【正文】 ................................ 31 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 ..................................................... 32 塔徑的計(jì)算 ......................................................................................... 32 精餾塔有效高 度計(jì)算 ......................................................................... 33 塔高的計(jì)算 ......................................................................................... 33 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 ......................................................... 34 溢流裝置計(jì)算 ..................................................................................... 34 30萬噸 /年甲醇精餾工段的初步設(shè)計(jì) —— 常壓精餾塔 工藝設(shè)計(jì)及分析 V 塔板布置 ............................................................................................. 36 篩板的流動(dòng)力學(xué)驗(yàn)算 ................................................................. 37 塔板壓降 ............................................................................................. 37 液沫夾帶 ............................................................................................. 37 漏液 ..................................................................................................... 38 液泛 ..................................................................................................... 38 塔板負(fù)荷性能圖 ......................................................................... 39 漏液線 ................................................................................................. 39 液沫夾帶線 ......................................................................................... 39 液相負(fù)荷下限線 ................................................................................. 40 液相負(fù)荷上限線 ................................................................................. 40 液泛線 ................................................................................................. 40 塔設(shè)備附件 —— 接管 ................................................................. 43 進(jìn)料管 ................................................................................................. 44 出料管 ................................................................................................. 44 進(jìn)氣管 ................................................................................................. 44 接管計(jì)算 ............................................................................................. 45 第四章 圖紙 ........................................................................................... 49 甲醇精餾工段的物料流程圖 ..................................................... 49 常壓塔的控制流程 圖 ................................................................. 49 常壓塔的設(shè)備圖 ......................................................................... 49 平面的設(shè)備布置圖 ........................................................... 49 VI 總結(jié) ........................................................................................................... 50 致 謝 ....................................................................................................... 51 參考文獻(xiàn) ................................................................................................... 52 30萬噸 /年甲醇精餾工段的初步設(shè)計(jì) —— 常壓精餾塔 工藝設(shè)計(jì)及分析 1 第一章 文獻(xiàn)綜述 甲醇 (CH3OH，英文名稱 Methanol)是最簡單的飽和脂肪醇。甲醇作為最主要的基本有機(jī)化工原料之一和替代能源的一部分，在當(dāng)前全球化工產(chǎn)品市場上起著舉足輕重的作用。常溫常壓下，純甲 醇是無色透明的、易流動(dòng)的、易揮發(fā)的可燃液體，具有與乙醇相似的氣味。工業(yè)生產(chǎn)的粗甲醇都含有一定量的有機(jī)雜質(zhì)，其一般比電導(dǎo)率為 1 106～7 107。 表 11 甲醇的一般性質(zhì) Table11 Commonly property of methanol 2 性質(zhì) 數(shù)據(jù) 性質(zhì) 數(shù)據(jù) 密度 ／ ml(℃ ) 導(dǎo)熱系數(shù) 103J/（ ， K） 相對密度 (d20)4 表面張力 （ ）（ 20℃） 沸點(diǎn) ℃～ ℃ 熔點(diǎn) 一 ℃ 折射率 （ 20℃） 閃點(diǎn) 16℃ (開口容器 )～ 12℃ (閉口容器 ) 蒸發(fā)潛熱 （ ℃） 自燃點(diǎn) 473℃ (空氣中 )～ 461℃ (氧氣中 ) 熔融熱 臨界溫度 240℃ 燃燒熱 （ 25℃液體） 106Pa() 臨界體積 ／ mol 生成熱 （ 25℃液體） （ 25℃氣體） 熱容 ～ (g.℃ )(20(2～ 25℃ 液體 )， 45J(mol.℃ )(25℃氣體 ) 蒸汽壓 104Pa（ ）（ 20℃ ） 膨脹系數(shù) （ 20℃） 粘度 （ ）（ 20℃） 腐蝕性 常溫?zé)o腐蝕性（鉛，鋁例外） 臨界壓縮系數(shù) 爆炸性 ~%（ Vol）（在空氣中爆炸范圍） 表 12 溫度對性質(zhì)的影響 Table 12 The effect of temperature on property 溫度℃ 0 10 20 30 40 50 60 密度 g/cm3 粘度 cP 表面張力dyn/cm 1Cp=106Pa 甲醇具有上述多種重要的物理化學(xué)性質(zhì)，使它在許多工業(yè)部門得到廣泛的用途，特別是由于能源結(jié)構(gòu)的改變，和碳一化學(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。又如甲醇可以裂解制烯烴。主要應(yīng)用于精細(xì)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(jī)產(chǎn)品，也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的重要原料之一。甲醇的致命劑量大約是 70 毫升。甲醇攝入量超過 4 克就會(huì)出現(xiàn)中毒反應(yīng)，誤服一小杯超過 10 克就能造成雙目失明，飲入量大造成死亡。因此，甲醇中毒者，可以通過飲用烈性酒（酒精度通常在 60 度以上）的方式來緩解甲醇代謝，進(jìn)而使之排出體外。小火用二氧化碳、干粉、 121抗溶泡沫、霧狀水滅火，以使用大量水滅火效果較好。但兩種反應(yīng)都生成甲醇，工業(yè)生產(chǎn)過程中，一氧化 碳和二氧化碳的比例要視具體工藝條件而定。用精餾的方法除去粗甲醇中的 雜質(zhì)，可以制取達(dá)到一定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的精甲醇，其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求視其用途不同有些差異。 1) 生產(chǎn)中進(jìn)一步要求提高質(zhì)量 眾所周知，提高甲醇質(zhì)量不僅要優(yōu)化精餾過程，更與租甲醇的質(zhì)量相關(guān)，而粗甲醇中含有雜質(zhì)的種類和甲醇質(zhì)量，又 與原料結(jié)構(gòu)、合成氣的組成和合成條件(壓力、溫度、催化劑等 )，甚至設(shè)備的材質(zhì)有關(guān)。過去，工業(yè)上慣用的雙塔精餾流程，可使精甲醇中的絕大部份有機(jī)雜質(zhì)降至數(shù)個(gè) ppm，滿足了下游產(chǎn)品的要求。如碳基法合成醋酸，是當(dāng)前世界上最先進(jìn)的醋酸工藝，其主要原料為甲醇和一氧化碳。 2) 節(jié)能降耗 甲醇是一個(gè)高能耗產(chǎn)品，與其姊妹工藝產(chǎn)品氨相似；近年來在原料氣制備，凈化、合成工藝及設(shè)備、控制等諸多方面技術(shù)進(jìn)步很快，使產(chǎn)品能耗不斷下降，顯著提高了能源利用效 率。精餾工藝是石油、化工工業(yè)中耗能大的單元操作之一，一直是被密切關(guān)注的重要節(jié)能課題。工業(yè)上探尋的正是解決這一矛盾，要求精餾工序既節(jié)能降耗，又提高產(chǎn)品質(zhì)量，以滿足甲醇產(chǎn)品多種用途的要求。 隨著甲醇生產(chǎn)的大型化，甲醇精餾塔也是越來越 大，近 20 年國內(nèi)規(guī)整填料作為分離部件在中、低壓操作系統(tǒng)上大量采用，國內(nèi)大型甲醇 (10 萬噸以上 )新上項(xiàng)目大多采用填料為主要的分離部件，另外國內(nèi)需要擴(kuò)產(chǎn)改造的甲醇項(xiàng)目也很多，應(yīng)用填料塔技術(shù)對現(xiàn)有的板式塔甲醇精餾系統(tǒng)進(jìn)行改造也屢見不鮮。 (1) 工藝過程概述 常規(guī)甲醇精制流程可 以分為兩大部分，第一部分是預(yù)精餾部分，另一部分是主精餾部分。 (2) 典型工藝流程 10 甲醇精餾生產(chǎn)工藝有多種，分為單塔精餾，雙塔精餾，三塔精餾與四塔精餾(即三塔加回收塔 )。另外， ICI世紀(jì) 8 0 年代末為節(jié)省能耗，還將雙塔流程改為四塔流程。下面是對單塔、雙塔流程和三塔流程。目前國內(nèi)全部甲醇生產(chǎn)裝置 (包括高、中、低壓法 )均采用銅系催化劑，提高了粗甲醇質(zhì)量，同時(shí)也簡化了精餾工藝。多年來生產(chǎn)實(shí)踐證明，雙塔精餾流程簡單、操作方便和運(yùn)行穩(wěn)定。國外粗甲醇精餾是根據(jù)甲醇用途而定的，雙塔常壓精餾工藝亦用得較為普遍。三塔流程由甲醇預(yù)塔、甲醇加壓塔、甲醇常壓塔組成。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?，所以三塔精餾既節(jié)約蒸汽，又節(jié)省冷卻水。 工藝流程的選擇 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。三塔流程實(shí)際上是將二塔流程中的主精餾塔分成了加壓塔和常壓塔。本設(shè) 計(jì)甲醇的年生產(chǎn)能力是 30 萬噸 ，選用了三塔流程 。因此蒸汽消耗低，隨之循環(huán)水用量減少。下面仍討論主精餾塔有關(guān)精餾操作的幾個(gè)重要操作因素。 2) 回流比 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。其調(diào)節(jié)的依據(jù)是根據(jù)塔的負(fù)荷和精甲醇的質(zhì)量。 30萬噸 /年甲醇精餾工段的初步設(shè)計(jì) —— 常壓精餾塔 工藝設(shè)計(jì)及分析 15 當(dāng)改變回流比時(shí)，由于操作的變動(dòng)，必然特引起塔內(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(huì)有些小幅度波動(dòng)。 如前所述，對粗甲醇精餾塔的