【正文】 途，特別是由于能源結(jié)構(gòu)的改變，和C化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，甲醇的許多重要的工業(yè)用途正在研究開發(fā)中。 甲醇的簡介純甲醇為無色透明略帶乙醇?xì)馕兜囊讚]發(fā)液體，沸點(diǎn)65℃，℃。另外，ICI公司上世紀(jì)80年代末為節(jié)省能耗，還將雙塔流程改為四塔流程。精餾主要是除去易揮發(fā)組分，如二甲醚、以及難以揮發(fā)的組分、高級醇、水等[1]。由于本人水平有限，文章中有不妥之處還望老師批評指正。因此，對甲醇精餾工藝作系統(tǒng)的研究對于甲醇精餾系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)、通過設(shè)備改造和調(diào)整工藝來降低甲醇精餾的能耗、提高甲醇產(chǎn)品質(zhì)量和收率有突出的現(xiàn)實(shí)意義。要研究和開發(fā)一種新工藝，傳統(tǒng)的方法是先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，再經(jīng)過小試、中試、工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)等等逐級放大的過程，周期長，投資大。甲醇的產(chǎn)品質(zhì)量、能耗指標(biāo)是甲醇精餾系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。換熱器是化工生產(chǎn)中重要的通用熱工設(shè)備之一，管殼式換熱器以其結(jié)構(gòu)簡單、牢固、操作彈性大等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。 本文的研究對象是四塔甲醇精餾工藝，與傳統(tǒng)工藝相比新工藝能夠節(jié)約能量，節(jié)約軟水；但是同時(shí)新工藝增加了系統(tǒng)的藕合程度，加強(qiáng)了塔之間的關(guān)聯(lián)性，提高了系統(tǒng)對于進(jìn)料波動的響應(yīng)的復(fù)雜性，給控制帶來了很大的難題。甲醇精餾工藝對整個(gè)甲醇生產(chǎn)流程的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質(zhì)量、能源消耗與原料消耗、環(huán)境保護(hù)都有重大影響。應(yīng)用流程模擬軟件，對工藝流程進(jìn)行模擬，則很容易實(shí)現(xiàn)對流程的考察，可以改進(jìn)工藝流程布置，優(yōu)化工藝操作參數(shù)，只要選擇的模型及熱力學(xué)方法適當(dāng)，模擬結(jié)果是相當(dāng)可靠的，可以用來指導(dǎo)生產(chǎn)，或者為裝置改造以及新裝置的設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)本文通過查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)和實(shí)際生產(chǎn)中的工藝資料，利用流程模擬軟件，使用專有的物性熱力學(xué)包模擬計(jì)算了四塔甲醇精餾工藝流程，并和實(shí)際的工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比，同時(shí)對常規(guī)甲醇精餾工藝的不同流程的設(shè)計(jì)參數(shù)和操作參數(shù)進(jìn)行了總結(jié)和分析，提出了甲醇精餾系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)原則和設(shè)備設(shè)計(jì)原則。第一章 文獻(xiàn)綜述粗甲醇中含有多種有機(jī)雜質(zhì)和水分，需要精制。在確定粗甲醇精餾的工藝流程時(shí)，應(yīng)對生產(chǎn)過程中能耗、自動化程度、精甲醇質(zhì)量要求等進(jìn)行綜合考慮，合理選擇適當(dāng)?shù)木s方法。因此，對甲醇精餾工藝作系統(tǒng)的研究對于甲醇精餾系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)、通過設(shè)備改造和調(diào)整工藝來降低甲醇精餾的能耗、提高甲醇產(chǎn)品質(zhì)量和收率有突出的現(xiàn)實(shí)意義。甲醇能和水以任意比互溶，但不形成共沸物，能和多數(shù)常用的有機(jī)溶劑(乙醇、乙醚、丙酮、苯等)混溶，并形成恒沸混合物。例如甲醇可以裂解制氫，用于燃料電池，日益引人注目。這對石油化工原料的多樣化，面對石油資源日漸枯竭對能源結(jié)構(gòu)的改變，具有重要意義。其底部的出料被加到主塔的中間入料板上，主塔頂部出粗甲醇，底部出廢液，下部側(cè)線出雜醇[3]。粗甲醇塔中部加料口送入，輕組分由塔頂排出，高沸點(diǎn)的重組分在進(jìn)料板以下若塔板處引出，水從塔底排出，產(chǎn)品甲醇在塔頂以下若干塊塔板引出。主精餾塔操作壓力稍高于預(yù)精餾塔，但也可以認(rèn)為是常壓操作，塔頂?shù)玫骄状籍a(chǎn)品，塔底含微量甲醇及其它重組分的水送往水處理系統(tǒng)（）。三塔流程（）的主要特點(diǎn)是，加壓塔塔頂冷凝潛熱用作常壓塔塔釜再沸器的熱源，這樣既節(jié)省加熱蒸汽，還節(jié)省冷卻水，達(dá)到節(jié)能的目的。 甲醇精餾工藝的四塔流程 影響精餾操作的因素與調(diào)節(jié)（1）進(jìn)料狀態(tài)[7]精餾塔的進(jìn)料(含水甲醇):當(dāng)進(jìn)料狀況發(fā)生變化(回流比、塔頂精餾產(chǎn)物的組成固定)時(shí)，這直接影響到提餾段回流量的改變，進(jìn)料板的位置也隨著改變，將引起理論板數(shù)和精餾段、提餾段塔板數(shù)分配的改變。一般情況下，～2倍。反之，則增大回流比，在照顧精甲醇質(zhì)量的同時(shí)，為保持塔釜溫度，靈敏板溫度可控制略高。當(dāng)改變回流比時(shí)，由于操作的變動，必然會引起塔內(nèi)每層板上濃度(組成)和溫度的改變，影響甲醇的質(zhì)量和甲醇的收率，必須通過調(diào)節(jié)，控制塔內(nèi)適宜的溫度，達(dá)到新的平衡，在粗甲醇含量和產(chǎn)量確定的條件下，甲醇精餾系統(tǒng)正確的設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。但是預(yù)精餾后的含水甲醇中，甲醇濃度總會有些小幅度波動。當(dāng)合成催化劑后期生產(chǎn)的粗甲醇進(jìn)行蒸餾時(shí)，有時(shí)為確保精甲醇的質(zhì)量，以保證精餾塔進(jìn)料位置降低，同時(shí)適當(dāng)加大回流比。第二章 甲醇精餾工段物料衡算 甲醇精餾原理甲醇精餾的目的，是實(shí)現(xiàn)甲醇與水及有機(jī)物等雜質(zhì)的分離，生產(chǎn)出合格的精甲醇產(chǎn)品。二氧化碳、醚類、胺類等低沸物可隨不凝氣一起放空。 加堿對甲醇精餾的改善利用NaOH處理在精餾過程中難以分離的雜質(zhì)，例如粗甲醇中的酸類、酯類等，使其生成較容易被脫出的鹽。加堿處理使得一些難分離的雜質(zhì)，在預(yù)精餾塔分解[15]。這類物質(zhì)的沸點(diǎn)較高，且易與甲醇形成低于甲醇沸點(diǎn)的共沸物，主要集中在預(yù)塔塔頂而大量進(jìn)入二級冷凝器回流液。[16] 回流比的選擇回流比對精餾塔操作影響很大，直接關(guān)系著培內(nèi)各層扳上的物料濃度的改變和溫度的分布。為保持四塔精餾系統(tǒng)的穩(wěn)定操作、降低能耗并減少投資，應(yīng)選取：加壓塔回流比R1≥，常壓塔回流比R2≥2；兩塔負(fù)荷比Q1/Q2：－；并在保持穩(wěn)定生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量合格的基礎(chǔ)上，R1，R2選取得盡量小。塔頂易揮發(fā)組分回收率塔底難揮發(fā)組分回收率 甲醇精餾工段物料衡算以精甲醇年產(chǎn)40萬噸計(jì)， %，則每年所需粗甲醇總量為：400000/=428266t/y年工作日以330天計(jì)，則精甲醇每日、每小時(shí)產(chǎn)量為：400000/330=每日、每小時(shí)所需粗甲醇量為：428266/330=1）粗甲醇組成（1）甲醇含量：%（2）水含量：%（3）輕餾分含量：二甲醚 %（4）初餾分含量：%（5）高級烷烴：辛烷 %2） 預(yù)塔物料衡算(1)入料：①粗甲醇入料量：54047kg/h②堿液每噸精甲醇消耗92%的NaOH ，則消耗10%的堿液量： =則甲醇年消耗量：24330=2984t堿帶入的水量=（）=（相當(dāng)于加入的萃取水量）③粗甲醇含水量=54047=水量=粗甲醇含水量+堿液含水量=+=④輕餾分量=54047=227kg/h⑤初餾物=54047=⑥高級烷烴=54047=總?cè)肓狭?粗甲醇量+堿液量=54047+=（2）出料①甲醇：50505 kg/h②水量： kg/h③NaOH: kg/h④輕餾分：227kg/h⑤初餾物：⑥高級烷烴： kg/h其中：氣相 塔頂=輕餾分+高級烷烴=227 += kg/h液相 塔底=甲醇+水+初餾物+NaOH=50505+++=54388kg/h（3）預(yù)塔回流量脫醚塔回流量回流比一般R20,且考慮到節(jié)省能源的問題。[18]⑴流體平均溫度Tm和tmTm1＝（Ti＋To）/2＝（71＋49）/2＝60℃tm1＝（ti＋to）/2＝（25＋30）/2＝℃⑵平均溫度下的物性數(shù)據(jù) 表31 各組分物性數(shù)據(jù)物料項(xiàng)目單位數(shù)據(jù)物料項(xiàng)目單位數(shù)據(jù)水密度kg/m3994甲 醇密度 kg/m3760粘度pa?s粘度pa?s導(dǎo)熱系數(shù)W/(m?K)導(dǎo)熱系數(shù)W/(m?K)比熱容kJ/(kg?K)比熱容kJ/(kg?K)⑴熱負(fù)荷 = Q0 cp0 t0+Q0r =（7149）+= ⑵平均傳熱溫差39?！?W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)λ= 45W/(m?K)=== W/(m2=12=12℃?zhèn)鳠峁芘帕泻头殖谭椒ú捎媒M合排列法，取管心距t = ，則t = 25 = ≈ 32 mm橫過管束中心線的管數(shù)===26(根)殼體內(nèi)徑采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率η= ，則殼體內(nèi)徑為===圓整可取D = 800mm圓整后，換熱器殼體圓筒內(nèi)徑為D=800mm，殼體厚度選擇10mm。===取標(biāo)準(zhǔn)管徑為450mm筒體材料選擇為Q235A，單位長度的筒體重110kg/m,殼體總重為110()= ?！?D. 傳熱面積S===該換熱器的實(shí)際傳熱面積SPSp＝=（）(45226) =㎡該換熱器的面積裕度為：F=＝＝％傳熱面積裕度合適，該換熱器能完成生產(chǎn)任務(wù)。 確定折流擋板形狀和尺寸選擇折流擋板為有弓形缺口的圓形板，直徑為700mm,厚度為10mm。折流擋板數(shù)NB =L/h1=