【正文】 課程設(shè)計40萬噸煤制甲醇精餾工藝設(shè)計 摘 要甲醇是煤化工中非常重要的有機產(chǎn)品，在甲醇合成工業(yè)生產(chǎn)過程中，粗甲醇的精制不僅是決定甲醇產(chǎn)品質(zhì)量的重要工序，而且也是影響甲醇生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素之一。換熱器是化工生產(chǎn)中重要的通用熱工設(shè)備之一，管殼式換熱器以其結(jié)構(gòu)簡單、牢固、操作彈性大等特點被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。 本文的研究對象是四塔甲醇精餾工藝，與傳統(tǒng)工藝相比新工藝能夠節(jié)約能量，節(jié)約軟水；但是同時新工藝增加了系統(tǒng)的藕合程度，加強了塔之間的關(guān)聯(lián)性，提高了系統(tǒng)對于進料波動的響應(yīng)的復(fù)雜性，給控制帶來了很大的難題。為了能夠?qū)崿F(xiàn)新工藝的工業(yè)應(yīng)用，對新工藝進行詳細的研究。關(guān)鍵詞：甲醇精餾，Aspen Plus模擬，換熱器計算，設(shè)備選型目 錄摘 要 II前 言 I第一章 文獻綜述 6 6 6 6 甲醇的簡介 6 甲醇精餾流程發(fā)展 7 工藝流程概述 7 典型的工藝流程 7 影響精餾操作的因素與調(diào)節(jié) 10 第二章 甲醇精餾工段物料衡算 11 甲醇精餾原理 11 預(yù)精餾塔的作用 11 加堿對甲醇精餾的改善 11 萃取精餾在甲醇精餾中的應(yīng)用 12 回流比的選擇 12 四塔精餾工段工藝的物料衡算 12 甲醇精餾工段物料衡算任務(wù) 12 甲醇精餾工段物料衡算計算原理[18] 13 甲醇精餾工段物料衡算 13 第三章 常壓塔冷卻器的設(shè)計 18 18 [18] 18 18 工藝結(jié)構(gòu)尺寸 19 20 21 21 確定折流擋板形狀和尺寸 25 波形膨脹節(jié) 25 設(shè)備主要附件的選擇[17] 25 接管及法蘭的選型 25 左管板的選型 27 換熱管的選擇 28 左管箱短節(jié)的選擇 28 左管箱封頭的選擇 28 左管箱隔板的選擇 29 左管箱法蘭和密封墊片的選型 29 右管板 29 右管箱設(shè)計 29 鞍座的選型 30 設(shè)計結(jié)果一覽表 30 第四章 結(jié)論 31 參考文獻 32 致 謝 33 前 言甲醇是重要的有機基本產(chǎn)品，用途非常廣泛。甲醇的產(chǎn)品質(zhì)量、能耗指標是甲醇精餾系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。甲醇精餾工藝對整個甲醇生產(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)境保護都有重大影響。精餾過程占總能耗的很大部分，甲醇生產(chǎn)能耗其中約60%就用于精餾過程。精餾投資約占項目總投資的30%40%。要研究和開發(fā)一種新工藝，傳統(tǒng)的方法是先進行實驗，再經(jīng)過小試、中試、工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)等等逐級放大的過程，周期長，投資大。應(yīng)用流程模擬軟件，對工藝流程進行模擬，則很容易實現(xiàn)對流程的考察，可以改進工藝流程布置，優(yōu)化工藝操作參數(shù)，只要選擇的模型及熱力學(xué)方法適當(dāng)，模擬結(jié)果是相當(dāng)可靠的，可以用來指導(dǎo)生產(chǎn)，或者為裝置改造以及新裝置的設(shè)計提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。國內(nèi)一些甲醇生產(chǎn)裝置，甲醇精餾能耗較高、產(chǎn)品收率較低、甚至一些裝置的甲醇產(chǎn)品質(zhì)量較差。同時，國內(nèi)甲醇產(chǎn)能的擴張很迅速，但是目前新項目設(shè)計還是沿襲以往設(shè)計為主、沒有足夠的甲醇精餾系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用理論研究基礎(chǔ)。因此，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、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)實意義?，F(xiàn)本文通過查閱國內(nèi)外文獻和實際生產(chǎn)中的工藝資料，利用流程模擬軟件，使用專有的物性熱力學(xué)包模擬計算了四塔甲醇精餾工藝流程，并和實際的工藝數(shù)據(jù)進行了對比，同時對常規(guī)甲醇精餾工藝的不同流程的設(shè)計參數(shù)和操作參數(shù)進行了總結(jié)和分析，提出了甲醇精餾系統(tǒng)的工藝設(shè)計原則和設(shè)備設(shè)計原則。在此基礎(chǔ)之上對于甲醇精餾系統(tǒng)提出了新的改進流程和全新流程的開發(fā)。對于甲醇工業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。由于本人水平有限，文章中有不妥之處還望老師批評指正。第一章 文獻綜述粗甲醇中含有多種有機雜質(zhì)和水分，需要精制。精制過程包括精餾與化學(xué)處理?；瘜W(xué)處理主要用堿破壞在精餾過程中難以分離的雜質(zhì)，并調(diào)節(jié)pH。精餾主要是除去易揮發(fā)組分，如二甲醚、以及難以揮發(fā)的組分、高級醇、水等[1]。在確定粗甲醇精餾的工藝流程時，應(yīng)對生產(chǎn)過程中能耗、自動化程度、精甲醇質(zhì)量要求等進行綜合考慮，合理選擇適當(dāng)?shù)木s方法。甲醇精餾過程的物耗與粗甲醇質(zhì)量關(guān)系很大，隨著甲醇合成條件改進，甲醇精餾工藝出現(xiàn)了較大變化。根據(jù)甲醇質(zhì)量要求不同，甲醇精餾可分為一塔流程、雙塔流程和三塔流程。另外，ICI公司上世紀80年代末為節(jié)省能耗，還將雙塔流程改為四塔流程。因此，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、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)實意義?，F(xiàn)本文通過查閱國內(nèi)外文獻和實際生產(chǎn)中的工藝資料，利用流程模擬軟件，使用專有的物性熱力學(xué)模擬計算了四塔甲醇精餾工藝流程，并和實際的工藝數(shù)據(jù)進行了對比，同時對常規(guī)甲醇精餾工藝的不同流程的設(shè)計參數(shù)和操作參數(shù)進行了總結(jié)和分析，提出了甲醇精餾系統(tǒng)的工藝設(shè)計原則和設(shè)備設(shè)計原則。本論文的研究目標是：甲醇精餾工段進行初步設(shè)計（1）通過熱力學(xué)原理對甲醇精餾工段的工藝流程進行選擇，進行物料衡算和能量衡算；（3）根據(jù)換熱器的熱力計算、流動計算、結(jié)構(gòu)計算和強度設(shè)計，對換熱器進行合理的選型；（4）利用Auto CAD軟件，繪制甲醇精餾工段的物料流程圖、帶控制點的工藝流程圖、冷卻器的設(shè)備圖、。 甲醇的簡介純甲醇為無色透明略帶乙醇氣味的易揮發(fā)液體，沸點65℃，℃。甲醇能和水以任意比互溶，但不形成共沸物，能和多數(shù)常用的有機溶劑(乙醇、乙醚、丙酮、苯等)混溶，并形成恒沸混合物。甲醇劇毒，內(nèi)服10ml有失明危險， 30ml能導(dǎo)致人死亡。易燃燒，其蒸汽能和空氣形成爆炸性混合物，～%(體積) [2]。甲醇具有上述多種重要的物理化學(xué)性質(zhì)，使它在許多工業(yè)部門得到廣泛的用途，特別是由于能源結(jié)構(gòu)的改變，和C化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，甲醇的許多重要的工業(yè)用途正在研究開發(fā)中。例如甲醇可以裂解制氫，用于燃料電池，日益引人注目。甲醇通過ZMS5分子篩催化劑轉(zhuǎn)化為汽油已經(jīng)工業(yè)化為固體燃料轉(zhuǎn)化為液體燃料開辟了捷徑。甲醇加一氧化碳加氫可以合成乙醇。又如甲醇可以裂解制烯烴。這對石油化工原料的多樣化，面對石油資源日漸枯竭對能源結(jié)構(gòu)的改變，具有重要意義。甲醇化工的新領(lǐng)域不斷地被開發(fā)出來其廣度和深度正在發(fā)生深刻的變化。 甲醇精餾流程發(fā)展 工藝流程概述常規(guī)甲醇精制流程可以分為兩大部分，第一部分是預(yù)精餾部分，另一部分是主精餾部分。預(yù)精餾部分除了對粗甲醇進行萃取精餾脫出某些烷烴的作用之外，另外的還可以脫除二甲醚，和其它輕組分有機雜質(zhì)。其底部的出料被加到主塔的中間入料板上，主塔頂部出粗甲醇，底部出廢液，下部側(cè)線出雜醇[3]。甲醇市場競爭非常激烈，特別是近年來，隨著甲醇精餾技術(shù)的進步和計算機在該領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，老的工藝裝置由于能耗過高，在市場競爭力下降，技術(shù)更新和技術(shù)進步成為必走之路。 典型的工藝流程甲醇精餾產(chǎn)生工藝有多種，分為單塔精餾，雙塔精餾，三塔精餾與四塔精餾[4]。（1）單塔流程描述單塔流程（）為粗甲醇產(chǎn)品經(jīng)過一個塔就可以采出產(chǎn)品。粗甲醇塔中部加料口送入，輕組分由塔頂排出，高沸點的重組分在進料板以下若塔板處引出，水從塔底排出，產(chǎn)品甲醇在塔頂以下若干塊塔板引出。DANTACJIACHUNGAOFEIWUJJIACHUNDIFEIWUSHUI 甲醇精餾工藝的單塔流程（aspen 模擬圖）（2）雙塔流程描述[5]從合成工序來的粗甲醇入預(yù)精餾塔，此塔為常壓操作。為了提高預(yù)精餾塔后甲醇的穩(wěn)定性，并盡可能回收甲醇，塔頂采用兩級冷凝。塔頂經(jīng)部分冷凝后的大部分甲醇、水及少量雜質(zhì)留在液相作為回流返回塔，二甲醚等輕組分(初餾分)及少量的甲醇、水由塔頂逸出，塔底含水甲醇則由泵送至主精