甲醇制氫課設(shè)

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告( 20162017年度第一學(xué)期) 名 稱：化學(xué)反應(yīng)工程 題 目：甲醇裂解制氫 院 系：環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 班 級(jí)：能化1402 學(xué) 號(hào)：201405040207 學(xué)生姓名：馮慧芬 指導(dǎo)教師：郭天祥 成 績(jī)： 目 錄1、 設(shè)計(jì)任務(wù)書 1.1設(shè)計(jì)條件 1.2設(shè)計(jì)任務(wù) 1.3時(shí)間安排2、 反應(yīng)過程的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù) 2.1反應(yīng)過程及焓變 2.2反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 2.3催化劑選擇三、甲醇制氫工藝流程四、列管式固定床催化反應(yīng)器工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，工藝操作參數(shù) 4.1.工藝操作參數(shù)4.1.1溫度4.1.2壓力 4.2工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)五、反應(yīng)核算 3.1物料衡算 3.2熱量衡算六、其他設(shè)備的選擇及參數(shù) 6.1泵的選

2、型 6.2反應(yīng)器控制方案設(shè)計(jì)被控參數(shù)的選擇控制參數(shù)的選擇過程檢測(cè)儀表的選擇示圖7、 工藝系統(tǒng)圖和設(shè)備圖 7.1設(shè)備圖7.1.1固定管板式換熱器7.1.2列管式固定床反應(yīng)器8、 心得體會(huì)9、 參考文獻(xiàn)一、設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1設(shè)計(jì)條件：（1）設(shè)計(jì)產(chǎn)量：1094噸/小時(shí)，設(shè)計(jì)裕量20%。（2）設(shè)計(jì)內(nèi)容：甲醇裂解制氫 （3）設(shè)計(jì)要求: 甲醇轉(zhuǎn)化率99%; 給出物料衡算過程; 給出熱量衡算過程; 給出工藝操作參數(shù) 繪制工藝系統(tǒng)圖和設(shè)備圖 (CAD制圖) （4）選用反應(yīng)器：可選用但不限于列管式固定床催化反應(yīng)器1.2設(shè)計(jì)任務(wù)： （1）查閱文獻(xiàn)，獲取反應(yīng)過程的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù) （2）選擇工藝結(jié)構(gòu)，優(yōu)化計(jì)算工藝操作參數(shù)

3、（3）對(duì)選定的工藝過程進(jìn)行物料衡算和熱量衡算，進(jìn)行工藝設(shè)計(jì) （4）繪制工藝系統(tǒng)圖和設(shè)備圖 (CAD制圖)1.3時(shí)間安排：（1）第17周布置任務(wù)，發(fā)放設(shè)計(jì)任務(wù)書。（2）每周1、3、5下午第四節(jié)課指導(dǎo)和答疑（地點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)樓A五樓）。（3）第19周答辯。二、反應(yīng)過程的動(dòng)力學(xué)及催化劑2.1反應(yīng)過程及焓變 在甲醇水蒸氣重整制氫的化學(xué)反應(yīng)中，主要有3 個(gè)反應(yīng)，即： CH3OH=CO+2H2 1 CO+H2O=CO2+H2 2 CH3OH+ H2O= CO2+2H2 3 在已發(fā)表的文獻(xiàn)中有的選擇反應(yīng)1,2為關(guān)鍵反應(yīng)，有的選擇反應(yīng)1,3為關(guān)鍵反應(yīng)，利用不同的關(guān)鍵反應(yīng)和設(shè)計(jì)要求的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)選擇反應(yīng)1,2為關(guān)鍵反應(yīng)

4、時(shí)結(jié)果較好 CH3OH=CO+2H2 H1=90.8kJ/mol CO+H2O=CO2+H2 H2=-43.5kJ/mol2.2反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 已知甲醇制氫轉(zhuǎn)化工藝的總基本反應(yīng)為： CH3OH+H2O=CO2+3H2 根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程為： rA=kCA 由選擇的催化劑，反應(yīng)速率常數(shù)為： k=5.5×10-4exp（ ）m3/(kmol·h)2.3催化劑選擇 采用四川亞聯(lián)生物化工研究所研制的甲醇裂解重整制氫型雙功能催化劑，該催化劑具有耐高溫且使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，催化性能良好，在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量出了使用該催化劑的宏觀動(dòng)力學(xué)方程，在工業(yè)生產(chǎn)中也有廣泛的應(yīng)用，結(jié)

5、合本實(shí)驗(yàn)后的設(shè)計(jì)溫度壓力等條件，可知實(shí)驗(yàn)的催化速率常數(shù)。 反應(yīng)器中溫度280，壓力1.5Mpa，由選擇的催化劑，知反應(yīng)速率常數(shù)為： k=5.5×10-4exp（ ）m3/(kmol·h) 3、 甲醇制氫工藝流程 甲醇制氫的物料流程如圖12。流程包括以下步驟：甲醇與水按配比1：1.8進(jìn)入原料液儲(chǔ)罐，通過計(jì)算泵進(jìn)入換熱器（E0101）預(yù)熱，然后在汽化塔（T0101）汽化，在經(jīng)過換熱器(E0102)過熱到反應(yīng)溫度進(jìn)入轉(zhuǎn)化器(R0101)，轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成H2、CO2的以及未反應(yīng)的甲醇和水蒸氣等首先與原料液換熱(E0101)冷卻，然后經(jīng)水冷器(E0103)冷凝分離水和甲醇，這部分水和甲

6、醇可以進(jìn)入原料液儲(chǔ)罐，水冷分離后的氣體進(jìn)入吸收塔，經(jīng)碳酸丙烯脂吸收分離CO2，吸收飽和的吸收液進(jìn)入解析塔降壓解析后循環(huán)使用，最后進(jìn)入PSA裝置進(jìn)一步脫除分離殘余的CO2、CO及其它雜質(zhì)，得到一定純度要求的氫氣。圖12 甲醇制氫的物料流程圖4、 列管式固定床催化反應(yīng)器工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，工藝操作參數(shù)4.1.工藝操作參數(shù)4.1.1溫度1、依據(jù)甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)方程式: CHOHCO+2H （1-1）CO+HOCO+ H （1-2）CHOH轉(zhuǎn)化率99%2、投料計(jì)算量 現(xiàn)有表明隨著原料液中甲醇質(zhì)量百分比的增加, 甲醇轉(zhuǎn)化率大幅度降低，氫氣的時(shí)空產(chǎn)率略有增加，但變化的幅度不大。甲醇在原料液中的比例越高，床層出口

7、處的反應(yīng)量越大。由于該反應(yīng)體系為吸熱反應(yīng)因此床層出口處的溫度相應(yīng)降低，但降低不到1 %，因此甲醇在原料液中的比例適當(dāng)降低將有利于提高甲醇的轉(zhuǎn)化率。所以，本設(shè)計(jì)中甲醇和水的配料比定位1:1.5。 代入轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù),變?yōu)?CHOH0.99CO+1.98H+0.01 CHOHCO+0.99HO0.99CO+ 0.99H+0.01CO合并上兩個(gè)式子得到: CHOH+0.9801 HO0.9801 CO+2.9601 H+0.01 CHOH+0.0099 CO氫氣產(chǎn)量為: 1094t/h=1094000 kg/h甲醇投料量為: 547000/2.960132=5913313.739 kg/h水投料量為:

8、5913313.739/321.518=4989358.467 kg/h3、原料液儲(chǔ)槽(V0101)進(jìn): 甲醇 5913313.739 kg/h , 水4989358.467 kg/h出: 甲醇 5913313.739 kg/h , 水 4989358.467 kg/h4、換熱器 (E0101),汽化塔(T0101),過熱器(E0103)沒有物流變化.5、轉(zhuǎn)化器 (R0101)進(jìn) : 甲醇5913313.739 kg/h, 水4989358.467 kg/h, 總計(jì)10902672.21 kg/h出 : 生成 CO 5913313.739 /320.980144 =7969003.344kg/

9、h H 5913313.739 /322.96012 =1094000kg/h CO 5913313.739 /320.009928 =51224.08kg/h 剩余甲醇 5913313.739/320.0132 =59133.137kg/h 剩余水 4989358.467-5913313.739/320.980118=1729311.644kg/h 總計(jì) 10902672.21kg/h5、轉(zhuǎn)化器中反應(yīng)速率(R0101)以甲醇為關(guān)鍵組分，則反應(yīng)量: 甲醇5913313.739*0.99=5854180kg/h 選擇的反應(yīng)器是列管式固定床催化反應(yīng)器，利用等溫均相平推流模型平均反應(yīng)速率和停留時(shí)間的

10、關(guān)系： 根據(jù)GB151推薦的換熱管長(zhǎng)度，取管長(zhǎng)l=6m，流速定位0.5m/s，估算反應(yīng)的停留時(shí)間為0.0032s。在結(jié)合實(shí)際過程中的反應(yīng)估算出反應(yīng)溫度為553K4.1.2壓力 空間速度為SV=Vs0/Vr 設(shè)計(jì)裕度為20%，則Vr=(Vfan+Vcui)*1.2,結(jié)合實(shí)際估算出壓力值1.5MPa4.2工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已知甲醇制氫轉(zhuǎn)化工藝的基本反應(yīng)為：CH3OH+H2O=CO2+3H2。該反應(yīng)在管式反應(yīng)器進(jìn)行，進(jìn)出反應(yīng)器的各物料的工藝參數(shù)如表3-1所示。物流名稱管程殼程/(kg/h)進(jìn)口/(kg/h)出口/(kg/h)設(shè)計(jì)溫度/oC壓力/MPa進(jìn)出口/(kg/h)設(shè)計(jì)溫度/oC壓力/MPa甲醇591

11、3313.73959133.1372801.5水4989358.4671729311.644二氧化碳7969003.344一氧化碳51224.08氫氣1094000導(dǎo)熱油6.4×1083200.5表3-1 反應(yīng)器的物流表（1）計(jì)算反應(yīng)物的流量進(jìn)口處：對(duì)于甲醇，其摩爾質(zhì)量為32g/mol，則其摩爾流量為：5913314/32=184791kmol/h對(duì)于水，其摩爾質(zhì)量為18g/mol，其摩爾流量為：4989358/18=277187kmol/h出口處：對(duì)于甲醇，其摩爾質(zhì)量為32g/mol，則其摩爾流量為：59133/32=1848kmol/h對(duì)于水，其摩爾質(zhì)量為18g/mol，其摩爾流

12、量為：1729312/18=96073kmol/h對(duì)于氫氣，其摩爾質(zhì)量為2g/mol,其摩爾流量為：1094000/2=5470003kmol/h對(duì)于一氧化碳，其摩爾質(zhì)量為28g/mol,其摩爾流量為：51224/28=1829kmol/h對(duì)于二氧化碳，其摩爾質(zhì)量為44g/mol,其摩爾流量為：7969003/44=181114kmol/h進(jìn)料氣中甲醇的摩爾分率y A為：y A =對(duì)于甲醇和水，由于溫度不太高（280 o C），壓力不太大（1.5MPa），故可將其近似視為理想氣體考慮。有理想氣體狀態(tài)方程p V = n R T，可分別計(jì)算出進(jìn)料氣中甲醇和水的體積流量：甲醇的體積流量VA為：VA=

13、 m3/h水的體積流量VB為：VB= m3/h進(jìn)料氣的總質(zhì)量為：m o=5.91×106+4.99×106=10.9×106kg/h（2）計(jì)算反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)甲醇的流量為5913313.739kg/h，出反應(yīng)器時(shí)甲醇的流量為59133.137kg/h，則甲醇的轉(zhuǎn)化率xAf為：xAf=即反應(yīng)過程中消耗甲醇的物質(zhì)的量為：1.85×105×99%=1.83×105kmol/h（3）計(jì)算反應(yīng)體系的膨脹因子由體系的化學(xué)反應(yīng)方程式可知，反應(yīng)過程中氣體的總物質(zhì)的量發(fā)生了變化，可求出膨脹因子A。對(duì)于甲醇有：A=（4）計(jì)算空間時(shí)間根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，

14、該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程為：rA=kCAk=5.5×10-4e CA=CAO反應(yīng)過程的空間時(shí)間為：=CAO = CAO /k CAORT=dxA將k=5.5×10-4em3/(kmol·h)，R=8314.3，T=553K，A=2，yA=0.4代入上式，可得空間時(shí)間：=0.0038h（5） 計(jì)算所需反應(yīng)器的容積 VR=VO進(jìn)料氣的總體積流量為：VO=5.68×105+8.49×105 =1.42×106 m/h=394.4m/s則可得所需反應(yīng)器的容積為：VR=VO =0.0038×1.42×106=5396

15、m（6）計(jì)算管長(zhǎng) 考慮催化劑填層的空隙率對(duì)氣體空塔速度的影響，取流動(dòng)速度為=0.4m/s，則反應(yīng)管的長(zhǎng)度為：l=u=0.0038×3600×0.4=5.472m根據(jù)GB151推薦的換熱管長(zhǎng)度，取管長(zhǎng)l=6m反應(yīng)器內(nèi)的實(shí)際氣速為：u=7）計(jì)算反應(yīng)熱甲醇制氫的反應(yīng)實(shí)際為兩個(gè)反應(yīng)的疊合，即CH3OH=CO+2H2+90.8kJ/molCO+H2O=CO2+H2-43.5kJ/mol反應(yīng)過程中的一氧化碳全部由甲醇分解而得，由化學(xué)反應(yīng)式可知，每轉(zhuǎn)化1kmol的甲醇就可生成1kmol的一氧化碳，則反應(yīng)過程中產(chǎn)生的一氧化碳的物質(zhì)的量1.85×105kmol/h。反應(yīng)器出口處的一

16、氧化碳的物質(zhì)的量為1829.43kmol/h，轉(zhuǎn)化的一氧化碳的物質(zhì)的量為：185000-1829.43=183170.57kmol/h一氧化碳的轉(zhuǎn)化率為：XCO=則反應(yīng)過程中所需向反應(yīng)器內(nèi)供給的熱量為：Q=90.8×10×1.85×105-43.5×10×183170.57=8.8×109kJ/h（8）確定所需的換熱面積 假定選用的管子內(nèi)徑為d，壁厚為t，則其外徑為d+2t，管子數(shù)量為n根。反應(yīng)過程中所需的熱量由導(dǎo)熱油供給，反應(yīng)器同時(shí)作為換熱器使用，根據(jù)GB151，320oC時(shí)鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為=44.9W/（m·OC），管外油

17、側(cè)的對(duì)流給熱系數(shù)為o=300W/（m2·OC），管內(nèi)側(cè)的對(duì)流給熱系數(shù)為i=80 W/（m2·OC），根據(jù)表5-2所列的壁面污垢系數(shù)查得，反應(yīng)管內(nèi)、外側(cè)的污垢系數(shù)分別為0.0002 m2·OC/W 和0.0008 m2·OC/W總污垢系數(shù)為Rf=0.0002+0.0008=0.001 m2·OC/W根據(jù)傳熱學(xué)，反應(yīng)器的傳熱系數(shù)為：K=1/（+Rf）由于的值接近于1，對(duì)K帶來(lái)的誤差小于1%；鋼管的傳熱很快，對(duì)K的影響也很小，故可將上式簡(jiǎn)化為：K=1/（+Rf）=1213.84kJ/(h·m·OC)由于反應(yīng)器所需的換熱面積為：F=

18、6.2*106m（9）計(jì)算管子的內(nèi)徑反應(yīng)器需要的換熱面積為：F=ndl反應(yīng)器內(nèi)氣體的體積流量為：VO=nu聯(lián)立上述兩式，并將l= 6m，u= 0.44(m/s) ，F(xiàn)= 6.2*106(m) VO= 394.4(m/s) 代入，即可得所需管子的內(nèi)徑為：d=0.0215m。根據(jù)計(jì)算所得的管子內(nèi)徑，按前述換熱設(shè)備設(shè)計(jì)選擇合適的管子型號(hào)和所需的管數(shù)及布管方式。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容或項(xiàng)目符號(hào)單位計(jì)算公式或來(lái)源結(jié)果備注管程 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)換熱管材料選用碳鋼無(wú)縫鋼管25×2換熱管內(nèi)徑、外徑di;dm0.021;0.025換熱管管長(zhǎng)Lm選用6m標(biāo)準(zhǔn)管長(zhǎng)6.0換熱管根數(shù)n270(圓整)管程數(shù)Ni根據(jù)管內(nèi)

19、流體流速范圍選定1管程進(jìn)出口接管尺寸(外徑*壁厚)djt*Sjtm按接管內(nèi)流體流速合理選取89×7管程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)殼程數(shù)Ns1換熱管排列形式正三角形排列正三角形排列換熱管中心距SmS=1.25d或按標(biāo)準(zhǔn)0.032分程隔板槽兩側(cè)中心距Sn按標(biāo)準(zhǔn)44管束中心排管數(shù)nc（外加六根拉桿）19殼體內(nèi)徑DimDi=S(Nc-1)+(12)d060換熱器長(zhǎng)徑比L/ DiL/ Di10合理實(shí)排熱管根數(shù)n作圖 276折流板形式選定單弓形折流板折流板外直徑Dbm按GB151-19990.575折流板缺口弦離hm取h=0.20Di0.12折流板間距Bm取B=(0.21)Di0.4折流板數(shù)NbNb=L/B-11

20、4殼程進(jìn)出口接管尺寸djs*Sjs合理選取159×12選取五、反應(yīng)核算5.1物料衡算1、依據(jù)甲醇蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)方程式: CHOHCO+2H （1-1）CO+HOCO+ H （1-2）CHOH轉(zhuǎn)化率99%2、 投料計(jì)算量 CHOH+0.9801 HO0.9801 CO+2.9601 H+0.01 CHOH+0.0099 CO氫氣產(chǎn)量為: 1094t/h=1094000 kg/h甲醇投料量為: 547000/2.960132=5913313.739 kg/h水投料量為: 5913313.739/321.518=4989358.467 kg/h3、原料液儲(chǔ)槽(V0101)進(jìn): 甲醇 5913

21、313.739 kg/h , 水4989358.467 kg/h 出: 甲醇 5913313.739 kg/h , 水 4989358.467 kg/h4、換熱器 (E0101),汽化塔(T0101),過熱器(E0103)沒有物流變化.沒有物流變化.5、列管式固定床反應(yīng)器 (R0101)進(jìn) : 甲醇5913313.739 kg/h, 水4989358.467 kg/h, 總計(jì)10902672.21 kg/h出 : 生成 CO 5913313.739 /320.980144 =7969003.344kg/h H 5913313.739 /322.96012 =1094000kg/h CO 591

22、3313.739 /320.009928 =51224.08kg/h 剩余甲醇 5913313.739/320.0132 =59133.137kg/h 剩余水 4989358.467-5913313.739/320.980118=1729311.644kg/h 總計(jì) 10902672.21kg/h計(jì)算反應(yīng)物的流量進(jìn)口處：對(duì)于甲醇，其摩爾質(zhì)量為32g/mol，則其摩爾流量為：5913314/32=184791kmol/h對(duì)于水，其摩爾質(zhì)量為18g/mol，其摩爾流量為：4989358/18=277187kmol/h出口處：對(duì)于甲醇，其摩爾質(zhì)量為32g/mol，則其摩爾流量為：59133/32=1

23、848kmol/h對(duì)于水，其摩爾質(zhì)量為18g/mol，其摩爾流量為：1729312/18=96073kmol/h對(duì)于氫氣，其摩爾質(zhì)量為2g/mol,其摩爾流量為：1094000/2=5470003kmol/h對(duì)于一氧化碳，其摩爾質(zhì)量為28g/mol,其摩爾流量為：51224/28=1829kmol/h對(duì)于二氧化碳，其摩爾質(zhì)量為44g/mol,其摩爾流量為：7969003/44=181114kmol/h反應(yīng)器物料衡算表甲醇水二氧化碳一氧化碳?xì)錃饪傆?jì)進(jìn)口流量（koml/h) 184791277187 0 0 0 461978進(jìn)口濃度（%）40.060.00.0 0.0 0.0 100.0 出口流量

24、(kmol/h)1848 96073181114 1829 5470003 5750867出口濃度(%)0.031.673.15 0.0395.12100.00 5.2熱量衡算1、汽化塔頂溫確定在已知汽相組成和總壓的條件下，可以根據(jù)汽液平衡關(guān)系確定汽化塔的操作溫度·甲醇和水的蒸氣壓數(shù)據(jù)可以從一些化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊(cè)中得到： 在本工藝過程中,要使甲醇水完全汽化,則其汽相分率必然是甲醇40%,水60%(mol)且已知操作壓力為1.5MPa,設(shè)溫度為T,根據(jù)汽液平衡關(guān)系有 0.4p+0.6p=1.5MPa初設(shè) T=170 p=2.19MPa; p=0.824 MPa p=1.3704<1

25、.5 MPa再設(shè) T=175 p=2.4MPa; p=0.93 MPa p=1.51 MPa蒸氣壓與總壓基本一致,可以認(rèn)為操作壓力為1.5MPa時(shí),汽化塔塔頂溫度為175.2、轉(zhuǎn)換器(R0101)兩步反應(yīng)的總反應(yīng)熱為47.3kJ/mol,于是,在轉(zhuǎn)化器內(nèi)需要供給熱量為: Q=5913313.7390.99/32100047.3 =9.08109 kJ/h此熱量由導(dǎo)熱油系統(tǒng)帶來(lái),反應(yīng)溫度為280,可以選用導(dǎo)熱油溫度為320,導(dǎo)熱油溫度降設(shè)定為5,從手冊(cè)中查到導(dǎo)熱油的物性參數(shù),如比定壓熱容與溫度的關(guān)系,可得:取 c=2.83 kJ/(kg·K)則導(dǎo)熱油用量 w=Q/(ct)= 9.081

26、09 /(2.835)=6.42×108kg/h3、過熱器(E0102)甲醇和水的飽和蒸氣在過熱器中175過熱到280,此熱量由導(dǎo)熱油供給.從手冊(cè)中可以方便地得到甲醇和水蒸氣的部分比定壓熱容數(shù)據(jù),氣體升溫所需熱量為:Q= cmt=(1.905913313.739+4.824989358.467) (280-175)=3.7×109 kJ/h導(dǎo)熱油c=2.826 kJ/(kg·K), 于是其溫降為: t=Q/(cm)= 3.7109/(2.8266.42×108)=2.04導(dǎo)熱油出口溫度為: 315-2.04=313.04、汽化塔（TO101 ) 認(rèn)為汽化

27、塔僅有潛熱變化。175 甲醇H = 727.2kJ/kg 水 H = 2031kJ/kg Q=5913313.739727.2+20314989358.467=1.44×1010 kJ/h以300導(dǎo)熱油c計(jì)算 c=2.76 kJ/(kg·K)t=Q/(cm)=1.44×1010 /(2.766.42×108)=8.1則導(dǎo)熱油出口溫度 t=313.0-8.1=304.9導(dǎo)熱油系統(tǒng)溫差為T=320-304.9=15.1 基本合適.5、預(yù)熱器（EO101)殼程：甲醇和水液體混合物由常溫（25 ）升至175 ，其比熱容數(shù)據(jù)也可以從手冊(cè)中得到，則液體混合物升溫所需

28、熱量Q= cmt=(5913313.7393.14+4989358.4674.30) (175-25)=6×109kJ/h管程：沒有相變化，同時(shí)一般氣體在一定的溫度范圍內(nèi)，熱容變化不大，以恒定值計(jì)算，這里取各種氣體的比定壓熱容為： c1.02 kJ/(kg·K) c14.65 kJ/(kg·K) CpH2o 4.19 kJ/(kg·K)則管程中反應(yīng)后氣體混合物的溫度變化為：t=Q/(cm)=6109/(1.027969003.344+14.651094000+4.191729311.644)=191.07換熱器出口溫度為 280-191.07=896、冷

29、凝器（EO103) 在E0103 中包含兩方面的變化：CO, CO, H的冷卻以及CHOH , HO的冷卻和冷凝. CO,CO , H的冷卻Q=cmt=(1.02×7969003.344+1.01×51224.08+14.65×1094000) (89-40)=4.9×105 kJ/h CHOH的量相對(duì)較小，在此其冷凝和冷卻忽略不計(jì)。壓力為1.5MPa時(shí)水的冷凝熱為：H=2135KJ/kg,總冷凝熱 Q=Hm=21351729311.644=3.69×109kJ/h水顯熱變化Q= cmt=4.191729311.644(89-40)=3.6&#

30、215;108kJ/h Q=Q+Q+ Q=4.05×109kJ/h冷卻介質(zhì)為循環(huán)水，采用中溫型涼水塔，則溫差T=10用水量 w=Q/( ct)= 4.05×109/(4.1910)=9.7×107 kg/h6、 其他設(shè)備的選擇及參數(shù)6.1泵的選型整個(gè)系統(tǒng)有五處需要用泵: 1.原料水輸送計(jì)量泵P0101 2.原料甲醇輸送計(jì)量泵P0102 3.混合原料計(jì)量泵P0103 4. 吸收液用泵P0104 5. 冷卻水用泵P0105（1） 甲醇計(jì)量泵P0102選型已知條件：甲醇正常投料量為1013.479kg/h。溫度為25。密度為0.807kg/L；操作情況為泵從甲醇儲(chǔ)槽中吸

31、入甲醇，送入原料液儲(chǔ)罐，與水混合工藝所需正常的體積流量為：1013.479 /0.8071255.86L/h泵的流量Q1.05×1255.861318.65L/h工藝估算所需揚(yáng)程80m,泵的揚(yáng)程H1.1×8088m折合程計(jì)量泵的壓力：P=gh=807×9.81×88/106=0.697MPa泵的選型：查表得，JD1600/0.8型計(jì)量泵的流量為1600L/h，壓力0.8MPa，轉(zhuǎn)速115r/min，電機(jī)功率2.2KW，滿足要求（2） 純水計(jì)量泵P0101選型已知條件：水的正常投料量為855.123kg/h。溫度為25。密度為0.997kg/L；操作情況為

32、泵從純水儲(chǔ)槽中吸入水，送入原料液儲(chǔ)罐，與甲醇混合工藝所需正常的體積流量為：855.123/0.997857.70L/h泵的流量Q1.05×857.70900.58L/h工藝估算所需揚(yáng)程80m,泵的揚(yáng)程H1.1×8088m折合程計(jì)量泵的壓力：P=gh=997×9.81×88/106=0.861MPa泵的選型：查表得，JD1000/1.3型計(jì)量泵的流量為1000L/h，壓力1.3MPa，轉(zhuǎn)速115r/min，電機(jī)功率2.2KW，滿足要求（3） 混合原料計(jì)量泵P0103選型已知條件：原料的正常投料量為1868.802kg/h。溫度為25。密度為0.860kg/

33、L；操作情況為泵從原料液儲(chǔ)槽V0101中吸入原料，送入預(yù)熱器E0101 工藝所需正常的體積流量為：1868.802/0.8602173.03L/h泵的流量Q1.05×2173.032281.68L/h工藝估算所需揚(yáng)程80m,泵的揚(yáng)程H1.1×8088m折合程計(jì)量泵的壓力：P=gh=860×9.81×88/106=0.742MPa泵的選型：查表得，JD2500/0.8型計(jì)量泵的流量為2500L/h，壓力0.8MPa，轉(zhuǎn)速115r/min，電機(jī)功率2.2KW，滿足要求（4）. 吸收液用泵P0104已知條件:吸收液的輸送溫度25,密度760Kg/m3.泵的正常

34、流量為4200kg/h操作情況,泵從吸收液儲(chǔ)槽中吸入吸收液,送入T0102中，再回解析塔解析出CO2，循環(huán)使用.確定泵的流量及揚(yáng)程工藝所需的正常體積流量為4200/1000=4.20 m3/h泵的流量取正常流量的1.05倍:Q=1.05×4.20=4.41 m3/h所需工藝泵的揚(yáng)程估算:因水槽和冷卻器液面均為大氣壓,故估算揚(yáng)程只需考慮最嚴(yán)格條件下的進(jìn)出管道阻力損失和位高差，約為35m.泵的揚(yáng)程取1.1倍的安全裕度：H=1.1×35=38.5水泵選型，選用離心式水泵查表得，40W40型水泵最佳工況點(diǎn)：揚(yáng)程40m,流量5.4 m3/h,轉(zhuǎn)速2900r/min，電機(jī)功率為4.0K

35、W。選用該型號(hào)泵較合適。（5）.冷卻水用泵P0105已知條件:水的輸送溫度25,密度997Kg/m3.泵的正常流量為95465kg/h操作情況,泵從水槽中吸入水,送入冷凝器E0103中換熱，再冷卻送回水槽，循環(huán)使用.確定泵的流量及揚(yáng)程工藝所需的正常體積流量為95465/997=95.75 m3/h泵的流量取正常流量的1.05倍:Q=1.05×95.75=100.54 m3/h所需工藝泵的揚(yáng)程估算:因水槽和冷卻器液面均為大氣壓,故估算揚(yáng)程只需考慮最嚴(yán)格條件下的進(jìn)出管道阻力損失和位高差，約為35m.泵的揚(yáng)程取1.1倍的安全裕度：H=1.1×35=38.5水泵選型，選用離心式水泵查表得，IS100-65-200型水泵最佳工況點(diǎn)：揚(yáng)程47m,流量120 m3/h,轉(zhuǎn)速2900r/min，軸功率19.9KW，電機(jī)功率為22KW，效率77。允許氣蝕余量4.8m,選用該型號(hào)泵較合適.6.2反應(yīng)器控制方案設(shè)計(jì)6.2.1被控參數(shù)的選擇 化學(xué)反應(yīng)的控制指標(biāo)主要是轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)量、收率、主要產(chǎn)品的含量和產(chǎn)物分布等，溫度與上述這些指標(biāo)關(guān)系密切，又容易測(cè)量，所以選擇溫度作為反應(yīng)