甲醇合成过程的Aspen模拟
Aspen Plus 模拟甲醇精制过程
课程论文论文题目Aspen Plus 模拟甲醇精制过程课程编号********* 课程名称化工设计与模拟姓名***** 学号2017*******专业化学工程年级2017级学院化学化工学院日期2018.1 .................................................................................................化工设计模拟Aspen plus模拟甲醇精制过程【课题研究】要提纯甲醇，工业上常采用的方法是精馏，其精馏甲醇所用能耗占甲醇生产总能耗的20%左右。
所以，运用软件模拟甲醇精制过程，从而找到提高精馏甲醇质量的方法，有利于减少能耗。
随着能源价格的上涨，节约用能源更为重要。
甲醇合成后的生成物与合成甲醇的条件、催化剂都有密切的关系，虽然都是有C、H、O 三种元素组成，但是条件的不同，例如温度、压力、空间速度、催化剂、原料气体的组成的影响，同时在反应的时候的同时生成的副产物的存在，以粗甲醇杂质含量种类很多。
根据不同的原料、不同的方法合成粗甲醇的主要组分不同。
除了常见到的甲醇和水以外，还含有醇、醚、酮、有机酸、酯等种类，就本文讨论的是用天燃气为原料合成甲醇，主要组分及含量见表1。
表1. 粗甲醇的主要组成组分甲醇二甲醚乙醇异丙醇正丙醇异丁醇含量/%81.50.0160.0350.0050.0080.007组分正丁醇甲酸甲酸甲酯水一氧化碳甲烷含量/%0.0030.0550.05518.2620.0020.050【工业上精馏甲醇的方法】1.三塔流程其目的是更合理地利用热量，采用了两个主精馏塔，第一个主精馏塔为加压塔精馏，操作压力为0.56～0.60 MPa，第二个主精馏塔为常压塔操作。
第一主精馏塔由于加压，使物料沸点升高，顶部气相甲醇液化温度约为121℃，远高于第二常压塔釜液体的沸点温度，将其冷凝潜热作为第二主精馏塔再沸器的热源。
甲醇合成过程的Aspen模拟
目前 , 甲醇合成反应器最常见的类型包括 ICI 冷激式反应器 、鲁奇水冷式反应器 、三菱 SPC 双套 管反应器等 。国内普遍采用的是管壳式等温反应 器 。在鲁奇合成技术的引进吸收方面 , 国内的科研 单位已经做了大量的工作 , 包括合成反应器及整个 合成回路的设计 、合成催化剂的开发 、反应动力学 研究 、合成塔的制造等 , 从而在甲醇合成技术方面 实现了国产化 。本文的目的是运用 Aspen2Plus 工 具 , 采用动力学方程对甲醇合成回路进行模拟与分 析 , 为合成回路的设计与优化提供基础数据 , 并可 用于指导生产操作 。
CO2 + H2 = CO + H2O
(3)
利用 Aspen2Plus 工具 , 采用动力学方程进行甲
醇合成回路的模拟 , 其关键是反应动力学模型的选
用 。在低压铜基催化剂催化条件下 , CO 和 CO2 加
氢生产甲醇的反应 (1) 和 (2) 的宏观反应速率适用
L - H - H - W 型双速率本征动力学模型 , 见下式 。
59 338
温度/ ℃
30 220 246. 4 39. 98 39. 98 39. 48 39. 48
压力/ MPa
3. 2 7. 75 7. 6 7. 41 7. 41 0. 5
0. 5
注 : 粗甲醇中纯甲醇的量为 54. 924 t/ h , 原料气单耗为 2 303 m3/ t , 单位催化剂的生产强度为 0. 728 8 t/ h·m3 。
的吸附平衡常数 , 形如 : e A + B/ T 。
Aspen-Plus模拟甲醇精制过程
ｌ 甲醇简 介及 用途
甲醇是结构最简单的饱 和一元醇 ， 其 化学式 为 Ｃ Ｈ Ｏ Ｈ。甲 醇又称“ 木醇 ” 或“ 木精 ” 。它是无色 、 有酒 精气 味、 易挥 发 的液
体。有毒 ， 误饮 ５—１ ０ ｍ Ｌ能 双 目失 明， 大 量饮 用会 导 致死 亡 。
第２ ２期
范凤艳 ： Ａ ｓ ｐ ｅ ｎ—Ｐ ｌ ｕ ｓ 模拟 甲醇精制过程
・９ ９・
Ａｓ ｐ ｅ ｎ—Ｐ ｌ ｕ ｓ 模 拟 甲醇 精 制过 程
年产万吨甲醇装置的AspenPlus模拟及工艺设计
年产8 万吨甲醇装置的Aspen Plus 模拟及工艺设计毕业设计（论文）内容： 1、工艺流程设计 2、物能衡算 3、设备计算4、物料流程图毕业设计（论文）专题部分：甲醇合成反应器预精馏塔指导教师：教研室主任：院长：签字签字签字年年年月月月日日日 i内容摘要本文是对年产 8 万吨甲醇装置的 Aspen 模拟及工艺设计。
本设计依据锦西天燃气有限责任公司甲醇生产工段的工艺过程，在实际生产理论的基础上，制定合理可行的设计方案。
本文主要阐述了甲醇在国民经济中的地位和作用、工业生产方法、生产原理、工艺流程。
采用 Aspen 对主要设备如：混合器、反应器、闪蒸塔、换热器、精馏塔等进行物料衡算，对甲醇反应器，进料-产品第一换热器，冷却器等六个设备进行热量衡算，并对甲醇反应器和换热器进行设备计算。
并使用CAD 绘制相应的工艺流程图。
最后对此工艺过程的安全及环保问题做了简要说明。
关键词：甲醇；Aspen 模拟；工艺设计；反应器；精馏塔； ii Abstract In this paper, This is an update to 80,000 t/Aspen simulation of methanol plant and process design. This design was based on Jinxi natural gas Corporation Limited section petrochemical ethylene plant of methanol production process, in theory on the basis of actual production, develop reasonable feasible design. This article mainly on the status and role of methanol in the nationaleconomy, industrial production method, principle, technological process of production. Aspen on major equipment such as: flashing Tower, mixers, reactors, heat exchangers, distillation, such as material balance, on methanol reactor, feed-product of the first heat exchanger, cooler heat six devices such as accountancy, and device evaluation methanol reactor and heat exchangers. And using CAD drawing the flow chart.In the last, make a short illumination for the problem of security and environmentalist. Keywords: Methanol; Aspen simulation; design; reactor;rectify; iii 目录内容摘要 .......................................................... ............................................................. . (i)Abstract .................................................... ............................................................. ............ ii 目录 .......................................................... ............................................................. .......... iii 1 文献综述 .......................................................... ................................................... 1 1.1 甲醇在国民经济中的地位和作用 ................................................................ 1 1.2 甲醇在国内外的发展动向 .......................................................... ................. 1 1.2.1 生产技术 .......................................................... ..................................... 1 1.2.2 技术发展动向 .......................................................... .............................. 1 1.3 甲醇的市场需求状况 .......................................................... ......................... 2 2 工艺概述 .......................................................... ................................................... 3 2.1 甲醇的性质 .......................................................... ........................................ 3 2.1.1 甲醇的物理性质 .......................................................... .......................... 3 2.1.2 甲醇的化学性质 .......................................................... .......................... 3 2.2 生产方法的评述及选择 .......................................................... ..................... 3 2.2.1 高压法 .......................................................... ......................................... 3 2.2.2 低压法 ................................................................................................... 4 2.2.3 中压法 .......................................................... ......................................... 4 2.3 合成甲醇催化剂的种类及性能 .......................................................... ......... 4 2.3.1 几种国外催化剂种类及性能 .......................................................... ....... 4 2.3.2 几种国内催化剂的性状 .......................................................... .............. 5 2.4 甲醇的生产原理........................................................... ................................ 6 2.4.1 合成反应原理 .......................................................... .............................. 6 2.4.2 精馏工艺原理 .......................................................... ............................. 7 2.5 工艺流程描述 .......................................................... .................................... 7 3 物能衡算 .......................................................... ................................................... 8 3.1 物性数据 .......................................................... ............................................ 8 3.2 设计依据 .......................................................... ............................................ 8 3.3 Aspen 模拟循环系统的物料衡算 .......................................................... .......... 8 3.3.1 进料组分的摩尔百分数 .......................................................... .............. 8 3.3.2 Aspen 模拟工艺流程图的设备一览表 .................................................. 9 表3.3 合成甲醇装置的Aspen 的模拟设备统计表 ....................................... 9 3.3.3 Aspen 模拟工艺流程的数据衡算表 . (11)4 设备计算 .......................................................... ................................................. 20 4.1 反应器R301 ........................................................ ....................................... 20 4.1.1 反应器设计依据 .......................................................... ........................ 20 4.1.2 反应器的计算依据 .......................................................... .................... 20 4.1.3 反应器R301 ........................................................................................ 22 4.1.4 反应器的设计Aspen 模拟流程图 . (22)4.1.5 反应器的设计和灵敏度分析 .......................................................... ..... 23 4.2 换热器的设计 .......................................................... .................................. 28 iv 4.2.1 换热器设计概述 .......................................................... ........................ 28 4.2.2 管壳式换热器的简介 .......................................................... ................ 29 4.2.3 换热器E302 ........................................................ .................................. 30 4.3 精馏塔塔T401 ........................................................ ................................... 34 4.3.1 精馏塔的设计依据 .......................................................... .................... 34 4.3.2 精馏塔的设计的Aspen 的模拟流程图 ............................................... 35 4.3.3 精馏塔T401 的设计和灵敏度的分析 ................................................. 35 4.3.4 精馏塔设计.......................................................................................... 39 5 设计结论 .......................................................... ................................................. 48 5.1 设计结论 .......................................................... .......................................... 48 5.2 安全问题的设计........................................................... .............................. 48 5.3 三废处理 .......................................................... .......................................... 48 5.4 厂址的选择 .......................................................... ...................................... 49 致谢 .......................................................... ............................................................. ......... 51 参考文献 .......................................................... ..............................................................52 附录 .......................................................... ............................................................. ......... 53 沈阳化工大学学士学位论文 1 文献综述 1 1 文献综述1.1 甲醇在国民经济中的地位和作用甲醇，又名：木精、木酒精；英文名：Methanol；分子式 CH 3 OH；分子量:32; 是一种无色、易燃、易挥发的有度液体，常温下对金属无腐蚀性（铅、铝除外），略有酒精气味。
甲醇装置预精馏塔Aspen模拟任务书
甲醇装置预精馏塔Aspen模拟任务书一、模拟计算依据：1、原料处理量：学号后三位XXX × 100 kg/h；2、粗甲醇液进料组成如表1所示(质量分数)；进料条件为：液相进料温度60℃，进料压力140kPa，塔顶（分凝器气相出料）冷凝器压力130kPa，再沸器压力150kPa；3、分离要求：塔顶甲酸甲酯摩尔回收率为99.99%，塔顶甲醇摩尔回收率为0.7%。
4、物性方法：BWRS表1 进料组成表二、任务1、按计算依据，用简捷法（DSTWU模块）模拟计算预精馏塔以分离粗甲醇中的轻组分（建议实际回流比取最小回流比的1.5倍）。
2、在简捷模拟计算中，通过回流比随理论板数变化曲线，确定适宜回流比、理论板数。
及相应的进料位置、塔顶产品与进料的摩尔流量比（D/F)、最小回流比、最小理论板数、实际理论板数、进料位置以及塔顶温度。
3、根据简捷计算的结果，利用严格法（RadFrac模块）对预精馏塔进行严格计算，进料条件、冷凝器形式、冷凝器压力、再沸器压力、再沸器采用釜式再沸器、产品纯度要求以及物性方法与简捷法相同，用严格法核算任务2中的结果（简捷计算结果）是否达到回收率要求。
4、通过严格法（RadFrac模块）设计规定功能，调整回流比、馏出与进料量比以达到分离要求；5、通过Aspen灵敏度分析功能，在严格法中求取回流比随理论板数据的变化曲线，重新确定适宜回流比、理论板数。
6、绘制塔内温度分布曲线、塔内液相质量组成分布曲线、塔内的气相组成分布曲线。
7、书写模拟报告。
以下为选做部分（评优学生必做）6-1、通过Aspen灵敏度分析功能，在严格法中求取进料板位置与再沸器热负荷的关系曲线，重新确定进料板位置。
6-2、设实际塔板的塔板默弗里效率为60%，在严格法中重新设定塔板数、进料板位置；然后在严格法中初步设定塔板类型为浮阀，查看塔板的水力学性质；6-3、对塔进行校核计算，确定塔的结构尺寸、水力学性能、负荷性能。
合成气制甲醇aspen工艺流程
合成气制甲醇aspen工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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《基于AspenPlus对甲醇合成过程的模拟研究》范文
《基于Aspen Plus对甲醇合成过程的模拟研究》篇一一、引言随着化学工业的不断发展，甲醇作为重要的基础有机原料之一，在国内外市场需求持续增长。
为了提升甲醇的产量、质量及降低成本，对于甲醇合成过程的研究至关重要。
本文基于Aspen Plus这一专业的流程模拟软件，对甲醇的合成过程进行了详尽的模拟研究。
Aspen Plus是一款先进的化学过程模拟工具，能够对多种反应体系进行模拟，并给出准确的模拟结果。
二、甲醇合成过程概述甲醇的合成过程主要涉及原料气化、合成反应、冷凝和精馏等步骤。
首先，原料如天然气或煤经过气化生成合成气（主要成分为一氧化碳和氢气）；然后，在催化剂的作用下，合成气在高温高压下反应生成甲醇；最后，通过冷凝和精馏等工艺，得到纯度较高的甲醇产品。
三、Aspen Plus模拟研究（一）模型建立在Aspen Plus中，我们首先建立了甲醇合成过程的模型。
该模型包括了原料的物性参数、反应器类型、催化剂参数等关键信息。
在建立模型的过程中，我们确保模型的准确性、可靠性，以及其与实际生产过程的匹配性。
（二）模拟条件设定我们根据实际生产情况，设定了不同的操作条件进行模拟，如反应温度、压力、进料比例等。
这些条件对于甲醇的产量和质量具有重要影响。
通过改变这些条件，我们可以得到一系列的模拟结果。
（三）模拟结果分析根据模拟结果，我们分析了不同条件对甲醇合成过程的影响。
首先，我们分析了温度对反应速率和选择性的影响。
其次，我们研究了压力对甲醇产量的影响。
此外，我们还考察了进料比例对产品质量和产量的影响。
通过这些分析，我们得到了优化甲醇合成过程的建议。
四、模拟结果与讨论（一）温度对甲醇合成的影响模拟结果显示，随着温度的升高，甲醇的合成速率增加。
然而，过高的温度会导致选择性的降低，使得副反应增多，影响产品质量。
因此，存在一个最佳的反应温度范围。
（二）压力对甲醇产量的影响压力是影响甲醇产量的重要因素之一。
模拟结果表明，随着压力的增加，甲醇的产量逐渐增加。
Aspen-plus模拟甲醇、水精馏塔设计说明书
Aspen plus模拟甲醇、水精馏塔设计说明书一、设计题目根据以下条件设计一座分离甲醇、水混合物的连续操作常压精馏塔：生产能力：24500吨精甲醇/年；原料组成：甲醇50%w，水50%w；产品组成：塔顶甲醇质量分率≥94%w；塔底甲醇质量分率 1 %w；进料温度：350.5K；塔顶压力常压；进料状态饱和液体。
二、设计要求对精馏塔进行详细设计，给出下列设计结果并绘制塔设备图，并写出设计说明。
(1).进料、塔顶产物、塔底产物；(2).全塔总塔板数N；最佳加料板位置N F；(3).回流比R；(4).冷凝器和再沸器温度、热负荷；(5).塔内构件塔板或填料的设计。
三、分析及模拟流程1.物料衡算（手算）目的:求解 Aspen 简捷设计模拟的输入条件。
内容:(1)生产能力:一年按300天计算，进料流量为24500/（300*24）=3.40278 t/hr。
(2)原料、塔顶与塔底的组成（题中已给出）：原料组成：甲醇50%w，水50%w；产品:塔顶甲醇≥94%w；塔底甲醇《1% w。
(3).温度及压降：进料温度：77.35摄氏度=350.5K；2.用简捷模块（DSTWU）进行设计计算目的:对精馏塔进行简捷计算，根据给定的加料条件和分离要求计算最小回流比、最小理论板数、理论板数和加料板位置。
3.灵敏度分析目的:研究回流比与理论板数的关系（N T-R），确定合适的回流比与塔板数；研究加料板位置对产品的影响，确定合适的加料板位置。
方法:作回流比与理论塔板数的关系曲线（N T-R），从曲线上找到期望的回流比及塔板数。
4. 用详细计算模块（RadFrac）进行计算目的:精确计算精馏塔的分离能力和设备参数。
方法:用RadFrac模块进行精确计算，通过设计规定(Design Specs)和变化(Vary)两组对象进行设定，检验计算数据是否收敛，计算出塔径等主要尺寸。
5. 塔板设计目的：通过塔板设计(Tray sizing)计算给定板间距下的塔径。
基于Aspen plus对甲醇精制工段的模拟与优化
１ １ ４・ ຫໍສະໝຸດ 山 东 化 工 Ｓ Ｈ Ａ Ｎ Ｄ Ｏ Ｎ Ｇ Ｃ ＨＥ ＭＩ Ｃ Ａ Ｌ Ｉ Ｎ Ｄ Ｕ Ｓ Ｔ Ｒ Ｙ
２ ０ １ ７年第 ４ ６卷
基于 Ａ ｓ ｐ ｅ ｎ ｐ ｌ ｕ ｓ 对 甲醇 精 制 工 段 的模 拟 与优 化
周 凯 ， 侯 国安 ， 马 少宁
（ 银川能 源学 院 ， 宁夏 银川 ７ ５ ０ １ ０ ０ ）
供模拟和预测 。 关键词 ： 甲醇精馏 ； 流程模拟 ； Ａ ｓ ｐ ｅ ｎ ｐ ｌ ｕ ｓ ； 系统优化 中图分类号 ： Ｔ Ｑ ２ ２ ３ ． １ ２ １ 文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ８— ０ ２ １ Ｘ（ ２ ０ １ ７ ） ２ ２— ０ １ ｔ ４—０ ５
１ ． １ 模 拟流 程概 述
２ 模 拟结 果及 讨论
来 自甲醇合成工段 的粗 甲醇 首先 进入 粗 甲醇换 热器 （ Ｅ一 ２ ． １ 模 拟参 数输 入 １ ０ ０ １ ） ， 换热至 ７ ２ ￣ Ｃ 后 进入预精馏塔 （ Ｔ一１ ０ ０ １ ） ， 预精馏塔 中设 甲醇精馏模拟 系统 的设 计是 以神 华 宁煤 集 团的工 艺 数据 置的冷凝器将塔 内上升气中的 甲醇 大部分冷 凝下来 后 到塔 底 ， 为基础 。模拟 的初始参数如表 １ ， ２所示 。 未被冷凝 的甲醇蒸 汽 、 不凝气及 轻组分 再次 被继续 冷却 。预精 表 １ 原 料 初 始 数 据 馏塔底 的甲醇 水溶液经加 压泵送 至加 压塔 （ Ｔ一１ ０ ０ ２ ） ， 和预 精 馏塔精馏 过程 相似 ， 塔顶 甲醇 蒸汽进 入冷凝 器／ 再 沸器 ， 作为 常 压热 源。被冷 凝的 甲醇蒸汽进入加 压塔 回流槽被 冷却 ， 一部 分 由加压 回流泵升压送 至塔顶作 回流 ， 其余 经冷 却器 （ Ｅ一１ ０ ０ ４ ） 冷却 至 ４ ０ ￣ Ｃ以下作 为 Ａ Ａ级精 甲醇送 至 甲醇槽 。 由加 压塔 底 排 出的 甲醇液降温进入 常压塔 （ Ｔ一１ ０ ０ ３ ） ， 由常 压塔 顶 甲醇蒸 汽经冷凝器 （ Ｅ一１ ０ ０ ３ ） 冷凝 至 ４ ０ ￣ Ｃ以下 进入 常压塔 回流槽 ， 后 经 回流泵加压 ， 一部 分 送至 常压 回流 ， 其余 作 为 Ｇ Ｂ级 产 品送 出。常压塔产 品 一 含有 乙醇 及其他杂 质 的甲醇水溶 液 ， 从 下部 塔板上 出来经换热 器进 入 回收塔 （ Ｔ一１ ０ ０ ４ ） ， 并经 过 回收塔进 表 ２ 设备操作 参数
Aspen Plus对甲醇合成流程的模拟研究
２０ ０１中 国 拉 制 与 决 策 学 术 年 会 论 文 泉
Ａ ｐｎ ｓ ｓｅ Ｐｕ 对甲醇合成流程的模拟研究 ｌ
农 ２ 仿蕊计井结果
Ｎ ， Ｃ ｓ Ｃ Ｏ Ｏ
４ ３ ．１ ４７ ，４ ４７ ． ６ ２４ ．０ ２３ ３
２３ ． １
竺 渊 翩 ６２９
Ｃ ＯＨ Ｈ，
０５ ．７ ５６ ．１ ５５ ． １
ＨＡ
０ ０ ．３ ０３ ．３ ０３ ．２
通过Ａ ｐ Ｐ 对低压Ｌ ｒ 式甲 ｎ ｓ ｓｅ ｌ ｕ ｕ ｉ 醉合成流程的 ｇ 棋拟， 醉合成生产的主要设备单元 对甲 实现了物料衡算和分析， 计算结果与机理模型的结果有较好的一致性， 实验数据和工厂的实际
要有两种 ：
１ 循环气量的控制 ） 循环气蛋控制用调节循环压缩机冷副线的开启度来实现。 关小副线阅， 循环ｔ增加。 循环 量的改变直接影响到合成塔空速的改变。 在反应初期， 催化剂活性较好， 可在低循环ｔ下操作； 随着催化剂的使用时间推移， 活性下降， 转化率下降， 为保证一定的产ｔ， 可适当 增加循环世。 如图３ 所示， 增加循环气盆， 醇的出口 甲 摩尔浓度下降， 但产量在持续提高。 一 ・ 其中 一为出口
率随温度变化的特点。 ３２ 操作压力 ．
甲 醉合成反应中， 提高压力既对平衡有利， 又可以提高甲 醉的产率。 在实际操作时， 在催化 剂使用初期， 活性好， 操作压力可以较低； 在催化剂使用后期， 可提高操作压力以维持一定的生 产强度。 压力不能经常变化， 否则将引起整个系统的 大幅度波动， 通常不作为经常调节的 所以
模拟甲醇精制过程综述
aspen-plus模拟甲醇精制过程综述摘要:本文主要总结了已有的甲醇制备方法，详细介绍了国外主流甲醇合成反应器。
在此基础上，结合国内外甲醇精制的现状，就国内的三种甲醇精馏技术工艺详细介绍了其中的甲醇双塔精馏工艺流程和甲醇三塔精馏工艺流程，并且二者进行了比较，初步介绍了aspen-plus在甲醇精制中的应用。
关键词：甲醇合成；甲醇精馏工艺；aspen-plus应用一前言1.甲醇（methyl alcohol )甲醇为无色透明液体，又叫木醇，易挥发，略带酒精气味，属于最简单的OH。
很早之前，人类通过对木材进一种饱和醇，是甲基氢氧化物。
化学式：CH3行干馏可以得到甲醇，所以又称木精或木醇。
甲醇的物理性质：熔点为-97.8 ℃、沸点65 ℃、密度0.7915 g cm-3（常温下），能以任意比例和水混溶，还能和其他很多有机溶剂互溶。
甲醇剧毒，误食5～10 ml令人双目失明，超过30 ml会致人死亡。
甲醇易燃烧，蒸汽与空气能形成爆炸性混合物，爆炸极限：6.0～36.5%（体积百分数），所以，空气中允许的甲醇蒸汽含量最高为5 mg m-3，甲醇燃烧的生成产物是水和二氧化碳，还会放出大量热[1]。
2.甲醇用途甲醇[2]是Cl化学的基础物质和重要的有机化工原料，也是一种洁净高效的车用燃料和大功率燃料电池的原料，主要应用于精细化工、塑料等领域，可用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲酯等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。
目前，高纯甲醇在电子、制药、生物化工、食品、精细化工等很多工业领域大量使用，其中最主要应用在以下两个领域：(1)在化工精密仪器中的应用。
随着生物化工、制药、天然产物和精细化工等科技领域的高速发展，高效液相色谱由于不受样品挥发度及热稳定性的限制，且具有高效、快速和灵敏等特点，因此，应用范围越来越广泛。
其中流动相是完成液相色谱样品分离分析最关键的一个因素，而高纯甲醇是使用最多的此类流动相之一。
年产8 万吨甲醇装置的Aspen Plus 模拟及工艺设计
术 ......................................................
......................................... 1 1.2.2 技 术
发Hale Waihona Puke 展动向 ......................................................
..................
iii
1
文献综
述 ......................................................
.......................................................
1 1.1 甲 醇 在 国 民 经 济 中 的 地 位 和 作
.........................................................
....................
ii
目
录 ......................................................
.........................................................
关键词：甲醇；Aspen 模拟；工艺设计；反应器；精馏塔； ii Abstract In this paper, This is an update to 80,000 t/Aspen simulation of methanol plant and process design. This design was based on Jinxi natural gas Corporation
AspenPlus模拟计算甲醇合成的平衡组成
表 1 各 组 分 ρ0 值 [7]
ＣＯ １．２５０ ０
Ｎ２ １．２４９ ７
kg/m3 ＣＯ２ １．９７６ ６
P／ＭＰａ ４ ４ ４ １０ １０ １０
表 2 纯 组 分 H2 密 度 值 对 比
T／Ｋ
ρ（Ａ）／ρｏ
ρ（Ｓ）／ρｏ
５２０
２０．８２５
２０．８０７
５６０
１９．３４７
１９．３３１
６００
１８．０６４
2 组 分 物 性 的 Aspen Plus 计 算 值 与 SHBWR 方程计算值的比较
本 文 讨 论 的 是 由 Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ３ＯＨ、Ｎ２、ＣＨ４、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ ７ 组
分组成的甲醇合成体系，体系中主要发生以下 ３ 个反
应［７］，以（１）、（２）反 应 为 独 立 反 应 进 行 模 拟 计 算 。
摘 要 采 用 Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ 模 拟 软 件 ，对 甲 醇 合 成 系 统 中 纯 组 分 Ｈ２、ＣＯ、Ｎ２、ＣＯ２ 等 的 密 度 值 、 纯 组 分 甲 醇 容 积 值 以 及 不 同 温 度 、 不 同 压 力 下 三 组 分 混 合 物 ＣＨ３ＯＨ－ＣＯ－Ｈ２ 容 积 值 进 行 了 计 算 ， 在 此 基 础 上 分 别 模 拟 计 算 了 ５ＭＰａ 和 １５ＭＰａ、不 同 温 度 下 甲 醇 合 成 系 统 的 平 衡 组 成 。 将 上 述 计 算 值 与 应 用 ＳＨＢＷＲ 状 态 方 程 计 算 值 进 行 比 较 ，结 果 表 明 ，模 拟 计 算 结 果 与 文 献 值 较 为 接 近 ，误 差 在 工 程 允 许 的 范 围 之 内 ，可 以 用 Ａｓｐｅｎ Ｐｌｕｓ 软 件 模 拟 计 算 甲 醇 合 成 系统的平衡组成。
年产12.5万吨甲醇装置的Aspen Plus模拟与工艺设计
1.2.2 甲醇合成流程的模拟研究状况............................................... 4 1.3 ASPEN 软件在化工流程模拟的应用.................................................. 5 第二章 课题研究的理论基础和工具.............................................................. 8 2.1 甲醇合成热力学.................................................................................. 8 2.1.1 适用于高压下的含甲醇混合气体的状态方程....................... 8 2.1.2 甲醇合成反应的热效应......................................................... 11 2.1.2.1 理想气体反应热的计算..................................................... 12 2.1.2. 2 等温焓差的计算............................................................... 14 2.1.3 甲醇合成反应的平衡............................................................. 14 2.1.4 加压下平衡常数 KP 与平衡浓度 yi 计算............................. 16 2.2 甲醇合成反应的动力学.................................................................... 17 2.3 多元气一液平衡的热力学基础及模型............................................ 19 2.4Aspen Plus 软件介绍........................................................................ 21 2.5 小结..................................................................................................... 22
年产8 万吨甲醇装置的Aspen Plus 模拟及工艺设计
年产8 万吨甲醇装置的Aspen Plus 模拟及工艺设计毕业设计（论文）内容： 1、工艺流程设计 2、物能衡算 3、设备计算 4、物料流程图毕业设计（论文）专题部分：甲醇合成反应器预精馏塔指导教师：教研室主任：院长：签字签字签字年年年月月月日日日 i内容摘要本文是对年产 8 万吨甲醇装置的 Aspen 模拟及工艺设计。
本设计依据锦西天燃气有限责任公司甲醇生产工段的工艺过程，在实际生产理论的基础上，制定合理可行的设计方案。
本文主要阐述了甲醇在国民经济中的地位和作用、工业生产方法、生产原理、工艺流程。
采用 Aspen 对主要设备如：混合器、反应器、闪蒸塔、换热器、精馏塔等进行物料衡算，对甲醇反应器，进料-产品第一换热器，冷却器等六个设备进行热量衡算，并对甲醇反应器和换热器进行设备计算。
并使用CAD 绘制相应的工艺流程图。
最后对此工艺过程的安全及环保问题做了简要说明。
关键词：甲醇；Aspen 模拟；工艺设计；反应器；精馏塔； ii Abstract In this paper, This is an update to 80,000 t/Aspen simulation of methanol plant and process design. This design was based on Jinxi natural gas Corporation Limitedsection petrochemical ethylene plant of methanol production process, in theory on the basis of actual production, develop reasonable feasible design. This article mainly on the status and role of methanol in the national economy, industrial production method, principle, technological process of production. Aspen on major equipment such as: flashing Tower, mixers, reactors, heat exchangers, distillation, such as material balance, on methanol reactor, feed-product of the first heat exchanger, cooler heat six devices such as accountancy, and device evaluation methanol reactor and heat exchangers. And using CAD drawing the flow chart.In the last, make a short illumination for the problem of security and environmentalist. Keywords: Methanol; Aspen simulation; design; reactor;rectify; iii 目录内容摘要 .................................................... ....................................................... . (i)Abstract .............................................. ....................................................... ........................ ii 目录 ........................................................................................................... ...................... iii 1 文献综述 .................................................... ....................................................... .. 1 1.1 甲醇在国民经济中的地位和作用 .................................................... ............ 1 1.2 甲醇在国内外的发展动向 .................................................... ....................... 1 1.2.1 生产技术 .................................................... ........................................... 1 1.2.2 技术发展动向 .................................................... .................................... 1 1.3 甲醇的市场需求状况 .................................................... ............................... 2 2 工艺概述 .................................................... ....................................................... .. 3 2.1 甲醇的性质 .................................................... .............................................. 3 2.1.1甲醇的物理性质 .................................................... ................................ 3 2.1.2 甲醇的化学性质 .................................................... ................................ 3 2.2 生产方法的评述及选择 .................................................... ........................... 3 2.2.1 高压法 .................................................... ............................................... 3 2.2.2 低压法 .................................................... ............................................... 4 2.2.3 中压法 .................................................... ............................................... 4 2.3 合成甲醇催化剂的种类及性能 .................................................... ............... 4 2.3.1 几种国外催化剂种类及性能 .................................................... ............. 4 2.3.2 几种国内催化剂的性状 ........................................................................ 5 2.4 甲醇的生产原理..................................................... ...................................... 6 2.4.1 合成反应原理 .................................................... .................................... 6 2.4.2 精馏工艺原理 .................................................... ................................... 7 2.5 工艺流程描述 .................................................... .......................................... 7 3 物能衡算 .................................................... ....................................................... .. 8 3.1 物性数据 .................................................... .................................................. 8 3.2 设计依据 .................................................... .................................................. 8 3.3 Aspen 模拟循环系统的物料衡算 .................................................... ................ 8 3.3.1 进料组分的摩尔百分数 ........................................................................ 8 3.3.2 Aspen 模拟工艺流程图的设备一览表 .. (9)表 3.3 合成甲醇装置的Aspen 的模拟设备统计表 ....................................... 9 3.3.3 Aspen 模拟工艺流程的数据衡算表 .................................................... ... 11 4 设备计算 .................................................... .......................................................20 4.1 反应器R301 .................................................. ............................................. 20 4.1.1 反应器设计依据 .................................................... .............................. 20 4.1.2 反应器的计算依据 .................................................... .......................... 20 4.1.3 反应器R301 .................................................. ...................................... 22 4.1.4 反应器的设计Aspen 模拟流程图 ....................................................... 22 4.1.5 反应器的设计和灵敏度分析 .................................................... ........... 23 4.2 换热器的设计 .................................................... ........................................ 28 iv 4.2.1 换热器设计概述 .................................................... .............................. 28 4.2.2 管壳式换热器的简介 .................................................... ...................... 29 4.2.3 换热器E302 .................................................. ........................................ 30 4.3 精馏塔塔T401 .................................................. ......................................... 34 4.3.1 精馏塔的设计依据 .................................................... .......................... 34 4.3.2 精馏塔的设计的Aspen 的模拟流程图.. (35)4.3.3 精馏塔T401 的设计和灵敏度的分析 (35)4.3.4 精馏塔设..................................... 39 5 设计结论 .................................................... .......................................................48 5.1 设计结论 .................................................... ................................................ 48 5.2 安全问题的设计..................................................... .................................... 48 5.3 三废处理 .................................................... ................................................ 48 5.4 厂址的选择 .................................................... ............................................ 49 致谢 .................................................... ....................................................... ..................... 51 参考文献 .................................................... ....................................................... ............. 52 附录 ......................................................................... 53 沈阳化工大学学士学位论文 1 文献综述 1 1 文献综述 1.1 甲醇在国民经济中的地位和作用甲醇，又名：木精、木酒精；英文名：Methanol；分子式 CH 3 OH；分子量:32; 是一种无色、易燃、易挥发的有度液体，常温下对金属无腐蚀性（铅、铝除外），略有酒精气味。
甲醇合成及精馏Aspen模拟和换热集成
表 8.2 进料物料组成表
压力 Mpa 温度 ℃ 流量 kg/h
wt%
IN-T 合成气
5.00 30.0 242282.55
FREWATER 脱盐水 0.60 40.0 4500.00
氮气 氢气 甲烷
水 甲醇 一氧化碳 二氧化碳
17.14 18.88 8.56 0.04 2.16 36.17 17.05
(D-0403)和回收塔(D-0404)。本章重点对采用的四段冷激式合成塔以及塔设备进
行校核计算，即按原设计规定的结构型式、相关尺寸，通过控制计算来揭示合成
塔和塔设备的操作状态。在实际流程中，出甲醇分离器的循环合成气(H2RV)仍需
经过复杂的净化处理，才能达到进入循环的要求,考虑到其工段设备的复杂性， 在此循环气并不在系统中参与循环。
E0 3 0 1
E0 3 0 2
FEED
IN -H X
H2R V FS
0308 P0 3 0 1
去罐 区
BY- R
OU T-4
脱盐 水
E0 4 0 1
E0 4 0 5 A
E0 4 0 7 0405
自罐 区
D0401
0402 P0 4 0 3
D0402
E0 4 0 5 B
D0403
MPR O
精甲 醇
0406
合成气的制造工艺采用一段蒸汽转化法。蒸汽转化法是在催化剂存在及高温
条件下，使甲烷等烃类与水蒸气反应，生成 H2、CO、CO2 等混合气，其主反应 为：
������at.
CH4 + H2O ↔
������������ + 3������2
������at.
CH4 + 2H2O ↔
基于AspenPlus用户模型的甲醇合成模拟及分析
。在模拟的工况中， 来自净化工段的原料气所
所以催化剂的失活只考 含硫化物等毒害气体很少， 、 ， 虑烧结 老化等原因 假定失活对 CO 和 CO2 反应速 率影响相同 ， 失活动力学方程如下 ： dα － Ed 1 5 1 = － K d exp － ） α （ dt R T TR
［8 ］ ［9 ］
0 2 y0 CO2 + 2 y CO － 1 0 N2 0 CO2 0 CO 0 CO（ 11 ） － 2y －1源自0 CO2+y
0 CH4 O
）
+ 2y
－
（ 12 ） （ 13 ） （ 14 ）
y0 CH4 （ 2 y CO2 + 2 y CO － 1 ）
0 2 y0 CO2 + 2 y CO － 1
收稿日期：2011 － 09 － 22 作者简介：谭
责任编辑：宫在芹
基金项目：上海市科委制造业信息化专项基金（ 09DZ1120200 ） 伟（ 1987 —） ， 男， 陕西西安人， 华东理工大学在读硕士研究生， 主要从事化工流程模拟方面的研究。 《洁净煤技术》 2012 年第 18 卷第 1 期
3 H2 2 H2 3
合成塔数学模型
甲醇合成塔催化剂床层采用完全轴向的构造， 以允许气体空速较高并很好地移走热量 。换热板直 接浸没在催化剂散堆料里， 换热效率较高， 因此假设 不存在径向的温度差及浓度差， 采用简化的一维模 型， 在轴向反应器中取一圆饼形微元做物料 ， 能量衡 算得到其一维拟均相数学模型为 ： dy CO Aρ b = ［ r （ 1 － 2 y CO ） － 2 r CO2 y CO ］ （ 15 ） dl N T CO dy CO2 Aρ b = ［ r （ 1 － 2 y CO2 ） － 2 r CO y CO2 ］（ 16 ） dl N T CO2 59
甲醇合成过程的Aspen模拟
甲醇合成过程的Aspen模拟
孟庆军
【期刊名称】《化肥设计》
【年(卷),期】2005(43)6
【摘要】通过Aspen-Plus工具,采用合成动力学方程对甲醇合成流程进行了全流
程模拟,分析了模拟计算结果.从循环气量、合成压力、冷却水温、合成塔进口温度、合成塔结构、催化剂装填量等方面论述了操作条件和反应器尺寸的变化对合成回路的影响.
【总页数】5页(P8-12)
【作者】孟庆军
【作者单位】上海焦化有限公司,上海,200241
【正文语种】中文
【中图分类】TQ223.12
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作者简介 : 孟庆军 (1971 年 - ) , 男 , 吉林白山市人 , 1993 年毕业于 华东理工大学煤化工专业 , 高级工程师 , 从事化肥生产项目建设方 面的技术管理工作 。
第 6 期 孟庆军 甲醇合成过程的 Aspen 模拟
·9 ·
后 , 甲醇与水冷凝下来 , 在分离器中气液分离 。分 离下来的粗甲醇入闪蒸槽闪蒸掉溶解气后 , 送后续 精馏工段 。分离器顶部出来的气体 , 一部分排放 , 以除去原料气带来的惰性气 , 维持整个系统的压 力 ; 其余的气体循环返回 , 与新鲜气加压混合后再 次入塔进行反应 。在 Aspen 环境下创建合成回路流 程图 。合成反应器选择带换热的活塞流反应器 。
4. 0 ; 组分 (mol %) : H2 67. 71 , N2 0. 73 , CO 26. 86 ,
CO2 4. 15 , CH4 0. 3 , Ar 0. 09 , H2O 0. 16 。
(2) 反应器条件 反应压力 7. 5 M Pa , 管间冷
却水温度 242 ℃, 反应列管规格 <44 mm ×2 mm ×
1 甲醇合成反应过程及动力学方程
甲醇合成过程的核心设备是合成塔 。在甲醇合
成塔里发生的化学反应有 3 个 , 其中只有 2 个为独
立的化学反应 ,本文选用反应 (1) 和 (2) 为独立的化
学反应 。
CO + 2 H2 = CH3O H
(1)
CO2 + 3 H2 = CH3O H + H2O
(2)
N2 0. 007 3 0. 127 3 0. 144 9 0. 157 3 0. 157 3 0. 139 7 1. 55E - 04
CO 0. 268 6 0. 104 4 0. 058 4 0. 063 4 0. 063 4 0. 078 6 1. 24E - 04
CO2 0. 041 5 0. 023 7 0. 018 2 0. 019 2 0. 019 2 0. 159 8 3. 55E - 03 CH4 0. 003 0 0. 042 8 0. 048 7 0. 052 8 0. 052 8 0. 117 9 3. 64E - 04
总流量/ kmol·h - 1 5 648. 4 28 240 24 806 22 592 230. 0 34. 7 1 949. 4
总流量/ m3·h - 1 126 524 632 585 555 656 506 061 5 151 778
43 667
总流量/ kg·h - 1 62 315 290 820 290 815 228 505 2 326 654
表 2 催化剂床层温度与组分分布
列管长度 温度
/m / ℃
H2
CO
CO2 惰性气 H2O CH4O
0. 0 220. 0 0. 683 3 0. 104 4 0. 023 7 0. 184 8 0. 000 5 0. 003 3 0. 5 246. 9 0. 677 5 0. 101 0 0. 022 3 0. 187 2 0. 002 2 0. 009 8 1. 0 253. 4 0. 671 1 0. 097 2 0. 020 7 0. 189 9 0. 004 1 0. 017 1 1. 5 254. 2 0. 665 0 0. 093 4 0. 019 4 0. 192 4 0. 005 7 0. 024 0 2. 0 253. 4 0. 659 7 0. 089 7 0. 018 3 0. 194 8 0. 007 1 0. 030 4 2. 5 252. 4 0. 655 0 0. 086 2 0. 017 6 0. 196 9 0. 008 1 0. 036 2 3. 0 251. 4 0. 650 9 0. 082 8 0. 017 1 0. 198 8 0. 008 9 0. 041 5 3. 5 250. 5 0. 647 4 0. 079 5 0. 016 8 0. 200 6 0. 009 4 0. 046 2 4. 0 249. 8 0. 644 4 0. 076 4 0. 016 7 0. 202 2 0. 009 7 0. 050 6 4. 5 249. 1 0. 641 7 0. 073 5 0. 016 7 0. 203 7 0. 009 9 0. 054 6 5. 0 248. 5 0. 639 4 0. 070 6 0. 016 9 0. 205 0 0. 009 9 0. 058 2 5. 5 248. 0 0. 637 3 0. 067 9 0. 017 1 0. 206 2 0. 009 9 0. 061 6 6. 0 247. 5 0. 635 4 0. 065 3 0. 017 3 0. 207 4 0. 009 8 0. 064 8 6. 5 247. 1 0. 633 7 0. 062 9 0. 017 6 0. 208 5 0. 009 6 0. 067 7 7. 0 246. 8 0. 632 2 0. 060 6 0. 017 9 0. 209 5 0. 009 5 0. 070 4 7. 5 246. 4 0. 630 7 0. 058 4 0. 018 2 0. 210 4 0. 009 3 0. 073 0
的吸附平衡常数 , 形如 : e A + B/ T 。
2 在 Aspen 环境下甲醇合成回路模拟
低压法甲醇合成回路见图 1 。原料气与循环气 经压缩机加压 , 与合成塔出塔气换热后进入合成 塔 , 在合成塔催化剂床层内反应生成甲醇 。反应热 通过管间的锅炉水的蒸发带走 。含有甲醇蒸气 、水 蒸气和少量反应副产物以及未反应的 H2 , CO , CO2 和惰性气的出塔气经过与入塔气和循环水换热冷却
Key words : met hanol synt hesis ; Aspen2Plus ; reaction dynamics ; analog ; calculation
目前 , 甲醇合成反应器最常见的类型包括 ICI 冷激式反应器 、鲁奇水冷式反应器 、三菱 SPC 双套 管反应器等 。国内普遍采用的是管壳式等温反应 器 。在鲁奇合成技术的引进吸收方面 , 国内的科研 单位已经做了大量的工作 , 包括合成反应器及整个 合成回路的设计 、合成催化剂的开发 、反应动力学 研究 、合成塔的制造等 , 从而在甲醇合成技术方面 实现了国产化 。本文的目的是运用 Aspen2Plus 工 具 , 采用动力学方程对甲醇合成回路进行模拟与分 析 , 为合成回路的设计与优化提供基础数据 , 并可 用于指导生产操作 。
Aspen Analog of Methanol Synthesis Process
M EN G Qing2jun ( S hanghai Coki ng & Chemical Corporation , S hanghai 20024 Chi na)
Abstract : Total flow process analog was made for met hanol synt hesis process t hrough Aspen tool and by using synt hesis dynamics equation , analog calculation result was analyzed. Efficiency of change in operating conditions and reactor size on t he synt hetic loop was discussed t hrough aspects of cycling gas quantity , synt hetic pressure , cooling water temperature , converter inlet temperature , converter structure and catalyst filling quantity etc.
7 500 mm ; 催化剂装填量 75. 4 m3 。
(3) 反应器内传热系数计算公式[1 ]
1
Kbf
=
1 ab
+
1 af
δ +λs +
Rc
式中 , ab 为床层对壁给热系数 , 采用以下低导热系
数颗粒计算 :
ab = 6.
0
·λf
dt
·Re0
.
6
·Pr0.
123
·
1
-
1 1. 59
dt/
L
·
exp ( -
用 Aspen2Plus 软件进行模拟 , 物性方法采用带 亨利系数的 Wilson 法 , 模拟计算结果见表 1 、表 2 。
表 1 甲醇合成回路物料平衡
项 目
反应器 反应器
Байду номын сангаас进料
循环气 弛放气 闪蒸气 粗甲醇
进 口 出 口
摩尔组分 H2 0. 677 1 0. 683 3 0. 630 7 0. 684 9 0. 684 9 0. 416 5 3. 09E - 04
rCO =
k1 f CO f H22 [ 1 - f m / ( Kf , CO f CO f H22) ] (1 + k CO f CO + k CO2 f CO2 + k H2 f H2) 3
rCO2
=
k2 f CO f H23 [ 1 - f m f H2O/ ( Kf , CO2 f CO f H23) (1 + k CO f CO + k CO2 f CO2 + k H2 f H2) 4
AR 0. 000 9 0. 014 7 0. 016 7 0. 018 1 0. 018 1 0. 024 1 4. 12E - 05
H2O 0. 001 6 0. 000 5 0. 009 3 0. 000 2 0. 000 2 0. 002 5 0. 116 2 CH4O 0. 000 0 0. 003 3 0. 073 0 0. 004 1 0. 004 1 0. 061 0 0. 879 3