呼伦贝尔学院本科生毕业论文院系类别: 化学与化工与学院 专 业: 化学工程与工艺 学生: 龙 班 级: 2012级煤化工班 学 号: 201217105029 论文题目: 年产20万吨中压法甲醇合成工艺设计 学科方向: 化学工程与工艺煤化工方向 指导教师: 乌日娜 / 论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的学士学位论文及相关的研究成果，系在呼伦贝尔学院资助下的职务行为，知识产权归属呼伦贝尔学院与本人共有。呼伦贝尔学院有权保存并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编本学位论文。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的成果时，署位仍然为呼伦贝尔学院。允许论文被查阅和借阅以及申请专利。本人授权呼伦贝尔学院。 呼伦贝尔学院化学与化工学院学术委员会 年 月 日学号论文作者签名： 指导教师签名：年 月 日 化学与化工学院毕业设计任务书学生龙专 业化学工程与工艺发题日期 2015 年 12 月 23 日设计期限自 2015 年 12月 23日至2016年 05 月 30日指导教师乌日娜设计题目年产20万吨中压法甲醇合成工艺设计容：1设计方案的选择（2） 工艺计算（3） 绘图物料流程图合成、精馏工段带控制点的工艺流程图设备一览表4编写设计说明书系主任签字院 长签字目录摘要1关键字1一、 甲醇简介11.1甲醇性质11.1.1其物理性质11.1.2其化学性质21.2 甲醇的用途31.3甲醇产业的开展31.3.1 世界甲醇工业的开展31.3.2我国甲醇工业开展31.4 甲醇生产技术的开展31.4.1装置大型化41.4.2 二次转化和自转化工艺41.4.3新甲醇反响器的合成技术41.4.4引入膜别离技术的反响技术41.4.5液相合成工艺4二、甲醇的合成方法52.1 常用的合成方法52.1.1高压法52.1.2低压法52.1.3中压法52.2 甲醇的合成路线52.2.1常用的合成工艺52.2.2本设计的合成工艺72.3 本设计的主要方法及原理72.4 甲醇合成反响的化学平衡8三、工艺计算103.1 合成塔物料平衡计算103.2粗甲醇精馏的物料平衡计算163.2.1 预塔的物料平衡163.2.2 主塔的物料平衡计算183.3甲醇生产的能量平衡计算193.3.1 合成塔能量计算193.3.2 常压精馏塔能量衡算213.4 主要设备计算及选型233.5 常压精馏塔计算233.5.1精馏段243.5.2提馏段243.6初估塔径253.6.1精馏段253.6.2提馏段263.7理论板数的计算273.7.1各点的甲醇摩尔分数273.7.2处理能力283.7.3平均挥发度283.7.4求最小理论塔板数Nm283.7.5求最小回流比293.7.6际理论板数293.7.7计算板效率30年产20万吨中压法甲醇合成工艺设计摘要：甲醇最早由木材和木质素干馏制得，所以俗称木醇，这是最简单得饱和脂肪族醇类得代表物。甲醇是一种极重要的有机化工原料，也是一种燃料，是碳一化学的根底产品，在国民经济中占有十分重要的地位。近年来，随着甲醇下属产品的开发，特别是甲醇燃料的推广应用，甲醇的需求大幅度上升。关键字：甲醇合成 中压一、 甲醇简介1.1甲醇性质甲醇的化学式是CH3OH，是一中无色、透明、高度挥发、易燃的液体，略有酒精气味。1.1.1其物理性质：表1-1 甲醇的物理性质工程单位数值沸点64.5-64.7凝固点-97-97.8闪点12闭口-16开口自燃点473空气-461氧气蒸汽压力20Pa11825临界压力MPa7.95临界温度240燃烧热25液体KJ/mol726.55蒸发潜热64.7KJ/mol35.3液体热容20-25KJ/mol2.51-2.53气体热容77KJ/mol1.63爆炸上限%36.5爆炸下限%6最小点火能量MJ0.2161.1.2 其化学性质： 甲醇具有脂肪醇的化学性质，即可进展氧化、酯化、羰基化，氨化、脱水等反响。甲醇裂解产生CO和H2，是制备CO和H2的重要化学方法。 1氧化反响：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 H=726.55 kJ/mol 2酯化反响：甲醇和硝酸作用生成硝酸甲酯 CH3OH +HNO3CH3 NO3+ H2O 3羰基化反响：甲醇和光气发生羰基化反响生成氯甲酸甲酯，进一步反 应生成碳酸二甲酯： CH3OH+COCl2CH3OCOCl+HCl CH3OCOCl+CH3OHCH3O2CO 4 胺化反响：在压力520Mpa,温度370420下，以活化氧化铝或分子筛催化剂，甲醇和氨发生反响生成一甲胺，二甲胺和三甲胺的混合物，经精馏别离可得一甲胺，二甲胺和三甲胺一甲胺，二甲胺和三甲胺产品。 CH3OH + NH3CH3NH2 + H2O 2CH3OH + NH3(CH32 NH + 2H2O 3CH3OH + NH3(CH33 + 3H2O 5 脱水反响：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(CH32O+ H2O 6裂解反响：在铜催化剂上，甲醇可裂解成CO和H2： CH3OHCO + H27 氯化反响：甲醇和氯化氢在Zn/ZrO催化剂上发生氯化反响生成一氯甲烷： CH3OH + HClCH3Cl + H2O 氯甲烷和氯化氢在CuCl2/ ZrO2催化剂作用下进一步发生氧氯化反响生成二氯甲烷和三氯甲烷。 CH3OH + HCl + 0.5O 2CH2Cl 2 + H2O CH3Cl2 + HCl + 0.5O 2CHCl3+ H2O 8 其他反响：甲醇和苯在3.5MPa，350380反响条件下，在催化剂的作用下可生成甲苯： CH3OH + C6H6C6H5 CH3 + H2O 1.2 甲醇的用途甲醇是重要有机化工原料和优质燃料，广泛应用于精细化工，塑料，医药，林产品加工等领域。甲醇主要用于生产甲醛，消耗量要占到甲醇总产量的一半，甲醛那么是生产各种合成树脂不可少的原料。用甲醇作甲基化试剂可生产丙烯酸甲酯、对苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醇羰基化可生产醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有机合成中间体，它们是制造各种染料、药品、农药、炸药、香料、喷漆的原料，目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重视。甲醇也是一种重要的有机溶剂，其溶解性能优于乙醇，可用于调制油漆。作为一种良好的萃取剂，甲醇在分析化学中可用于一些物质的别离。甲醇还是一种很有前景的清洁能源，甲醇燃料以其平安、廉价、燃烧充分，利用率高、环保的众多优点，替代汽油已经成为车用燃料的开展方向之一；另外燃料级甲醇用于供热和发电，也可到达环保要求。甲醇还可经生物发酵生成甲醇蛋白，富含维生素和蛋白质，具有营养价值高而本钱低的优点，用作饲料添加剂，有着广阔的应用前景。1.3甲醇产业的开展1.3.1 世界甲醇工业的开展总体上说，世界甲醇工业从90年代开场经历了1991-1998的供需平衡，1998-1999的供大于求，从2000年初至今的供求根本平衡三个根本阶段。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/a1.3.2我国甲醇工业开展我国的甲醇工业经过十几年的开展，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年甲醇产量到达500万吨，比2004年增长22.2%，进口量99.1万吨，因此下降3.1%。1.4 甲醇生产技术的开展1.4.1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20042008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工程高达230万t/a。最小规模的是智利甲醇工程，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。1.4.2 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良重点。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)1.4.3新甲醇反响器的合成技术 大型甲醇生产装置必须具备与其规模相适应的甲醇反响器和反响技术。传统甲醇合成反响器有ICI的冷激型反响器，Lungi的管壳式反响器，Topsdpe的径向流动反响器等，近期出现的新合成甲醇反响器有日本东洋工程的MRF-Z反响器等，而反响技术方面那么出现了Lurgi推出的水冷一气冷相结合的新流程。1.4.4引入膜别离技术的反响技术 通常的甲醇合成工艺中，未反响气体需循环返回反响器，而KPT那么提出将未反响气体送往膜别离器，并将气体分为富含氢气的气体，前者作燃料用，后者返回反响器。1.4.5液相合成工艺 传统甲醇合成采用气相工艺，缺乏之处是原料单程转化率低，合成气净化本钱高，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响介质，可使