【正文】 .......................... 9 加壓塔物料衡算 ............................................ 10 常壓塔物料衡算 ............................................ 11 粗甲醇中甲醇回收率 ........................................ 12 常壓精餾塔的能量衡算 ........................................ 12 第 3 章 常壓塔實際塔板數(shù)及塔徑設(shè)計 ..................... 16 常壓塔實際塔板數(shù)計算 ........................................ 16 常壓塔 理論 塔板數(shù)的計算 .................................... 16 常壓塔實際塔板數(shù)的計算 .................................... 18 塔高的計算 .................................................. 18 第 4 章 浮閥塔塔盤工藝設(shè)計 ............................. 20 塔高設(shè)計 .................................................... 20 溢流堰設(shè)計 .................................................. 20 降液管設(shè)計 .................................................. 21 塔板布置及浮閥數(shù)目與排列 .................................... 22 浮閥數(shù)目計算 .............................................. 22 浮閥數(shù)排列 ................................................ 23 塔板流體力學(xué)驗算及校核 ..................................... 23 氣相通過浮閥塔的壓降計算 .................................. 23 降液管液泛校核 ............................................ 24 液體在降液管內(nèi)停留時間 ................................... 25 霧沫夾帶量校核 ............................................ 25 塔板負(fù)荷性能 .............................................. 26 第 5 章 輔助設(shè)備的設(shè)計 ................................. 28 再沸器與貯罐的設(shè)計 .......................................... 28 接管設(shè)計 .................................................... 28 結(jié) 論 ............................................... 30 致 謝 ............................................... 31 參考文獻 ............................................. 32 I 年產(chǎn) 3 萬噸甲醇精餾工藝設(shè)計及研究 摘要： 甲醇是基本的有機化工原料， 是碳一化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟中占有重要地位。 通過對國內(nèi)外甲醇精餾的工藝發(fā)展的了解以及精餾工藝設(shè)計的 學(xué)習(xí)，設(shè)計出了合理的三塔工藝流程，選擇合適的操作條件，在此基礎(chǔ)進行了物料和熱量衡算，塔高、塔徑、塔板數(shù)以及塔內(nèi)件等塔設(shè)備的計算。 近年來甲醇生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展很快，其中節(jié)能降耗和如何提高產(chǎn)品質(zhì)量是被關(guān)注較多的兩個方面，應(yīng)用先進技術(shù)和高效的精餾裝置對提高裝置的經(jīng)濟性，降低甲醇成本和節(jié)能降耗有著重要的作用 [2]。如果用流程模擬軟件，對工藝流程進行模擬，則很容易實現(xiàn)對流程的考察，然后對工藝流程進行設(shè)計，確定工藝操作參數(shù)，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)計提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 2 第 1章 文獻綜述 研究背景 課題的提出 甲醇精餾是甲醇生產(chǎn)裝置的最后一道工序，其能耗約占甲醇生產(chǎn)總能耗 20%左右。精制過程包括精餾與化學(xué)處理。 課題的方法 (1)通過化工原理相關(guān)知識和國內(nèi)外參考文獻 對甲 醇三塔精餾工段進行初步設(shè)計，設(shè)計出合理的工藝流程，并選擇合適的工藝操作參數(shù)，對整個流程進行物料衡算和能量衡算； (2)進行塔高、塔徑、塔板數(shù)及其內(nèi)件的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計和計算以及校核，設(shè)計出一個可行的常壓精餾塔。 甲醇的簡介 甲醇的性質(zhì) 甲醇最早由木材和木質(zhì)素干餾制的 ， 故俗稱木醇，這是最簡單的飽和脂肪組醇類的代表物 。一般情況下 ， 甲醇中所含輕餾分雜質(zhì)主要有二甲謎、乙醛、丙酮等 ， 約占粗甲醇重量的 1%； 重餾分主要有水、異丁醇、異丁醚等約占粗甲醇重量的 4～5%[5]。 遇熱 、明火或氧化劑易燃燒 ，其蒸汽能形成爆性混合物，爆炸極限 ～ 35%(體積 )[1]。 甲醇是較好的人工合成蛋白的原料，蛋白轉(zhuǎn)化率較高、發(fā)酵速度快、無毒性、價格便宜。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，隨著技術(shù)的發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的改變，甲醇將開辟了更多新的用途。雖然目前世界甲醇市場已供大于求，而且新建裝置還將繼續(xù)建成投產(chǎn)，但是根據(jù)專家對汽車代用能源的預(yù)測，甲醇是必不可少的替代品之一；另外，甲醇下游產(chǎn)品的開發(fā)也會進一步促進甲醇工業(yè)的發(fā)展。 但我國甲醇工業(yè)目前還在一定程度上面臨著進口產(chǎn)品的沖擊，原因是國內(nèi)大部分裝置規(guī)模小、技術(shù)落后、能耗高、造成生產(chǎn)成本 4 高，無法與國外以天然氣為原料的大型或超大型甲醇裝置抗衡。我國的精餾技術(shù)也在逐年改進 ， 產(chǎn)品甲醇的質(zhì)量不斷提高 [9]。兩塔流程也稱常壓流程 ， 是使用最早、最多的技術(shù) 。在預(yù)塔中脫除輕餾分，主要是二甲醚。 該工藝具有流程簡單、運行穩(wěn)定、操作方便、一次投資少的特點，適合原料粗甲醇中二甲醚等輕組分和還原性雜質(zhì)量較低的粗甲醇加工 [12]。 5 甲醇的三塔雙效流程中 ， 預(yù)后甲醇入加壓塔 ， 此塔塔頂出汽不經(jīng)塔頂冷凝器 ， 而是直接入常壓塔底部作為其再沸器的熱源， 這樣既節(jié)省加熱蒸汽，還節(jié)省冷卻水，達到節(jié)能的目的 [13]。預(yù)精餾塔后的冷凝器采用一級冷凝，用以脫除二甲醚等低沸點的雜質(zhì)，控制冷凝器氣體出口溫度在一定范圍內(nèi)。如作為特殊需要，則再經(jīng)過常壓精餾塔的進一步提純。這樣在同等的生產(chǎn)條件下降低了主精餾塔的負(fù)荷，并且常壓塔利用加壓塔塔頂?shù)恼羝淠裏嶙鳛榧訜嵩矗匀s既節(jié)約蒸汽，又節(jié)省冷卻水 [15]。 (5)操作方面： 6 雙塔精餾具有流程簡單，運行穩(wěn)定的特點，在操作上較三塔精餾要方便簡單。 通過對精餾系統(tǒng)的研究優(yōu)化工藝參數(shù)，對 年產(chǎn) 3 萬噸甲醇精餾工藝進行設(shè)計。 加壓精餾系統(tǒng) 預(yù)精餾塔出來的預(yù)后甲醇，經(jīng)加壓精餾塔給料泵加壓后，進入加壓精餾塔的管程，被殼程介質(zhì)加熱到泡點后進入加壓精餾塔的下部，塔頂出來的甲醇蒸汽進入常壓塔的再沸器管程為其提供熱量，被管程的介質(zhì)冷凝后進入加壓精餾塔回流槽，回流槽中出來的冷凝液甲醇 ，部分經(jīng)加壓精餾塔回流泵加壓后進入加壓精餾塔頂作回流液，其余的甲醇液進入加壓精餾塔精甲醇冷卻器，被管程的循環(huán)冷卻水冷卻后，去精甲醇儲罐。 7 預(yù) 精 餾 塔 加 壓 精 餾 塔 常 壓 精 餾 塔 預(yù)塔頂出料 加壓塔頂出料 常壓塔頂出料 粗甲醇 堿液 水 預(yù)塔頂出料 加壓塔頂出料 常壓塔頂出料 圖 甲醇三塔精餾流程簡圖 甲醇三塔精餾 工藝流程操作控制 (1)預(yù)塔塔頂不凝氣溫度的控制 在三塔精餾流程中 ， 預(yù)塔的主要作用是脫除甲酸甲酯、二甲醚、丙酮等輕組分雜質(zhì)。 (2)預(yù)塔補水的操作 預(yù)塔補水是穩(wěn)定和提高精甲醇水溶性及穩(wěn)定性的一項重要操作手段。 (3)保證預(yù)塔足夠的回流量 為有效脫除輕組分雜質(zhì) ， 保證預(yù)塔足夠的回流量是非常必要的 ， 但回流量不能太大 ，否則會增加能耗。預(yù)塔冷凝器的回流溫度控制在 48～ 50℃ 。加壓塔塔頂?shù)膲毫σ趯崿F(xiàn)加壓塔和常壓塔熱量互用的前提下 ， 依據(jù)加壓塔塔頂蒸汽的露點恰好是常壓塔塔釜液體的泡點，保證操作過程中的操作費用較低下確定 。 (8)常壓塔塔頂壓力的控制 常壓塔塔頂壓力受兩塔采出比例和常壓塔冷凝冷卻器循環(huán)水量 (常壓塔回流溫度 ) 的影響。 以精甲醇年產(chǎn) 3 萬噸計，年工作日以 330 天計， 則精甲醇每日、每小時產(chǎn)量為： 30000/330=又粗甲醇中含甲醇 %， 則每日每小時所需粗甲醇量為： 預(yù)塔物料衡算 (1)入料量 ① 粗甲醇入料量： kg/h ② 堿液： 據(jù)資料，堿液濃度為 5%時，每噸粗甲醇消耗 kg 的 NaOH。 （ 1）進料量 :進料量為加壓塔塔底總出料量 kg/h （ 2）出料量 :塔頂甲醇 =1/399%=1250 kg/h 塔底甲醇 =()1%= kg/h 表 加壓塔與常壓塔物料平衡匯總 (kg/h) （ 3） 常壓塔回流量 取 R=，則回流量為 1250=7650 kg/h。 14 (2)冷卻劑的選擇 及用量計算 常用的冷卻劑是水和空氣。計算如下： Q 入 ＝ Q 產(chǎn)品精甲醇 +Q 回流液 =+ =10866455kJ/h， Q 出 = Q 精甲醇 (液 )+Q 回流液 =1250?40?+820xx0=954080kJ/h， Q 傳 =10866455?(15%)954080=， 則冷卻水的用量 2 3 7 6 51 8 3 6 9 0 5 2 ??? ）（水Gkg/h。 所以液體平均密度： ???? kg/m3 則液體負(fù)荷： 0 0 3 1 6 0 0 0 4 3 ???mLm3/s 16 第 3 章 常壓塔實際塔板數(shù)及塔徑設(shè)計 常壓塔實際塔板數(shù)計算 常壓塔理論板數(shù)的計算 (1)各組分的甲醇摩爾分?jǐn)?shù) 設(shè)加壓塔后甲醇的甲醇摩爾人率為 Xf， ? ?? ? 5 2 ) 2 5 0( 32/ 2 5 0 ???? ??fX 精甲醇中甲醇的摩爾分率 Xd， ???dX 殘液中甲醇的摩爾分率 Xw， 0 0 5 ???wX (2)精餾段和提餾段物的甲醇摩爾流量 )( 22????????OHOHff MXMXGF 回kmol/h 精餾段摩爾流量： ???????? wd wf XX XXFD 精kmol/h 提餾段摩爾流量： 0 0 5 9 5 2 9 ????????? wd wd XX XXFD 提kmol/h (3)平均揮發(fā)度： ? m 查得 124℃ 時，甲醇的飽和蒸汽壓： P*CH3OH= 水的飽和蒸汽壓： P*H2O= 108℃ 時，甲醇的飽和蒸汽壓： P*CH3OH= 水的飽和蒸汽壓： P*H2O= 由 ? =OHOHCHpP23** 得： 124℃ 時， α124=； 108℃ 時， α108=平均揮發(fā)度： 108124 ???? ??? m (4)最小理論塔板數(shù) Nmin 17 由 Xd=， Xw=，根椐芬斯克公式得： ) n ( 11)11l n (ln 1m i n ????????? w wddm X XXXN ? (5)最小回流 組分 進料組成 Xi， F 釜液組成 Xi， D ? i 水 甲醇 用恩德伍德公式計算最小回流比： ? ? 1, ???? mi mDii RX ??? (31) qXiFii ???? 1,??? (32)