【正文】 甲醇。甲醇的合成是可逆放熱反應，為使反應達到較高的轉化率，應迅速移走反應熱，本設計采用Lurgi管殼式反應器，管程走反應氣，殼程走4MPa的沸騰水合成塔水冷器甲醇分離塔循環(huán)器粗甲醇　　　　　　　馳放氣 圖11　合成合序配置原則甲醇合成的工藝流程（圖①）這個流程是德國Lurgi公司開發(fā)的甲醇合成工藝，流程采用管殼式反應器，催化劑裝在管內，反應熱由管間沸騰水放走，并副產高壓蒸汽， MPa (以1：5的比例混合) 循環(huán)，混合氣體在進反應器前先與反應后氣體換熱，升溫到220 ℃左右，然后進入管殼式反應器反應，反應熱傳給殼程中的水，產生的蒸汽進入汽包，出塔氣溫度約為 250 ℃，含甲醇7%左右，經(jīng)過換熱冷卻到40 ℃，冷凝的粗甲醇經(jīng)分離器分離。經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)四甘醇二甲醚是極理想的液相介質。 甲醇的合成方法 當今甲醇生產技術主要采用中壓法和低壓法兩種工藝，并且以低壓法為主，這兩種方法生產的甲醇約占世界甲醇產量的80%以上。 1. 生產的發(fā)展 1） 世界甲醇工業(yè)的發(fā)展總體上說，世界甲醇工業(yè)從90年代開始經(jīng)歷了19911998的供需平衡，19981999的供大于求，從2000年初至今的供求基本平衡三個基本階段。已經(jīng)形成的新工藝在主要是Syenetix(前ICI)的先進天然氣加熱爐轉化工藝(AGHR),Lurgi的組合轉化工藝(CR)和Tops e的自熱轉化工藝(ATR) 3） 新甲醇反應器的合成技術 大型甲醇生產裝置必須具備與其規(guī)模相適應的甲醇反應器和反應技術。(1) 氣液固三項合成甲醇工藝 首先由美國化學系統(tǒng)公司提出，采用三相流化床，液相是惰性介質，催化劑是ICI的CuZn改進型催化劑。GSSTFR是指氣液固滴流流動反應系統(tǒng)，CO和H2在催化劑的作用下，在此系統(tǒng)內進行反應合成甲醇，該甲醇馬上被固態(tài)粉狀吸附劑所吸附，并滴流帶出反應系統(tǒng)。隨著C1化工的發(fā)展，由甲醇為原料合成乙二醇、乙醛和乙醇等工藝正日益受到重視。根椐表2表24，設出塔氣量為G出塔。預后粗甲醇： kg/h常壓塔。 表220 精餾段熱量平衡表帶入熱量：kJ/h帶出熱量：kJ/h加壓塔來的甲醇：采出熱量精甲醇：塔底供熱：內回流：g內(+)內回流：g內()總入熱：+總出熱：+所以：總入熱=總出熱所以：+=+所以：g內= kg/h5.常壓塔提餾段熱量平衡見表221。 所以hp=hc+hL 對精餾段：hp=+= 對提餾段：hp=+=2渣塔 為防止淹塔，要求嚴格控制降流管中液層高度。反應氣流經(jīng)反應管，放出的熱量通過管壁傳給沸騰水，使其汽化，轉變?yōu)橥瑴囟日羝? ⑷.進料管進料狀態(tài)為124 ℃， MPa， kg/h， kg/h， kg/m3，即甲醇的密度為：＝＝ m3/h所以：進料體積流量為：V== m3/h進料管流速取為u= m/s，則進料管徑： d4== m即取d4=70 mm⑸.再沸器蒸汽入口管由前面計算可知： kg/h，溫度為105 ℃。堰長取Lw===2400 mm堰高：hw=hlhow采用平直堰，堰上液層高度how how=E() (a)提餾段及精餾段計算結果如下：精餾段提餾段溢流強度i，i=L/Lw,m3/()i==i==i=525適合要求適合要求求E，由(L/==E=E=堰上液層高度howHow=How=由(a)計算==堰高Hw==Hw=圓整到Hw=Hw= 2.降液管設計Lw=2400mm，=查閱《代工原理》(下)天津科學技術出版社，得到：=，=Wd降液管弓形寬度mAf降液管弓形面積m2AT塔截面積m2Wd==AT=D2=()2= m2Af== m2降液管容積與液體流量之比為液體在降液管中的停錙時間t，一般大于5S，即：t=精餾段：t==5S提餾段：t==5S故降液管底隙高度H0，對弓形降液管，管口面積等于底隙面積，即有：H0=，取= m/s則：精餾段：H0== m提餾段：H0== m 3.塔板布置及浮閥數(shù)目與排列：取閥孔動能因子F0=,計算如下：精餾段提餾段U0=U0==U0==每層浮閥數(shù)N=N=N==433=527取邊緣高度Wl=泡沫區(qū)寬度Ws=考慮到塔的直較大，必須采用分塊式塔盤，取=85mm，按=95 mm， =85 mm以等腰三角形順排。所以：Q出=+=+ = kJ由反應式得:Q反應=[++++()] 1000 =(+++)1000 =87556320 kJ Q熱損失=(Q入＋Q反應) 5%=(+87556320) 5%= kJ所以：殼程熱水帶走熱量 Q傳 = Q入 + Q反應 Q出 Q熱 =+ = kJ又：Q傳=G熱水r熱水所以:G熱水== kg/h即時產蒸氣：=　 常壓精餾塔能量衡算 Xf==查《化工工藝設計手冊》,甲醇露點溫度t=℃75℃操作條件：塔頂75℃，塔釜105℃，進料溫度124℃，回流液溫度40℃，取回流液與進料的比例為4:1。表213 預塔進料及組成物料量：kg/hCH3OHH2ONaOH(CH3)2OC4H9OH合計粗甲醇堿液軟水合計(2).出料　。 MPa，40℃時各組分在甲醇中的溶解度列表于表21表21 ，40℃時氣體在甲醇中的溶解度組分H2COCO2N2ArCH4溶解度Nm3/t甲醇0Nm3/h0 《甲醇生產技術及進展》據(jù)測定：35 ℃時液態(tài)甲醇中釋放CO、CO g甲醇，假定溶解氣全部釋放，則甲醇擴散損失為：(++++)= kg/h， Nm3/h。比如神華集團發(fā)展以甲醇為中間體的煤基化學品深加工，利用先進成熟技術，發(fā)展“甲醇－醋酸及其衍生物”；利用國外開發(fā)成功的MTO或MTP先進技術，發(fā)展“甲醇－烯烴及衍生物”的2大系列。 Mahajan等人研制了由過渡金屬絡合物與醇鹽組成的符合催化劑，如四羰基鎳和甲醇鉀，以四氫呋喃為液相介質，反應溫度為125℃，CO轉化率大于90%，選擇性達99%。中壓法仍采用高活性的銅基催化劑，反應溫度與低壓法相同，但由于提高了壓力，相應的動力消耗略有增加。 1） 裝置大型化 于上世紀末相比，現(xiàn)在新建甲醇規(guī)模超過百萬噸的已不再少數(shù)。亞洲需求量增長比較迅速，與此相反，北美地區(qū)需求則在減少。在較低壓力下可獲得較高的甲醇收率，且選擇性好，減少了副反應，改善了甲醇質量，降低了原料消耗。(2) 液相法合成甲醇工藝 液相合成甲醇工藝的特點是采用活性更高的過度金屬絡合催化劑。目前甲醇的深加工產品已達120多種，我國以甲醇為原料的一次加工產品已有近30種。 甲醇生產的物料平衡計算 合成塔物料平衡計算已知：年產100000噸精甲醇，每年以300個工作日計。根據(jù)以上計算列表212表212組分甲醇二甲醚異丁醇水合計流量：kg/h組成：(wt)%100 ：據(jù)資料，堿液濃度為8%時， kg的NaOH。 表216　5MPa，220℃下入塔氣除(CH3OH)熱容組分COCO2H2N2ArCH4合計流量：Nm3比熱：kJ/kmol℃/熱量：kJ/℃查得220℃ kJ/kmol， Nm3。Xd==殘液中甲醇的摩爾分率Xw。 4.塔高設計塔釜高取Hb=3 m， m，頂接管高為350 mm，板間距為350 mm，開7個人孔，人孔處板間距為700 mm。但是由于時間短、工藝復雜，加上首次進行這樣的大型設計，經(jīng)驗不足且水平有限，在本次設計中，缺點、錯誤在所難免，敬請各位老師指正。3霧沫夾帶。塔底含醇1%，可近似為純水，105℃， kg/m3。塔頂： 塔釜：B. 常壓塔。 表26 甲醇生產入塔氣流量及組成　單位：Nm3/h組分COCO2H2N2CH4ArCH3OHH2O合計流量：Nm3/h組成(V)%