年產(chǎn)10萬(wàn)噸甲醇合成工藝設(shè)計(jì)(參考版)
2024-10-26 09:42本頁(yè)面
【正文】 上段換熱器 △ tm′△ t2△ t1/ln△ t2/△ t1 ℃ 傳熱量 1000 。 a439。 a239。 流股 3 經(jīng)下段換熱器冷卻后 ,甲醇?xì)怏w的摩爾流量變?yōu)? ,其它組分流量不變 ,計(jì)算結(jié)果如下 : 組分 摩爾流量 /kmol/h 摩爾分率 a039。 上段換熱器的冷卻介質(zhì)為軟水 ,初溫與終溫如下圖所示 : 由上述計(jì)算可知流股 3: + 104T+ 106T2+ 109T3+1012T4 故△ H?= + 104/2 + 10 6/3 +10 9/4 + 1012/5 = J/mol*h 查表 [5], 得 水 的 Cp 與 T 的關(guān)系 : ++ 104T2+ 107T3 △ H? + + 104/3 +10 7/4 1506 J/mol*h 因此所需軟水的摩爾流量 Q1=1000 105mol/h 下段換熱器的冷卻介質(zhì)為循環(huán)水 ,初溫與終溫如下圖所示 : 查表得 [5],甲醇的沸點(diǎn) tb=℃。流程圖如下所示 : T100℃時(shí) , Vmk Vmk+1 fx fx39。 +07 +11 +06 +10 +06 +10 +05 +10 +03 +10 10 4m3 △ H1′ RTpVm+3a/ ln1+b/Vm = 106 104+3 (2 105 ) ln(1+ 105/10 4) J/mol*h 同理 ,求得出塔氣的 Cp 與 T的關(guān)系為 : + 104T+ 106T2+ 109T3+ 1012T4 假設(shè)出塔氣經(jīng)還熱后溫度 T100℃ ,求得該溫度下的摩爾體積 ,即可求得 △ H2′ ,△ H3′ ,即可求得△ HⅡ ,比較△ HⅡ與△ HⅠ之間的差值 ,再利用二分法調(diào)整 T。 a439。 a239。 組分 摩爾分率 a039。 +06 +11 +06 +10 +05 +10 +04 +10 +01 +10 由△ H2∫ T1T2CpdT 可知 ,求解△ H2 的關(guān)鍵為找到 Cp 與 T 的關(guān)系。 迭代計(jì)算表如下 : Vmk Vmk+1 fx fx39。解非線性方程的方法用 Newton 法。 轉(zhuǎn) 化 率 的 計(jì) 算 單 程 轉(zhuǎn) 化 率 X 單[++]/+ 全 程 轉(zhuǎn) 化 率 X 全[++]/+ 熱量衡算 入塔氣與出塔氣的熱交換過(guò)程熱量衡算 ,下圖為熱交換過(guò)程示意圖。根據(jù)原子平衡 ,可得以下方程 : C 原子 :F ++Q +y …… 1 O 原子 :F ++Q …… 2 N 原子 : +Q …… 3 H 原子 :F +Q +4y …… 4 由方程 3得 +……5 將 5代入 1,2,4,得 : ++ ……6 ++ ……7 + ……8 由 6,7,8,解得 + 故 kmol/h kmol/h 由方程 2,3 得 x 循環(huán)比的計(jì)算 設(shè)循環(huán)比為 R,則循環(huán)流量 為 R ,得到下列方程 : ++ ++ 故 再根據(jù)上述方法 ,對(duì)每個(gè)系統(tǒng)作物料衡算 ,可得到各流股的摩爾流量 ,摩爾分率。 圖 2 總物料衡算圖 CO2 CH4 N2 H2 CO CH3OH CH32O C4H9OH H2O sum 質(zhì)量 /kg/h 0 0 摩爾 流量 /Kmol/h 0 0 摩爾 分率 0 0 1 由甲醇衡算數(shù)據(jù)表 ,可計(jì)算出第 7 流股中各組分質(zhì)量 ,摩爾流量 ,摩爾分率 表 3 第 7 流股各組分構(gòu)成情況 以 CO2 為例 : m 10= n x ∑ 表 4 第 8流股各組成構(gòu) 成情況 CO2 CH4 N2 H2 CO CH3OH CH32O C4H9OH H2O sum 體積 /NM3 0 摩爾流量 /Kmol/h 0 摩爾分率 0 新鮮氣、馳放氣摩爾流量 設(shè)新鮮氣摩爾 流量為 F,CO 的摩爾含量為 x。閃蒸氣排空 ,粗甲醇進(jìn)入精餾系統(tǒng)精制。在進(jìn)入壓縮機(jī)前 ,有一排氣口 ,將少部分冷凝后的氣體排放 ,以減少惰性氣體在體系中的累積。出塔氣與入塔氣熱交換后 ,進(jìn)入冷卻冷凝器 ,此過(guò)程大部分甲醇冷凝 ,溫度降至 25℃。 設(shè)計(jì)依據(jù) 生產(chǎn)規(guī)模 : 10 萬(wàn)噸 /年 年工作時(shí)間 :330 天 (7920 小時(shí) ) 產(chǎn)品純度 :大于 99%(質(zhì)量分?jǐn)?shù) ) 甲醇衡算數(shù)據(jù) :見(jiàn)下表 表 2 甲醇衡算數(shù)據(jù)表 組分 組成 合成塔出 口氣中 甲醇含量 % 新鮮氣 (mol) 馳放氣 (mol) 粗甲醇 kg/100kg 溶解氣 NM3/t CO2 CH4 N2 H2 CH3OH CH32O C4H9OH H2O 工藝流程說(shuō)明 工藝流程可簡(jiǎn)略的表示為下圖 : 圖 1 甲醇合成工藝流程示意圖 本工藝采用低壓法 ,新鮮氣與由壓縮機(jī)產(chǎn)生的循環(huán)壓縮氣混合 ,形成入塔氣 ,其溫度為 40℃ ,壓力為 10MPa。傳統(tǒng)的高壓法甲醇合成多用連續(xù)換熱的三套管并流式和單管并流式 ,中低壓法流程則多用多層冷激式合
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