【正文】 年產(chǎn)30萬噸粗甲醇精餾工段的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄第1章 總 論 1 概述 1 1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 1 產(chǎn)品性質(zhì)與特點(diǎn) 4 產(chǎn)品的生產(chǎn)方法概述 5 設(shè)計(jì)依據(jù) 5 設(shè)計(jì)規(guī)模 6 原料及產(chǎn)品規(guī)格 6 主要原料規(guī)格及技術(shù)指標(biāo) 6 產(chǎn)品規(guī)格 6第2章 設(shè)計(jì)方案 8 工藝原理 8 8 8 8 9 10 11 12 13第3章 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 16 16 物料衡算的意義和作用 17 物料衡算 17 總物料衡算表 20 21 23 25 27 31第4章 主要設(shè)備的工藝計(jì)算及選型 32 32 32 34 34 36 38 41 負(fù)荷性能 43 46 預(yù)精餾塔模擬 48 50 52第5章 附屬設(shè)備的選擇 53 53 54 56 56 換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力 59 60 62 64參考文獻(xiàn) 67后記及其他 68附圖1 69附圖2 70 II第1章 總 論 概述目前，甲醇在有機(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。隨著技術(shù)的發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的改變，甲醇又開辟了許多新的用途。甲醇是比較好的人工合成蛋白的原料，蛋白轉(zhuǎn)化效率高，發(fā)酵速率快，安全無毒性，價(jià)格便宜。甲醇用途廣泛，是基礎(chǔ)的有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。主要應(yīng)用與精細(xì)化工，塑料等領(lǐng)域，用來制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺、硫酸二甲酯等多種有機(jī)產(chǎn)品，也是農(nóng)藥。醫(yī)藥的重要原料之一。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。甲醇是容易輸送的清潔燃料，可以單獨(dú)或與汽油混合作為汽車燃料，用它作為汽油添加劑可起節(jié)約芳烴，提高辛烷值的作用，汽車制造也將成為耗用甲醇的巨大部門，甲醇的消費(fèi)已超過其傳統(tǒng)用途，潛在的耗用量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其化工用途，滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。特別是隨著能源結(jié)構(gòu)的改變，甲醇有未來主要燃料的候補(bǔ)燃料之稱，需用量十分巨大。 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀我國(guó)目前甲醇的產(chǎn)量還較低，但今年來發(fā)展速度較快，近五年來甲醇的生產(chǎn)規(guī)模有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。從我國(guó)能源結(jié)構(gòu)出發(fā)，甲醇由煤制的技術(shù)已經(jīng)成熟，近幾年由煤制甲醇的工藝已經(jīng)全面工業(yè)化生產(chǎn)，將來在我國(guó)甲醇有希望替代石油燃料和石油化工的原料，蘊(yùn)藏著潛在的巨大市場(chǎng)。我國(guó)甲醇工業(yè)無疑將迅速發(fā)展起來。目前國(guó)內(nèi)甲醇裝置規(guī)模普遍較小，且多采用煤頭路線，以煤為原料的約占到78%；單位產(chǎn)能投資高，約為國(guó)外大型甲醇裝置投資的2倍，導(dǎo)致財(cái)務(wù)費(fèi)用和折舊費(fèi)用高。這些都影響成本。據(jù)了解，我國(guó)有近200家甲醇生產(chǎn)企業(yè)，但其中10萬噸/年以上的裝置卻只占20%，最大的甲醇生產(chǎn)裝置產(chǎn)能也就是60萬噸/年，其余80%都是10萬噸/年以下的裝置。根據(jù)這樣的裝置格局，業(yè)內(nèi)普遍估計(jì)，目前我國(guó)甲醇生產(chǎn)成本大約在1400元~1800元/噸（約200美元/噸）。一旦出現(xiàn)市場(chǎng)供過于求的局面，國(guó)內(nèi)甲醇價(jià)格有可能要下跌到約2000元/噸，甚至更低。這對(duì)產(chǎn)能規(guī)模小、單位產(chǎn)能投資較高的國(guó)內(nèi)大部分甲醇生產(chǎn)企業(yè)來講會(huì)壓力劇增。而以中東和中南美洲為代表的國(guó)外甲醇裝置普遍規(guī)模較大。目前國(guó)際上最大規(guī)模的甲醇裝置產(chǎn)能已達(dá)到170萬噸/年。2008年4月底，沙特甲醇公司170萬噸/年的巨型甲醇裝置在阿爾朱拜勒投產(chǎn)，使得該公司5套大型甲醇裝置的總產(chǎn)能達(dá)到480萬噸/年。國(guó)外企業(yè)裝置規(guī)模大，公用設(shè)施分?jǐn)偼顿Y就少，且采用天然氣路線，單位產(chǎn)能投資大幅下降，成本競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)。據(jù)石油和化工規(guī)劃院分析，目前國(guó)外天然氣產(chǎn)地在建的大型甲醇生產(chǎn)裝置成本只有60~80美元/噸。不僅如此，國(guó)外大型甲醇裝置多以天然氣為原料，采用天然氣兩段轉(zhuǎn)化或自熱轉(zhuǎn)化技術(shù)，包括德國(guó)魯奇公司、丹麥托普索公司、英國(guó)卜內(nèi)門化工公司和日本三菱公司等企業(yè)的技術(shù)。相對(duì)煤基甲醇技術(shù)，天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)成熟可靠，轉(zhuǎn)化規(guī)模受甲醇規(guī)模影響較小，裝置緊湊，占地面積小。盡管近年來國(guó)際市場(chǎng)天然氣價(jià)格也在上漲，但國(guó)外甲醇生產(chǎn)企業(yè)依靠長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議將價(jià)格影響因素降至最低。而我國(guó)大部分甲醇生產(chǎn)以煤為原料，氣化裝置規(guī)模有限和占地面積大的先天缺陷制約著甲醇生產(chǎn)裝置向大型化發(fā)展。同時(shí)近年來煤炭?jī)r(jià)格的大幅度上漲對(duì)本來還具有一定成本優(yōu)勢(shì)的煤基甲醇產(chǎn)生較大影響，再加上煤基甲醇大多建在西部地區(qū)，運(yùn)輸費(fèi)用較高。種種因素進(jìn)一步削弱了煤基甲醇的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)外大型甲醇裝置集中投產(chǎn)后，傳統(tǒng)的銷售渠道無法消化驟然增多的甲醇。2010年之前，國(guó)外甲醇以低價(jià)沖擊中國(guó)市場(chǎng)幾無懸念?，F(xiàn)實(shí)是：國(guó)外甲醇生產(chǎn)規(guī)模大，技術(shù)先進(jìn)，管理嚴(yán)格，能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；國(guó)內(nèi)大甲醇裝置的產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到國(guó)際水平，但許多小甲醇或聯(lián)醇裝置產(chǎn)品質(zhì)量尚不穩(wěn)定。國(guó)內(nèi)煤基甲醇每噸產(chǎn)品能耗為50～60吉焦，耗水22～30噸。以天然氣為原料生產(chǎn)的甲醇每噸產(chǎn)品能耗約為40吉焦，耗天然氣900～1150立方米，耗水16～20噸。我國(guó)小型聯(lián)醇裝置每噸產(chǎn)品耗能則高達(dá)70吉焦。而國(guó)外大型甲醇裝置基本都以天然氣為原料，并且每噸產(chǎn)品能耗只有25～30吉焦，耗天然氣760～920立方米，耗水10～15噸?！×硗猓捎谖覈?guó)甲醇生產(chǎn)大多采用煤基路線，酸性氣體和灰渣排放量較大，需投入較多資金建設(shè)環(huán)保處理設(shè)施。而國(guó)外以天然氣為原料的大型甲醇裝置，基本屬于清潔生產(chǎn)，對(duì)環(huán)境影響較小，環(huán)保投入也相應(yīng)較小。許多業(yè)內(nèi)專家都向記者提到了國(guó)內(nèi)甲醇生產(chǎn)的一個(gè)先天不足：我國(guó)甲醇生產(chǎn)所需原料煤炭、天然氣主要集中在經(jīng)濟(jì)較落后、交通不便的西部，而我國(guó)甲醇市場(chǎng)消費(fèi)中心在華東和華南地區(qū)。西部甲醇運(yùn)到華東和華南地區(qū)需鐵路或公路的長(zhǎng)途運(yùn)輸，運(yùn)輸費(fèi)用最高達(dá)400元/噸（約55美元/噸）。甲醇產(chǎn)地與消費(fèi)地相距較遠(yuǎn)，導(dǎo)致交通運(yùn)輸成為今后我國(guó)甲醇發(fā)展的主要瓶頸。而大甲醇裝置集中的中東和中南美洲地區(qū)，同時(shí)也是世界上天然氣資源最為豐富的地區(qū)，資源地和甲醇生產(chǎn)裝置與沿海地區(qū)距離較近，生產(chǎn)裝置緊靠甲醇裝運(yùn)碼頭，甲醇產(chǎn)品全部采用海路運(yùn)輸，運(yùn)輸方便。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從中東、中南美洲和澳洲地區(qū)將甲醇運(yùn)到亞洲主港地每噸產(chǎn)品的運(yùn)費(fèi)只有25美元左右，運(yùn)輸費(fèi)用較低。而且，在物流方面，即使條件好的國(guó)內(nèi)甲醇企業(yè)也僅有廠內(nèi)儲(chǔ)運(yùn)和鐵路裝運(yùn)設(shè)施，國(guó)內(nèi)目前還沒有全國(guó)性更沒有世界性的甲醇中轉(zhuǎn)運(yùn)輸基地，沒有甲醇大型專用運(yùn)輸工具。而國(guó)外甲醇生產(chǎn)商大多在世界各地建有大型甲醇中轉(zhuǎn)基地和儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施，擁有自己或長(zhǎng)期租用的甲醇運(yùn)輸船隊(duì)。如果談到國(guó)內(nèi)甲醇生產(chǎn)的后天不足，業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為主要是目前國(guó)內(nèi)甲醇裝置建設(shè)大多是獨(dú)資企業(yè)，少有合資合作。這對(duì)于動(dòng)轍投資上百億元的甲醇及下游產(chǎn)品項(xiàng)目來說，無疑加大了融資難度和投資風(fēng)險(xiǎn)。而國(guó)外甲醇裝置大多為合資合作建設(shè)與運(yùn)營(yíng)。一般股東構(gòu)成包括投資商、專利商、銷售商和資源供應(yīng)商等，且投資商和股東委托專業(yè)資產(chǎn)管理公司協(xié)助運(yùn)營(yíng)。這樣便能有效解決融資問題，降低資金成本和投資風(fēng)險(xiǎn)，并在技術(shù)、原料供應(yīng)和產(chǎn)品銷售等方面得到保證，最大限度地優(yōu)化各種生產(chǎn)要素，提高項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)力。 盡管我國(guó)已成為最主要的甲醇生產(chǎn)國(guó)，但目前國(guó)內(nèi)甲醇生產(chǎn)企業(yè)還屬內(nèi)向型企業(yè)，產(chǎn)品幾乎全部面向國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，建設(shè)項(xiàng)目的市場(chǎng)分析和決策幾乎也全部依賴于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，出口量微乎其微，根本無暇顧及到國(guó)際市場(chǎng)上的需求和變化。 產(chǎn)品性質(zhì)與特點(diǎn)甲醇是一種無色、透明、易燃、易揮發(fā)的有毒液體，略有酒精氣味。，℃，℃，℃，℃，(100mmHg ℃)，%%(體積)。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。甲醇燃燒時(shí)無煙，火焰呈藍(lán)色。甲醇化學(xué)性質(zhì)較活潑，具有脂肪族伯醇的一般性質(zhì)，能發(fā)生氧化、酯化、羰基化等化學(xué)反應(yīng)，其連有羥基的碳原子上的三個(gè)氫原子均可被一一氧化，或脫氫生成甲醛，再氧化成甲酸，甲酸氧化的最終產(chǎn)物是二氧化碳和水。甲醇不具酸性，同時(shí)其分子組成雖有能作為堿性特征的羥基，但也不呈堿性，對(duì)酚酞及石蕊均呈中性。試劑甲醇常密封保存在棕色瓶中置于較冷處。甲醇經(jīng)呼吸道、胃腸道和皮膚吸收可致人中毒。甲醇的健康危害主要是對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉作用；對(duì)視神經(jīng)和視網(wǎng)膜有特殊選擇作用，引起病變；可致代謝性酸中毒?？諝庵谐Ｒ?guī)允許濃度為5mg/m3。甲醇工業(yè)廢水經(jīng)處理才能排放，處理后的甲醇允許含量不應(yīng)大于200mg/L。在有甲醇蒸汽的現(xiàn)場(chǎng)短時(shí)間工作時(shí)，要配戴防毒面具、橡皮手套、防護(hù)眼鏡等安全用具。包裝容器應(yīng)有“易燃液體”、“有毒品”等危險(xiǎn)品標(biāo)志。 產(chǎn)品的生產(chǎn)方法概述精餾是將沸點(diǎn)不同的組分所組成的混合液，在精餾塔中，同時(shí)多次部分氣化和多次部分冷凝，使其分離成純態(tài)組分的過程。其分離的原理如下：對(duì)于由沸點(diǎn)不同的組分組成的混合液，加熱到一定溫度，使其部分氣化，并將氣相與液相分離。因低沸點(diǎn)組分易于氣化，則所得氣相中低沸點(diǎn)組分含量高于液相中的含量，而液相中高沸點(diǎn)組分含量，較氣相中高。若將氣相混合蒸汽再部分冷凝下來，將冷凝液再加熱到一定溫度，使其部分氣化，并將氣相與液相分離，則所得氣相冷凝液中的低沸點(diǎn)組分又高于原氣相冷凝液。如此反復(fù)，低沸點(diǎn)組分不斷提高。道最后制得接近純態(tài)的低沸點(diǎn)組分。 設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)湖南師范大學(xué)下達(dá)的任務(wù)書，設(shè)計(jì)題目為以煤為原料生產(chǎn)甲醇的粗甲醇精餾工段的設(shè)計(jì)（年產(chǎn)30萬噸）。主要產(chǎn)品工業(yè)甲醇符合標(biāo)準(zhǔn)為GB33892，年生產(chǎn)時(shí)間為330天，年生產(chǎn)能力為30萬噸甲醇。參照《GB管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，以及《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》、《化工原理》、《化工容器及設(shè)備簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》、《化工設(shè)計(jì)手冊(cè)》和《甲醇工學(xué)》等圖書資料設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)規(guī)模 以粗甲醇為生產(chǎn)原料，以物理方法，利用各組沸點(diǎn)的原理，并且多次運(yùn)用汽化和部分冷凝的方法，將粗甲醇中的水、副產(chǎn)品和少量雜質(zhì)除去，產(chǎn)出最終產(chǎn)品精甲醇。其中生產(chǎn)能力為30萬噸甲醇，堿液年耗量較高。甲醇精餾裝置設(shè)計(jì)年運(yùn)行為330天。 原料及產(chǎn)品規(guī)格 主要原料規(guī)格及技術(shù)指標(biāo)粗甲醇：相對(duì)密度： 甲醇含量：85%88%精甲醇：甲醇含量：（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 產(chǎn)品規(guī)格甲醇是一種無色、透明、易燃、易揮發(fā)的有毒液體，略有酒精氣味。，(20℃)，℃，℃，℃，℃，(100mmHg ℃)，%%(體積)。本產(chǎn)品（精甲醇）執(zhí)行國(guó)家《GB338—92》標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)見下表表11 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)甲醇《GB338—92》6項(xiàng) 目指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品色度（鉑—鈷），號(hào) ≤510密度（200C），g/cm3～～溫度范圍(0℃,101325Pa)，℃沸程（177。），℃ ≤高錳酸鉀試驗(yàn)，min ≥503020水溶性試驗(yàn)澄清水分含量，% ≤酸度（以HCOOH計(jì)），% ≤或堿度（以NH3計(jì)），% ≤羰基化合物含量（以CH2O計(jì)），% ≤蒸發(fā)殘?jiān)浚? ≤6第2章 設(shè)計(jì)方案 工藝原理典型的精餾設(shè)備是連續(xù)精餾裝置，包括精餾塔、冷凝器、再沸器等，如圖所示。用于精餾的塔設(shè)備有兩種，即板式塔和填料塔，但常用的是板式塔。連續(xù)精餾操作中，原料液連續(xù)送到精餾塔內(nèi)，同時(shí)從塔頂和塔底連續(xù)得到產(chǎn)品（餾出液、釜底液），所以是一種定態(tài)操作過程。 甲醇精餾按工藝主要分為三種：雙塔精餾工藝技術(shù)、帶有高錳酸鉀反應(yīng)單塔的精餾工藝技術(shù)和三塔精餾工藝技術(shù)。雙塔精餾工藝技術(shù)由于具有投資少、建設(shè)周期短、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，被我國(guó)眾多中、小甲醇生產(chǎn)企業(yè)所采用。其在聯(lián)醇裝置中得到了迅速推廣。帶有高錳酸鉀反應(yīng)的精餾工藝技術(shù)僅在單醇生產(chǎn)中用鋅鉻為催化劑的產(chǎn)品中有應(yīng)用。粗甲醇生產(chǎn)中的副反應(yīng)減少和雜質(zhì)的降低，此工藝流程己經(jīng)很少采用。三塔精餾工藝技術(shù)是為減少甲醇在精餾中的損耗和提高熱利用率，而開發(fā)的一種先進(jìn)、高效和能耗較低的工藝流程。近年來在大、中型企業(yè)中得到了推廣和應(yīng)用。，即采用了單塔流程精制粗甲醇，由于粗甲醇中不僅還原性雜質(zhì)的含量大大減少，而且二甲醚的含量幾十倍的降低，因此在取消化學(xué)凈化的同時(shí)，甚至可將預(yù)精餾及甲醇—水—重組分的分離在一臺(tái)主精餾塔內(nèi)同時(shí)進(jìn)行，即所謂單塔流程，就能獲得一般工業(yè)上所需的精甲醇。顯然，單塔流程對(duì)節(jié)約投資和減少熱能損耗都是有利的。但是對(duì)精甲醇的關(guān)鍵性質(zhì)量——高錳酸鉀有嚴(yán)格要求時(shí)，往往用單塔流程精制粗甲醇不