Синтез метанола

Контрольная работа - Педагогика

Другие контрольные работы по предмету Педагогика

Скачать Бесплатно!
Для того чтобы скачать эту работу.
1. Пожалуйста введите слова с картинки:

2. И нажмите на эту кнопку.
закрыть



тант равновесия реакции (1) при различных давлениях и температурах:

 

Константа равновесия КТемпература, 0СМольная доля СН3ОН,1 атм100 атм300 атм0,34

0,0011

0,000018200

300

4001210-4

510-4

8 10-60,95

0,66

0,070,98

0,85

0,33

Как видно, степень превращения смеси СО + 2Н2 в метанол (степень конверсии) увеличивается с повышением давления и уменьшается с повышением температуры. Однако для увеличения скорости реакции необходимо повышение температуры. При этом, выбирая оптимальный температурный режим, необходимо учитывать образование побочных соединений: метана, высших спиртов, кислот, альдегидов, кетонов и эфиров. Эти реакции обусловливают бесполезный расход синтез-газа и удорожают очистку метанола.

Оптимальный интервал температур, соответствующих наибольшему выходу продукта, определяется активностью катализатора, объемной скоростью газовой смеси и давлением. Процессы низкого давления (5 10 МПа) на медьсодержащих катализаторах осуществляют при температуре 220 2800С. Для цинк-хромового катализатора характерны более высокие давление (20 30 МПа) и температуры (350 4000С). В промышленных синтезах высокого давления повышение давления ограничено величиной 40 МПа, так как выше этого значения ускоряются побочные реакции и, кроме того, увеличение затрат на компрессию газа ухудшают экономические показатели процесса. В синтезах низкого давления повышение давления ограничено термической стабильностью медных катализаторов.

  1. Промышленный синтез метилового спирта включает три основные стадии:

 

  1. получение смеси окиси углерода и водорода (синтез-газ);
  2. получение метилового спирта-сырца;
  3. выделение и очистка метилового спирта.

Рассмотрим технологическую схему производства метанола при низком давлении.

Природный газ сжимается турбокомпрессором 1 до давления 3 МПа, подогревается в подогревателе 2 за счет сжигания в межтрубном пространстве природного газа и направляется на сероочистку в аппараты 3 и 4, где последовательно осуществляется каталитическое гидрирование органических соединений серы и поглощение образующегося сероводорода адсорбентом на основе оксида цинка. После этого газ смешивается с водяным паром и диоксидом углерода в соотношении СН4 : Н2О : СО2 = 1 : 3,3 : 0,24. Смесь направляется в трубчатый конвектор 5, где на никелевом катализаторе происходит паро-углекислотная конверсия при 850 8700С. Теплоту, необходимую для конверсии, получают в результате сжигания природного газа в специальных горелках. Конвертированный газ поступает в котел-утилизатор 6, где охлаждается до 280 2900С. Затем теплоту газа используют в теплообменнике 7 для подогрева питательной воды, направляемой в котел-утилизатор. Пройдя воздушный холодильник 8 и сепаратор 9, газ охлаждается до 35 400С. Охлажденный конвертированный газ сжимают до 5 МПа в компрессоре 10, смешивают с циркуляционным газом и подают в теплообменники 11, 12, где он нагревается до температуры 220 2300С. Нагретая газовая смесь поступает в колонну синтеза 13, температурный режим в которой регулируют с помощью холодных байпасов. Теплоту реакционной смеси используют в теплообменниках 11, 12 для подогрева поступающего в колонну газа. Далее газовая смесь охлаждается в холодильнике-конденсаторе 14, сконденсировавшийся метанол-сырец отделяется в сепараторе 15 и поступает в сборник 16. Циркуляционный газ возвращают на синтез, продувочные и танковые газы передают на сжигание в трубчатую печь.

Вследствие снижения температуры синтеза при низком давлении процесс осуществляется в условиях, близких к равновесию, что позволяет увеличить производительность агрегата.

Конструкция и изготовление реакторов для проведения процесса при низком давлении проще благодаря более мягким условиям синтеза. При этом применяют реакторы как шахтные, так и трубчатые. В реакторах для синтеза при низком давлении особое внимание уделяется теплосъему, так как медьсодержащие катализаторы чувствительны к колебаниям температуры. В шахтных реакторах температурный режим регулируют с помощъю байпасов, холодный газ вводят через специальные распределительные устройства. В трубчатых реакторах катализатор находится в трубках, охлаждаемых кипящей водой. Температуру катализатора поддерживают постоянной по всей длине реактора с помощью регуляторов давления, причем перегревы катализатора практически исключены. Выгрузка отработанноготкатализатора протекает тоже достаточно просто путем снятия колосниковых решеток. Диаметр реакторов достигает 6 м при длине 8 16 м.

  1. Расчет материального баланса процесса получения метанола, интенсивности работы катализатора, часовой производительности установки (вариант 1.1).

 

В результате процесса происходят следующие процессы:

  1. СО + 2Н2 = СН3ОН + Q
  2. СО + 3Н2 = СН4 + Н2О
  3. 2СО + 2Н2 = СН4 + СО2
  4. 2СО = СО2 + С
  5. СО + Н2 = НСНО
  6. 2СН3ОН = (СН3)2О + Н2О
  7. СН3ОН + Н2 = СН4 + Н2О

Данные для расчета:

  1. Рабочий объем катализатора 24 м3.
  2. Расход окиси углерода и метанола на побочные продукты:

СО СН3О

Реакция 2 3,8 Реакция 6 1,9

Реакция 3 4,1 Реакция 7 0,5

Реакция 4 2,5

Реакция 5 0,7

Температура Т = 643 К

Давление Р = 36,5 МПа

Объемная скорость

Мольное соотношение Н2 : СО = 6,2 : 1

  1. База для расчета 1 час работы установки.

 

Решение:

  1. Рассчитаем объем синтез-газа, подаваемый за 1 час в реактор.

Пересчитаем объем г

s