【正文】 化工與制藥學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書課題名稱 年產(chǎn)55萬(wàn)噸甲醇生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) 10級(jí)有機(jī)與石油化工（2）班 學(xué)生學(xué)號(hào) 1006170213 學(xué)生姓名 李洋 學(xué)生成績(jī) 指導(dǎo)教師 戢峻 課題工作時(shí)間 武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院摘 要 甲醇是一種重要的有機(jī)化工原料，在有機(jī)合成工業(yè)中，是僅次于烯烴和芳烴的重要基礎(chǔ)有機(jī)原料。甲醇合成反應(yīng)中，合成氣制甲醇工藝按壓力分為高壓、中壓和低壓法，甲醇精餾的工藝流程主要包括單塔工藝、雙塔工藝、三塔工藝和四塔工藝,其中三塔精餾工藝是目前大型化甲醇精餾裝置中應(yīng)用最廣泛的工藝過(guò)程。本設(shè)計(jì)以現(xiàn)有甲醇生產(chǎn)工藝為基礎(chǔ),結(jié)合甲醇精餾過(guò)程的實(shí)際生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù),運(yùn)用Aspen plus模擬軟件對(duì)甲醇精餾工藝現(xiàn)有的各種流程進(jìn)行了工藝模擬計(jì)算和分析。本設(shè)計(jì)為55萬(wàn)噸粗甲醇精制項(xiàng)目設(shè)計(jì)粗甲醇合成流程及三塔精餾流程，其中包含合成塔的合成部分，預(yù)精餾塔、加壓塔、常壓塔的精餾部分，通過(guò)模擬計(jì)算,研究分析了流程配置、熱回收方案、工藝參數(shù)和主要設(shè)備大小,并進(jìn)行了優(yōu)化分析。通過(guò)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)模擬,研究了變換工序的流程設(shè)置、工藝參數(shù)、催化劑裝填量和催化劑在初、中、末期時(shí)調(diào)節(jié)CO總變換量的手段,認(rèn)為煤制甲醇裝置可以通過(guò)改變變換氣氣量有效調(diào)節(jié)CO總變換量,變換反應(yīng)器的催化劑裝填量可相對(duì)較少。設(shè)計(jì)通過(guò)Aspen模擬各精餾塔進(jìn)料組成，回流比，各塔板溫度、壓強(qiáng)、流率，對(duì)塔設(shè)備進(jìn)行了設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)對(duì)精餾塔的控制方案進(jìn)行了說(shuō)明，對(duì)各塔設(shè)備進(jìn)行合校，對(duì)相關(guān)工藝安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析。數(shù)據(jù)計(jì)算包含各塔的物料恒算、各塔板尺寸設(shè)計(jì)、各塔板負(fù)荷性能計(jì)算，并繪制CAD圖5張。關(guān)鍵詞：甲醇；合成塔；三塔工藝；Aspen模擬；塔設(shè)備設(shè)計(jì)AbstractMethanol is an important organic chemical raw materials in organic synthesis industry, is second only to olefins and aromatics important basic organic raw synthesis reaction of methanol syngas process according to the pressure is divided into high, medium voltage and low voltage method, technological process of methanol distillation mainly includes single pylon process, the twin towers, tower process and the four towers, three tower distillation process is one of the largescale methanol distillation unit in the processes of the most widely design based on the existing methanol production process, bining the actual production processes of methanol distillation process data, using the Aspen plus simulation software for various processes of methanol distillation process existing process simulation calculation and analysis.This design for the 550000 tons of crude methanol refining project design crude methanol synthesis process and three tower distillation processes, including synthetic part of the synthetic tower, pre column, pressurized column and atmospheric column distillation section, through numerical simulation, studied and analyzed the process configuration, heat recovery scheme, process parameters and main equipment size, and optimization analysis was carried process is studied through thermodynamics and dynamics simulation, the process of setting, process parameters and catalyst loading quantity and catalyst in the early, middle and late adjust the flow of CO total transformation method, coal to methanol device can by changing the transform effectively adjust the volume of total transformation CO gas volume, the transform of the reactor catalyst loading quantity can be relatively small.Design by Aspen simulation each column feed position, reflux ratio, the plate temperature, pressure, flow rate, the tower equipment design of rectification tower control scheme is illustrated, to close the school, the tower equipment of relevant process safety risk is analyzed. Data contains all the material of the tower is constant, the plate size design, performance calculation, each plate load and draw CAD figure 5.Key words: methanol。 Synthetic tower。 Three towers process。 Aspen simulation。 Tower equipment design目 錄摘 要 IAbstract II第1章 概述 1 甲醇的發(fā)展 1 甲醇的生產(chǎn)方法 1 3第2章 合成塔設(shè)計(jì) 5 甲醇合成催化劑及合成工藝選擇 5 催化劑選擇 5 反應(yīng)溫度 5 反應(yīng)壓力 6 氣體組成 6 空速 7 原料氣的制取工藝 7 煤的選用 7 氣化工藝 8 原料氣的變換 9 脫硫脫碳工藝 11 合成工藝流程 13 物料衡算 14 合成過(guò)程的反應(yīng)方程 14 合成塔物料衡算 14 合成反應(yīng)中各氣體消耗和生產(chǎn)量 15 新鮮氣和馳放氣量的確定 16 循環(huán)氣氣量的確定 18 入塔氣和出塔氣組成 18 甲醇分離器出口氣體組成 20 貯罐氣組成 21 熱量衡算 22 合成塔熱量衡算相關(guān)計(jì)算式 22 合成塔熱量損失 25 蒸汽吸收的熱量 25 合成氣換熱器的熱量衡算 25 換熱器的熱量衡算 26 水冷器的熱量衡算 26 甲醇分離器的熱量衡算 27 合成工段的設(shè)備選型 28 催化劑的使用量 28 塔體設(shè)計(jì) 28 合成氣進(jìn)塔換熱器的選型 31 水冷器的選型 34 汽包的選型 35 加熱器的選型 36 分離器的設(shè)計(jì) 36 合成氣壓縮機(jī)選型 37 出塔氣離心泵 37 冷卻水離心泵 37 粗產(chǎn)品泵 38第3章 預(yù)精餾塔設(shè)計(jì) 38 粗甲醇原料組成 39 塔設(shè)備基本參數(shù)模擬 39 預(yù)精餾塔計(jì)算 42 數(shù)據(jù)整理 42 塔板選型 42 基本數(shù)據(jù)計(jì)算 43 塔徑 45 塔高 46 塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 47 塔板布置 49 塔板的流體力學(xué)驗(yàn)算 51 51 液沫夾帶 53 漏液 53 液泛 54 塔板負(fù)荷性能計(jì)算 54 霧沫夾帶線 54 液泛線 55 液相負(fù)荷上限 55 漏液線 56 液相負(fù)荷下限線 56 塔板負(fù)荷性能圖 56 塔附件設(shè)計(jì) 58 接管 58 冷凝器選型 61 再沸器選型 61 原料預(yù)熱器 62 泵的選型 62第4章 加壓精餾塔設(shè)計(jì) 64 加壓精餾塔的工藝設(shè)計(jì) 65 65 實(shí)際板數(shù)的確定 66 加壓精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù) 66 67 加壓精餾塔塔板設(shè)計(jì) 69..1溢流裝置 69 72 73 77 接管尺寸設(shè)計(jì) 84 84 84 附屬高度設(shè)計(jì) 86 86 86 86 86 87第5章 常壓精餾塔設(shè)計(jì) 88 常壓塔的工藝計(jì)算 88 進(jìn)料組分摩爾分率 88 實(shí)際塔板數(shù) 88 平均參數(shù) 91 塔徑 94 96 塔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 97 塔板結(jié)構(gòu)尺寸 97 塔板的流體力學(xué)校驗(yàn) 100 塔板負(fù)荷性能圖 104 漏液線 104 104 液相負(fù)荷下限線 105 液相負(fù)荷上限線 105 液泛線 106 附屬設(shè)備設(shè)計(jì) 108. 回流液管 108 加料管徑 108 塔頂蒸汽出口管直徑 108 釜液排出管徑 109 109 109第6章 精餾塔過(guò)程控制 110 控制方案 110 方案目標(biāo) 110 精餾塔主要干擾因素 111 精餾塔控制變量選擇 112 設(shè)備開停車方案 113 設(shè)備開車前準(zhǔn)備 113 開車操作步驟 114 停車操作步驟 114 臨時(shí)停車 115第7章 安全分析 115 115 115 116 116 116 116 117 117參考文獻(xiàn) 118設(shè)計(jì)小結(jié) 119致 謝 120附 錄 122第1章 概述 甲醇的發(fā)展甲醇，是一種有酒精氣味的易揮發(fā)的無(wú)色液體，有毒，燃燒時(shí)無(wú)煙，有藍(lán)色火焰，能與水、乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑互溶，能與多種化合物形成共沸混合物，能與多種化合物形成溶劑混溶。因?yàn)樗钤缡怯赡静暮湍举|(zhì)素干餾制得，所以又稱“木醇”或“木精”,分子式CH3OH,是飽和醇中最簡(jiǎn)單的一元醇[1]。自然界中游離態(tài)甲醇很少見(jiàn)，但在許多植物油脂，天然染料，生物堿中卻有它的衍生物。甲醇既是重要的化工原料，也是價(jià)廉物美的清潔燃料。在汽油中摻燒3％5％的甲醇，能提高汽油的辛烷值，可直接充當(dāng)汽油使用；摻燒10％20％的甲醇，加上助溶劑復(fù)配，能夠與成品汽油混用；在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造之后，可高比例摻燒甲醇燃料和全甲醇燃料。由于技術(shù)成熟，甲醇燃料是近期替代能源工作的重點(diǎn)。目前我國(guó)市場(chǎng)上使用的甲醇汽油主要有MM1M50、M85 以及M100 等。M5甲醇汽油不需改變發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，可直接使用。不影響汽車的動(dòng)力性能，其消耗量與汽油相同，但經(jīng)濟(jì)性不明顯。M15甲醇汽油是由90 號(hào)汽油、甲醇及一系列助溶劑組成。從1999 年3 月2 日起，采用上海焦化有限公司配制的M15甲醇汽油在桑塔納等車上試用，結(jié)果表明，使用M15甲醇汽油與汽油相比。 甲醇的生產(chǎn)方法甲醇合成的主反應(yīng)是：CO+2H2CH3OH 在合成反應(yīng)中，合成氣制甲醇工藝按壓力分為高壓、中壓和低壓法。隨著甲醇合成催化劑技術(shù)的不斷發(fā)展，目前總的趨勢(shì)是由高壓向低、中壓發(fā)展。(1)高壓法(—)是最初生產(chǎn)甲醇的方法，采用鋅鉻催化劑，反應(yīng)溫度360～400℃，壓力l —。隨著脫硫技術(shù)的發(fā)展，高壓法也在逐步采用活性高的銅系催化劑，以改善合成條件，達(dá)到提高效率和增產(chǎn)甲醇的目的。高壓法雖然有70多年的歷史，但是，由于原料及動(dòng)力消耗大，反應(yīng)溫度高，生成粗甲醇中有機(jī)雜質(zhì)含量高，而且投資大，成本高，其發(fā)展長(zhǎng)期以來(lái)處于停滯狀態(tài)。 西德某產(chǎn)高壓合成甲醇工藝流程（2）中壓法(～)隨著甲醇工業(yè)規(guī)模的大型化，(目前已有日產(chǎn)2000t的裝置甚至更大單系列裝置)，如采用低壓法，勢(shì)必導(dǎo)致工藝管道和設(shè)備較大，因此，在低壓法的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高合成壓力，即發(fā)展成為中壓法。中壓法仍采用高活性的銅系催化劑，反應(yīng)溫度與低壓法相同，它具有與低壓法相似的優(yōu)點(diǎn)，但由于提高了壓力，相應(yīng)動(dòng)力消耗略有增加。目前，世界上新建或擴(kuò)建的甲醇裝置幾乎都采用低壓法或中壓法，其中尤以中壓法為最多，如日本新瀉工場(chǎng)的中壓法生產(chǎn)甲醇。 日本新瀉公司中壓合成甲醇工藝（3）低壓法（—)是20世紀(jì)60年代后期發(fā)展起來(lái)的甲醇合成技術(shù)，由英國(guó)ICI公司研究得出。低壓法基于高活性的銅系催化劑。銅系催化劑的活性明顯高于鋅鉻催化劑，反應(yīng)溫度低(240～270℃)，因此，在較低的壓力下可獲得較高的甲醇收率。而且選擇性好，減少了副反應(yīng)，改善了甲醇質(zhì)量，降低了原料的消耗。此外，由于壓力低，不