甲醇精馏工艺设计Word文档格式.docx
《甲醇精馏工艺设计Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《甲醇精馏工艺设计Word文档格式.docx（41页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
预蒸馏塔和甲醇回收塔压力由PV-15501A和PV-15501B分程调节。
阀后不凝气通过放空总管高点放空。
?
?
加压精馏塔压力由调节阀PV15521控制。
常压精馏塔压力由PV-15530A和PV-15530B分程调节。
压力低于-0.02MPaG时补氮气，压力高于0.015MPag阀门PV-15530B开启放空。
再沸器蒸汽量由蒸汽冷凝液管线上的流量调节阀调节。
塔底液位由塔底出口管线上的液位调节阀调节。
第2章甲醇生产的工艺计算
化工生产的工艺计算主要有物料平衡和热量平衡计算。
化工工艺计算是作为化工工艺过程的设计、工艺管路的选择及生产管理、工艺条件选择的主要依据；
对于平衡原料、产品产量，选择最佳工艺条件，确定操作控制指标，合理利用手产中的废料，废气，废热都有重要作用。
第2.1节甲醇生产的物料平衡计算
甲醇生产中，原料气的量与组成在一定范围内是根据物料平衡计算和生产实际进行调节整，如原料气中氢、一氧化碳、氮的比例等。
在生产过程中，也会产生不需要的或者有害的组分，如硫化物、二氧化碳、甲烷、氩气等，这些组分有些可通过计算得外，有的还必须在生产过程中测定。
为了最终求得合成甲醇和合成氨所需要的总原料气量，保持反应及平衡的组分比例，联醇工艺从原料气制造开始，经脱衡、变换、脱碳、合成甲醇、铜洗耳恭听至合成氨，使原料气制造到最后合成氨的全过程达到平衡。
计算年产400kt，醇氨比40%。
在合成塔后排放CH4,Ar分别占合成气的0.6%和0.4%，年工作日按300d。
原料液甲醇含量：
84%（质量分数），原料液温度：
45℃
设计要求：
塔顶的甲醇含量不小于99%（质量分数）
塔底的甲醇含量不大于0.5%（质量分数）
产品粗甲醇的组成（质量为）：
甲醇（CH3OH）
84%
二甲醚（（CH3）2O）
0.36%
高级醇（C4H9OH）
0.30%
高级烷烃（C8H18）
0.24%
水（H2O）
5%
产量分配为：
合成氨60kt/a,181.8t/d
7.60t/h
粗甲醇400000t/a,121.2t/d
5.05t/h
计算实现合成氨产量计划所需要原料气（醇后气）的量：
（1）参加反应理论耗气量
根据反应方程式：
1H2＋N2=NH3
则耗氢气为：
1×
=55764kmol/h=1247.424Nm3/h
×
=185.kmol/h=4157.216Nm3/h
（2）原料气中惰性气含量为
－（1247。
424＋4157.216）=167.966Nm3/h
其中CH4为100.78Nm3/h,Ar为67.19Nm3/h
（3）在压力为30×
106Pa,温度为30。
C。
液氨中氢氮气溶解损失：
查物性手册表[7]，在上述状况下液氨中氢氮气溶解量分别为：
H234.3Nm3/t；
N2，32Nm3/t。
则每小时在液氮中氢氮氯溶解损失分别为：
26.07Nm3/h和24.32Nm3/h。
（4）液氨在贮罐气中的扩散损失
查物性手册表，在1.6×
106Pa、2.5。
C时，氢氨混合气中氨的平衡浓度为41.83%，则贮罐气中氨损失（G氨损）为
=
Nm3/h
G氨损=36。
24Nm3/h
（5）醇后气中尚有CO1.4%；
CO21.9%；
CH3OH0.05%
则每小时需要G醇后气为
=17505.95Nm3/h
其中：
CO22415.08Nm3/h
CO332.61Nm3/h
CH3OH8.75Nm3/h
于是，生产合成氨所需醇后气量如表2-1表示
第2.2节生产甲醇所需原料气量
表2-1合成氨生成耗用醇后气量及其组成
耗用量
气体组成，Nm3/h
H2
N2
CO
CO2
CH4
Ar
CH3OH
小计
合成氨反应
12471.424
4157.26
—
16628.64
精炼损耗
332.61
245.08
8.75
586.44
液氨中溶解损耗
26.07
24.32
50.39
续表2-1合成氨生成耗用醇后气量及其组成
氨扩散损耗
54.37
18.12
72.49
惰性气
100.78
67.19
167.966
合计
醇后气组成，%
12551.864
71.7
4199.66
23.99
332.61
1.9
245.08
1.4
100.78
0.57
67.19
0.38
8.75
0.05
17505.93
100
2.2.1生产甲醇所需原料气量
（1）合成甲醇的化学反应
主反应：
CO+2H2=CH3OH+102.37KJ/mol
（2-2）
副反应：
2CO+3H2=（CH3）2O+H2O+200.39KJ/mol
（2-3）
CO+3H2=CH4+H2O+115.69KJ/mol
（2-4）
4CO+8H2=C4H9OH+3H2O=49.62KJ/mol
（2-5）
8CO+17H2=C8H18+H2O+957.98KJ/mol
（2-6）
（2）粗甲醇组分，算得组分的生成量
5938.972Kg/h
即185.59Kmol/h，4157.216Nm3/h
20.823Kg/h
即0.453Kmol/h，10.147Nm3/h
20.192Kg/h
即0.273Kmol/h，6.115Nm3/h
14.513Kg/h
即0.127Kmol/h，2.843Nm3/h
315.5Kg/h
即
17.528Kmol/h，392.6Nm3/h
（3）生产测提，按反应式（2-4）每生产1t粗甲醇的同时，CH4生成量为7.56Nm3/h；
即0.34KmolCH4/t粗甲醇，所以CH4小时生生成量为3.86Nm3/h,即0.1717Kmol/t。
（4）忽略由原料气带走的水分，根据反应式（2-3）、（2-4）、（2-5）、（2-7），求得反应（2-6）生成的反应水为：
17.528—0.453—0.1717—0.273×
3—0.127×
8=15.07kmol/h
即在逆变换反应中生成15.07kmol/h的CO和H2O
（5）当压力为10×
106Pa，在30℃时，每1t粗甲醇中溶解反应气组成如表2-2所示。
表2-2混合气在粗甲醇中的溶解量
组分
（CH3）2O
溶解量
Nm3/t
9.81
6.58
25.92
3.26
0.76
1.92
48.25
Nm3/h
4.954
3.32
13.09
1.646
0.384
0.97
24.364
组成，
%
20.32
13.63
53.73
6.76
1.58
3.98
（6）粗甲醇弛放气中甲醇的扩散损失
根据测定，在35。
C时液态甲醇中释放的CO、CO2、H2等混合气中，每含37.14g甲醇。
假设经减压生液相中溶解的气体除二甲醚外全部释放出来，则甲醇扩散损失G醇扩散为：
（4.954+3.32+13.09+1.646+0.384+9.177）×
0.03717=1.209Kg/h
即0.0378Kmol/h，0.847Nm3/h
式中0.06为二甲醚减压后的释放量。
因为反应式（2-2）生成的二甲醚有10.147Nm3/h,其中有0.97Nm3/h溶入粗早醇被送往精馏，只有0.06Nm3/h扩散进入气相
（7）醇后气中有0.05甲醇随气体带入铜洗，合成氨产量为6.31t/h时，带入甲醇为17505.93×
0.05%=8.75Nm3/h
（8）综合表2-1和2-2，即得进入甲醇合成塔之新鲜气量G新鲜气所组成，列表2-3。
表2-3进早醇合成塔新鲜气组成
合成甲醇消耗，Nm3/h
3905.247
340.888
8823.516
-3.644
13071.297
合成氨消耗，Nm3/h
12375.38
4199.656
17497.18
新鲜气消耗，Nm3/h、
4237.857
588.968
21375038
4201.302
97.136
30564.833
新鲜气组成，%
13.86
69.93
13.74
0.32
0.21
（9）变换气需要量
如果不计在水洗时CO、CH4、Ar及H2S等溶解损失，单计算H2，N2的损失，查化工热力学在压力2.5×
106Pa,30℃。
C,H2和N2在水中溶解度为0.427Nm3/t和0.329Nm3/t水
已知水洗塔的气水比为10，则每小时洗涤用水量为30564.833Nm3/h。
则H2，N2在水洗过程中的损耗为
H2：
30264.833×
0.427=13051.184Nm3/h
N2：
30564.833×
0.329=1055.83Nm3/h
已知：
变换气中CO2含量（G变CO2）为：
G变CO2=20872.38Nm3/h
于是，进水洗塔变换气流量与组成如表2-4所示。
表2-4变换气流量及组成
流量，Nm3/h
20644.508
34426.564
14257.132
73730.387
组成，%
5.75
28
19.34
0.09
（10）甲醇合成塔出塔气中含甲醇2.88%,根据表2-3，设甲醇塔出塔气量斯社（G醇出塔）为
G醇出塔=146898.09Nm3/h
G醇循环=1746898.09—17505.93—4582.422+3.85—23.394
=1247.90.194Nm3/h
故得循环气各组分的量如表2-5所示
表2-5甲醇塔循环气量及其组成
2371.014
1747.063
88913.013
30561.119
686.646
71.25
24.49
续表2-5甲醇塔循环气量及其组成
449.245
62.395
124790.194
0.36
100449.245
（11）甲醇合成塔玉塔气量的计算
根据G入四醇塔=G新鲜气+G循环气，由表（2-3）和表（2-5）计算得甲醇合成塔入塔气功（G入甲醇塔）量，如表（2-6）
（12）甲醇合成塔出塔气流量能组成计算
因为G醇出塔=G醇入塔—G醇反应+G醇—G醇副产物，根据（2-6），表2-1，表2-2得表2-7为甲醇合成塔流量及组成及组成
表2-6甲醇合成塔入塔气量
6608.871
233.031
91088.393
34762.421
4.85
1.71
66.9
25.53
续表2-6甲醇合成塔入塔气量
783.482
516.435
136155.028
0.58
0.046
表2-7甲醇合成塔出塔气流量及组成
入塔气流量，Nm3/h
2333.031
合成反应消耗，Nm3/h
3900.293
337.568
8810.426
反应生成物，Nm3/h
3.85
出塔气流量，Nm3/h
2708.578
1995.463
82277.967
779.632
组成%
2.12
1.56
64.45
27.23
0.61
0.40
续表2-7甲醇合成塔出塔气流量及组成
C4H9OH
C8H18
H2O
合计
136455.028
136048.28
4165.966
6.115
10.147
2.843
369.91
4558.831
出塔氢流量，Nm3/h
4228.361
369091
127665.581
3.31
0.008
0.29
（13）醇分离器出口气体和液体产品流量与组成如表2-8所示。
表2-8甲醇分离器出口气体和液体产品流量与组成
分离器损失气量，Nm3/h
出分离器气体流量，Nm3/h
2713.624
1992.143
82264.877
34760.775
779.248
出分离器气体组成，%
2.20
1.62
66.83
28.24
0.63
0.42
出分离器液体量，Nm3/h
出分离器液体组成，%
出分离器液体重量，Kg/h
续表2-8甲醇分离器出口气体和液体产品流量与组成
0.847
24.004
71.145
9.117
123097.364
0.06
4157.216
6.15
4546.266
91.44
0.13
0.22
0.062
8.14
5938.88
31.30
20.84
14.47
297.25
6302.7.339
94.23
0.50
0.33
0.23
4.7
（14）粗甲醇在中间储槽减压放出的弛放气流量与组成如表2-9
表2-9甲醇施放气流量与组成
施放气流量，Nm3/h
20.64
13.83
54.53
6.86
1.60
2.54
（15）醇后气经精炼气流量与组成如表2-10所示。
表2-10精炼气流量组成
精炼气流量，Nm3/h
12551.864
4199.66
16915.85
74.20
24.83
100.00
（16）根据表2-1，表2-10得氨合成塔生产最终平衡，见表2-11
表2-11氨合成塔物料平衡表
消耗分类
反应生成NH3
精炼气，Nm3/h
溶液损耗，Nm3/h
1252.794
4175.34
12525.794
8349.18
吹出气，Nm3/h
0.75
97.134
165.076
氨扩散损耗，Nm3/h
36.24
合成氨产量，Nm3/h
8312.94
合成氨产量，kg/g
6308.928
粗甲醇的精馏几乎全部是物理过程，其物料平衡计算与上述订算方法有一定的差别。
第2.3节联醇生产的热量平衡计算
物料平衡计算之后，可以根据各段的物料量，进行热平衡计算。
热平衡计算可以为生产过程提供热能的供需量、如热交换的换热面积、热介质或冷介质的消耗量设备能源消耗等，从而可以求得原材料、燃料和能量的消耗定额，计算产品成本和结济效益。
通过热量或能量平衡计算，可以各个还节中找出不合理的损耗，以此作为实现高产。
低耗的重要手段落。
生产过程中主要是输入和输出的热量和能量，能量或热量的转换是基于能量守衡定律。
在一个封闭的体系中，各种能量之总和将维持不变。
热平衡是以物料平衡为基础，在连续生产过程中是以单位时间来计算的，把装置或过程中所发生的化学反应的热效应、物理变化的热效应、从外界输入的热量和随反应物、化学产物带出的热量以及设备、器壁散失热量等都一一
升级会员 