【正文】 北京：化學(xué) 沈陽化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 附錄 53 附錄 1 英文文獻及中文翻譯 Methanol synthesis from CO 2 and H 2 over gallium promoted copperbased supported catalysts. Effect of hydrocarbon impurities in the CO 2 /H 2 source Jamil Toyir, a Pilar Ramirez de la Piscina, a Jordi Llorca, a JoseLuis G. Fierro b and Narcis Homs *a Received 14th June 2001, Accepted 3rd September 2001 First published as an Advance Article on the web 3rd October 2001 Galliumpromoted copperbased catalysts supported on ZnO and SiO 2 respectively, CuGa/ZnO and CuZn Ga/SiO 2 , were tested in the hydrogenation of CO 2 to methanol under a range of experimental conditions. Longterm methanol synthesis operation and catalytic tests under high pressure (up to 5 MPa) at 523 K indicated that the catalysts were highly effective. The methanol synthesis was sensitive to the presence of small amounts of methane and ethane in the CO 2 /H 2 source, producing singnificant deactivation of the catalysts,especially of CuZnGa/SiO 2 , and promoting the formation of reaction with hydrocarboncontaining CO 2 /H 2 feed, TEM experiments showedcopperbased particles covered by an amorphous layer that is probably carbonaceous in nature. XPS allowed determination of in surface position for catalysts tested with clean or hydrocarbonco。 [14] 裘元燾主編?；ぴ碚n程設(shè)計[M]。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1979。 [12] 周敬思，梁光興，王啟斌編著?；卧^程及設(shè)計手冊[M]。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004。 [10] 《化工設(shè)備設(shè)計全書》編輯委員會，路秀林，王者相等編著?；ぴ恚ɑし蛛x過程）[M]。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999。 [8] 陳敏恒，叢德滋，方圖南，齊鳴齋編著。 [7] 馬沛生，石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊（續(xù)編）[M]?；崃W(xué)[M]。上海：上海人民出版，1975。 [5] 《化工設(shè)本手冊》編寫組。金屬設(shè)備（2）[M]。化學(xué)工業(yè)設(shè)計（修訂版）[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1989?；居袡C化工工藝學(xué)（修訂版）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990。[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990。 沈陽化工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 致謝 51 致謝 通過畢業(yè)設(shè)計，不僅使我把大學(xué)期間所學(xué)得知識融會貫通在一起，而且把以前看似不相關(guān)的課程緊密的聯(lián)系起來，我真正體會到了學(xué)以致用、理論與實踐相結(jié)合的意義。 本著以上幾點的依據(jù)，本設(shè)計的廠址選擇在沈陽市鐵西區(qū)，原因是： （1）沈陽市是全國重工業(yè)城市，原料來源廣泛，工業(yè)基礎(chǔ)雄厚。 9．廠址附近應(yīng)有生產(chǎn)污水，生活污水排放的可靠排除地，并應(yīng)保證不因新廠建設(shè)是當(dāng)?shù)厥艿叫碌奈廴竞臀：?。工廠的生產(chǎn)區(qū)、排渣場和居民區(qū)的建設(shè)地點應(yīng)同時選定。 6．選場應(yīng)注意節(jié)約用地。 3．廠址應(yīng)靠近水充足、水質(zhì)良好的水源地,當(dāng)有城市供水,地下水和地面水三種供水條件時,進行經(jīng)濟技術(shù)比較后選用. 4．廠址應(yīng)盡可能靠近原有交通線(水運、鐵路、公路)，即應(yīng)有便利的交通運輸條件。在選擇廠址時，應(yīng)遵循以下基本原則： 1．廠址位置必須符合國家工業(yè)布局，城市或地區(qū)的規(guī)劃要求，盡可能靠近城市或城鎮(zhèn)原有企業(yè)，以便于生產(chǎn)上的協(xié)作，生活上的方便。 3．廢澶 主要是舊觸媒更換排出，舊觸媒多為貴金屬成分，需要送回催化劑廠回收處理。 三廢處理 1．廢氣 甲醇裝置廢氣排放點為一段轉(zhuǎn)化爐煙氣囪排出煙道氣， 其主要成分為CO 2 ，O 2 ， N 2 ，對大氣無毒害物質(zhì)，環(huán)境無控制指標(biāo)。 對于精餾工段的雙塔流程部分,因為在預(yù)精餾塔前還有一個預(yù)熱器,用于使進入塔設(shè)備的物料飽和,所以此處的溫度也需要進行監(jiān)控,防止進料溫度過高,加大了塔的操作負(fù)荷。 安全問題的設(shè)計 由于在設(shè)計的整個工藝流程中,合成塔的壓力最高(),所以在合成甲醇的過程中,必須嚴(yán)格控制合成塔的合成壓力和合成溫度,以免出現(xiàn)不安全的因素。 （2）在物料衡算和熱量衡算的基礎(chǔ)下，進行主要設(shè)備的具體計算，在此，我選用的是列管式反應(yīng)器，管殼式換熱器和塔設(shè)備（預(yù)精餾塔）。 3．塔板負(fù)荷性能圖： （1）霧沫夾帶線（圖420 中（1）線）：根據(jù)上面的泛點率計算公式,按其為80% 時,計算得出,霧沫夾帶線方程為： S S L V 7587 . 18 6447 . 1   ； （2）液泛線(圖420 中（2）線)：當(dāng)出現(xiàn)液泛時,H d =φ (H T +h w ),代入數(shù)值后,方程為： 3 2 2 2 4423 . 8 3624 . 3173 9159 . 0 S S S L L V    ； （3）液相負(fù)荷上限線(圖 420 中（3）線)：當(dāng)液體在降液管內(nèi)的停留時間θ 為 5s 時,則 s m H A L T f S / 007069 . 0 5 45 . 0 07069 . 0 5 ) ( 3 max   沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 設(shè)備計算 46 （4）漏液線(圖420 中（4）線)：以F 0 =5 作為氣體最小負(fù)荷的標(biāo)準(zhǔn),則 s m F N d V V S / 04902 . 0 9355 . 1 5 58 039 . 0 4 4 ) ( 3 2 0 2 0 min       （5）液體負(fù)荷下限線(圖420 中（5）線)：按照 h ow = 作為液體負(fù)荷下限條件則： s m l h L w ow S / 006593 . 0 3600 7 . 0 ) 1 84 . 2 1000 02975 . 0 ( 3600 ) 1 84 . 2 1000 ( ) ( 3 2 3 2 3 min   （6）操作線：斜率    6824 . 21 1063 . 1940 S S L V K 將以上五條線繪在同一直角坐標(biāo)中，畫出塔板負(fù)荷性能圖，如下： P V S / ( m 3 / s ) L S /(m 3 /S) (1) (2) (3) (4) (5) (6) 圖417 塔板負(fù)荷性能圖 （1） 霧沫夾帶線；（2）液泛線；（3）液相負(fù)荷上限線；（4）漏液線； （5）液相負(fù)荷下限線；（6）操作線；（7）P 為操作點 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 設(shè)備計算 47 浮閥塔板工藝設(shè)計計算結(jié)果 項目 數(shù)值及說明 備注 塔徑/m 板間距/m 塔板形式 單溢流弓形降液管 分塊式塔板 空塔氣速/(m/s) 堰長/m 堰高/m 板上液層高度/m 降液管底隙高度/m 浮閥數(shù)/個 58 等腰三角形交叉 閥孔氣速/(m/s) 閥孔動能因數(shù) 11 臨屆閥孔氣速/(m/s) 孔心距/m 指同一橫排的孔心距 排間距/m 指相鄰二橫排的中心線距離 單板壓降/Pa 液體在降液管內(nèi)停留時間/s 降液管內(nèi)清液層高度/m 泛點率/% 氣相負(fù)荷上限/(m 3 /s) 霧沫夾帶控制 氣相負(fù)荷下限/(m 3 /s) 漏液 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 設(shè)計結(jié)論 48 5 設(shè)計結(jié)論 設(shè)計結(jié)論 （1）通過使用Aspen Plus 軟件對整體工藝流程的模擬，算出了物料衡算和熱量衡算的結(jié)果，~ 所示。 （3）霧沫夾帶量校核 依下面兩式分別計算泛點率F，即 泛點率 % 100 36 . 1 1  b F L S V L V S A KC Z L V F   沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 設(shè)備計算 45 及 泛點率 % 100 78 . 0 2  F T V L V KC A F   板上液體流徑長度 m W D Z d L 0 . 7 0 . 1 5 2 1 2       板上液流面積 6 4 4 0 . 0 0 7 0 6 9 . 0 2 4 1 2 2      f T b A A A C F 可以根據(jù)氣相密度 V  和板間距 H T 在泛點負(fù)荷系數(shù)圖 [8] 中查得：C F =，物性系數(shù)K= 將以上數(shù)據(jù)代入： % 1 3600 36 . 1 3600 36 . 1 1      b F L S V L V S A KC Z L V F   % 1 7854 . 0 78 . 0 2    F T V L V KC A F   對于精餾塔，為避免過量霧沫夾帶，應(yīng)控制泛點率不超過80%。 ②液體通過降液管的壓頭損失（不設(shè)進口堰） 02925 . 0 3600 2 . 0 2 . 0 2 2 0    h l L h W S d m液柱 ③板上液層高度：之前已選定板上液層高度為 h L = 則 Hd= ++= m 取降液管中泡沫層相對密度=,又已選定板間距 H T =，h w =。 因此，與氣體流經(jīng)一層浮閥塔的壓強降所相當(dāng)?shù)囊褐叨葹?07616 . 0 0325 . 0 04366 . 0    p h m液柱 則 單板壓降 5629613 81 . 9 4503 . 753 07616 . 0       g h P L p p  P （2）降液管液泛校核 為了防止降液管液泛現(xiàn)象發(fā)生，要求控制降液管內(nèi)清液層高度H d ≤φ (H T +H w )。 圖416 塔板分布圖 2．塔板流體力學(xué)驗算 （1） 氣相通過浮閥塔板的壓強降  h h h h l c p    ①干板阻力： 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 設(shè)備計算 44 臨界孔速 m/ s / 1 . 73 1 . 73 0 825 . 1 0      u s m u V C  因u 0 u 0C ，故干板阻力計算式為： 2 34 . 5 2 34 . 5 2 2 0     g u h L V c  m液柱 ②板上充氣液層阻力：本設(shè)備分離烴化液，液相為碳?xì)浠衔?，可取充氣系?shù) 0 =。 按N=58 重新核算孔速及閥孔動能因數(shù)： 9026 . 7 3600 58 039 . 0 4 10631 . 1940 4 2 2 0 0      N d V u S m/s 99 . 10 93544 . 1 9026 . 7 0    F 閥孔動能因數(shù) 0 F 變化不大，仍在912 范圍內(nèi)。取同一排的孔心距 t=75mm=，則：排間距 m 58 06394 . 0 39。 0 0    h l L u w h m/s ⑥降液管中液體的停留時間為： 2813 . 5 68 . 21 . 045 07069 . 0 3600 3600    h T f L H A  s 停留時間θ ＞5s,故降液管可用。70%≈69 塊 同理：精餾段實際板數(shù)為：15；提餾段實際板數(shù)為：54； ,； 則塔的有效高度為： 6 . 39 6 . 0 ) 1 54 ( 6 . 0 ) 1 15 (       m； 經(jīng)過 Aspen Plus 計算后得出釜液液體體積流量為： 3 /hr,停留時間設(shè)為 10min,結(jié)合塔徑(1m),算出釜液高度： 5207 . 4 . 1 3032 . 21 60 10 4 2   m； 進料板間距設(shè)計為：,人孔板間距為：,塔頂上部空間高度：,釜液上部高度：,裙座設(shè)定為：3m； 則全塔總高度為：+++++++3= （3）塔板溢流裝置 本設(shè)計選用的是單溢流弓形降液管,齒形堰(不設(shè)進口堰) ①堰長l w ： 取堰長l w =, 則： 1 l w    ②堰上液層高度h ow ： 齒形堰的齒深h n 一般宜在15mm一下，這里取12mm。～ 范圍間，故合適。適宜空塔速度 u 一般為最大允許氣速 u f ～ 倍，即：u=(～) u max 依式 V V L C u    max 可知： 式中C 可由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得，橫標(biāo)的數(shù)值為： 2205 . 0    V L h h V L  取板間距H T =，取板上液層高度h L =，則圖中的參數(shù)值為 H T h L == 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，由史密斯關(guān)聯(lián)圖查得C 20 。 精餾塔設(shè)計 1．塔板工藝尺寸計算 塔選用參數(shù)總結(jié)表 項目 精餾段 提餾段 液相 汽相 液相 汽相 組成質(zhì)量分?jǐn)?shù) CH3OH H2O C2H5OH 質(zhì)量流量kg/h 體積流量m 3 /h 密度kg/m 3 粘度cP 表面張力N/m 溫度C 壓力Mpa 備注 第5 板 第45 板 理論板數(shù)(不含頂釜) 48 精餾段 10 提餾段 38 回流比 16 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 設(shè)備計算 40