Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Караваев М.М. Промышленный синтез метанола

.pdf
Скачиваний:
107
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
5.75 Mб
Скачать

По рис. 39 находим массовую скорость:

10е

= 88500 кг/(см3- ч)

g

Объем катализатора на I полке равен:

 

56000

„„ „

88 500

— °>63 м

Высота I полки составляет:

 

 

 

0,63

4- 0 ,3 5 =

1,12 м

0 32

т. е. расхождение с принятой высотой (/іг =

1,15 м) минимальное, следователь­

но, высотой задались верно.

 

 

 

Объем и высота катализатора на II полке. Принимаем температуру после

смешения газов 340 °С.

Количество холодного газа, подаваемого на II полку, составит:

 

370 — 340

 

5500 кг/ч

56 000 • 3^'q +

3g' =

Общее количество газа, поступающего на II полку, равно:

56 000 + 5500 =

61 500 кг/ч

Количество метанола, образовавшегося на I полке, равно:

3,7

 

 

 

2062 кг/ч

-JQQ- • 56 000 =

Содержание метанола в газе после смешения:

 

2062

100 =

3,36%

 

61 500

Текущая массовая скорость равна (см. рис. 39):

10°

=

95 500 кг/(м*-ч)

10 4

Текущий объем катализатора до

II

полки составит:

 

61500

 

 

96 500 ~ °.64

м

Принимаем температуру газа на выходе из

II полки 365 °С. Тогда повышение

температуры за счет реакции составит:

 

 

 

365 — 340 =

25 °С

Принимаем высоту II полки Л, =

1,2

м.

Потери тепла по высоте II полки

будут равны:

 

 

 

 

 

 

1Ч.

1,2-55 100

 

 

 

------------- 9 91 °Г

0

7,33-61

500

------ь

Повышение температуры по высоте слоя катализатора: 25 + 2,21 = 2 7 ,2 1 °С

При повышении температуры на 27,23 °С концентрация метанола составит:

27,21

10,13 = 2,7%

9—2402

129

Содержание метанола в газе после II полки:

3,36 + 2,7 = 6,06%

Массовая скорость газа (см. рис. 39):

10е

-gg-jj-= 45 500 кг/(м3-ч)

Объем катализатора на II полке:

 

61 500

 

45 500

— °>64 — °>71

Высота полки:

0,71

Л, = Q gg" +- 0,35 = 1,22 и

Следовательно, высотой задались верно.

Объем и высота катализатора на III полке. Принимаем температуру газа

после смешения (на входе в III полку) 340 °С. Количество холодного газа:

365 — 340

61 500- 3^Q_gg = 5050 кг/ч

Количество газа, подаваемого на III полку:

61 500 +

5050 =

 

66 550 кг/ч

Количество метанола, образовавшегося на I и II полках:

6,08

• 61 500 =

3730 кг/ч

100

Содержание метанола в газе после смешения:

3730

 

5,63%

66 550 -100 =

Текущая массовая скорость равна (см. рис. 39):

106

= 51 900 кг/(см3-ч)

lg з

Текущий объем катализатора до III полки:

66 550

,

,

51 900 ~

1,28 м

Принимаем температуру газа на выходе из III полки 355 ?С. Повышениетемпературы за счет реакции составляет:

355 — 3 4 0 = 15 °С

Задаемся высотой III полки h3 = 1,4 м. Потери тепла по высоте III полки:

1,4-55100 15' 7,33-66550 — 2 -38°с

Повышение температуры на III полке:

15 + 2 ,3 8 = 17,38 °С

При повышении температуры на 17,38 °С образуется метанола:

130

Содержание метанола в газе после III полки:

 

5,63 +

 

1,72 — 7,35%

Массовая скорость газа (см. рис. 39):

 

 

10е

31 250 кг/(м3-ч)

 

2 ~ =

Объем катализатора на III полке:

 

 

66 550

 

 

 

 

31 250 ~

1 >28 =

°>84 м3

Высота слоя катализатора на III полке:

 

0,84

 

 

 

0,82 • = 1,02 м

Высота III

полки: Іі3 — 1,02 +

0,35 =

1,37 м

Следовательно, высотой задались верно.

 

Объем и высота катализатора на

IV полке. Принимаем температуру смеше­

ния газов 340 °С.

 

 

 

Количество

холодного газа:

 

 

 

 

355 — 340

 

 

66 550- 340-

2g- =

3260 кг/ч

Количество газа, подаваемого на IV полку:

66 550 + 3260 = 69 810 кг/ч

Количество метанола, образовавшегося на I, II н III полках:

7,35

100 -•66 550 = 4940 кг/ч

Содержание метанола в газе после смешения:

4900

69 810 •100 = 7 .°%

Текущая массовая скорость (см. рис. 39):

10е

~2у- = 37 000 кг/(м3• ч)

Текущий объем катализатора до IV полки:

69810 , г ,

37 000— >85 м

Принимаем температуру газа на выходе из IV полки 355 9С. Повышение темпе­ ратуры за счет реакции составляет 15 °С.

Задаемся высотой IV полки Л4 = 1,9 м. Потери тепла по высоте IV полки:

1,9-55 100

 

15- 7,33-69810

3,0 8 °С

Повышение температуры на IV полке:

15 + 3 ,0 8 =

18,08 °С

На IV полке образуется метанола:

 

 

18,06

=

1,79%

10,13

 

 

131

Содержание метанола в газе после IV полки: 7,0 + 1,79 = 8,79%

Текущая массовая скорость (см. рис. 39):

10"

=

22 700

кг/(м3- ч)

44

 

 

 

 

 

 

 

Объем катализатора на IV полке:

 

 

 

 

69 810

 

 

1 ,8 5 = 1,22

м:‘

22 700

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Высота слоя катализатора на IV полке:

 

 

1,22

=

1,49 м

 

0,82

 

 

 

 

 

 

Высота IV полки:

 

 

 

 

 

 

 

/>„ = 1,49 + 0 ,3 5 =

1,84 м

Следовательно, высотой задались верно.

 

 

Количество холодного газа состав­

Объем и высота катализатора на V полке.

ляет:

 

 

 

 

 

 

 

17 900 — (900 +

5500 +

5050 +

3260) = 3190

Температура после смешения газов:

 

 

 

 

69 810-355 +

 

3190-35

 

69 810 +

 

3190

 

 

— 342 С

где количество газа, поступающего на V полку:

 

69 810 +

3190 =

 

73 000

кг/ч

Количество метанола, образовавшегося до V полки:

8,79

 

 

 

 

6100 кг/ч

—j-QQ—■- 69 810 =

 

Концентрация метанола в газе после смешения:

6100

 

 

 

 

 

 

73 000 •100 =

8,36%

Текущая массовая скорость равна (см. рис. 39):

“4^ 6“ =

24 100

кг/(м3-ч)

Текущий объем катализатора до V полки:

 

73 000

= 3,01

м3

 

24 100

 

 

 

 

 

 

132

Температура газа на входе — 342 °С. Принимаем температуру газа на выхо­ де из V полки 355 °С. Повышение температуры за счет реакции:

355 — 342 = 13 °С

Задаемся высотой V полки /і5 = 1,8 м. Потери тепла по высоте V полки со­ ставляют:

1,8-55 100 15' 7,33-73000 ~ 2,79 С

Повышение температуры на V полке:

13 + 2 ,7 9 = 15,79 °С

Соответственно этому повышению температуры образуется меганолг:

 

 

15,79

 

 

 

 

 

 

 

 

Ж Т 3 - = 1>57о/„

 

 

 

Содержание метанола в газе после V

полки:

 

 

 

 

8,36 +

1,57 =

9,93%

 

 

 

Текущая массовая скорость (см.

 

рис.

39):

 

 

 

 

10s

17 250

кг/(м3-ч)

 

 

 

 

- g g -=

 

 

 

Объем катализатора на V полке:

 

 

 

 

 

 

 

 

73000

 

 

 

 

 

 

 

 

17 250 ~

 

3 '01 — 1’2 м

 

 

 

Высота слоя катализатора на V полке:

 

 

 

 

 

 

 

1,2

= 1,46 м

 

 

 

 

 

0,82

 

 

 

 

 

 

Высота V полки равна:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/і6=

1,46 +

0 ,3 5 =

1,81 м

 

 

 

Следовательно, высотой задались верно.

коробки

равна:

 

 

Таким образом, высота

катализатор ной

 

 

Н = hi + h-2+ h%+ hi +

/ig

1,12 + 1,22 + 1,3/ +

1,84 +

1,81 =

7,36 м.

Это хорошо согласуется

с конструктивным размером Н = 7,33

м, следова­

тельно, расчеты проведены верно.

 

 

 

 

 

 

 

Рассчитанный объем катализатора, размещенный на пяти полках составля­

ет:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ур = 0,63 + 0,71 + 0 ,8 4 + 1 ,2 2 + 1 ,2 0 = 4 ,6 0

м3

 

что также согласуется с принятым .объемом катализатора (V = 4,60 м3), значит расчет насадки проведен правильно.

133-

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОТДЕЛЕНИЯ РЕКТИФИКАЦИИ

.[расчет произведем на 1 агрегат мощностью 90 тыс. т/год (см. рис. 16, стр. 58)]

Колонна предварительной ректификации

 

И с х о д н ы е д а н н ы е

 

 

 

 

 

В колонну поступает

 

13266

кг/ч

 

метанол обезэфнренный.........................

 

конденсат.................................................

 

1326,6

кг/ч

 

В с е г о .............................................................

 

 

14592,6 кг/ч

 

Из колонны выходит

 

544

кг/ч

 

предгон

I .................................................

 

 

предгон

11..................................................

 

72,6 кг/ч

 

кубовый остаток .....................................

 

13976

кг/ч

 

Количество флегмы.........................................

 

10100

кг/ч

 

Давление в колонне .....................................

 

Атмосферное

 

Температура

в колонне

 

63

°С

 

 

верх..............................................................

 

 

 

 

н и з ..............................................................

впрыскиваемой смеси

80

°С

 

 

Температура

68

°С

 

 

(метанола)......................................................

 

 

 

Параметры греющего пара: Р =

5 кгс/см2, Т =

158 СС, теплота конденсации

пара г == 500 ккал/кг.

 

 

 

 

 

ху

Определение допустимой скорости паров в колонне. Количество паров ввер­

колонны:

 

 

 

 

 

 

 

Gn = 10 100 + 544 = 10 644

кг/ч

 

 

где

10 100 — количество

флегмы, кг/ч; 544 — количество отбора (предгон 1),

кг/ч.

 

 

 

 

 

 

Секундный объ ем паров, поднимающихся в колонне, определяется по фор­

муле*:

 

 

 

 

 

 

 

Gn

10 644

 

 

 

 

Ѵ~3 б 00 уп =

3600-1,4 = 2 ' и ы/ с

 

 

где Gn — количество паров, кг/ч; уп— плотность паров, кг/м3.

 

Массовая скорость паров в колонне W кгс/(м2-ч) рассчитывается по урав­

нению*:

 

 

 

 

 

 

 

И7 = 0,305-С [уп (уж - у п)]<>.3

 

 

где Уп, 7ж — плотности паров и жидкости, кг/м3;

С — коэффициент, зависящий

от расстояния между тарелками и поверхностного натяжения жидкости, он ра­ вен 294.

W — 0,305-294-[1,4-(792 — 1,4)]°<6 = 2997 кгс/(м2-ч)

Скорость паров в колонне Й7р (м/с) рассчитывается по формуле*:

W 2997

WV= 3600уп~ 3600-1,4 = 0,595 м/с

* А д е л ь с о и С.

В. Процессы и

аппараты нефтепереработки и нефтехи­

мии. М. Гостоптехиздат,

1963. С. 164, 231,

232.

134

Принимая допустимую скорость паров в колонне 1КД на 15% меньше рас­ четной, находим:

Ц7Д = 0 ,85 -0,595= 0,505 м/с

Расчет диаметра колонны. Площадь сечения колонны определяется по фор­ муле:

kD-

2,11

•S—

4 — ц/д —

о,505 — 4,18

Откуда

 

 

°

— 1\ / 0,785

^ 2,31 м

По нормали НИИХИММАШ (нормаль HI 84—45) к агрегату принимается типовая колонна диаметром D = 2600 мм, число тарелок 65.

С учетом принятого диаметра колонны реальная скорость паров в колонне равна:

W~

2,11

 

 

0,785

-2,62 =

0,39 8 м/с

Загрузка колонны при проектной

производительности составляет:

 

0,398

• 100 =

79%

 

0,505

Максимальная загрузка

колонны:

 

 

 

14592,6

=

18 550 кг/ч

 

0,79

 

 

 

 

Тепловой баланс колонны предварительной ректификации. Количество теп­ ла Q (ккал/ч), поступающего в колонну с обезэфиренным метанолом, рассчиты­ вают по формуле:

Q — GCt

где G — количество метанола, кг/ч; С — теплоемкость раствора метанола, ккал/(кг-град); t — температура метанола, ?С.

Q = 14592,6 • 0,74 • 68 = 734 000 ккал/ч

Количество тепла Qn (ккал/ч), поступающего в испаритель с паром, опреде­ ляется по уравнению:

Qn = Gnf

где Ga — количество пара, поступающего в испаритель, кг/ч. Количество тепла, отводимого раствором из куба колонны, равно:

13976-0,74-80=828 000 ккал/ч

135

Тепло, отводимое с предгоном I, составляет:

544-0,64-63 = 2 1 900 ккал/ч

а с предгоном II:

72,6-0,64-66 = 3060 ккал/ч

где 0,64 — теплоемкость предгоиа, ккал/(кг-град); 63 п 66 — температура пре;- гонов, °С.

Количество тепла, отдаваемого конденсирующимися парами охлаждающей воде, равно:

10 644-260 = 2 770 000 ккал/ч

где 260 — теплота конденсации пара при атмосферном давлении, ккал/кг. Потери тепла в окружающую среду приняты на уровне 8—10°u от общего ко-

-лячества тепла:

Qn0T = 372 300 ккал/ч

Таким образом, тепловой баланс колонны составит:

73 400 + Сп■500 = 828 000 + 21 900 + 3060 + 2 770 000 4- 372 300

Отсюда количество пара, поступающего в испаритель, равно:

3261 260

,

Gu =

---- ---------

= 6500 кг/ч

Расчет поверхности испарителя колонны предварительной ректификации

И с х о д н ы е д а н н ы е

Количество водяного пара — 6500 кг/ч (по тепловому балансу колонны). Температура метанола на входе и па выходе из испарителя поддерживается

постоянной — 80 °С.

Р а с ч е т

Количество тепла, поступающего в испаритель с паром:

<2п = Gnr = 6500 - 500 = 3 250 000 ккал/ч

Средняя разность температур на этом участке:

Д<ср= 158 — 80 = 78 °С

Поверхность испарителя (м3) определяется по формуле:

где К — общий коэффициент теплопередачи, принятый по практическим данным

'700 ккал/(м2-ч-град).

F —

3250 000

= 59,8 м3

700-78

 

■136

Принимаем два испарителя, с поверхностью F = 65 м2, т. е. общая поверх­ ность составит: 2-65 = 130 м2. Диаметр аппарата — 600 мм, диаметр трубок — 25 мм, длина — 3000 мм, их число — 283 шт. Тип теплообменника (испарителя)

ТН-101 — 139—31.

Запас поверхности испарителя составляет:

130 — 59,8

•100= 117%

59,8

Колонна основной ректификации

Расчет колонны основной ректификации проведен аналогично расчету ко­ лонны предварительной ректификации.

В колонну поступает

 

 

 

 

 

метанол

.....................................

, . .

.

14714

кг/ч

Из ксломны выходит

 

 

 

 

 

предгои ......................................................

 

 

 

261,5

кг/ч

метанол-ректификат.................................

 

 

 

11930,0 кг/ч

изобутнроннаяфракция...........................

 

 

 

40,0

кг/ч

изобутиловое масло .................................

 

 

 

387,5

кг/ч

кубовый остаток.....................................

 

 

 

2095

кг/ч

Количество флегмы.........................................

 

 

 

25047

кг/ч

Давление в к ол он н е.....................................

 

 

 

Атмосферное

Температура

в колонне

 

 

 

 

 

верх..............................................................

 

 

 

 

64 °С

н и з ..............................................................

 

 

 

 

105 °С

Температура смеси,

поступающей

в колонну,

80 °С

 

Параметры греющего пара: Р — 5 кгс/см2;

Т =

158 СС; г =. 500 ккал/кг.

Определение допустимой скорости паров.

Количество паров вверху колонны

равно:

 

 

 

 

 

 

 

25 Ö47 + 261,5 = 25308,5

кг/ч

 

 

Секундный объем паров, поднимающихся в колонне, составляет:

 

25308,5

„ „

,,

 

 

 

 

3600-1,16 “ 6,06

м /с

 

 

где 1,16 кг/м2 — плотность паров.

 

 

 

 

 

Массовая скорость паров в колонне равна:

 

 

 

W = 0,305-С [Ѵн (Уж — Уп)]»-5 =

0,305-394(1,16-(791 —

1,16)J°.5 =

 

— 3636

кг/(м2-ч)

 

 

 

137

Тогда

w ___ 3636_

l^p — 3600-1,16' : 0,87 м/с

Принимая допустимую скорость паров в колонне на 15% меньше расчетной, получим:

B7f = 0,87-0,85 = 0,738 м/с

Расчет диаметра колонны. Площадь сечения колонны равна:

6,06

0,738 ~ 8,2

Отсюда

8,2

= 3,24 м

0,785

По нормали НИИХИММАШ к агрегату ректификации принимается типовая колонна диаметром D = 3400 мм.

Реальная скорость паров:

6,06

W ~ 0,785-3,42 = 0,668 м/с -

Загрузка колонны при проектной производительности составляет:

0,668

0,738 •100 = 90,5%

Максимальная загрузка колонны при принятом диаметре равна:

 

 

14714-0,738

=

16 300 :г/ч

 

 

 

0,668

 

 

 

 

 

 

Тепловой баланс колонны основной ректификации.

 

П р и х о д т е п л а

 

 

 

с

поступающим метанолом

 

 

 

 

 

14714,0 ■0,746 - 80 = 877 000 ккал/ч

 

с греющим паром

 

 

 

 

 

Gn-500 ккал/ч

 

Р а с х о д т е п л а

 

 

 

с кубовым остатком

 

 

 

 

 

2095 • 1,0 ■105 =

 

220 000 ккал/ч

 

с отбором

изобутилового масла

 

 

 

 

 

387,5 • 0,91 • 92 =

32 400 ккал/ч

 

с

отбором

изобутиронной фракции

 

 

 

 

40 -0,62 -72= 1788 ккал/ч

 

с отбором метанола-ректификата

 

 

 

 

 

11 930-0,64-65 =

496 000 ккал/ч

 

с

предгоном

 

 

 

 

 

261,5-0,64-64= 10 700 ккал/ч

/

 

 

 

 

 

138

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ