【正文】 1? ? = (514) 求實際理論板數(shù) 查吉利蘭圖得： 1??NNN m = 則： ?? = 所以： N? 塊 進料板位置的確定 1? = ? = 24 m i n 1 11= [ ( ) ( ) ] 1ln 1 DFDFxxN xx? ? ??= 11?? =， 1N = 確定填料層高度 有查找數(shù)據(jù)得， ND 76 散裝金屬環(huán)矩鞍填料時， HETP= ㎜ ， ? [16] 則，精餾段的填料高度為 (2 0 9 ) 0 . 6 5 7 . 1 5TZ N H E T P? ? ? ? ?精 m (515) 7 . 1 5= 9 . 4 5 20 . 7 5TZZ E? ??精精m (516) 圓整精餾段填料層高度為 10m。c67==? 平均揮發(fā)度 ? = 105124?? = ? = (510) 23 求最小理論塔板數(shù) Nm 因為： DX =， WX =。 17 查得 250℃ 時甲醇的焓值為 kJ/kmol，流量為 Nm3. 所以： Q 出 =? +? =+ = Q 反應(yīng) =[ ? + ? + ? + ? + ? ()] ? 1000= Q 熱損失 =(Q 入 ＋ Q 反應(yīng) ) ? 5%=(+) ? 5% (42) = kJ 所以：殼程熱水帶走熱量 Q 傳 = Q 入 + Q 反應(yīng) Q 出 Q 熱 (43) =+ = kJ 又： Q 傳 = G 熱水 r 熱水 (44) 所以： G 熱水 = =即時產(chǎn)蒸氣 = 常壓精餾塔能量衡算 Xf= ( 70 66 .18 71 .37 ) 32( 70 66 .18 71 .37 ) 32 78 40 56 04 .64 18 .02??? ? ? ? ? ?= (45) 查《化工工藝設(shè)計手冊》，甲醇露點溫度 t=℃ ? 67℃ 操作條件：塔頂 67℃ ，塔釜 105℃ ，進料溫度 124℃ ，回流液溫度 40℃ 。 Tm——氣體溫度， k。 1．粗甲醇 2．軟水 3．堿液 圖 粗甲醇精餾物料流程圖 16 第四章 甲醇生產(chǎn)的能量平衡計算 合成塔能量計算 ∑Q=∑（ GCmTm） （ 41） G——各組分流量， m3/h。 表 預(yù)塔出料流量及組成 物料量 CH3OH H2O NaOH (CH3)2O C4H9OH 合計 塔頂 塔底 合計 單位： kg/h 主塔的物料平衡計算 加壓塔和常壓塔的采出量之比為 2:1，常壓塔釜液含甲醇 1%。 表 粗甲醇的進料組分和組成 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，每噸粗甲醇消耗 kg的 NaOH：? =換成 8%為： % =，軟水加入量為精甲醇的 20%計，則需補加軟水： ? 20%?（ 18%） = kg/h 據(jù)以上計算列表 。 表 貯罐氣組成、流量 組成 CO CO2 H2 CH4 Ar CH3OH N2 合計 流量 0 組成 0 100 單位： Nm3/h 組成： % 由表 到表 可得表 311。 表 甲醇出塔流量及組成 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH H2O C4H9OH (CH3)2O 合計 出塔 12396.16 19580 組成 100 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH H2O 合計 流量 組成 100 12 甲醇馳放氣流量及組成見表 。 表 甲醇生產(chǎn)循環(huán)氣量及組成 單位： Nm3/h 組成： % G 入塔 = G 循環(huán)氣 +G 新鮮氣 =+= Nm3/h (35) 由表 及表 得到表 。又知醇后氣中含醇 %。 表 馳放氣組成 組分 H2 CO CO2 CH4 N2 Ar CH3OH H2O Mol% G 新鮮氣 ＝ G 消耗氣 +G 馳放氣 =G 消耗氣 + G 新鮮氣 =+ (31) 所以： G 新鮮氣 ＝ Nm3/h 新鮮氣組成見表 。 根據(jù)以上計算，則粗甲醇生產(chǎn)消耗量及生產(chǎn)量及組成列表 、 。 MPa， 40℃ 時各組分在甲醇中的溶解度列表于表 。 精甲醇中甲醇含量 (wt)： % 粗甲醇組成 (wt)： [Lurgi 低壓合成工藝 ] 甲醇： % 輕組分 [以二甲醚 (CH3)2O 計 ]： % 重組分 [以異丁醇 C4H9OH 計 ]： % 水： % 所以：時產(chǎn)精甲醇： 150000 1000300 24?? = kg/h 時產(chǎn)粗甲醇： 2 0 8 3 3 . 3 4 9 9 . 9 5 % 2 2 1 7 7 . 9 9 59 3 . 8 9 %? ? kg/h 根據(jù)粗甲醇組分，算得各組分的生成量為： 甲醇 (32)： 二甲醚 (46)： 9kg/h kmol/h Nm3/h 異丁醇 (74)： kg/h kmol/h Nm3/h 水 (18)： kg/h kmol/h Nm3/h 合成甲醇的化學反應(yīng)為： 主反應(yīng)： CO+2H2?CH3OH+ KJ/mol （ 31） 副反應(yīng)： 2CO+4H2?(CH3)2O+H2O+ KJ/mol （ 32） CO+3H2?CH4+H2O+ KJ/mol （ 33） 4CO+8H2?C4H9OH+3H2O+ KJ/mol （ 34） CO2+H2?CO+ KJ/mol （ 35） 生產(chǎn)中，測得每生產(chǎn) 1 噸粗甲醇生成甲烷 Nm3，即 kmol，故 CH4每小時生成量為： ?=，即 ， Kg/h。精甲醇貯槽為兩臺 30000m3 的固 7 定貯罐，貯存量按 15 天產(chǎn)量計 [12]。 （ 3）由常壓精餾塔底部排出的精餾殘液經(jīng)廢水冷卻器冷卻至 40℃ 后，由廢水泵送到生化處理裝置。 粗甲醇甲醇甲醇釜液 圖 三塔精餾工藝流程 1 預(yù)精餾塔 2 加壓精餾塔 3 常壓精餾塔 工藝說明： （ 1）為防止粗甲醇中含有的甲酸、二氧化碳等腐蝕設(shè)備，在預(yù)塔進料泵后甲醇溶 液中配入適量的燒堿溶液，用來調(diào)節(jié)粗甲醇溶液的 PH 值 [11]。常壓精餾塔頂部排出精甲醇氣（ ， 67℃ ），經(jīng)常壓塔冷凝冷卻器冷凝冷卻后一部分回流到常壓精餾塔，另一部分打到精甲醇計量槽內(nèi)貯存。加壓精餾塔塔底釜液（ ， 125℃ ） 進入常壓精餾塔 [10]，進一步精餾?；厥盏募状家和ㄟ^預(yù)塔回流泵作為該塔回流液。（ 3）耐高溫型差、對硫敏感。其特點是：（ 1）活性好，單程轉(zhuǎn)化率為 7%~8%。反應(yīng)的 副反應(yīng)少，粗甲醇中雜質(zhì)少。反應(yīng)器出口甲醇含量高 。催化劑床層的溫度可以通過調(diào)節(jié)汽包蒸汽壓力進行控制，效果精確、靈敏 。 圖 lurgi工藝流程圖 Lurgi 工藝主要優(yōu)點如下：反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層溫度分布均勻，大部分床層的溫度在250~255℃ 之間 。未反應(yīng)的氣體循環(huán)使用，以提高轉(zhuǎn)化率。管中心的溫度與沸水溫度相差不大與 10 度，反應(yīng)壓力為 5~10Mpa，催化劑使用德國南方公司的銅基催化劑，粗甲醇的回收則是通過冷凝的方式來完成，如圖二所示。其次就是甲醇 的合成，將合成氣加壓到 ，升溫到 225℃ 后輸入管殼式反應(yīng)器中，在銅基催化劑的作用下合成甲醇，再就是甲醇的精餾，本工藝采用三塔精餾工藝將粗甲醇精制得到精甲醇。 工藝流程圖 煤氣脫硫 → 合成氣壓縮 → 甲醇合成 → 甲醇精餾 圖 煤、煤焦制甲醇的簡單工藝流程 工藝流程簡述：首先是采用凱洛格法氣化工藝將煤氣轉(zhuǎn)化為合成氣 [7]。合成的粗甲醇經(jīng)過三塔精餾，可得到合格的精甲醇產(chǎn)品。此外，即嚴格控制 “三廢 ”的排放、空氣中甲醇的含量以及保證生產(chǎn)安全、環(huán)境衛(wèi)生等方面參照國內(nèi)外先進經(jīng)驗和方法。依據(jù)任務(wù)書規(guī)定的設(shè)計內(nèi)容，進行生產(chǎn)方案、工藝流程設(shè)計、工藝計算和設(shè)備設(shè)計等。 2020 年，該技術(shù)成功應(yīng)用于國內(nèi)首家焦爐氣制甲醇裝置上。 1995 年 12 月，由化工部第八設(shè)計院和上?；ぴO(shè)計院聯(lián)合設(shè)計的 200 kt/a 甲醇生產(chǎn)裝置在上海太平洋化工公司順利投產(chǎn)，標志著我國甲醇生產(chǎn)技術(shù)向大型化和國產(chǎn)化邁出了新的一步 [5]。 60 年代建成了一批中小型裝置，并在合成氨工業(yè)的基礎(chǔ)上開發(fā)了聯(lián)產(chǎn)法生產(chǎn)甲醇的工藝。目前，國外的液相甲醇合成新工藝具有 投資 省、熱效率高、生產(chǎn)成本低的顯著優(yōu)點，尤其是LPMEOHTM 工藝，采用漿態(tài)反應(yīng)器，特別適用于用現(xiàn)代氣流床煤氣化爐生產(chǎn)的低 H2／ (CO＋ CO2)比的原料氣，在價格上能夠與天然氣原料競爭 [2]。由于低壓法比高壓法在能耗、裝置建設(shè)和單系列反應(yīng)器生產(chǎn)能力方面具有明顯的優(yōu)越性，所以從 70 年代中期起，國外新建裝置大多采用低壓法工藝。 1966 年英國 ICI 公 司開發(fā)了低壓法工藝，接著又開發(fā)了中壓法工藝。貝特洛在 實驗室 用一氯甲烷在堿性溶液中水解也制 得了 甲醇。在自然界只有某些樹葉或果實中含有少量的游離態(tài)甲醇，絕大多數(shù)以酯或醚的形式存在。 1661 年英國化學家 R。甲醇還可經(jīng)生物發(fā)酵生成甲醇蛋白， 富含 維生素 和蛋白質(zhì)，具有營養(yǎng)價值高而成本低的優(yōu)點， 用作飼料添加劑，有著廣闊的應(yīng)用前景。甲醇還是一種很有前景的清潔能源， 甲醇燃料以其安全、廉價、燃燒充分，利用率高、環(huán)保的眾多優(yōu)點，替代汽油已經(jīng)成為車用燃料的發(fā)展方向之一 。 甲醇也是一種重要的有機溶劑，其溶解性能優(yōu)于乙醇，可用于調(diào)制油漆。用甲醇作甲基化 試劑 可生產(chǎn) 丙烯酸 甲酯、對苯二甲 酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等 。 甲醇用途 甲醇是重 要有機化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料，廣泛應(yīng)用于精細化工，塑料，醫(yī)藥，林產(chǎn)品加工等領(lǐng)域。蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限 ％ ～ ﹪ （體積比）。 265kPa，粘度（ 20℃ ） ?s。分子量 ，相對密度 (d420)，蒸氣相對密度 (空氣 =1)，熔點 ℃ ，沸點 ℃ ，閃點（開杯） 16℃ ，自燃點 473℃ ，折射率 (20℃ )1。 2 第一章 總論 概述 甲醇的性質(zhì) 甲醇俗稱木醇、木精， 英文名為 methanol，分子式 CH3OH。 隨著經(jīng)濟發(fā)展，燃料的需求量急速增加，導(dǎo)致石油匱乏，而甲醇作為一種新型燃料，進入人們的生活，迅速得到人們的關(guān)注，所以甲醇的生產(chǎn)對國民經(jīng)濟具有重大的意義。 methanol