年產萬噸甲醇裝置的AspenPlus模擬及工藝設計

1、年產8萬噸甲醇裝置的AspenPlus模擬及工藝設計畢業(yè)設計（論文）內容：1、工藝流程設計2、物能衡算3、設備計算4、物料流程圖畢業(yè)設計（論文）專題部分：甲醇合成反應器預精餾塔指導教師：教研室主任：院長：簽字簽字簽字年年年月月月日日日i內容摘要本文是對年產8萬噸甲醇裝置的Aspen模擬及工藝設計。本設計依據錦西天燃氣有限責任公司甲醇生產工段的工藝過程，在實際生產理論的基礎上，制定合理可行的設計方案。本文主要闡述了甲醇在國民經濟中的地位和作用、工業(yè)生產方法、生產原理、工藝流程。采用Aspen對主要設備如：混合器、反應器、閃蒸塔、換熱器、精餾塔等進行物料衡算，對甲醇反應器，進料-產品第一換熱器，冷

2、卻器等六個設備進行熱量衡算，并對甲醇反應器和換熱器進行設備計算。并使用CAD繪制相應的工藝流程圖。最后對此工藝過程的安全及環(huán)保問題做了簡要說明。關鍵詞：甲醇；Aspen模擬；工藝設計；反應器；精餾塔；iiAbstractInthispaper,Thisisanupdateto80,000t/Aspensimulationofmethanolplantandprocessdesign.ThisdesignwasbasedonJinxinaturalgasCorporationLimitedsectionpetrochemicalethyleneplantofmethanolproductionp

3、rocess,intheoryonthebasisofactualproduction,developreasonablefeasibledesign.Thisarticlemainlyonthestatusandroleofmethanolinthenationaleconomy,industrialproductionmethod,principle,technologicalprocessofproduction.Aspenonmajorequipmentsuchas:flashingTower,mixers,reactors,heatexchangers,distillation,su

4、chasmaterialbalance,onmethanolreactor,feed-productofthefirstheatexchanger,coolerheatsixdevicessuchasaccountancy,anddeviceevaluationmethanolreactorandheatexchangers.AndusingCADdrawingtheflowchart.Inthelast,makeashortilluminationfortheproblemofsecurityandenvironmentalist.Keywords:Methanol;Aspensimulat

5、ion;design;reactor;rectify;iii目錄內容摘要iAbstractii目錄iii1文獻綜述11.1甲醇在國民經濟中的地位和作用11.2甲醇在國內外的發(fā)展動向11.2.1生產技術11.2.2技術發(fā)展動向11.3甲醇的市場需求狀況22工藝概述的.32.1甲醇性質32.1.1甲醇的物理性質32.1.2甲醇的化學性質32.2生產方法的評述及選擇32.2.1高壓法32.2.2低壓法42.2.3中壓法42.3合成甲醇催化劑的種類及性能.42.3.1幾種國外催化劑種類及性能.42.3.2幾種國內催化劑的性狀.52.4甲醇的生產原理62.4.1合成反應原理.62.4.2精餾工藝原理.7

6、2.5工藝流程描述73物能衡算83.1物性數(shù)據83.2設計依據83.3Aspen模擬循環(huán)系統(tǒng)的物料衡算83.3.1進料組分的摩爾百分數(shù)83.3.2Aspen模擬工藝流程圖的設備一覽表9表3.3合成甲醇裝置的Aspen的模擬設備統(tǒng)計表93.3.3Aspen模擬工藝流程的數(shù)據衡算表114設備計算204.1反應器R301204.1.1反應器設計依據204.1.2反應器的計算依據204.1.3反應器R301224.1.4反應器的設計Aspen模擬流程圖224.1.5反應器的設計和靈敏度分析234.2換熱器的設計28iv4.2.1換熱器設計概述284.2.2管殼式換熱器的簡介294.2.3換熱器E302

7、304.3精餾塔塔T401344.3.1精餾塔的設計依據344.3.2精餾塔的設計的Aspen的模擬流程圖354.3.3精餾塔T401的設計和靈敏度的分析354.3.4精餾塔設計395設計結論485.1設計結論485.2安全問題的設計485.3三廢處理485.4廠址的選擇49致謝51參考文獻52附錄53沈陽化工大學學士學位論文1文獻綜述11文獻綜述1.1甲醇在國民經濟中的地位和作用甲醇，又名：木精、木酒精；英文名：Methanol；分子式CH3OH；分子量：32；是一種無色、易燃、易揮發(fā)的有度液體，常溫下對金屬無腐蝕性（鉛、鋁除外），略有酒精氣味。甲醇是多種有機產品的基本原料和重要溶劑，是基礎

8、的有機化工原料和優(yōu)質燃料。廣泛應用有機合成、燃料、醫(yī)藥、涂料和國防等工業(yè)。甲醇可用來制造甲醛、醋酸、氯甲烷、硫酸二甲酯等多種有機產品。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。甲醇和氨反應可以制造一甲胺。在國民經濟發(fā)展中具有重要的地位和作用。1.2甲醇在國內外的發(fā)展動向1.2.1生產技術1661年，德國的RobertBoyle發(fā)現(xiàn)焦木酸中含有一種“中性物質”，稱其為木精“WoodAlcohol”。1734年，Damds和Peligt從焦木酸中分離出甲醇，并測定了甲醇的相對分子質量。1857年，Berthelot用氯甲烷在堿性溶液中水解首次通過化學方法合成了甲醇。甲醇的大規(guī)模工業(yè)化生

9、產是從20世紀20年代高壓法合成甲醇的工業(yè)實現(xiàn)開始的。1913年，德國BASF公司在其髙壓合成氨的實驗裝置上進行了CO和H2合成含氧化合物的研究，并于1923年在德國Leuna建成了世界上第一座年產3000t合成甲醇的生產裝置，并成功投產。1927年，美國CommericalSolvent公司建成了世界第一座利用C02和H2合成甲醇的工業(yè)裝置，并投入工業(yè)生產。1.2.2技術發(fā)展動向髙壓法合成甲醇工業(yè)投資大，生產成本髙。為此世界各國都在探求能夠降低合成壓力的工業(yè)生產方法。英國ICI公司和德國Lurgi公司分別成功的研制出中低壓甲醇合成催化劑，降低了反應壓力，促進了甲醇生產的髙速發(fā)展。1966年，

10、ICI公司使用Cu-Zn-Al氧化物催化劑，成功實現(xiàn)了操作壓力為5MPa的CO和H2合成甲醇的生產沈陽化工大學學士學位論文1文獻綜述2工藝，該過程稱為ICI低壓法。1972年，ICI公又成功實現(xiàn)了10MPa的中壓甲醇合成工藝。1970年，德國Lirgi公司采用Cu-Zn-Mn或Cu-Zn-Mn-V，Cu-Zn-Al-V氧化物銅基催化劑，成功地建成了年產4000t甲醇的低壓生產裝置，該法稱為Lurgi低壓法。與此同時，世界其他化學公司也競相開發(fā)自己的中低壓甲醇合成工藝，建立甲醇合成置，但ICI和Lurgi中低壓法合成工藝是普遍采用的合成技術。甲醇的制備是一個多相反應過程，還發(fā)生生成烴、高碳醇、醚

11、、醛、酯及單質碳等一系列副反應。我國甲醇生產主要是以煤炭為原料，生產的主要方法是合成法。較早的甲醇合成采用高壓合成工藝，由于操作壓力高、動力消耗大、設備復雜、產品質量差等缺點，現(xiàn)已逐步被淘汰。目前大都采用（中）低壓工藝來合成甲醇。1.3甲醇的市場需求狀況我國甲醇生產已有40年的歷史，目前已形成390萬t/a的生產能力，生產企業(yè)有200多家。2002年我國甲醇產量達到210.95萬t,表觀消費量為390.0萬t,自給率為54%。但由于單套裝置能力較小、經濟技術水平落后，使得產品成本高，企業(yè)效益差。萬噸級以上的廠家只有幾十家，十萬噸級以上規(guī)模的就更少。隨著國內甲醇消費市場走強，生產能力、產量、表觀

12、消費量大幅增加，進口量也逐年提高，各企業(yè)看好甲醇市場，紛紛準備新建或擴建甲醇項目。其中較大的有海南60萬t/a、四川（瀘天化）40萬t/a、山東30萬t/a、山西（長治）20萬t/a、陜西（韓城）20萬t/a，內蒙（蘇格里）18萬t/a等，若這些裝置全部按計劃投產，屆時我國甲醇生產能力將達到500萬t/a，由于中小裝置及能耗高、效益差的裝置不斷關閉，預計實際有效產能約為400萬t/a?，F(xiàn)已有多家以煤或天然氣為原料的甲醇項目在籌建之中。沈陽化工大學學士學位論文2工藝概述32工藝概述2.1甲醇的性質2.1.1甲醇的物理性質甲醇，又名：木精、木酒精；英文名：Methanol；分子式CH3OH；分子量

13、：32,相對密度0.792(20/41),熔點-97.81，沸點64.5C，燃燒熱725.76KJ/mol，閃點12.22C，自燃點463.89C,蒸氣密度1.11，蒸汽壓13.33KPa(100mmHg21.2C)，蒸氣與空氣混合物爆炸極限636.5%(體積比)，能與水、乙醇、乙醚、苯、酮、鹵代烴和許多其他有機溶劑相混溶，但是不與石油醚混溶，遇熱、明火或氧化劑易燃燒。揮發(fā)途中也會使物體油漆表面遭腐蝕。2.1.2甲醇的化學性質甲醇含有一個甲基與一個羥基，是最簡單的飽和脂肪醇，具有脂肪醇的化學性質，即可進行氧化、酯化、羰基化、胺化、脫水等反應。甲醇可以與一系列物質反應，所以甲醇在工業(yè)上有著十分廣

14、泛的應用。甲醇裂解產生C0和H2,是制備C0和H2的重要化學方法。甲醇在電解銀催化劑上可被空氣氧化成甲醛，是重要的工業(yè)制備甲醛的方法。甲醇可與多無機酸和有機酸發(fā)生脂化反應。甲醇和光氣發(fā)生羰基化反應生成氯甲酸甲酯。在壓力520MPa，溫度370420C下，以活性氧化鋁或分子篩作催化劑，甲醇和胺發(fā)生反應生成一甲胺、二甲胺和三甲胺的混合物，經精餾分離可得一甲胺、二甲胺和三甲胺產品。甲醇在髙溫和酸性催化劑如ZSM-5,Y-A1203作用下分子間脫水生成二甲醚等。2.2生產方法的評述及選擇用天然氣制甲醇高壓法、中壓法、低壓法三種方法。2.2.1髙壓法髙壓工藝流程一般指的是使用鋅鉻催化劑,在300400C

15、,30MPa髙溫髙壓下合成甲醇的過程。自從1923年第一次用這種方法合成甲醇成功后,差不多有50年的時間,世界上合成甲醇生產都沿用這種方法,僅在設計上有某些細節(jié)不同,例如甲醇合成沈陽化工大學學士學位論文2工藝概述4塔內移熱的方法有冷管型連續(xù)換熱式和冷激型多段換熱式兩大類,反應氣體流動的方式有軸向和徑向或者二者兼有的混合型式,有副產蒸汽和不副產蒸汽的流程等.近幾年來,我國開發(fā)了25-27MPa壓力下在銅基催化劑上合成甲醇的技術，出口氣體中甲醇含量4%左右，反應溫度230-2901巾5.4?0?63.6mm圓柱形顆粒，堆密度為1.31.3kg/L；操作溫度2102701,操作壓力可低于6.2Mpa

16、。由于該催化劑毒物敏感，因此要求合成氣中不含硫化物（小于0.06ml/mm3）,沈陽化工大學學士學位論文2工藝概述5氯化物，重金屬（鐵銹），堿金屬及砷。催化劑的空時甲醇產率為0.30.4t/（m3h），壽命在兩年以上，一般可達到4年。2Tops巾eMK-101型甲醇合成催化劑該催化劑具有髙活性，髙選擇性，髙穩(wěn)定性的特點，進口溫度為2201，經兩年操作，活性保持穩(wěn)定。引起催化劑選擇性惡化的條件為髙溫，髙壓，髙C0/H2比，髙C0/C02比，低空速。該催化劑具有活性髙，選擇性髙（副產物低），強度髙，允許合成器組成范圍寬，穩(wěn)定性好，活性下降緩慢，低溫活性好，達到同樣空時產量的操作溫度比一般催化劑低等

17、特點。要求操作壓力為5150Mpa,溫度200300C。3德國南方化學集團G79-7GL甲醇合成催化劑該催化劑是與齊魯公司大型甲醇裝置配套的甲醇合成催化劑，催化劑特點：活性髙，在230C條件時具有髙活性，時空收率大于2.3Nm3/（m3h）；使用壽命長（4年以上）；副反應小，粗甲醇中雜質少；抗側壓強度髙，不易粉碎；還原后收縮率低小于3%；抗毒能力強。催化劑效果：單程轉化率髙；循環(huán)比小（小于2）；出口甲醇濃度髙，12%14%（V）；甲醇產率髙；碳轉化率髙（大于99%）；能源與原料消耗低；催化劑用量少，為傳統(tǒng)的50%。2.3.2幾種國內催化劑的性狀1C207型銅基催化劑該催化劑主要用于1013Mp

18、a下的聯(lián)醇生產，也可以用于2530Mpa下的甲醇合成。該催化劑為銅、鋅、鋁的氧化物，易吸潮及吸收空氣中的硫化物，應密封貯存。其使用溫度范圍2353151,最佳使用溫度范圍為2402701。2.C301型銅基催化劑該催化劑外觀為黑色光澤圓柱體，粒徑為巾5mm?0?65mm，顆粒密度3.63g/ml,使用溫度范圍為2302851。表2.1C301催化劑參數(shù)性能表溫度/C壓力/Mpa型狀規(guī)格一直徑/m規(guī)格一髙/m顆粒當量直徑/m顆粒密度/kg/m3孔隙率堆積密度/kg/m3空速/h230-2855圓柱體0.0050.0050.00306236300.51650100003C303型銅基催化劑沈陽化工

19、大學學士學位論文2工藝概述6該催化劑是Cu-Zn-Cr型低溫甲醇催化劑。外觀為棕黑色圓柱狀巾4.5mm?0?64.5mm顆粒，顆粒密度為2.0-2.2kg/L。本設計采用國產C301型銅基催化劑。2.4甲醇的生產原理2.4.1合成反應原理甲醇合成是在5.0MPa壓力下，在催化劑的作用下，氣體中的一氧化碳、二氧化碳與氫反應生成甲醇，基本反應式為：24222422262242223422OHCHCOOHOCHHCOOHOHCHCO0CHHCO以銅為主體的銅基催化劑，對于甲醇合成具有極髙的選擇性，而且在不太髙的壓力及溫度下，要求合成氣的凈化要徹底，否則其活性將很快喪失，它的耐熱性也較差，要求維持催化

20、劑在最佳的穩(wěn)定的溫度下操作。銅基催化劑一般可在210-280C下操作，視催化劑的型號及反應器型式不同，其最佳操作溫度范圍與略有不同。管殼式反應器的最佳操作溫度在230-260C之間。在銅基催化劑上合成甲醇，合適的操作壓力是5.010.0MPa,對于合成氣中二氧化碳較髙的情況，壓力的提高對提高反應速度有比較明顯的效果。合成氣的成份對甲醇合成反應的影響較大，由前述反應式可見，要降低能耗，應采用適量的二氧化碳濃度的合成氣，若合成氣中二氧化碳含量過高，會加重精餾工序的負擔并增加了能耗，但二氧化碳含量太低，會導致催化劑活性和轉化率過低。理論的合成新鮮氣成份，應滿足以下比值：氫碳比f=(H2-C02)/(

21、C0+C02)=2.05,實際操作中氫碳比應適當增大，大約在2.052.15之間?？账僖话憧刂圃?00010000h-1左右。甲醇合成是強烈的放熱反應，必須在反應過程中不斷的將熱量移走，反應才能正常進行，管殼式反應器利用管子與殼體間副產中壓蒸汽來移走熱量，這樣，合成反應適宜的溫度條件維持就幾乎全依賴于副產品中壓蒸汽壓力操作的正常與穩(wěn)定。精甲醇的精餾過程是利用粗甲醇中各組分的揮發(fā)度不同，而且不形成共沸物。利用多次部分汽化和部分冷凝的方法，以達到完全分離各組分的目的。沈陽化工大學學士學位論文2工藝概述72.4.2精餾工藝原理從合成工段出來的粗甲醇物料，經過初步的分離，進入精餾工段。本設計選用的是雙

22、塔精餾工藝。在雙塔流程中，物料先以飽和液體的狀態(tài)進入第一個塔，一般稱為預精餾塔，塔頂分離出的主要成分為甲酸甲酯、CO、CO2等的輕組分，塔底組成一般為甲醇和水的混合物。隨后，物料再經過第二塔，稱為主精餾塔，分離產品和工藝廢液。預精餾塔的主要任務是分離從上一工段未分離完全的輕組分，降低主精餾塔的分離負荷。而主精餾塔的主要的任務就是分離甲醇和水，回收物料中的重醇(主要是乙醇)。產品甲醇的純度在99%以上。2.5工藝流程描述由外界來的2.7MPa天然氣混合物首先從1進入天然氣壓縮機C201A,在加壓到3.5Mpa，然后與循環(huán)氣26混合進入M201混合器，再一次進入天然氣壓縮機C201B，加壓至5.4

23、MPa,然后經過E301A的加熱，使原料氣的溫度升髙到2001，壓力為5.35Mpa，后進入R301反應器反應，這時由于選的催化劑是C301,而其的溫度范圍為2301到2851,故這時的反應器的溫度設置為2301,出來的混合氣體經過E301B冷凝器使其溫度降為1021，壓力為5.15Mpa，為了在閃蒸塔里能夠更好的閃蒸，在這之前在加入冷凝器E302使溫度降為401，壓力5.1Mpa，冷凝后的混合氣體經過閃蒸塔V301,在壓力為5Mpa下閃蒸，這時會有一部分混合物循環(huán)，循環(huán)氣經過物料10在分離器M202中分離，這時分離器的回流比為0.6165，而大部分混合物料經過物料11送入后續(xù)精餾部分，在進入

24、之前，混合氣體經過換熱器E401的換熱，使溫度為601,壓力為0.17Mpa,這時的混合氣體就開始進入精餾部分，于是混合氣體通過精餾塔T401這時的重組分主要是甲醇而輕組分主要是甲酸甲酯，故經過T401主要是分離出甲酸甲酯，這時可以塔頂?shù)膲毫?.16Mpa,塔釜的壓力為0.18Mpa，精餾后的混合物，輕組分則通過物料15而進行處理，分離的重組分則經過混合物料16由泵P401打入下一個精餾塔T402,進一步的精餾，這時的輕組分為甲醇，重組分則是水，故可以得到精制的甲醇。沈陽化工大學學士學位論文3物能橫算83物能衡算3.1物性數(shù)據表3.1物性數(shù)據表序號組分分子式分子量常壓沸點C1氮氣N228.0

25、134-195.82氬氣Ar39.9480-185.873氧氣O231.9988-182.984甲烷CH416.0423-162.155乙烯C2H428.0530-103.716乙烷C2H630.0688-88.67二氧碳CO244.0095-78.458環(huán)氧烷C2H4O44.052410.49乙醛CH3CHO44.052420.410水H2O18.015210011乙二醇C2H6O262.0676197.33.2設計依據1設計任務：年產8萬噸甲醇裝置的Aspen模擬及工藝設計；2.年工作時間：300天；3.CO單程轉化率：34.8%CO2單程轉化率：12.09%。3.3Aspen模擬循環(huán)系統(tǒng)

26、的物料衡算3.3.1進料組分的摩爾百分數(shù)表3.2原料氣的摩爾組成組分COCO2H2CH4N2ArH2OCH40C2H4O2C2H60摩爾百分數(shù)0.16590.09240.69230.03960.00630.00020.0033沈陽化工大學學士學位論文3物能橫算93.3.2Aspen模擬工藝流程圖的設備一覽表表3.3合成甲醇裝置的Aspen的模擬設備統(tǒng)計表序號設備代號設備參數(shù)1C201A壓縮機型號：等熵壓力：3.5MPa2C201B壓縮機型號：等熵壓力：5.4MPa3E301A換熱器溫度：2001壓力：5.35MPa4E301B換熱器溫度：102C壓力：5.15MPa5R301反應器溫度：230

27、C壓力：5.15MPa6E302換熱器溫度：40C壓力：5.1MPa7V301閃蒸塔壓力：5MPa8V302閃蒸塔溫度：40C壓力：0.5MPa9B1混合器溫度:0C壓力:0MPa10B2分離器回流比：0.0811E401換熱器溫度：60C壓力：0.17MPa12T401精餾塔mRR:1.8輕關鍵組分:甲酸甲脂:0.99999重關鍵組分:甲醇:0.000526壓力:塔頂:0.16Mpa塔釜:0.18Mpa分離方式：部分13T402精餾塔mRR:1.8輕關鍵組分：甲醇：0.99999重關鍵組分：水：0.0005壓力：塔頂：0.16Mpa塔釜：0.2Mpa分離方式：部分14P404泵壓力：0.27

28、Mpa沈陽化工大學學士學位論文3物能橫算10C210A12C210B3M2014R30157E3028911V302E401V301101314T401P4041516T402171819M202252612E301圖31天然氣合成甲醇工藝流程圖C201A:原料氣壓縮機；M201：混合器；C201B：反應氣壓縮機；E301A：反應氣加熱器；R301：甲醇合成器；E301B:氣體冷卻器；E302：二次冷卻器；V301：粗產品分離器；M202:放空閥；V302：CO2分離器；E401:換熱器；T401：輕組分分離塔；T402：粗甲醇精餾塔沈陽化工大學學士學位論文3物能橫算113.3.3Aspen模

29、擬工藝流程的數(shù)據衡算表表3.4進料工段物料衡算表項目物流號1234組分新鮮原料原料壓縮氣混合氣預反應氣質量摩爾質量摩爾質量摩爾質量摩爾流量（kg/hr）百分比（）流量（kmol/hr）百分比（）流量（kg/hr）百分比（%）流量（kmol/hr）百分比（%）流量（kg/hr）百分比（%）流量（kmol/hr）百分比（%）流量（kg/hr）百分比（%）流量（kmol/hr）百分比（）CO13940.7800.423497.7000.16613940.7800.423497.7000.16623267.9600.358830.6900.14023267.9600.358830.6900.140CO

30、212199.5200.370277.2000.09212199.5200.370277.2000.09226153.1600.402594.2580.10026153.1600.402594.2580.100H24186.7810.1272076.9000.6924186.7810.1272076.9000.6928335.1480.1284134.7440.6958335.1480.1284134.7440.695CH41905.8800.058118.8000.0401905.8800.058118.8000.0404952.9830.076308.7360.0520.076308.73

31、60.052N2529.4550.01618.9000.006529.4550.01618.9000.0061378.9570.02149.2250.0081378.9570.02149.2250.008AR23.9690.0010.6000.00023.9690.0010.6000.00062.3800.0011.5620.00062.3800.0011.5620.000CH4O0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000696.1160.01121.7250.004696.1160.01121.7250.004H2O178.3510.0059.9000.

32、003178.3510.0059.9000.003204.7590.00311.3660.002204.7590.00311.3660.002C2H6O0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.4090.0000.0090.0000.4090.0000.0090.000C2H4O20.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0005.3980.0000.0900.0005.3980.0000.0900.000總計32964.73013000.000132964.73013000.000165057.2715952.4041

33、65057.2715952.4041沈陽化工大學學士學位論文3物能橫算12表3.5反應工段物料衡算表項目物流號5789組分反應氣反應器出口氣冷卻后的反應氣初分離氣質量摩爾質量摩爾質量摩爾質量摩爾流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)CO23267.9600.358830.6900.14015146.2800.233540.7380.10315146.2800.233540.738

34、0.10315146.2800.233540.7380.103CO226153.1600.402594.2580.10022991.2500.353522.4120.10022991.2500.353522.4120.10022991.2500.353522.4120.100H28335.1480.1284134.7440.6956732.4700.1033339.7180.6396732.4700.1033339.7180.6396732.4700.1033339.7180.639CH44952.9830.076308.7360.0520.076308.7360.0594952.9830.0

35、76308.7360.0590.076308.7360.059N21378.9570.02149.2250.0081378.9570.02149.2250.0091378.9570.02149.2250.0091378.9570.02149.2250.009AR62.3800.0011.5620.00062.3800.0011.5620.00062.3800.0011.5620.00062.3800.0011.5620.000CH4O696.1160.01121.7250.00412260.9600.188382.6510.07312260.9600.188382.6510.07312260.

36、9600.188382.6510.073H2O204.7590.00311.3660.0021503.1960.02383.4400.0161503.1960.02383.4400.0161503.1960.02383.4400.016C2H6O0.4090.0000.0090.00010.9330.0000.2370.00010.9330.0000.2370.00010.9330.0000.2370.000C2H4O25.3980.0000.0900.00017.8700.0000.2980.00017.8700.0000.2980.00017.8700.0000.2980.000總計650

37、57.27015952.404165057.27015229.016165057.27015229.016165057.27015229.0161沈陽化工大學學士學位論文3物能橫算13表3.6循環(huán)工段物料衡算表項目物流號10262511組分初分離氣循環(huán)氣放空氣冷凝液質量摩爾質量摩爾質量摩爾質量摩爾流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)CO15128.2600.291540.094

38、0.1139327.1790.291332.9900.1135801.6880.291207.1260.11318.0150.0010.6430.001CO222631.6900.435514.2420.10713953.6500.435317.0580.1078679.2540.435197.2120.107359.5550.0288.1700.019H26728.3400.1293337.6690.6974148.3670.1292057.8440.6972580.3180.1291279.9960.6974.1300.0002.0490.005CH44942.0900.095308.05

39、70.0643047.1030.095189.9360.0641895.2920.095118.1400.06410.8920.0010.6790.002N21377.8060.02649.1840.010849.5020.02630.3250.010528.3890.02618.8620.0101.1510.0000.0410.000AR62.2990.0011.5600.00038.4110.0010.9620.00023.8920.0010.5980.0000.0810.0000.0020.000CH4O1129.0460.02235.2360.007696.1160.02221.725

40、0.007432.9890.02213.5130.00711131.9100.856347.4150.789H2O42.8310.0012.3770.00026.4080.0011.4660.00016.4260.0010.9120.0001460.3650.11281.0630.184C2H6O0.6640.0000.0140.0000.4090.0000.0090.0000.2550.0000.0060.00010.2690.0010.2230.001C2H4O28.7560.0000.1460.0005.3980.0000.0900.0003.3580.0000.0560.0009.11

41、40.0010.1520.000總計52051.78014788.580132092.54012952.404119961.86011836.420113005.4901440.4361沈陽化工大學學士學位論文3熱量衡算14表3.7凈化工段物料衡算表項目物流號12131415組分二次放空氣粗產品預分離氣輕組分氣體質量摩爾質量摩爾質量摩爾質量摩爾流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比

42、(%)CO16.6920.0770.5960.0791.3230.0000.0470.0001.3230.0000.0470.0001.3230.0060.0470.010CO2169.6430.7843.8550.511189.9130.0154.3150.010189.9130.0154.3150.010189.9130.9144.3150.887H23.9750.0181.9720.2610.1560.0000.0770.0000.1560.0000.0770.0000.1560.0010.0770.016CH49.4730.0440.5900.0781.4190.0000.0880.0

43、001.4190.0000.0880.0001.4190.0070.0880.018N21.0910.0050.0390.0050.0600.0000.0020.0000.0600.0000.0020.0000.0600.0000.0020.000AR0.0750.0000.0020.0000.0060.0000.0000.0000.0060.0000.0000.0000.0060.0000.0000.000CH4O14.6430.0680.4570.06111117.2700.869346.9580.80111117.2700.869346.9580.8015.8480.0280.1820.

44、038H2O0.5660.0030.0310.0041459.7990.11481.0310.1871459.7990.11481.0310.1870.0000.0000.0000.000C2H6O0.0080.0000.0000.00010.2610.0010.2230.00110.2610.0010.2230.0010.0000.0000.0000.000C2H4O20.1090.0010.0020.0009.0050.0010.1500.0009.0050.0010.1500.0009.0050.0430.1500.031總216.27317.544112789.2101432.8921

45、12789.2101432.8921207.72914.8631沈陽化工大學學士學位論文3熱量衡算15表3.8精餾工段物料衡算表項目物流號16171819組分粗甲醇預精餾氣產品廢液質量摩爾質量摩爾質量摩爾質量摩爾流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)流量(kg/hr)百分比(%)流量(kmol/hr)百分比(%)CO0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.00

46、00.0000.0000.000CO20.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000H20.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000CH40.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000N20.0000.0000.0000.0000.0000.0000.00

47、00.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000AR0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000CH4O11111.4200.883346.7750.81011111.4200.883346.7750.81011111.4200.883346.7720.9990.1110.0000.0030.000H2O1459.7990.11681.0310.1891459.7990.11681.0310.1891459.7990.1160.0410

48、.0001459.0691.00080.9911.000C2H6O10.2610.0010.2230.00110.2610.0010.2230.00110.2610.0010.2230.0010.0010.0000.0000.000C2H4O20.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000總12581.4801428.029112581.4801428.029111122.3001347.03511459.181180.9941沈陽化工大學學士學位論文3熱量衡算16表3.9物料衡算

49、統(tǒng)計表組分19過T402蒸出來的物料20過T401重的物料摩爾流量kmol/h摩爾流率質量流量kg/h質量流率摩爾流量kmol/h摩爾流率質量流量kg/h質量流率COCO2H2CH4N2ArCH4O260.0800.99958333.5270.99920.00260.00000.08330.0000H2O0.00090.00000.01700.000094.40161.00001700.6710.9999C2H4O20.00000.00000.00010.00000.00000.00000.00000.0000C2H6O0.13650.00056.28760.00080.00000.00000

50、.00220.0000總流量kmol/hr260.217594.4042總流量kg/hr8339.83201700.7570T/C76.6274120.2666P/MPa0.16000.2000密度kmol/cum0.056149.7610密度kg/cum1.7989896.4779沈陽化工大學學士學位論文3熱量衡算17表3.10全流程熱量衡算表項目物流號12345789102625111213141516171819溫度C40.00071.92755.600112.700200.000230.000102.00040.00039.89339.89339.89339.89340.00040.0

51、0060.0007.10983.13783.18576.634116.962壓力MPa2.7003.5003.5005.4005.3505.1545.1505.1005.0005.0005.0005.0000.5000.5000.1700.1600.1800.2700.1600.180焓值kJ/kmol5804157059588925711854342670607204376489607546075460754247570228456247835245305370774241462241455198756278774熵值J/kmol-K6364.2105557.25410500.0969185

52、.9282622.60711036.23122657.27535329.35418728.11718728.09218728.117214233.406666.200216943.90209249.0010763.481204852.170204842.41126298.660142665.12密度kg/cum11.30413.24513.84518.04814.58615.14320.74426.06620.59420.59420.594788.7315.564793.169108.4092.963737.184737.1211.799900.071沈陽化工大學學士學位論文3熱量衡算18表3

53、.11原料消耗一覽表組分輸入原料氣輸出原料氣摩爾流量kmol/hr摩爾流率質量流量kg/hr質量流率摩爾流量kmol/hr摩爾流率質量流量kg/hr質量流率CO497.70.16613940.7800.4230.0000.0000.0000.000CO2277.20.09212199.5200.3700.0000.0000.0000.000H22076.90.6924186.7810.1270.0000.0000.0000.000CH4118.80.0401905.8800.0580.0000.0000.0000.000N218.90.006529.4550.0160.0000.0000.00

54、00.000Ar0.60.00023.9690.0010.0000.0000.0000.000CH4O00.0000.0000.000346.7720.99911111.420.883H2O9.90.003178.3510.0050.0410.0001459.7990.116C2H4O200.0000.0000.0000.2230.00110.2610.001C2H6O00.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000總流量kmol/hr3000347.0348總流量kg/hr32964.7311122.3T/C4076.6274P/MPa2.70.1600密度kmol/

55、cum1.02880.0561密度kg/cum11.30421.79889沈陽化工大學學士學位論文3熱量衡算19表3.12排放一覽表組分輸入的原料氣輸出的物料分離器M201排放物料閃蒸罐V302排放物料精餾塔T401排放物料精餾塔T402排放物料精餾塔T402產出產品摩爾流量kmol/hr質量流量kg/hr摩爾流量kmol/hr質量流量kg/hr摩爾流量kmol/hr質量流量kg/hr摩爾流量kmol/hr質量流量kg/hr摩爾流量kmol/hr質量流量kg/hr摩爾流量kmol/hr質量流量kg/hrCO497.713940.780207.1265801.6880.59616.6920.04

56、71.3230.0000.0000.0000.000CO2277.212199.520197.2128679.2543.855169.6434.315189.9130.0000.0000.0000.000H22076.94186.7811279.9962580.3181.9723.9750.0770.1560.0000.0000.0000.000CH4118.81905.880118.1401895.2920.5909.4730.0881.4190.0000.0000.0000.000N218.9529.45518.862528.3890.0391.0910.0020.0600.0000.00

57、00.0000.000Ar0.623.9690.59823.8920.0020.0750.0000.0060.0000.0000.0000.000CH4O00.00013.513432.9890.45714.6430.1825.8480.0030.111346.77211111.42H2O9.9178.3510.91216.4260.0310.5660.0000.00080.9911459.0690.0411459.799C2H4O200.0000.0060.2550.0000.0080.0000.0000.0000.0010.22310.261C2H6O00.0000.0563.3580.0

58、020.1090.1509.0050.0000.0000.0000.000總流量kmol/hr30001836.427.54404.862880.9941347.0348總流量kg/hr32964.7319961.86216.2734207.72911459.181011122.3000T/C4039.8932840.00007.1090116.962276.6335P/MPa2.75.00000.50000.16000.18000.1600密度kmol/cum1.028761.894560.19410.069449.95980.0561密度kg/cum11.3042420.592875.56

59、412.9634900.07091.7989沈陽化工大學學士學位論文4設備計算204設備計算4.1反應器R3014.1.1反應器設計依據1催化劑的選擇本次化工設計選擇的催化劑是國內催化劑C301,該催化劑是由南京化工研究院研制，在上海吳涇化工廠以石腦油為原料年產8萬噸的甲醇裝置上，經高壓下使用，取的良好的效果。如某批號的該催化劑含CuO58.01%,ZnO31.07%,Al2O33.06%,H204.0%。外觀為黑色光澤圓柱體，粒徑為巾5mm?0?65mm，堆積密度1.61.7kg/ml,華東理工大學在進行C301銅基催化劑曲節(jié)因子測定時，測定了該催化劑還原后的物性如下：空容0.1253ml/

60、g，顆粒密度3.63g/ml，比表面積45.66m2/g,空隙率0.4528,平均孔半徑54.9?0?610-10m,曲節(jié)因子2.1g。催化劑的使用溫度范圍為230285C。2反應器的類型：本次設計選用的反應器是魯奇爐，Lurgi型甲醇合成塔是德國Lurgi公司研制的一種管束型副產蒸汽合成塔，操作壓力為5Mpa,溫度2501。Lurgi合成塔既是反應器又是廢熱鍋爐。Lurgi低壓法合成甲醇的主要特點是采用管束式水浴型合成塔。這種合成塔溫度幾乎是恒定的，溫度恒定的好處一是有效地抑制了副反應；二是催化劑壽命長，由于溫度比較恒定，因此當操作條件發(fā)生變化時(如循環(huán)機故障等)，催化劑也沒有超溫危險，仍可