【正文】 語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。據我所知， 除文中已經注明引用的內容外，本論文（設計）不包含其他個人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果。保密的論文（設計）在解密后適用本規(guī)定。 通過對國內外甲醇精餾的工藝發(fā)展的了解以及精餾工藝設計的 學習，設計出了合理的三塔工藝流程，選擇合適的操作條件，在此基礎進行了物料和熱量衡算，塔高、塔徑、塔板數以及塔內件等塔設備的計算。如果用流程模擬軟件，對工藝流程進行模擬，則很容易實現對流程的考察，然后對工藝流程進行設計，確定工藝操作參數，可以用來指導生產或者為裝置改造以及新裝置的設計提供基礎數據。精制過程包括精餾與化學處理。 甲醇的簡介 甲醇的性質 甲醇最早由木材和木質素干餾制的 ， 故俗稱木醇，這是最簡單的飽和脂肪組醇類的代表物 。 遇熱 、明火或氧化劑易燃燒 ，其蒸汽能形成爆性混合物，爆炸極限 ～ 35%(體積 )[1]。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有機原料，隨著技術的發(fā)展和能源結構的改變，甲醇將開辟了更多新的用途。 但我國甲醇工業(yè)目前還在一定程度上面臨著進口產品的沖擊，原因是國內大部分裝置規(guī)模小、技術落后、能耗高、造成生產成本 4 高，無法與國外以天然氣為原料的大型或超大型甲醇裝置抗衡。兩塔流程也稱常壓流程 ， 是使用最早、最多的技術 。 該工藝具有流程簡單、運行穩(wěn)定、操作方便、一次投資少的特點，適合原料粗甲醇中二甲醚等輕組分和還原性雜質量較低的粗甲醇加工 [12]。預精餾塔后的冷凝器采用一級冷凝，用以脫除二甲醚等低沸點的雜質，控制冷凝器氣體出口溫度在一定范圍內。這樣在同等的生產條件下降低了主精餾塔的負荷，并且常壓塔利用加壓塔塔頂的蒸汽冷凝熱作為加熱源，所以三塔精餾既節(jié)約蒸汽，又節(jié)省冷卻水 [15]。 通過對精餾系統(tǒng)的研究優(yōu)化工藝參數，對 年產 3 萬噸甲醇精餾工藝進行設計。 7 預 精 餾 塔 加 壓 精 餾 塔 常 壓 精 餾 塔 預塔頂出料 加壓塔頂出料 常壓塔頂出料 粗甲醇 堿液 水 預塔頂出料 加壓塔頂出料 常壓塔頂出料 圖 甲醇三塔精餾流程簡圖 甲醇三塔精餾 工藝流程操作控制 (1)預塔塔頂不凝氣溫度的控制 在三塔精餾流程中 ， 預塔的主要作用是脫除甲酸甲酯、二甲醚、丙酮等輕組分雜質。 (3)保證預塔足夠的回流量 為有效脫除輕組分雜質 ， 保證預塔足夠的回流量是非常必要的 ， 但回流量不能太大 ，否則會增加能耗。加壓塔塔頂的壓力要在實現加壓塔和常壓塔熱量互用的前提下 ， 依據加壓塔塔頂蒸汽的露點恰好是常壓塔塔釜液體的泡點，保證操作過程中的操作費用較低下確定 。 以精甲醇年產 3 萬噸計，年工作日以 330 天計， 則精甲醇每日、每小時產量為： 30000/330=又粗甲醇中含甲醇 %， 則每日每小時所需粗甲醇量為： 預塔物料衡算 (1)入料量 ① 粗甲醇入料量： kg/h ② 堿液： 據資料，堿液濃度為 5%時，每噸粗甲醇消耗 kg 的 NaOH。 14 (2)冷卻劑的選擇 及用量計算 常用的冷卻劑是水和空氣。 所以液體平均密度： ???? kg/m3 則液體負荷： 0 0 3 1 6 0 0 0 4 3 ???mLm3/s 16 第 3 章 常壓塔實際塔板數及塔徑設計 常壓塔實際塔板數計算 常壓塔理論板數的計算 (1)各組分的甲醇摩爾分數 設加壓塔后甲醇的甲醇摩爾人率為 Xf， ? ?? ? 5 2 ) 2 5 0( 32/ 2 5 0 ???? ??fX 精甲醇中甲醇的摩爾分率 Xd， ???dX 殘液中甲醇的摩爾分率 Xw， 0 0 5 ???wX (2)精餾段和提餾段物的甲醇摩爾流量 )( 22????????OHOHff MXMXGF 回kmol/h 精餾段摩爾流量： ???????? wd wf XX XXFD 精kmol/h 提餾段摩爾流量： 0 0 5 9 5 2 9 ????????? wd wd XX XXFD 提kmol/h (3)平均揮發(fā)度： ? m 查得 124℃ 時，甲醇的飽和蒸汽壓： P*CH3OH= 水的飽和蒸汽壓： P*H2O= 108℃ 時，甲醇的飽和蒸汽壓： P*CH3OH= 水的飽和蒸汽壓： P*H2O= 由 ? =OHOHCHpP23** 得： 124℃ 時， α124=； 108℃ 時， α108=平均揮發(fā)度： 108124 ???? ??? m (4)最小理論塔板數 Nmin 17 由 Xd=， Xw=，根椐芬斯克公式得： ) n ( 11)11l n (ln 1m i n ????????? w wddm X XXXN ? (5)最小回流 組分 進料組成 Xi， F 釜液組成 Xi， D ? i 水 甲醇 用恩德伍德公式計算最小回流比： ? ? 1, ???? mi mDii RX ??? (31) qXiFii ???? 1,??? (32) 由于為為泡點進料，所以 q=1。 (1)精餾段 ① 求操作負荷因 C 精餾段功能參數為 0 4 2 15 4 0 0 3 2121????????????????vlnnVL ?? ， 塔板間 的 有效高度 為H0=HTHC==。所以平均表面張力 19 ? =??105+??105=?105 N/cm。 (4)封頭高度 采用標準橢圓封頭，壁厚與塔體相同，即： Sn=10 mm， h=390mm。s， 3 6 0 00 0 3 1 ???wLL，查圖得 E=。等腰三角形高取 t1=。 降液管中的停留時間 t 為 降液管容積與液體流量之比液，即 ： t=AdHT/L （ 411） 由（ 411）得 ： 精餾段 ： t=／ = 5s； 提餾段 ： t=／ =5s 霧沫夾帶量校核 25 ①計算泛點百分率校核霧沫夾帶 泛點率 = %0???bFvlvLACKVLZ ?? ? (412） 板上泛液面積： Ab=AT2Ad=?=，由表查得泛點負荷系數 CF=，物性系數 K0=。 27 由 t=AdHT/L 得 L= AdHT/t， 則 Ln(max)=(4)漏液線 對 F1 重閥，以 F0=5 為規(guī)定氣體最小負荷。 設凝液在回流罐中停留時間為 20min，罐的填充系數為。 則體積流量 ： 6 8 9 )108273( 8 0 0 ?? ????? Mpm R TVm3/h 入口面積 ： ???S m2 入口管徑 ： 5 ??? ?sdm 30 。 接管設計 (1)塔頂甲醇蒸汽出口管 由前 面計算可知：塔頂蒸汽流量為 1250 kg/h，溫度 65℃ ， 蒸汽流速取 u=14m/s。 3 6 0 0) 0 0 0( 32( m in ) wown LEhL ? (418) 由 (418) 得： 精餾段： 432( m i n ) 6 0 1 1 0 0 00 1 ????????? ???nLm3/s 提餾段： 432( m i n ) 6 0 1 1 0 0 00 1 ????????? ???nLm3/s 28 第 5 章 輔助設備的設計 精餾系統(tǒng)的輔助設備主要包括再沸器、冷凝器、預熱器、貯罐等以及一些接管尺寸。 ②驗算霧沫夾帶量 ? ? 2 ???????? muH hBe T L ??? (413) ???????? ??????????? ?vvlvm ? ???? (414) e 霧沫夾帶量 m氣液物性影響參數 其中 3 8 ??? dP AA? ， ?? ， 610887. ???v? ， mmHT 350? ， ?? ，B=107。 塔板流體力學驗算及校核 氣相通過浮閥塔的壓降計算 Hp=Hc+HL+H? （ 47） vocU ?? （ 48） gUH lvc ??20? (49) cH 干板阻力； m LH 板上充氣液層阻力； m ?H 克服液體表面張力阻力； m (1)干板阻力 Hc 由（ 48）得精餾段 ： ??ocUm/s 由于 U0Uoc，由 (49)得 ： 2 ??? ???cHm 同理提餾段： ??ocUm/s， 2 ??? ???cHm (2)板上充氣液層阻力 HL 取充氣系數 ? 0=， 則 Hl=? 1hL=?=。 降液管設計 ①由上述知 LW=， DLw =。 溢流堰設計 塔板上的堰是為保持塔板上有一定的清液層高度，若過高則霧沫夾帶嚴重，過低氣液接觸時間短，都會降低板效 [24]。 20 第 4 章 浮閥塔盤工藝設計 塔高設計 (1)塔高 ①塔有效高度 H1 上述計算得塔板數 N=33 塊，其中進料板上方 119 塊板為精餾段，下方 2033 塊板為提餾段，精餾段和提餾段的板間距 HT=350mm， 入孔所在板間距增至 HT=700mm，則H1=35018+35011+700=10850mm。 查得 ℃時，甲醇表面張力為 ?105N/cm；水的表面張力 ? 105 N/cm。 操作回流比為 ， 則 R =?= (6)用簡捷法求理論板數 N X=(RRmin)/(R+1) (33) Y=+(34) Y=(NNmin)/(N+2) (35) 則將數據代入 (33)、 （ 34） 、（ 35）得 ： X=(RRmin)/(R+1)=()/(+1)=， Y= 則 （ NNmin)/(N+1)=， 所以 N? 塊 常壓塔實際塔板數的