【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 設(shè)計(jì)（論文）題目： 年產(chǎn) 40 萬噸甲醇精餾工藝設(shè)計(jì) 學(xué)院： 專業(yè)： 班級： 晉藝 學(xué)生： 指導(dǎo)教師： 1．設(shè)計(jì)（論文）的主要任務(wù)及目標(biāo) (1) 結(jié)合專業(yè)知識和工廠實(shí)習(xí)、分析選定合適的工藝參數(shù)。 (2) 進(jìn)行工藝計(jì)算和設(shè)備選型能力的訓(xùn)練。 (3) 進(jìn)行工程圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、繪制能力的訓(xùn)練。 2．設(shè)計(jì)（論文）的基本要求和內(nèi)容 (1) 本車間產(chǎn)品特點(diǎn)及工藝流程。 (2) 主要設(shè)備物料、熱量衡算、結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算及輔助設(shè)備的選型計(jì)算。 (3) 參考資料 3．主要參考文獻(xiàn) [1] 謝克昌、李忠 .甲醇及其衍生物 .北京 .化學(xué)工業(yè)出版社 .～ 7 [2] 馮元琦 .聯(lián)醇生產(chǎn) .北京 .化學(xué)工業(yè)出版社 .～ 268. [3] 柴誠敬、張國亮?；ち黧w流動與傳熱。北京?；瘜W(xué)工業(yè)出版社。 4．進(jìn)度安排 設(shè)計(jì)（論文） 各階段名稱 起 止 日 期 1 收集有關(guān)資料 20210128~20210211 2 熟悉資料，確定方案 20210212~20210226 3 論文寫作 20210227~20210319 4 繪制設(shè)計(jì)圖紙 20210320~20210403 5 準(zhǔn)備答辯 2021410 目錄 摘要 ...................................................1 第 1 章 甲醇精餾的工藝原理 2 第 節(jié) 基本概念 2 第 節(jié) 甲醇精餾工藝 3 甲醇精餾工藝原理 3 主要設(shè)備和泵參數(shù) 3 膨脹節(jié)材料的選用 6 第 2 章 甲醇生產(chǎn)的工藝計(jì)算 7 第 節(jié) 甲醇生產(chǎn)的物料平衡計(jì)算 7 第 節(jié) 生產(chǎn)甲醇所需原料氣量 9 生產(chǎn)甲醇所需原料氣量 9 第 節(jié) 聯(lián)醇生產(chǎn)的熱量平衡計(jì)算 15 甲醇合成塔的熱平衡計(jì)算 15 甲醇水冷器的熱量平衡計(jì)算 18 第 節(jié) 粗甲醇精餾物料及熱量計(jì)算 21 預(yù)塔和主塔的物料平衡計(jì)算 21 預(yù)塔和主塔的熱平衡計(jì)算 25 第 3 章 精餾塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 33 第 節(jié) 精餾塔設(shè)計(jì)的依據(jù)及任務(wù) 33 設(shè)計(jì)的依據(jù)及來源 33 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 33 第 節(jié) 計(jì)算過程 34 塔型選擇 34 操作條件的確定 34 操作壓力 34 進(jìn)料狀態(tài) 35 加熱方式 35 熱能利用 35 第 節(jié) 有關(guān)的工藝計(jì)算 36 最小回流比及操作回流比的確定 36 塔頂產(chǎn)品產(chǎn)量、釜?dú)?液量及加熱蒸汽量的計(jì)算 37 全凝器冷凝介質(zhì)的消耗量 37 熱能利用 38 理論塔板層數(shù)的確定 38 全塔效率的估算 39 實(shí)際塔板數(shù) 40 第 節(jié) 精餾塔主題尺寸的計(jì)算 40 精餾段與提餾段的體積流量 40 精餾段 40 提餾段 42 第 節(jié)塔徑的計(jì)算 43 第 節(jié) 塔高的計(jì)算 45 第 節(jié) 塔板結(jié)構(gòu)尺寸的確定 46 塔板尺寸 46 弓形降液管 47 堰高 47 降液管底隙高度 h0 47 進(jìn)口堰高和受液盤 47 浮閥數(shù)目及排列 47 浮閥數(shù)目 48 排列 48 校核 49 第 節(jié) 流體力學(xué)驗(yàn)算 49 氣體通過浮閥塔板的壓力降 (單板壓降 ) 49 干板阻力 49 板上充氣液層阻力 49 由表面張力引起的阻力 50 第 節(jié) 漏液驗(yàn)算 50 第 節(jié) 液泛驗(yàn)算 50 第 節(jié) 霧沫夾帶驗(yàn)算 51 第 節(jié) 操作性能負(fù)荷圖 51 霧沫夾帶上限線 51 液泛線 52 液體負(fù)荷上限線 52 漏液線 52 液相負(fù)荷下限線 52 第 節(jié) 操作性能負(fù)荷圖 53 第 節(jié) 各接管尺寸的確定 54 進(jìn)料管 54 釜?dú)堃撼隽瞎? 55 第 節(jié) 回流液管 55 第 節(jié) 塔頂上升蒸汽管 55 第 節(jié) 水蒸汽進(jìn)口管 56 第 4 章 輔助設(shè)備的計(jì)算及選型 57 第 節(jié) 水冷排設(shè)計(jì)計(jì)算 58 第 節(jié) 水冷排的 設(shè)計(jì)選型 59 第 節(jié) 預(yù)塔進(jìn)料泵的選型 60 參考文獻(xiàn) 62 附錄 63 致 謝 64 年產(chǎn) 40 萬噸甲醇精餾工藝設(shè)計(jì) 摘要 目前，我國的甲醇市場隨著國際市場的原油價格在變化，總體的趨勢是走高。隨著原油價格的進(jìn)一步提升，作為有機(jī)化工基礎(chǔ)原料 —— 甲醇的價格還會穩(wěn)步提高。國內(nèi)又有一批甲醇項(xiàng)目在籌建。這樣，選擇最好的工藝?yán)O(shè)備，同時選用最合適的操作方法就成為投資者關(guān)注的重點(diǎn)。 通過查閱資料最后采用中壓法在 265℃ 合成 400kt/a 的粗甲醇，并應(yīng)用三塔精餾來對其進(jìn)行精制。本設(shè)計(jì)說明書首先概述了甲醇的 性質(zhì)和發(fā)展歷史，并介紹了我國甲醇工業(yè)的發(fā)展；對合成和精餾工段進(jìn)行了物料和熱量的工藝計(jì)算；對甲醇精餾塔做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，最后對水冷排和預(yù)塔進(jìn)料泵做了設(shè)計(jì)計(jì)算。 在上述工作的基礎(chǔ)之上，參考相關(guān)的資料和標(biāo)準(zhǔn)對合成工段的設(shè)備和管道進(jìn)行了合理布局；并編制了甲醇合成設(shè)備一覽表，物料流程圖，工藝管道及儀表流程圖，設(shè)備平面布置圖及管道布置圖。 關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)；工藝；合成； 第一章 甲醇精餾的工藝原理 第 節(jié) 基本概念 精餾是利用不同物質(zhì)的揮發(fā)度不同，將液體混合物進(jìn)行多次部分氣化，同時又把產(chǎn)生的蒸 汽多次部分冷凝，使混合物分離到所要求組分的操作過程。 精餾過程在精餾塔中進(jìn)行，料液由塔的進(jìn)料口連續(xù)加入塔內(nèi)，塔頂設(shè)有冷凝器，將塔頂蒸汽冷凝為液體，冷凝液的一部分回流入塔頂，成為回流液，其余作為餾出液（塔頂產(chǎn)品）連續(xù)采出。自加料位置以上部分，上升蒸汽和回流液體之間進(jìn)行著逆流接觸和物質(zhì)傳遞。塔底部裝有再沸器（蒸餾釜）以加熱液體產(chǎn)生蒸汽，蒸氣沿塔上升，與下降的液體逆流接觸并進(jìn)行物質(zhì)傳遞，塔底連續(xù)排出部分液體作為塔底產(chǎn)品。在塔的加料位置以上，上升蒸汽中所含的重組份向液相傳遞，而回流液中的輕組分向氣相傳遞。 如此物質(zhì)交換的結(jié)果，上升蒸汽中輕組份的濃度逐漸提高，只要有足夠的相間接觸表面和足夠的液體回流量，到達(dá)塔頂?shù)恼羝麑⒊蔀楦呒兌鹊妮p組分，塔的上半部完成了上升蒸氣的精制（除去其中的重組份），因而成為精餾段。在塔的加料口位置以下下降液體中的輕組份被蒸出，重組份被提濃，故稱之為提餾段。 精餾塔的操作應(yīng)當(dāng)掌握三個平衡。 物料平衡 塔的總進(jìn)料量（ F）＝塔頂餾出物量（ D）＋塔底排出物量（ W）； 某一組分 (x)的總進(jìn)料量（ Fxfi）＝塔頂采出量（ Dxdi） +塔底排出量（ Wwi） 物料平衡的建立 ，是衡量精餾塔內(nèi)操作的穩(wěn)定程度，它表現(xiàn)在他的能力大小和產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，一般應(yīng)當(dāng)根據(jù)入料量（ F）而適當(dāng)采取餾出物量（ D），保持塔內(nèi)物料平衡，才能保證精餾塔內(nèi)操作條件穩(wěn)定，當(dāng)塔的物料平衡被破壞時，精餾塔的溫度、壓力降都會發(fā)生大幅度波動，嚴(yán)重時引起液泛、霧沫夾帶、傳質(zhì)效率降低等問題，系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。在粗甲醇精餾操作中，維持物料平衡的操作是最頻繁的調(diào)節(jié)手段，操作時還必須同時考慮塔內(nèi)的熱量平衡。 汽液平衡 汽液平衡影響到甲醇產(chǎn)品的質(zhì)量和精餾損失等，主要是通過調(diào)節(jié)精餾塔的操作條件（溫度、壓力、負(fù)荷 ），來調(diào)整塔盤上面氣液接觸的情況以及塔板間各組分氣相分壓平衡等來達(dá)到經(jīng)濟(jì)的效果。汽液平衡是通過在每塊板上氣液互相接觸進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱而實(shí)現(xiàn)的。汽液平衡和物料及熱量平衡密切相關(guān)，塔內(nèi)溫度、壓力、物料量的變化都將直接影響汽液平衡。 熱量平衡 熱量平衡是塔設(shè)計(jì)和操作的重要依據(jù)，當(dāng)精餾塔在正常運(yùn)行時，塔內(nèi)的溫度和壓力是穩(wěn)定的，加入塔的熱量和出塔的熱量也是平衡的。入塔熱量包括進(jìn)料及回流的流量與溫度、再沸器蒸汽流量，而出塔熱量則包括塔頂、塔底出料的溫度、流量、汽化熱以及熱損失等。正常操作中，多用塔頂回 流量、再沸器的蒸汽量來調(diào)整塔的熱量平衡。 總之，精餾系統(tǒng)的操作就是要掌握好精餾塔的物料平衡和熱量平衡，并由此穩(wěn)定好塔盤的汽液平衡，來達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量合格，同時排放廢液中甲醇含量低、甲醇收率高的目的。 第 節(jié) 甲醇精餾工藝 甲醇精餾工藝 來自甲醇合成工序的粗甲醇經(jīng)粗甲醇預(yù)熱器加熱至 70℃ ，然后進(jìn)入預(yù)蒸餾塔精餾。塔頂出來的蒸汽溫度為 ℃ ，對應(yīng)的壓力為 (A)，先經(jīng)過預(yù)塔冷凝器 A在 65℃ 左右將其中的大部分甲醇冷凝下來，冷凝下來的甲醇進(jìn)預(yù)塔回流槽，未冷凝的氣體則進(jìn)入預(yù)塔冷凝器 B冷卻至 40℃ 后部分冷凝，冷凝液流入萃取槽，萃取后也進(jìn)入預(yù)塔回流槽，預(yù)塔回流槽的液體由預(yù)塔回流泵加壓后作預(yù)蒸餾塔回流液，由預(yù)塔冷凝器 B出來的氣體去排放槽，不凝氣洗滌后經(jīng)不凝氣預(yù)熱器加熱至 150℃ 后去氣柜。向萃取槽中補(bǔ)入除鹽水作預(yù)蒸餾塔萃取劑。排放槽出來的甲醇液由排放槽泵加壓后送回收塔。 由除鹽水和固體氫氧化鈉在堿液槽中制備 5%～ 10%的 NaOH 溶液。堿液由堿液泵加壓后補(bǔ)入粗甲醇，以中和粗甲醇中的有機(jī)酸，控制預(yù)蒸餾塔塔底甲醇溶液的 PH 值在 8 左右。 預(yù)蒸餾塔塔底排出液由加壓塔進(jìn)料泵加壓后送往加壓精 餾塔精餾，加壓精餾塔操作壓力約 。塔頂甲醇蒸汽溫度約 128℃ ，至冷凝器 /再沸器作熱源，冷凝液流入加壓塔回流槽，一部分送往加壓精餾塔作回流液，另一部分經(jīng)精甲醇冷卻器冷卻后送精甲醇計(jì)量槽。 加壓精餾塔塔底排出液送往常壓精餾塔。常壓塔頂甲醇蒸汽溫度約66℃ ，經(jīng)常壓塔冷凝器冷卻至 40℃ 后進(jìn)常壓塔回流槽，由常壓塔回流泵加壓后一部分作常壓精餾塔回流液，另一部分送精甲醇計(jì)量槽。常壓塔再沸器熱源為加壓精餾塔塔頂甲醇蒸汽。常壓精餾塔塔底排出的含少量甲醇的廢水由回收塔進(jìn)料泵加壓后送甲醇回收塔 回收塔塔頂蒸汽經(jīng) 回收塔冷凝器冷卻至 40℃ 后進(jìn)回收塔回流槽，由回收塔回流泵加壓后一部分作回收塔回流液，另一部分送雜醇油貯罐。回收塔塔底含少量甲醇的廢水一部分由廢水泵加壓后送部分氧化裝置，另一部分送入排放槽作洗滌水。 各精餾塔再沸器熱源為 低壓蒸汽，蒸汽冷凝液去粗甲醇預(yù)熱器作熱源，然后去除鹽水站。 本工序的含醇排凈液由封閉系統(tǒng)收集于地下槽中，再由地下槽泵送至粗甲醇貯槽。這樣可避免設(shè)備、管道在檢修時排出的含醇放凈液對環(huán)境造成污染。 在生產(chǎn)過程中，常壓塔頂會出現(xiàn)不凝氣的積累而影響塔的操作，這可從常 壓塔頂?shù)臏囟?、壓力的對?yīng)關(guān)系判斷。這部分不凝氣的排放是通過常壓塔冷凝器上的放空閥來實(shí)現(xiàn)的，排放氣送放空總管高點(diǎn)放空。 預(yù)蒸餾塔和甲醇回收塔壓力由 PV15501A 和 PV15501B 分程調(diào)節(jié)。閥后不凝氣通過放空總管高點(diǎn)放空。 ? ?加壓精餾塔壓力由調(diào)節(jié)閥 PV15521 控制。 ? 常壓精餾塔壓力由 PV15530A 和 PV15530B 分程調(diào)節(jié)。壓力低于 時補(bǔ)氮?dú)?，壓力高? 閥門 PV15530B 開啟放空。再沸器蒸汽量由蒸汽冷凝液管線上的流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。塔底液位由塔底出口管線上 的液位調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。 主要設(shè)備和泵參數(shù) 主要設(shè)備參數(shù)和主要泵參數(shù)分別見表 12. 表 11主要設(shè)備參數(shù)表 ? 設(shè)備名稱 規(guī)格 設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)壓力 /MPa 設(shè)計(jì)溫度 /℃ 脫醚塔 DN1400x23635 90 加壓精餾塔 DN150006567 150 常壓精餾塔 DN1800x35917 110 脫醚塔再沸器 DN900x3503 管程 :。殼程 : 管程 :100。殼程 :170 加壓塔再沸 器 DN1300x4444 管程 :。殼程 : 管程 :150。殼程 :180 常壓塔再沸器 DN1600x4781 管程 :。殼程 : 管程 :120。殼程 :125 脫醚塔冷凝器 DN800x4357 管程 :。殼程 : 管程 :40。殼程 :80 常壓塔冷凝器 DN1000x5136 管程 :。殼程 : 管程 :50。殼程 :100 雜醇油冷卻器 DN250x2447 管程 :。殼程 : 管程 :50。殼程 :100 ? 表 12 主要泵參數(shù) 表 ? 泵名稱 流量 /(m3/h) 揚(yáng)程 /m 人口壓力 /Mpa 使用溫度 /℃ 粗醇泵 30 50 常壓 40 脫醚塔回流泵 30 50 80 加壓塔進(jìn)料泵 30 100 常壓 78 加壓塔回流泵 30 60 122 常壓塔回流泵 30 64 62 殘液泵 10 50 109 膨脹節(jié)材料的選用 加壓塔再沸器和常壓塔再沸器的氣體出口管均是高溫甲醇蒸氣，加壓塔再沸器 出口管道甲