【正文】 算 11 甲醇的主要技術(shù)規(guī)格 9 精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量控制和調(diào)節(jié) 1 甲醇精餾工藝技術(shù)比較 本設(shè)計選擇了以 45萬 t/a甲醇精餾的產(chǎn)量作為生產(chǎn)計算與設(shè)計的任 務(wù)，參考了河南永城永煤集團龍宇煤化工甲醇廠甲醇精餾的工藝，本設(shè)計從工藝角度對其生產(chǎn)過程和主要設(shè)備進 行了物料衡算、塔設(shè)備簡捷法計算、熱量衡算、換熱器設(shè)計等工藝計算。近年來，世界甲醇的生產(chǎn)能力發(fā)展速度較快。 7 影響因素 11 甲醇的一般性質(zhì) 16 計算參數(shù) 23 精餾塔主要尺寸的設(shè)計計算 35 熱量衡算 48 全塔高度的確定 57 求溫差修正系數(shù) 58 分別計算管 程和殼程的傳熱系數(shù) 62 泵的選型 69 蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 1 總 論 概況 甲醇的用途 目前，甲醇在有機合成工業(yè)中，是僅次于烯烴和芳烴的重要基礎(chǔ)有機原料。 [1] 我國目前甲醇的產(chǎn)量還較低，但近年來發(fā)展速度較快，近五年來甲醇的生產(chǎn)規(guī)模有了突飛猛進的發(fā)展。 [2] 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)甲醇實際生蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 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 m2/ 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)、傳熱性蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 能和液體均布能力強等優(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)量和擴大市場占 有率提供了可能 , 具有著明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。填料是最早使用的塔內(nèi)件，當初使用在小塔徑的塔里，由于其設(shè)計、制造、安裝難度不大，應(yīng)用十分廣泛。 以色譜分析或色譜 質(zhì)譜聯(lián)合分析測定粗甲醇的組成有 40 多種，包含了醇、醛、酮、醚、酸、烷烴等等。從精制角度考慮，甲醇合成過程中副反應(yīng)越少越好，從而提高粗甲醇的質(zhì)量，就可能在容易獲得高質(zhì)量精甲醇的同時，又降低了精制中 物料和能量的消耗。優(yōu)質(zhì)甲醇的指標集中表現(xiàn)在沸程短，純度高，穩(wěn)定性好并含有機雜質(zhì)量極小。 對于粗甲醇中的雜質(zhì)，通常以甲醇的沸點為界，分為輕組分雜質(zhì)和重組分雜質(zhì)。 如果已經(jīng)知道某液體組分在某溫度下的飽和蒸汽壓，就可以利用拉烏爾定律計算出該液體與另一液體構(gòu)成不同濃度混合液的氣相分壓。而 Dx 和 Wx 決定于氣液平衡關(guān)系蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 （ ? ）、 F x 、 q、 R 和理論板數(shù) TN （適宜的進料位置），因此 D 和 W 或采出率 FD 與 FW 只能根據(jù) Dx 和 Wx 確定，而 不能任意增減，否則進、出塔的兩個組分的量不平衡，必然導(dǎo)致塔內(nèi)組成變化，操作波動，使操作不能達到預(yù)期的分離要求?；亓鞅茸兓瘯r，再沸器和冷凝器的傳熱量也應(yīng)相應(yīng)發(fā)生變化。生產(chǎn)中某一個因素的干擾（如傳熱量、 Fx 等發(fā)生變動）將影響產(chǎn)品的質(zhì)量，因此應(yīng)及時予以調(diào)節(jié)控制。 甲醇的主要技術(shù)規(guī)格 甲醇的一般性質(zhì) 甲醇的分子式為 CH3OH，其分子量為 。同樣，也難以從甲醇中清除有機雜質(zhì)，產(chǎn)品甲醇總含有有 機雜質(zhì)約 %以下。預(yù)精餾塔塔釜的預(yù)后甲醇經(jīng)液位控制后去加壓精餾 塔進一步精餾。 常壓精餾塔底部出來的釜液，含有微量的甲醇和有機物，送出界區(qū)去污水生化處理裝置。 塔頂空間是塔 頂?shù)谝粔K塔板到塔頂切線距離。本設(shè)計取塔底空間為 。 物料衡算 已知 ： M =進料流量 F= sw =tW =13% (乙醇和雜醇的量較小，這里忽略不計 )。飽和水蒸汽是一種應(yīng)用最廣的加熱劑。永城市夏季最熱月份日平均氣溫為 32℃ 。 [10] 精餾塔主要尺寸的設(shè)計計算 [5] 表 25 水在不同溫度下的密度 溫度 /℃ 60 70 80 90 100 110 密度 /(g/ cm3) 表 26 甲醇在不同溫度下的密度 溫度 /℃ 10 20 30 40 50 60 密度 /(g/ cm3) 表 27 水在不同溫度下的黏度 溫度 /℃ 80 90 100 110 120 130 黏度 / smPa? 表 28 甲醇在不同溫度下的黏度 溫度 /℃ 10 15 20 黏度 / smPa? 用內(nèi)插法可以計算出水和甲醇在塔頂、塔底和進料溫度下的密度和黏度 舉例： ??? ???? 水水 ?? 9 71 71 65 8090 g/ cm3 ??? ???? 水水 ?? 5 22 22 14 5354 smPa? 蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 26 頁 表 29 水和甲醇在不同溫度下的密度 溫度 /℃ ?Dt ?Wt ?Ft 水密度 /(g/ cm3) 甲醇密度 /(g/ cm3) 表 210 水和甲醇在不同溫度下的黏度 溫度 /℃ ?Dt ?Wt ?Ft 水黏度 /( smPa? ) 甲醇黏度 /( smPa? ) ? ? ?????? DD xMxMM 121 +（ ） =??? VMV1 =??? LML1 =?Dx ? 1a =， 2a = ??? 22111 ??? aaL ?? 3/g 所以 ?L? g/ cm3= kg/ m3 ? ? ??? ??? ? kg/ m3 ? ? ???? DDL xx 121 ??? +（ ） = smPa? 塔頂出 料口質(zhì)量流量： D== kg/h 蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 27 頁 表 211 塔頂部數(shù)據(jù)結(jié)果表 符號 kmolkgM/ 3/mkgV? 3/mkgL? smPaL?? ? ? ? ?hk m o lhkg D //// 摩爾質(zhì)量 流量 數(shù)值 ? ? ?????? WW xMxMM 121 +()=? ? ??? ??? ? kg/ m3 由于 Wx =? 1a =， 2a = ??? 22111 ??? aaL ?? 3/g 所以 ?L? g/ cm3=? ? ???? WWL xx 121 ??? +（ ） = smPa? ??? 39。2 VVV ????? 2 7 7 2 0 6 1 62 39。 所選的規(guī)整的參數(shù)為 型號 峰高 mm 比表面積 m2/m3 理論板數(shù) 1/m 空隙率 % 壓力降MPa/m CB250Y 12 250 ~3 97 104 塔徑設(shè)計的計算 由氣速關(guān)聯(lián)式 蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 31 頁 8141 ???????????????????????? ???????????LGLLGf GLAagu ?????? 式中 2?a干填料因子； L? 液體粘度， smPa? ； A金屬絲網(wǎng)規(guī)整填料為 ； GL、 液體、氣體質(zhì)量流速； LG ??、 氣體、液體密度； g重力加速度。 SSS VVV 蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 30 頁 表 214 精餾段、提餾段數(shù)據(jù)結(jié)果表 精餾段 提餾段 氣相密度 ? ?3/ ??mkgV? 液相密度 ? ?3/ ??mkgL? 氣相摩爾流量 ? ?1/ ??hkmol 氣相質(zhì)量流量 ? ?1/ ??hkg 液相黏度 / smPa? 液相摩爾流量 ? ?1/ ??hkmol 液相質(zhì)量流量 ? ?1/ ??hkg 填料的選擇 填料是填料塔的核心構(gòu)件，它提供了氣液兩相接觸傳質(zhì)與傳熱的表面，與塔內(nèi)件一起決定了填料塔 的性質(zhì)。2 VV =精餾段： ??? LML2 =提餾段： ??? 39。BLWVW rII =則 ?BQ =107 kJ/h 加熱蒸汽消耗量為 ? ?12 ttc QW pc Cc ?? 有附錄查得 P 為 700kpa 時水的汽化熱為 kJ/kg。本設(shè)計選用 （溫度為 180℃ ）的低壓蒸汽作為加熱介質(zhì)，水蒸汽易獲得、清潔、不易腐蝕加熱管，不但成本會相應(yīng)降低，塔結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜。 甲醇的安托因常數(shù)為 A=， B=， C= CT BAP ????ln 式中 ?P 飽和蒸汽壓， mmHg； T物系溫度， K。裙座高度是指從塔底封頭切線到基礎(chǔ)環(huán)之間的高度，今以圓柱型裙座為例，可知裙座高度是由塔底封頭切線到出料管中心線的高度 h 和出 料管蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁 中心線至基礎(chǔ)環(huán)的高度 H 兩部分組成。 本設(shè)計選用的是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、負荷彈性大。 已知：進料的 M =進料流量 F= sw =61000kg/h，甲醇的質(zhì)量分率 tW =95%，水的質(zhì)量分率 tW =%，輕餾分的質(zhì)量分率 tW =%，另有雜醇和乙醇的量較少，這里忽略不計。 常壓精餾系統(tǒng) 加壓精餾塔釜液在 E105 中進行換熱后，進入常壓精餾塔 T103 的下部，塔頂出來的甲醇蒸汽進入常壓精餾塔回流冷凝器 E107 的殼程，被管程的循環(huán)冷卻水冷凝冷卻后，進常壓精餾塔回流槽 V104 中，回流槽出來的液體經(jīng)常壓精餾塔回流泵加壓后，一部分進常壓精餾塔頂作回流液用，其余作精甲醇去中間罐區(qū)。 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 ―