【正文】 +2H˙ → CH3OH+3˙ CH3OH˙ → CH3OH+˙ 反應(yīng)為①，②控制。 9 2 生產(chǎn)工藝及主要設(shè)備計(jì)算 工藝計(jì)算作為化工工藝設(shè)計(jì)，工藝管道，設(shè)備的選擇及生產(chǎn)管理，工藝條件選擇的主要依據(jù)，對(duì)平衡原料，產(chǎn)品質(zhì)量，選擇最佳工藝條件，確定操作控制指標(biāo)，合理利用生產(chǎn)的廢料，廢氣，廢熱都有重要作用。 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(jì) ]： % 重組分 [以異丁醇 C4H9OH 計(jì) ]： % 水： % 所以：時(shí)產(chǎn)精甲醇： 1000 00 1000 24? ?? Kg/h 時(shí)產(chǎn)粗甲醇： 1 3 8 8 8 .8 9 9 9 .9 5 % 1 4 7 8 5 .3 39 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)： Kg/h 二甲醚 (46)： Kg/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(xué)反應(yīng)為： 主反應(yīng)： CO+2H2? CH3OH+ KJ/mol ?? ① 副反應(yīng)： 2CO+4H2? (CH3)2O+H2O+ KJ/mol ?? ② CO+3H2? CH4+H2O+ KJ/mol ?? ③ 10 4CO+8H2? C4H9OH+3H2O+ KJ/mol ?? ④ CO2+H2? CO+ KJ/mol ?? ⑤ 生產(chǎn)中，測(cè)得每生產(chǎn) 1 噸粗甲醇生成甲烷 Nm3,即 kmol，故 CH4每小時(shí)生成量為： ? = Nm3，即 kmol/h， Kg/h。 MPa， 40℃時(shí)各組分在甲醇中的溶解度列表于表 21 表 21 ， 40℃時(shí)氣體在甲醇中的溶解度 組分 H2 CO CO2 N2 Ar CH4 溶解度 Nm3/t 甲醇 0 Nm3/h 0 《甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進(jìn)展》華東工學(xué)院出版社 .1990 據(jù)測(cè)定： 35 ℃時(shí)液態(tài)甲醇中釋放 CO、 CO H2 等混合氣中每 立方米含 g甲醇，假定溶解氣全部釋放，則甲醇擴(kuò)散損失為： (++++)? = kg/h 即 ， Nm3/h。 表 22 甲醇生產(chǎn)消耗和生成物量及組成 消耗 方式 單 位 消耗物料量 生成物料量 合計(jì) CO H2 CO2 N2 CH4 CH3OH C4H9OH (CH3)2O H2O 消耗 生成 ①式 kmol Nm3 ② kmol 11 式 Nm3 ③式 kmol Nm3 ④式 kmol Nm3 ⑤式 kmol Nm3 氣體溶解 Nm3 0 擴(kuò)散損失 Nm3 0 合計(jì) Nm3 消耗組成 %(v) 生成質(zhì)量 kg 生成組成 %(wt) 100 12 設(shè)新鮮氣量為 G 新鮮氣 ,馳放氣為新鮮氣的 9%[1]。根椐表 2表 24，設(shè)出塔氣量為 G出塔 。 所以： 出塔 醇后G G% 9 4 4 4 ? =% G 醇后 =G 新鮮 (G 醇 ＋ G 副 ＋ G 擴(kuò) )+GCH4= + = Nm3/h 所以： G 出塔 ＝ G 循環(huán)氣 = G 出塔 G 醇后 G 生成 +GCH4G 溶解 =+ =甲醇生產(chǎn)循環(huán)氣量及組成見(jiàn)表 25 表 25 甲醇生產(chǎn)循環(huán)氣量及組成 13 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH H2O 合計(jì) 流量：Nm3/h 組成 %(V) 100 G 入塔 = G 循環(huán)氣 +G 新鮮氣 =+ = Nm3/h 由表 24 及表 25 得到表 26。 表 27 組分 CO CO2 H2 N2 CH4 Ar CH3OH H2O C4H9OH (CH3)2O 合計(jì) 入塔 消耗 生成 14 出塔 組成(V) 100 甲醇分離器出 口氣體和液體產(chǎn)品的流量、組成見(jiàn)表 28。 表 29 甲醇馳放氣流量及組成 組成 CO CO2 H2 CH4 Ar CH3OH H2O 合計(jì) 15 流量：Nm3/h 微 組成：(V)% 100 粗甲醇貯罐氣流量及組成風(fēng)表 210。 表 211 甲醇生產(chǎn)物料平衡匯總表 組分 新鮮氣 循環(huán)氣 入塔氣 出塔氣 醇后氣 流量 組成 流量 組成 流量 組成 流量 組成 流量 組成 Nm3 (v)% Nm3 (v)% Nm3 (v)% Nm3 (v)% Nm3 (v)% CO CO2 H2 N2 Ar CH4 CH3OH C4H9OH (CH3)2O 16 甲醇合成塔 分離器 貯 罐 冷 凝 H2O 微量 / 合計(jì) 100 100 100 100 100 根椐計(jì)算結(jié)果，可畫出甲醇生產(chǎn)物流圖，如：圖 21 甲醇生產(chǎn)物流圖 粗甲 醇精餾的物料平衡計(jì)算 1. 預(yù)塔的物料平衡 (1).進(jìn)料 ： 。則消耗純 NaOH： ? ? kg/h 換成 8%為： % = kg/h ：據(jù)資料記載。 表 213 預(yù)塔進(jìn)料及組成 物料量： kg/h CH3OH H2O NaOH (CH3)2O C4H9OH 合計(jì) 粗甲醇 堿液 軟水 合計(jì) (2).出料 。粗甲醇含水： 堿液帶水： kg/h 補(bǔ)加軟水： kg/h 合計(jì)： ： kg/h ： kg/h 由以上計(jì)算列表 214。預(yù)后粗甲醇： kg/h 常壓塔。 A. 加壓塔。塔頂： ? 1/3? 99%= kg/h 塔釜：甲醇 水 NaOH 高沸物 kg/h： 總出料：由以上計(jì)算。 19 圖 22 粗甲醇精餾物流圖 甲醇生產(chǎn)的能量平衡計(jì)算 合成塔能量計(jì)算 已知：合成塔入塔氣為 220 ℃ ，出塔氣為 250 ℃ ，熱損失以 5%計(jì)，殼層走4MPa 的沸水。入塔氣熱容見(jiàn) 416。 所以： Q 入 =? +? 220=+ = kJ 出塔氣熱容 除 (CH3OH)見(jiàn)表 417。 所以： Q 出 =? +? 250=+ = kJ 由反應(yīng)式得 :Q 反應(yīng) =[ ? + ? + ? + ? + ? ()] ? 1000 =(+++)? 1000 =87556320 kJ Q 熱損失 =(Q 入 ＋ Q 反應(yīng) ) ? 5%=(+87556320) ? 5% = kJ 所以：殼程熱水帶走熱量 Q 傳 = Q 入 + Q 反應(yīng) Q 出 Q 熱 =+ = kJ 又： Q 傳 =G 熱水 r 熱水 所以 :G 熱水 = = kg/h 即時(shí)產(chǎn)蒸氣： = 常壓精餾塔能量衡算 Xf=)(32)(32)( ????= 21 查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》 ,甲醇露點(diǎn)溫度 t=℃ ? 75℃ 操作條件：塔頂 75℃ ，塔釜 105℃ ，進(jìn)料溫度 124℃ ，回流液溫度 40℃ ，取回流液與進(jìn)料的比例為 4:1。 表 218 常壓塔入熱 物料 進(jìn)料 回流液 加熱蒸汽 組分 甲醇 水 +堿 甲醇 流量： kg/h 溫度： ℃ 124 124 40 比熱： kJ/kg℃ 熱量 :kg/h Q 加熱 Q 入 =Q 進(jìn)料 +Q 回流液 +Q 加熱 =+++Q 加熱 =+ Q 加熱 2.帶出熱量見(jiàn)表 219。 表 220 精餾段熱量平衡表 帶入熱量： kJ/h 帶出熱量： kJ/h 加壓塔來(lái)的甲醇： 采出熱量精甲醇： 塔底供熱： 內(nèi)回流： g 內(nèi) (67? +) 內(nèi)回流： g 內(nèi) (67? ) 23