万吨甲醇课程设计方案

沈阳化工大学化工设计课程设计题目：年产10.3万吨甲醇工艺设计院系：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：化工0901学生姓名：指导教师:郭洪范论文提交日期：2012年11月30日课程设计论文任务书院（系）化学工程学院 专业 班级课程设题目年产10。3万吨甲醇工艺设计课程设内容①工艺设计②物能衡算③设备计算④工艺条件⑤原料消耗⑥三废排放⑦设备一览⑧平立面布置组员名单：换热器计算：能耗计算：平立面布置图:说明书排版：目录TOC\o"1—3"\h\z\uHYPERLINK\l”_Toc341949414"一、设计说明书 4HYPERLINK\l”_Toc341949418"二、工艺流程设计 9三。物料能量恒算 9四。设备计算 11五.工艺条件 15_Toc341949423”七.三废排放 16致谢 19参考文献 20

一、设计说明书甲醇系结构最为简单的饱和一元醇，化学式CH3OH.又称“木醇"或“木精”。是无色有酒精气味易挥发的液体。有毒，误饮5～10毫升能双目失明，大量饮用会导致死亡。用于制造甲醛和农药等，并用作有机物的萃取剂和酒精的变性剂等。通常由一氧化碳与氢气反应制得。甲醇的意义1、甲醇是最基本的有机化工原料，自身产业链长，涉及化工、建材、能源、医药、农药等众多行业，在国民经济中具有重要地位。2、甲醇在传统化工领域应用广泛，是甲醛、二甲醚、醋酸、MTBE、DMF、氯甲烷、甲胺等一系列化工产品的上游原料,在化工领域具有重要的基础性地位。据统计，以甲醇为原料的一次加工产品已有近30种，以甲醇为原料进行深加工的产品可达上百种。3、甲醇在新兴替代能源领域，大有作为。为保障我国能源安全，国家大力推动可替代能源发展,作为甲醇深加工产品的二甲醚、甲醇燃料（单独使用或与汽油柴油掺混）等，均具有良好的传统能源替代性和可操作性。当前,《车用燃料甲醇》、《车用甲醇汽油（M85）》、《城镇燃气用二甲醚》等一系列国家标准的颁布实施，使得甲醇作为替代能源原料具有政策依据,发展前景广阔。目前全国已有山西、上海、浙江、新疆、陕西、四川、甘肃、内蒙古等省区在进行甲醇燃料试点及推广工作。4、以甲醇为原料生产低碳烯烃，对于我国乙烯工业的健康持续发展具有重要意义。甲醇制烯烃的MTO工艺和甲醇制丙烯的MTP工艺，是重要的C1化工技术，也是以煤替代石油生产乙烯、丙烯等产品的核心技术。随着我国国民经济的发展及对低碳烯烃需求的日益增长，作为乙烯生产原料的石脑油、轻柴油等原料资源，面临着越来越严重的短缺局面，已成为制约我国乙烯工业发展的主要瓶颈之一,同时国际油价的节节攀升也使得MTO/MTP项目的经济性更具竞争力.因此,甲醇制低碳烯烃(MTO/MTP）项目已经成为众多煤化工项目产业链中的重要一环。甲醇的性质表1—1甲醇的性质 序号项目单位数值1沸点℃64.5~64.72凝固点℃-97~-97.83闪点℃12(闭口）～16（开口）4自燃点℃473（空气中）~461（氧气中）5蒸汽压力（20℃）Pa118256临界压力MPa7。957临界温度℃2408燃烧热（25℃液体）KJ/mol726.559蒸发潜热（64.7℃)KJ/mol35.310液体热容(20～25℃)KJ/mol•℃2。51~2。5311气体热容(77℃KJ/mol•℃1.6312爆炸上限%36。513爆炸下限％614最小点火能量MJ0。2161。3甲醇产业发展现状1。世界生产集中在天然气产地2005年,世界甲醇产能为4860万t/a，产量为3600万t。世界甲醇生产主要集中在天然气资源比较丰富的地区，如特立尼达、美国、加拿大、智利、新西兰、沙特和俄罗斯。世界最大的甲醇生产企业是加拿大的Methanex和日本的三菱瓦斯，2005年这两家公司的甲醇产能分别为785万t/a（在全球拥有11套生产装置）和373万t/a(在全球拥有5套生产装置）,分别占世界总产能的16。15%和7.67%。世界主要甲醇生产企业都是将甲醇作为商品销售，自用量很少。同时大型甲醇生产企业都拥有自己的远洋运输船队和储运设施,以便将生产的甲醇运往世界各地销售.2000～2005年，世界甲醇产量年均增长3.5％左右，增长速度较快的地区是中东和南美地区，上述地区将成为世界甲醇的重要生产基地。由于美国国内天然气价格较高，加之对MTBE产品使用的限制，美国甲醇生产大幅下降，产量从2002年的360万t下降到2005年的120万t。表1—22005年世界甲醇生产分布统计万t/a地区产能比例/%亚洲85017.48中东77015。84北美2004。11南美105021。6西欧3407其他165033。95合计48601002.生产基地产品以出口为主2005年，世界甲醇消费量约为3560万t，其中甲醛是最大的消费领域，约占总消费量的36%，其次是MTBE和醋酸，分别占24%和12%。世界甲醇消费的主要地区是亚太、北美和西欧地区，消费比例分别为34。81％、27。41和19。96%。由于中东和南美地区本地甲醇市场容量有限，大部分产品出口到世界其他市场,该地区是世界甲醇主要出口地区.而美国、西欧和东南亚是主要甲醇进口国和地区。2005年世界甲醇消费分布和消费构成分别见表1—3和表1-4。表1—32005年世界甲醇消费分布统计万t地区消费量比例/%亚洲122034。27北美87024.43西欧67018。82其他80022.47合计3560100表1-42005年世界甲醇消费构成万t应用领域消费量比例/％甲醛124635醋酸391.611MTBE498。414MMA142。44其他1281。636合计35601003.全球市场供大于求预计2005~2010年世界甲醇需求量的年均增长速度为2.46%，到2010年，世界甲醇需求量将达到4020万t；2010～2015年的年均增长速度为4.63%，2015年将达到5040万t。甲醇制烯烃（MTO/MTP）和二甲醚（DME)将是未来驱动甲醇市场需求增长的主要动力,而我国将是甲醇需求的重点地区。预计到2010年,世界甲醇生产能力将达到6400万t/a，2015年达到7200万t/a,供应能力大于市场需求，竞争将会加剧,一些不具竞争力的小装置怖原料价格较高地区的甲醇装置将关闭。根据未来甲醇装置建设趋势，世界甲醇的生产中心正在向南美、沙特、伊朗和我国转移；同时这些国家和地区甲醇产品的目标市场主要是针对亚太地区和我国.2005～2010年世界甲醇供求分析见表1—5。表1—5世界甲醇供需情况统计及预测万t年份200520102015需求量356040205040供应能力/万t·a-1486064007200供求平衡供大于求供大于求供大于求4.国内生产快速发展2005年我国甲醇总产能约为650万t/a，产量为535。64万t，装置开工率为82.41％。目前,国内最大的甲醇单套装置规模为40万t/a,主要的生产企业有榆林天然气化工公司、四川维尼纶厂、上海焦化有限公司、蓝天集团光山化工公司、大庆油田化工公司和内蒙古苏里格化工公司等,生产规模一般在18万～40万t/a。中海油海南60万t/a装置和日本三菱瓦斯在重庆建设的85万t/a装置是我国目前在建的最大甲醇装置.我国甲醇生产主要集中在华南、华东和华北地区，所占比例分别为27。11％、23。79%和16。63％,其中主要生产省份有河南、陕西、山东、上海、河北、重庆和安徽。随着新建甲醇项目投产，西部地区甲醇生产比重将大幅度提高，而华东和华南地区甲醇生产比重将会大幅度下降。2000～2005年，随着我国甲醇市场需求增长速度加快，甲醇生产也进入快速发展期，产能和产量的年均增长速度分别达到13。29%和21.94%。5。市场处于快速增长期2005年，我国甲醇表观消费量为666。22万t，同比增长16.23％，其中进口136.03万t，占20.42%。由于近几年国内甲醇生产增速较快,市场满足率提高.1995～2005年期间，甲醇消费量的年均增长速度为15.11％，我国甲醇市场尚处于快速成长过程。我国甲醇消费结构与国外类似，最大消费领域是甲醛生产，消费比例约为40％；其次是MTBE和醋酸，所占比例分别为6％和7％.近年来甲醇燃料方面的消费量发展较快,尽管国家尚未出台相关政策法规和标准,但甲醇燃料消费已经成为驱动甲醇需求的主要动力之一。6.消费区域集中目前我国甲醇消费的主要地区是华东和华南地区，上述地区也是我国甲醛、MTBE、丙烯酸酯和醋酸等下游产品生产的集中地.对于甲醇燃料，消费地区主要集中在山西、河南等地。2005年，我国甲醇进口总量中，江苏省进口比例占62.28%，广东省所占比例为28。28％，福建省比例为4。11%，浙江省比例为3。34%。所有进口基本上全部集中在华东和华南地区，进口结构也在一.定程度上反映了我国甲醇消费的地区分布。二、工艺流程设计摩尔流量kmol/hr1234567氢气3646。414839。514839。512436。712436。7012436.7一氧化碳8484442.1114442。1113993。4573993.45703993.457二氧化碳7953350。4813350.4812847.9092847。90902847.909水5。320.4085720。40857524.0912524.091250000524。0912甲醇0106。4718106.47181053.2551053.25501053。255二甲醚02。4867072。4867073。5972343。59723403。597234乙醇00.0616570。0616571.1721851。17218501.172185甲烷2。6526。4923126。4923126.4923126.49231026.49231氩气2.6526.4927226.4927226.4927226。49272026.49272总摩尔流量Kmol/hr530022814。5122814。5120913.1720913.175000020913.17总质量流量Kg/hr66335.17307208。7307208.7307208.7307208。7900764307208.7总体积流量m3/hr5177。12912281.8919437。6217910.9913695.31902。443310275.53温度C40602502501201040压力Mpa2。75。35。255.25。115.089899焓值KJ/kmoll-76574299-79580618—73533004-83785165—88117461—290106993—93574401密度kg/m312.8131225。0131515.8048517.1519722。43167998.139129。89711平均分子量12.5160713.465513。465514.6897214。6897218。0152814.68972三。物料能量恒算主要物流物能衡算结果表A主要物流物能衡算结果表B摩尔流量kmol/hr891011121314氢气00。00312412436.711193。11243。677。30E—070.003123一氧化碳00.0012253993.4563594。111399。34563。52E—070.001224二氧化碳08.4860952839。4232555。481283。94236。4110812。075014水50000507。304416.7868215.108571。678682507.28740.01701甲醇0934.958118.297106。471811.8297934.84330.114625二甲醚00.8342512。7629832.4867070。2762980.8317640.002487乙醇01.1036790.0685060.0616570.0068511。1036156。38E-05甲烷00。0002326.4920823.842312.6492082。03E-060.000227氩气00。00018526.4925323。842722。6492531.26E-060。000184总摩尔流量Kmol/hr500001452.69119460.4817514。511946。0481450.4772。213958总质量流量Kg/hr90076439571.77267636。9240873。526763.6939476.2795。50409总体积流量m3/hr934.190547.7092110605.779545。2011060。57747.6903911.24181温度C42.1449339。8176339。8176339.8176339。817634040压力Mpa0。9475774。94.94。94。90.50.5焓值KJ/kmoll-287824555-257992756-81300862—81300145—81300862-257864613-381196490密度kg/m3964.2188829.436725。2350425。2350425.23504827。76158.495435平均分子量18.0152827。2403213。7528413.752813。7528427。2160543.13726主要物流物能衡算结果表C摩尔流量kmol/hr151617181920氢气7.30E—071.66E-887.30E-071.66E-8800一氧化碳3.52E-072。01E—863。52E-072。01E—8600二氧化碳6。4110815.44E-296.4110815。44E—2900水507.2874507。28070.006635507.2807497.51379.767073甲醇934.8433913.081421。76191913.08149。34E-24913。0814二甲醚0.8317640。0018690.8298950。0018693.86E—800.001869乙醇1。1036151.1035932。16E—051.1035938。17E-251。103593甲烷2.03E-062.32E—672。03E-062.32E-6700氩气1.26E-061.10E—681。26E-061.10E-6800总摩尔流量Kmol/hr1450.4771421.46829.009541421。468497.5137923.954总质量流量Kg/hr39476。2738446.861029.40738446.868962.84829484。01总体积流量m3/hr192.19149。13242474.541549。1325310。1992540.98644温度C6081。6684469.1482881.70084128。261790.55392压力Mpa0.170.170。170.280。280。28焓值KJ/kmol-255243361—252184854-246100800—252178803—279607339—234681151密度kg/m3205。4012782.5152。169266782。5134878。7749719。3601平均分子量27.2160527。047335.4851127。047318。0152831.91069四。设备计算图4-1原料与产品换热器热力学结果一图4—2原料与产品换热器热力学结果二几何尺寸结果见图4－3、4－4、4－5、4－6。图4-3几何尺寸计算结果一图4—4几何尺寸计算结果二图4—5几何尺寸计算结果表三图4—6几何尺寸计算结果四根据以上计算结果可以选择换热器如下表。换热器设计一览表1项目设计结果备注换热器型号GB151-1999管壳式热交换器设计手册管程1管程壳程单壳程数量1壳体外径/m3圆整后总管数2557换热面积915。77总传热系数/723。58管心距/mm25折流挡板数5换热器设计一览表2项目设计结果备注换热器型号GB151—1999管壳式热交换器设计手册管程1管程壳程单壳程数量1壳体外径/m3圆整后总管数1837换热面积986.86总传热系数/671。47管心距/mm25折流挡板数5换热器设计一览表3项目设计结果备注换热器型号GB151-1999管壳式热交换器设计手册管程1管程壳程单壳程数量1壳体外径/m3圆整后总管数2023换热面积953。32总传热系数/695.08管心距/mm32折流挡板数5五.工艺条件原料气组成（mol%）组分COCO2H2CH4ArH2O含量161568。80。050.050.1反应转化率序号反应转化率1CO+2H2⇔CH3OHCO转化率：10%2CO2+3H2⇔CH3OHCO2转化率：15%32CO+2H2⇔C2H4O2CO转化率：0.05％42CO+4H2⇔C2H6O+H2OCO转化率：0.05%反应条件反应温度/℃反应压力/Mpa2505。2六.原料消耗原料消耗表物料原料消耗(吨/吨)氢气0.264625一氧化碳0。855102二氧化碳1.25956水0.003437甲烷0。00153氩气0.003811总量2.388066七。三废排放废气含量表物料摩尔流量kmol/hr氢气0.003123一氧化碳0.001224二氧化碳2.075014水0。01701甲醇0。114625二甲醚0。002487乙醇6。38E—05甲烷0。000227氩气0。000184总摩尔流量Kmol/hr2.213958总质量流量Kg/hr95。50409总体积流量m3/hr11.24181温度C40压力Mpa0.5焓值KJ/kmol—381196490密度kg/m38.495435平均分子量43。13726废液含量表物料摩尔流量kmol/hr氢气1243.67一氧化碳399。34561二氧化碳283。94225水499.19223甲醇11。830223二甲醚0.276302乙醇0.0068509甲烷2.6492085氩气2。649253总摩尔流量Kmol/hr2443。5619总质量流量Kg/hr35726。556总体积流量m3/hr1070。7793八.设备一览表表8-1ASPENPLUS模拟主要设备设计参数一览表序号设备位号设备名称主要技术规格图号或标准号数量1C101压缩机出口温度：60℃；出口压力：5.3Mpa12E202原料与产品换热器0138-40—E20213R101甲醇合成塔温度：250℃压力:5.2MpaCO+2H2⇔CH3OHCO转化率：10％CO2+3H2⇔CH3OHCO2转化率：15%2CO+2H2⇔C2H4O2CO转化率：0.05％2CO+4H2⇔C2H6O+H2OCO转化率：0.05％0138-40—R10114E101换热器温度：250℃压力：5。25Mpa0138—40—E10125V201甲醇分离器温度：40℃；压力：4.9Mp0138-40-V20116V202闪蒸塔温度：40℃;压力：0.5Mp0138-40-V20217E201换热器温度：120℃压力:5.1Mpa0138-40-E20118T201预精馏塔塔顶回凝器E202BJSⅠ0138-40—E2021预精馏塔塔底再沸器E203AKTⅠ0138—40—E2031预精馏塔实际塔板数:27；进料板位置：13回流比：3.80138—40—T20119P201泵进口温度：81.67℃，进口压力：0。17Mpa；出口温度：81。7℃，出口压力：0.28Mp110T202精制塔塔顶回凝器E204BJSⅠ0138—40-E2041精制塔塔底再沸器E205AKTⅠ0138-40—E2054精制塔理论塔板数:53;进料板位置：25回流比:3.10138-40-T2021九。平立面布置见附图致谢通过毕业设计，不仅使我把大学期间所学得知识融会贯通在一起，而且