年产10万吨煤制乙醇生产工艺设计(8)

河南理工大学2012届毕业设计

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，总物料为12500+8914.948+1.974+10.767=21427.689kg/h 得乙醇精馏塔物料平衡汇总表4-14：

表4-14 乙醇精馏塔物料平衡汇总表

物料 乙醇 NaOH 水 高沸物 合计

总物料 12500 1.974 8914.948 10.767 21427.689

塔顶出料 12437.5

658.069

13095.569

塔釜出料 62.5 1.974 8256.879 10.767

8332.1

4.2 甲醇生产的能量平衡计算

4.2.1 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，4MPa下水的气化潜热为409.7 kcal/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℃。入塔气热量表4-15：

表4-15 5MPa，220℃下入塔气除(C2H5OH)热容

组分 流量：Nm3 比热：kJ/kmol℃ 热量：kJ/℃

30.15

45.95

29.34

30.35

21.41

47.05

/ 273341.10

29817.968

12060.252 205728.759

6847.75

3386.67

15499.703

2

CO 22153.316

CO2 5879.209

H2 157066.127

3 N2 5054.02

3543.27

7379.242

7

Ar

CH4

合计 201075.18

查得220℃时乙醇的焓值为42248.46 kJ/kmol，流量为939.737 Nm3。

939.737所以：Q入=42248.46?22.4+273341.102?220=61907472.84kJ

出塔气热容除(C2H5OH)见表4-16：

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表4-16 5MPa，250℃下出塔气除 (C2H5OH) 热容

组分

CO

CO2 5548.463 46.58 11537.831

H2 125628.39 29.39 164831.179

N2 5052.507 30.41 6859.229

Ar 3542.212 21.36 3377.752

CH4 7514.904 48.39 16234.206

C4H9OH 3.259

CH3CHO 86.787

H2O 6627.91 83.49 24703.759

合计

流量： 9961

3

Nm .451 比热：

30.1

kJ/km

3

ol℃

1339

热量：

9.04

kJ/℃ 1

170.97 95.85 / 241339

.235

24,875 371.363

查得250℃时乙醇的焓值为46883.2kJ/kmol，流量为7026.251 Nm3/h。 所以：Q出=46883.2?由反应式得: Q反应=[22.46086.967026.25122.4+241339.235?250=75040752.09 kJ

.662?186.958+13522.4?115.69

?255.868+

86.78722.4308.7423.259?+22.4557.774+22.4?(-42.92)] ?1000

=70443978.61kJ Q热损失=(Q入＋Q反应) ?5%

=(61907472.84+70443978.61) ?5%=6617572.572kJ 所以：壳程热水带走热量 Q传 = Q入 + Q反应－Q出－Q热

=61907472.84+70443978.61-75040752.09-6617572.572=50693126.79kJ

又：Q传=G热水r热水 所以：G热水=

50693126.79=29558.675 kg/h 1715.00即时产蒸气：

29558.675=1541.12m3 19.184.2.2 主精馏塔能量衡算

查《化工工艺设计手册》，乙醇露点温度t=78℃

操作条件：塔顶78℃，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4.5:1。

1. 带入热量见表4-17：

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表4-17 主塔入热

物 料 组分 流量：kg/h 温度：℃ 比热：kJ/kg℃ 热量:kg/h

乙醇 12437.5

124 2.46 3793935

进 料

水+碱 8916.922 124 4.26 4710274.877

回流液 乙醇 55968.75 40 2.46 5507325

加热蒸汽

Q

加热

Q入=Q进料+Q回流液+Q加热

= 3793935+1814481.157+5507325 +Q加热 = 11115741.16+ Q加热

2. 带出热量见表4-18：

表4-18 主塔物料带出热量

物料 组分 流量：kg/h 温度：℃ 比热：kJ/kg℃ 潜热：kJ/kg 热量:kg/h

精乙醇 乙醇 12437.5 78 2.46 846.19 2387353

回流液 乙醇 55968.75 78 2.46 855.19 10740138

乙醇 62.5 105 2.46 16143.75

残液

水+碱 8916.922 105 4.187 3920191.003

热损失 5%Q入

所以Q出＝ 2387353.69＋10740138.94＋16143.75＋3920191.003＋5%Q入 = 17063827.38+5%Q入 因为：Q出＝Q入

所以：Q入= Q出= 17961923.56kJ/h

所以：Q加热 =17961923.56 －11115741.16 = 6846182.398kJ/h 已知水蒸气的汽化热为2118.6 kJ/kg 所以：需蒸汽G3蒸汽=3. 冷却水用量计算

对热流体：Q入＝Q产品精甲醇+Q回流液

= 2387353.69+10740138.94=13127492.63 kJ/h

Q出 = Q精甲醇(液)+Q回流液(液)

=13095.569? 40?2.46 +5507325 = 6795928.99 kJ/h Q传 = 11934238.88?(1-5%)－ 6795928.99 = 4541597.946kJ/h 冷却水温：30℃

40℃

6846182.398= 3231.465kg/h 2118.6 34

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4541597.946所以：冷却水用量G3水=（40-30）?4.187?1000= 108.469t水/h

108.469所以：每吨精乙醇消耗G3水=12.5=8.678t水/t精甲醇

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第5章 主要设备计算及选型

设备是化工工艺运作的载体，选择合适的设备，对于提高生产率，降低原料能量消耗有着重要的作用。

5.1 甲醇合成塔的设计

（1）传热面积的确定

传热温差为10℃，传热量为5153522.946 kJ/h，合成塔内的总传热系数取为289.78W/（m2·℃）。

Q = KA△Tm （5-1）

由公式（5-1）得：

A =Q/K?Tm =5153522.946/（289.78×10）=1778.426m2。 （2）催化剂用量的确定

入塔气空速6000h-1，入塔气量202350.04m3/h，所以，催化剂体积为202350.04/6000=33.725m3。

（3）传热管数的确定

传热管选用Ф32×2.5，长度9000mm的钢管，材质为00Cr18Ni5Mo3Si2钢。

A =3.14×d×L×n （5-2）

由公式（5-2）得：

n = A/（3.14×d×L）=1778.426/（3.14×9×0.027）=2330.77 取整为2331。

其中因要安排拉杆需要减少12根，实际管数为2319根。 （4）合成塔壳体直径的确定

合成塔内管子分布采用正三角形排列，管间距a=40mm，壳体直径：

Di=a（b-1）+2L （5-3）

式中 a = 40；

b = 1.1×n0.5 = 1.1×62620.5= 87.05； L = 125mm。

所以 ：Di=40×（87.05-1）+2×125=3692，圆整后取为3700 mm （5）合成塔壳体厚度的确定

壳体材料选用13MNiMoNbR钢，计算壁后的公式为：

S=PcDi/（2[?] tФ-Pc） （5-4）

式中：Pc=5.14MPa ；

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