本科毕业设计 正文
目录
目录 .......................................................................... 1 1 绪论 ........................................................................ 2
1.1甲醇的国内外发展???????????????????????3
1.2甲醇的合成方法 ................................................................................................. 4 1.3合成路线 ............................................................................................................. 4 1.4设计目的和意义 ................................................................................................. 8 2 精甲醇生产工艺计算 ............................................................................................. 10 2.1 甲醇生产的物料平衡计算 .............................................................................. 10 2.1.1 合成塔物料平衡计算 .............................................................................. 10 2.1.2 粗甲醇精馏的物料平衡计算 .................................................................. 18 2.2 甲醇生产的能量平衡计算 .............................................................................. 20 2.2.1 合成塔能量计算 ...................................................................................... 20 2.2.2 常压精馏塔能量衡算 .............................................................................. 22 3 主要设备计算及选型 ............................................................................................. 26 3.1 合成系统的设备选型 ...................................................................................... 26 3.1.1 甲醇合成反应器 ...................................................................................... 26 3.1.2 出塔气冷凝器 .......................................................................................... 26 3.1.3 甲醇分离器 .............................................................................................. 26 3.1.4 粗甲醇贮槽 .............................................................................................. 26 3.1.5 压缩机....................................................................................................... 27 3.2 精馏系统设备选型及计算 .............................................................................. 27 3.2.1 常压塔冷凝器 .......................................................................................... 27 3.2.2 常压精馏塔计算 ...................................................................................... 27 3.2.3 初估塔径 .................................................................................................. 29 3.2.4 理论板数的计算 ...................................................................................... 31 3.2.5 塔内件设计 ......................................................................................... - 33 - 3.2.6 塔板流体力学验算 ............................................................................. - 36 - 3.2.7 塔板负荷性能 .......................................................................................... 39 3.2.8 常压塔主要尺寸确定 .............................................................................. 40 4参考文献 ........................................................................................................................................ 41 5毕业设计心得体会…………………………………………...………………………………...44 6致谢?????????????????????????????? 45
- 1 -
本科毕业设计 正文
1 .绪 论
1.1 甲醇的国内外发展
甲醇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。 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，全球2004年甲醇生产能力为4226.5万t/a[2]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 按用途分 甲醛 MTBE (其中美国） 醋酸 MMA 其他 需求合计 按地区分 亚洲 北美 西欧 其他 需求合计 2001年 940(31) 830(28) 470(16) 270(9) 90(3) 880(29) 3020（100) 920(30) 1000(33) 630(21) 470(16) 3020(100) 2002年 970(32) 810(26) 430(14) 290(9) 90(3) 900(29) 3060(100) 940(31) 1000(33) 640(21) 480(16) 3060(100) 2003年 1010(32) 780(25) 340(11) 300(10) 100(3) 930(30) 3100(100) 990(32) 980(31) 650(21) 490(16) 3110(100) 2004年 1050(33) 760(22) 270(8) 310(10) 100(3) 970(30) 3180(100) 1040(33) 970(31) 670(21) 500(16) 3180(100) - 2 -
本科毕业设计 正文
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%。 2.生产技术的发展 1） 装置大型化
于上世纪末相比，现在新建甲醇规模超过百万吨的已不再少数。在2004——2008年新建的14套甲醇装置中平均规模为134万t/a，其中卡塔尔二期工程项目高达230万t/a。最小规模的是智利甲醇项目，产能也达84万t/a，一些上世纪末还称得上经济规模的60万t/a装置因失去竞争力而纷纷关闭。 2） 二次转化和自转化工艺
合成气发生占甲醇装置总投资的50%—60%，所以许多工程公司将其视为技术改进重点。已经形成的新工艺在主要是Syenetix(前ICI)的先进天然气加热炉转化工艺(AGHR),Lurgi的组合转化工艺(CR)和Tops e的自热转化工艺(ATR) 3） 新甲醇反应器的合成技术
大型甲醇生产装置必须具备与其规模相适应的甲醇反应器和反应技术。传统甲醇合成反应器有ICI的冷激型反应器，Lungi的管壳式反应器，Topsdpe的径向流动反应器等，近期出现的新合成甲醇反应器有日本东洋工程的MRF--Z反应器等，而反应技术方面则出现了Lurgi推出的水冷一气冷相结合的新流程。 4） 引入膜分离技术的反应技术
通常的甲醇合成工艺中，未反应气体需循环返回反应器，而KPT则提出将未反应气体送往膜分离器，并将气体分为富含氢气的气体，前者作燃料用，后者返回反应器。 5） 液相合成工艺
- 3 -
本科毕业设计 正文
传统甲醇合成采用气相工艺，不足之处是原料单程转化率低，合成气净化成本高，能耗高。相比之下，液相合成由于使用了比热容高，导热系数大的长链烷烃化合物作反应介质，可使甲醇合成在等温条件下进行。
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：(19.6-29.4Mpa)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。
目前，甲醇的生产方法还主要有①甲烷直接氧化法：2CH4+O2→2CH3OH.②由一氧化碳和氢气合成甲醇，③液化石油气氧化法
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，选择低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醇，其主要反应式为：CO+ H2→CH3OH
1.3 甲醇的合成路线
1．常用的合成工艺
- 4 -