甲醇原料氣脫

甲醇原料氣脫第1頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月確定合成甲醇原料氣脫CO2的方案：（1）了解傳質(zhì)分離方法，原理，及特點，了解合成甲醇原料氣的主要成分，確定脫CO2的分離方法。（2）了解吸收劑的選用原則，選用適宜的吸收劑；（3）了解吸收裝置與設(shè)備，確定基本操作流程；（4）編制吸收分離方案。第2頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月傳質(zhì)分離方法、原理、及特點常見的傳質(zhì)分離方法有以下四種：①：蒸餾分離②：吸收分離③：萃取分離④：結(jié)晶分離⑤：吸附分離蒸餾分離原理：利用混合物中各組分間揮發(fā)度不同的性質(zhì)，通過加入或移出熱量的方法，使混合物形成氣液兩相，并讓它們相互接觸進行質(zhì)量傳遞和熱量傳遞，致使易揮發(fā)組分在氣相中增濃，難揮發(fā)祖墳在液相中增濃，實現(xiàn)混合物的分離。特點：可以直接獲得所需要的產(chǎn)品需要消耗大量的能量。②適用的范圍廣泛，不僅可以分離液體混合物，還可以通過改變操作壓力是常溫常壓下呈氣態(tài)或固態(tài)的混合物在液化后得以分離③需要消耗大量的能量適用情況：不僅可以分離液體混合物，還可以通過改變操作壓力使常溫常壓下呈氣態(tài)或固態(tài)的混合物在液化后得以分離。第3頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月吸收分離原理：使氣體混合物與適當液體接觸，氣體中的一個或幾個組分溶解于液體中，不能溶解的組分仍保留在氣相中于是混合氣體得以分離。特點：可以單組分吸收，也可以多組分吸收；可以等溫吸收，也可以非等溫吸收；可以物理吸收，也可以化學(xué)吸收。適用情況：混合氣體的分離。如：原料氣的凈化、有用組分的回收、某些溶液產(chǎn)品的制取、廢氣的治理等。第4頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月萃取分離

原理：在液體混合物（原料液）中就加入一個與其基本不相混容的液體作為溶劑，造成第二相，利用原料液中各組分在兩個液相中的溶解度不同而使原料液混合物得以分離的單元操作。特點：進行接觸的兩種液體必須是單獨的兩相，它們必須是不互溶或部分互溶。適用情況：1、沸點差很小

2、溶質(zhì)含量低

3、沸點很高，需要真空精餾

4、熱敏性材料第5頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)晶分離

原理：固體物質(zhì)以晶體狀態(tài)從蒸汽、溶液或熔融物中析出。特點：以晶體形態(tài)出現(xiàn)，能從雜質(zhì)含量很高的溶液或多組分熔融狀態(tài)混合物中獲得非常純凈的晶體產(chǎn)品。結(jié)晶操作能耗低，對設(shè)備材質(zhì)要求不高，一般也很少有三廢的排放。

適用情況：對與許多其他方法難以分離的混合物系、同分異構(gòu)體物系和熱敏性物系等，結(jié)晶分離方法更為有效。第6頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月吸附分離：

原理：利用吸附劑與雜質(zhì)、色素物質(zhì)、有毒物質(zhì)、抗生素之間的分子引力而吸附在吸附劑上。特點：（1）處理能力較??；（2）對溶質(zhì)的作用較小；

（3）可直接從發(fā)酵液中分離所需的產(chǎn)物；（4）溶質(zhì)和吸附劑之間的相互作用及吸附平衡關(guān)系通常為非線形關(guān)系。適用情況：吸附發(fā)酵產(chǎn)品、除去雜質(zhì)或色素物質(zhì)、有毒物質(zhì)等第7頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月了解合成甲醇原料氣的主要成分，確定脫CO2方案甲醇原料氣主要成分H2COCO2惰性氣體雜質(zhì)，能使催化劑中毒的毒物，其中CH4，Ar不參加甲醇合成反應(yīng)為惰性氣體。因為甲醇原料氣主要是氣體，所以根據(jù)經(jīng)濟和效益，我們選擇吸收技術(shù)進行脫CO2第8頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月吸收劑的選用原則吸收劑性能的好壞，往往成為決定吸收操作效果是否良好的關(guān)鍵，因此在選擇吸收劑時應(yīng)考慮以下幾點。1，對吸收質(zhì)的溶解度大，以提高吸收速率并減少吸收劑的需用量。2，對吸收質(zhì)的選擇性好，對吸收質(zhì)組分以外的其他組分的溶解度要很低或基本不吸收。3，揮發(fā)性低，以減少吸收和再生過程中吸收劑的揮發(fā)損失。4，對設(shè)備腐蝕性小或無腐蝕性，盡可能無毒。5，操作溫度下吸收劑應(yīng)具有較低的黏度，且不易產(chǎn)生泡沫，以實現(xiàn)吸收塔內(nèi)良好的氣流接觸狀況。6，要考慮到價廉，易得，化學(xué)穩(wěn)定性好，便于再生，不易燃燒等經(jīng)濟和安全因素。

工業(yè)上的氣體吸收，很多采用水作為吸收劑，難溶于水的氣體才采用其他吸收劑：為了提高氣體吸收的效果，也常采用與溶質(zhì)氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)作為吸收劑。

第9頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月聚乙二醇二甲醚法（NHD）聚乙二醇二甲醚脫碳是一個典型的物理吸收過程，聚乙二醇二甲醚溶劑對H2S、CO2、COS等酸性氣體有很強的選擇性吸收性能。幾種氣體在碳酸丙酯中的溶解度如圖6-5所示。由圖可知：由于H2S、COS、CH3SH在聚乙二醇二甲醚中的溶解度高于CO2，所以用聚乙二醇二甲醚溶劑吸收CO2時，可同時吸收原料氣中的H2S、COS、CH3SH。NHD在吸收H2S、CO2、COS同時，H2、CO也會被吸收，但是這些氣體在NHD中的溶解度要小得多。吸收了CO2的聚乙二醇二甲醚的溶液（富液）要進行再生循環(huán)使用，通常采用減壓加熱和氣提的方法再生。第10頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月物理吸收法是利用CO2能溶于有機溶劑的特性來進行的，吸收能力的大小取決于CO2在該溶劑中的溶解度。在低溫甲醇法、聚乙二醇二甲醚法和碳酸丙烯酯法中，聚乙二醇二甲醚法比碳酸丙烯酯法對CO2的溶解度大，而且對H2S的溶解度很大。所以聚乙二醇二甲醚法尤其適合于含CO2的氣體中選擇性的吸收H2S的場合。甲醇是吸收CO2、H2S和COS等酸性氣體的良好溶劑，尤其在低溫下，上述氣體在甲醇中的溶解度更大，當溫度低于-30℃，溶解度隨溫度的降低而劇增，所以低溫下適合采用甲醇吸收氣體中的CO2。此外，物理吸收法中的NHD法成本最低，其次是碳酸丙烯酯法。我們組選用聚乙二醇二甲醚作為吸收劑第11頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第12頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月操作步驟由脫硫來的氣體經(jīng)氣-氣換熱器冷卻之后進入脫碳塔，與塔上部噴淋下來的溫度為-5℃貧液逆流接觸，吸收掉其中的部分CO2后，凈化氣從脫碳塔頂部引出分離液體后經(jīng)氣-氣換熱器加熱后送往后工序。吸收了CO2的溶液（富液）從塔底引出，在塔內(nèi)吸收CO2過程中，由于的溶解147熱和氣體放熱使溶液溫度升高，出塔底的富液溫度升高達7.2℃，富液進入水利透平，回收靜壓能，壓力降至0.78后進入高壓閃蒸槽，閃蒸槽壓力為0.75MPa，部分溶解的CO2和大部分氫在此解吸出來，從高壓閃蒸槽底部出來的溶液減壓進入低壓閃蒸槽，低壓閃蒸槽內(nèi)壓力0.078MPa，此時有大部分溶解的CO2解吸出來。閃蒸出來的CO2送回收工序。低壓閃蒸槽底部出來的溶液由富液泵送往再生塔，用氮氣或是空氣進行氣提，氣提后的貧液經(jīng)貧液泵加壓、氨冷器冷卻后送往脫碳塔頂部?？諝庾鳛闅馓釟庥闪_茨鼓風機加壓后，先去空氣冷卻器，與富液泵出口的一部分富液進行熱量交換。空氣溫度降至8-10℃，經(jīng)氣水分離器分離液滴后，進入氣提再生塔下部。空氣在塔內(nèi)自下而上與塔頂噴淋而下的溶液逆流接觸，然后經(jīng)塔頂除去夾帶液滴后放空。由冰機液氨貯槽來的液氨進入氨冷器。在氨冷氣內(nèi)與溶劑換熱蒸發(fā)，氣氨經(jīng)霧沫分離器分離后送冷凍工段。由脫硫來的氣體經(jīng)氣-氣換熱器冷卻之后進入脫碳塔，與塔上部噴淋下來的溫度為-5℃貧液逆流接觸，吸收掉其中的部分CO2后，凈化氣從脫碳塔頂部引出分離液體后經(jīng)氣-氣換熱器加熱后送往后工序。吸收了CO2的溶液（富液）從塔底引出，在塔內(nèi)吸收CO2過程中，由于的溶解147熱和氣體放熱使溶液溫度升高，出塔底的富液溫度升高達7.2℃，富液進入水利部分溶解的CO2和大部分氫在此解吸出來，從高壓閃蒸槽底部出來的溶液減壓進入低壓閃蒸槽，低壓閃蒸槽內(nèi)壓力0.078MPa，此時有大部分溶解的CO2解吸出來。閃蒸出來的CO2送回收工序。第13頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月低壓閃蒸槽底部出來的溶液由富液泵送往再生塔，用氮氣或是空氣進行氣提，氣提后的貧液經(jīng)貧液泵加壓、氨冷器冷卻后送往脫碳塔頂部?？諝庾鳛闅馓釟庥闪_茨鼓風機加壓后，先去空氣冷卻器，與富液泵出口的一部分富液進行熱量交換?？諝鉁囟冉抵?-10℃，經(jīng)氣水分離器分離液滴后，進入氣提再生塔下部?？諝庠谒?nèi)自下而上與塔頂噴淋而下的溶液逆流接觸，然后經(jīng)塔頂除去夾帶液滴后放空。由冰機液氨貯槽來的液氨進入氨冷器。在氨冷氣內(nèi)與溶劑換熱蒸發(fā)，氣氨經(jīng)霧沫分離器分離后送冷凍工段。第14頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月工作任務(wù)二：確定甲醇原料氣脫CO2的工藝條件

（一）、吸收相平衡關(guān)系、物料衡算、吸收操作線、吸收推動力、吸收率的基本理論；壓力、溫度對吸收操作的影響、操作壓力、溫度的確定①：吸收相平衡關(guān)系：

1：相組成的表示方法：

質(zhì)量分率——混合物中某組分的質(zhì)量與混合物總質(zhì)量的比值，稱為該組分的質(zhì)量分率，以xW表示。比質(zhì)量分率——混合物中某兩個組分的質(zhì)量之比稱為比質(zhì)量分率，以XW(或YW)表示。比摩爾分率——混合物中某兩個組分的千摩爾數(shù)之比稱為比摩爾分率，以X(或Y)表示。質(zhì)量濃度——單位體積中所含組分的質(zhì)量，稱為該組分的質(zhì)量濃度，以CW表示。摩爾濃度——單位體積中所含組分的千摩爾數(shù)，稱為該組分的摩爾濃度，以C表示。摩爾分率——混合物中某組分的千摩爾數(shù)與混合物總千摩爾數(shù)的比值，稱為該組分的摩爾分率，以x表示。第15頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.亨利定律介紹：亨利定律是描述互成平衡的氣、液兩相間組成關(guān)系的數(shù)學(xué)表達式。它適用于溶解度曲線中低濃度的直線部分。由于相組成有多種表示方法，致使亨利定律有多種形式。在總壓不是很高（＜500KPa），溫度一定的條件下，汽液兩相達到平衡狀態(tài)時，稀溶液上方的溶質(zhì)分壓與該溶液在液相中的摩爾分數(shù)成正比：

式中：p*—溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓(kPa)；x—溶質(zhì)在液相中的摩爾分率；E—亨利系數(shù)(kPa)。第16頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月p—C關(guān)系當液相組成以摩爾濃度表示，而氣相組成仍以分壓表示時，則亨利定律具有如下形式： (2-1)式中：C—溶質(zhì)在液相中的物質(zhì)的量濃度，kmol/m3；H—溶解度系數(shù)，kmol/m3﹒kPa。y—x關(guān)系若溶質(zhì)在氣相與液相中的組成分別用摩爾分數(shù)y、x表示，則亨利定律又可寫成如下形式：（2-2）式中：x—液相中溶質(zhì)的摩爾分數(shù)；y*—與液相組成平衡時溶質(zhì)在氣相中的摩爾分數(shù)；m—相平衡常數(shù)。Y—X關(guān)系若溶質(zhì)在液相和氣相中的組成分別用比摩爾分率X及Y表示時，則：將上兩式代人式2-2得：

即：

第17頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月當稀溶液中溶質(zhì)的組成很小時，即X值很小時，(1-m)X項很小，可忽略不計。式6-15的分母趨近于1，則式6-15可簡化為：②：物料衡算：

如圖所示為一處于穩(wěn)定操作狀態(tài)下，氣、液兩相逆流接觸的吸收塔，混合氣體自下而上流動，吸收劑則自上而下流動。

其中：V—單位時間內(nèi)通過吸收塔的惰性氣體量(kmol/s)；L—單位時間內(nèi)通過吸收塔的吸收劑量(kmol/s)；Yl、Y2—進、出塔氣相中吸收質(zhì)的摩爾比；X1、X2—出、進塔液相中吸收質(zhì)的摩爾比。第18頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月在吸收過程中，V和L的量沒有變化；在氣相中吸收質(zhì)的組成是逐漸減小，而液相中的吸收質(zhì)的組成是逐漸增大的。若無物料損失，對單位時間內(nèi)進、出吸收塔的吸收質(zhì)作物料衡算，可得下式：或上式即為吸收塔的全塔物料衡算式。（2-3）（2-4）③：吸收操作線：在m—n截面與塔底截面之間作組分A的衡算：第19頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月④：吸收推動力：當氣液相的組成均用摩爾分數(shù)表示時，吸收的推動力可表示為：

（以氣相組成差表示的吸收推動力）（以液相組成差表示的吸收推動力）第20頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月⑤：吸收率吸收率為氣相中被吸收的吸收質(zhì)的物質(zhì)的量與氣相中原有的物質(zhì)的量之比用η表示，即：或第21頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月⑥：壓力、溫度對吸收操作的影響、操作壓力、溫度的確定：

1.溫度降低溫度可以增大氣體在液體中的溶解度，有利于氣體吸收，吸收過程，可以采用冷卻的方法。但是，而溫度太低時，吸收劑的黏度增大，使得流體在塔內(nèi)的流動狀況變差，增加輸送過程的能耗。另外，如果溫度過低，有些液體甚至會有固體結(jié)晶析出，影響吸收操作的順利進行。

2.壓力增大壓力可以增大氣體在液體中的溶解度，有利于吸收的進行，但是過高地增大系統(tǒng)壓力，不僅使動力消耗增大，同時對設(shè)備強度的要求增加，使得設(shè)備費用和操作費用加大。因此，吸收操作通常在常壓下進行，但是對于吸收后需要加壓的系統(tǒng)，可以在較高壓力下進行吸收。結(jié)論：操作壓力常壓，操作溫度為20℃。第22頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）：吸收劑進口濃度的影響，確定進口濃度：

降低入塔吸收劑中溶質(zhì)的濃度，可以增加吸收吸收的推動力。因此，對有吸收劑在循環(huán)的吸收操作，吸收液在解吸塔中的解吸應(yīng)盡可能完全。對于氣液兩相逆流操作的填料吸收塔，吸收劑進口濃度X2應(yīng)小于X*2，才有可能達到規(guī)定的分離要求。當X2=X*2時，吸收塔頂?shù)耐苿恿榱?，此時為達到分離要求所需的傳質(zhì)單元數(shù)NOG或塔高將無窮大，即X*2為吸收劑進口濃度X2的上線。結(jié)論：確定吸收劑進口濃度x2=0。第23頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月

(三)：吸收劑及其用量對操作吸收的影響，確定吸收劑用量：

吸收劑的單位耗用量L/V，在理論上其值不能低于一定的最小值(L/V)min。(L/V)min稱為最小液氣比。相應(yīng)的吸收劑用量成為最小的吸收劑用量。若平衡關(guān)系服從亨利定，則：，

1.液氣比由全塔操作線方程改寫，得：

L/V稱為吸收劑單位耗用量或液氣比。即處理單位惰性氣體所需要的吸收劑量。而也就是操作線的斜率。2.最小液氣比則最小液氣比可按下式計算：第24頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月∵V(Y1-Y2)=L(X1-X2)∴X1=第25頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月值得我們注意的是：為了保證填料表面能被液體充分吸收，還應(yīng)選擇適宜的噴淋密度，以確保填料的充分潤濕和良好的氣液接觸狀態(tài)。第26頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月工作任務(wù)3：選用合成甲醇原料氣脫二氧化碳的主體設(shè)備并確定主要結(jié)構(gòu)尺寸1）了解填料吸收塔的構(gòu)造、填料的類型、放置方式及性能，選用填料、放置方式及確定性能參數(shù)填料吸收塔：利用塔內(nèi)填料，以增加吸收劑（植物油或礦物油）與尾氣接觸面積的溶劑回收設(shè)備。通過氣液接觸進行的一種氣液交換設(shè)備。第27頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月填料的安裝方法有堆放形式和充填形式：其中堆放形式有整砌（適合大填料）和亂堆（適合小填料）：充填形式有濕裝和干裝。：注：亂堆有干濕裝而整砌沒有充填之分。結(jié)論：這里選用填料安裝方法為堆放形式中的亂堆堆放形式（理由亂堆適合小填料）第29頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月性能：填料使得物料黏度增加，特別是纖維填料使黏度明顯增加。添加前的填料需經(jīng)過脫水處理，以避免消耗掉部分異氰酸酯。

結(jié)論第30頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第31頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第32頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月塔高計算第34頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第35頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月第36頁，課件共48頁，創(chuàng)作于2023年2月工作任務(wù)四；合成甲醇原料氣脫二氧化碳的操作1）掌握吸收的操作流程，了解吸收操作方法與主要控制指標，編寫操作規(guī)程2）按操作規(guī)程操作開車前準備：(1).V1和V4全開。其他閥門關(guān)閉

(2)檢查總電源是否良好（3）檢查氣體和液體是否泄漏，一般用肥皂水檢查氣體泄漏，液體泄漏能觀察到（4）檢查完備后，打開電源開車：（1)先開吸收劑，打開V7，然后打開V6，調(diào)節(jié)V6，使FIC102的流量為200，正常范圍內(nèi)調(diào)節(jié)V1，使液位小于進氣口（2）當填料充分潤濕后，再開氣。當填料充分潤濕后液位穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)V6使FIC102的流量為400，再開V10，不能全開一般為45度，再開V5使FIC101的流量為1.5

（3）對于鋼瓶，先開總閥，再開緩沖閥，鋼瓶上的的壓力示數(shù)為0.2Mpa(4)開V8調(diào)節(jié)V8，使FIC103的流量示數(shù)為100

（5）通過調(diào)節(jié)V4的開度，使壓力表的示數(shù)為0.01MPa正常開車（1）液位平穩(wěn)（低于進氣口）（2）壓力表的示數(shù)控制為0.01Mpa(3)控制FIC101的示數(shù)為1.5,FIC102的示數(shù)為400,FIC103的示數(shù)為100

（4）記錄數(shù)據(jù)停車：（1）先停總閥，再關(guān)V8(2)先停水，關(guān)V7，再關(guān)V6