【正文】 摘 要本文對雙塔流程、三塔流程和四塔流程工藝進(jìn)行了闡述,顯示了四塔流程的優(yōu)越性。對甲醇精餾工段全流程進(jìn)行物料衡算,著重預(yù)精餾塔的工藝設(shè)計(jì)。應(yīng)用ASPEN PLUS化工模擬系統(tǒng)中的和DSTUW、RADFRAC塔精餾模塊對預(yù)精餾塔進(jìn)行模擬。通過本課題的設(shè)計(jì)了解甲醇精餾的發(fā)展歷程和國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，熟悉甲醇精餾工藝流程、技術(shù)設(shè)備等。通過對甲醇精餾工藝流程的物料衡算和能量衡算及換熱器的設(shè)計(jì)與選型掌握甲醇精餾工業(yè)生產(chǎn)中各塔的作用、進(jìn)出料情況、塔板數(shù)等相關(guān)參數(shù)的計(jì)算。最后繪制出工藝流程圖、帶控制點(diǎn)的物料流程圖、設(shè)備圖和設(shè)備布置圖。關(guān)鍵詞:甲醇精餾 。預(yù)精餾塔。工藝設(shè)計(jì)。Aspen Plus。流程模擬 Abstract this paper employed two columns rectification process,three columns rectification process and four columns rectification process were discussed in methanol rectification technology ,showed the advantage of the four columns rectification the work section of methanol distillation39。 mass balance,pressed on the process planning of the fore distillation tower .The fore distillation tower of methanol were simulated by using the RADFRAC、DSTUW rectification modules of ASPEN PLUS chemical industry simulation system .Understanding of this issue through the design development process and the methanol distillation research status at home and abroad, familiar with the methanol distillation process, and technical equipment. Methanol distillation process through the material balance and energy balance and heat exchanger design and selection of control in the industrial production of methanol distillation tower role, access to material conditions, plate number and other relevant parameters of the calculation. Finally draw the process flow chart, flow chart with a control point of materials, equipment layout drawings and equipment.Keywords: Methanol Distillation 。 fore distillation tower。 process planning 。Aspen Plus。Process Simulation目錄摘 要 I前言 1第一章 綜述 2 2 2 甲醇的用途 2 甲醇在新技術(shù)中的應(yīng)用 3 粗甲醇的組成 4 5 5[4] 7[5] 8[7] 12 12 國內(nèi)外甲醇工業(yè)現(xiàn)狀 12 國內(nèi)外甲醇生產(chǎn)工藝技術(shù) 13 18 18 18 19 19 20第二章 四塔流程工藝條件的設(shè)計(jì) 24 24 24 24 ASPEN PLUS工藝流程模擬 30 30 35 整個(gè)四塔甲醇的回收率 40 加壓塔、常壓塔、回收塔采出甲醇的濃度 40第三章 加壓塔二冷的設(shè)計(jì) 41 41[18] 41 41 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 42 44 波形膨脹節(jié) 49 設(shè)備主要附件的選擇[17] 50 接管及法蘭的選型 50 換熱管的選擇 53 左管箱短節(jié)的選擇 53 左管箱封頭的選擇 53 左管箱隔板的選擇 53 左管箱法蘭和密封墊片的選型 53 右管板 54 右管箱設(shè)計(jì) 54 鞍座的選型 55 設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表 55結(jié)論 56致 謝 59參考文獻(xiàn) 57前言甲醇是結(jié)構(gòu)最為簡單的飽和一元醇，化學(xué)式CH3OH。用途廣泛，是基礎(chǔ)的有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。甲醇的產(chǎn)品質(zhì)量、能耗指標(biāo)是甲醇精餾系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。近幾年，全球甲醇需求量不斷上升，2000年全球甲醇生產(chǎn)能力為3803萬t,需求量為3020萬t,預(yù)計(jì)到2005年產(chǎn)能將達(dá)4294萬t，需求量為3481萬t；到2010年,世界甲醇產(chǎn)能將達(dá)5099萬t，需求量為4226萬t。甲醇精餾工藝對整個(gè)甲醇生產(chǎn)流程的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量、能源消耗與原料消耗、環(huán)境保護(hù)都有重大影響。選擇適合企業(yè)生產(chǎn)的甲醇精餾工藝不僅可以節(jié)能降耗,更能為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。 甲醇精餾系統(tǒng)工藝基本分為：帶有高錳酸鉀反應(yīng)的精餾流程、單塔精餾系統(tǒng)、雙塔精餾系統(tǒng)、三塔精餾系統(tǒng)、四塔精餾系統(tǒng)。國內(nèi)現(xiàn)在基本都是雙塔精餾系統(tǒng)和三塔精餾系統(tǒng)，但它們都有著不足之處，與雙塔流程相比，三塔流程利用蒸汽潛熱的多重效用．充分達(dá)到節(jié)能的目的，但對于甲醇產(chǎn)品濃度要求很高時(shí)，其總投資增加。對甲醇精餾工藝作系統(tǒng)的研究對于甲醇精餾系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)、通過設(shè)備改造和調(diào)整工藝來降低甲醇精餾的能耗、提高甲醇產(chǎn)品質(zhì)量和收率有突出的現(xiàn)實(shí)意義。本文在經(jīng)查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)后，對甲醇四塔精餾系統(tǒng)進(jìn)行了物料衡算及熱量衡算，來驗(yàn)證四塔精餾的合理性及優(yōu)越性。在此基礎(chǔ)之上對于甲醇四塔精餾系統(tǒng)提出了改進(jìn)方案，對于甲醇工業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。第一章 綜述甲醇系結(jié)構(gòu)最為簡單的飽和一元醇，化學(xué)式CH3OH， 又稱“木醇”或“木精”，是無色有酒精氣味易揮發(fā)的液體。有毒，誤飲5～10毫升能雙目失明，大量飲用會(huì)導(dǎo)致死亡。甲醇是一種無色、透明、易燃、易揮發(fā)的有毒液體，常溫下對金屬無腐蝕性（鉛、鋁除外），略有酒精氣味。，(20/4℃)， ℃，℃，℃，℃，(100mmHg ℃)，蒸氣與空氣混合物爆炸極限6～ %（體積比），能與水、乙醇、乙醚、苯、酮、鹵代烴和許多其他有機(jī)溶劑相混溶，遇熱、明火或氧化劑易燃燒。 甲醇的用途甲醇是一種重要的有機(jī)化工原料，主要用于生產(chǎn)甲醛，消耗量要占到甲酵總產(chǎn)量的一半，甲醛則是生產(chǎn)各種合成樹脂不可少的原料。用甲醇作甲基化試劑可生產(chǎn)丙烯酸甲酯、對苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醇羰基化可生產(chǎn)醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重要有機(jī)合成中間體，它們是制造各種染料、藥品、農(nóng)藥、炸藥、香料、噴漆的原料，目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重視。 甲醇也是一種重要的有機(jī)溶劑，其溶解性能優(yōu)于乙醇，可用于調(diào)制油漆。一些無機(jī)鹽如碘化鈉、氯化鈣、硝酸銨、硫酸銅、硝酸銀、氯化銨、氯化鈉都或多或少地能 溶于甲醇。作為一種良好的萃取劑，甲醇在分析化學(xué)中可用于一些物質(zhì)的分離，還用于檢驗(yàn)和測定硼。 甲醇還是一種優(yōu)良燃料可作能源。在汽車燃油中可直接添加35％的甲酵，目前直接將甲醇當(dāng)燃料已引起世界各國的興趣，它已被某些發(fā)電站作燃料。 1985年5月加拿大政府曾宣布過一項(xiàng)全國計(jì)劃，試驗(yàn)用甲醇做公共汽車和運(yùn)輸卡車的燃料。1987年我國在北京順義也建成投產(chǎn)第一座年產(chǎn)萬噸的甲醇汽油廠，甲醇汽油中50%的汽油、40％的甲醇和10％的添加劑組成。前些年我國汽車用“高比例甲醇汽油”的研制和應(yīng)用也取得成果，并通過鑒定。使用這種燃料汽車發(fā)動(dòng)機(jī)無需改裝，燃料辛烷值高，造成空氣污染遠(yuǎn)比柴油、汽油要小，該項(xiàng)科技成果對緩解我國燃油短缺，促進(jìn)煤炭深加工和環(huán)境保護(hù)有重要意義。在宇宙航空 中甲醇能作火箭燃料。甲醇可作為防凍劑使用，嚴(yán)冬時(shí)節(jié)在汽車水箱中添加適量甲醇，能使水箱中循環(huán)冷卻水不凍，在禁酒國家中甲醇用作酒精變性劑，將甲醇摻在乙醇之中得到變性乙醇，具有一定毒性使之不宜飲用。甲醇經(jīng)微生物發(fā)酵可生產(chǎn)甲醇蛋白，富含維生素和蛋白質(zhì)，具有營養(yǎng)價(jià)值高而成本低的優(yōu)點(diǎn)，是頗有發(fā)展前景的飼料添加劑,能廣泛用于牲 畜、家禽、魚類的飼養(yǎng)。 甲醇在新技術(shù)中的應(yīng)用① 以甲醇為原料生產(chǎn)低碳烯烴(MTO/MTP) [2]甲醇制烯烴的MTO工藝和甲醇制丙烯的MTP工藝是目前重要的C1化工技術(shù)，是以煤基或天然氣基合成的甲醇為原料，生產(chǎn)低碳烯烴的化工工藝技術(shù)，是以煤替代石油生產(chǎn)乙烯、丙烯等產(chǎn)品的核心技術(shù)。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及對低碳烯烴需求的日漸攀升，作為乙烯生產(chǎn)原料的石腦油、輕柴油等原料資源，面臨著越來越嚴(yán)重的短缺局面。因此，加快甲醇制烯烴工藝的工業(yè)應(yīng)用問題引起了各方面的重視。石油資源短缺已成為我國乙烯工業(yè)發(fā)展的主要瓶頸之一，國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展要求我們必須依托自身的資源優(yōu)勢發(fā)展石化基礎(chǔ)原料生產(chǎn)，國際油價(jià)的節(jié)節(jié)攀升使MTO/MTP項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性更具競爭力。甲醇制低碳烯烴(MTO/MTP)項(xiàng)目將成為眾多煤化工項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)鏈中的重要一環(huán)。② 甲醇生長促進(jìn)劑[3]國外研究實(shí)踐表明，用甲醇生長促進(jìn)劑噴施在不同的農(nóng)作物上，可以大量增產(chǎn)。另外噴施甲醇生長促進(jìn)劑后，農(nóng)作物還會(huì)保持枝葉鮮嫩、茁壯茂盛，有利于干旱地區(qū)農(nóng)作物的生長，近幾年來，甲醇生長促進(jìn)劑的肥效作用已經(jīng)引起國內(nèi)外專家的高度重視。③ 甲醇蛋白無論從甲醇下游產(chǎn)品開發(fā)，還是從飼料工業(yè)需求角度分析，甲醇蛋白都是十分重要且極具市場潛力和發(fā)展前景的產(chǎn)品。以甲醇為原料經(jīng)微生物發(fā)酵生產(chǎn)的甲醇蛋白被稱為第二代單細(xì)胞蛋白。據(jù)中國農(nóng)科院飼料研究所的有關(guān)專家分 析，到2010年和2020年，，供需缺口分別為 ，如果到2010年10%的蛋白質(zhì)缺口由甲醇蛋白頂替，則需求量為380萬噸。這個(gè)數(shù)字如果能夠?qū)崿F(xiàn)，對甲醇工業(yè)的意義將十分重大。 粗甲醇的組成甲醇合成生產(chǎn)的粗甲醇除含有甲醇和水外，還含有醇、醛、酮、酸、醚、酯、烷烴、胺、羰基鐵等幾十種微量雜質(zhì)。按照文獻(xiàn)[1]粗甲醇組分有40多種。常見的24個(gè)組分及其在常壓下的沸點(diǎn)見表1。 粗甲醇中各個(gè)組分沸點(diǎn)Table 1 Boiling point of each po nent in crude methanol組分沸點(diǎn)／℃組分沸點(diǎn)／℃氫氣一252．80甲酸甲酯31．8O氮?dú)庖?95．80正戊烷36．07一氧化碳一191．50丙酮56．29氬氣一185．80甲醇64．70二氧化碳一78．40正己烷68．74二甲醚一24．84乙酸乙酯77．10乙醇78．32正丁醇l17．66異丙醇82．33異戊醇119．00正丙醇97．21正辛烷125．67正庚烷98．43正戊烷137．98異丁醇99．50正壬烷150．80水100正癸烷174．10由表1可以看出，粗甲醇中較難分離的組分分為2類：①沸點(diǎn)與甲醇較接近的組分，如丙酮與甲醇的沸點(diǎn)差為8．41℃ ，正己烷與甲醇的沸點(diǎn)差為4．04℃；②能與甲醇形成共沸物，共沸物的沸點(diǎn)與甲醇沸點(diǎn)較為接近，分離難度大，見表2。表2 與甲醇形成共沸物的物質(zhì)沸點(diǎn)和共沸物的沸點(diǎn) Table 2 Boiling points of both chemical pounds and azeotrope with methanol 化合物沸點(diǎn)共沸物沸點(diǎn)甲醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)丙酮乙酸甲酯甲酸乙酯丁酮丙酸丙酯甲酸丙酯乙醛縮二甲醇乙基丙烯酸酯甲酸異丁酯環(huán)己烷二丙醚國內(nèi)通行的精甲醇指標(biāo)通常有美國聯(lián)邦A(yù)A級甲醇技術(shù)規(guī)格(OM232E)和精甲醇質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn) (GB3382004)。美國聯(lián)邦A(yù)A級標(biāo)準(zhǔn)和國家優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)都對甲醇的水溶性、醛酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)等指標(biāo)要求十分嚴(yán)格，所以對于預(yù)塔脫除烷烴、酯類、醛酮等雜質(zhì)就顯得尤為重要。甲醇精制的三種流程（雙塔、高質(zhì)量三塔精餾、節(jié)能型三塔精餾） 精甲醇中的乙醇含量多少，與粗甲醇中的乙醇含量有關(guān)。粗甲醇中乙醇的含量又與合成條件有關(guān)，如壓力、溫度、催化劑使用前后期、合成氣組份和原料結(jié)構(gòu)等等。低壓法(包括輕油為原料用銅系催化劑的高壓法)制得的粗甲醇中含乙醇100~ 1000ppm ,而以煤為原料的中壓法(聯(lián)醇)和高壓法(亦用銅催化劑)制得的粗甲醇中含乙醇的量可高達(dá)400~2000ppm。所以精甲醇中的乙醇含量差距也較大，一般為 100~600ppm ,有時(shí)可能高達(dá)1000ppm。這是因?yàn)殡p塔精餾系統(tǒng)，在采出產(chǎn)品的主蒸餾塔塔釜幾乎全部為水，乙醇的揮發(fā)度又與甲醇比較接近，因而乙醇不可能在塔釜中濃縮，從而有部份乙醇隨著甲醇升向塔頂，粗甲醇中相當(dāng)數(shù)量的乙醇轉(zhuǎn)移至精甲醇中。據(jù)國內(nèi)甲醇生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，利用雙塔常壓精餾方法，也可將精甲醇中乙醇的含量降至100ppm，滿足了甲醇特殊用途的需要。但根據(jù)蒸餾原理和流程特點(diǎn)，在操作中應(yīng)采取如下措施。（1）在預(yù)蒸餾塔中脫除輕組份時(shí)，結(jié)合流程特點(diǎn)，嚴(yán)格控制塔頂回流系統(tǒng)的冷凝溫度，盡可能脫除部份乙醇。（2）提高主蒸餾塔回流比，將沸點(diǎn)高于甲醇的乙醇組份大部份壓至塔的下部，使其濃集于入料口附近或接近塔釜的提餾段內(nèi)，以提高塔頂精甲醇的