【正文】 其中 塔頂上升蒸汽的焓VDI 塔頂餾出液的焓L對于全凝器作熱量衡算（忽略熱量損失）中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 23 頁因塔頂餾出液幾乎為純甲醇，故其焓可近似按純甲醇進(jìn)行計算，則全凝器的熱負(fù)荷為（塔頂溫度為 ℃下，甲醇的汽化熱為 ）=107 kJ/h?CQ℃下，水的比熱容為?Dt ??CkgJpc??/ kg/h????12tWpcCC ???在 =℃ 下，甲醇的汽化熱為 ，水的汽化熱為 kJ/kgt選用 （700kpa，180℃）低壓蒸汽為加熱介質(zhì)再沸器的熱負(fù)荷為 ??LWVBIQ??39。燃料燃燒所排放的煙道氣溫度可達(dá) 100～1000℃，適用于高溫加熱。 CtBAP????lg式中 飽和蒸汽壓， KPa；?P t物系溫度，℃。座圈上開有人孔、引出管孔、排氣孔和排污孔。為了減少塔頂出口氣體中攜帶液體量，塔頂空間一般取～，以利于氣體中的液滴自由沉降。回收精餾塔底出來的釜液，含有微量的甲醇和有機(jī)物，經(jīng)廢水冷卻器 E15512 中的循環(huán)冷卻水冷卻到 60℃左右后，送出界區(qū)去污水生化處理裝置。 加壓精餾系統(tǒng)預(yù)精餾塔出來的預(yù)后甲醇，經(jīng)加壓精餾塔給料泵加壓后，進(jìn)入加壓精餾塔進(jìn)料/釜液換熱器 E15513 的管程，被殼程介質(zhì)加熱到泡點后，進(jìn)入加壓精餾塔 C15502 的下部，塔頂出來的甲醇蒸汽進(jìn)入冷凝器/再沸器 E15507 的殼程，被管程的介質(zhì)冷凝后進(jìn)入加壓精中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁餾塔回流槽 T15502，回流槽中出來的冷凝液甲醇，部分經(jīng)加壓精餾塔回流泵加壓后進(jìn)入加壓精餾塔頂作回流液，其余的甲醇液進(jìn)入加壓精餾塔精甲醇冷卻器 E15502 的殼程，被管程的循環(huán)冷卻水冷卻到 40℃后，去中間罐區(qū)的精甲醇計量罐（或粗甲醇儲罐） 。表 16 甲醇水溶液的密度與甲醇濃度和溫度的關(guān)系CH3OH 濃度 密 度， g/ cm3% 30℃ 0℃ 20℃ 30℃ 40℃ 60℃10 ― 20 ― 30 ― 40 50 60 70 80 90 2. 粘度甲醇水溶液的粘度與組成有關(guān)，在所有研究過的溫度下，當(dāng)甲醇含量約 50 時均有一最大值?！?(20 ～25℃ 液體)，45J（mol因此當(dāng)塔頂（或塔底）溫度發(fā)現(xiàn)有可覺察的變化時，產(chǎn)品的組成可能已明顯改變，再設(shè)法調(diào)節(jié)就很難了。一般精餾塔設(shè)幾個進(jìn)料Fx位置，以適應(yīng)生產(chǎn)中進(jìn)料狀況的變化，保證在精餾塔的適宜位置下進(jìn)料。同時回流比增大，提餾段操作線斜率 變39。如此不斷汽化、冷凝操作，最后使混合液中的組分幾乎以純組分被分離開來。經(jīng)過在精餾塔內(nèi)反復(fù)多次連續(xù)地進(jìn)行這種熱質(zhì)傳遞，最終實現(xiàn)關(guān)鍵輕組分在塔頂高濃度集聚、重組分在塔底高濃度集聚的分離過程。液態(tài)混合物在飽和狀態(tài)下，各組分的揮發(fā)度用它在蒸汽中的分壓和與之平衡的液相中的摩爾分率之比來表示，即： 1XPV?2式中：V 揮發(fā)度； P蒸汽中分壓； X液相中摩爾濃度。如：生產(chǎn)甲醛是目前甲醇的主要用途之一，但如果甲醇中的烷烴含量超標(biāo)，在甲醇氧化、脫氫時由于沒有過量空氣，便生成碳黑覆于催化劑的表面，影響催化劑的活性；高級醇可使生產(chǎn)的甲醛產(chǎn)品的酸值不合格；甲醇中的水由于在甲醇蒸發(fā)汽化時不易揮發(fā)，在蒸發(fā)器中濃縮積累，使甲醇濃度降低，可引起原料配比失調(diào)而發(fā)生爆炸；作為甲醇另一主要用途之一的醋酸生產(chǎn)，對甲醇中的乙醇含量有著較為嚴(yán)格的規(guī)定；甲醇還被用作生產(chǎn)塑料、涂料、香料、農(nóng)藥、醫(yī)藥、人造纖維等原料，都可能由于這些少量雜質(zhì)的超量存在而影響產(chǎn)品的純度和產(chǎn)品的性能。表 12 按沸點順序排列的粗甲醇組分組 分 沸點，℃ 組 分 沸點，℃ 組 分 沸點，℃二甲醚 甲醇 異丁醇 乙醛 異丙烯醚 正丁醇 甲酸甲酯 正己烷 異丁醚 二乙醚 乙醇 二異丙基酮 正戊烷 甲乙酮 正辛烷 丙醛 正戊醇 異戊醇 丙烯醛 正庚烷 4甲基戊醇 醋酸甲酯 水 正戊醇 丙酮 甲基異丙酮 正壬烷 異丁醛 醋酐 正癸烷 為了精餾過程中便于處理，上述組成大致可分為幾組：（表中 1～15 組分，甲醇，乙醇例外） ；；；（表中 16～30） ；。采用槽式液體分布器和槽盤式液體分布器可以較好地解決抗堵、防夾帶等問題，壓降小、負(fù)荷彈性大。本甲醇精餾裝置采用的是以規(guī)整填料為塔內(nèi)件的三塔精餾工藝，精餾用汽為低壓蒸汽。傳統(tǒng)雙塔精餾工藝與填料型三塔精餾工藝的投資和單耗(噸甲醇消耗) 比較見表11。在原有雙塔流程中僅增加1臺加壓塔和部分設(shè)備, 裝置生產(chǎn)能力就能翻1倍；比雙塔流程節(jié)約能耗20%以上；由于增加了乙醇等產(chǎn)品的采出, 產(chǎn)品質(zhì)量符合國際AA標(biāo)準(zhǔn), 有更廣闊的銷售市場和更高的產(chǎn)品售價；由于兩流程近似,操作和管理方法易于接受。傳統(tǒng)的精餾塔大都是以浮閥為主的板式塔, 隨著新型板式塔的開發(fā)成功, 又出現(xiàn)了導(dǎo)向浮閥、斜孔篩板等結(jié)構(gòu), 但由于板式塔開孔率低, 介質(zhì)傳質(zhì)、傳熱效率差, 總體效果并不太理想。加上新型精餾設(shè)備的使用，對工藝流程也產(chǎn)生一定影響。一般股東構(gòu)成包括投資商、專利商、銷售商和資源供應(yīng)商等，且投資商和股東委托專業(yè)資產(chǎn)管理公司協(xié)助運營。甲醇產(chǎn)地與消費地相距較遠(yuǎn)，導(dǎo)致交通運輸成為今后我國甲醇發(fā)展的主要瓶頸?！　?jù)全國化學(xué)工程技術(shù)委員會副主任、中石化寧波工程有限公司副總工程師唐宏青介紹，國內(nèi)煤基甲醇每噸產(chǎn)品能耗為 50～60 吉焦，耗煤 噸左右，耗水 22～30 噸。相對煤基甲醇技術(shù)，天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)成熟可靠，轉(zhuǎn)化規(guī)模受甲醇規(guī)模影響較小，裝置緊湊，占地面積小。一旦出現(xiàn)市場供過于求的局面，國內(nèi)甲醇價格有可能要下跌到約 2022 元/噸，甚至更低。特別是隨著能源結(jié)構(gòu)的改變，甲醇有未來主要燃料的候補(bǔ)燃料之稱，需用量十分巨大 [1]。而甲醇已經(jīng)代謝產(chǎn)生的甲酸，可以通過服用小蘇打（碳酸氫鈉）的方式來中和。嚴(yán)重者會失明，乃至喪命。工業(yè)上用一氧化碳和氫氣的混合氣（合成氣）在一定的條件下制備甲醇：甲醇可用做溶劑和燃料，中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁也是一種化工原料，主要用于生產(chǎn)甲醛（HCHO）：工業(yè)酒精里含有甲醇，但是工業(yè)酒精的主要成分還是乙醇?；瘜W(xué)分子式為 CH3OH，結(jié)構(gòu)式如下：H|HCOH|H分子結(jié)構(gòu)：C 原子以 sp3 雜化軌道成鍵， 0 原子以 sp3 雜化軌道成鍵。分子式 CH4O。2．計算條件：①原料氣組成CH3OH H2O CH3CH2OH 輕餾分 雜醇Wt% 95 ②精甲醇收率：%③廢水中甲醇含量：50ppm：①編寫計算說明書，其中包括綜述，工藝路線選擇，物料衡算與工藝計算，主要塔設(shè)備計算，熱量衡算等。由甲醇轉(zhuǎn)化為汽油方法的研究成果，從而開辟了由煤轉(zhuǎn)換為汽車燃料的途徑。甲醇是無色有酒精氣味易揮發(fā)的液體。慢性中毒反應(yīng)為：眩暈、昏睡、頭痛、耳鳴、現(xiàn)力減退、消化障礙。甲酸進(jìn)入血液后，會使組織酸性越來越強(qiáng)，損害腎臟導(dǎo)致腎衰竭。甲醇是較好的人工合成蛋白的原料，蛋白轉(zhuǎn)化率較高，發(fā)酵速度快，無毒性，價格便宜。我國甲醇工業(yè)無疑將迅速發(fā)展起來 [13]。目前國際上最大規(guī)模的甲醇裝置產(chǎn)能已達(dá)到 170 萬噸/年。同時近年來煤炭價格的大幅度上漲對本來還具有一定成本優(yōu)勢的煤基甲醇產(chǎn)生較大影響，再加上煤基甲醇大多建在西部地區(qū)，運輸費用較高。而國外大型甲醇裝置基本都以天然氣為原料，并且每噸產(chǎn)品能耗只有 25～30 吉焦，耗天然氣 760～920 立方米，耗水 10～15 噸?！　《?，在物流方面，即使條件好的國內(nèi)甲醇企業(yè)也僅有廠內(nèi)儲運和鐵路裝運設(shè)施，國內(nèi)目前還沒有全國性更沒有世界性的甲醇中轉(zhuǎn)運輸基地，沒有甲醇大型專用運輸工具。 甲醇精餾工藝技術(shù)比較工業(yè)上粗甲醇精餾的工藝流程，隨著粗甲醇合成方法不同而有差異，其精制過程的復(fù)雜程度有較大差別，但基本方法是一致的。雙塔精餾工藝技術(shù)由于具有投資少、建設(shè)周期中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁短、操作簡單等優(yōu)點, 被我國眾多中、小甲醇生產(chǎn)企業(yè)所采用，尤其在聯(lián)醇裝置中得到了迅速推廣。企業(yè)選擇哪種精餾工藝技術(shù),主要取決于企業(yè)甲醇實際生產(chǎn)能力、預(yù)期生產(chǎn)規(guī)模、甲醇市場行情, 以及企業(yè)的公用工程水、電、汽的富裕程度等。填料型精餾塔工藝, 其核心設(shè)備主、預(yù)塔都選用新型填料型精餾塔, 塔內(nèi)采用高效的、經(jīng)特殊工藝處理的不銹鋼絲網(wǎng)波紋填料和配套的新型氣液分布器，該塔具備以下優(yōu)點：(1) 塔板效率高 　采用甲醇精餾專用不銹鋼絲網(wǎng)波紋填料, 空隙率0. 85 m 2/ m3 , 理論塔板數(shù)8～10塊/m , 經(jīng)特殊工藝處理后, 具有優(yōu)良的傳質(zhì)、傳熱性能和液體均布能力強(qiáng)等優(yōu)點。甲醇精餾填料型三塔工藝技術(shù)和甲醇精餾專用絲網(wǎng)規(guī)整填料的成功開發(fā), 為眾多大、中型甲醇生產(chǎn)企業(yè)的增產(chǎn)、降耗提供了技術(shù), 為企業(yè)大幅度降低甲醇生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和擴(kuò)大市場占有率提供了可能, 具有著明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。精餾的主要設(shè)備是精餾塔，而塔的內(nèi)件是實現(xiàn)氣液接觸和熱質(zhì)傳遞的主要元件，常用的塔內(nèi)件分塔盤和填料兩種。 精餾的目的和原理以及精餾塔的操作和調(diào)節(jié) 粗甲醇的組成與精制要求 [1] 甲醇合成不論采用鋅鉻催化劑或銅基催化劑，均受其選擇性的限制，且受合成條件壓力、溫度、合成氣組成的影響，在生產(chǎn)甲醇反應(yīng)的同時，還伴隨著一系列副反應(yīng)，其產(chǎn)品系主要由甲醇以及水、有機(jī)雜質(zhì)等組成的混合溶液，故稱為粗甲醇。顯然，精甲醇的質(zhì)量和精制過程中的損耗，與粗甲醇的質(zhì)量關(guān)系極大。一般工業(yè)上出于對甲醇產(chǎn)品的要求，規(guī)定了精甲醇中含雜質(zhì)量的指標(biāo)。? 相對揮發(fā)度的含義是液相混合物中易揮發(fā)組分的揮發(fā)度與難揮發(fā)組分揮發(fā)度之比，對于理想溶液就是飽和蒸汽壓之比。iX 而道爾頓定律是指：在一定溫度下的平衡系統(tǒng)中，溶液表面上方的壓力等于汽相混合物中各組分的分壓之和，即： ??iP式中： 求和：? 氣相壓力；P 氣相中組分 i 的分壓。 影響因素 [7]保持精餾裝置的物料平衡是精餾塔穩(wěn)態(tài)操作的必要條件。DxW中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁回流比增加，使塔內(nèi)上升蒸汽量及下降液體量均增加，若塔內(nèi)氣液負(fù)荷超過允許值，則應(yīng)減小原料液流量。 精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量控制和調(diào)節(jié) [7]精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量通常是指餾出液及釜殘液的組成達(dá)到規(guī)定值。因此生產(chǎn)上常用測量和控制靈敏板的溫度來保證產(chǎn)品的質(zhì)量。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的完全無水的甲醇。預(yù)精餾塔 C15501 頂部出來的氣相，首先進(jìn)入預(yù)精餾塔一級冷凝器 E15506 的殼程，物料被管程的循環(huán)冷卻水冷卻到 ℃,冷卻下來的液體進(jìn)入預(yù)精餾塔回流槽 T15501 中；從預(yù)精餾塔一級冷凝器 E15506 出來的氣體進(jìn)入預(yù)精餾塔二級冷凝器 E15515 的殼程，物料被管程的循環(huán)冷卻水冷卻到 40℃左右,冷凝下來的液體進(jìn)入萃取槽 T15508 中，經(jīng)工藝水萃取后，甲醇水溶液進(jìn)入預(yù)精餾塔回流槽 T15501 中，萃取出來的物料去雜醇油罐；二級冷凝器中出來的帶有甲醇的不凝氣，進(jìn)排放槽 T15506 中，用水洗滌其中的甲醇后，不凝氣去放空總管。 常壓精餾系統(tǒng)加壓精餾塔釜液與加壓精餾塔的進(jìn)料液在 E15513 中進(jìn)行換熱后，進(jìn)入常壓精餾塔C15503 的下部，塔頂出來的甲醇蒸汽進(jìn)入常壓精餾塔回流冷凝器 E15508 的殼程，被管程的循環(huán)冷卻水冷凝冷卻后，進(jìn)常壓精餾塔回流槽 T15503 中，回流槽出來的液體經(jīng)常壓精餾塔回流泵加壓后，一部分進(jìn)常壓精餾塔頂作回流液用，其余作精甲醇去中間罐區(qū)。摩爾分率單位：tW%，由于輕餾分的平均分子沒法確定，因此通過對其它組分的摩爾分率計算推出輕餾分的摩爾分率。因填料分三段，則需兩組液體分布器，確定液體分布器在塔內(nèi)高度為 ，第二組高度為 ，其高度為 +=。 h 的最小尺寸是由釜液出口管尺寸決定，H 則應(yīng)按工藝條件確定。中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 21 頁代入數(shù)據(jù)得，甲醇的飽和蒸汽壓 = kpa.?AP回流比確定由甲醇水的平衡數(shù)據(jù)繪制 xy 圖用作圖法求最小回流比 minR由于進(jìn)料為泡點進(jìn)料 q=1，所以畫 q 線與平衡線交點，用交點坐標(biāo) x,y 求最小回流比圖 22 作圖法求最小回流比 ??BAP? ???操作回流比可取為最小回流比的 ～ 倍，所以取=?所以，回流比確定為 =??DRL中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 22 頁+1=???FqL39。②冷卻劑的選擇常用的冷卻劑是水和空氣，應(yīng)因地制宜加以選用。則? 理論塔板數(shù)計算 [7]由于本次設(shè)計時的相對揮發(fā)度是變化的，所以不能用簡捷法求得，應(yīng)用圖解法。39。39。故選用 32℃的冷卻水,選升溫 10℃，即冷卻水的出口溫度為 42℃.根據(jù)資料所提供的數(shù)據(jù)， =℃， =℃DtWt注：下標(biāo) 1 為甲醇，下標(biāo) 2 為水。由于飽和水蒸汽冷凝時的傳熱膜系數(shù)很高，可以通過改變蒸汽的壓力準(zhǔn)確地控制加熱溫度。摩爾分率單位：%進(jìn)料的摩爾流量 =?甲醇的