【正文】 年產30萬噸粗甲醇精餾工段的設計畢業(yè)論文目 錄第1章 總 論 1 概述 1 1 國內外現(xiàn)狀 1 產品性質與特點 4 產品的生產方法概述 5 設計依據 5 設計規(guī)模 6 原料及產品規(guī)格 6 主要原料規(guī)格及技術指標 6 產品規(guī)格 6第2章 設計方案 8 工藝原理 8 8 8 8 9 10 11 12 13第3章 工藝設計計算 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 主要設備的工藝計算及選型 32 32 32 34 34 36 38 41 負荷性能 43 46 預精餾塔模擬 48 50 52第5章 附屬設備的選擇 53 53 54 56 56 換熱器內流體的流動阻力 59 60 62 64參考文獻 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，甲醇在有機合成工業(yè)中，是僅次于烯烴和芳烴的重要基礎有機原料。隨著技術的發(fā)展和能源結構的改變，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，蛋白轉化效率高，發(fā)酵速率快，安全無毒性，價格便宜。甲醇用途廣泛，是基礎的有機化工原料和優(yōu)質燃料。主要應用與精細化工，塑料等領域，用來制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺、硫酸二甲酯等多種有機產品，也是農藥。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，甲醇的消費已超過其傳統(tǒng)用途，潛在的耗用量將遠遠超過其化工用途，滲透到國民經濟的各個部門。特別是隨著能源結構的改變，甲醇有未來主要燃料的候補燃料之稱，需用量十分巨大。 國內外現(xiàn)狀我國目前甲醇的產量還較低，但今年來發(fā)展速度較快，近五年來甲醇的生產規(guī)模有了突飛猛進的發(fā)展。從我國能源結構出發(fā)，甲醇由煤制的技術已經成熟，近幾年由煤制甲醇的工藝已經全面工業(yè)化生產，將來在我國甲醇有希望替代石油燃料和石油化工的原料，蘊藏著潛在的巨大市場。我國甲醇工業(yè)無疑將迅速發(fā)展起來。目前國內甲醇裝置規(guī)模普遍較小，且多采用煤頭路線，以煤為原料的約占到78%；單位產能投資高，約為國外大型甲醇裝置投資的2倍，導致財務費用和折舊費用高。這些都影響成本。據了解，我國有近200家甲醇生產企業(yè)，但其中10萬噸/年以上的裝置卻只占20%，最大的甲醇生產裝置產能也就是60萬噸/年，其余80%都是10萬噸/年以下的裝置。根據這樣的裝置格局，業(yè)內普遍估計，目前我國甲醇生產成本大約在1400元~1800元/噸（約200美元/噸）。一旦出現(xiàn)市場供過于求的局面，國內甲醇價格有可能要下跌到約2000元/噸，甚至更低。這對產能規(guī)模小、單位產能投資較高的國內大部分甲醇生產企業(yè)來講會壓力劇增。而以中東和中南美洲為代表的國外甲醇裝置普遍規(guī)模較大。目前國際上最大規(guī)模的甲醇裝置產能已達到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，使得該公司5套大型甲醇裝置的總產能達到480萬噸/年。國外企業(yè)裝置規(guī)模大，公用設施分攤投資就少，且采用天然氣路線，單位產能投資大幅下降，成本競爭力大為增強。據石油和化工規(guī)劃院分析，目前國外天然氣產地在建的大型甲醇生產裝置成本只有60~80美元/噸。不僅如此，國外大型甲醇裝置多以天然氣為原料，采用天然氣兩段轉化或自熱轉化技術，包括德國魯奇公司、丹麥托普索公司、英國卜內門化工公司和日本三菱公司等企業(yè)的技術。相對煤基甲醇技術，天然氣轉化技術成熟可靠，轉化規(guī)模受甲醇規(guī)模影響較小，裝置緊湊，占地面積小。盡管近年來國際市場天然氣價格也在上漲，但國外甲醇生產企業(yè)依靠長期供應協(xié)議將價格影響因素降至最低。而我國大部分甲醇生產以煤為原料，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裝置向大型化發(fā)展。同時近年來煤炭價格的大幅度上漲對本來還具有一定成本優(yōu)勢的煤基甲醇產生較大影響，再加上煤基甲醇大多建在西部地區(qū)，運輸費用較高。種種因素進一步削弱了煤基甲醇的價格競爭力。國外大型甲醇裝置集中投產后，傳統(tǒng)的銷售渠道無法消化驟然增多的甲醇。2010年之前，國外甲醇以低價沖擊中國市場幾無懸念?，F(xiàn)實是：國外甲醇生產規(guī)模大，技術先進，管理嚴格，能耗低，產品質量穩(wěn)定；國內大甲醇裝置的產品質量已經達到國際水平，但許多小甲醇或聯(lián)醇裝置產品質量尚不穩(wěn)定。國內煤基甲醇每噸產品能耗為50～60吉焦，耗水22～30噸。以天然氣為原料生產的甲醇每噸產品能耗約為40吉焦，耗天然氣900～1150立方米，耗水16～20噸。我國小型聯(lián)醇裝置每噸產品耗能則高達70吉焦。而國外大型甲醇裝置基本都以天然氣為原料，并且每噸產品能耗只有25～30吉焦，耗天然氣760～920立方米，耗水10～15噸?！×硗猓捎谖覈状忌a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環(huán)保處理設施。而國外以天然氣為原料的大型甲醇裝置，基本屬于清潔生產，對環(huán)境影響較小，環(huán)保投入也相應較小。許多業(yè)內專家都向記者提到了國內甲醇生產的一個先天不足：我國甲醇生產所需原料煤炭、天然氣主要集中在經濟較落后、交通不便的西部，而我國甲醇市場消費中心在華東和華南地區(qū)。西部甲醇運到華東和華南地區(qū)需鐵路或公路的長途運輸，運輸費用最高達400元/噸（約55美元/噸）。甲醇產地與消費地相距較遠，導致交通運輸成為今后我國甲醇發(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)，資源地和甲醇生產裝置與沿海地區(qū)距離較近，生產裝置緊靠甲醇裝運碼頭，甲醇產品全部采用海路運輸，運輸方便。據統(tǒng)計，從中東、中南美洲和澳洲地區(qū)將甲醇運到亞洲主港地每噸產品的運費只有25美元左右，運輸費用較低。而且，在物流方面，即使條件好的國內甲醇企業(yè)也僅有廠內儲運和鐵路裝運設施，國內目前還沒有全國性更沒有世界性的甲醇中轉運輸基地，沒有甲醇大型專用運輸工具。而國外甲醇生產商大多在世界各地建有大型甲醇中轉基地和儲運設施，擁有自己或長期租用的甲醇運輸船隊。如果談到國內甲醇生產的后天不足，業(yè)內專家認為主要是目前國內甲醇裝置建設大多是獨資企業(yè)，少有合資合作。這對于動轍投資上百億元的甲醇及下游產品項目來說，無疑加大了融資難度和投資風險。而國外甲醇裝置大多為合資合作建設與運營。一般股東構成包括投資商、專利商、銷售商和資源供應商等，且投資商和股東委托專業(yè)資產管理公司協(xié)助運營。這樣便能有效解決融資問題，降低資金成本和投資風險，并在技術、原料供應和產品銷售等方面得到保證，最大限度地優(yōu)化各種生產要素，提高項目競爭力。 盡管我國已成為最主要的甲醇生產國，但目前國內甲醇生產企業(yè)還屬內向型企業(yè)，產品幾乎全部面向國內市場，建設項目的市場分析和決策幾乎也全部依賴于國內市場，出口量微乎其微，根本無暇顧及到國際市場上的需求和變化。 產品性質與特點甲醇是一種無色、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溶劑相混溶，遇熱、明火或氧化劑易燃燒。甲醇燃燒時無煙，火焰呈藍色。甲醇化學性質較活潑，具有脂肪族伯醇的一般性質，能發(fā)生氧化、酯化、羰基化等化學反應，其連有羥基的碳原子上的三個氫原子均可被一一氧化，或脫氫生成甲醛，再氧化成甲酸，甲酸氧化的最終產物是二氧化碳和水。甲醇不具酸性，同時其分子組成雖有能作為堿性特征的羥基，但也不呈堿性，對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中樞神經系統(tǒng)有麻醉作用；對視神經和視網膜有特殊選擇作用，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)廢水經處理才能排放，處理后的甲醇允許含量不應大于200mg/L。在有甲醇蒸汽的現(xiàn)場短時間工作時，要配戴防毒面具、橡皮手套、防護眼鏡等安全用具。包裝容器應有“易燃液體”、“有毒品”等危險品標志。 產品的生產方法概述精餾是將沸點不同的組分所組成的混合液，在精餾塔中，同時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：對于由沸點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。因低沸點組分易于氣化，則所得氣相中低沸點組分含量高于液相中的含量，而液相中高沸點組分含量，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組分又高于原氣相冷凝液。如此反復，低沸點組分不斷提高。道最后制得接近純態(tài)的低沸點組分。 設計依據根據湖南師范大學下達的任務書，設計題目為以煤為原料生產甲醇的粗甲醇精餾工段的設計（年產30萬噸）。主要產品工業(yè)甲醇符合標準為GB33892，年生產時間為330天，年生產能力為30萬噸甲醇。參照《GB管道設計標準》等相關國家標準，以及《化工設備機械基礎》、《化工原理》、《化工容器及設備簡明設計手冊》、《化工設計手冊》和《甲醇工學》等圖書資料設計。 設計規(guī)模 以粗甲醇為生產原料，以物理方法，利用各組沸點的原理，并且多次運用汽化和部分冷凝的方法，將粗甲醇中的水、副產品和少量雜質除去，產出最終產品精甲醇。其中生產能力為30萬噸甲醇，堿液年耗量較高。甲醇精餾裝置設計年運行為330天。 原料及產品規(guī)格 主要原料規(guī)格及技術指標粗甲醇：相對密度： 甲醇含量：85%88%精甲醇：甲醇含量：（質量分數） 產品規(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)。本產品（精甲醇）執(zhí)行國家《GB338—92》標準，具體指標見下表表11 國家標準甲醇《GB338—92》6項 目指標優(yōu)等品一等品合格品色度（鉑—鈷），號 ≤510密度（200C），g/cm3～～溫度范圍(0℃,101325Pa)，℃沸程（177。），℃ ≤高錳酸鉀試驗，min ≥503020水溶性試驗澄清水分含量，% ≤酸度（以HCOOH計），% ≤或堿度（以NH3計），% ≤羰基化合物含量（以CH2O計），% ≤蒸發(fā)殘渣含量，% ≤6第2章 設計方案 工藝原理典型的精餾設備是連續(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，同時從塔頂和塔底連續(xù)得到產品（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、帶有高錳酸鉀反應單塔的精餾工藝技術和三塔精餾工藝技術。雙塔精餾工藝技術由于具有投資少、建設周期短、操作簡單等優(yōu)點，被我國眾多中、小甲醇生產企業(yè)所采用。其在聯(lián)醇裝置中得到了迅速推廣。帶有高錳酸鉀反應的精餾工藝技術僅在單醇生產中用鋅鉻為催化劑的產品中有應用。粗甲醇生產中的副反應減少和雜質的降低，此工藝流程己經很少采用。三塔精餾工藝技術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、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，因此在取消化學凈化的同時，甚至可將預精餾及甲醇—水—重組分的分離在一臺主精餾塔內同時進行，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，單塔流程對節(jié)約投資和減少熱能損耗都是有利的。但是對精甲醇的關鍵性質量——高錳酸鉀有嚴格要求時，往往用單塔流程精制粗甲醇不