【正文】 ent diagrams and equipment layout. Key words: methanol distillation, atmospheric distillation, ASPEN simulation, flowsheet 目錄摘要 I目錄 III第一章 文獻(xiàn)綜述 1 甲醇生產(chǎn)工藝進(jìn)展及國內(nèi)發(fā)展前景 1 1 4 甲醇的安全性、 4 甲醇的生產(chǎn)工藝 5 5 6 9 13 三塔精餾系統(tǒng)的優(yōu)點 13 14 本課題來源及思路 15第二章 物料衡算 17 17 物料衡算 17 預(yù)塔物料衡算 18 加壓塔的物料衡算 19 常壓塔物料衡算 21 回收塔物料衡算 22第三章 常壓塔工藝設(shè)計計算 26 物料處理量 26 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率 2塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量 26 回流比及塔板數(shù)的確定 26 求最小回流比及操作回流比。對甲醇精餾工段全流程進(jìn)行物料衡算,著重分析常壓精餾塔的工藝設(shè)計。熟悉甲醇精餾工藝流程、技術(shù)設(shè)備等。最后繪制出工藝流程圖、帶控制點的物料流程圖、設(shè)備圖和設(shè)備布置圖。在基礎(chǔ)有機(jī)化工原料中，甲醇消費量僅次于乙烯、丙烯和苯。如何進(jìn)一步節(jié)能降耗和提高產(chǎn)品質(zhì)量越來越引起人們的關(guān)注。甲醇的密度、粘度和表面張力隨溫度改變?nèi)绫?2所示。它易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其他物質(zhì)，因此，只有用特殊的方法才能制得完全無水的甲醇。表13 甲醇的沸點Table 13 Boiling point of methanol壓力mmHg1102040100200400760溫度℃壓力atm25102030405060溫度℃84 1mmHg= 1at=104Pa甲醇可以任意比例同多種有機(jī)化合物互溶，迄今己發(fā)現(xiàn)與甲醇一起生成共沸混合物的物質(zhì)有100種以上。甲醇通過ZSM5分子篩催化劑轉(zhuǎn)化為汽油已經(jīng)工業(yè)化為固體燃料轉(zhuǎn)化為液體燃料開辟了捷徑。甲醇化工的新領(lǐng)域不斷地被開發(fā)出來其廣度和深度正在發(fā)生深刻的化。20世紀(jì)80年代以來，甲醇用于生產(chǎn)汽油辛烷值添加劑甲基叔丁基醚，甲醇汽油，甲醇燃料以及甲醇蛋白等產(chǎn)品，大大促進(jìn)了甲醇生產(chǎn)的發(fā)展和市場需要。急性中毒癥狀有：頭疼、惡心、胃痛、疲倦、視力模糊以至失明，繼而呼吸困難，最終導(dǎo)致呼吸中樞麻痹而死亡。其原理是，甲醇本身無毒，而代謝產(chǎn)物有毒，因此可以通過抑制代謝的方法來解毒。甲醇也容易引發(fā)大火。 甲醇的生產(chǎn)工藝可以制取甲醇的主要方法：由碳的氧化物與氫合成碳的氧化物與氫合成甲醇的反應(yīng)式如下：CO+2H2CH30H (11)C02+3H2CH30H+H20 (12)以上反應(yīng)是在銅系催化劑或鋅鉻催化劑存在下，～105(50～300atm)，溫度240～400℃下進(jìn)行的。碳的氧化物與氫合成甲醇的生產(chǎn)過程，不論采用怎樣的原料和技術(shù)路線。％以下(乙醇除外)，如此純度的要求在工業(yè)有機(jī)產(chǎn)品中是比較嚴(yán)格的。當(dāng)前甲醇合成多采用銅系催化劑的中、低壓法(國內(nèi)高壓法也改用了銅系催化劑)，由于反應(yīng)溫度低減少了副反應(yīng)，因此降低了粗甲醇的雜質(zhì)含量，為精餾過程創(chuàng)造了有利條件。℃）℃≥高錳酸鉀，min≤5020—水溶性試驗澄清澄清—水分含量，%≤—游離酸（以HCOOH計）ppm≤153050游離堿（以NH3計）ppm≤2815羰基化合物（以HCH計）ppm≤2050100蒸發(fā)殘渣，ppm≤103050氣味無特殊異臭味無特殊異臭味—乙醇含量，%≤——表16 國外甲醇產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)Table 16 International methanol of methanol product指標(biāo)美國ASTM美國US Federal AA日本三菱特級前蘇聯(lián)TOTC高級相對密度D2020~餾程（，760mmHg）沸程—蒸餾量%純度%—酸度%醛酮%高錳酸鉀值min503060100水分%不揮發(fā)物%—乙醇含量%—其中：美國US．Federal AA標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為國內(nèi)各大甲醇生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)引進(jìn)的碳基合成法生產(chǎn)醋酸裝置已投產(chǎn)，自然要求產(chǎn)品為含低乙醇的精甲醇。甲醇生產(chǎn)最終工序精餾的能耗要占總能耗的10％～20％，不容忽視。另外，在粗甲醇精餾過程中、在保證甲醇質(zhì)量的前提下，提高甲醇的收率。用到的塔板型式一般有多種，如浮閥塔板塔、固閥塔、垂直篩板塔等等。甲醇是許多有機(jī)產(chǎn)品的基本原料和重要的溶劑，廣泛用于有機(jī)合成，染料，醫(yī)藥，涂料和國防等工業(yè)。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。甲醇精餾過程的物耗與粗甲醇質(zhì)量關(guān)系很大，隨著甲醇合成條件改進(jìn)，甲醇精餾工藝出現(xiàn)了較大變化。三塔、四塔流程都是在雙塔流程基礎(chǔ)上改進(jìn)的，其共同點都是首先分離出輕組分，然后再分離出水和高沸物。粗甲醇由塔中部加料口送入，輕組分由塔頂排出，高沸點的重組分在進(jìn)料板以下若干塔板處引出，水從塔底排出，產(chǎn)品甲醇在塔頂以下若干塊塔板引出。雙塔精餾工藝流程(見圖13)，該流程為我國采用較廣的一種精餾流程。106～ 106kJ，這要視粗甲醇質(zhì)量、裝置狀況和產(chǎn)品要求而定。105 kJ，即消耗兩噸以上的蒸汽，因此降低能耗是十分必要的。從加壓塔、常壓塔頂部(或上部側(cè)線)采出的精甲醇，經(jīng)冷卻器降溫后進(jìn)入精甲醇貯槽。甲醇經(jīng)換熱后進(jìn)入預(yù)精餾塔，脫除輕組分后( 主為不凝氣、二甲醚等)，塔底甲醇及高沸點組分加后進(jìn)入加壓精餾塔；加壓精餾塔頂?shù)臍庀噙M(jìn)入冷凝蒸發(fā)器，利用加壓精餾塔和常壓精餾塔塔頂、塔底的溫差，為常壓塔塔底提供熱源，同時對加壓塔塔氣相冷凝。通常年產(chǎn)4萬噸以下( 包括4萬 噸 ) 的甲醇裝置選擇二塔流程，年產(chǎn)4萬噸以上的采用三塔流程。三塔流程 比二塔流程復(fù)雜，投資大，操作難度大，但突出的優(yōu)點是能耗小，操作費用低。 2) 節(jié)能降耗 蒸汽和循環(huán)水消耗低主要在于：(1)兩塔精餾預(yù)塔再沸器、主塔再沸器和預(yù)塔預(yù)熱器均需蒸汽提熱源；三塔精餾的常壓塔再沸器( 主塔再沸器) 的熱源不再是蒸汽，而是用來自加壓塔頂121℃甲醇飽蒸氣經(jīng)液化放出的潛熱供常壓塔。如果將三個平衡作為精餾操作的基礎(chǔ)，溫度的控制視為維持平衡的主要信號，那么，除了設(shè)備問題以外，經(jīng)常影響精餾操作的主要因素，是進(jìn)料狀況(組成、流量、狀態(tài)等)、回流比(包括熱負(fù)荷)和物料的采出量。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。對粗甲醇精餾，回流比過大或過小，都會影響精餾操作的經(jīng)濟(jì)性和精甲醇的質(zhì)量，一般在正常生產(chǎn)條件受到破壞或產(chǎn)品不合格時，才調(diào)節(jié)回流比；調(diào)節(jié)后盡可能保持塔釜的加熱量穩(wěn)定，使回流比穩(wěn)定。隨著進(jìn)料量的調(diào)節(jié)，各層塔板上的氣液組成重新分配，可以控制一定的靈敏板溫度與之相適應(yīng)。這時，在回流比仍屬適宜的情況下，只需對精甲醇的采出量稍作調(diào)節(jié)，就可達(dá)到塔溫穩(wěn)定，物料和氣液又趨平衡；如果粗甲醇的組分變化較大時，則需適當(dāng)改變其進(jìn)料板的位置，或是改變回流比，才保證粗甲醇的分離效率。美國、西歐、亞洲甲醇供不應(yīng)求，主要依賴進(jìn)口解決。2) 利用所建立的單元操作模型，對不同的甲醇精制系統(tǒng)做詳細(xì)的分析，用模擬軟件進(jìn)行模擬，考察不同的工藝流程的特點以及分離效果和能耗指標(biāo)。H2O合計100注：精餾工段產(chǎn)品為精甲醇，%(重量百分含量)。水的摩爾質(zhì)量 MH2O=18 kg/mol。采用作圖法求最小回流比。為利于出塔氣體夾帶的液滴沉降，其高度應(yīng)大于板間距，設(shè)計中通常取塔頂間距為（~）HT。3）人孔對于D1000mm的板式塔，為安裝、檢修的需要，一般每隔6~8層塔板設(shè)一人孔。HD ——塔頂空間高度，m；HB ——塔底空間高度，m；H1 ——封頭高度，m；H2 ——裙座高度，m；H=（23－1－3－1）++++++= m 塔板主要工藝尺寸的計算 溢流裝置計算因塔徑D=，可選用雙溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。 漏液漏液點氣速=實際孔速 穩(wěn)定系數(shù)為 故本設(shè)計中無明顯漏液。由圖可看出，該篩板的操作上限為液泛控制，下限為漏液控制。通道管尺寸見表2引出管公稱直徑dN20253240507080100125150200250通道管規(guī)格無縫鋼管1334219627383258卷焊管內(nèi)徑200250300350400 進(jìn)氣管進(jìn)氣管的裝配位置由工藝條件確定。圖（a）和（b）是2側(cè)進(jìn)氣管結(jié)構(gòu)，出口處設(shè)置斜切口或擋板結(jié)構(gòu)是為改善氣體分布。 圖2 通道管 圖 3 常用進(jìn)氣管結(jié)構(gòu) 圖 4 切向進(jìn)氣管結(jié)構(gòu)當(dāng)進(jìn)塔物料為氣液混合物時，為了使物料經(jīng)過氣液分離后，再參與化工過程，一般可采用切向進(jìn)氣管結(jié)構(gòu)，如圖4所示，即為一塔內(nèi)裝有氣液分離擋板的切向進(jìn)氣管。F=12t/h=, =則體積流量 管內(nèi)流速則管徑取進(jìn)料管規(guī)格Φ45 則管內(nèi)徑d=39mm進(jìn)料管實際流速(2)回流管采用直管回流管，回流管的回流量塔頂液相平均摩爾質(zhì)量,平均密度則液體流量取管內(nèi)流速則回流管直徑可取回流管規(guī)格Φ32 則管內(nèi)直徑d=27mm回流管內(nèi)實際流速(3)塔頂蒸汽接管塔頂蒸汽密度塔頂汽相平均摩爾質(zhì)量則整齊體積流量：取管內(nèi)蒸汽流速則可取回流管規(guī)格Φ2197 則實際管徑d=205mm塔頂蒸汽接管實際流速(4)釜液排出管塔底w=平均摩爾質(zhì)量體積流量：取管內(nèi)流速則可取回流管規(guī)格Φ38 則實際管徑d=33mm塔頂蒸汽接管實際流速(5)塔釜進(jìn)氣管V′= 相平均摩爾質(zhì)量塔釜蒸汽密度塔釜汽相平均摩爾質(zhì)量則塔釜蒸汽體積流量：取管內(nèi)蒸汽流速則可取回流管規(guī)格Φ20010 則實際管徑d=180mm塔頂蒸汽接管實際流速(6)法蘭 由于常壓操作，所有法蘭均采用標(biāo)準(zhǔn)管法蘭，平焊法蘭，由不同的公稱直徑，選用相應(yīng)法蘭。并且使我對所學(xué)習(xí)的有關(guān)化學(xué)工程技術(shù)方面的知識有了進(jìn)一步的理解，對化學(xué)工程設(shè)計的各個環(huán)節(jié)有了更加深入的認(rèn)識。在設(shè)計過程中需要寫有關(guān)甲醇精餾的英文翻譯、文獻(xiàn)的查閱整理、CAD繪制相關(guān)工藝流程圖、設(shè)備圖、設(shè)備布置圖等以及應(yīng)用軟件模擬流程的物料衡算。致 謝本次畢業(yè)設(shè)計是在陳老師悉心指導(dǎo)下完成的。和我同組的同學(xué)劉凱、劉麗、陳猛和趙宏哲對我?guī)椭埠艽?，在此一并表示感謝！最后感謝大學(xué)四年來對我有過幫助和教育所有的老師，是他們讓我掌握了扎實的