【正文】 ................................................................................43 年產(chǎn) 3 萬噸甲醇精餾工藝設(shè)計 摘要 ： 通過本課題的設(shè)計了解甲醇精餾的 發(fā)展歷程和廢甲醇的回收利用， 把廢甲醇轉(zhuǎn)化成能源，進(jìn)行充分利用變廢為寶、化害為利，既節(jié)約了自然資源和能源，又達(dá)到了生產(chǎn)創(chuàng)利的目的，本設(shè)計 主要介紹 了 甲醇精餾工藝。由于廢 甲醇中含有多種有機(jī)雜質(zhì)和水分，需要精制。0 液體通過降液管底隙的速度， m/s hf 塔板上鼓泡高度， m Vs 氣體體積流量， m3/s h1 與板上液層阻力相當(dāng)?shù)囊褐叨龋?m 液柱 Wc 邊緣無效區(qū)寬度， m hL 板上清液層高度， m Wd 弓形降液管寬度， m h0 降液管的底隙高度， m Ws 破沫區(qū)寬度， m hOW 堰上液層高度， m Z 板式塔的有效高度， m IV 希臘字母 β 充 氣系數(shù)，無因次 δ 篩板厚度， m θ 液體在降液管內(nèi)停留時間， s μ 粘度， mPa/s ρ 密度， kg/m3 б 表面張力， N/m Ф 開孔率，無因次 1 引 言 甲醇是極為重要的有機(jī)化工原料，在化工、醫(yī)藥、輕工、紡織及運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)都有廣泛的應(yīng)用，其衍生物產(chǎn)品發(fā)展前景廣闊。我國的甲醇工業(yè)發(fā)展是伴隨著能源與美化工工業(yè)的發(fā)展而崛起的。對甲醇純度的要求很高。甲醇廢水回收的重要意義在于利用技改方式把它轉(zhuǎn)化成能源，進(jìn)行充分利用變廢為寶、化害為利，既節(jié)約了自然資源和能源，又達(dá)到了生產(chǎn)創(chuàng)利的目的，真正實(shí)現(xiàn)了社會效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一，為同類行業(yè)生產(chǎn)廢水的綜合利用提供了可行的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 也是一種新型的清潔能源 。 甲醇工業(yè)的發(fā)展及現(xiàn)狀 甲醇的消費(fèi)量 80年代以來，世界的甲醇總需求量增長很快，平均年增長率約 8%。特別是近年來，由于國際油價的節(jié)節(jié)攀升，煤化工工業(yè)對發(fā)揮我國豐富的煤炭 資源優(yōu)勢，以此補(bǔ)充我國油氣資源的不足與滿足對化工產(chǎn)品的需求，保障能源安全，推動煤炭清潔利用，促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。所以必須采取化學(xué)方法進(jìn)行預(yù)處理。在甲醇精餾流程的選擇上，往往以規(guī)模的大小來確定裝置。這樣，在同等的生產(chǎn)條件下，降低了主精餾塔的負(fù)荷，并且常壓塔利用加壓塔塔頂?shù)恼羝淠裏嶙鳛榧訜嵩?，所以，三塔精餾既節(jié)約蒸汽，又節(jié)省冷卻水。 流程簡單、操作方便、運(yùn)行穩(wěn)定。進(jìn)料在此處與精餾段的回流匯合，再逐層下流而入蒸餾釜中。能滿足某些工藝的特性：腐蝕性，熱敏性，起泡性等。 ⑷ 壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低 30％左右。39。 由設(shè)計條件知： QL＝ 5%QV＝ ∴ QF＋ ＝ QD＋ QW＋ QW’ 式中 QF—— 進(jìn)料帶入系統(tǒng)的熱量； QV—— 加熱蒸汽帶入系統(tǒng)的熱量； QD—— 餾出液帶出系統(tǒng)的熱量； QW—— 釜?dú)堃簬С鱿到y(tǒng)的熱量； QF QW’ QD QL QW QV 11 QW’ —— 冷卻水帶出系統(tǒng)的熱量； QL—— 熱損失。39。 3????? ? 史密斯關(guān)聯(lián)圖查取，圖的橫坐標(biāo)為 由m ax LVVuC????? 式中的 C 由式 20 ()20LCC??計算，其中 20C 由 6 0 3 6 0 2/12/1 ??????????????????VLhhVL ?? 取板間距， HT=，板上清液層高度 hL=，則 HThL= m 由史密斯關(guān)聯(lián)圖，得知 C20= 氣體負(fù)荷因子 20 ?????????C smu / 908 m a x ???s 取安全系數(shù)為 ，則空塔氣速為 u== = muVD S 8 1 ????? ? 按標(biāo)準(zhǔn)塔徑圓整后為 D= 塔截面積為 At=11= m 2 實(shí)際空塔氣速為 22 smu /4 9 8 1 7 ?? u/umax=(安全系數(shù)在充許的范圍內(nèi)，符全設(shè)計要求 ) 精餾塔有效高度的計算 精餾段有效高度為 )113(1 ?????? THNZ 提餾段有效高度為 )119(1 ?????? THNZ 在進(jìn)料板上方開一人孔，其高度為： 故精餾塔的有效高度為 ??????? ZZZ 塔板主要工藝尺寸的計算 溢流裝置計算 因塔徑 D＝ ，可選用單溢流弓形降液管，采用凹形受液盤。 50Wh mm? 。 24 塔板布置 (1)塔板的分塊 因 mmD 800? ，故塔板采用分塊板。 提餾段： T3600 fhAHL? ? ss 6 0 00 0 5 2 6 0 0 ??? ??? 故降液管設(shè)計合理。 ???????? mmWmm xxxVWxVLy （ b） 采用逐板法求理論板層數(shù) 由 1 ( 1)qq qxy x??? ?? 得yyx )1( ??? ?? 將 ? = 代入得相平衡方程 yyyyx )1( ????? ?? （ c） 聯(lián)立（ a）、（ b）、（ c）式，可自上而下逐板計算所需理論板數(shù)。 據(jù)： Cpm＝ a＋ bT＋ cT2＋ dT3 查得：（甲醇） a= b= 10－ 3 c=－ 10－ 6 （水） a= b= 10－ 3 c=－ 10－ 6 故甲醇的比熱容為： )]./([ 263Kmo lJC pm＝ －＋＝－－甲醇 ???? 水的比熱容為： )]./([ 5 5 263Kmo lJC pm＝ －＋＝－水 ???? ? 由此可求得進(jìn)料與釜?dú)堃旱臒崃糠謩e為： )/(9 4 8 7 2 . 2 4] 9 2 [ 8 4)()1()(hkJtCxFtCFxQ FpmFFpmFF?????????????）（水甲醇 )/(41 4 8 9 0 7 . 1] 9 . 8 650 0 [ 2 5)()1()(hkJtCxWtCWxQ WpmWWpmWW?????????????）（水甲醇 將以上結(jié)果代入到熱量衡算式中： ＋ ＝ 0++ 106 12 解得： QV＝ kJ/h 熱損失為： QL＝ ＝ （ kJ/h） （ 5）加熱蒸汽的用量 設(shè)加熱蒸汽的用量為 qm’ ，則： QV＝ qm’ .r 已知蒸氣的壓力為 5kgf/cm2（絕壓），查得該壓力下蒸汽的汽化熱為 r＝ 2113kJ/kg 由此可求得加熱蒸汽用量為： )/( 39。 （ 2）各股物流的溫度與壓力 由塔頂蒸氣組成 xD=，通過氣液平衡數(shù)據(jù)表，經(jīng)插值可知塔頂蒸氣溫度為℃，改溫度也為回流液和餾出液的溫度。 ⑵ 操作彈性較小 (約 2～ 3)。篩孔塔板是在泡罩塔板的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它吸收了泡罩塔板的優(yōu)點(diǎn)。塔底液 體的一部分稱為殘液，不斷地被引出，入貯槽 V0102，剩余部分則送入蒸餾釜內(nèi)間接蒸汽被加熱氣化。 單塔工藝流程的描述 本設(shè)計是對進(jìn)行過預(yù)處理除去廢甲醇中的固體顆粒之后的精餾工段。但是三塔流程比一塔流程復(fù)雜，投資大，操 5 作難度大。本設(shè)計甲醇的年生產(chǎn)能力是 3萬噸 ，選用了單塔流程 。對于由沸點(diǎn)不同的組分組成的混合液，加熱到一定溫度，使其部分氣化，并將氣相與液相分離。甲醇可作為“功能”儲備來補(bǔ)充石油的不足，國家標(biāo)準(zhǔn)委連續(xù)發(fā)布了甲醇燃料及 M85 甲醇汽油兩個國家標(biāo)準(zhǔn)， M15 甲醇汽油等系列的國家標(biāo)準(zhǔn)也即將頒布，這些國家標(biāo)準(zhǔn)的頒布和實(shí)施必將進(jìn)一步促進(jìn)和加快甲醇燃料的規(guī)范發(fā)展。 1982 年全世界的甲醇產(chǎn)量不足 103kt，預(yù)計到 20xx 年達(dá)到約 7200 萬噸 [3]。甲醇 主要應(yīng)用于精細(xì)化工，塑料等領(lǐng)域， 生產(chǎn)酚醛樹脂、甲醛塑料等高分子材料和粘合劑等精細(xì)化工產(chǎn)品。能與水、醇類、乙醚、苯、酯類 、鹵代烴和許多其他有機(jī)溶劑互溶，但是不與脂肪烴類化合物混溶。因此，本設(shè)計的工藝設(shè)計很有價值。 隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展， 甲醇的用途很廣，也必然會存在浪費(fèi)，對環(huán)境造成的污染非常嚴(yán)重，而且， 可用資源越來越少， 因此，對于廢甲醇的回收意義重大，關(guān)于這一課題的研究也越來越多。石油作為及其重要的能源儲量是有限的，而甲醇燃料以其安全、廉價、燃燒充分，利用率高、環(huán)保的眾多優(yōu)點(diǎn)，替代汽油已經(jīng)成為車用燃料的發(fā)展方向之一。 對甲醇精餾工段 全流程進(jìn)行 物料熱量衡算以及塔的工藝尺寸設(shè)計，得到計算結(jié)果如下，廢 甲醇 3 萬噸經(jīng)過單塔精餾得到純度為 %的甲醇 萬噸，熱量衡算中進(jìn)料熱量為,加熱蒸汽熱量 ,算出熱損失 。 Abstract ........................................................................................................ 錯誤 !未定義書簽。第 14 塊為進(jìn)料板。 甲醇工業(yè)的發(fā)展及現(xiàn)狀 80 年代以來，世界的甲醇總需求量 增長很快，平均年增長率約 8%。精餾主要是除去易揮發(fā)組分，以及難以揮發(fā)的組分，如水等 [2]。我國甲醇的消費(fèi)增長也很快，市場的需求必然導(dǎo)致甲醇產(chǎn)量的迅速增加。 甲醇為最簡單的飽和脂肪醇，其化學(xué)性能活潑，易燃燒。 由甲醇轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的二甲醚具有清潔、動力性能好、污染少、易儲存 等特點(diǎn)，綜合性能遠(yuǎn)優(yōu)于液 化氣、天然氣、甲醇、乙醇等產(chǎn)品，其作為替代柴油燃料的市場空間廣闊 。在未來的幾年內(nèi)，更多超大規(guī)模的甲醇生產(chǎn)裝置 的集中投產(chǎn)，必將對國際甲醇生產(chǎn)和消費(fèi)市場產(chǎn)生重大的影響。將粗甲醇精餾為純組分。如此反復(fù)，低沸點(diǎn)組分不斷 提高。但從國內(nèi)雙塔常壓精餾現(xiàn)狀來看，能耗較高，以及精甲醇中乙醇 含量較高，是兩個比較突出的問題。四 塔精餾和三塔精餾一樣節(jié)約蒸汽，節(jié)省冷卻水。單塔流程 為廢甲醇產(chǎn)品經(jīng)過一個塔就可以采出產(chǎn)品。有時也可使從塔頂逸出的蒸汽在冷凝器內(nèi)全部冷凝，再將所得餾出液分為兩部分：一部分作為回流送回塔頂，另一部分則送入冷卻器加以冷卻。 篩板塔也是傳質(zhì)過程常用的塔設(shè)備，它的主要優(yōu)點(diǎn)有： ⑴ 結(jié)構(gòu)比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的 60％，為浮閥塔的 80％左右。本設(shè)計采用篩板塔。hkJHxVcHVxQ mVDmVDV???????????＋℃水甲醇 代入到熱量衡算式中，可求得塔頂冷凝器帶走的熱量為： QW’ ＝ ? kJ/h （ 5）冷卻水的用量 設(shè)冷卻水的流量為 qm，則： QW’ ＝ qmCp(t2－ t1) 已知 ： t1＝ 30℃ t2＝ 45℃ 10 以進(jìn)出口水溫的平均值為定性溫度： ℃2 45302 21 ????? ttt m 查得水在 ℃時的比熱容為： Cpm＝ (kg.℃ ) ∴ )/( 50)/( 36 32)3045( )(61239。 /h1 6 5 .3 9 k m o lV=V39。39。 ? smu /39。 (2)邊緣區(qū)寬度確定 精餾段和提餾段均取 Ws= Wc= (3)開孔區(qū)面積計算 精餾段和提餾段相同 開孔區(qū)面積 aA 按式 22 2 12 s in180a rxA x r x r? ???? ? ?????計算 其中 mWWDxsd )(2 )(2 ??????? mWDrc 4 6 3 ????? 故 21222 i n180 mA a ????????? ???? ?? 每層塔板上的開孔面積 5 3 0 )40 ??? aAA （ 4） 篩孔計算及排列 本設(shè)計所處理的物系無腐蝕性，可選用 3mm?? 碳鋼板，取利孔直徑 mmd 50 ? 篩孔按正三角形排列，取孔中心距 t為 mmdt 15533 0 ???? 篩孔數(shù)目 n 為 2 7 5 22 0 ???? t An個 開孔率為 %0 1 0 0 0 0 220 ??????????????? td? 氣體通過閥孔的氣