【導(dǎo)讀】年產(chǎn)8萬噸甲醇的生產(chǎn)工藝設(shè)計

　　

【正文】 kJ/（ h?k） 合計：入換熱器的被加熱氣體熱量為 kJ/（ h?k） ，入口溫度為 40?C，=107 kJ/h。 出換熱器的被加熱氣體熱量的確定 出換熱器的被加熱氣體顯熱 =入合成塔氣體的顯熱，即 108kJ/h。 入換熱器的熱氣體熱量的確定 入換熱器的加熱氣體顯熱 =出合成塔氣體的顯熱， 即 108kJ/h。 出換熱 器的熱氣體熱量的確定 被加熱氣體吸收的熱量 =出換熱器的被加熱氣體顯熱 － 入換熱器的被加熱氣體顯熱=108－ 107=107kJ/h，所以出換熱器的加熱氣體顯熱量 =入換熱器的加熱氣體顯熱 － 被加熱氣體吸收的熱量 =108－ 107=107kJ/h。 出換熱器的加熱氣體的溫度的確定 假 設(shè) 出 換 熱 器 的 加 熱 氣 體 各 組 分 熱 容 與 出 塔 時 相 同 ， 則 出 口 溫 度 為107/105=， 即 ?C。 水冷器熱平衡方程 Q1+Q2=Q3+Q4+Q5 式中： Q1—— 入換熱器氣體顯熱， kJ/h； Q2—— 氣體冷凝放熱， kJ/h； Q3—— 出水冷器氣體顯熱， kJ/h； 19 Q4—— 粗甲醇液體顯熱， kJ/h； Q5—— 冷卻水吸熱， kJ/h。 水冷器入口氣體顯熱的確定 水冷器入口氣體的顯熱 =入塔氣換熱器出口加熱氣體的顯熱，即 107kJ/h。 水冷器出口氣體顯熱的確定 表 水冷器出口氣體各組分熱容和熱量 氣體 CH3OH H 2 CO CO2 N2 Ar CH4 熱容 kJ/（ kmol?k） 氣量 kmol /h 熱量 kJ/（ h?k） 合計：水冷器出口氣體顯熱 kJ/（ h?k） ；出口溫度 40?C，出口氣體顯熱=＝ 107 kJ/h。 出水冷器的粗甲醇液體熱量的確定 表 粗甲醇中液體組分氣化熱和液體熱容 組分 （ CH3O） 2 C4H9OH C18H18 H2O CH3OH 氣化熱 kJ/kg 液體比熱容 kJ/(kg??C) 表 出塔氣在水冷器中冷凝放熱量 組分 （ CH3O） 2 C4H9OH C18H18 H2O CH3OH 冷凝量 kg /h 11450 放熱量 kJ/h 合計：水冷器中冷凝放熱量為 107kJ/h。 20 表 粗甲醇中各組分液體顯熱 組分 （ CH3O） 2 C4H9OH C18H18 H2O CH3OH 液體比熱容 kJ/(kg??C) 熱量 kJ/（ h??C） 合計：粗甲醇中各組分液體顯熱 = kJ/（ h??C） ，粗甲醇溫度 40?C， 即 ，＝ 107kJ/h。 水冷器冷卻水吸熱的確定 由水冷器熱平衡方程可得 Q5 = Q1+Q2－ Q3－ Q4 即 Q5 =107+107－ 107－ 107=107 kJ/h 冷卻水用量的確定 入口冷卻水溫度 20?C，出口冷卻水溫度 35?C，平均比熱容 (kg??C)，71 .8 0 8 1 0 2 .8 8 1 0( 3 5 2 0 ) 4 .1 8 7? ????5 kg/h， 即 288t/h。 流程中并用了兩個相同的水冷器，所以每個水冷器用水量為 ，吸收熱量為 106 kJ/h。 精餾工段物料衡 算 預(yù)精餾塔物料衡算 表 分離器出料流量及組成 組分 32(CHO) 3CHOH 49CHOH 8 18CH 2HO 合計 流量： kg/h 組成： (wt)% 11450 100 堿液：查資料知， 堿液濃度為 8%時， 每噸粗甲醇消耗 NaOH： =消耗 8%的 NaOH： 0 .1 1 2 .2 5 9 1 6 1 5 .3 2 k g / h8%? ?。 21 軟水：查資料知，軟水加入量為精甲醇的 20%計，則需補加軟水： 114502%（ 18%）=。 表 預(yù)塔進料及組成 流量： kg/h (CH3O)2 CH3OH C4H9OH C8H18 NaOH H2O 合計 堿液 軟水 合計 11450 表 預(yù)精餾塔出料流量及組成 流量： kg/h (CH3O)2 CH3OH C4H9OH C8H18 NaOH H2O 合計 塔頂 塔釜 11450 合計 11450 主 精餾塔 物料衡算 表 主精餾塔進料流量及組成 組分 CH3OH H2O NaOH 高沸物 合計 流量： kg/h 11450 組成： (wt)% 100 取主精餾塔釜液中含甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1% ， 則 主精 餾 塔 塔 頂甲 醇 流 量 為1145097%=11110kg/h，塔釜甲醇流量為 11110247。99%1%=表 主精餾塔塔釜 出料流量及組成 組分 CH3OH H2O NaOH 高沸物 合計 流量： kg/h 組成： (wt)% 100 、塔底產(chǎn)品的摩爾分?jǐn)?shù) 甲醇的摩爾質(zhì)量 MA= kg kmol ， 水的摩爾質(zhì)量 MB= kmol 22 D 0 . 9 9 9 5 3 2 . 0 4 0 . 9 9 90 . 9 9 9 5 3 2 . 0 4 0 . 0 0 0 5 1 8 . 0 2x ??? W 0 . 0 1 3 2 . 0 4 0 . 0 0 60 . 0 1 3 2 . 0 4 0 . 9 9 1 8 . 0 2x ??? 0 . 7 8 9 7 3 2 . 0 4 0 . 6 7 90 . 7 8 9 7 3 2 . 0 4 0 . 2 1 0 3 1 8 . 0 2Fx ? 、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 FM? ＋ ? kg kmol DM? ＋ ? kg kmol WM? ＋ ? kg kmol 粗甲醇溶液 的處理量為 ,則原料液的處理量為 n,F 1 4 4 9 8 . 9 0q = = 5 2 7 . 2 3 k m o l h2 7 . 5 總物料衡算： n,D n,=q +q (213) 甲醇物料衡算： n , D n , W0 . 6 7 9 0 . 9 9 9 q 0 . 0 0 6 q? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? （ 214） 聯(lián)立方程 （ 213） 、 （ 214） 解得 ： n , Dn , Wq 3 5 7 .3 3 k m o l hq 1 6 9 .9 0 k m o l h??? ?? 主精餾塔熱量衡算 23 精餾塔 75?C 甲醇蒸汽 40?C 水 40?C 回流甲醇 30?C 水 ?C 進料 40?C 精甲醇 ?C 殘液 圖 主精餾塔物流圖 表 主精餾塔入熱 物料 進料 回流液 加熱蒸汽 組分 甲醇 水 +堿 +高沸物 甲醇 流量： kg/h 11450 3050 29000 溫度： ?C 40 比熱： kJ/kg??C 熱量： KJ/h 3108800 Q 加熱 Q = Q + Q + Q = 6 1 5 3 2 2 6 . 3 + Q入 進 料 回 流 液 加 熱 加 熱 表 主精餾塔物料帶出熱量 物料 精甲醇 回流液 殘液 熱損失 組分 甲醇 甲醇 甲醇 水 +堿 +高沸物 流量： kg/h 11110 29000 3050 溫度： ?C 比熱： kJ/kg??C 潛熱： kJ/kg 熱量： kJ/h 5%Q 入 24 所以： Q 出 =+5%Q 入 因為： Q 出 =Q 入 所以 ： Q 出 =Q 入 =， 所以： Q 加熱 =已知水蒸氣的汽化熱為 2260kJ/kg，所以：需蒸汽 量 = 46711743. 12 = 2 0 6 6 8 .9 1 k g /h2260 對熱流體： Q = Q + Q = 1 7 0 8 7 1 1 1 . 5 7入 回 流 液產(chǎn) 品 精 甲 醇 kJ/h Q = Q + Q = 2 6 3 4 6 9 7 . 5 5 k J / h出 回 流 液 （ 液 ）精 甲 醇 （ 液 ）Q = 1 7 0 8 7 1 1 1 . 5 7 % =?傳 （ 15 ） 所以：冷卻水用量 32 4. 77 t/ h( 40 30 ) 4. 18 7 10 00??? ? ? 理論塔板數(shù)的確定 求最小回流比及操作回流比 由手冊查得甲醇 — 水物系的汽液平衡數(shù)據(jù) 表 甲醇 — 水物系的氣液平衡數(shù)據(jù) 溫度 t?C 液相中的甲醇的摩爾分?jǐn)?shù) 汽相中的甲醇的摩爾分?jǐn)?shù) 溫度 t?C 液相中的甲醇的摩爾分?jǐn)?shù) 汽相中的甲醇的摩爾分?jǐn)?shù) 100 查 甲醇 — 水物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出 xy? 圖 25 圖 甲醇 水氣液平衡相圖 由于泡點進料 q=1， 作直線 x= 交平衡線 與 q 點， 過 q 點作橫軸的平行線交縱軸與一點，讀得 y=。 即最小回流比如下：m i n 0 .9 9 9 0 .8 6 8R 0 .6 9 30 .8 6 8 0 .6 7 9???? 取操作回流比 m inR R 4?? 求精餾塔的氣液相負(fù)荷 n , L n , Dn , V n , Dn , L n , L n , Fn , V n , Vq Rq 1 .0 4 k m o l hq ( R 1 ) q 2 .0 4 7 2 8 .9 6 k m o l hq q q 3 7 1 .6 2 5 2 7 .2 3 8 9 8 .8 5 k m o l hq q 7 2 8 .9 6 k m o l h??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ? ??? 求操作線方程 精餾段操作線方程： n , L n , D Dn , V n , Vqq 3 7 1 . 6 2 3 5 7 . 3 3y x x x 0 . 9 9 9 0 . 5 1 0 x 0 . 4 9 0q q 7 2 8 . 9 6 7 2 8 . 9 6? ? ? ? ? ? ? （ 215） 提餾段操作線方程： 26 n , L n , W Wn , V n , Vqq 8 9 8 . 8 5 1 6 9 . 9 0y x x x 0 . 0 0 6 1 . 2 3 3 x 0 . 0 0 1q q 7 2 8 . 9 6 7 2 8 . 9 6??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??（ 216） 理論板層數(shù)（采用逐板法） 由 AAAA(1 x )yx (1 y )??? ? ， 再根據(jù)甲醇 — 水物系的氣液平衡數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)可計算出不同溫度下的揮發(fā)度，見下表： 表 甲醇 、 水 的氣液平衡數(shù)據(jù) 溫度 t?C 揮發(fā)度 ? 溫度 t?C 揮發(fā)度 ? 所以