【正文】 甲醇是重要的有機基本產(chǎn)品， 它經(jīng)羰基化、烷基化、脫氫等反應可得到許多有機化工產(chǎn)品。 國內(nèi)一些甲醇精餾生產(chǎn)裝置能耗較高、產(chǎn)品收率較低，甚至一些裝置的甲醇產(chǎn)品質(zhì)量較差；同時，國內(nèi)甲醇產(chǎn)能的擴張很迅速，但是目前新項目設(shè)計還是沿襲以往設(shè)計為主，沒有足夠的甲醇精餾系統(tǒng)設(shè)計應用理論研究基礎(chǔ) [3]。 現(xiàn)本文通過查閱國內(nèi)外文獻和實際生產(chǎn)中的工藝資料，對常規(guī)甲醇精餾工藝的不同流程的設(shè)計參數(shù)進行了 總結(jié)和分析，并和實際的工藝數(shù)據(jù)進行了對比，提出了甲醇精餾系統(tǒng)的工藝設(shè)計原則和設(shè)備設(shè)計原則。甲醇精餾技術(shù)的好壞直接關(guān)系到精甲 醇的質(zhì)量、能耗等主要指標 ， 因此選擇適合生產(chǎn)需要的精餾技術(shù) ， 是降低成本、節(jié)能降耗、提高企濟效益和市場競爭力的重要舉措?；瘜W處理主要用堿破壞在精餾過程中難以分離的雜質(zhì)，并調(diào)節(jié) pH。 (3)利用 Auto CAD 軟件，繪制甲醇精餾工段的帶控制點的工藝流程圖、常壓塔的設(shè)備圖。 分子式 CH4O， 分子量 。 甲醇 能與水、乙醇、乙醚、苯、酮、鹵代烴和許多其他有機溶劑相混溶 。 甲醇的用途及其發(fā)展 甲醇是基礎(chǔ)的有機化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料 ，用途廣泛 。 甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。 近年來 隨著 碳一化學工業(yè)的發(fā)展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇樹脂等產(chǎn)品正在研究開發(fā)和工業(yè)化 中 [7]。因此，甲醇工業(yè)的發(fā)展前景還是比較樂觀的。通過多年來技術(shù)引進及國內(nèi)科研院所、高校的研究開發(fā)，目前我國甲醇工業(yè)已基本使用了國外各種類型的傳統(tǒng)低壓氣相法反應裝置等 [8]。近年來隨著甲醇下游衍生產(chǎn)品開發(fā) ， 對甲醇質(zhì)量提出了更高的要求 ， 國內(nèi)就逐漸出現(xiàn)了甲醇精餾三塔流程 (預精餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔 )和四塔流程 (預精餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔、回收塔 )[10]。 但無論是二塔還是三塔流程 ， 大致以預塔脫除輕組份雜質(zhì) ， 主塔脫除重組份雜質(zhì)。 塔頂經(jīng)部分冷凝后的大部分甲醇、水及少量雜質(zhì)留在液相作為回流返回塔，二甲醚等輕組分 (初餾分 )及少量的甲醇、水由塔頂 逸出，塔底含水甲醇則由泵送至主精餾塔，主精餾塔操作壓力稍高于預精餾塔，但也可認為是常壓操作，進一步把高沸點的重餾分雜質(zhì)脫除，主要是水、異丁基油等 。 (2)三塔流程 從合成工序來的粗甲醇進入預精餾塔，先在塔頂除去輕組分及不凝氣，塔底含水甲醇由泵送加 壓塔。因此 ， 加壓塔和常壓塔形成雙效精餾。在該溫度下，幾乎所有的低沸點餾分都為氣相，不造成冷凝回流。生產(chǎn)中加壓塔和常壓塔同時采出精甲醇，常 壓塔的再沸器熱量由加壓塔的塔頂氣提供，不需要外加熱源。 (2)蒸汽消耗： 在消耗方面，由于常壓塔加壓塔的蒸汽冷凝熱作為加熱 源，所以三塔精餾的蒸汽消耗相比雙塔精餾要低。雖然三塔精 餾技術(shù)的一次性投入要比雙塔精餾高出 20%30%，但是從能源消耗、精甲醇質(zhì)量上都要優(yōu)于雙塔精餾，特別是能耗低的優(yōu)點十分突出。 甲醇三塔工藝流程介紹 預精餾系統(tǒng) 來自甲醇合成裝置的粗甲醇，首先進入粗甲醇預熱器的管程，被殼程的低壓蒸汽冷凝液加熱后進入預精餾塔的上部， 預精餾塔頂部出來的氣相，首先進入預精餾塔冷凝器的殼程，物料被管程的 循環(huán)冷卻水冷卻，冷卻下來的液體進入預精餾塔回流槽中，回流槽中的甲醇溶液經(jīng)預精餾塔回流泵送入預精餾塔的頂部作回流液。出加壓精餾塔釜液去常壓精餾塔繼續(xù)精餾。不凝氣溫度的高低決定著輕組分的脫除效果。預塔補水操作的關(guān)鍵是補水量的控制和適宜補 水部位的選擇。要保證預塔足夠的回流量，僅靠控制預塔塔頂?shù)臏囟群蛪毫κ遣粔虻?，必須通過控制預塔再沸器的蒸汽量和預塔冷凝器的冷卻水量來協(xié)同調(diào)節(jié)。 (5)預塔加堿量的控制 為了防止粗甲醇中的酸性物質(zhì)對管道和設(shè)備造成腐蝕，向粗甲醇中加入少量 5%左右的 NaOH 溶液，將粗甲醇的 pH 值控制在 ～ 8 左右。 全面考慮 ， 加壓塔塔頂壓力取 ～ [14]。在滿負荷運行情況下 ， 常壓塔塔頂壓力盡量控制在低限 ， 也就是在塔頂保持正壓的情況下 ， 可適當增加冷凝冷卻器冷卻水量 ， 通過降低回流溫度來降低塔頂、塔釜的壓力 ，從而降低塔釜甲醇的分壓 ， 提高甲醇的收率；在生產(chǎn)負荷低的情況下 ， 可適當減少冷卻水量 ， 以提高回流溫度和回流量 ， 保證常壓塔處于正壓。 則消耗純 NaOH 為 ?? kg/h，消耗堿液量為 ③ 堿液帶水量： ?（ 15%） = kg/h ④ 軟水加入量： ?8%= kg/h ⑤ 總水量 ?++=(2)出料量 ① 塔底甲醇： ② 塔底水： ③ 塔底 初餾物 為異丁醇和乙醇： =④ 塔底 NaOH： kg/h ⑤ 塔頂輕餾分量 為二甲醚和丙酮： = 10 ⑥ 塔頂 不凝氣體： =(3)預塔回流量 回流比 R 取 ， 則回流量 為 =。 物料 加壓塔進料 加壓塔頂出料 加壓塔底出料 常壓塔頂出料 常壓塔底出料 甲 醇 1250 NaOH 水 高沸物 合計 加 壓 精 餾 塔 12 粗甲醇進料量： kg/h 回流量： 7650 kg/h 精甲醇： 1250 kg/h 廢水量： kg/h 圖 常壓塔物料流程簡圖 粗甲醇中甲醇的回收率 甲醇回收率 =（加壓塔精甲醇量 +常壓塔精甲醇量） /粗甲醇中精甲醇量 =（ +1250） /=% 常壓精餾塔能量衡算 操作條件 :進料溫度 124℃ ，塔頂蒸汽 65℃ ，塔釜 108℃ ，回流液溫度 40℃ 塔頂壓力 ?106 Pa，塔底壓 力 ?106 Pa。受當?shù)貧鉁叵拗?， 冷卻水一般為 10～ 35℃ 。 (3)常壓塔精餾段熱量平衡 表 精餾段熱量平衡表 帶入熱量： kJ/h 帶出熱量： kJ/h 加壓塔來的甲醇： 采出熱量精甲醇： 塔底供熱： 內(nèi)回流： g 內(nèi) (65? +) 內(nèi)回流： g 內(nèi) (65?) 總?cè)霟幔?+ 內(nèi) 總出熱： + 內(nèi) 由總?cè)霟?=總出熱，得 + 內(nèi) =+ 內(nèi) 即 g 內(nèi) = (4)常壓塔提餾段熱量平衡 表 提餾段熱量平衡表 帶入熱量： kJ/h 帶出熱量： kJ/h 加壓塔來的甲醇： 殘液： 塔底供熱： 內(nèi)回流： gˊ內(nèi) (67? +) 內(nèi)回流： gˊ內(nèi) (65?) 總?cè)霟幔?+ gˊ內(nèi) 總出熱： + gˊ內(nèi) 由總?cè)霟?=總出熱，得 + gˊ內(nèi) + ， 即 gˊ內(nèi) =(5)氣液負荷計算 ①精餾段 平均溫度： (124+65)/2= ℃ 15 入料壓力： ? ? 65 66 ??????KPa 平均壓力： (+10)/2= 標準狀況下的體積： V0=g 內(nèi) ?Vm=?=操作狀況下體積： 5 5 0 101 0 7 3 7 0 6 03661 ???? ?????Vm3/h 氣體負荷： ??nVm3/s 氣體密度： 58 ??n?kg/m3 查《化工工藝設(shè)計手冊》 ℃時甲醇的液體密度 n? =721 kg/m3[21]， 則液體負荷： 0 0 3 2 13 6 0 0 6 5 8 ???nLm3/s ②提餾段 平均溫度： (108+124)/2=116℃ 平均壓力： (+130)/2= 標準狀況下體積 V2=gˊ內(nèi) ?Vm=?=操作狀況下： 5 5 0 7101 0 101 0 7 3 7 36 8 0 3 03662 ???? ?????Vm3/h 氣體負荷： ??mVm3/s 氣體密度： 5 5 1 0 0 4 3 ??m?kg/m3 進料狀態(tài)甲醇溶液含甲醇 %， 溫度 124℃ ，查得密度為 kg/m3。 則由 (32) 得： 0, ??? ???i FiiX 即 ?? ?????? ，用試差法求出 ?? ，將 ?? 代入 (31)得： ? ? ????? 1, mimDii RX ??? ?? + ?? 故 Rmin=。s )1(23 fOHfL XXOHCH ??? ??? Xf=?103?+?103?()=? 103 Pa根據(jù)精餾段功能參數(shù)和 H0 查史密斯關(guān)聯(lián)圖查得負荷系數(shù)C? =。 則 0 5 1020 5 1 5 ????????? ? ??????????????CC ②最大流速 Umax a x ???????vvlCU ? ?? m/s 又 U=(～ )Umax， 則 U 適 ==?=③求塔徑 D 7 5 4 ?????適UVD n? m (2)提餾段 ①求操作負荷因子 C 提餾段功能參數(shù)： 2121????????????????vlmmVL ?? ， 同理史斯密斯 圖得 C? =。 則 1020 5 2 5 ????????? ? ??????????????CC ② 最大流速 U1max a x1 ???????vvlCU ? ??m/s m a x ???? UU 適 m/s ③求塔徑 D1 ?????適UVD n? m 所以對全塔，取塔徑 D=。 ④塔頂部空間高度 H4 塔頂部空間高度指塔頂?shù)谝粔K板塔頂封頭的垂直距離，一般在 ～ [23]， 本設(shè)計取H4=。 綜上，塔的總高度 H=16700mm=。 (1)精餾段堰高 hw計算 由 （ 43） 得： i= ?3600/= 由 （ 42） 得： 32 ????owhm 由 （ 41）得： hw == 綜上，取 hw =。0 ? （ 4﹣ 4） 由 （ 44） 得精餾段： 0 ???Hm； 提餾段： 0 ???Hm 塔盤浮閥數(shù)目及布置 浮閥數(shù)目計算 取閥孔動能因子 F0=11， 浮閥孔直徑 d0=。 鼓泡區(qū)面積： 1a r c s in1 8 02 222 ??????? ??? rxrxrxA P ?m2 式中 ? ? 4 1 2 ????sd WWDxm， ??cWDrm 則浮閥孔排間距 t=Ap/nt1=1/150?=，取 t=90mm。 綜上， 由（ 410）得 ： 精餾段 ： Hd=++?105=； 提餾段 ： Hd=++?104= 取 ? =， 選定 HT=， hw=，則 ? （ HT+hw） =(+） =。 將以上數(shù)據(jù)代入 (412)得 ： 精餾段泛點率 ： %561 2 6 1 2 1 4 0 3 ??? ???? 提餾段泛點率： % 2 6 1 9 3 0 3 1 ??? ???? 所得泛點率均低于 80%，故不會產(chǎn)生霧沫夾帶。 精餾段： ??? ??? VL ，化簡得： LV ?? 提餾 段： 2 6 1 9 3??? ??? VL ，化簡得： LV ?? 由上可知，霧沫夾帶線為直線。 50 ?? voUF ? (416) 0204 nudV ?? (417) 由 (416) 、 (417)得 ： 精餾段： 51 5 00 3 2( m i n ) ????nVm3/s 提餾段： 5 00 3 2( m i n ) ????nVm3/s (5)液相負荷下限 取板上液層高度 how= m，作為液相負荷下限條件。 則傳熱溫差 ： 110130 108130ln)110130()108130( ????????mt℃ 傳熱面積： 2 7 0 0 02 8 2 5 ????? mtK QAm2 同理，其他的換熱設(shè)備的傳熱面積可按上述方法設(shè)計初值。 則容積： 5 207650 ??? ??? ?? ?lLVm3 同理，采用上述方法確定其他罐的容積。 則回流進口管面積 ： 3 6 0 ?????Sm2 入口管徑 ： 32 ???????sd m (3)塔底出料管 因塔底含醇 1%，可近似為水，查表知 MPa， 108℃ 下水的密度為 kg/m3，而塔底出料流量為 kg/h，仍取流速為