年产万吨甲醇装置的AspenPlus模拟及工艺设计

1、年产8万吨甲醇装置的AspenPlus模拟及工艺设计毕业设计（论文）内容：1、工艺流程设计2、物能衡算3、设备计算4、物料流程图毕业设计（论文）专题部分：甲醇合成反应器预精馏塔指导教师：教研室主任：院长：签字签字签字年年年月月月日日日i内容摘要本文是对年产8万吨甲醇装置的Aspen模拟及工艺设计。本设计依据锦西天燃气有限责任公司甲醇生产工段的工艺过程，在实际生产理论的基础上，制定合理可行的设计方案。本文主要阐述了甲醇在国民经济中的地位和作用、工业生产方法、生产原理、工艺流程。采用Aspen对主要设备如：混合器、反应器、闪蒸塔、换热器、精馏塔等进行物料衡算，对甲醇反应器，进料-产品第一换热器，冷

2、却器等六个设备进行热量衡算，并对甲醇反应器和换热器进行设备计算。并使用CAD绘制相应的工艺流程图。最后对此工艺过程的安全及环保问题做了简要说明。关键词：甲醇；Aspen模拟；工艺设计；反应器；精馏塔；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目录内容摘要iAbstractii目录iii1文献综述11.1甲醇在国民经济中的地位和作用11.2甲醇在国内外的发展动向11.2.1生产技术11.2.2技术发展动向11.3甲醇的市场需求状况22工艺概述的.32.1甲醇性质32.1.1甲醇的物理性质32.1.2甲醇的化学性质32.2生产方法的评述及选择32.2.1高压法32.2.2低压法42.2.3中压法42.3合成甲醇催化剂的种类及性能.42.3.1几种国外催化剂种类及性能.42.3.2几种国内催化剂的性状.52.4甲醇的生产原理62.4.1合成反应原理.62.4.2精馏工艺原理.7

6、2.5工艺流程描述73物能衡算83.1物性数据83.2设计依据83.3Aspen模拟循环系统的物料衡算83.3.1进料组分的摩尔百分数83.3.2Aspen模拟工艺流程图的设备一览表9表3.3合成甲醇装置的Aspen的模拟设备统计表93.3.3Aspen模拟工艺流程的数据衡算表114设备计算204.1反应器R301204.1.1反应器设计依据204.1.2反应器的计算依据204.1.3反应器R301224.1.4反应器的设计Aspen模拟流程图224.1.5反应器的设计和灵敏度分析234.2换热器的设计28iv4.2.1换热器设计概述284.2.2管壳式换热器的简介294.2.3换热器E302

7、304.3精馏塔塔T401344.3.1精馏塔的设计依据344.3.2精馏塔的设计的Aspen的模拟流程图354.3.3精馏塔T401的设计和灵敏度的分析354.3.4精馏塔设计395设计结论485.1设计结论485.2安全问题的设计485.3三废处理485.4厂址的选择49致谢51参考文献52附录53沈阳化工大学学士学位论文1文献综述11文献综述1.1甲醇在国民经济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；是一种无色、易燃、易挥发的有度液体，常温下对金属无腐蚀性（铅、铝除外），略有酒精气味。甲醇是多种有机产品的基本原料和重要溶剂，是基础

8、的有机化工原料和优质燃料。广泛应用有机合成、燃料、医药、涂料和国防等工业。甲醇可用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、硫酸二甲酯等多种有机产品。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入汽油掺烧。甲醇和氨反应可以制造一甲胺。在国民经济发展中具有重要的地位和作用。1.2甲醇在国内外的发展动向1.2.1生产技术1661年，德国的RobertBoyle发现焦木酸中含有一种“中性物质”，称其为木精“WoodAlcohol”。1734年，Damds和Peligt从焦木酸中分离出甲醇，并测定了甲醇的相对分子质量。1857年，Berthelot用氯甲烷在碱性溶液中水解首次通过化学方法合成了甲醇。甲醇的大规模工业化生

9、产是从20世纪20年代高压法合成甲醇的工业实现开始的。1913年，德国BASF公司在其髙压合成氨的实验装置上进行了CO和H2合成含氧化合物的研究，并于1923年在德国Leuna建成了世界上第一座年产3000t合成甲醇的生产装置，并成功投产。1927年，美国CommericalSolvent公司建成了世界第一座利用C02和H2合成甲醇的工业装置，并投入工业生产。1.2.2技术发展动向髙压法合成甲醇工业投资大，生产成本髙。为此世界各国都在探求能够降低合成压力的工业生产方法。英国ICI公司和德国Lurgi公司分别成功的研制出中低压甲醇合成催化剂，降低了反应压力，促进了甲醇生产的髙速发展。1966年，

10、ICI公司使用Cu-Zn-Al氧化物催化剂，成功实现了操作压力为5MPa的CO和H2合成甲醇的生产沈阳化工大学学士学位论文1文献综述2工艺，该过程称为ICI低压法。1972年，ICI公又成功实现了10MPa的中压甲醇合成工艺。1970年，德国Lirgi公司采用Cu-Zn-Mn或Cu-Zn-Mn-V，Cu-Zn-Al-V氧化物铜基催化剂，成功地建成了年产4000t甲醇的低压生产装置，该法称为Lurgi低压法。与此同时，世界其他化学公司也竞相开发自己的中低压甲醇合成工艺，建立甲醇合成置，但ICI和Lurgi中低压法合成工艺是普遍采用的合成技术。甲醇的制备是一个多相反应过程，还发生生成烃、高碳醇、醚

11、、醛、酯及单质碳等一系列副反应。我国甲醇生产主要是以煤炭为原料，生产的主要方法是合成法。较早的甲醇合成采用高压合成工艺，由于操作压力高、动力消耗大、设备复杂、产品质量差等缺点，现已逐步被淘汰。目前大都采用（中）低压工艺来合成甲醇。1.3甲醇的市场需求状况我国甲醇生产已有40年的历史，目前已形成390万t/a的生产能力，生产企业有200多家。2002年我国甲醇产量达到210.95万t,表观消费量为390.0万t,自给率为54%。但由于单套装置能力较小、经济技术水平落后，使得产品成本高，企业效益差。万吨级以上的厂家只有几十家，十万吨级以上规模的就更少。随着国内甲醇消费市场走强，生产能力、产量、表观

12、消费量大幅增加，进口量也逐年提高，各企业看好甲醇市场，纷纷准备新建或扩建甲醇项目。其中较大的有海南60万t/a、四川（泸天化）40万t/a、山东30万t/a、山西（长治）20万t/a、陕西（韩城）20万t/a，内蒙（苏格里）18万t/a等，若这些装置全部按计划投产，届时我国甲醇生产能力将达到500万t/a，由于中小装置及能耗高、效益差的装置不断关闭，预计实际有效产能约为400万t/a。现已有多家以煤或天然气为原料的甲醇项目在筹建之中。沈阳化工大学学士学位论文2工艺概述32工艺概述2.1甲醇的性质2.1.1甲醇的物理性质甲醇，又名：木精、木酒精；英文名：Methanol；分子式CH3OH；分子量

13、：32,相对密度0.792(20/41),熔点-97.81，沸点64.5C，燃烧热725.76KJ/mol，闪点12.22C，自燃点463.89C,蒸气密度1.11，蒸汽压13.33KPa(100mmHg21.2C)，蒸气与空气混合物爆炸极限636.5%(体积比)，能与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃和许多其他有机溶剂相混溶，但是不与石油醚混溶，遇热、明火或氧化剂易燃烧。挥发途中也会使物体油漆表面遭腐蚀。2.1.2甲醇的化学性质甲醇含有一个甲基与一个羟基，是最简单的饱和脂肪醇，具有脂肪醇的化学性质，即可进行氧化、酯化、羰基化、胺化、脱水等反应。甲醇可以与一系列物质反应，所以甲醇在工业上有着十分广

14、泛的应用。甲醇裂解产生C0和H2,是制备C0和H2的重要化学方法。甲醇在电解银催化剂上可被空气氧化成甲醛，是重要的工业制备甲醛的方法。甲醇可与多无机酸和有机酸发生脂化反应。甲醇和光气发生羰基化反应生成氯甲酸甲酯。在压力520MPa，温度370420C下，以活性氧化铝或分子筛作催化剂，甲醇和胺发生反应生成一甲胺、二甲胺和三甲胺的混合物，经精馏分离可得一甲胺、二甲胺和三甲胺产品。甲醇在髙温和酸性催化剂如ZSM-5,Y-A1203作用下分子间脱水生成二甲醚等。2.2生产方法的评述及选择用天然气制甲醇高压法、中压法、低压法三种方法。2.2.1髙压法髙压工艺流程一般指的是使用锌铬催化剂,在300400C

15、,30MPa髙温髙压下合成甲醇的过程。自从1923年第一次用这种方法合成甲醇成功后,差不多有50年的时间,世界上合成甲醇生产都沿用这种方法,仅在设计上有某些细节不同,例如甲醇合成沈阳化工大学学士学位论文2工艺概述4塔内移热的方法有冷管型连续换热式和冷激型多段换热式两大类,反应气体流动的方式有轴向和径向或者二者兼有的混合型式,有副产蒸汽和不副产蒸汽的流程等.近几年来,我国开发了25-27MPa压力下在铜基催化剂上合成甲醇的技术，出口气体中甲醇含量4%左右，反应温度230-2901巾5.4?0?63.6mm圆柱形颗粒，堆密度为1.31.3kg/L；操作温度2102701,操作压力可低于6.2Mpa

16、。由于该催化剂毒物敏感，因此要求合成气中不含硫化物（小于0.06ml/mm3）,沈阳化工大学学士学位论文2工艺概述5氯化物，重金属（铁锈），碱金属及砷。催化剂的空时甲醇产率为0.30.4t/（m3h），寿命在两年以上，一般可达到4年。2Tops巾eMK-101型甲醇合成催化剂该催化剂具有髙活性，髙选择性，髙稳定性的特点，进口温度为2201，经两年操作，活性保持稳定。引起催化剂选择性恶化的条件为髙温，髙压，髙C0/H2比，髙C0/C02比，低空速。该催化剂具有活性髙，选择性髙（副产物低），强度髙，允许合成器组成范围宽，稳定性好，活性下降缓慢，低温活性好，达到同样空时产量的操作温度比一般催化剂低等

17、特点。要求操作压力为5150Mpa,温度200300C。3德国南方化学集团G79-7GL甲醇合成催化剂该催化剂是与齐鲁公司大型甲醇装置配套的甲醇合成催化剂，催化剂特点：活性髙，在230C条件时具有髙活性，时空收率大于2.3Nm3/（m3h）；使用寿命长（4年以上）；副反应小，粗甲醇中杂质少；抗侧压强度髙，不易粉碎；还原后收缩率低小于3%；抗毒能力强。催化剂效果：单程转化率髙；循环比小（小于2）；出口甲醇浓度髙，12%14%（V）；甲醇产率髙；碳转化率髙（大于99%）；能源与原料消耗低；催化剂用量少，为传统的50%。2.3.2几种国内催化剂的性状1C207型铜基催化剂该催化剂主要用于1013Mp

18、a下的联醇生产，也可以用于2530Mpa下的甲醇合成。该催化剂为铜、锌、铝的氧化物，易吸潮及吸收空气中的硫化物，应密封贮存。其使用温度范围2353151,最佳使用温度范围为2402701。2.C301型铜基催化剂该催化剂外观为黑色光泽圆柱体，粒径为巾5mm?0?65mm，颗粒密度3.63g/ml,使用温度范围为2302851。表2.1C301催化剂参数性能表温度/C压力/Mpa型状规格一直径/m规格一髙/m颗粒当量直径/m颗粒密度/kg/m3孔隙率堆积密度/kg/m3空速/h230-2855圆柱体0.0050.0050.00306236300.51650100003C303型铜基催化剂沈阳化工

19、大学学士学位论文2工艺概述6该催化剂是Cu-Zn-Cr型低温甲醇催化剂。外观为棕黑色圆柱状巾4.5mm?0?64.5mm颗粒，颗粒密度为2.0-2.2kg/L。本设计采用国产C301型铜基催化剂。2.4甲醇的生产原理2.4.1合成反应原理甲醇合成是在5.0MPa压力下，在催化剂的作用下，气体中的一氧化碳、二氧化碳与氢反应生成甲醇，基本反应式为：24222422262242223422OHCHCOOHOCHHCOOHOHCHCO0CHHCO以铜为主体的铜基催化剂，对于甲醇合成具有极髙的选择性，而且在不太髙的压力及温度下，要求合成气的净化要彻底，否则其活性将很快丧失，它的耐热性也较差，要求维持催化

20、剂在最佳的稳定的温度下操作。铜基催化剂一般可在210-280C下操作，视催化剂的型号及反应器型式不同，其最佳操作温度范围与略有不同。管壳式反应器的最佳操作温度在230-260C之间。在铜基催化剂上合成甲醇，合适的操作压力是5.010.0MPa,对于合成气中二氧化碳较髙的情况，压力的提高对提高反应速度有比较明显的效果。合成气的成份对甲醇合成反应的影响较大，由前述反应式可见，要降低能耗，应采用适量的二氧化碳浓度的合成气，若合成气中二氧化碳含量过高，会加重精馏工序的负担并增加了能耗，但二氧化碳含量太低，会导致催化剂活性和转化率过低。理论的合成新鲜气成份，应满足以下比值：氢碳比f=(H2-C02)/(

21、C0+C02)=2.05,实际操作中氢碳比应适当增大，大约在2.052.15之间。空速一般控制在800010000h-1左右。甲醇合成是强烈的放热反应，必须在反应过程中不断的将热量移走，反应才能正常进行，管壳式反应器利用管子与壳体间副产中压蒸汽来移走热量，这样，合成反应适宜的温度条件维持就几乎全依赖于副产品中压蒸汽压力操作的正常与稳定。精甲醇的精馏过程是利用粗甲醇中各组分的挥发度不同，而且不形成共沸物。利用多次部分汽化和部分冷凝的方法，以达到完全分离各组分的目的。沈阳化工大学学士学位论文2工艺概述72.4.2精馏工艺原理从合成工段出来的粗甲醇物料，经过初步的分离，进入精馏工段。本设计选用的是双

22、塔精馏工艺。在双塔流程中，物料先以饱和液体的状态进入第一个塔，一般称为预精馏塔，塔顶分离出的主要成分为甲酸甲酯、CO、CO2等的轻组分，塔底组成一般为甲醇和水的混合物。随后，物料再经过第二塔，称为主精馏塔，分离产品和工艺废液。预精馏塔的主要任务是分离从上一工段未分离完全的轻组分，降低主精馏塔的分离负荷。而主精馏塔的主要的任务就是分离甲醇和水，回收物料中的重醇(主要是乙醇)。产品甲醇的纯度在99%以上。2.5工艺流程描述由外界来的2.7MPa天然气混合物首先从1进入天然气压缩机C201A,在加压到3.5Mpa，然后与循环气26混合进入M201混合器，再一次进入天然气压缩机C201B，加压至5.4

23、MPa,然后经过E301A的加热，使原料气的温度升髙到2001，压力为5.35Mpa，后进入R301反应器反应，这时由于选的催化剂是C301,而其的温度范围为2301到2851,故这时的反应器的温度设置为2301,出来的混合气体经过E301B冷凝器使其温度降为1021，压力为5.15Mpa，为了在闪蒸塔里能够更好的闪蒸，在这之前在加入冷凝器E302使温度降为401，压力5.1Mpa，冷凝后的混合气体经过闪蒸塔V301,在压力为5Mpa下闪蒸，这时会有一部分混合物循环，循环气经过物料10在分离器M202中分离，这时分离器的回流比为0.6165，而大部分混合物料经过物料11送入后续精馏部分，在进入

24、之前，混合气体经过换热器E401的换热，使温度为601,压力为0.17Mpa,这时的混合气体就开始进入精馏部分，于是混合气体通过精馏塔T401这时的重组分主要是甲醇而轻组分主要是甲酸甲酯，故经过T401主要是分离出甲酸甲酯，这时可以塔顶的压力为0.16Mpa,塔釜的压力为0.18Mpa，精馏后的混合物，轻组分则通过物料15而进行处理，分离的重组分则经过混合物料16由泵P401打入下一个精馏塔T402,进一步的精馏，这时的轻组分为甲醇，重组分则是水，故可以得到精制的甲醇。沈阳化工大学学士学位论文3物能横算83物能衡算3.1物性数据表3.1物性数据表序号组分分子式分子量常压沸点C1氮气N228.0

25、134-195.82氩气Ar39.9480-185.873氧气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环氧烷C2H4O44.052410.49乙醛CH3CHO44.052420.410水H2O18.015210011乙二醇C2H6O262.0676197.33.2设计依据1设计任务：年产8万吨甲醇装置的Aspen模拟及工艺设计；2.年工作时间：300天；3.CO单程转化率：34.8%CO2单程转化率：12.09%。3.3Aspen模拟循环系统

26、的物料衡算3.3.1进料组分的摩尔百分数表3.2原料气的摩尔组成组分COCO2H2CH4N2ArH2OCH40C2H4O2C2H60摩尔百分数0.16590.09240.69230.03960.00630.00020.0033沈阳化工大学学士学位论文3物能横算93.3.2Aspen模拟工艺流程图的设备一览表表3.3合成甲醇装置的Aspen的模拟设备统计表序号设备代号设备参数1C201A压缩机型号：等熵压力：3.5MPa2C201B压缩机型号：等熵压力：5.4MPa3E301A换热器温度：2001压力：5.35MPa4E301B换热器温度：102C压力：5.15MPa5R301反应器温度：230

27、C压力：5.15MPa6E302换热器温度：40C压力：5.1MPa7V301闪蒸塔压力：5MPa8V302闪蒸塔温度：40C压力：0.5MPa9B1混合器温度:0C压力:0MPa10B2分离器回流比：0.0811E401换热器温度：60C压力：0.17MPa12T401精馏塔mRR:1.8轻关键组分:甲酸甲脂:0.99999重关键组分:甲醇:0.000526压力:塔顶:0.16Mpa塔釜:0.18Mpa分离方式：部分13T402精馏塔mRR:1.8轻关键组分：甲醇：0.99999重关键组分：水：0.0005压力：塔顶：0.16Mpa塔釜：0.2Mpa分离方式：部分14P404泵压力：0.27

28、Mpa沈阳化工大学学士学位论文3物能横算10C210A12C210B3M2014R30157E3028911V302E401V301101314T401P4041516T402171819M202252612E301图31天然气合成甲醇工艺流程图C201A:原料气压缩机；M201：混合器；C201B：反应气压缩机；E301A：反应气加热器；R301：甲醇合成器；E301B:气体冷却器；E302：二次冷却器；V301：粗产品分离器；M202:放空阀；V302：CO2分离器；E401:换热器；T401：轻组分分离塔；T402：粗甲醇精馏塔沈阳化工大学学士学位论文3物能横算113.3.3Aspen模

29、拟工艺流程的数据衡算表表3.4进料工段物料衡算表项目物流号1234组分新鲜原料原料压缩气混合气预反应气质量摩尔质量摩尔质量摩尔质量摩尔流量（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总计32964.73013000.000132964.73013000.000165057.2715952.4041

33、65057.2715952.4041沈阳化工大学学士学位论文3物能横算12表3.5反应工段物料衡算表项目物流号5789组分反应气反应器出口气冷却后的反应气初分离气质量摩尔质量摩尔质量摩尔质量摩尔流量(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总计650

37、57.27015952.404165057.27015229.016165057.27015229.016165057.27015229.0161沈阳化工大学学士学位论文3物能横算13表3.6循环工段物料衡算表项目物流号10262511组分初分离气循环气放空气冷凝液质量摩尔质量摩尔质量摩尔质量摩尔流量(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总计52051.78014788.580132092.54012952.404119961.86011836.420113005.4901440.4361沈阳化工大学学士学位论文3热量衡算14表3.7净化工段物料衡算表项目物流号12131415组分二次放空气粗产品预分离气轻组分气体质量摩尔质量摩尔质量摩尔质量摩尔流量(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总216.27317.544112789.2101432.8921

45、12789.2101432.8921207.72914.8631沈阳化工大学学士学位论文3热量衡算15表3.8精馏工段物料衡算表项目物流号16171819组分粗甲醇预精馏气产品废液质量摩尔质量摩尔质量摩尔质量摩尔流量(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总12581.4801428.029112581.4801428.029111122.3001347.03511459.181180.9941沈阳化工大学学士学位论文3热量衡算16表3.9物料衡算

49、统计表组分19过T402蒸出来的物料20过T401重的物料摩尔流量kmol/h摩尔流率质量流量kg/h质量流率摩尔流量kmol/h摩尔流率质量流量kg/h质量流率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总流量kmol/hr260.217594.4042总流量kg/hr8339.83201700.7570T/C76.6274120.2666P/MPa0.16000.2000密度kmol/cum0.056149.7610密度kg/cum1.7989896.4779沈阳化工大学学士学位论文3热量衡算17表3.10全流程热量衡算表项目物流号12345789102625111213141516171819温度C40.00071.92755.600112.700200.000230.000102.00040.00039.89339.89339.89339.89340.00040.0

51、0060.0007.10983.13783.18576.634116.962压力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沈阳化工大学学士学位论文3热量衡算18表3

53、.11原料消耗一览表组分输入原料气输出原料气摩尔流量kmol/hr摩尔流率质量流量kg/hr质量流率摩尔流量kmol/hr摩尔流率质量流量kg/hr质量流率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总流量kmol/hr3000347.0348总流量kg/hr32964.7311122.3T/C4076.6274P/MPa2.70.1600密度kmol/

55、cum1.02880.0561密度kg/cum11.30421.79889沈阳化工大学学士学位论文3热量衡算19表3.12排放一览表组分输入的原料气输出的物料分离器M201排放物料闪蒸罐V302排放物料精馏塔T401排放物料精馏塔T402排放物料精馏塔T402产出产品摩尔流量kmol/hr质量流量kg/hr摩尔流量kmol/hr质量流量kg/hr摩尔流量kmol/hr质量流量kg/hr摩尔流量kmol/hr质量流量kg/hr摩尔流量kmol/hr质量流量kg/hr摩尔流量kmol/hr质量流量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总流量kmol/hr30001836.427.54404.862880.9941347.0348总流量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沈阳化工大学学士学位论文4设备计算204设备计算4.1反应器R3014.1.1反应器设计依据1催化剂的选择本次化工设计选择的催化剂是国内催化剂C301,该催化剂是由南京化工研究院研制，在上海吴泾化工厂以石脑油为原料年产8万吨的甲醇装置上，经高压下使用，取的良好的效果。如某批号的该催化剂含CuO58.01%,ZnO31.07%,Al2O33.06%,H204.0%。外观为黑色光泽圆柱体，粒径为巾5mm?0?65mm，堆积密度1.61.7kg/ml,华东理工大学在进行C301铜基催化剂曲节因子测定时，测定了该催化剂还原后的物性如下：空容0.1253ml/

60、g，颗粒密度3.63g/ml，比表面积45.66m2/g,空隙率0.4528,平均孔半径54.9?0?610-10m,曲节因子2.1g。催化剂的使用温度范围为230285C。2反应器的类型：本次设计选用的反应器是鲁奇炉，Lurgi型甲醇合成塔是德国Lurgi公司研制的一种管束型副产蒸汽合成塔，操作压力为5Mpa,温度2501。Lurgi合成塔既是反应器又是废热锅炉。Lurgi低压法合成甲醇的主要特点是采用管束式水浴型合成塔。这种合成塔温度几乎是恒定的，温度恒定的好处一是有效地抑制了副反应；二是催化剂寿命长，由于温度比较恒定，因此当操作条件发生变化时(如循环机故障等)，催化剂也没有超温危险，仍可