【正文】 回流液 殘液 熱損失 組分 甲醇 甲醇 甲醇 水 +堿 23 常壓精餾塔 流量： kg/h 溫度： ℃ 75 75 105 105 比熱：kJ/kg℃ 潛熱： kJ/kg 熱量 :kg/h 4 4 5%Q 入 所以： Q 出 ＝ ＋ ＋ ＋ ＋ 5%Q 入 =+5%Q 入 因為： Q 出 ＝ Q 入 所以： Q 入 = Q 出 =所以： Q 蒸汽 =已知水蒸氣的汽化熱為 kJ/kg 所以：需蒸汽 G3 蒸汽 = = kg/h 甲醇蒸汽 75℃ 40℃ 水 回流甲醇 加壓塔底液體 40℃ 30℃ 水 120℃ 甲醇蒸汽 40℃ 115 ℃ 精甲醇 冷凝液 殘液 105℃ 甲醇 115℃ 圖 23 常壓塔物流圖 3.冷卻水用量計算 對 熱 流 體 ： Q 入 ＝ Q 產(chǎn) 品 精 甲 醇 +Q 回流液 =+ = 24 Q 出 = Q 精甲醇 (液 )+Q 回流液 (液 ) =? 40? += Q 傳 =? (15%)=所以：冷卻水用量 G3 水 =)3040( ???= t 水 /h 所以：每噸精甲醇消 耗 G’3 水 = = 水 /t 精甲醇 4.常壓塔精餾段熱量平衡見表 220。 1.帶入熱量見表 218。 表 217 5MPa， 220℃ 下 出塔氣 除 (CH3OH)熱容 組分 CO CO2 H2 N2 Ar CH4 C4H9OH (CH3)2O H2O 合計 流量：Nm3 17145.49 03 198114.48 89 62 11941.63 2185.08 07 比熱：kJ/kmol℃ / 熱量：kJ/℃ 11579.35 0 130521.96 8 9 12951.53 4088.59 1 查得 250℃ 時甲醇的焓值為 kJ/kmol，流量為 Nm3。 表 216 5MPa， 220℃ 下入塔氣除 (CH3OH)熱容 組分 CO CO2 H2 N2 Ar CH4 合計 流量：Nm3 7 8 7 3 5 5 6 比熱：kJ/kmol℃ / 熱量：kJ/℃ 5 9 9 1 9 21 查得 220℃ 時甲醇的焓值為 kJ/kmol，流量為 Nm3。 查《化工工藝設(shè)計手冊》得， 4 MPa 下水的氣化潛熱為 kmol/kg，即 kJ/kg，密度 kg/m3，水蒸氣密度為 kg/m3，溫度為 250 ℃ 。得表 215 甲醇精餾塔物料平衡匯總表：單位： kg/h +++++= 得表 215 甲醇精餾塔物料平衡匯總 物料 物料 加壓塔頂出料 常壓塔頂出料 常壓塔釜出料 合計 甲醇 NaOH 水 高沸物 合計 根椐計算結(jié)果可畫出粗甲精餾物 流圖，見圖 22。塔頂： ? 2/3= 塔釜： B. 常壓塔。 ? 2/3= kg/h (2).出料 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 214 預(yù)塔出料流量及組成 物料量：kg/h CH3OH H2O NaOH (CH3)2O C4H9OH 合計 塔頂 19 塔底 5 合計 5 2 主塔的物料平衡計算 (1).進(jìn)料 加壓塔。甲醇： kg/h 。軟水加入量為精甲醇的 20%計，則需補(bǔ)加軟水： ? 20%? (18%)= kg/h 據(jù)以上計算列表 213。根據(jù)以上計算列表 212 表 212 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。 表 210 貯罐氣組成、流量 組成 CO CO2 H2 CH4 Ar CH3OH N2 合計 流量：Nm3/h 0 組成： 0 100 16 (V)% 9 由表 22 到表 210 可得表 211。 表 28 甲醇分離器出口氣體組成、流量：單位： Nm3/h 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 合計 損失 0 出氣 17144.482 52 198114.47 85 11940.622 33 20853.369 270230.013 15 組成(V)% 100 出液 19444.39 1101.933 20575.706 組成mol% 7 100 重量kg 27751.34 0 28688.3 組成(wt)% 100 甲醇馳放氣流量及組成見表 29。 表 26 甲醇生產(chǎn)入塔氣流量及組成 單位： Nm3/h 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH H2O 合計 流量：Nm3/h 7 10668.78 7 03 11721.95 85 1492.51 7 97 組成(V) 100 14 % 又由 G 出塔 = G 循環(huán)氣 G 消耗 ＋ G 生成 據(jù)表 2 2得表 27。又知醇后氣中含醇 %。 表 23 馳放氣組成 組分 H2 CO CO2 CH4 N2 Ar CH3OH H2O Mol% 《甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展》華東工學(xué)院出版社 .1990 G 新鮮氣 ＝ G 消耗氣 +G 馳放氣 =G 消耗氣 + G 新鮮氣 =+ G 新鮮氣 所以： G 新鮮氣 ＝ Nm3/h 新鮮氣組成見表 24 表 24 甲醇合成新鮮氣組成 組分 H2 CO CO2 N2 總計 Nm3 5 5 2 組成mol% 100 測得：甲醇合成塔出塔氣中含甲醇 %。 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 22。 忽略原料氣帶入份，根據(jù) ②、③、④得反應(yīng)⑤生成的水的量為：?= kmol/h，即在 CO 逆變換中生成的 H2O為 kmol/h，即 Nm3/h。 甲醇生產(chǎn)的物料平衡計算 合成塔物料平衡計算 已知：年產(chǎn) 100000 噸精甲醇，每年以 300 個工作日計。即吸附控制。 當(dāng)合成氣中有 CO2時，也可合成甲醇。 本設(shè)計的主要方法及原理 造氣工段：使用二步法造氣 CH4+H2O(氣 )→ CO+ kJ/mol CH4+O2→ CO2+2H2+ kJ/mol CH4+21 O2→ CO+2H2+ kJ/mol CH4+2O2→ CO2+2H2O+ kJ/mol 合成工段 5MPa下銅基催化劑作用下發(fā)生一系列反應(yīng) 主反應(yīng) ： CO+2H2→ CH3OH+ kJ/kmol 副反應(yīng)： 2CO+4H2→ (CH3O)2+H2O+ kJ/kmol CO+3H2→ CH4+ H2O+ kJ/kmol 4CO+8H2→ C4H9OH+3H2O+ kJ/kmol(A) 8 CO+H2→ CO + kJ/kmol 除（ A）外，副反應(yīng)的發(fā)生，都增大了 CO 的消耗量，降低了產(chǎn)率，故應(yīng)盡量減少副反應(yīng)。甲醇作為重要原料在敵百蟲、甲基對硫磷和多菌靈等農(nóng)藥生產(chǎn)中，在醫(yī)藥、染料、塑料和合成纖維等工業(yè)中都有著重要的地位。我國政府已充分認(rèn)識到發(fā)展車用替代燃料的重要性，并開展了這方面的工作。比如神華集團(tuán)發(fā)展以甲醇為中間體的煤基化學(xué)品深加工，利用先進(jìn)成熟技術(shù)，發(fā)展“甲醇－醋酸及其衍生物”；利用國外開發(fā)成功的 MTO 或 MTP 先進(jìn)技術(shù)，發(fā)展“甲醇－烯烴及衍生物”的 2 作為替代燃料：近 幾年，汽車工業(yè)在我國獲得了飛速發(fā)展，隨之帶來能源供應(yīng)問題。在化工生產(chǎn)中，甲醇可用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺、甲基叔丁基醚（ MTBE）、聚乙烯醇 7 （ PVA）、硫酸二甲酯、對苯二甲酸二甲酯（ DMT）、二甲醚、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲醇等。 合成甲醇的目的和意義 甲醇是極為重要的有機(jī)化工原料，在化工、醫(yī)藥、輕工、紡織及運輸?shù)刃袠I(yè)都有廣泛的應(yīng)用，其衍生物產(chǎn)品發(fā)展前景廣闊。分離粗甲醇后的氣體適當(dāng)放空，控制系統(tǒng)中的惰性氣體含量。 2．本設(shè)計的合成工藝 經(jīng)過凈化的原料氣，經(jīng)預(yù)熱加壓，于 5 Mpa、 220 ℃ 下，從上到下進(jìn)入 Lurgi反應(yīng)器，在銅基催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)，出口溫度為 250 ℃ 左右，甲醇 7%左右，因此，原料氣必須循環(huán)，則合成工序配置原則為圖 22。這樣合成甲醇反應(yīng)不斷向右進(jìn)行， CO 的單程轉(zhuǎn)化率可達(dá) 100%，氣相反應(yīng)物不循環(huán)。 GSSTFR 是指氣 液 固滴流流動反應(yīng)系統(tǒng)，CO和 H2在催化劑的作用下，在此系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)合成甲醇，該甲醇馬上被固態(tài)粉狀吸附劑所吸附，并滴流帶出反應(yīng)系統(tǒng)。該法的缺點是由于反應(yīng)溫度低，反應(yīng)熱不易回收利用；CO2和 H2O 容易使復(fù)合催化劑中毒，因此對合成氣體的要求很苛刻，不能還有 CO2和 H2O，還需進(jìn)一步研究。 Mahajan 等人研制了由過渡金屬絡(luò)合物與醇鹽組成的符合催化劑，如四羰 基鎳和甲醇鉀，以四氫呋喃為液相介質(zhì)，反應(yīng)溫度為 125℃， CO轉(zhuǎn)化率大于 90%，選擇性達(dá) 99%。催化劑均勻分布在液相介質(zhì)中，不存在 催化劑表面不均一性和內(nèi)擴(kuò)散影響問題，反應(yīng)溫度低，一般不超過 200℃， 20 世紀(jì) 80 年代中期，美國 Brookhaven 國家實驗室開發(fā)了活性很高的復(fù)合型催化劑，其結(jié)構(gòu)為NaOHRONaM(OAc)2,其中 M 代表過渡金屬 Ni,Pd 或 Co,R 為低碳烷基，當(dāng) M為 Ni，R為叔戊烷基時催化劑性能最好，液相介質(zhì)為四氫呋喃，反應(yīng)溫度為 80120℃，壓力為 2MPa 左右，合成氣