【正文】 比較復雜。雙塔精餾工藝投資省、建設周期短、裝置簡單易于操作和管理。雖然消耗高于三塔精餾工藝，但在年產(chǎn)5萬噸生產(chǎn)規(guī)模以下時其技術經(jīng)濟指標較占優(yōu)勢，其節(jié)能降耗途徑可以采用高效填料來達到降低蒸汽消耗的目的。在年產(chǎn)5萬噸生產(chǎn)規(guī)模以上時，宜采用三塔精餾技術，雖然一次性投資較高，但是操作費用和能耗都相對較低，生產(chǎn)實踐證明雙塔精餾流程簡單、操作方便、運行穩(wěn)定，能滿足甲醇生產(chǎn)要求。本設計是年產(chǎn)5萬噸故采用雙塔精餾工藝[7]。 甲醇精餾設備的選擇甲醇精餾工段的設備有：粗醇貯槽，精醇貯槽，雜醇油槽，各溶液輸送壓力泵、主塔、預塔、冷凝器、水冷器、預熱器、再沸器、殘液槽、地下槽、回流液槽及所屬閥門、管道、儀表等。精餾的主要設備是精餾塔，精餾塔設備一般分為板式塔和填料塔。則兩塔比較如下： （1）填料塔操作范圍較小，對于液體負荷的變化特別敏感。當液體負荷較小時，填料表面不能很好地潤濕，傳質(zhì)效果急劇下降；當液體負荷過大時，容易產(chǎn)生液泛。板式塔具有較大的操作范圍。（2）填料塔不宜處理含固體懸浮物的物料，而某些類型的板式塔（如大孔徑穿流板塔）可以有效地處理這種物系。另外，板式塔的清洗亦比填料塔方便。（3）當氣液接觸過程中需要冷卻以移除反應熱或溶解熱時，填料塔因涉及液體均布問題而使結(jié)構復雜化，板式塔可方便地在塔板上安裝冷卻盤管。（4）填料塔直徑可以很小。（5）板式塔的設計比較準確可靠。安全系數(shù)較小。（6）塔徑不大時，填料塔因結(jié)構簡單而造價便宜。（7）填料塔適用于易起泡物系和腐蝕性物系，因填料對泡沫有限制和破碎的作用，可以采用瓷質(zhì)填料。（8）對熱敏性物系宜采用填料塔，因為填料塔內(nèi)的滯液量比板式塔少，物料在塔內(nèi)的停留時間相對短。（9）填料塔的壓降比板式塔的小，因而對真空操作更為適宜。 一般與填料塔相比，板式塔具有效率高、處理量大、重量輕及便于檢修等特點，但其結(jié)構較復雜，阻力降較大[8]。常用板式塔類型有很多，如：篩板塔、泡罩塔、舌型塔、浮閥塔等，當前應用最廣泛的是篩板塔和浮閥塔。而浮閥塔具有很多優(yōu)點，且加工方便，故有關浮閥塔的研究開發(fā)遠較其他形式的塔板廣泛，是目前新型塔板研開發(fā)的主要方向。近年來與浮閥塔一直成為化工生中主要的傳質(zhì)設備，浮閥塔多用不銹鋼板或合金 。實際操作表明，浮閥在一定程度的漏夜狀態(tài)下，使其操作板效率明顯下降，其操作的負荷范圍較泡罩塔窄，但設計良好的塔其操作彈性仍可達到滿意的程度。篩板塔的主要優(yōu)點有：（1）結(jié)構比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的60％，為浮閥塔的80％左右。（2）處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加10～15％。（3）塔板效率高，比泡罩塔高15％左右，壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低30％左右。但篩板塔的主要缺點有：塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻；操作彈性較小(約2～3)；小孔篩板容易堵塞。由于過去對于篩板塔的性能研究并不充分，認為操作不易穩(wěn)定，所以沒有普遍采用，直到20世紀的50年代初，對篩板塔結(jié)構和性能作了較充分的研究，認識到了只要設計合理和操作正確，同樣可以獲得較滿意的塔板效率，以及可觀的操作彈性，所以近年來篩板塔的應用又日漸廣泛[9]。浮閥塔是二十世紀五十年代初開發(fā)的一種新塔型。其特點是在篩板塔基礎上，在每個篩孔處安置一個可上下移動的閥片。當篩孔氣速高時，閥片被頂起、上升，孔速低時，閥片因自重而下降。閥片升降位置隨氣流量大小作自動調(diào)節(jié)，從而使進入液層的氣速基本穩(wěn)定。又因氣體在閥片下測水平方向進入液層，既減少液沫夾帶量，又延長氣液接觸時間，故收到很好的傳質(zhì)效果。浮閥塔的特點有：（1）生產(chǎn)能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開孔面積大于泡罩塔板，生產(chǎn)能力比泡罩塔板大20%～40%，與篩板塔接近。 （2）操作彈性大，由于閥片可以自由升降以適應氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負荷波動范圍比篩板塔，泡罩塔都大。 （3）塔板效率高，由于上升氣體從水平方向吹入液層，故氣液接觸時間較長，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。 （4）氣體壓降及液面落差小，因氣液流過浮閥塔板時阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。 （5）塔的造價較低，浮閥塔的造價是同等生產(chǎn)能力的泡罩塔的50%～80%，但是比篩板塔高20%～30% 。但是，浮閥塔的抗腐蝕性較高（防止浮閥銹死在塔板上），所以一般采用不銹鋼作成，致使浮閥造價昂貴，推廣受到一定限制。隨著科學技術的不斷發(fā)展，高效率塔板的不斷被研制出來，浮閥塔的推廣并不是越來越廣。近幾十年來，人們對浮閥塔的研究越來越深入，生產(chǎn)經(jīng)驗越來越豐富，積累的設計數(shù)據(jù)比較完整，因此設計浮閥塔比較合適[10]。國內(nèi)常用的浮閥塔有三種，F(xiàn)1型，V4型與T型。V4型的特點是閥孔被沖壓成向下彎的噴咀形，氣體通過閥孔時因流道形狀漸變可減小阻力。T型閥則借助固定于塔板的支架限制閥片移動范圍。三類浮閥中，F(xiàn)1型浮閥最簡單，該類型浮閥已被廣泛使用。綜上所述，由于本次設計是針對甲醇精餾體系，所以采用常壓板式F1型浮閥精餾塔的設計及其輔助設備的選型。 甲醇精餾操作壓強的選擇精餾可以常壓，加壓或減壓條件下進行。確定操作壓力時主要是根據(jù)處理物料的性質(zhì)，技術上的可行性和經(jīng)濟上的合理性來考慮的。對于沸點低，常壓下為氣態(tài)的物料必須在加壓條件下進行操作。在相同條件下適當提高操作壓力可以提高塔的處理能力，但是增加了塔壓，也提高了再沸器的溫度，并且相對揮發(fā)度液會下降。對于熱敏性和高沸點的物料常用減壓蒸餾。降低操作壓力，組分的相對揮發(fā)度增加，有利于分離。減壓操作降低了平衡溫度，這樣可以使用較低位的加熱劑。但是降低壓力也導致了塔直徑的增加和塔頂冷凝溫度的降低，而且必須使用抽真空設備，增加了相應的設備和操作費用[11]。本次任務主要是甲醇和水體系，甲醇水這一類的溶液不是熱敏性物料，且沸點又不高，所以不需采用減壓蒸餾。這類溶液在常壓下又是液態(tài)，塔頂蒸氣又可以用普通冷卻水冷凝，因而也不需采用加壓蒸餾。所以為了有效降低設備造價和操作費用對這類溶液可采用常壓蒸餾。 甲醇精餾物料進料熱狀態(tài)的選擇進料熱狀態(tài)有五種。原則上在供熱一定的情況下，熱量應盡可能由塔底輸入，使產(chǎn)生的氣相回流在全塔發(fā)揮作用，即宜冷也進料。但為使塔的操作穩(wěn)定，免受季節(jié)氣溫的影響，常采用泡點進料。這樣，塔內(nèi)精餾段和提留段上升的氣體量變化較小，可采用相同的塔徑，便于設計和制造。但將原料預熱到泡點，就需要增設一個預熱器，使設備費用增加。綜合考慮各方面因素，決定采用泡點進料，即q=1[12]。 甲醇精餾加熱方式的選擇塔釜可采用間接蒸汽加熱或直接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱的優(yōu)點是，可利用壓強較低的加熱蒸汽，并省掉間接加熱設備，以節(jié)省操作費用和設備費用。但直接蒸汽加熱，只適用于釜中殘液是水或與水不互溶而易于分離的物料，所以通常情況下，多采用間接蒸汽加熱。 甲醇雙塔工藝流程說明實際工藝流程敘述：來自合成工段的粗甲醇首先進入粗甲醇貯槽內(nèi)，(～)，再進入粗甲醇預熱器，加熱至65℃左右進入預塔，加熱釜液至82℃左右為塔內(nèi)溶液提供熱量，塔頂?shù)臍怏w進入預塔冷凝器冷凝成≤50℃的液體后進入預回流槽，為預塔提供必需的傳熱，傳質(zhì)介質(zhì)，用預塔回流量控制預塔頂在64℃左右。塔頂氣體中未被冷凝下來的氣體即輕組分進入排汽冷凝器進一步冷凝回收有用的甲醇組分，而其他輕組分則由自調(diào)閥控制壓力≤。，再經(jīng)自調(diào)閥控制一定的預塔底液位后進入主塔，主塔下設主塔再沸器，用低壓蒸汽加熱釜液溫度為105℃，為主塔精餾提供必需的熱量，塔頂?shù)臍庀噙M入主塔冷凝器冷凝成50℃的液體，進入主回流槽內(nèi)，為主塔頂提供必需的傳質(zhì)、傳熱介質(zhì)。塔頂溫度用回流量控制在65℃，～，塔頂壓力≤，主塔冷凝器中未被冷凝下來的輕組分進入排氣冷凝器中進一步冷凝，回收有用的甲醇組分，未被冷凝的氣體放空處理。精甲醇產(chǎn)品由塔頂采出來(根據(jù)實際情況選擇不同的采出口)，采出的精甲醇首先進入產(chǎn)品冷卻器中冷卻到40℃后經(jīng)過流量計進入精甲醇貯槽，計量液位。主塔溶液中還有一部分沸點介于甲醇和水之間的物質(zhì)，大多為異丁基油，由主塔采出，經(jīng)雜醇油冷卻器冷卻到≤40℃后進入雜醇油貯槽計量液位，再經(jīng)雜醇油泵加壓到一定壓力后外送。主塔底的組分主要為水，經(jīng)調(diào)節(jié)閥控制40～60%的液位后進入殘液水冷器，冷卻到溫度≤40℃。第3章 工藝計算 物料衡算已知：年產(chǎn)5萬噸甲醇精餾，%，%,年工作日以340天計。則每小時生產(chǎn)精甲醇的量為： 粗甲醇組成表組分名稱CO2COH2CH4N2(CH3)O2ArCH3OHH2OC4H9OH組成二甲醚由甲醇脫水形成，異丁醇由CO與H2的量控制不當而合成的副產(chǎn)物，水則是由于CO2與H2合成甲醇時的產(chǎn)物，水的含量比較高。本次設計比二甲醚輕的按二甲醚計算。 預塔物料衡算（1）進料 粗甲醇入料量為： 其中：二甲醚： % 甲 醇： % 水： % 異丁醇： % 堿液：為了防止工藝管路和設備的腐蝕，先以5%的氫氧化鈉溶液和粗甲醇中的酸性物質(zhì)反應，使其呈弱堿性，[13]。則消耗純氫氧化鈉： 換成堿液： 堿液中的水： 軟水：軟水的加入量按精甲醇的20%計，那么需要補加軟水： 從主塔回流液中來的初餾物以入塔粗甲醇2%計算，既：將以上計算結(jié)果列下表： 預塔進料組成表物料量：kg/hCH3OHH2ONaOH(CH3)2OC4H9OH合計粗甲醇堿液軟水初餾物合計（2）出料 塔底 ： 甲醇 塔底 ： 水 粗甲醇中水：堿液帶水： 軟水： 合計： 塔底異丁醇及高沸物： 塔頂二甲醚及低沸物： 將以上計算結(jié)果列與下表： 預塔出料流量及組成表物料量：kg/hCH3OHH2ONaOH(CH3)2OC4H9OH合計塔頂塔底合計 主塔物料衡算（1）進料 預后粗甲醇：（2）出料 釜殘液中甲醇含量約為1%從主塔回流液中采出預塔入料量2%到預塔收集槽，計算時以10