【正文】 圖2 甲醇三塔工藝流程圖粗甲醇三塔精餾流程如圖2所示，其中第一塔為預(yù)精餾塔，第二塔為加壓塔，第三塔為常壓精餾塔。[11]圖1 甲醇雙塔工藝流程圖粗甲醇雙塔精餾流程如圖1，第一塔為預(yù)精餾塔，第二塔為主精餾塔，二塔再沸器的熱源均為低壓蒸汽。通常以甲醇作為原料生產(chǎn)下游產(chǎn)品對甲醇的純度均有一定的要求，有的影響催化劑使用壽命，有的影響下游產(chǎn)品的質(zhì)量或能耗，因而需要對甲醇進行提純。[8]其中，浙江大學(xué)化工學(xué)院聯(lián)合反應(yīng)研究所謝揚、沈慶揚應(yīng)用Aspen Plus化工模擬系統(tǒng)中RADFRAC精餾模塊對聚乙烯醇生產(chǎn)工藝中甲醇一水分離塔進行模擬,模擬結(jié)果與實際工藝吻合并找到最靈敏的操作參數(shù)，可用于指導(dǎo)生產(chǎn)。近年來,隨著大型化工流程模擬計算軟件的推廣使用，甲醇精制過程也逐漸采用現(xiàn)有的流程軟件來進行模擬技術(shù)、優(yōu)化操作、優(yōu)化設(shè)計等。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。顯然，在追求降低甲醇生產(chǎn)總能耗的同時對降低精餾的能耗亦不容忽視。但它畢竟是高能耗產(chǎn)品、如何進一步降低其單位產(chǎn)品能耗，始終是技術(shù)進步要執(zhí)著探求的首要課題。如碳基法合成醋酸，是當(dāng)前世界上最先進的醋酸工藝，其主要原料為甲醇和一氧化碳。當(dāng)前甲醇合成多采用銅系催化劑的中、低壓法，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。[5] 甲醇生產(chǎn)問題及改進方向近年來甲醇技術(shù)發(fā)展迅速，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。⑵ 低壓法低壓法(～ Mpa)是20世紀(jì)60年代后期發(fā)展起來的甲醇合成技術(shù)，低壓法基于高活性的銅基催化劑，其活性明顯高于鋅鉻催化劑，反應(yīng)溫度低(240～270℃)。 甲醇合成工藝 甲醇合成概述制取甲醇的主要方法：由碳的氧化物與氫合成，其反應(yīng)式如下：以上反應(yīng)是在銅系催化劑或鋅鉻催化劑存在下，在50～300atm，溫度240～400℃下進行的。[3] 甲醇的用途甲醇用途廣泛，是基礎(chǔ)的有機化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。甲醇有較強的毒性，對人體的神經(jīng)系統(tǒng)和血液系統(tǒng)影響最大，它經(jīng)消化道、呼吸道或皮膚攝入都會產(chǎn)生毒性反應(yīng)，甲醇蒸氣能損害人的呼吸道粘膜和視力。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。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。其一般性質(zhì)列于表1。通常條件下，甲醇無色透明、易流動、易揮發(fā)，具有與乙醇相似的氣味。甲醇不能與脂肪族烴類相混合。由于有共沸混合物的生成，且沸點與甲醇的沸點相接近，將影響到蒸餾過程對有機雜質(zhì)的消除。甲醇的致命劑量大約是70毫升。因此，甲醇中毒者，可以通過飲用烈性酒的方式來緩解甲醇代謝，進而使之排出體外。甲醇作為最主要的基本有機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。高壓法由于原料和動力消耗大，反應(yīng)溫度高，生成粗甲醇中有機雜質(zhì)含量高，而且投資大。中壓法仍采用高活性的銅基催化劑，反應(yīng)溫度與低壓法相同，但相應(yīng)的動力消耗略有增加。[5] 生產(chǎn)中進一步要求提高質(zhì)量提高甲醇質(zhì)量與優(yōu)化精餾過程和粗甲醇的品質(zhì)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有關(guān)。℃）℃≥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6 國外甲醇產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)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%—但隨著甲醇衍生產(chǎn)品的開拓，對甲醇的質(zhì)量提出了新的要求。 節(jié)能降耗甲醇是一個高能耗產(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。 設(shè)備的設(shè)計與改造甲醇精餾系統(tǒng)傳統(tǒng)設(shè)計均為板式塔。[6] 甲醇精制過程的研究現(xiàn)狀 甲醇精制過程的模擬研究早期的甲醇精制過程研究，大都是研究者自己先把甲醇精制流程進行合理的單元操作模擬，然后自己開發(fā)各個單元操作模塊的模擬計算程序，再采用相應(yīng)的策略對整個甲醇精制流程進行模擬計算。這套系統(tǒng)功能齊全、規(guī)模龐大，目前己廣泛用于化工、煉油、石油化工、氣體加工、煤炭、醫(yī)藥、冶金、環(huán)境保護、動力、節(jié)能、食品等許多工業(yè)領(lǐng)域,它用嚴(yán)格和最新的計算方法，進行化工單元和全流程的模擬運算。[9]55沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 生產(chǎn)流程設(shè)計論證第二章 生產(chǎn)流程設(shè)計論證 粗甲醇精餾 精餾技術(shù)簡述甲醇精制時受催化劑選擇性的限制，且受精制壓力、溫度、精制氣組成等因素的影響，在生產(chǎn)甲醇時還伴隨著一系列的副反應(yīng)，其產(chǎn)品系主要由甲醇及水、有機雜質(zhì)等組成的混合溶液。這兩種流程在甲醇精餾中都是比較成熟的。含水和高沸點組分的粗甲醇從該塔中部進入，高級醇從加料板以下側(cè)線引出，含微量甲醇的水從塔底排除，產(chǎn)品甲醇則從塔頂處采出。氣體從塔頂引出，冷凝下來后經(jīng)回流泵加壓返送回預(yù)精餾塔頂；脫除了輕組分的塔釜液，由預(yù)精餾塔塔釜送出，經(jīng)加壓泵送往加壓精餾塔。[15]圖3 甲醇四塔雙效工藝流程圖甲醇精餾四塔工藝流程如圖3所示。由于四塔技術(shù)中的加壓塔壓力較高，塔頂氣相作為常壓塔再沸器熱源，大大降低冷卻水和蒸汽耗量。具體參見表9。雖設(shè)備一次性投資大,但降低了長期運行的能耗費用,且精甲醇產(chǎn)品質(zhì)量可靠,流程操作穩(wěn)定,操作彈性較強。板式塔通常由一個成圓柱形的殼體及沿塔高按一定的間距水平設(shè)置的若干層塔板所組成，在操作時，液體靠重力的作用從頂部逐板向塔底排出，并在各層塔板面上形成流動的液層；氣體則在壓力差的推動下，由塔底向上經(jīng)過均勻分布的塔板上的開孔依次穿過各層塔板由塔頂排出。其中再沸器和冷凝器是保證精餾過程連續(xù)穩(wěn)定操作所必不可少的兩個換熱器設(shè)備。影響甲醇精餾的因素有：給料量、溫度、回流比、壓力等。尤其是在產(chǎn)品質(zhì)量不合格時應(yīng)增大回流量。對于加壓塔，壓力不足，塔頂甲醇蒸汽量下降，影響常壓塔再沸器溫度下降，廢水甲醇含量超標(biāo)，故加壓塔塔頂壓力一般控制在550KPa，塔釜壓力控制在820KPa。塔釜液位給定太低，會造成釜液蒸發(fā)過大，塔釜溫度升高，釜液停留時間較短，影響換熱效果；塔釜液位給定太高，液位高至再沸器回流口，液相阻力增大，不僅會影響甲醇?xì)庖旱臒嵫h(huán)，還容易造成液泛，導(dǎo)致傳質(zhì)、傳熱效果差。再者，(表)飽和蒸汽，且物料點的溫度壓力如表11所示，甲醇降壓槽里的各物質(zhì)在該操作條件下的汽液平衡常數(shù)見表12。此時，先設(shè)V/L數(shù)值，并與計算出的進行比較，經(jīng)多次計算后，得到如下汽液平衡數(shù)據(jù)。通常，在計算焓值時會用到狀態(tài)方程法（框圖法）。同時，計算的最后結(jié)果要在相關(guān)文件的約束下進行劃歸處理。⑴ 管程對流傳熱系數(shù)校正系數(shù)：⑵ 殼程對流傳熱系數(shù)由于：管子為正三角形排列，則：殼程中甲醇被冷卻，取 ⑶ 污垢熱阻；⑷ 總傳熱系數(shù)K管壁熱阻可以忽略時，總傳熱系數(shù)K為： 計算傳熱面積該小節(jié)根據(jù)核算的K值與溫度校正系數(shù)，計算傳熱面積，一般應(yīng)使所選用或設(shè)計的傳熱面積大于計算所得面積約10％～15％為宜。在此基礎(chǔ)上，本章主要根據(jù)所設(shè)計的控制方案，以工藝流程為依據(jù)搭建精餾裝置模型，以此對控制方案的可操作性進行檢驗，同時也對在精館塔控制方面的仿真研究有一個全面的認(rèn)識。流程模擬可以用于對新工藝技術(shù)的研究與開發(fā)、新流程裝置的設(shè)計調(diào)節(jié)、舊有設(shè)備的改造、生產(chǎn)流程優(yōu)化及操作故障診斷等，同時還可以減少大量時間及資金費用地投入。它的出現(xiàn)得益于一項名為“Advanced System for Process Engineering”(先進過程工程系統(tǒng))的項目。而之后的所有操作都是建立于所搭建的模型之上完成的。以此為后盾，Aspen Plus可以輕松地應(yīng)對客戶的多種要求。同時Aspen Plus軟件本身就為用戶提供了各種物質(zhì)的特性參數(shù)供選擇。工況分析及靈敏度分析模塊是較常被用的兩種工具。⑶ 系統(tǒng)實現(xiàn)策略Aspen Plus作為一個成熟的商業(yè)軟件，它的功能是較為完善的，因此除了基本的配備即完備的數(shù)據(jù)庫與多種不同的單元模塊外，一些輔助功能也被軟件所收納，其中較為突出的是數(shù)據(jù)輸入、計算策略及結(jié)果輸出。② 計算策略Aspen Plus仿真結(jié)果是通過提供的模型參數(shù)設(shè)定值進行相關(guān)的計算而得，其計算方式主要有兩種，分別為聯(lián)立方程及序貫?zāi)K。結(jié)果輸出有多種方式，可以以圖表查看，也可生成報告文件査看。選定后，系統(tǒng)會進一步彈出仿真選擇窗口，主要是針對模擬過程中所涉及的單位等。軟件具備有強大的模型庫，提供有各種裝置模塊供流程模型搭建。⑶ 各模塊連接在實際工況中，各路管線用于輸送流體至設(shè)備即是各裝置設(shè)備間聯(lián)系的橋梁，在模擬軟件中并不存在管道模塊，用于連接裝置模塊的是流股。⑷ 工藝參數(shù)設(shè)置模型的建立只是第一步，之后更為重要的是對該模型參數(shù)的設(shè)置。每個成分都有唯一的名稱綁定，可以通過該物質(zhì)的英文名稱進行搜索或使用其分子式進行檢索，值得一提的是其分子式與一般意義上的分子式有所區(qū)別，其構(gòu)成是碳原子總數(shù)、氫原子總數(shù)最后是其他原子，與帶有結(jié)構(gòu)形式的普通分子式不同。流股參數(shù)的設(shè)定主要是用于確定各裝置的進料組分情況，參數(shù)可以分為兩部分：一是，狀態(tài)變量以及組分變量，狀態(tài)變量的信息包括流體溫度、壓力、流率等情況，組分變量主要用于輸入流休主要成分。根據(jù)實際情況及工藝要求選擇合適的參數(shù)輸入將有助于整個模擬仿真的順利進行。同時，在文件存儲方面，Aspen軟件支持多達(dá)4種格式存儲方式。另外幾種模塊只能進行簡單的精餾塔設(shè)計和核算型計算。車間布置設(shè)計是否合理，事關(guān)重大，它將直接影響整個項目的總投資及操作、安裝、檢修是否方便，甚至還會影響整個車間的安全以及車間的各項技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的完成情況。 車間布置的內(nèi)容1. 確定各工序、各設(shè)施和特殊用房空間位置。5. 在上述各項的基礎(chǔ)上確定車間建筑物、構(gòu)筑物與場地的尺寸。）9. 車間所在的地形條件和周圍環(huán)境（本車間所在地地形開闊程度，以便考慮廠房平面及立面布局。⑷ 符合布置規(guī)范和國家法規(guī)妥善處理防火、防爆、有毒、腐蝕等問題，保證生產(chǎn)安全，還要符合建筑規(guī)范和要求?；ぴO(shè)計中采用的廠房型式一般為：長方形、T形、L形和Ⅱ等。但不論框架結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)，在一幢廠房里不宜采用多種柱距。裝置（車間）內(nèi)的道路、通道的寬度及其上方高度應(yīng)執(zhí)行 HG 20546—92中的有關(guān)規(guī)定和執(zhí)行GB 50160中的相關(guān)規(guī)定。有時因受建設(shè)場地的限制或者為了節(jié)約用地，也有設(shè)計成多層的。裝配式廠房層高度采用300mm的模數(shù)。如整個廠房均有爆炸危險，則在每層樓板上設(shè)置一定面積的泄爆孔。車間內(nèi)防爆區(qū)與非防爆區(qū)（生活、輔助及控制室等）間應(yīng)設(shè)防火墻分隔。有爆炸危險車間的樓梯間宜采用封閉式樓梯間。生產(chǎn)中一般不需要經(jīng)常操作的或可用自動化儀表控制的設(shè)備，如塔、換熱器、液體原料儲罐、成品儲罐、氣柜等都可布置在室外。對于有壓差的設(shè)備，應(yīng)充分利用高低位差布置，以節(jié)省動力設(shè)備及費用。但在保證垂直方向連續(xù)性的同時，應(yīng)注意在多層廠房中要避免操作人員在生產(chǎn)過程中過多地往返與樓層之間。③ 布置設(shè)備時，除要考慮設(shè)備本身所占的位置外，還須有足夠的操作、通行及檢修需要的位置。⑦ 傳動設(shè)備要有安裝安全防護設(shè)施的位置。⑵ 設(shè)備安裝對設(shè)備布置的要求① 要根據(jù)設(shè)備大小及結(jié)構(gòu)，考慮設(shè)備安裝、檢修及拆卸所需要的空間和面積。廠房比較短時，吊裝孔設(shè)在靠山墻的一端，廠房長度超過36m，則吊裝孔應(yīng)設(shè)在廠房中央。④ 必須考慮設(shè)備檢修、拆卸以及運送物料所需要的起重運輸設(shè)備。⑤ 大型設(shè)備(如:塔、儲罐、反應(yīng)器等)應(yīng)布置在裝置(車間)的一側(cè)，并靠通道，周圍無障礙物，以便起重運輸設(shè)備的進出及設(shè)備的吊裂，通道寬度應(yīng)大于最大起吊設(shè)備的寬度。③ 布置設(shè)備時，要避開建筑物的柱子及主梁，如設(shè)備支承在柱子或梁上，其荷重及吊裝方式需事先告知土建人員，并與其商議。⑦ 設(shè)備應(yīng)盡可能避免一布置在窗前，以免影響采光和開窗；如必須布置在窗前時，設(shè)備與墻間的凈距應(yīng)大于600mm。同時，也可以從下表27對整個設(shè)備放置規(guī)范有個更加直觀的了解。適用于貨運量不太大的工廠、山區(qū)工廠和經(jīng)常變動貨運量的工廠。 一般應(yīng)將貨運最大的倉庫、車間靠近鐵路、道路等貨運出入口，避免與人流交叉。預(yù)熱爐煙道氣采用40m煙囪排入大氣。對于這類非正常情況下排放廢氣將引入火炬系統(tǒng)燃燒后排放，以減輕對環(huán)境的污染。④ 循環(huán)排污水：直接送復(fù)用水系統(tǒng)。② 轉(zhuǎn)化：轉(zhuǎn)化催化劑和氧化鋅脫硫劑，均由廠家回收。⑵ 規(guī)范進行動火在生產(chǎn)和使用甲醇的區(qū)域進行必須的設(shè)備檢修和其它動火作業(yè)，應(yīng)嚴(yán)格遵守國家關(guān)于廠區(qū)動火作業(yè)的安全規(guī)程（HG23011—1999）的有關(guān)規(guī)定。② 控制流速：產(chǎn)生靜電荷的數(shù)量與物料流動速度有關(guān)，流動的速度越大，產(chǎn)生的靜電荷越多，所以要控制甲醇的流速，以限制靜電的產(chǎn)生。通常都是將甲醇進液管延伸至靠近儲槽底部。特別對甲醇儲槽應(yīng)加強防雷工作。⑹ 中毒處理在事故和非正常操作狀態(tài)可能會產(chǎn)生有毒物料的泄露而造成操作人員的急性中毒，本過程中主要的主要有毒有害物事煤氣和甲醇。