【正文】 分配，可以控制一定的靈敏板溫度與之相適應(yīng)。粗甲醇的組成一般是比較穩(wěn)定的，只是在合成催化劑使用的前后期隨著反應(yīng)溫度的升高而變化較大。但是預(yù)精餾后的含水甲醇中，甲醇濃度總會(huì)有些小幅度波動(dòng)。不論是其中甲醇濃度增加或降低，都會(huì)造成塔內(nèi)物料不平衡，形成輕組分下降或重組分上升，引起塔釜溫度降低或塔項(xiàng)溫度升高，加大了甲醇損失或降低了精甲醇的質(zhì)量。這時(shí)，在回流比仍屬適宜的情況下，只需對(duì)精甲醇的采出量稍作調(diào)節(jié)，就可達(dá)到塔溫穩(wěn)定，物料和氣液又趨平衡。如果粗甲醇的組分變化較大時(shí)，則需適當(dāng)改變其進(jìn)料板的位置，或是改變回流比，才保證粗甲醇的分離效率。當(dāng)合成催化劑后期生產(chǎn)的粗甲醇進(jìn)行蒸餾時(shí)，有時(shí)為確保精甲醇的質(zhì)量，以保證精餾塔進(jìn)料位置降低，同時(shí)適當(dāng)加大回流比。如前所述，對(duì)粗甲醇精餾塔的操作概念，可以概括如下:在穩(wěn)定塔壓的前提下，采用在較高蒸汽速度(負(fù)荷)下操作，既提高傳質(zhì)效果又最經(jīng)濟(jì)。選擇適宜的回流比，降低能量消耗。一般在進(jìn)料穩(wěn)定和變化緩慢的情況下，通過(guò)經(jīng)常性小量調(diào)節(jié)精甲醇和重組分的采出量，以保持塔溫的合理分布和穩(wěn)定，維持好塔內(nèi)三個(gè)平衡，使產(chǎn)品甲醇達(dá)到質(zhì)量指標(biāo)，同時(shí)回收副產(chǎn)品──重組分，并盡最大可能降低殘液中有機(jī)物的含量?；み^(guò)程流程模擬( Flowsheeting )就是借助電子計(jì)算機(jī)求解描述整個(gè)化工生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，得到有關(guān)化工過(guò)程性能的信息。流程模擬的基本內(nèi)容為輸入有關(guān)化工過(guò)程的流程水平上的信息，并進(jìn)行有益于化工過(guò)程開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和操作的分析[8]。流程水平上的信息包括:①對(duì)確定流程足夠詳盡的所有單元設(shè)備的規(guī)定。這些規(guī)定可以是設(shè)備的結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)(如精餾塔的理論級(jí)數(shù)、反應(yīng)器的體積)，也可以是關(guān)于設(shè)備功能的要求(如分離過(guò)程中某些組分的回收率、反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化率)。②有關(guān)流程的規(guī)定，即各單元設(shè)備之間的連接方式，包括所有物料流、能量流和其它相互作用(例如由控制系統(tǒng)執(zhí)行的相互作用)。③流程所處理的物質(zhì)的性質(zhì)，包括熱力學(xué)性質(zhì)、傳遞性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)性質(zhì)[9]。目前在化工過(guò)程開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和操作中已得到普遍應(yīng)用的主要是流程的穩(wěn)態(tài)模擬。穩(wěn)態(tài)流程模擬是發(fā)展得比較成熟的技術(shù)，80年代已成為工藝設(shè)計(jì)及過(guò)程分析的常規(guī)手段，內(nèi)容包括:物料和能量衡算、設(shè)備尺寸設(shè)計(jì)與選型。化工流程模擬技術(shù)能為工程設(shè)計(jì)、流程剖析、新工藝的開(kāi)發(fā)提供強(qiáng)有力的工具，在生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：（1）改進(jìn)裝置操作條件，降低操作費(fèi)用，提高產(chǎn)品產(chǎn)量。利用流程模擬技術(shù)進(jìn)行全裝置工藝技術(shù)分析，改進(jìn)操作條件是在裝置中應(yīng)用的主要方向，效益非常顯著。（2）指導(dǎo)裝置開(kāi)工，節(jié)省開(kāi)工費(fèi)用，縮短開(kāi)工時(shí)間。（3）分析裝置“瓶頸”，為設(shè)備檢修與設(shè)備更換提供依據(jù)。 Aspen Plus 化工模擬系統(tǒng)軟件Aspen Plus是基于穩(wěn)態(tài)化工模擬、優(yōu)化、靈敏度分析和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的大型化工流程模擬軟件。麻省理工學(xué)院(M．I．T)從1979年開(kāi)始就從事了一項(xiàng)重大的開(kāi)發(fā)工作，即開(kāi)發(fā)下一代的流程模擬和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)。這個(gè)有十五萬(wàn)行的計(jì)算機(jī)程序稱Aspen(Advanced System for Process Engineering)，即工藝工程先進(jìn)系統(tǒng)，可用來(lái)模擬所設(shè)計(jì)的或運(yùn)行中的工廠的工業(yè)流程。除詳細(xì)的熱量和物料平衡以外，還能估計(jì)設(shè)備大小和提供投資、操作費(fèi)用及經(jīng)濟(jì)可行性的初步估算[10]。Aspen Plus主要有以下特點(diǎn)：(1)提供了一套完整的單元操作模型，用于模擬從單個(gè)操作單元到整個(gè)工藝流程的各種操作過(guò)程。該系統(tǒng)提供了包括流股混合器、流股分割器、反應(yīng)器、熱交換器、壓力變化器、單級(jí)平衡和多級(jí)平衡單元等29個(gè)單元操作模塊[11]。(2)具有工業(yè)上最適用而且完備的物性系統(tǒng)。用于計(jì)算熱力學(xué)性質(zhì)和傳遞性質(zhì)的方法和模型都組裝為選擇集。每一個(gè)選擇集包含一項(xiàng)模擬中需要的方法和模型。在典型的Aspen Plus模擬中所用的物理性質(zhì)是逸度系數(shù)、焓、密度、熵和自由能。44個(gè)物性選擇集為處理各種操作條件和各種類型的混合物提供了靈活性[12]。(3)具有流程模擬所需的多種功能，能提供快速可靠的流程模擬及先進(jìn)的收斂方法，使循環(huán)物料和設(shè)計(jì)規(guī)定迅速而準(zhǔn)確地收斂。這些方法包括直接迭代法、正割法、擬牛頓法、Broydell法等。應(yīng)用Aspen Plus的優(yōu)化功能，可尋求工廠操作條件的最優(yōu)值以達(dá)到任何目標(biāo)函數(shù)的最大值。可以將任何工程和技術(shù)經(jīng)濟(jì)變量作為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)約束條件和可變參數(shù)的數(shù)目沒(méi)有限制。(4)具有經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)及其它功能。用戶在做工藝計(jì)算的同時(shí)能估算基建費(fèi)用和操作費(fèi)用，并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。Aspen Plus還提供了主要設(shè)備設(shè)計(jì)和估算功能，其Datafit工具可以對(duì)工廠數(shù)據(jù)進(jìn)行圓整。Aspen Plus還具有模擬固體和電解質(zhì)性質(zhì)的功能[13]。(5)提供了方便靈活的用戶操作環(huán)境。它向用戶提供的專家指導(dǎo)系統(tǒng)Model Manager支持圖形操作和在線幫助功能，使用戶在窗口環(huán)境中可使用鼠標(biāo)和鍵盤(pán)操作，并提供多種菜單、圖形，文本操作和編輯功能，操作更便捷、靈活，用戶界面更友好。當(dāng)用戶通過(guò)Model Manager完成數(shù)據(jù)輸入后，即可進(jìn)行模擬計(jì)算，以交互方式分析計(jì)算結(jié)果，按模擬要求修改數(shù)據(jù)，調(diào)整流程，或修改調(diào)整輸入文件中的任何語(yǔ)句或參數(shù)。還可繪制原理流程圖、顯示和打印圖表和計(jì)算結(jié)果等等。第二章 甲醇精餾工段物料衡算 甲醇精餾原理甲醇精餾的目的，是實(shí)現(xiàn)甲醇與水及有機(jī)物等雜質(zhì)的分離，生產(chǎn)出合格的精甲醇產(chǎn)品。本課題研究四塔甲醇精餾工段工藝，,包括預(yù)精餾塔、加壓塔、常壓塔以及回收塔。粗甲醇經(jīng)換熱后進(jìn)入預(yù)精餾塔,脫除輕組分后,塔底甲醇及高沸點(diǎn)組分通過(guò)泵提壓后送入加壓塔,加壓塔頂部出來(lái)的氣體進(jìn)入常壓塔再沸器換熱后,再以回流的方式全部返回加壓塔,從加壓塔塔頂?shù)?塊填料位置采出產(chǎn)品,加壓塔塔釜液送入常壓塔,常壓塔塔頂餾出精甲醇產(chǎn)品,塔釜液送入汽提塔處理,常壓塔提餾段側(cè)線采出雜醇油送往回收塔處理,回收塔塔釜液與來(lái)自常壓塔塔釜液一并送往汽提塔處理。 預(yù)精餾塔的作用預(yù)塔精餾的主要作用是脫除粗甲醇中的低沸點(diǎn)雜質(zhì)和可與甲醇形成共沸物的雜質(zhì)，它們一般由二氧化碳、醚類、胺類、烴類、酯類、醛酮類物質(zhì)組成。二氧化碳、醚類、胺類等低沸物可隨不凝氣一起放空。對(duì)預(yù)塔的作用國(guó)內(nèi)外有不同的看法,主要有兩種觀點(diǎn):一種認(rèn)為預(yù)塔對(duì)保證甲醇的質(zhì)量有重要作用,國(guó)外大都持這種觀點(diǎn),它們的預(yù)塔比較高。國(guó)內(nèi)亦有不少?gòu)S家的預(yù)塔較高,如大慶、吉林、蘭州、太原等化肥廠,以及80年代末、90年代初投建的小聯(lián)醇廠。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為銅基觸媒的選擇性好,粗甲醇中雜質(zhì)少,預(yù)塔高度不必太高,甚至將預(yù)塔冷凝器直接垂直安放在塔頂,回流量沒(méi)有計(jì)量,早期的小聯(lián)醇就是這樣[14]。 加堿對(duì)甲醇精餾的改善利用NaOH處理在精餾過(guò)程中難以分離的雜質(zhì)，例如粗甲醇中的酸類、酯類等，使其生成較容易被脫出的鹽。粗甲醇中含有的有機(jī)酸，對(duì)設(shè)備，管道腐蝕厲害，經(jīng)過(guò)堿的中和作用，減輕了腐蝕，延長(zhǎng)了設(shè)備、管道的使用壽命。例如羧酸與NaOH反應(yīng)生成羧酸鈉：RCOOH + NaOH →RCOONa+H2 O還調(diào)節(jié)了粗甲醇的pH值。在堿存在下，酯發(fā)生皂化反應(yīng)，生成羧酸鹽：RCOOR’+NaOH → RCOONa + R’OH羧酸鈉溶于水，易于分離。加堿處理使得一些難分離的雜質(zhì)，在預(yù)精餾塔分解[15]。 萃取精餾在甲醇精餾中的應(yīng)用粗甲醇中的一些烴類、酯類雜質(zhì)，它們常溫下與甲醇混溶，但不溶或難溶于水。這些醇溶性雜質(zhì)對(duì)精甲醇水溶性特別敏感，只要甲醇中殘存幾十g/m3 ，其水溶液就會(huì)混濁，達(dá)不到精甲醇水溶性的要求。又因?yàn)殡s質(zhì)密度與甲醇密度差距較大，雜質(zhì)多時(shí)也容易造成精甲醇密度指標(biāo)不合格。這類物質(zhì)的沸點(diǎn)較高，且易與甲醇形成低于甲醇沸點(diǎn)的共沸物，主要集中在預(yù)塔塔頂而大量進(jìn)入二級(jí)冷凝器回流液。這類物質(zhì)如不在回流液中脫除，就會(huì)造成預(yù)塔塔釜出料雜質(zhì)多，影響精甲醇的質(zhì)量。脫除這些雜質(zhì)的方法主要是利用其不溶于水的特性 。在預(yù)塔加入萃取水可提高醛、酮類物質(zhì)的相對(duì)揮發(fā)度，從而使其從塔頂采出。[16] 加壓塔的節(jié)能效應(yīng)三塔與四塔甲醇精餾系統(tǒng)充分利用自身熱量的回收利用，一是常壓精餾塔再沸器采用加壓精餾塔塔頂甲醇蒸汽來(lái)加熱常壓精餾塔釜液，二是精甲醇預(yù)熱器采用加壓精餾塔采出的精醇預(yù)熱粗醇，因此蒸汽消耗低，隨之冷卻水用量大大減少。據(jù)測(cè)算，～，與板式塔工藝全部依靠外來(lái)低壓蒸汽提供熱能相比，～[17]。 回流比的選擇回流比對(duì)精餾塔操作影響很大，直接關(guān)系著培內(nèi)各層扳上的物料濃度的改變和溫度的分布。一般情況下，～2倍?！?。其調(diào)節(jié)的依據(jù)是根據(jù)塔的負(fù)荷和精甲醇的質(zhì)量。為保持四塔精餾系統(tǒng)的穩(wěn)定操作、降低能耗并減少投資，應(yīng)選?。杭訅核亓鞅萊1≥，常壓塔回流比R2≥2；兩塔負(fù)荷比Q1/Q2：－；并在保持穩(wěn)定生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量合格的基礎(chǔ)上，R1，R2選取得盡量小。 四塔精餾工段工藝的物料衡算 甲醇精餾工段物料衡算任務(wù)已知：原料是粗甲醇，成分及含量如下成分含量（wt%）N2和ArCO2CH3OHCH3OCH3C2H5OHC4H9OHCH3OCCH3H2O合計(jì)100設(shè)計(jì)要求：（1）粗甲醇中甲醇回收率不小于99%；（2）精餾工段產(chǎn)品為精甲醇，% 甲醇精餾工段物料衡算計(jì)算原理[18]全塔物料衡算（通過(guò)全塔物料衡算，可以求出精餾產(chǎn)品的流量、組成之間的關(guān)系）。連續(xù)精餾塔做全塔物料衡算，并以單位時(shí)間為基準(zhǔn)，即總物料 易揮發(fā)組分 式中 F—原料液流量，kmol/h；D—塔頂產(chǎn)品（餾出液）流量，kmol/h；W—塔底產(chǎn)品（釜?dú)堃海┝髁浚琸mol/h；—原料液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；—餾出液中易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)；—釜?dú)堃褐幸讚]發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù)。塔頂易揮發(fā)組分回收率塔底難揮發(fā)組分回收率 甲醇精餾工段物料衡算以精甲醇年產(chǎn)40萬(wàn)噸計(jì)， %，則每年所需粗甲醇總量為：400000/=443017t/y年工作日以330天計(jì)，則精甲醇每日、每小時(shí)產(chǎn)量為：400000/330=每日、每小時(shí)所需粗甲醇量為：443017/330=1）粗甲醇組成（1）甲醇含量：%（2）水含量：%（3）輕餾分含量：二甲醚 % 丙酮 %（4）初餾分含量：乙醇 %