【正文】 甲醇精餾裝置采用的是以規(guī)整填料為塔內(nèi)件的三塔精餾工藝， 精餾用汽為低壓蒸汽。 甲醇精餾填料型三塔工藝技術(shù)和甲醇精餾專用絲網(wǎng)規(guī)整填料的成功開發(fā) , 為眾多大、中型甲醇生產(chǎn)企業(yè)的增產(chǎn)、降耗提供了技術(shù) , 為企業(yè)大幅度降低甲醇生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和擴大市場占 有率提供了可能 , 具有著明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。 (3) 操作彈性大 由于絲網(wǎng)填料具有的優(yōu)良傳質(zhì)、傳熱性能 ,能迅速適應(yīng)物料各種工藝參數(shù)的變化 , 易于操作 ,控制手段簡單 ,穩(wěn)定區(qū)域大， 可保證系統(tǒng)有較大的彈性 , 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。填料型精餾塔工藝 , 其核心設(shè)備主、 預(yù)塔都選用新型填料型精餾塔 , 塔內(nèi)采用高效的、經(jīng)特殊工藝處理的不銹鋼絲網(wǎng)波紋填料和配套的新型氣液分布器，該塔具備以下優(yōu)點： (1) 塔板效率高 采用甲醇精餾專用不銹鋼絲網(wǎng)波紋填料 , 空隙率 0. 85 m2/ m3 , 理論塔板數(shù) 8～ 10塊 /m , 經(jīng)特殊工藝處理后 , 具有優(yōu)良的傳質(zhì)、傳熱性蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 能和液體均布能力強等優(yōu)點。 [3] 另外 , 三塔精餾工藝在雙塔精餾裝置進行增產(chǎn)、降耗的技術(shù)改造中有比 較廣闊的應(yīng)用 , 是企業(yè)擴大現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模較經(jīng)濟、有效的技術(shù)措施。企業(yè)選擇哪種精餾工藝技術(shù) ,主要取決于企業(yè)甲醇實際生蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 產(chǎn)能力、預(yù)期生產(chǎn)規(guī)模、甲醇市場行情 , 以及企業(yè)的公用工程水、電、汽的富裕程度等 。 精餾塔按內(nèi)件 可分為板式精餾塔和填料型精餾塔。雙塔精餾工藝技術(shù)由于具有投資少、建設(shè)周期短、操作簡單等優(yōu)點 , 被我國眾多中、小甲醇生產(chǎn)企業(yè)所采用，尤其在聯(lián)醇裝置中得到了迅速推廣。 近年來，由于催化劑、粗甲醇合成條件以及制取原料氣的改進，粗甲醇的精餾過程相應(yīng)有較大的變更。 [2] 甲醇精餾工藝技術(shù)比較 工業(yè)上粗甲醇精餾的工藝流程，隨著粗甲醇合成方法不同而有差異，其精制過程的復(fù)雜程度有較大差別，但基本方法是一致的。其中： M15(在汽油里添加 15％甲醇 )清潔甲醇汽油為車用燃料，分別應(yīng)用于各種汽油發(fā)動機，可以在不改變現(xiàn)行發(fā)動機結(jié)構(gòu)的條件下，替代成品汽油使用，并可與成品油混用。 [1] 我國目前甲醇的產(chǎn)量還較低，但近年來發(fā)展速度較快，近五年來甲醇的生產(chǎn)規(guī)模有了突飛猛進的發(fā)展。主要應(yīng)用于精細化工，塑料等領(lǐng)域，用來制造 甲醛 、 醋酸 、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多種有機產(chǎn)品，也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的重要原料之一。 69 蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 1 總 論 概況 甲醇的用途 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(chǔ)有機原料。 66 英文翻譯 62 泵的選型 58 分別計算管 程和殼程的傳熱系數(shù) 57 求溫差修正系數(shù) 48 全塔高度的確定 35 熱量衡算 30 塔徑設(shè)計的計算 25 填料的選擇 23 精餾塔主要尺寸的設(shè)計計算 18 加壓精餾塔工藝計算 16 計算參數(shù) 14 加壓精餾系統(tǒng) 14 預(yù)精餾系統(tǒng) 13 甲醇精餾工藝流程說 明 11 甲醇的一般性質(zhì) 7 影響因素 甲醇化工已成為化學(xué)工業(yè)中一個重要的領(lǐng)域。近年來，世界甲醇的生產(chǎn)能力發(fā)展速度較快。甲醇工業(yè)的迅速發(fā)展，是由于甲醇是多種有機產(chǎn)品的基本原料和重要的溶劑，廣泛用于有機合成、染料、醫(yī)藥、涂料和國防等工業(yè)。 本設(shè)計選擇了以 45萬 t/a甲醇精餾的產(chǎn)量作為生產(chǎn)計算與設(shè)計的任 務(wù)，參考了河南永城永煤集團龍宇煤化工甲醇廠甲醇精餾的工藝，本設(shè)計從工藝角度對其生產(chǎn)過程和主要設(shè)備進 行了物料衡算、塔設(shè)備簡捷法計算、熱量衡算、換熱器設(shè)計等工藝計算。 1 概況 1 甲醇精餾工藝技術(shù)比較 4 精餾的目的和原理和精餾塔的操作和調(diào)節(jié) 9 精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量控制和調(diào)節(jié) 11 甲醇的主要技術(shù)規(guī)格 15 常壓精餾系統(tǒng) 16 預(yù)精餾塔工藝計算 22 理論塔板數(shù)計算 35 物料衡算 46 填料層高度的計算 47 全塔高度的確定 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。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入 汽油 摻燒。從我國能源 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。甲醇混合燃料的熱效率、動力性、啟動性、經(jīng)濟性良好，具有降低排放、節(jié)省石油、安全方便等特點。首先，總是以蒸餾蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 的方法在蒸餾塔的頂部，脫除較甲醇沸點低的輕組分，這時，也可能有部分高沸點的雜質(zhì)和甲醇形成共沸物，隨輕組分一并除去。加上新型精餾設(shè)備的使用，對工藝流程也產(chǎn)生一定影響。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。傳統(tǒng)的精餾塔大都是以浮閥為主的板式塔 , 隨著新型板式塔的開發(fā)成功 , 又出現(xiàn)了導(dǎo)向浮閥、斜孔篩板等結(jié)構(gòu) , 但由于板式塔開孔率低 , 介質(zhì)傳質(zhì)、傳熱效率差 , 總體效果并不太理想。一般說來 ,甲醇生產(chǎn)規(guī)模在 5萬 t/a以下時宜選擇雙塔精餾工藝 , 因為雙塔精餾工藝投資省、建設(shè)周期短、裝置簡單 , 易于操作和管理 ,雖然消耗高于三塔精餾工藝技術(shù) , 但在 5萬 t/a生產(chǎn)規(guī)模以下時其經(jīng)濟技術(shù)指標較占優(yōu)勢。在原有雙塔流程中僅增加 1臺加壓塔和部分設(shè)備 , 裝置生產(chǎn)能力就能翻 1倍；比雙塔流程節(jié)約能耗 20%以上；由于增加了乙醇等產(chǎn)品的采出 , 產(chǎn)品質(zhì)量符合國際 AA標準 , 有更廣闊的銷售市場和更高的產(chǎn)品售價；由于兩流程近似 ,操作和管理方法易于接受。這樣可減少理論塔板數(shù) ,降低精餾塔的高度 ,單位生產(chǎn)能力大。 傳統(tǒng)雙塔精餾工藝與填料型三塔精餾工藝的投資和單耗 (噸甲醇消耗 ) 比較見表 11。 綜上所述，因此本設(shè)計也才用填料型三塔甲醇精餾工藝技術(shù)。各塔再沸器 蒸汽冷凝液用作粗甲醇預(yù)熱器熱源，以節(jié)約能量。隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，精餾塔的內(nèi)徑越來越大，于是氣液分布不均問題顯得突出，效率大幅下降，直徑大于 2 米的塔的效率已相當?shù)停瑴狭骱瓦吔缧?yīng)嚴重，為解決這些問題，人們開發(fā)了板式塔，但 是板式塔的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造和安裝精度要求高，因而人們又加緊了對填料塔放大技術(shù)的攻關(guān)，在解決了氣液分布等問題后，大型裝置又開始使用填料塔。 采用規(guī)整填料為塔內(nèi)件的 3+1 塔精餾工 藝，其特點是： 精甲醇產(chǎn)品的質(zhì)量好，甲醇回收率高； 能耗低。如有氮的存在，還發(fā)現(xiàn)有易揮發(fā)的胺類。 由于輕餾分、重組分和乙醇在經(jīng)過預(yù)精餾塔精餾后，含量較小，所以在后面的三個塔計算過程中均用甲醇 水雙組分精餾。 決定粗甲醇質(zhì)量的主要因素?zé)o疑是催化劑，銅系催化劑的選擇性顯然處于優(yōu)越的地位，反應(yīng)溫度也低，副反應(yīng)少，因此制得的粗甲醇含雜質(zhì)較少。目前工業(yè)上對粗甲醇進行精制常用的物理方法就是精餾。 甲醇精餾是甲醇合成的下游工序，其目的就是對合成裝置來的粗甲醇進行 精制，將甲醇中的雜質(zhì)進行脫除，以生產(chǎn)符合標準的優(yōu)等級精甲醇產(chǎn)品 。即： 21VV?? 式中： ? 為相 對揮發(fā)度。常壓下甲醇的沸點為 ℃ ， 輕組分雜質(zhì)是指其沸點低于 ℃ 的蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 組分，而重組分雜質(zhì)是指沸點高于 ℃ 的組分。 拉烏爾定律是指：在一定溫度下的平衡理想溶液（假設(shè)兩種液體可以任何比例相互溶解、互溶無體積效應(yīng)和熱效應(yīng)）體系中，溶液表面上方的蒸汽中任一組分的分壓，等于此純組分在此溫度下的飽和蒸汽壓乘以其在溶液中的摩爾分數(shù)，可用如下式子表示： iii XPP ?? * 式中： iP 氣相中組分 i 的分壓； *iP 此溫度下純組分 i 的飽和蒸汽壓； iX 組分 i 在理想溶液中的摩爾濃度， %。 精餾是多次簡單蒸餾的組合。經(jīng)過在精餾塔內(nèi)反復(fù)多次連續(xù)地進行這種熱質(zhì)傳遞，最終實現(xiàn)關(guān)鍵輕組分在塔頂高濃度集聚、重組分在塔底高濃度集聚的分離過程。 回流比是影響精餾塔分離效果的主要因素，生產(chǎn)中經(jīng)常用改變回流比來調(diào)節(jié)、控制產(chǎn)品的質(zhì)量。VL 變小，該段的傳質(zhì)推動力增加，因此在一定的提餾段理論板數(shù)下，釜殘液組成變 小。 應(yīng)指出，在采出率 FD 一定的條件下，若以增大 R 來提高 Dx ，則有以下限制： ① 受精餾塔理論板數(shù)的限制，因為對一定的板數(shù)，即使 R 增到無窮 大（全回流）， Dx 有一最大極限值； ② 受全塔物料平衡的限制，其極限值為 DFxx FD ? 在實際生產(chǎn)中，加入精餾塔中的原料液可能有五種熱狀況： ① 溫度低于泡點的冷液體； ② 泡點下的飽和液體； ③ 溫度介于泡點和露點之間的氣液混合物； ④ 露點下的飽和蒸汽； ⑤ 溫度高于露點的過熱蒸汽。如進料狀況改變而進料位置不變，必然引起餾出液和釜殘液組成的蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 變化。 在一定的壓強下，混合物的泡點和露點都取決于混合物的組成，因此可以用容易測量的溫度來預(yù)示塔內(nèi)組成的變化?？梢妼Ω呒兌确蛛x時，一般不能用測量塔頂溫度來控制塔頂組成。常溫常壓下，純甲醇是無色透明的、易流動、易揮發(fā)的可燃液體，具有與乙醇相似的 氣味。℃ ） (25℃ 氣體 ) 粘 度 Pa 甲醇的沸點和蒸汽壓 甲醇的沸點隨壓力變化如表 15 所示。在任何情況下，混合物的粘度都比純甲醇的粘度大，見表 17 所示。 為了防止粗甲醇中的酸性物質(zhì)對管道和設(shè)備造成腐蝕，向粗甲醇中加入少量 5%左右的 NaOH 溶液，將粗甲醇的 PH 值控制在 ~8 左右。 常壓精餾塔塔底釜液經(jīng) 常壓精餾塔再沸器 E106 加熱后一部分氣體 進入加壓精餾塔塔頂繼續(xù)精餾。塔中部回收處含有微量甲醇的雜醇，經(jīng)雜醇油冷卻器冷卻后排入雜醇槽后期再做回收精餾。摩爾分率單位： %，由于輕餾分的平均分子沒法確定，因此通過對其它組分的摩爾分率計算推出輕餾分的摩爾分率。對于填料塔而言，塔頂空間即為第一層填料上線到塔頂切線的距離。 因填料分三段，則需兩組液體分布器，確定液體分布器在塔內(nèi)高度為 ，第二組高度為 ，其高度為 +=。 裙式支座是由座圈、基礎(chǔ)環(huán)和地腳螺栓座組成。 h 的最小尺寸是由釜液出口管尺寸決定， H 則應(yīng)按工藝條件確定。摩爾分率單位： % 蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 20 頁 進料的摩爾流量 MwF s?=甲醇的摩爾分率 Fx =（（ 87） /32） /= D=根據(jù)物料衡算方程 WDF ?? WDF xWxDxF ????? 計算出 = Dx + Dx? = 進料溫度 Ft （ 1000kPa） ?Ft ℃ ，取泡點進料 q=1 塔頂溫度為 ?Dt ℃ 在 ?Ft ℃ 溫度下，根據(jù)安托因公式計算出甲醇和水的飽和蒸汽壓，注：水的安托因常數(shù)為 A=， B=， C=。 代入數(shù)據(jù)得，甲醇的飽和蒸汽壓 ?AP = kpa. 回流比確定 由甲醇 水的平衡數(shù)