降低。(1)高壓法(—)是最初生產(chǎn)甲醇的方法，采用鋅鉻催化劑，反應(yīng)溫度360～400℃，壓力l —。ICI公司生產(chǎn)的甲醇蛋白商品名為“Pruteen”。低壓法基于高活性的銅系催化劑。將其分為輕組分和重組分。主精餾塔操作壓力稍高于預(yù)精餾塔，但也可以認(rèn)為是常壓操作，塔頂?shù)玫骄状籍a(chǎn)品，塔底含微量甲醇及其它重組分的水送往水處理系統(tǒng)。但是甲醇合成反應(yīng)是一個(gè)可逆的放熱反應(yīng)，溫度升高雖然速率會升高，但是平衡常數(shù)將會降低。 空速單位時(shí)間內(nèi)，每單位體積催化劑所通過的氣體量，也就是說氣體與催化劑接觸的時(shí)間，一般用空間速度來表示。（4）灰分。GSP氣化工藝過程也主要是由給料系統(tǒng)、氣化爐、粗煤氣洗滌系統(tǒng)組成。 變換工藝流程 脫硫脫碳工藝采用聚乙二醇二甲醚法（NHD法）。來自脫硫工段的脫硫氣（℃、(A)、CO34%含COS＋H2S 80ppm）進(jìn)入脫碳塔（T4001）下塔，氣體自下而上與從下塔頂部而來的NHD溶劑逆流接觸，下塔塔內(nèi)有三層QH1型碳鋼扁環(huán)散堆填料，氣體中的CO2被溶劑吸收，部分H2S、COS被吸收。 粗甲醇組分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成CH3OH(CH3)2OC4H9OHH2O含量/%每小時(shí)各組分產(chǎn)量：