年产3万吨甲醇合成工艺毕业设计

1、湖南化工职业技术学院毕业设计（论文） 1 年产年产 3 3 万吨甲醇合成工艺万吨甲醇合成工艺 【摘要】：甲醇是一种透明、无色、易燃、有毒的液体，略带酒精味。熔点 97.8 度，沸点 64.8 度，闪点 12.22 度，自燃点 47 度，相对密度 0.7915(20 度/4 度)，爆炸极限下限 6%，上限 36.5%，能与水、乙醇、乙醚、苯、丙酮和 大多数有机溶剂相混溶。作为及其重要的有机化工原料，是碳一化学工业的基 础产品，在国民经济中占有重要地位。长期以来，甲醇都是被作为农药，医药， 染料等行业的工业原料，但随着科技的进步与发展，甲醇将被应用于越来越多 的领域。 本文主要以投资成本，生产成本

2、，产品收率为依据，并用一系列计算和合 成甲醇的原理与其他方法进行对比。选择中压法为本设计生产甲醇的工艺，用 CO 和 H2在加热压力下，在催化剂作用下合成甲醇的生产工艺。 关键字：甲醇 中压法 成本 合成工艺 【Abstract】 Methanol is a kind of transparent, colorless, inflammable, poisonous liquid, slightly alcohol flavor. Melting point - 97.8 degrees, boiling point 64.8 degrees, flash point 12.22 degree

3、s, spontaneous combustion point 47 degrees, relative density 0.7915 (20 degrees / 4 degrees), explosion limit floor 6%, cap yesterday, can with water, ethanol, ethyl ether, benzene, acetone and most organic solvents mixed to dissolve. As its important organic chemical raw materials, is a carbon base

4、d products, chemical industry in the national economy plays an important role. Long-term since, methanol 年产 3 万吨甲醇合成工艺设计 2 were as pesticides, medicine, dyestuff industry industrial raw materials, but along with the technological progress and development, methanol will be used by more and more field

5、s. This paper concentrates on the investment cost, the production cost, product yield as the basis, and a series of calculation and methanol synthesis theory and other methods are compared. Choice for this design method of medium-voltage produce methanol process, use CO and H2 in heating, under pres

6、sure in under the action of methanol synthesis catalyst production process. 湖南化工职业技术学院毕业设计（论文） 3 目目 录录 1 总 论.4 1.1 概述.4 1.2 甲醇的合成方法.5 1.3 甲醇的合成路线.6 1.5 本设计的主要方法及原理.7 2 生产工艺及主要设备计算.9 2.1 甲醇生产的物料平衡计算.9 2.1.1 合成塔物料平衡计算.9 2.1.2 粗甲醇精馏的物料平衡计算.16 2.2 甲醇生产的能量平衡计算.19 2.2.1 合成塔能量计算.19 2.2.2 常压精馏塔能量衡算.20 2.3 主

7、要设备计算及选型.23 2.3.1 常压精馏塔计算.23 2.3.2 初估塔径.25 2.3.3 理论板数的计算.27 2.3.4 塔板流体力学验算.30 2.3.5 常压塔主要尺寸确定.32 2.3.6 辅助设备.34 3.主设备图及工艺流程图.35 参考文献.36 年产 3 万吨甲醇合成工艺设计 4 1 总 论 1.1 概述 1. 生产的发展 1） 世界甲醇工业的发展 总体上说，世界甲醇工业从 90 年代开始经历了 1991-1998 的供需平衡， 1998-1999 的供大于求，从 2000 年初至今的供求基本平衡三个基本阶段。1据 Nexant Chen Systems 公司的最新统计

8、，全球 2004 年甲醇生产能力为 4226.5 万 t/a2以下是最近几年的甲醇需求统计。 全球主要地区甲醇消费构成 2001 年2002 年2003 年2004 年 按用途分 甲醛 940(31)970(32)1010(32)1050(33) MTBE830(28)810(26)780(25)760(22) (其中美国） 470(16)430(14)340(11)270(8) 醋酸 270(9)290(9)300(10)310(10) MMA90(3)90(3)100(3)100(3) 其他 880(29)900(29)930(30)970(30) 需求合计3020（100) 3060(1

9、00)3100(100)3180(100) 按地区分 亚洲 920(30)940(31)990(32)1040(33) 北美 1000(33)1000(33)980(31)970(31) 西欧 630(21)640(21)650(21)670(21) 其他 470(16)480(16)490(16)500(16) 需求合计 3020(100)3060(100)3110(100)3180(100) 从上表可以看出，到 2004 年为止，甲醇仍主要用于制造甲醛和 MTBE。用 湖南化工职业技术学院毕业设计（论文） 5 于制造甲醛的甲醇用量随年份成增长趋势，而 MTBE 的需求量则逐年降低。亚 洲需

10、求量增长比较迅速，与此相反，北美地区需求则在减少。 2） 我国甲醇工业发展 我国的甲醇工业经过十几年的发展，生产能力得到了很大提高。1991 年， 我国的生产能力仅为 70 万吨，截止 2004 年底，我国甲醇产能已达 740 万吨， 117 家生产企业共生产甲醇 440.65 万吨，2005 年甲醇产量达到 500 万吨，比 2004 年增长 22.2%，进口量 99.1 万吨，因此下降 3.1%。 1.2 甲醇的合成方法 1.常用的合成方法 当今甲醇生产技术主要采用中压法和低压法两种工艺，并且以低压法为主， 这两种方法生产的甲醇约占世界甲醇产量的 80%以上。 高压法：(19.6-29.4

11、Mpa)是最初生产甲醇的方法，采用锌铬催化剂，反应 温度 360-400，压力 19.6-29.4Mpa。高压法由于原料和动力消耗大，反应温 度高，生成粗甲醇中有机杂质含量高，而且投资大，其发展长期以来处于停顿 状态。 低压法：(5.0-8.0 Mpa)是 20 世纪 60 年代后期发展起来的甲醇合成技术， 低压法基于高活性的铜基催化剂，其活性明显高于锌铬催化剂，反应温度低 (240-270)。在较低压力下可获得较高的甲醇收率，且选择性好，减少了副反 应，改善了甲醇质量，降低了原料消耗。此外，由于压力低，动力消耗降低很 多，工艺设备制造容易。 中压法：(9.8-12.0 Mpa)随着甲醇工业的

12、大型化，如采用低压法势必导致 工艺管道和设备较大，因此在低压法的基础上适当提高合成压力，即发展成为 中压法。中压法仍采用高活性的铜基催化剂，反应温度与低压法相同，但由于 提高了压力，相应的动力消耗略有增加。 2.本设计所采用的合成方法 比较以上三者的优缺点，以投资成本，生产成本，产品收率为依据，选择 中压法为生产甲醇的工艺，用 CO 和 H2在加热压力下，在催化剂作用下合成甲 年产 3 万吨甲醇合成工艺设计 6 合成 塔 水冷 器 甲醇 分离 塔 循环 器 醇，其主要反应式为：CO+ H2CH3OH 1.3 甲醇的合成路线 1常用的合成工艺 虽然开发了高活性的铜基催化剂，合成甲醇从高压法转向低

13、压法，完成了 合成甲醇技术的一次重大飞跃，但仍存在许多问题：反应器结构复杂；单程转 化率低，气体压缩和循环的耗能大；反应温度不易控制，反应器热稳定性差。 所有这些问题向人们揭示，在合成甲醇技术方面仍有很大的潜力，更新更高的 技术等待我们去开发。 2本设计的合成工艺 经过净化的原料气，经预热加压，于 5 Mpa、220 下，从上到下进入 Lurgi 反应器，在铜基催化剂的作用下发生反应，出口温度为 250 左右，甲醇 7%左右，因此，原料气必须循环，则合成工序配置原则为图 2-2。 甲醇的合成是可逆放热反应，为使反应达到较高的转化率，应迅速移走反 应热，本设计采用 Lurgi 管壳式反应器，管程

14、走反应气，壳程走 4MPa 的沸腾水 粗甲醇驰放气 图 1-1合成合序配置原则 甲醇合成的工艺流程（图） 湖南化工职业技术学院毕业设计（论文） 7 这个流程是德国 Lurgi 公司开发的甲醇合成工艺，流程采用管壳式反应器， 催化剂装在管内，反应热由管间沸腾水放走，并副产高压蒸汽，甲醇合成原料 在离心式透平压缩机内加压到 5.2 MPa (以 1：5 的比例混合) 循环，混合气体在 进反应器前先与反应后气体换热，升温到 220 左右，然后进入管壳式反应器 反应，反应热传给壳程中的水，产生的蒸汽进入汽包，出塔气温度约为 250 ， 含甲醇 7%左右，经过换热冷却到 40 ，冷凝的粗甲醇经分离器分离

15、。分离粗 甲醇后的气体适当放空，控制系统中的惰性气体含量。这部分空气作为燃料， 大部分气体进入透平压缩机加压返回合成塔，合成塔副产的蒸汽及外部补充的 高压蒸汽一起进入过热器加热到 50 ，带动透平压缩机，透平后的低压蒸汽作 为甲醇精馏工段所需热源。 1.5 本设计的主要方法及原理 造气工段：造气工段：使用二步法造气 CH4+H2O(气)CO+3H2-205.85 kJ/mol 年产 3 万吨甲醇合成工艺设计 8 CH4+O2CO2+2H2+109.45 kJ/mol CH4+O2CO+2H2+35.6 kJ/mol 2 1 CH4+2O2CO2+2H2O+802.3 kJ/mol 合成工段合成

16、工段 5MPa 下铜基催化剂作用下发生一系列反应 主反应 ： CO+2H2CH3OH+102.37 kJ/kmol 副反应： 2CO+4H2(CH3O)2+H2O+200.3 kJ/kmol CO+3H2CH4+ H2O+115.69 kJ/kmol 4CO+8H2C4H9OH+3H2O+49.62 kJ/kmol-(A) CO+H2CO +H2O-42.92 kJ/kmol 除（A）外，副反应的发生，都增大了 CO 的消耗量，降低了产率，故应尽 量减少副反应。 反应热力学反应热力学 一氧化碳加氢合成甲醇的反应式为 CO+2H2CH3OH(g) 这是一个可逆放热反应，热效应。molKJKH/

17、8 . 90298 当合成气中有 CO2时，也可合成甲醇。 CO2 + 3H2 CH3OH(g) + H2O 这也是一个可逆放热反应，热效应molKJKH/ 6 . 58298 合成法反应机理合成法反应机理 本反应采用铜基催化剂，5 MPa，250 左右反应，清华大学高森泉，朱起 明等认为其机理为吸附理论，反应模式为： H2+22H - CO+HHCO- HCO+H H2CO H2CO+2HCH3OH+3 CH3OH CH3OH+ 反应为，控制。即吸附控制。 湖南化工职业技术学院毕业设计（论文） 9 2 生产工艺及主要设备计算 工艺计算作为化工工艺设计，工艺管道，设备的选择及生产管理，工艺条

18、件选择的主要依据，对平衡原料，产品质量，选择最佳工艺条件，确定操作控 制指标，合理利用生产的废料，废气，废热都有重要作用。 2.1 甲醇生产的物料平衡计算 2.1.1 合成塔物料平衡计算合成塔物料平衡计算 已知：年产 100000 吨精甲醇，每年以 300 个工作日计。 精甲醇中甲醇含量(wt)：99.95% 粗甲醇组成(wt)：Lurgi 低压合成工艺 甲醇：93.89% 轻组分以二甲醚(CH3)2O 计：0.188% 重组分以异丁醇 C4H9OH 计：0.026% 水：5.896% 所以：时产精甲醇：Kg/h 100000 1000 13888.89 300 24 时产粗甲醇： Kg/h

19、13888.89 99.95% 14785.33 93.89% 根据粗甲醇组分，算得各组分的生成量为： 甲醇(32)： Kg/h 434.03kmol/h 9722.22 Nm3/h13888.89 二甲醚(46)：27.796 Kg/h 0.604 kmol/h 13.536 Nm3/h 异丁醇(74)：3.844 Kg/h 0.052 kmol/h 1.164 Nm3/h 水(18)： 871.74 Kg/h 48.43 kmol/h 1048.84 Nm3/h 合成甲醇的化学反应为： 主反应：CO+2H2CH3OH+102.37 KJ/mol 副反应：2CO+4H2(CH3)2O+H2O

20、+200.39 KJ/mol CO+3H2CH4+H2O+115.69 KJ/mol 年产 3 万吨甲醇合成工艺设计 10 4CO+8H2C4H9OH+3H2O+49.62 KJ/mol CO2+H2CO+ H2O-42.92 KJ/mol 生产中，测得每生产 1 吨粗甲醇生成甲烷 7.56 Nm3,即 0.34 kmol，故 CH4 每小时生成量为：7.56 14.78533=111.777 Nm3，即 4.987 kmol/h，79.794 Kg/h。 忽略原料气带入份，根据、得反应生成的水的量为：48.43- 0.604-0.0520 3-4.987=42.683 kmol/h，即在 C

21、O 逆变换中生成的 H2O 为 42.683 kmol/h，即 956.13 Nm3/h。 5.06 MPa，40时各组分在甲醇中的溶解度列表于表 2-1 表 2-1 5.06Mpa，40时气体在甲醇中的溶解度 组分H2COCO2N2ArCH4 Nm3/t甲醇 甲醇 00.6823.4160.3410.3580.682 溶解度 Nm3/h01.0085.5010.5040.5291.008 甲醇生产技术及进展华东工学院出版社.1990 据测定：35 时液态甲醇中释放 CO、CO2、H2等混合气中每立方米含 37.14 g 甲醇，假定溶解气全部释放，则甲醇扩散损失为： (1.008+5.501+

22、0.504+0.529+1.008)= 0.318 kg/h 1000 14.37 即 0.0099kmol/h，0.223 Nm3/h。 根据以上计算，则粗甲醇生产消耗量及生产量及组成列表 2-2。 表 2-2 甲醇生产消耗和生成物量及组成 消耗物料量生成物料量合计消 耗 方 式 单 位COH2CO2N2CH4CH3OHC4H9OH(CH3)2OH2O消耗生成 kmol434.03868.06434.03 湖南化工职业技术学院毕业设计（论文） 11 式Nm39722.2219444.449722.2229166.669722.22 kmol1.2082.4160.6040.604 式Nm32

23、7.0654.1213.53613.53681.1827.07 kmol4.9879.9744.9874.987 式Nm3111.777223.554111.77 7 111.777335.331223.554 kmol0.2080.4160.0520.156 式Nm34.6599.3181.1643.49413.9774.658 kmol42.68342.68342.683 式Nm3956.13956.13956.13956.13956.13 气 体 溶 解 Nm31.00805.0510.5041.0087.571 扩 散 损 失 Nm30.21100.4220.6330.211 合 计

24、Nm318664.4540194.86961.6030.504110.76 9 19444.392.32227.061101.93359821.4220686.502 消 耗 组 成 %(v)31.267.1911.6070.0008 生 成 质 量 kg27751.347.7055.56873.7028688.3 生%(wt)93.890.0260.1885.896100 年产 3 万吨甲醇合成工艺设计 12 成 组 成 设新鲜气量为 G新鲜气,驰放气为新鲜气的 9%1。 表 2-3驰放气组成 组分H2COCO2CH4N2ArCH3OHH2O Mol%79.316.293.504.793.1

25、92.300.610.01 甲醇生产技术及进展华东工学院出版社.1990 G新鲜气G消耗气+G驰放气=G消耗气+0.09 G新鲜气=59821.42+0.09 G新鲜气 所以：G新鲜气65737.82 Nm3/h 新鲜气组成见表 2-4 表 2-4甲醇合成新鲜气组成 组分H2COCO2N2总计 Nm344499.2519168.452047.083.2965737.82 组成 mol% 67.69229.1593.1440.005100 测得：甲醇合成塔出塔气中含甲醇 7.12%。根椐表 2-2、表 2-4，设出塔气量为 G出塔。又知醇后气中含醇 0.61%。 所以： =7.12% 出塔 醇后

26、 G G%61 . 0 18.19444 G醇后=G新鲜-(G醇G副G扩)+GCH4= 65737.82-59821.42+112.785 =6029.185 Nm3/h 所以：G出塔272460.95Nm3/h G循环气= G出塔-G醇后-G生成+GCH4-G溶解=272460.95-6029.185-20686.502+112.785- 7.571 湖南化工职业技术学院毕业设计（论文） 13 =245850.477Nm3/h 甲醇生产循环气量及组成见表 2-5 表 2-5 甲醇生产循环气量及组成 组分COCO2H2N2CH4ArCH3OHH2O合计 流量： Nm3/h 15463.9986

27、04.767194984.017842.6311776.245654.5611499.6924.585245850.477 组成% (V) 6.293.5079.313.194.792.300.610.01100 G入塔= G循环气+G新鲜气=245850.477+65737.82 =311588.297 Nm3/h 由表 2-4 及表 2-5 得到表 2-6。 表 2-6 甲醇生产入塔气流量及组成单位：Nm3/h 组分COCO2H2N2CH4ArCH3OHH2O合计 流量： Nm3/h 34894.7710668.78239349.677808.40311721.955627.2851492

28、.5124.927311588.297 组成 (V)% 11.1993.42476.8162.5063.7621.8060.4790.008100 又由 G出塔= G循环气-G消耗G生成 据表 2-2、2-6、得表 2-7。 表 2-7 组 分 COCO2H2N2CH4ArCH3OHH2OC4H9OH(CH3)2O合计 入 塔 34894.7710668.78239349.677808.40311721.955627.2851492.5124.927311588.297 年产 3 万吨甲醇合成工艺设计 14 消 耗 18664.45961.60340194.860.5041.00859821.

29、42 生 成 111.77719444.391101.9332.32227.0620686.502 出 塔 17145.498751.203198114.487805.78911941.635626.16220853.582185.0762.32227.06272453.379 组 成 (V) 6.2933.21272.7152.8654.3832.0657.6540.8020.0010.010100 甲醇分离器出口气体和液体产品的流量、组成见表 2-8。 表 2-8甲醇分离器出口气体组成、流量：单位：Nm3/h 组分COCO2H2N2CH4Ar CH3O H C4H9 OH (CH3) 2O

30、 H2O合计 损失1.0085.05100.5041.0080.5290.2118.311 出气 17144. 482 8746.1 52 198114.47 7805.2 85 11940. 622 5625.6 33 20853. 369 270230. 013 组成 (V)% 6.3443.23773.3132.8884.4192.0827.717100 出液 19444. 39 2.32227.06 1101.9 33 20575.7 06 组成 mol% 89.7370.0110.12510.127100 重量 kg 27751. 34 7.7055.56873.7028688.3

31、组成 (wt)% 93.8050.0260.1885.981100 湖南化工职业技术学院毕业设计（论文） 15 甲醇驰放气流量及组成见表 2-9。 表 2-9 甲醇驰放气流量及组成 组成COCO2H2CH4ArCH3OHH2O合计 流量： Nm3/h 190.11 7 105.789397.166144.77996.41918.437微2925.707 组成： (V)% 6.493.6181.924.953.300.63100 粗甲醇贮罐气流量及组成风表 2-10。 表 2-10 贮罐气组成、流量 组成COCO2H2CH4ArCH3OHN2合计 流量： Nm3/h 1.0085.05101.0

32、080.5290.2110.5048.311 组成： (V)% 12.12960.774012.1296.3652.5396.064100 由表 2-2 到表 2-10 可得表 2-11。 表2-11甲醇生产物料平衡汇总表 新鲜气循环气入塔气出塔气醇后气 流量组成流量组成流量组成流量组成流量组成组分 Nm3(v)%Nm3(v)%Nm3(v)%Nm3(v)%Nm3(v)% CO19168.4929.15915463.9956.2934894.7711.19917145.496.293881.2828.108 CO22047.083.1448604.7673.5010668.783.4248751

33、.2033.21295.1073.033 H244499.2567.692194984.01379.31239349.6776.816198114.47572.7152045.99865.257 N23.290.0057842.633.197808.4032.5067805.7892.8651.0860.035 Ar5654.5612.305627.2851.8065626.1622.065 年产 3 万吨甲醇合成工艺设计 16 甲 醇 合 成 塔 分 离 器 贮 罐 冷 凝 CH411776.2384.7911721.9523.76211941.634.383112.7853.597 CH3

34、OH1499.6880.611492.5080.47920853.587.654 C4H9OH2.3220.001 (CH3)2O27.060.01 H2O24.5850.0124.9270.0082185.0760.802微量/ 合计65718.11100245850.474100311588.295100272452.7871003135.308100 根椐计算结果，可画出甲醇生产物流图，如：图 2-1甲醇生产物流图 1.新鲜气 3.循环气 2.入塔气 6.驰放气 5.醇后气 7.粗甲醇 2.1.2 粗甲醇精馏的物料平衡计算粗甲醇精馏的物料平衡计算 1. 预塔的物料平衡 (1).进料 A.

35、粗甲醇：28688.3kg/h。根据以上计算列表 2-12 表 2-12 组分甲醇二甲醚异丁醇水合计 流量：kg/h27751.3455.567.70873.6328688.3 组成：(wt)%93.8050.0260.1885.981100 湖南化工职业技术学院毕业设计（论文） 17 B.碱液：据资料，碱液浓度为 8%时，每吨粗甲醇消耗 0.1 kg 的 NaOH。则 消耗纯 NaOH：0.1 28688.32.869 kg/h 换成 8%为：=35.863 kg/h %8 869 . 2 C.软水：据资料记载。软水加入量为精甲醇的 20%计，则需补加软水： 27751.34 20%-35.

36、863 (1-8%)=5515.122 kg/h 据以上计算列表 2-13。 表 2-13 预塔进料及组成 物料量：kg/hCH3OHH2ONaOH(CH3)2OC4H9OH合计 粗甲醇27751.34873.6355.567.7028688.3 碱液32.9942.86935.863 软水5515.1225515.122 合计27751.346421.7462.86955.567.7034239.215 (2).出料 A.塔底。甲醇：27751.34 kg/h B.塔底水。粗甲醇含水：873.63kg/h 碱液带水：32.994 kg/h 补加软水：5515.122 kg/h 合计：6421

37、.746kg/h C.塔底异丁醇及高沸物：7.70 kg/h D.塔顶二甲醚及低沸物：55.56 kg/h 由以上计算列表 2-14。 表 2-14预塔出料流量及组成 物料量： kg/h CH3OHH2ONaOH(CH3)2OC4H9OH合计 塔顶55.5655.56 塔底27751.346421.7462.8697.7034183.655 年产 3 万吨甲醇合成工艺设计 18 预精 馏塔 加压 精馏 塔 常压 精馏 塔 合计27751.346421.7462.86955.567.7034239.215 2 主塔的物料平衡计算 (1).进料 加压塔。预后粗甲醇：34183.655 kg/h 常

38、压塔。34183.655-27751.34 2/3=15682.76 kg/h (2).出料 加压塔和常压塔的采出量之比为 2:1，常压塔釜液含甲醇 1%。 A. 加压塔。塔顶：27751.34 2/3=18500.89kg/h 塔釜：15682.76kg/h B. 常压塔。塔顶：27751.34 1/3 99%=9157.94 kg/h 塔釜：甲醇 水 NaOH 高沸物 kg/h：92.5 6421.746 2.869 7.70 总出料：由以上计算。得表 2-15 甲醇精馏塔物料平衡汇总表：单位：kg/h 18500.89+6421.746+2.869+7.70+92.5+9157.94=3

39、4183.645 得表 2-15 甲醇精馏塔物料平衡汇总 物料物料加压塔顶出料常压塔顶出料常压塔釜出料合计 甲醇27751.3418500.899157.9492.527751.34 NaOH2.8692.8692.869 水6421.7466421.7466421.746 高沸物7.707.707.70 合计34175.95518500.899157.946524.81534175.955 根椐计算结果可画出粗甲精馏物流图，见图 2-2。 4.预塔顶出料 6.加压塔顶出料7.常压塔顶出料 1.粗甲醇 2.软水 湖南化工职业技术学院毕业设计（论文） 19 3.碱液 5.预塔底出料 8.常压塔釜

40、出料 图 2-2 粗甲醇精馏物流图 2.2 甲醇生产的能量平衡计算 2.2.1 合成塔能量计算合成塔能量计算 已知：合成塔入塔气为 220 ，出塔气为 250 ，热损失以 5%计，壳层走 4MPa 的沸水。 查化工工艺设计手册得，4 MPa 下水的气化潜热为 409.7 kmol/kg，即 1715.00 kJ/kg，密度 799.0 kg/m3，水蒸气密度为 19.18 kg/m3，温度为 250 。 入塔气热容见 4-16。 表 2-165MPa，220下入塔气除(CH3OH)热容 组分COCO2H2N2ArCH4合计 流量： Nm3 34894.7710668.78239349.6778

41、08.4035627.28511721.95310070.86 比热： kJ/kmol 30.1545.9529.3430.3521.4147.05/ 热量： kJ/ 23580.6510987.99157396.595312.062700.6912360.21212338.19 查得 220时甲醇的焓值为 42248.46 kJ/kmol，流量为 749.391 Nm3。 所以：Q入=42248.46+212338.19 220=2815007.35+46714401.8 4 .22 508.1492 =49529409.15 kJ 出塔气热容除(CH3OH)见表 4-17。 年产 3 万吨

42、甲醇合成工艺设计 20 表 2-17 5MPa，220下出塔气除(CH3OH)热容 组分COCO2H2N2ArCH4C4H9OH(CH3)2OH2O合计 流量： Nm3 17145.498751.203198114.487805.7895626.16211941.632.32227.062185.08251599.207 比热： kJ/kmol 30.1346.5829.3930.4121.3648.39170.9795.8583.49/ 热量： kJ/ 11579.359138.40130521.965321.882694.3912951.538.9059.714088.59176365.7

43、1 查得 250时甲醇的焓值为 46883.2 kJ/kmol，流量为 10471.692 Nm3。 所以：Q出=46883.2+176365.71 250=21917251.36+44091421.5 4 . 22 692.10471 =66008672.86 kJ 由反应式得:Q反应=102.37+200.39+115.69 4 . 22 391.19444 4 .22 06.27 4 . 22 777.111 +49.62+(-42.92) 1000 4 . 22 322 . 2 4 . 22 13.956 =(88862.60+242.08+577.30+5.14-2130.80) 1

44、000 =87556320 kJ Q热损失=(Q入Q反应) 5%=(49529409.15+87556320) 5% =6854286.46 kJ 所以：壳程热水带走热量 Q传 = Q入 + Q反应 - Q出 - Q热 =49529409.15+87556320-66008672.86-6854286.46 =64222769.83 kJ 又：Q传=G热水r热水 所以:G热水=37447.89 kg/h 99.1714 83.64222769 即时产蒸气：=1952.45m3 18.19 89.37447 湖南化工职业技术学院毕业设计（论文） 21 2.2.2 常压精馏塔能量衡算常压精馏塔能量

45、衡算 Xf=0.448 02.18 )746.6421869 . 2 ( 32 ) 5 . 9294.9157( 32 )5 .9294.9157( 查化工工艺设计手册,甲醇露点温度 t=74.8175 操作条件：塔顶 75，塔釜 105，进料温度 124，回流液温度 40， 取回流液与进料的比例为 4:1。 .带入热量见表 2-18。 表 2-18常压塔入热 物料进料回流液加热蒸汽 组分甲醇水+碱甲醇 流量：kg/h9259.9146730.3163960.896 温度：12412440 比热：kJ/kg2.684.262.68 热量:kg/h3077254.623555218.966856

46、608.06Q加热 Q入=Q进料+Q回流液+Q加热=3077254.62+3555218.96+6856608.06+Q加热 =13489081.64+ Q加热 .带出热量见表 2-19。 表 2-19常压塔物料带出热量 物料精甲醇回流液残液热损失 组分甲醇甲醇甲醇水+碱 流量：kg/h9157.9463960.89692.56730.31 温度：7575105105 比热： kJ/kg 2.682.683.504.187 潜热：kJ/kg1046.751046.75 年产 3 万吨甲醇合成工艺设计 22 常 压 精 馏 塔 热量:kg/h11426819.6446331674.0434030

47、.52958879.845%Q入 所以：Q出11426819.6446331674.0434030.529588879.845%Q入 =60751404.02+5%Q入 因为：Q出Q入 所以：Q入= Q出=63948846.34kJ/h 所以：Q蒸汽=50459764.7kJ/h 已知水蒸气的汽化热为 2118.6 kJ/kg 所以：需蒸汽 G3 蒸汽=23817.5 kg/h 6 . 2118 7 . 60459764 甲醇蒸汽 75 40水 回流甲醇 加压塔底液体 40 30水 120 甲醇蒸汽 40 115 精甲醇 冷凝液 残液 105 甲醇 115 图 2-3常压塔物流图 .冷却水用量

48、计算 对热流体：Q入Q产品精甲醇+Q回流液=11426819.64+46331674.04 =57758493.68kJ/h Q出 = Q精甲醇(液)+Q回流液(液) =9157.94 40 2.68+6856608.06=7838339.228kJ/h Q传 =57758493.68 (1-5%)-7838339.228=47032229.77kJ/h 所以：冷却水用量 G3 水=1123.3 t水/h 1000187 . 4 )3040( 77.47032229 湖南化工职业技术学院毕业设计（论文） 23 所以：每吨精甲醇消耗 G3 水=40.44t水/t精甲醇 78.27 3 . 112

49、3 .常压塔精馏段热量平衡见表 2-20。 表 2-20 精馏段热量平衡表 带入热量：kJ/h带出热量：kJ/h 加压塔来的甲醇：3077254.62采出热量精甲醇：11426819.64 塔底供热：50459764.7内回流：g内(672.68+1046.75) 内回流：g内(672.68) 总入热：53537019.32+179.56g内总出热：11426819.64+1226.31g内 所以：总入热=总出热 所以：53537019.32+179.56g内=11426819.64+1226.31g内 所以：g内=40229.47 kg/h .常压塔提馏段热量平衡见表 2-21。 表 2-21提馏段热量平衡表 带入热量：kJ/h带出热量：kJ/h 加压塔来的甲醇：3555218.96残液：2992910.34 塔底供热：50459764.7内回流：g内(672.6