【正文】 式中： Gr——各組分生成量 ， kmol/h； △ Hr ——生成反應(yīng)的熱量變化 ， kJ/mol 查手冊(cè) ]21[ ， 通過計(jì)算可以得到 ， 225℃ 時(shí)各入塔氣氣體的熱容 ， 根據(jù)表 所得 的入塔氣各氣體組分量 ， 算得甲醇合成塔入塔熱量如下 表： 表 甲醇合成塔入塔熱量 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 合計(jì) 熱容 kJ/（ ） 氣量 kmol /h 入塔熱量 kJ/（ ） 根據(jù)計(jì)算條件 ， 入塔溫度為 225℃ ， 所以總熱量 ∑Q1== 在甲醇合成塔中 ， CO、 CO H2 按 反應(yīng) (1) (2)(3) (4) (5) 生成甲醇、二甲醚、異丁醇、甲烷 ， 二氧化碳還原成一氧化碳和水 ， 產(chǎn)生的熱量如下表 : 22 表 甲醇合成塔內(nèi)反應(yīng)熱 氣體 CH3OH ( CH3 )2O C4H9OH CH4 CO 合計(jì) 生成熱 kJ/mol － 流量 kmol /h 反應(yīng)熱 kJ/h － 即反應(yīng)熱 ∑Qr = 塔 氣體總熱量計(jì)算 查手冊(cè) ]24[ ， 通過計(jì)算得甲醇合成塔出口狀態(tài)下各組分的熱容 ， 根據(jù)表 中出塔氣的各組分量 ， 算得甲醇合成塔出塔熱量如下表 表 甲醇合成塔出塔氣體組分熱容和熱量 氣體 H 2 CO CO2 N2 Ar CH3OH 熱容 kJ/（ ） 氣量 kmol/h 出塔熱量 kJ/（ ） 氣體 CH4 ( CH3 )2O C4H9OH H2O 合計(jì) 熱容 kJ/（ ） 氣量 kmol/h 出塔熱量 kJ/（ ） 根據(jù)計(jì)算條件 ， 出塔氣體溫度為 255℃ 即 所以 ∑Q2== kJ/h 全 塔 熱 損 失 為 4% ，即 ∑Q3=(∑Q1+∑Qr)4%= （ + ） 4%= 由公式 (36)可得 Q=∑Q1 + ∑Qr － ∑ Q2 － ∑Q3= kJ/h 由上述計(jì)算，可得全塔熱 量衡算如下表所示 23 表 全塔熱平衡表 氣體 氣體顯熱 反應(yīng)熱 損失熱 蒸汽吸收熱 合計(jì) 入 塔氣體 kJ/h 出塔氣體 kJ/h 甲醇水冷器的熱量計(jì) 算 Q1+Q2=Q3+Q4+Q5 （ 311） 式中： Q1——入換熱器氣體顯熱 ， KJ/h； Q2——?dú)怏w冷凝放熱 ， KJ/h； Q3——出水冷器氣體顯熱 ， KJ/h； Q4——粗甲醇液體顯熱 ， KJ/h； Q5——冷卻水吸熱 ， KJ/h。壓緊面采用槽型壓緊面，這種密封面適用于易燃、易爆、有毒的介質(zhì)以及有較高壓力的場合。管子的間距應(yīng)不小于 倍的管子外徑，通過查表 ]28[ ， 取管間距 a=40mm。 表 甲醇分離器出口氣體和液體組成、流量 （ 單位： Nm3/h） 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 合計(jì) 損失 出氣 組成(V)% 100 出液 組成mol% 100 重量kg 組成(wt)% 100 （ 14） 匯總物料平衡各過程 ， 得平衡匯總表 如下 20 表 甲醇生產(chǎn)物料平衡匯總表 組分 新鮮氣 入塔氣 循環(huán)氣 出塔氣 儲(chǔ)罐氣 流量 組成 流量 組成 流量 組成 流量 組成 流量 組成 Nm3 (v)% Nm3 (v)% Nm3 (v)% Nm3 (v)% Nm3 (v)% CO CO2 H2 0 0 N2 Ar CH4 CH3OH C4H9OH 微 (CH3)2O H2O 微 / 合計(jì) 100 100 100 100 100 熱量衡算 合成塔的熱平衡計(jì)算 已知條件：（ 1）合成塔入塔氣溫度為 225℃ ， 出塔氣溫度為 255℃ ， 殼層走 4MPa 的沸水。這種塔內(nèi)甲醇合成反應(yīng)接近最佳溫度操作線 ， 反應(yīng)熱利用率高 ， 雖然設(shè)備復(fù)雜、投資高 ， 但是由于這種塔在國內(nèi)外使用較多 ， 具有豐富的管理和維修經(jīng)驗(yàn) ， 技術(shù)也較容易得到；外加考慮到設(shè)計(jì)的是年產(chǎn) 22 萬噸的甲醇合成塔（日產(chǎn)量為 700噸左右） ， 塔的塔徑和管板的厚度不會(huì)很大 ， 費(fèi)用也不會(huì)很高 ， 所以本設(shè)計(jì)采用了固定管板 式 列管合成塔。進(jìn)一步強(qiáng)化傳熱 ， 即反應(yīng)熱通過列管傳給殼程沸騰水 ， 而同時(shí)又通過列管中心的冷氣管傳給進(jìn)塔的冷氣。 按氣體在催化劑床的流向可分為：軸向式、徑向式和軸徑復(fù)合型。 粗甲醇 馳放氣 圖 21 合成工序配置原則 新鮮氣 10 包 圖 22 Lurgi 低壓法甲醇合成工藝流程 這個(gè)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(yīng)器 ， 催化劑裝在管內(nèi) ， 反應(yīng)熱由管間沸騰水放走 ， 并副產(chǎn)中壓蒸汽 ]19[ 。 根據(jù)以上所介紹的甲醇物化性質(zhì)、主要用途、發(fā)展前景等，我們可以看出其在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要地位，在國民經(jīng)濟(jì)中的重要意義。 1857 年法國的 M特別是近年來碳一化學(xué)工業(yè)的發(fā)展 ， 甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酸酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇樹脂等產(chǎn)品 ，正在研究開發(fā)和工業(yè)化中。目前 ， 用甲醇合成乙二醇、乙醛、 乙酸也日益受到重視。K］ 103 表面張力（ 20℃ /(N/cm) 105 折射率（ 20℃ ） 蒸氣潛能（ ℃ ） /（ kJ/mol） 熔融熱 /(kJ/mol) 自燃點(diǎn) /℃ 空氣 473 氧氣 461 臨界溫度 /℃ 240 臨界壓力 /Pa 105 臨界體積 /（ mL/mol) 臨界壓縮系數(shù) 燃燒熱 /(kJ/mol) 25℃ 液體 25℃ 氣體 生成熱 /(kJ/mol) 25℃ 液體 25℃ 氣體 膨脹系數(shù)（ 20℃ ） 腐蝕性 常溫下無腐蝕性 鉛、鋁例外 空氣中爆炸性 /％ ～ 3 甲醇是最簡單的飽和脂肪醇 ， 具有脂肪醇的化學(xué)性質(zhì) ， 即可進(jìn)行氧化、酯化、羰基化 ，氨化、脫水等反應(yīng) ]4[ 。 Through to the main equipment design selection, methanol synthesis tower choose tubular reactor, determine shell diameter 2600 millimetre , thickness is 46 millimetre, synthetic tower height 120xx millimetre, The number of the pipe is 2797 root, specifications stainless steel tube for Ф 32 x and 9000 millimetre is choosed. Keywords: methanol synthesis process 1 引言 甲醇是一種有著廣泛用途的重要的有機(jī)化工原料 ， 甲醇工業(yè)生產(chǎn)對(duì)其他相關(guān)工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都有著重要 意義。通過物料衡算可知要生產(chǎn) 22 萬 t/a 的甲醇 ，即 ， 需要 ；通過熱量衡算可知 甲醇合成塔反應(yīng)放出熱量為 ， 熱量損失為 ， 蒸汽吸收為 KJ/h；通過對(duì)主體設(shè)備甲醇合成塔的設(shè)計(jì)選型 ， 選擇管殼式反應(yīng)器 ， 確定殼體直徑 2600mm， 厚度 46mm，合成塔高度 120xxmm， 傳熱管 根數(shù)為 2797 根， 選用規(guī)格為 Ф32， 長度為9000mm的不銹鋼管 ?！?］ 粘度（ 20℃ /Pa 甲醇的用途 甲醇可作為有機(jī)化工原料、有機(jī)溶劑 ， 也可作為防凍劑。 它是較好的人工合成蛋白的原料 ， 經(jīng)微生物發(fā)酵可生產(chǎn)甲醇蛋白 ， 富含維生素和蛋白質(zhì) ，具有 蛋白轉(zhuǎn)化率高 ， 發(fā)酵速度快 ， 無毒性 ， 價(jià)格便宜 ， 營養(yǎng)價(jià)值高的優(yōu)點(diǎn) ， 是頗有發(fā)展前景的飼料 添加劑 ， 能廣泛用于牲畜、家禽、魚類的飼養(yǎng)。 甲醇生產(chǎn)工藝的發(fā)展 甲醇是醇類中最簡單的一元醇。 （ 3）引進(jìn)膜分離技術(shù)的反應(yīng)技術(shù) 通常的甲醇合成工藝中 ， 未反應(yīng)氣體需循環(huán)返回反應(yīng)器 ， 而 KPT 則提出將未反應(yīng)氣體送往膜分離器 ， 并將氣體分為富含氫氣的氣體 ， 前者作燃料用 ， 后者返回反應(yīng)器。 甲醇的工藝流程 ， 為使反應(yīng)達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率 ， 應(yīng)迅速移走反應(yīng)熱。 甲醇合成塔主要由外筒、內(nèi)件和電加熱器三部分組成 ]20[ 。這樣可較大地提高傳熱系數(shù) ， 更好地移走反應(yīng)熱 ， 縮小傳熱面積 ， 多裝催化劑 ， 同時(shí)可副產(chǎn) ～ 的中壓蒸汽 ， 是大型化較理想的塔型。這種塔型結(jié)構(gòu)簡單 ， 造價(jià)低 ， 不需特種合金鋼 ， 轉(zhuǎn)化率高 ，適合于大型或超大型裝置 ， 但反應(yīng)熱不能全部直接副產(chǎn)中壓蒸汽。 所以有：出塔G G 醇后% 1 3 7 8 ? =% G 醇后 = G 出塔 (G 醇 ＋ G 副 ＋ G 擴(kuò) )+GCH4 = G 出塔 （ ++） + = G 出塔 Nm3/h 所以： G 出塔 ＝ G 循環(huán)氣 = G 出塔 (G 醇 ＋ G 副 ＋ G 擴(kuò) )+GCH4G 馳放氣 =（ ++） + =表 甲醇生產(chǎn)循環(huán)氣量及組成 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH H2O 合計(jì) 流量 Nm3/h 組成 %(V) 100 (9)甲醇合成塔入塔氣量的計(jì)算 根據(jù) G 入塔 = G 循環(huán)氣 +G 新鮮氣 所以 G 入塔 =+ = Nm3/h 18 由表 及表 得到表 。由公式 nLdA ????