【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū) 設(shè)計(jì)（論文）題目： 年產(chǎn) 40 萬(wàn)噸甲醇精餾工藝設(shè)計(jì) 學(xué)院： 專業(yè)： 班級(jí)： 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(shí)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(chē)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(chéng)敬、張國(guó)亮?；ち黧w流動(dòng)與傳熱。北京。化學(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(xiě)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(lái)源 33 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 33 第 節(jié) 計(jì)算過(guò)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(pán) 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(guò)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(wàn)噸甲醇精餾工藝設(shè)計(jì) 摘要 目前，我國(guó)的甲醇市場(chǎng)隨著國(guó)際市場(chǎng)的原油價(jià)格在變化，總體的趨勢(shì)是走高。隨著原油價(jià)格的進(jìn)一步提升，作為有機(jī)化工基礎(chǔ)原料 —— 甲醇的價(jià)格還會(huì)穩(wěn)步提高。國(guó)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(shí)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(guò)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(lái)對(duì)其進(jìn)行精制。本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)首先概述了甲醇的 性質(zhì)和發(fā)展歷史，并介紹了我國(guó)甲醇工業(yè)的發(fā)展；對(duì)合成和精餾工段進(jìn)行了物料和熱量的工藝計(jì)算；對(duì)甲醇精餾塔做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，最后對(duì)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(duì)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(shí)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(guò)程。 精餾過(guò)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(gè)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(shí)，精餾塔的溫度、壓力降都會(huì)發(fā)生大幅度波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)引起液泛、霧沫夾帶、傳質(zhì)效率降低等問(wèn)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(shí)還必須同時(shí)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(guò)調(diào)節(jié)精餾塔的操作條件（溫度、壓力、負(fù)荷 ），來(lái)調(diào)整塔盤(pán)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(lái)達(dá)到經(jīng)濟(jì)的效果。汽液平衡是通過(guò)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(shí)，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(lái)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(pán)的汽液平衡，來(lái)達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量合格，同時(shí)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(lái)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(lái)的蒸汽溫度為 ℃ ，對(duì)應(yīng)的壓力為 (A)，先經(jīng)過(guò)預(yù)塔冷凝器 A在 65℃ 左右將其中的大部分甲醇冷凝下來(lái)，冷凝下來(lái)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(lái)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(lái)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?；厥账缀倭考状嫉膹U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(shí)排出的含醇放凈液對(duì)環(huán)境造成污染。 在生產(chǎn)過(guò)程中，常壓塔頂會(huì)出現(xiàn)不凝氣的積累而影響塔的操作，這可從常 壓塔頂?shù)臏囟取毫Φ膶?duì)應(yīng)關(guān)系判斷。這部分不凝氣的排放是通過(guò)常壓塔冷凝器上的放空閥來(lái)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(guò)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(shí)補(bǔ)氮?dú)?，壓力高? 閥門(mén) PV15530B 開(kāi)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(jiàn)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