【正文】 則回流進(jìn)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 m/s。 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(jì)初值。 精餾段： ??? ??? VL ，化簡(jiǎn)得： LV ?? 提餾 段： 2 6 1 9 3??? ??? VL ，化簡(jiǎn)得： LV ?? 由上可知，霧沫夾帶線為直線。 綜上， 由（ 410）得 ： 精餾段 ： Hd=++?105=； 提餾段 ： Hd=++?104= 取 ? =， 選定 HT=， hw=，則 ? （ HT+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(jì)算 取閥孔動(dòng)能因子 F0=11， 浮閥孔直徑 d0=。 (1)精餾段堰高 hw計(jì)算 由 （ 43） 得： i= ?3600/= 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(jì)取H4=。 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(fù)荷因子 C 提餾段功能參數(shù)： 2121????????????????vlmmVL ?? ， 同理史斯密斯 圖得 C? =。s )1(23 fOHfL XXOHCH ??? ??? Xf=?103?+?103?()=? 103 Pa (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(lái)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(lái)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(fù)荷計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)荷： ??nVm3/s 氣體密度： 58 ??n?kg/m3 查《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》 ℃時(shí)甲醇的液體密度 n? =721 kg/m3[21]， 則液體負(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)荷： ??mVm3/s 氣體密度： 5 5 1 0 0 4 3 ??m?kg/m3 進(jìn)料狀態(tài)甲醇溶液含甲醇 %， 溫度 124℃ ，查得密度為 kg/m3。 物料 加壓塔進(jìn)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(jì) 加 壓 精 餾 塔 12 粗甲醇進(jìn)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(jiǎn)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(jìn)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。在滿負(fù)荷運(yùn)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(dāng)增加冷凝冷卻器冷卻水量 ， 通過(guò)降低回流溫度來(lái)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(fù)荷低的情況下 ， 可適當(dāng)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。 (5)預(yù)塔加堿量的控制 為了防止粗甲醇中的酸性物質(zhì)對(duì)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。預(yù)塔補(bǔ)水操作的關(guān)鍵是補(bǔ)水量的控制和適宜補(bǔ) 水部位的選擇。出加壓精餾塔釜液去常壓精餾塔繼續(xù)精餾。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(diǎn)十分突出。生產(chǎn)中加壓塔和常壓塔同時(shí)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。因此 ， 加壓塔和常壓塔形成雙效精餾。 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(yù)精餾塔，但也可認(rèn)為是常壓操作，進(jìn)一步把高沸點(diǎn)的重餾分雜質(zhì)脫除，主要是水、異丁基油等 。近年來(lái)隨著甲醇下游衍生產(chǎn)品開(kāi)發(fā) ， 對(duì)甲醇質(zhì)量提出了更高的要求 ， 國(guó)內(nèi)就逐漸出現(xiàn)了甲醇精餾三塔流程 (預(yù)精餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔 )和四塔流程 (預(yù)精餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔、回收塔 )[10]。因此，甲醇工業(yè)的發(fā)展前景還是比較樂(lè)觀的。 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。 甲醇 能與水、乙醇、乙醚、苯、酮、鹵代烴和許多其他有機(jī)溶劑相混溶 。 (3)利用 Auto CAD 軟件，繪制甲醇精餾工段的帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、常壓塔的設(shè)備圖。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(biāo) ， 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(jì)效益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要舉措。 國(guó)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(shí)，國(guó)內(nèi)甲醇產(chǎn)能的擴(kuò)張很迅速，但是目前新項(xiàng)目設(shè)計(jì)還是沿襲以往設(shè)計(jì)為主，沒(méi)有足夠的甲醇精餾系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用理論研究基礎(chǔ) [3]。長(zhǎng)期以來(lái)，甲醇都是被作為農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料等行業(yè)的工業(yè)原料，但隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展 ， 甲醇將被應(yīng)用于越來(lái)越多的領(lǐng)域。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）授權(quán)使用說(shuō)明 本論文（設(shè)計(jì)）作者完全了解 **學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保留論文（設(shè)計(jì)）并向相關(guān)部門送交論文（設(shè)計(jì)）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設(shè)計(jì)）用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)入學(xué)校圖書(shū)館被查閱。 甲醇精餾是甲醇生產(chǎn)中必不可少的單元操作，而 精餾塔是甲醇精餾系統(tǒng)的核心設(shè)備，是決定甲醇質(zhì)量和產(chǎn)量的關(guān)鍵所在。因此對(duì)甲醇精餾工藝作系統(tǒng)的研究對(duì)于甲醇精餾系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)、通過(guò)設(shè)備改造和調(diào)整工藝流程來(lái)降低甲醇精餾的能耗、提高甲醇產(chǎn)品質(zhì)量和收率有突出的現(xiàn)實(shí)意義。 與傳統(tǒng)兩塔精餾技術(shù)相比 ， 采用三塔精餾技術(shù)將會(huì)使能耗降低。 課題的目的 本課題是對(duì) 年產(chǎn) 3 萬(wàn)噸甲醇精餾工 藝設(shè)計(jì)及研究， 甲醇精餾是甲醇合成的下游工序，其目的就是對(duì)合成裝置來(lái)的粗甲醇 進(jìn)行精制，將甲醇中的雜質(zhì)進(jìn)行脫除，以生產(chǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)等級(jí)精甲醇產(chǎn)品 。 甲醇和水以任意比互溶，不形成共沸物；和多數(shù)常用的有機(jī)溶劑 (乙醇、乙醚、丙酮、苯等 )混溶，并形成恒沸混合物。 甲醇是容易輸送的清潔燃料，可以單獨(dú)或與汽油混合作為汽車燃料，用它作為汽油添加劑可起節(jié)約芳烴，提 高辛烷值的作用，汽車制造也將成為耗用甲醇的巨大部門。 我國(guó)的甲醇工業(yè)經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，生產(chǎn)能力得到了很大提高。這 2種流程的出現(xiàn)為生產(chǎn)高純度甲醇提供了技術(shù)和工藝保證。塔頂?shù)玫骄状籍a(chǎn)品 經(jīng)精餾甲醇冷卻器冷卻至常溫后就可得到純度符合國(guó)家指標(biāo)的精甲醇產(chǎn)品 [11]。為了保證常壓塔底再沸器有必要的傳熱溫差 ， 雙效的前一塔必須加壓才能使其塔頂出汽具有較高的溫度，因此三塔雙效精餾也稱為三塔 加壓雙效精餾 [14]。因此該工藝技術(shù)生產(chǎn)能力大，節(jié)能效果顯著，特別適合較大規(guī)模的精甲醇生產(chǎn)。隨著三塔精餾生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，能耗還有進(jìn)一步下降的空間。 常壓精餾系統(tǒng) 加壓塔塔底的甲醇、高沸組分、水等進(jìn)入常壓塔，常壓塔頂餾出精甲醇產(chǎn)品，在進(jìn)料板下方設(shè)置側(cè)線抽出，抽出物主要為甲醇、水和高沸點(diǎn)組分， 塔頂出來(lái)的氣相，進(jìn)常壓精餾塔冷凝器的殼程，被管程的循環(huán)冷卻水冷卻后進(jìn)入回流槽，回流槽出來(lái)的液體經(jīng)常壓精餾塔回流泵加壓后，部分進(jìn)常壓精餾塔頂部作回流液，部分冷卻后進(jìn)入精甲醇槽，中間液體 冷卻后去雜醇油儲(chǔ)罐。當(dāng)正常操作精甲醇的水溶性和高錳酸鉀值不易達(dá)到質(zhì)量指標(biāo)時(shí) ， 可以適當(dāng)增加補(bǔ)水量 ， 但補(bǔ)水量不易控制過(guò)高，否則會(huì)明顯降低預(yù)塔的生產(chǎn)能力 ， 增加蒸汽和動(dòng)力消耗 ， 同時(shí)對(duì)三塔其他工藝條件的控制也會(huì)帶來(lái)一定難度 [18]。 (6)加壓塔塔頂壓力的控制 加壓塔加壓是實(shí)現(xiàn)甲醇雙效精餾的前提 ， 塔頂壓力高 則塔頂蒸汽溫度升高，才能保證常壓塔再沸器有足夠的傳熱溫差、傳熱效果和生產(chǎn)低乙醇含量的甲醇 。但回流量不 要過(guò)大 ， 以免輕組分下移 ， 廢水中甲醇含量過(guò)高 ， 造成浪費(fèi)和環(huán)境超標(biāo)。 表 常壓塔帶入熱量（ kJ/h） 物料 進(jìn)料 回流液 加熱蒸汽 組分 甲醇 水 +堿 甲醇 流量 ： kg/h 7650 溫度 ： ℃ 124 124 40 比熱 ： kJ/kg﹒ ℃ 熱量 : kJ/h 820xx0 Q 加熱 Q 入 =Q 進(jìn)料 +Q 回流液 +Q 加熱 =++820xx0+Q 加熱 =+ Q 加熱 常 壓 精 餾 塔 13 常 壓 精 餾 塔 甲醇蒸汽 65℃ 40℃ 水 甲醇進(jìn)料 124℃ 30℃水 甲醇蒸汽 115℃ 甲醇冷凝液 115℃ 殘液 108℃ 圖 常壓塔甲醇精餾簡(jiǎn)圖 表 常壓塔物料帶出熱量（ kJ/h） 物料 精甲醇 回流液 殘液 熱損失 組分 甲醇 甲醇 甲醇 水 +堿 流量： kg/h 1250 7650 溫度： ℃ 65 65 108 108 比熱 ： kJ/kg﹒ ℃ 潛熱： kJ/kg 熱量 : kJ /h 93402675