年產(chǎn)10萬噸低壓法甲醇精制工段設(shè)計

1、年產(chǎn)10萬噸低壓法甲醇精制工段設(shè)計 （生物與化學(xué)工程學(xué)院10化學(xué)工程與工藝班） 摘要：本設(shè)計所用的低壓法采用511型銅基催化劑，合成壓力為5MPa以天然氣為原料，利用 銅基催化劑合成粗甲醇后再經(jīng)過三塔精憎合成純度更髙的甲醇。再通過査閱相關(guān)的精餾工藝資 料；在實習車間觀摩實際操作過程；并整合與精餡相關(guān)的文獻，從物料和熱量衡算，設(shè)備選型與 il算的角度，設(shè)計出符合生產(chǎn)要求的精憾工藝路線。 關(guān)鍵詞：甲醇；低壓法：精制：工段設(shè)汁 引言 甲醇在現(xiàn)代工業(yè)中占著及其重要的地位，他不僅僅是碳一化工的基本原料，而且 在無論是在化工、醫(yī)藥，還是在輕工紡織行業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用。甲醇用途廣泛，加 工后可以作為優(yōu)質(zhì)燃料

2、。其衍生物也用途廣泛，諸如屮醛、醋酸、氯甲烷等現(xiàn)代工業(yè) 的基礎(chǔ)產(chǎn)品都能通過甲醇的加工得到，現(xiàn)今，我國已有三十多種工業(yè)產(chǎn)品是通過甲醇 的一次加工得到的，同時，在市場需求的不斷擴張下，如何生產(chǎn)出高質(zhì)量、高純度的 甲醇產(chǎn)品，已經(jīng)影響到了每個甲醇生產(chǎn)企業(yè)的生存能力。 工藝原理： 造氣工段：使用二步造氣法 CH4+H2O （氣）-CO+3H2AH=-205.85kJ/mol CH4+O2CO2+2H2AH =+109.45kJ / mol CH4+7 Ch-CO+2H2AH =+35.6kJ / mol CH4+2H2-CO2+2H2OAH =+802.3kJ / mol 合成工段：魯奇低壓工藝法，在5

3、MPa,銅基催化劑條件下合成。 主反應(yīng)：CO+2H2CH3OH AH=+102.37kJ/mol 副反應(yīng)：2CO+4H2CH3（O）+H2O AH =+200.3kJ / mol CO+3H2CH4+H2OAH =+115.69kJ / mol 4CO+8H2C4H9OH+3H2OAH =+49.62kJ / mol CO2+H2-CO+H2OAH =-42.92kJ / mol(1) 因為除了(1)反應(yīng)之外，所有反應(yīng)都增加了反應(yīng)物CO的消耗，從反應(yīng)平衡的角度 考慮，必須抑制除(1)外所有副反應(yīng)的進行，以此增加CO反應(yīng)物的物質(zhì)的量，利于反 應(yīng)向合成甲醇方向進行，增加產(chǎn)率。 精鐳階段 新鮮氣循環(huán)

4、氣 圖1甲醇生產(chǎn)和精館過程流程 甲醇精憎的概述：采用精鐳的方法，山粗屮醇制成精屮醇，這整個過程稱作甲醇 的精憎。 甲醇精鐳方法的比較：工業(yè)上常用銅基催化劑合成粗屮醇的單塔精憎、銅基催化 劑合成粗甲醇的雙塔精鐳、銅基催化劑合成粗屮醇的三塔精憎三種方法。三種方法優(yōu) 缺點如下表國 表1三種塔的對比 項目 單塔精飾 雙塔精懈 三塔精憾 運行操作 運行簡單 運行相對簡單、穩(wěn)泄 運行比較復(fù)雜 相對于粗甲醇得到了 可以獲得比較優(yōu)質(zhì)的 可以得到高純度的精 產(chǎn)品質(zhì)量 很好的提高 精甲醇 甲醇 能量消耗很高，而且 相對于雙塔精惚節(jié)約 能量消耗 相對較低 熱能的利用率低 很多熱能 產(chǎn)品適合方向 獲得燃料級甲醇 可以

5、滿足下游產(chǎn)品生產(chǎn)對甲醇高純度的要求 2 綜上比較，本設(shè)計采用的精憎方法為三塔精憎。 預(yù)塔頂出料 預(yù)塔頂岀料 常壓塔出料 預(yù)塔釜出料 加壓釜出料 常壓塔岀料 圖2三塔精憎的工藝流程圖 1甲醇精餡過程物料平衡計算 1.1合成塔物料平衡計算 已知年產(chǎn)10萬噸甲醇，按每年330個工作日來計算 其中成品精甲醇中甲醇含量為99.95% 由此可知每小時精甲醇產(chǎn)量: = 12626.27 Kg/h 粗屮醇中各組分含量（魯奇工組分含量藝法）如下表 每小時粗屮醇產(chǎn)量: 12626.27x0.9995 0.934 = 13511.73 Kg/h 甲醇 以二甲醸 高級醇 高級烷炷 水 93.40% 0.42% 0.2

6、6% 0.32% 5.60% 表2粗甲醇中各組分含量 100000 x1000 330 x24 并且，根據(jù)表1可算得粗屮醇中各組分各自的含量為 表3甲醇中各組分含量 甲醇 以二甲瞇 高級醇 高級烷燒 水 12619.95 Kg/h 56.75 Kg/h 35.13 Kg/li 43.24 Kg/li 756.66 Kg/li 394.38 k mol/li 1.24 k mol/h 0.48 k mol/h 0.43 k mol/li 84.07 k mol/li 合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)為 主反應(yīng)：CO+2H2-CH3OH AH=+102.37kJ/mol(1) 副反應(yīng)：2CO+4H2CHm(O)

7、+H2O AH =+200.3kJ / mol(2) CO+3H2CH4+H2OAH=+115.69kJ / mol(3) 4CO+8H2-C4H9OH+3H2OAH =+49.62kJ / mol(4) CO2+H2CO+H2OAH =-42.92kJ / mol(5) 曲于在實際生產(chǎn)中測得每生產(chǎn)一噸粗甲醇會產(chǎn)生0.34 k mol甲烷，故甲烷每小時 生成量為0.34x27.02345=9.187 kmol/h, 147.008kg/h。由上述的五個主副反應(yīng)化學(xué)方 程式(1) (2) (3) (4) (5)可算得每生產(chǎn)一噸粗甲醇，(5)中C0逆變換生成水 84.07-0.86-0.95 x

8、3-2.47=77.89 k mol/h。 每一噸粗甲醇溶解在5Mpa, 40 C溶解其他組分查表得知表3 表4 5 Mpa, 40 9溶解組分 氣體 CO CO2 N2 Ar CH4 溶解量(mVt粗甲醇) 4.364 0.815 7.780 0.365 0.243 1.680 已知每小時生產(chǎn)粗甲醇質(zhì)量13.51t 表5每一噸粗甲醇溶解其他氣體的量 氣體 h2 CO CO2 n2 Ar ch4 溶解量(皿外) 60. 82 11.36 108. 42 5. 09 3. 39 23.41 溶解量(kmol/h) 2. 72 0.51 4. 84 0. 23 0. 15 1.05 12粗甲醇擴散

9、損失 在40C時，液體甲醇蒸發(fā)氣化的溶解氣中含有37. 014kg/ m3屮醇，假設(shè)，減壓 后，除了二甲醸之外的其他氣體全部釋放出，則甲醇擴散損失： G= (60.82+11.36+10/c/?/=0.3354x 103 PaS 則：二如 QXf+“ 2 (1兇) =0.325 x 103x 0.437+0.3354x IO 3x (1-0.437) =0.3309x10-3 PaS “ a =0.3309x 103x3.310=1.0973x IO3 PaS 根據(jù)化工原理查板效率與“a關(guān)聯(lián)圖得：N=15.05 板效率：E=49*(c?/)-25 =0.464 實際板數(shù)為：=34.85塊 0.

10、464 表22設(shè)備一覽表 序號 名稱 型號規(guī)格 臺數(shù) 1 甲醇合成塔 F=346.9 L=6000 1 2 預(yù)精餾塔 列管：032x2.5 1 L=8000 3 加壓精懈塔 0 2800mm 1 L=7200mm 4 常壓精懈塔 0 2400mm 1 H=8000mm 5 閃蒸槽 0 3000mm 1 H=8000mm 參考文獻 1 李鎮(zhèn)蓉中氮肥M.成都:全國中氮情報協(xié)作組,1993.04（2）;78-81 2 孟路.石油和化工節(jié)能M.北京:中國化工技能技術(shù)協(xié)會,2010.02 3 郭廷亮河南化工河南:河南省化工研究所,1998.08 41王志輝中氮肥M.成都:全國中氮情報協(xié)作組,1999.0

11、2.（1）:63-65 5房鼎業(yè)等.甲醇生產(chǎn)技術(shù)及進展.上海;化工學(xué)院出版社,1990 宋維端 等.甲醇工學(xué).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1991 7 國家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計院化工工藝設(shè)il手冊第二版（上、下）.北京:化學(xué)工業(yè)出版 社,1996 8 天津大學(xué)化工原理教研室.化工原理（上、下）.天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,1994 9 天津大學(xué)物理化學(xué)教研室物理化學(xué)（上、下）.北京:高等教冇出版社991 10 Robert H.Williams Eric D. Larson.Reproduced with permission from Energy for Sustainable Developm

12、entfJ）. 2003,12,103105 致謝 經(jīng)過兒個多月的努力，本次設(shè)計即將完成，在此，我要特別感謝王業(yè)保工程師、 周丹紅老師，兒個月來的關(guān)心與幫助，從設(shè)計的開題一直到論文的撰寫，老師一直都 為我解答著各種難題，老師以她負責任的態(tài)度和嚴謹?shù)闹螌W(xué)風格，讓我們深感折服， 尤其是在設(shè)計中途，面對繁雜的數(shù)據(jù)，理不清頭緒的時候，正是老師耐心的講解和分 析，讓我擺脫困境，最終順利將設(shè)計完成。在她的指導(dǎo)下，我不僅僅是完成了一篇設(shè) 計，同時也是對我人生的一次挑戰(zhàn)，長達三個月的設(shè)計過程，鍛煉了我的意志力和分 析能力，使我能更從容的面對以后生活中的挑戰(zhàn)。 同時，這次設(shè)計的完成，也離不開同學(xué)的幫助，在與同學(xué)的交流中