1、摘要甲醇作為及其重要的有機化工原料，是碳一化學工業的基礎產品，在國民經濟中占有重要地位。長期以來，甲醇都是被作為農藥，醫藥，染料等行業的工業原料，但隨著科技的進步與發展，甲醇將被應用于越來越多的領域。甲醇是一種無色、透明、易燃、易揮發的有毒液體，略有酒精氣味。分子量32.04，相對密度0.792(20/4)，熔點-97.8，沸點64.5，閃點12.22，自燃點463.89，蒸氣密度 1.11，蒸氣壓 13.33KPa(100mmHg 21.2)，蒸氣與空氣混合物爆炸下限 636.5 % ，能與水、乙醇、乙醚、苯、酮、鹵代烴和許多其他有機溶劑相混溶，遇熱、明火或氧化劑易燃燒。甲醇用途廣泛，是基礎

2、的有機化工原料和優質燃料。主要應用于精細化工，塑料等領域，用來制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多種有機產品，也是農藥、醫藥的重要原料之一。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。我國的甲醇工業經過十幾年的發展，生產能力得到了很大提高。1991年，我國的生產能力僅為70萬噸，截止2004年底，我國甲醇產能已達740萬噸，117家生產企業共生產甲醇440.65萬噸，2005年甲醇產量達到500萬噸，比2004年增長22.2%，進口量99.1萬噸，因此下降3.1%。 于上世紀末相比，現在新建甲醇規模超過百萬噸的已不再少數。在20042008年新建的14套甲醇裝置中平均規模為1

3、34萬t/a，其中卡塔爾二期工程項目高達230萬t/a。最小規模的是智利甲醇項目，產能也達84萬t/a，一些上世紀末還稱得上經濟規模的60萬t/a裝置因失去競爭力而紛紛關閉。 大型甲醇生產裝置必須具備與其規模相適應的甲醇反應器和反應技術。傳統甲醇合成反應器有ICI的冷激型反應器，Lungi的管殼式反應器，Topsdpe的徑向流動反應器等，近期出現的新合成甲醇反應器有日本東洋工程的MRF-Z反應器等，而反應技術方面則出現了Lurgi推出的水冷一氣冷相結合的新流程。 通常的甲醇合成工藝中，未反應氣體需循環返回反應器，而KPT則提出將未反應氣體送往膜分離器，并將氣體分為富含氫氣的氣體，前者作燃料用，

4、后者返回反應器。 傳統甲醇合成采用氣相工藝，不足之處是原料單程轉化率低，合成氣凈化成本高，能耗高。相比之下，液相合成由于使用了比熱容高，導熱系數大的長鏈烷烴化合物作反應介質，可使甲醇合成在等溫條件下進行。關鍵詞：設計 工藝 合成 第1章 甲醇合成的基本概念 3第1.1節 常用的合成方法  3第1.2節 甲醇的合成路線  3 第1.3節 合成甲醇的目的和意義 6第1.4節 本設計的主要方法及原理7第2章 生產工藝及主要設備計算 9第2.1節 甲醇生產的物料平衡計算 9第2.1.1節 合成塔物料平衡計算9第2.1.2節 粗甲醇精餾的物料平衡計算16第2.2 節 甲醇生

5、產的能量平衡計算 19第2.2.1 節 合成塔能量計算 19第2.2.2 節 常壓精餾塔能量衡算20第2.3節 主要設備計算及選型23第2.3.1 節 常壓精餾塔計算23第2.3.2 節 初估塔徑25第2.3.3節 理論板數的計算27第2.3.4節 塔內件設計30第2.3.5節 塔板流體力學驗算32第2.3.6節 塔板負荷性能34第2.3.7 節 常壓塔主要尺寸確定36 第2.3.8 節 輔助設備39 第3章 主設備圖及工藝流程圖39參考文獻 40致謝 41 第1章甲醇合成的基本概念1.1 甲醇的合成方法 1.常用的合成方法 當今甲醇生產技術主要采用中壓法和低壓法兩種工藝，并且以低壓

6、法為主，這兩種方法生產的甲醇約占世界甲醇產量的80%以上。高壓法：(19.6-29.4Mpa)是最初生產甲醇的方法，采用鋅鉻催化劑，反應溫度360-400，壓力19.6-29.4Mpa。高壓法由于原料和動力消耗大，反應溫度高，生成粗甲醇中有機雜質含量高，而且投資大，其發展長期以來處于停頓狀態。低壓法：(5.0-8.0 Mpa)是20世紀60年代后期發展起來的甲醇合成技術，低壓法基于高活性的銅基催化劑，其活性明顯高于鋅鉻催化劑，反應溫度低(240-270)。在較低壓力下可獲得較高的甲醇收率，且選擇性好，減少了副反應，改善了甲醇質量，降低了原料消耗。此外，由于壓力低，動力消耗降低很多，工藝設備制造

7、容易。中壓法：(9.8-12.0 Mpa)隨著甲醇工業的大型化，如采用低壓法勢必導致工藝管道和設備較大，因此在低壓法的基礎上適當提高合成壓力，即發展成為中壓法。中壓法仍采用高活性的銅基催化劑，反應溫度與低壓法相同，但由于提高了壓力，相應的動力消耗略有增加。目前，甲醇的生產方法還主要有甲烷直接氧化法：2CH4+O22CH3OH.由一氧化碳和氫氣合成甲醇，液化石油氣氧化法 2.本設計所采用的合成方法比較以上三者的優缺點，以投資成本，生產成本，產品收率為依據，選擇中壓法為生產甲醇的工藝，用CO和H2在加熱壓力下，在催化劑作用下合成甲醇，其主要反應式為：CO+ H2CH3OH1.2 甲醇的合成路線1常

8、用的合成工藝 雖然開發了高活性的銅基催化劑，合成甲醇從高壓法轉向低壓法，完成了合成甲醇技術的一次重大飛躍，但仍存在許多問題：反應器結構復雜；單程轉化率低，氣體壓縮和循環的耗能大；反應溫度不易控制，反應器熱穩定性差。所有這些問題向人們揭示，在合成甲醇技術方面仍有很大的潛力，更新更高的技術等待我們去開發。下面介紹20世紀80年代以來所取得的新成果。(1) 氣液固三項合成甲醇工藝 首先由美國化學系統公司提出，采用三相流化床，液相是惰性介質，催化劑是ICI的Cu-Zn改進型催化劑。對液相介質的要求：在甲醇合成條件下有很好的熱穩定性和化學穩定性。既是催化劑的硫化介質，又是反應熱吸收介質，甲醇在液相介質中

9、的溶解度越小越好，產物甲醇以氣相的形式離開反應器。這類液相介質有如三甲苯，液體石蠟和正十六烷等。后來Berty等人提出了相反的觀點，采用的液相介質除了熱穩定性及化學穩定性外，要求甲醇在其溶液中的溶解度越大越好，產物甲醇不是以氣相形式離開反應器，而是以液相形式離開反應器，在反應器外進行分離。經試驗發現四甘醇二甲醚是極理想的液相介質。CO和H2在該液相中的氣液平衡常數很大，采用Cu-Zn-Al催化劑，其單程轉化率大于相同條件下氣相的平衡轉化率。氣液固三相工藝的優點是：反應器結構簡單，投資少；由于介質的存在改善了反應器的傳熱性能，溫度易于控制，提高了反應器的熱穩定性；催化劑的顆粒小，內擴散影響易于消

10、除；合成甲醇的單程轉化率高，可達15%-20%，循環比大為減小；能量回收利用率高；催化劑磨損少。缺點是三相反應器壓降較大，液相內的擴散系數比氣相小的多。(2) 液相法合成甲醇工藝 液相合成甲醇工藝的特點是采用活性更高的過度金屬絡合催化劑。催化劑均勻分布在液相介質中，不存在催化劑表面不均一性和內擴散影響問題，反應溫度低，一般不超過200，20世紀80年代中期，美國Brookhaven國家實驗室開發了活性很高的復合型催化劑，其結構為NaOH-RONa-M(OAc)2,其中M代表過渡金屬Ni,Pd或Co,R為低碳烷基，當M為Ni，R為叔戊烷基時催化劑性能最好，液相介質為四氫呋喃，反應溫度為80-12

11、0，壓力為2MPa左右，合成氣單程轉化率高于80%，甲醇選擇性高達96%。當該催化劑與第族金屬的羰基絡合物混合使用時，能得到更好的效果，他能激活CO，并有較好的耐硫性，當合成氣中還有1670×10-6的H2S時，其甲醇產率仍達33%。 Mahajan等人研制了由過渡金屬絡合物與醇鹽組成的符合催化劑，如四羰基鎳和甲醇鉀，以四氫呋喃為液相介質，反應溫度為125，CO轉化率大于90%，選擇性達99%。 目前液相合成甲醇研究仍處在實驗室階段，尚未工業化，但它是一種很有開發前景的合成技術。該法的缺點是由于反應溫度低，反應熱不易回收利用；CO2和H2O容易使復合催化劑中毒，因此對合成氣體的要求很

12、苛刻，不能還有CO2和H2O，還需進一步研究。 (3) 新型GSSTFR和RSIPR反應器系統 該系統采用反應,吸附和產物交換交替進行的一種新型反應裝置。GSSTFR是指氣-液-固滴流流動反應系統，CO和H2在催化劑的作用下，在此系統內進行反應合成甲醇，該甲醇馬上被固態粉狀吸附劑所吸附，并滴流帶出反應系統。RSIPR是級間產品脫出反應系統，當以吸附氣態甲醇的粉狀吸附劑流入該系統時，與該系統內的液相四甘醇二甲醚進行交換，氣態的甲醇被液相所吸附，然后再將四甘醇二甲醚中的甲醇分離出來。這樣合成甲醇反應不斷向右進行，CO的單程轉化率可達100%，氣相反應物不循環。這項新工藝仍處在研究之中，尚未投入工業

13、生產，還有許多技術問題需要解決和完善。2本設計的合成工藝經過凈化的原料氣，經預熱加壓，于5 Mpa、220 下，從上到下進入Lurgi反應器，在銅基催化劑的作用下發生反應，出口溫度為250 左右，甲醇7%左右，因此，原料氣必須循環，則合成工序配置原則為圖2-2。甲醇的合成是可逆放熱反應，為使反應達到較高的轉化率，應迅速移走反應熱，本設計采用Lurgi管殼式反應器，管程走反應氣，殼程走4MPa的沸騰水合成塔水冷器甲醇分離塔循環器粗甲醇馳放氣 圖1-1合成合序配置原則甲醇合成的工藝流程（圖）這個流程是德國Lurgi公司開發的甲醇合成工藝，流程采用管殼式反應器，催化劑裝在管內，反應熱由管間沸騰水放走

14、，并副產高壓蒸汽，甲醇合成原料在離心式透平壓縮機內加壓到5.2 MPa (以1：5的比例混合) 循環，混合氣體在進反應器前先與反應后氣體換熱，升溫到220 左右，然后進入管殼式反應器反應，反應熱傳給殼程中的水，產生的蒸汽進入汽包，出塔氣溫度約為 250 ，含甲醇7%左右，經過換熱冷卻到40 ，冷凝的粗甲醇經分離器分離。分離粗甲醇后的氣體適當放空，控制系統中的惰性氣體含量。這部分空氣作為燃料，大部分氣體進入透平壓縮機加壓返回合成塔，合成塔副產的蒸汽及外部補充的高壓蒸汽一起進入過熱器加熱到50 ，帶動透平壓縮機，透平后的低壓蒸汽作為甲醇精餾工段所需熱源。1.3合成甲醇的目的和意義 甲醇是極為重要的

15、有機化工原料，在化工、醫藥、輕工、紡織及運輸等行業都有廣泛的應用，其衍生物產品發展前景廣闊。目前甲醇的深加工產品已達120多種，我國以甲醇為原料的一次加工產品已有近30種。在化工生產中，甲醇可用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺、甲基叔丁基醚（MTBE）、聚乙烯醇（PVA）、硫酸二甲酯、對苯二甲酸二甲酯（DMT）、二甲醚、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲醇等。以甲醇為中間體的煤基化學品深加工產業：從甲醇出發生產煤基化學品是未來C1化工發展的重要方向。比如神華集團發展以甲醇為中間體的煤基化學品深加工，利用先進成熟技術，發展“甲醇醋酸及其衍生物”；利用國外開發成功的MTO或MTP先進技術，發展“甲醇烯烴及衍生

16、物”的2大系列。作為替代燃料：近幾年，汽車工業在我國獲得了飛速發展，隨之帶來能源供應問題。石油作為及其重要的能源儲量是有限的，而甲醇燃料以其安全、廉價、燃燒充分，利用率高、環保的眾多優點，替代汽油已經成為車用燃料的發展方向之一。我國政府已充分認識到發展車用替代燃料的重要性，并開展了這方面的工作。隨著C1化工的發展，由甲醇為原料合成乙二醇、乙醛和乙醇等工藝正日益受到重視。甲醇作為重要原料在敵百蟲、甲基對硫磷和多菌靈等農藥生產中，在醫藥、染料、塑料和合成纖維等工業中都有著重要的地位。甲醇還可經生物發酵生成甲醇蛋白，用作飼料添加劑，有著廣闊的應用前景。1.4 本設計的主要方法及原理 造氣工段：使用二

17、步法造氣 CH4+H2O(氣)CO+3H2-205.85 kJ/mol CH4+O2CO2+2H2+109.45 kJ/mol CH4+O2CO+2H2+35.6 kJ/mol CH4+2O2CO2+2H2O+802.3 kJ/mol合成工段5MPa下銅基催化劑作用下發生一系列反應 主反應 ： CO+2H2CH3OH+102.37 kJ/kmol副反應： 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

18、/kmol除（A）外，副反應的發生，都增大了CO的消耗量，降低了產率，故應盡量減少副反應。反應熱力學一氧化碳加氫合成甲醇的反應式為 CO+2H2CH3OH(g)這是一個可逆放熱反應，熱效應。 當合成氣中有CO2時，也可合成甲醇。 CO2 + 3H2 CH3OH(g) + H2O這也是一個可逆放熱反應，熱效應合成法反應機理 本反應采用銅基催化劑，5 MPa，250 左右反應，清華大學高森泉，朱起明等認為其機理為吸附理論，反應模式為：H2+22H -CO+HHCO-HCO+H H2COH2CO+2HCH3OH+3CH3OH CH3OH+反應為，控制。即吸附控制。第2章生產工藝及主要設備計算工藝計算

19、作為化工工藝設計，工藝管道，設備的選擇及生產管理，工藝條件選擇的主要依據，對平衡原料，產品質量，選擇最佳工藝條件，確定操作控制指標，合理利用生產的廢料，廢氣，廢熱都有重要作用。2.1 甲醇生產的物料平衡計算2.1.1 合成塔物料平衡計算已知：年產100000噸精甲醇，每年以300個工作日計。精甲醇中甲醇含量(wt)：99.95%粗甲醇組成(wt)：Lurgi低壓合成工藝甲醇：93.89%輕組分以二甲醚(CH3)2O計：0.188%重組分以異丁醇C4H9OH計：0.026%水：5.896%所以：時產精甲醇：Kg/h 時產粗甲醇： Kg/h根據粗甲醇組分，算得各組分的生成量為：甲醇(32)： Kg

20、/h 434.03kmol/h 9722.22 Nm3/h二甲醚(46)：27.796 Kg/h 0.604 kmol/h 13.536 Nm3/h異丁醇(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合成甲醇的化學反應為：主反應：CO+2H2CH3OH+102.37 KJ/mol 副反應：2CO+4H2(CH3)2O+H2O+200.39 KJ/mol CO+3H2CH4+H2O+115.69 KJ/mol 4CO+8H2C4H9OH+3H2O+49.62 KJ/mol

21、CO2+H2CO+ H2O-42.92 KJ/mol 生產中，測得每生產1噸粗甲醇生成甲烷7.56 Nm3,即0.34 kmol，故CH4每小時生成量為：7.5614.78533=111.777 Nm3，即4.987 kmol/h，79.794 Kg/h。忽略原料氣帶入份，根據、得反應生成的水的量為：48.43-0.604-0.05203-4.987=42.683 kmol/h，即在CO逆變換中生成的H2O為42.683 kmol/h，即956.13 Nm3/h。5.06 MPa，40時各組分在甲醇中的溶解度列表于表2-1表2-1 5.06Mpa，40時氣體在甲醇中的溶解度組分H2COCO2N

22、2ArCH4溶解度Nm3/t甲醇00.6823.4160.3410.3580.682Nm3/h01.0085.5010.5040.5291.008 甲醇生產技術及進展華東工學院出版社.1990據測定：35 時液態甲醇中釋放CO、CO2、H2等混合氣中每立方米含37.14 g甲醇，假定溶解氣全部釋放，則甲醇擴散損失為：(1.008+5.501+0.504+0.529+1.008)= 0.318 kg/h即0.0099kmol/h，0.223 Nm3/h。根據以上計算，則粗甲醇生產消耗量及生產量及組成列表2-2。 表2-2 甲醇生產消耗和生成物量及組成消耗方式單位消耗物料量生成物料量合計COH2C

23、O2N2CH4CH3OHC4H9OH(CH3)2OH2O消耗生成式kmol434.03868.06434.03Nm39722.2219444.449722.2229166.669722.22式kmol1.2082.4160.6040.604Nm327.0654.1213.53613.53681.1827.07式kmol4.9879.9744.9874.987Nm3111.777223.554111.777111.777335.331223.554式kmol0.2080.4160.0520.156Nm34.6599.3181.1643.49413.9774.658式kmol<42.683&

24、gt;42.68342.68342.683Nm3<956.13>956.13956.13956.13956.13956.13氣體溶解Nm31.00805.0510.5041.0087.571擴散損失Nm30.21100.422<0.211>0.6330.211合計Nm318664.4540194.86961.6030.504110.76919444.392.32227.061101.93359821.4220686.502消耗組成%(v)31.267.1911.6070.0008生成質量kg27751.347.7055.56873.7028688.3生成組成%(wt)9

25、3.890.0260.1885.896100設新鮮氣量為G新鮮氣,馳放氣為新鮮氣的9%1。表2-3馳放氣組成組分H2COCO2CH4N2ArCH3OHH2OMol%79.316.293.504.793.192.300.610.01 甲醇生產技術及進展華東工學院出版社.1990G新鮮氣G消耗氣+G馳放氣=G消耗氣+0.09 G新鮮氣=59821.42+0.09 G新鮮氣 所以：G新鮮氣65737.82 Nm3/h新鮮氣組成見表2-4表2-4甲醇合成新鮮氣組成組分H2COCO2N2總計Nm344499.2519168.452047.083.2965737.82組成mol%67.69229.1593

26、.1440.005100測得：甲醇合成塔出塔氣中含甲醇7.12%。根椐表2-2、表2-4，設出塔氣量為G出塔。又知醇后氣中含醇0.61%。所以： =7.12% G醇后=G新鮮-(G醇G副G擴)+GCH4= 65737.82-59821.42+112.785=6029.185 Nm3/h所以：G出塔272460.95Nm3/hG循環氣= G出塔-G醇后-G生成+GCH4-G溶解=272460.95-6029.185-20686.502+112.785-7.571 =245850.477Nm3/h甲醇生產循環氣量及組成見表2-5表2-5 甲醇生產循環氣量及組成組分COCO2H2N2CH4ArCH3

27、OHH2O合計流量：Nm3/h15463.998604.767194984.017842.6311776.245654.5611499.6924.585245850.477組成%(V)6.293.5079.313.194.792.300.610.01100G入塔= G循環氣+G新鮮氣=245850.477+65737.82=311588.297 Nm3/h由表2-4及表2-5得到表2-6。 表2-6 甲醇生產入塔氣流量及組成單位：Nm3/h組分COCO2H2N2CH4ArCH3OHH2O合計流量：Nm3/h34894.7710668.78239349.677808.40311721.95562

28、7.2851492.5124.927311588.297組成(V)%11.1993.42476.8162.5063.7621.8060.4790.008100又由G出塔= G循環氣-G消耗G生成據表2-2、2-6、得表2-7。表2-7 組分COCO2H2N2CH4ArCH3OHH2OC4H9OH(CH3)2O合計入塔34894.7710668.78239349.677808.40311721.955627.2851492.5124.927311588.297消耗18664.45961.60340194.860.5041.00859821.42生成111.77719444.391101.9332

29、.32227.0620686.502出塔17145.498751.203198114.487805.78911941.635626.16220853.582185.0762.32227.06272453.379組成(V)6.2933.21272.7152.8654.3832.0657.6540.8020.0010.010100甲醇分離器出口氣體和液體產品的流量、組成見表2-8。 表2-8甲醇分離器出口氣體組成、流量：單位：Nm3/h組分COCO2H2N2CH4ArCH3OHC4H9OH(CH3)2OH2O合計損失1.0085.05100.5041.0080.5290.2118.311出氣171

30、44.4828746.152198114.477805.28511940.6225625.63320853.369270230.013組成(V)%6.3443.23773.3132.8884.4192.0827.717100出液19444.392.32227.061101.93320575.706組成mol%89.7370.0110.12510.127100重量kg27751.347.7055.56873.7028688.3組成(wt)%93.8050.0260.1885.981100甲醇馳放氣流量及組成見表2-9。 表2-9 甲醇馳放氣流量及組成組成COCO2H2CH4ArCH3OHH2O合

31、計流量：Nm3/h190.117105.789397.166144.77996.41918.437微2925.707組成：(V)%6.493.6181.924.953.300.63100粗甲醇貯罐氣流量及組成風表2-10。 表2-10 貯罐氣組成、流量組成COCO2H2CH4ArCH3OHN2合計流量：Nm3/h1.0085.05101.0080.5290.2110.5048.311組成：(V)%12.12960.774012.1296.3652.5396.064100由表2-2到表2-10可得表2-11。 表2-11甲醇生產物料平衡匯總表組分新鮮氣循環氣入塔氣出塔氣醇后氣流量組成流量組成流量

32、組成流量組成流量組成Nm3(v)%Nm3(v)%Nm3(v)%Nm3(v)%Nm3(v)%CO19168.4929.15915463.9956.2934894.7711.19917145.496.293881.2828.108CO22047.083.1448604.7673.5010668.783.4248751.2033.21295.1073.033H244499.2567.692194984.01379.31239349.6776.816198114.47572.7152045.99865.257N23.290.0057842.633.197808.4032.5067805.7892.86

33、51.0860.035Ar5654.5612.305627.2851.8065626.1622.065CH411776.2384.7911721.9523.76211941.634.383112.7853.597CH3OH1499.6880.611492.5080.47920853.587.654C4H9OH2.3220.001(CH3)2O27.060.01H2O24.5850.0124.9270.0082185.0760.802微量/合計65718.11100245850.474100311588.295100272452.7871003135.308100甲醇合成塔分離器貯 罐冷 凝根椐

34、計算結果，可畫出甲醇生產物流圖，如：圖2-1甲醇生產物流圖1.新鮮氣 3.循環氣 2.入塔氣 6.馳放氣 5.醇后氣 7.粗甲醇2.1.2 粗甲醇精餾的物料平衡計算1. 預塔的物料平衡(1).進料A.粗甲醇：28688.3kg/h。根據以上計算列表2-12表2-12組分甲醇二甲醚異丁醇水合計流量：kg/h27751.3455.567.70873.6328688.3組成：(wt)%93.8050.0260.1885.981100 B.堿液：據資料，堿液濃度為8%時，每噸粗甲醇消耗0.1 kg的NaOH。則消耗純NaOH：0.128688.32.869 kg/h換成8%為：=35.863 kg/h

35、 C.軟水：據資料記載。軟水加入量為精甲醇的20%計，則需補加軟水： 27751.3420%-35.863(1-8%)=5515.122 kg/h據以上計算列表2-13。表2-13 預塔進料及組成物料量：kg/hCH3OHH2ONaOH(CH3)2OC4H9OH合計粗甲醇27751.34873.6355.567.7028688.3堿液32.9942.86935.863軟水5515.1225515.122合計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 堿液帶水：

36、32.994 kg/h 補加軟水：5515.122 kg/h 合計：6421.746kg/h C.塔底異丁醇及高沸物：7.70 kg/h D.塔頂二甲醚及低沸物：55.56 kg/h由以上計算列表2-14。 表2-14預塔出料流量及組成物料量：kg/hCH3OHH2ONaOH(CH3)2OC4H9OH合計塔頂55.5655.56塔底27751.346421.7462.8697.7034183.655合計27751.346421.7462.86955.567.7034239.2152 主塔的物料平衡計算(1).進料加壓塔。預后粗甲醇：34183.655 kg/h常壓塔。34183.655-277

37、51.342/3=15682.76 kg/h(2).出料加壓塔和常壓塔的采出量之比為2:1，常壓塔釜液含甲醇1%。A. 加壓塔。塔頂：27751.342/3=18500.89kg/h 塔釜：15682.76kg/hB. 常壓塔。塔頂：27751.341/399%=9157.94 kg/h 塔釜：甲醇 水 NaOH 高沸物 kg/h：92.5 6421.746 2.869 7.70 總出料：由以上計算。得表2-15甲醇精餾塔物料平衡匯總表：單位：kg/h 18500.89+6421.746+2.869+7.70+92.5+9157.94=34183.645得表2-15 甲醇精餾塔物料平衡匯總物料

38、物料加壓塔頂出料常壓塔頂出料常壓塔釜出料合計甲醇27751.3418500.899157.9492.527751.34NaOH2.8692.8692.869水6421.7466421.7466421.746高沸物7.707.707.70合計34175.95518500.899157.946524.81534175.955根椐計算結果可畫出粗甲精餾物流圖，見圖2-2。預精餾塔加壓精餾塔常壓精餾塔 4.預塔頂出料 6.加壓塔頂出料7.常壓塔頂出料1.粗甲醇2.軟水3.堿液 5.預塔底出料 8.常壓塔釜出料 圖2-2 粗甲醇精餾物流圖2.2 甲醇生產的能量平衡計算2.2.1 合成塔能量計算已知：合成

39、塔入塔氣為220 ，出塔氣為250 ，熱損失以5%計，殼層走4MPa的沸水。查化工工藝設計手冊得，4 MPa下水的氣化潛熱為409.7 kmol/kg，即1715.00 kJ/kg，密度799.0 kg/m3，水蒸氣密度為19.18 kg/m3，溫度為250 。入塔氣熱容見4-16。 表2-165MPa，220下入塔氣除(CH3OH)熱容組分COCO2H2N2ArCH4合計流量：Nm334894.7710668.78239349.677808.4035627.28511721.95310070.86比熱：kJ/kmol30.1545.9529.3430.3521.4147.05/熱量：kJ/2

40、3580.6510987.99157396.595312.062700.6912360.21212338.19查得220時甲醇的焓值為42248.46 kJ/kmol，流量為749.391 Nm3。所以：Q入=42248.46+212338.19220=2815007.35+46714401.8 =49529409.15 kJ出塔氣熱容除(CH3OH)見表4-17。 表2-17 5MPa，220下出塔氣除(CH3OH)熱容組分COCO2H2N2ArCH4C4H9OH(CH3)2OH2O合計流量：Nm317145.498751.203198114.487805.7895626.16211941.

41、632.32227.062185.08251599.207比熱：kJ/kmol30.1346.5829.3930.4121.3648.39170.9795.8583.49/熱量：kJ/11579.359138.40130521.965321.882694.3912951.538.9059.714088.59176365.71查得250時甲醇的焓值為46883.2 kJ/kmol，流量為10471.692 Nm3。所以：Q出=46883.2+176365.71250=21917251.36+44091421.5 =66008672.86 kJ由反應式得:Q反應=102.37+200.39+115

42、.69+49.62+(-42.92) 1000 =(88862.60+242.08+577.30+5.14-2130.80)1000 =87556320 kJ Q熱損失=(Q入Q反應) 5%=(49529409.15+87556320) 5%=6854286.46 kJ所以：殼程熱水帶走熱量 Q傳 = Q入 + Q反應 - Q出 - Q熱 =49529409.15+8755.86-6854286.46 =64222769.83 kJ又：Q傳=G熱水r熱水所以:G熱水=37447.89 kg/h即時產蒸氣：=1952.45m32.2.2 常壓精餾塔能量衡算 Xf=0.448查化工工藝設計手冊,甲

43、醇露點溫度t=74.8175操作條件：塔頂75，塔釜105，進料溫度124，回流液溫度40，取回流液與進料的比例為4:1。<1>.帶入熱量見表2-18。表2-18常壓塔入熱物料進料回流液加熱蒸汽組分甲醇水+堿甲醇流量：kg/h9259.9146730.3163960.896溫度：12412440比熱：kJ/kg2.684.262.68熱量:kg/h3077254.623555218.966856608.06Q加熱Q入=Q進料+Q回流液+Q加熱=3077254.62+3555218.96+6856608.06+Q加熱=13489081.64+ Q加熱 <2>.帶出熱量見表

44、2-19。表2-19常壓塔物料帶出熱量物料精甲醇回流液殘液熱損失組分甲醇甲醇甲醇水+堿流量：kg/h9157.9463960.89692.56730.31溫度：7575105105比熱：kJ/kg2.682.683.504.187潛熱：kJ/kg1046.751046.75熱量:kg/h11426819.6446331674.0434030.52958879.845%Q入所以：Q出11426819.6446331674.0434030.529588879.845%Q入 =60751404.02+5%Q入因為：Q出Q入所以：Q入= Q出=63948846.34kJ/h所以：Q蒸汽=5045976

45、4.7kJ/h已知水蒸氣的汽化熱為2118.6 kJ/kg所以：需蒸汽G3蒸汽=23817.5 kg/h常壓精餾塔甲醇蒸汽75 40水 回流甲醇 加壓塔底液體 40 30水 120 甲醇蒸汽 40 115 精甲醇 冷凝液 殘液105 甲醇115 圖2-3常壓塔物流圖<3>.冷卻水用量計算對熱流體：Q入Q產品精甲醇+Q回流液=11426819.64+46331674.04 =57758493.68kJ/hQ出 = Q精甲醇(液)+Q回流液(液)=9157.94402.68+6856608.06=7838339.228kJ/h Q傳 =57758493.68(1-5%)-7838339.228=47032229.77kJ/h所以：冷卻水用量G3水=1123.3 t水/h所以：每噸精甲醇消耗G3水=40.44t水/t精甲醇<4>.常壓塔精餾段熱量平衡見表2-20。 表2-20 精餾段熱量平衡表帶入熱量：kJ/h帶出熱量：kJ/h加壓塔來的甲醇：3077254.62采出熱量精甲醇：11426819.64塔底供熱：50459764.7內回流：g內(6