p align="left">Технологические схемы различаются аппаратурным оформлением главным образом стадии синтеза, включающей основной аппарат колонну синтеза и теплообменник. На рис. 1 представлена схема агрегата синтеза высокого давления с так называемой совмещенной насадкой колонны. Сжатый до 32 МПа синтез-газ проходит очистку в масляном фильтре 1 и в угольном фильтре 2, после чего смешивается с циркуляционным газом. Смешанный газ, пройдя кольцевой зазор между катализаторной коробкой и корпусом колонны 3, поступает в межтрубное пространство теплообменника, расположенного в нижней части колонны (рис. 2). В теплообменнике газ нагревается до 330--340 °С и по центральной трубе, в которой размещен электроподогреватель, поступает в верхнюю часть колонны и проходит последовательно пять слоев катализатора. После каждого слоя катализатора, кроме последнего, в колонну вводят определенное количество холодного циркуляционного газа для поддержания необходимой температуры. После пятого слоя катализатора газ направляется в теплообменник, где охлаждается с 300--385 до 130 °С, а затем в холодильник-конденсатор типа «труба в трубе» 4 (рис. 1). Здесь газ охлаждается до 30-- 35 °С и продукты синтеза конденсируются. Метанол-сырец отделяют в сепараторе 5, направляют в сборник 7 и выводят на ректификацию. Газ проходит второй сепаратор 5 для выделения капель метанола, компримируется до давления синтеза турбоциркуляционным компрессором 6 и возвращается на синтез. Продувочные газы выводят перед компрессором и вместе с танковыми газами используют в качестве топлива. Размещение теплообменника внутри корпуса колонны значительно снижает теплопотери в окружающую среду, что улучшает условия автотермичной работы агрегата, исключает наличие горячих трубопроводов, т.е. делает эксплуатацию более безопасной и снижает общие капиталовложения. Кроме того, за счет сокращения длины трубопроводов снижается сопротивление системы, что позволяет использовать турбоциркуляционные компрессоры вместо поршневых. Рис. 1. Схема синтеза метанола. 1 - масляный фильтр; 2 - угольный фильтр; 3 - колонна синтеза; 4 - холодильник-конденсатор; 5 - сепараторы; 6 - компрессоры; 7 - сборник. 19 Основным аппаратом производства метилового спирта из окиси углерода и водорода является колонна синтеза. Колонны обычно изготавливают из высоколегированной стали, хорошо сопротивляющейся коррозионному действию Н2 и СО, или из низколегированных конструкционных сталей с футеровкой стенок медью или ее сплавами. Производительность колонны синтеза метанола в большой степени зависит от конструкции насадки. В промышленности применяются колонны с насадками разнообразных конструкций. На рис. 2 схематически изображена колонна синтеза с полочной насадкой (внутренний диаметр колонны 800 мм, высота 12 м, толщина стенок корпуса 90 мм). В верхней части колонны размещается катализаторная коробка 1 с полками 3 для катализатора и электроподогревателем для подогрева газа в пусковой период, в нижней части колонны имеется теплообменник 4. Основной поток синтез-газа вводится сверху и проходит вниз по кольцевому пространству между корпусом колонны и корпусом катализаторной коробки. Далее газ поступает в межтрубное пространство теплообменника 4 и подогревается за счет тепла продуктов реакции, проходящих по трубкам. В межтрубном пространстве теплообменника имеются перегородки, направляющие часть газового потока поперек труб, благодаря чему значительно увеличивается коэффициент теплоотдачи. Из теплообменники 4 газ через центральную трубу 2 поступает в катализаторное пространство, где протекает реакция образования метилового спирта. Продукты реакции проходят по трубкам теплообменники, охлаждаясь поступающим свежим газом, и через тройник в нижней крышке выводятся из колонны синтеза. Для предотвращения перегрева катализаторной массы в колонну подают холодный («байпасный») газ. Для этого на каждую полку аппарата подведены трубки, изогнутые но окружности и имеющие мелкие отверстия, через которые холодный газ поступает в контактную массу. Количество поступающего холодного газа регулируется клапанами, установленными на подводящих трубках. Рис. 2. Колонна синтеза метилового спирта: 1 - корпус катализаторной коробки; 2 - труб для электроподогревателя; 3 - полки катализатора; 4 - теплообменник; 5 - трубки подвода байпасного газа. 6. Расчет материального баланса и основных технологических показателей процесса получения метанола. Данные для расчета: Основная реакция: (1) Побочные реакции: (2) (3) (4) (5) (6) (7) Рабочий объем катализатора - 24 м3. Расход оксида углерода и метанола на побочные продукты с учетом рецикла, %(масс.): СО СН3ОН Реакция 2 - 3,8 реакция 6 - 1,9 Реакция 3 - 4,1 реакция 7 - 0,5 Реакция 4 - 2,5 Реакция 5 - 0,7 Итого: 11,1 2,4 Температура - 655 К - 382 оС. Давление - 38,8 МПа. Объемная скорость газа - 22,2·103 . Мольное соотношение Н2 : СО - 7,5. База для расчета - 1 час работы установки. 1) Объем синтез-газа подаваемого в реактор за 1 час (учетом рецикла) расход при нормальных условиях V0=22,2·103·24=532,8·103 нм3/ч; при условиях реактора (по формуле Менделеева-Клайперона) . 2) Массы водорода и оксида углерода, подаваемые в реактор количество кмоль синтез-газа: 532,8•103·1000/(22,4•1000)=23785,7 кмоль/ч; количество моль водорода: ; количество кмоль СО 23786-20988=2798 кмоль/ч. , ; , . 3) Расход оксида углерода на целевую реакцию: 78344·(100 - 11,1)/100=69648 кг/час; на побочные: 78344-69648=8696 кг/час. 4) Масса образующегося метанола масса водорода на целевую реакцию ; Масса метанола 69648+9950=79598 кг/ч. 5) Расход метанола на побочные реакции на реакцию (6) 79598·1,9/100=1512 кг/ч; на реакцию (7) 79598·0,5/100=398 кг/ч. Часовая производительность установки на 100% метанол: 79598-1512-398=77688 кг/ч. 6)Балансовый расчет по реакциям реакция (2) СО: 78344·3,8/100=2977 кг/ч; Н2: ; СН4: ; Н2О: ; реакция(3) СО: 78344·4,1/100=3212 кг/ч; Н2: ; СН4: ; СО2: ; реакция(4) СО: 78344·2,5/100=1959 кг/ч; С: ; СО2: ; реакция(5) СО: 78344·0,7/100=548 кг/ч; Н2: ; НСНО: ; реакция(6) СН3ОН: 1512 кг/ч; (СН3)2О: ; Н2О: ; реакция(7) СН3ОН: 398 кг/ч Н2: ; СН4: ; Н2О: ; Масса непрореагировавшего водорода 41976-9950-638-229-39-25=31095 кг/ч. Всего образовалось: ?СН4 = 1701+918+199=2818 кг/ч; ?Н2О = 1914+425+224=2563 кг/ч; ?СО2 = 2524+1539=4063 кг/ч. Основные технологические показатели процесса: Конверсию исходного сырья рассчитываем как отношение количества израсходованного сырья (СО+Н2) - (Gн - Gк), где Gк - количество непрореагировавшего водорода, к общему количеству сырья в начале процесса Gн: Селективность нахожу как отношение готового продукта Gп к прореагировавшему сырью Gc (на 100 % метанол) Выход целевого продукта. Если количество целевого (товарного) продукта Gп, то выход продукта Р в расчете на сырье Gз составит Интенсивность работы катализатора рассчитываем как отношение производительности установки по метанолу на объем катализатора: где П=79598 кг/ч - количество метанола, полученного в результате реакции (1). 7) Материальный баланс процесса Таблица 3. Материальный баланс реактора |
№ п/п | Приход | кг/ч | № п/п | Расход | кг/ч | | 1 | СО | 78344 | 1 | СН3ОН | 77688 | | 2 | Н2 (с учетом рецикла) | 41976 | 2 | Н2О | 2563 | | | | | 3 | СО2 | 4063 | | | | | 4 | СН4 | 2818 | | | | | 5 | С | 419 | | | | | 6 | НСНО | 587 | | | | | 7 | (СН3)2О | 1087 | | | | | 8 | Н2 (на рецикл) | 31095 | | | ИТОГО: | 120320 | | ИТОГО: | 120320 | | |
РАБОТА НАД ОШИБКАМИ Селективность нахожу как отношение готового продукта Gп к прореагировавшему сырью Gc (на 100 % метанол) где GП=77688 кг/ч - расход метанола (по материальному балансу); Gс - расход прореагировавшего сырья: 78344 кг/ч - расход СО, 9950 кг/ч - расход водорода на целевую реакцию (1). Интенсивность работы катализатора рассчитываем как отношение производительности установки по метанолу на объем катализатора: где П=77688 кг/ч - количество полученного метанола (по материальному балансу). ЛИТЕРАТУРА 1. Кутепов А.М., Бондарева Т.И., Беренгартен М.Г. Общая химическая технология. Учебник для технических ВУЗов. - М.: «Высшая школа», 1990. - 512 с. 2. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза: Учебник для вузов. - М. Химия, 1988. - 592 с. 3. Общая химическая технология: Учеб. для химико-техн. спец. вузов. В 2-х т./под ред. проф. И.П.Мухленова. - М.: Высш. шк., 1984. - 263 с. 4. Паушкин Я.М., Адельсон С.В., Вишнякова Т.П. Технология нефтехимического синтеза, в двух частях. Ч. I. Углеводородное сырье и продукты его окисления. М.: «Химия», 1973. - 448 с.
Страницы: 1, 2
|