【化学工程与工艺专业】【毕业设计开题报告文献综述】利用二氧化碳生产甲醇的工艺流程设计(可编辑)

(20次)毕业设计利用二氧化碳生产甲醇的工艺设计摘要：文介绍了二氧化碳加氢合成甲醇的反应机理，设计了从二氧化碳制备甲醇的工艺流程，并采用Aspen plus工艺模拟系统模拟了工艺流程图。 不断优化仿真数据，在每个周期得到工艺流程中材料平衡计算、热平衡计算及主要设备选型的数据结果。 关键词：二氧化碳甲醇； 流程流程Aspen-plus。abstract : in this paper thesynthesisofcarbondioxidehydrogenationrectionmechanismoftheprocessflowofthesynthesisofmethanolwithcard theprocessflowdiagram.constantyoutionthesimulationdataagain，and get through each cycle，the process materials calculation heat calculation andmarequereconterselementofthedatabalehingdkeywords : carbon dioxide； methanol； 流程设计； Aspen-plus目录摘要IAbstractII1 .绪论11.1选题背景，意义11.2相关研究的最新成果和动态21.2.1国内外研究二氧化碳生产甲醇的技术研究21.2.2关于aspen plus软件的介绍21.2.3反应机制41.2.4催化剂的研究51.3设计内容5二.主要设计过程62.1初始值估计62.2radfrac严格精馏验证10三.设计结果153.1主要工艺流程图的设计结果153.2物料馀额163.3热平衡计算233.4主要设备选型29四.结论和展望33谢谢34参考文献351 .绪论1.1选题的背景、意义二氧化碳是工业的主要排放物，是引起全球变暖的气体之一，也是重要的碳资源。 二氧化碳的活化和利用越来越受到关注。 1除了提高资源的使用效率(低碳经济)之外，二氧化碳的捕集归档再利用(CCS )技术也备受瞩目。 该技术不仅能减少大气中二氧化碳的浓度，减少温室气体的排放，减少环境污染，而且能获得高纯度的二氧化碳，成为制造化学品的含碳原料，使废物成为宝藏，提高经济效益。 该技术是控制温室气体排放，实现含碳资源循环利用的应用途径之一。随着世界石油储备量的减少，碳氢化合物和碳原料等来源越来越有关系。 例如，天然气在工业加工2-4中有效地取代石油，必须开发出高度评价的生产技术。 在此基础上5-6生产的主要产品是化学产品、石油化工合成产品和清洁汽车燃料。以各种二氧化碳为原料和中间体的新产品和新技术正在被开发，二氧化碳捕集技术的发展也进一步拉动着。 二氧化碳的捕集可以随着二氧化碳的再利用成为降低成本的普遍方法。甲醇是重要的有机化工原料，是Cl化学的基础物质，甲醇产量仅由次子氨、乙烯、丙烯和苯合成，居第5位，在中国跃居第1位。 7随着能源结构的变化，甲醇被称为未来燃料的候补燃料，甲醇易于运输，可与汽油混合成汽车燃料，作为汽油添加剂起到节约芳烃、提高辛烷值的作用，甲醇成为21世纪具有竞争力的清洁燃料8-10。由甲醇生产的化工产品达数百种。 随着节能环保成为基本国策，节能减排工作进一步深入，可持续发展变得越来越重要，甲醇再一次受到研究者的重视，甲醇下游产品和技术发展更加彻底，甲醇市场更加广阔。化工过程模拟软件出现于上世纪50年代末，现在已成为化工过程设计的有力工具。 此类软件包括强大的热力学和机组操作模块，拥有庞大的物性数据库，可以进行单一的设备计算，也可以计算整个化工生产过程。 目前，化工过程模拟软件广泛应用于化工过程的设计、测试、优化和过程集成。 其代表作是美国的ASPEN TECH公司在1980年代进入市场的大型通用过程模拟系统吗？ 什么东西Aspen Plus。 该软件具有完整的物性数据库，具备全面广泛的化工单元操作模型，可简单构成各种化工生产过程，提供强大的模型分析工具，它以严格最新的计算方法，进行化工单元和全过程的模拟计算。化工过程的模拟或过程模拟根据化工过程的数据，例如材料的压力、温度、流量、组成相关的过程操作条件、过程规定、产品规格和一定的设备参数，例如蒸馏板的板数、供给位置等，采用适当的模拟软件， 用数学模型描述了许多单元工艺组成的化工工艺，用计算机模拟了实际生产工艺，用计算机改变了各种有效条件，得到了必要的结果。 其中包括原材料消费、公共工程消费和产品、副产品产量和质量等重要数据。1.2相关研究的最新成果和动态1.2.1国内外研究二氧化碳生产甲醇的技术研究CO？ 它本身就应该呈现出极其化学惰性，在比较温和的条件下实现CO吗？ 氢化的高效转化，重要的是开发高活性催化剂。 国外发展成熟的CO？ 加氢合成甲醇的催化剂在国内还处于研究阶段。 CO？ 氢化合成甲醇中的h？ 原因是个大问题，从化石资源中生产氢必定会产生大量的CO吗？ 从本质上说，我们不能利用CO吗？ 目的。 如果工厂里有多馀的氢和CO呢？ 用这种合成方法可以合成甲醇。 受热力学限制，所以CO？ 加氢合成甲醇反应的转化率低，生产工艺中必须考虑原料气体的循环利用问题。 采用CO吗？ 和h？ 合成甲醇的工艺有原料精制、甲醇合成、甲醇精馏三个主要步骤。 是CO的错吗？ 和h？ 由于合成甲醇反应产生的水量大，甲醇精馏过程的能量消耗量高。你现在在研究CO吗？ 加氢合成甲醇工艺单位多，用于催化剂引擎和反应条件的研究。 这个过程CO？ 转化率低，甲醇收率低，限制了工业化生产装置的建设。 今后应该加强提高CO吗？ 综合性、甲醇选择性增大、新型催化剂和装置工业化等关键技术的研究。 超细负载型催化剂园具有比表面积大、分散度高、热稳定性好的特点，促进了苊的发展，是今后研究的方向。CO？ 加氢制甲醇的工艺和设备与传统的甲醇合成工艺没有太大差别，投资成本低。 国内只有CO吗？ 作为原料生产甲醇的厂家，不是直接加氧，而是国外已经有很多二氧化碳催化加氢直接转化为甲醇工业化的现实。 CO？ 制备甲醇可以缓解温室效应，节约能源，从经济、环境、社会角度来看也具有很好的前景，国内应加强这方面的研究。1.2.2 Aspen plus软件介绍1.Aspen Plus介绍Aspen Plus是Aspen Tech公司最初开发的稳态模拟软件。 1980年代初商品化，至今已经补充了20多年，成为全球标准过程模拟软件和功能最强的商品化过程模拟软件。 该软件包括由50多种机组设备严格模型组成的模型库和5000多种化合物物性数据库，在科研开发、工程设计、生产管理等各个阶段得到广泛应用。 在科研开发中使用该软件，将该软件应用于可减少试制阶段和实验次数、加快产品上市过程的工程设计中，可迅速筛选出各种工艺方案，快速确定材料与能量平衡计算， 能够自动制作PFD图的生产中应用它来模拟诊断生产装置的异常运行状况，优化操作参数，降低节能消耗，确定生产过程各部位的能力，还能找到“瓶颈”的位置和增产方案。Aspen B-JAC是列管式热交换器和空冷器等设备设计的严密的计算程序。 其中aspenhetsran和aspenaeerootran主要用于换热器和冷却器等设备的热力学设计，Aspen Teams主要用于设备的机械Aspen Dynamics是一个接口软件，用于集成稳态-动态模拟，并为动态计算提供稳态初始值。 使用Aspen Dynamics，包含控制器的Aspen Plus与Aspen Custom Modeler成为一体，从稳态设计到模拟控制特性、参数调整等都能一口气完成。Aspen Custom Modeler是在用联立微分-代数方程式求积分解的基础上构筑的动态仿真系统。 它具有一系列单元操作的动态模型库，可以使用与Aspen Plus相同的物性数据库，使稳态和动态仿真的计算结果一致。aspen自定义模块经常使用的几个方面是：1提高操作性，改善包括驾驶方案、正常操作规程在内的2个安全性。 改进包括释放系统、事故分析在内的三过程控制方案，测试可能的控制方案，研究高级控制方案的四用户模型的开发和过程操作的优化。Aspen Pinch是一种基于过程集成和集成的抓取技术计算软件。 以厂房操作数据和Aspen Plus仿真计算数据为输入，设计能耗最小、操作成本最低的化工厂和炼油厂工艺流程。此外，Aspen Tech公司开发了一些具体过程的仿真系统。 例如Polymer sPlus是模拟聚合物生产过程的通用聚合过程模拟系统，Batch Plus是制药企业的综合解决方案，Aspen OL I是电解质溶液的严格模拟工具，Aspen Split是理想的共沸2.Aspen在工程开发中的应用与探索应用基础物性数据验证和：利用Property Plus模块开展了聚酯、PTA、PIA工艺主要系统的基本物性数据核对，以便今后更准确地开展相关工艺流模拟研究。 将直接从数据库提取或使用分析工具计算出的基础数据与已知数据进行比较，结果两者的结果基本一致，可用于过程流模拟的计算。应用于概念设计的搜索器：可以利用Aspen Plus提供的50多种单元设备的模型库，开展不同设备的技术设计，例如塔式、分流器、混频器、换热器、变压单元等，从而完成单元操作的概念设计。 针对PTA、PIA工艺中催化剂回收效果不令人满意的情况，提出了萃取回收催化剂的新建议，并利用Aspen Plus完成了初步工艺模拟。 然后，通过分析模拟结果，决定了集成催化剂回收系统和溶剂脱水系统的想法，通过Aspen Plus决定了Flowsheet Options和Model AnalysisTools集成的DesignSpec、Calcula2tor， 利用Sensiti vity，Optimization和CaseSt udy等工具调整工艺和模型参数，基本确定工艺计划，获得关键设备参数、工艺控制指标、物料能源平衡计算和公共工程消耗量等数据3 .在工程设计过程中的应用利用Aspen Plus提供的单元设备严格模型，可对几种设备进行过程设计和工程设计。 正如PTA和PIA工艺中氧化反应器塔顶换热系统的多组分相变工艺一样，换热器是整个工艺中极为重要的设备，不仅设备复杂庞大，而且次生蒸汽的质量和产量对工艺空气压缩系统的汽轮机设备产生了重要影响。 刘保柱、凤文、朱菊香等通过不断调整工艺模拟参数，在实现各级次生蒸汽优化控制的同时，利用B-JAC模块严格计算各换热器，计算出的换热器设备参数与已知工程数据一致，实际应用于设计项目B-JAC模块换热器的严密计算已广泛应用于聚酯、PTA、PIA、聚乳酸等工程中。1.2.3反应机制CO？ 氢化合成甲醇的反应机理中，目前有些未解决的问题：是合成甲醇反应的中间种类，第二个是CO？ 氢和直接合成甲醇，还是通过CO间接合成第三点是，研究较多的铜系催化剂的反应活性的中心说法不同。 人们对CO加氢合成甲醇反应的研究不断深入，越来越多的人认为CO？ 氢化合成甲醇经过CO的中间过程，从CO？ 与氢直接作用合成甲醇。 11CO？ 加氢合成甲醇通常会生成以下两个平行反应：CO？ 3H？ CH3OH H2O H-49.143kJ/molCO？ h？ CO H？ O H-41.112kJ/molCO加氢合成甲醇的主要反应为：CO 2H？ CH3OH H-90kJ/mol你看到CO了吗？ 氢化合成甲醇的反应热约为CO的一半，所以CO？ 加氢合成甲醇可以在低温下进行。 CO？ 加氢合成甲醇为发热反应，降低温度有利于反应。 考虑一下反应速度和CO？ 化学惰性，适度提高反应温度，能帮助CO活化吗？ 分子可以提高合成甲醇的反应速度。 另外，增大反应体系的压力有利于反应向生成甲醇的方向前进。 因此，适当提高反应温度并选择适当的操作压力可以使反应在热力学允许的情况下进行。1.2.4催化剂的研究CO用？ 氢化合成甲醇反应的催化剂开发尚未成熟，多为改