年产三万吨甲醇合成工艺初步设计

1、湖南科技大学本科生毕业设计（论文） 目 录前 言11 绪论21.1 甲醇的性质21.1.1 甲醇的物理性质21.1.2 甲醇的化学性质21.1.3 甲醇的毒性31.2 甲醇的用途41.3 国内外甲醇生产需求概况41.3.1 国外甲醇生产需求概况41.3.2 国内甲醇生产与需求概况52 甲醇生产工艺的选择52.1 甲醇的合成反应52.1.1 合成反应热力学52.1.2 合成反应动力学62.1.3 合成反应催化剂62.1.4 反应条件72.2 甲醇的生产方法82.2.1 高压法制甲醇92.2.2 中压法制甲醇92.2.3 低压法制甲醇92.2.4 天然气制甲醇92.2.5 煤、焦炭制甲醇92.2.6 油制甲醇102.2.7 联醇生产102.3 联醇生产工艺的初步设计113 甲醇生产的主要设备与选型113.1 甲醇合成塔113.1.1 冷管式均温型甲醇合成塔113.1.2 轴径向多层绝热甲醇塔123.1.3 甲醇合成塔的选型133.2 冷凝器133.3 甲醇分离器143.4 循环压缩机144 联醇生产的工艺计算144.1 工艺计算说明154.2 联醇生产氨物料概算154.3 甲醇生产的物料平

2、衡计算164.3.1 甲醇生产所需的总气量164.3.2 循环气量的计算214.3.3 系统醇后气量和入系统气量的计算214.3.4 1#合成塔入塔气量的计算224.3.5 1#合成塔出塔气量的计算224.3.61#甲醇分离器出口气体和液体产品流量的计算224.3.7 1#甲醇合成塔弛放气流量计算244.3.8 2#甲醇合成塔进塔气流量计算244.3.9 2#甲醇合成塔出塔气流量的计算254.3.10 2#甲醇分离器出口气体和液体产品量的计算254.3.11 2#甲醇合成塔弛放气流量的计算264.3.12 联醇生产物料平衡汇总表264.4 甲醇生产的热量衡算274.4.1 甲醇合成塔的热量平衡计算284.4.2 甲醇水冷器的热量平衡计算324.5催化剂（触媒）体积355 甲醇合成塔的机械设计计算365.1 择筒体材料365.2 按设计压力计算筒体和封头壁厚365.2.1 筒体壁厚365.2.2 封头壁厚375.3 夹套壁厚计算375.4 设备自重计算375.4.1 塔体质量375.4.2塔体构件质量375.4.3保温层质量 375.4.4平台质量385.4.5 催化剂质量385.4.6

3、物料质量385.4.7 附件质量385.4.8 充水质量386 操作要点386.1工艺参数的控制386.1.1 合成塔温度的控制386.1.2 联醇工艺中甲醇合成的压力影响因素406.1.3 循环气量的控制406.1.4 进塔气体组分的控制416.2 技术指标426.2.1 合成工段的正常工艺指标426.2.2 质量指标427 生产过程中不正常现象的分析和处理437.1 合成塔的塔壁温度高437.2 合成塔出塔气体温度高437.3 合成塔温度急剧下降447.4 合成塔催化床同平面温度差过大447.5 合成塔温度上升447.6 合成系统压差大457.7 醇后气一氧化碳含量太高468 联醇生产的发展和前景468.1 联醇生产的改进措施468.1.1采用精脱硫技术468.1.2 甲醇合成塔结构改进478.1.3 醇后气中甲醇的回收478.1.4 甲醇精馏流程的改进478.1.5 加强甲醇残液处理以保护环境478.1.6 增设软水加热器488.2 联醇工业的发展前景489 安全技术与三废处理489.1 甲醇工业生产中毒物对人体系统的危害和预防489.2 三废处理和环境保护509.2.1 废气的

4、回收利用509.2.2 废甲醇催化剂的回收利用509.2.3 稀甲醇的回收利用50参考文献51致 谢523湖南科技大学本科生毕业设计（论文）前 言甲醇是一种久用的传统化工产品。在农药,医药,染料，香料,涂料以及三大合成材料生产中都需要甲醇作为原料或作为溶剂。因此,甲醇是一种有着广泛用途的重要的有机化工原料,甲醇工业生产对其他相关工业和国民经济的发展都有着重要意义。 随着经济全球化进程的发展,21世纪的化学工业,其产业结构正在不断调整,日益突出了精细化工的主体地位。近几十年来,特别是我国甲醇工业的发展,生产规模逐渐扩大,下游产品种类不断增加,社会需求越来越大。因此,迫切要求对甲醇合成过程进行优化操作和控制。化学工业的巨大变迁也使得化学产品设计变得日益重要。本设计正是以现代有机合成化学为主旨,以湘江氮肥厂实习为基础,综合现代有机合成的诸多新方法,新技术,使其相互渗透,有机结合,将化学热力学与动力学,催化剂,反应操作条件,反应器选型,反应器的热稳定性与操作灵敏性等问题灵活贯穿于设计之中。使得该合成设计更加科学,合理,经济乃至艺术化.化学工业对人类作出巨大贡献的同时,也造成了环境的污染和破坏。

5、人类呼唤生态平衡,回归自然。因而,本设计也着重介绍了甲醇合成的环境保护和三废处理等问题。由于缺乏实践经验,在设计过程中遇到了不少困难。如对安全措施、环境保护、经济核算未能全面考虑和分析，由于资料的不足，使得我们无法对各种管子进行选型计算，特别是对甲醇合成塔内部的工艺未能进行详细计算,这是本设计的一大不足。在进行毕业设计的过程中,得到了院系领导和老师尤其是刘俊峰老师的悉心指导和帮助,同组的同学也提出了很多宝贵的意见,使得本设计得以顺利完成.在此,特表示衷心的感谢! 由于化工生产发展迅速,又限于时间和学识,在本次设计中难免会有一些不足和错误之处,还敬请各位评审老师不吝赐教,学生将不胜感激！ 学 生： 邹 晖 2007.6.10.于湖南科大1 绪论1.1 甲醇的性质甲醇是最简单的化学品之一，是最重要的化工基础原料和清洁液体燃料，广泛应用于有机合成、染料、医药、农药、涂料、汽车和国防等工业中。甲醇是最早由木材和木质素干馏制得，故俗称木醇。1.1.1 甲醇的物理性质 甲醇是最简单的饱和脂肪酸，分子式CH3OH，相对分子质量32.04。甲醇分子中的碳原子和氧原子的成键轨道为四面体结构的SP3杂化轨

6、道，相互重叠结合成CO键。而OH键是氧原子的一个SP杂化轨道和氢原子的1S轨道相互重叠，氧原子的两对未共用电子分别占据其他的两个SP3 杂化轨道。 常温常压下，纯甲醇是无色透明，易挥发、可燃，略带醇香味的有毒液体。甲醇可以和水以及乙醇、乙醚等许多有机液体无限互溶，但不能与脂肪烃类化合物相互溶。甲醇蒸气和空气混合能形成爆炸性混合物，爆炸极限为6.036.5 (体积）。甲醇的一般性质见表1-1。表1-1 甲醇的一般物理性质性质 数据性质 数据密度（0）（g/mL） 0.8100相对密度（d 20 ） 0.7913沸点/ 64.564.7熔点/ -97.8闪点/开口 16闭口 12蒸气压（20）/Pa 1.2879104液体热容（2050） 2.512.53/J/（g粘度（20）/PaS 5.94510-4热导率/J/（cmSK 2.0910-3表面张力（20）/(N/cm) 22.5510-5折射率（20） 1.3287蒸气潜能（64.7） 35.295/（kJ/mol）熔融热/(kJ/mol) 3.169自燃点/ 空气 473氧气 461临界温度/ 240临界压力/Pa 79.54105

7、临界体积 /（mL/mol) 117.8 临界压缩系数 0.224燃烧热/(kJ/mol)25液体 727.03825气体 742.738生成热/(kJ/mol) 25液体 238.79825气体 201.385膨胀系数（20） 0.00119腐蚀性 常温下无腐蚀性铅、铝例外空气中爆炸性/ 6.036.51.1.2 甲醇的化学性质 甲醇具有脂肪醇的化学性质，即可进行氧化、酯化、羰基化，氨化、脱水等反应。甲醇裂解产生CO和H2，是制备CO和H2的重要化学方法。 （1）氧化反应 甲醇在电解银催化剂上可被空气氧化成甲醛，是重要的工业制备甲醛的方法。CH3OH+ 0.5 O2HCHO + H2O 甲醇完全燃烧时氧化成Co和HO，放出大量的热： CH3OH + OCO2+ H2O + 726.55 kJ/mol（2）酯化反应 甲醇和硝酸作用生成硝酸甲酯CH3OH +HNO3CH3 NO3+ H2O （3） 羰基化反应 甲醇和光气发生羰基化反应生成氯甲酸甲酯，进一步反应生成碳酸二甲酯：CH3OH + COCl2CH3O COCl + HClCH3O COCl + CH3OH（CH3O）2CO （4） 胺化反应 在压力520Mpa,温度370420下，以活化氧化铝或分子筛催化剂，甲醇和氨发生反应生成一甲胺，二甲胺和三甲胺的混合物，经精馏分离可得一甲胺，二甲胺和三甲胺一甲胺，二甲胺和三甲胺产品。CH3OH + NH3CH3NH2 + H2O2CH3OH + NH3(CH3）2 NH + 2H2O3CH3OH + NH3(CH3）3 + 3H2O （5）脱水反应 甲醇在高温和酸性催化剂如ZSM-5，r-Al2O3 作用下分子间脱水生成二甲醚：2CH3OH(CH3）2O+ H2O （6）裂解反应 在铜催化剂上，甲醇可裂解成CO和H2：CH3OHCO + H2 (7 ) 氯化反应 甲醇和氯化氢在Zn/ZrO催化剂上发生氯化反应生成一氯甲烷：CH3OH + HClCH3Cl + H2O 氯甲烷和氯化氢在CuCl2/ ZrO2

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