【正文】 40 792 902 989 1003 1045 997 946 784 620 451 63 504 508 586 611 636 594 568 526 424 sPaP ?? 甲醇精餾工藝流程說明 預(yù)精餾系統(tǒng) 來(lái)自甲醇合成裝置的粗甲醇（ 40℃、 ），首先進(jìn)入粗甲醇預(yù)熱器 E15501 的 管程，被殼程的低壓蒸汽冷凝液加熱到 70℃左右，然后進(jìn)入預(yù)精餾塔 C15501 的上部。 已知： 進(jìn)料的 M =進(jìn)料流量 F= sw =67925kg/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(jì)。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 和出料管中心線至基礎(chǔ)環(huán)的高度 H 兩部分組成。 本設(shè)計(jì)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(huì)相應(yīng)降低，塔結(jié)構(gòu)也不復(fù) 雜。飽和水蒸汽是一種應(yīng)用最廣的加熱劑。本設(shè)計(jì)取塔底空間為 。 低壓蒸汽進(jìn)入回收 精餾 塔再沸器 E15516 的殼程，加熱管程介質(zhì)后為回收 精餾 塔精餾提供熱量。 表 15 甲醇的 沸點(diǎn) 壓力 mmHg 溫度 ℃ 壓力 mmHg 溫度 ℃ 壓力 at 溫度 ℃ 壓力 at 溫度 ℃ 1 100 2 84 30 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 10 20 200 400 5 10 40 50 40 760 20 60 PaatPam m H g , ??? 甲醇 水系統(tǒng)的性質(zhì) 甲醇和水可以以任意比混合，混合后的甲醇 水系統(tǒng)的性質(zhì)，是研究甲醇性質(zhì)的一個(gè)重要組成部分。對(duì)于餾出液和釜?dú)堃阂灿袑?duì)應(yīng)的露點(diǎn)和泡點(diǎn)，通?？捎盟敎囟确从仇s出液組成，用塔底溫度反映釜?dú)堃航M成。例如當(dāng)回流比增大時(shí)，精餾段操作線斜率 VL 變大，該段內(nèi)傳質(zhì)推動(dòng)力增加，因此在一定的精餾段板數(shù)下餾出液組成變大。 粗甲醇精餾就是根據(jù)粗甲醇中各種組分的沸點(diǎn)和相對(duì)揮發(fā)度的不同，在精餾塔內(nèi)的熱質(zhì)傳遞元件上，通過建立物料、熱量和汽液相平衡，在汽液相之間連續(xù)不斷地實(shí)現(xiàn)熱質(zhì)的傳遞：在液相由上向下流動(dòng)的過程中，由于塔內(nèi)溫度由上到下連續(xù)升高，沸點(diǎn)低、易揮發(fā)的輕組分相對(duì)地從液相向汽相中擴(kuò)散傳遞，而汽相在由下向上流動(dòng)的過程中，由于溫度連續(xù)降低，沸點(diǎn)高、揮發(fā)度較低的重組分則相對(duì)地向液相中 凝集傳遞，同時(shí)熱量從汽相向液相傳遞。 雖然各種 雜質(zhì)的含量不多，但正是由于這些雜質(zhì)的超量存在，使得甲醇合成所得的粗甲醇不能直接用作有機(jī)化工的基礎(chǔ)原料。設(shè)計(jì)的甲醇精制采用的是規(guī)整填料精餾工藝技術(shù)，該技術(shù)的好壞取決于氣液接觸程度，即取決于液體在填料表面分布的均勻程度，氣體的分布較容易，液體分布均勻很難，故液體分布器是填料塔的一個(gè)關(guān)鍵部件，它是決定著填料塔的放大效應(yīng)。 (3) 操作彈性大 由于絲網(wǎng)填料具有的優(yōu)良傳質(zhì)、傳熱性能 ,能迅速適應(yīng)物料各種工藝參數(shù)的變化 , 易于操作 ,控制手段簡(jiǎn)單 ,穩(wěn)定區(qū)域大， 可保證系統(tǒng)有較大的彈性 , 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 精餾塔按內(nèi)件可分為板式精餾塔和填料型精餾塔。 而國(guó)外甲醇裝置大多為合資合作建設(shè)與運(yùn)營(yíng)。 產(chǎn)品能耗： 60 吉焦 /噸 PK30 吉焦 /噸 現(xiàn)實(shí)是：國(guó)外甲醇生產(chǎn)規(guī)模大，技術(shù)先進(jìn)，管理嚴(yán)格，能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；國(guó)內(nèi)大甲醇裝置的產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到國(guó)際水平，但許多小甲醇或聯(lián)醇裝置產(chǎn)品質(zhì)量尚不穩(wěn)定。根據(jù)這樣的裝置格局，業(yè)內(nèi)普遍估計(jì)，目前我國(guó)甲醇生產(chǎn)成本大約在 1400 元 ~1800 元 /噸（約 200 美元 /噸）。因此，甲醇中毒者，可以通過飲用烈性酒（ 酒精度通常在 60 度以上）的方式來(lái)緩解甲醇代謝，進(jìn)而使之排出體外。甲醇易燃，其蒸氣與空氣能形成爆炸混合物，甲醇完全燃燒生成二氧化碳和水蒸氣，同時(shí)放出熱量： 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。略有酒精氣味。近年來(lái)碳一化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇樹脂等產(chǎn)品，正在研究開發(fā)和工業(yè)化中。甲醇攝入量超過 4 克就會(huì)出現(xiàn)中毒反應(yīng)，誤服一小杯超過 10 克就能造成雙目失明，飲入量大造成死亡。 甲醇用途廣泛，是基礎(chǔ)的有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。 2021 年 4 月底，沙特甲醇公司 170 萬(wàn)噸 /年的巨型甲醇裝置在阿爾朱拜勒投產(chǎn)，使得該公司 5 套大型甲醇裝置的總產(chǎn)能達(dá)到 480 萬(wàn)噸 /年。 另外，由于我國(guó)甲醇生產(chǎn)大多采用煤基路線，酸性氣體和灰渣排放量較大，需投入較多資金建設(shè)環(huán)保處理設(shè) 施。首先，總是以蒸餾的方法在蒸餾塔的頂部，脫除較甲醇沸點(diǎn)低的輕組分，這時(shí)，也可能有部分高沸點(diǎn)的雜質(zhì)和甲醇形成共沸物，隨輕組分 一并除去。一般說來(lái) ,甲醇生產(chǎn)規(guī)模在 5萬(wàn) t/a以下時(shí)宜選擇雙塔精餾工藝 , 因?yàn)殡p塔精餾工藝投資省、建設(shè)周期短、裝置簡(jiǎn)單 , 易于操作和管理 ,雖然消耗高于三塔精餾工藝技術(shù) , 但在 5萬(wàn) t/a生產(chǎn)規(guī)模以下時(shí)其經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)較占優(yōu)勢(shì)。 綜上所述，因此本設(shè)計(jì)也才用填料型三塔甲醇精餾工藝技術(shù)。 以色譜分析或色譜 質(zhì)譜聯(lián)合分析測(cè)定粗甲醇的組成有 40 多種，包含了醇、醛、酮、醚、酸、烷烴等等。本設(shè)計(jì)采用國(guó)外甲醇的質(zhì)量的指標(biāo)，產(chǎn)品質(zhì)量符合美國(guó)聯(lián)邦 AA 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 對(duì)于在一定溫度下，由 A 和 B 兩種物質(zhì)組成的雙組分理想溶液的平衡系統(tǒng)，可以通過上述的拉烏爾定律和道爾頓定律來(lái)求取理想溶液系統(tǒng)的氣液相平衡關(guān)系式如下： )/()( *** babA PPPPX ??? AB XX ??1 AaA XPP ?? * AB YY ??1 AA YPP ?? AB PPP ?? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 式中： AX 、 BX 為溶液中組分 A 和組分 B 的摩爾分?jǐn)?shù)； *aP 、 *bP 為純正組分 A 和 B 在同一溫度下的飽和蒸汽壓； AY 、 BY 為氣相中組分 A 和組分 B 的摩爾分?jǐn)?shù)； AP 、 BP 為氣液相平衡時(shí)氣相中 A 和 B 蒸汽分壓； P 為理想溶液達(dá)到平衡時(shí)溶液上方的汽相總壓。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 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。因此生產(chǎn)上常用測(cè)量和控制靈敏板的溫度來(lái)保證產(chǎn)品的質(zhì)量。 預(yù)精餾塔 C15501 頂部出來(lái)的 氣 相，首先進(jìn)入預(yù) 精餾 塔一級(jí)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(lái)的液體進(jìn)入預(yù) 精餾 塔回流槽 T15501 中 ；從預(yù) 精餾 塔一級(jí)冷凝器 E15506 出來(lái)的 氣 體進(jìn)入預(yù) 精餾 塔二級(jí)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(lái)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(lái)的物料去雜醇油罐；二級(jí)冷凝器中出來(lái)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 。摩爾分率單位： %，由于輕餾分的平均分子沒法確定，因此通過對(duì)其它組分的摩爾分率計(jì)算推出輕餾分的摩爾分率。 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。 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。 表 24物料衡算表 物料 流量 （ kmol/h） 組成 物料 物流（ kmol/h） 進(jìn)料 F 甲醇 水 塔頂產(chǎn)品 D 甲醇 水 塔底殘液 W 甲醇 水 精餾段上升 蒸汽量 V 提餾段上升 蒸汽量 V’ 精餾段下降 液體量 L 提餾段下降 液體量 L’ 熱量衡算 [3] ① 加熱介質(zhì)的選擇 常用的加熱劑有飽和水蒸汽和煙道氣。對(duì)于填料塔而言，塔底空間是指最后一層填料底線到塔底切線的距離。 回收精餾系統(tǒng) 常壓 精餾 塔底出來(lái)的廢水，含有 2%左右的甲醇，經(jīng)回收 精餾 塔進(jìn)料泵加壓后，進(jìn)入回收 精餾 塔 C15504，塔頂出來(lái)的 氣 相，進(jìn)回收 精餾 塔冷凝器 E15509 的殼程， 被管程的循環(huán)冷卻水冷卻到 45℃左右，進(jìn)入回流槽 T15504，回流槽出來(lái)的液體經(jīng)回收 精餾 塔回流泵加壓后，部分進(jìn)回收 精餾 塔頂部作回流液，其余去中間罐區(qū)的雜醇油儲(chǔ)罐。 甲醇的沸點(diǎn)和蒸汽壓 甲醇的沸點(diǎn)隨壓力變化如表 15 所示。 在一定的壓強(qiáng)下，混合物的泡點(diǎn)和露點(diǎn)都取決于混合物的組成，因此可以用容易測(cè)量的溫度來(lái)預(yù)示塔內(nèi)組成的變化。 回流比是影響精餾塔分離效果的主要因素，生產(chǎn)中經(jīng)常用改變回流比來(lái)調(diào)節(jié)、控制產(chǎn)品的質(zhì)量。常壓下甲醇的沸點(diǎn)為 ℃，輕組分雜質(zhì)是指其沸點(diǎn)低于 ℃的組分，而重組分雜質(zhì)是指沸中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 點(diǎn)高于 ℃的組分。同 時(shí)，粗甲醇中所含雜質(zhì)的種類和數(shù)量，又與原料氣的組成和合成條件及 設(shè)備的材質(zhì)有關(guān)。目前的填料分為散堆填料和規(guī)整填料。 (2) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,易于維修和安裝 精餾塔內(nèi)填料分層安裝 ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,設(shè)備體積小 , 物料在系統(tǒng)中停留時(shí)間 縮短 ,產(chǎn)品質(zhì)量提高。三塔精餾工藝技術(shù)是為減少甲醇在精餾中的損耗和提高熱利用率而開發(fā)的一種先進(jìn)、高效和能耗較低的工藝流程 ,近年來(lái)在大、中型企業(yè)中得 到了推廣和應(yīng)用。這對(duì)于動(dòng)轍投資上百億元的甲醇及下游產(chǎn)品項(xiàng)目來(lái)說，無(wú)疑加大了融資難度和投資風(fēng)險(xiǎn)。 2021 年之前，國(guó)外甲醇以低價(jià)沖擊中國(guó)市場(chǎng)幾無(wú)懸念。據(jù)了解，我國(guó)有近 200 家甲醇生產(chǎn)企業(yè)，但其中 10 萬(wàn)噸 /年以上的裝置卻只占20%，最大的甲醇生產(chǎn)裝置產(chǎn)能也就是 60 萬(wàn)噸 /年，其余 80%都是 10 萬(wàn)噸 /年以下的裝置。甲醇和乙醇在人體的代謝都是同一種酶，而這種酶和乙醇更具親和力。禁酒的國(guó)家，把甲 醇摻入酒精中成變性酒精，使其不能飲用。 無(wú)色、透明、高度揮發(fā)、易燃液體。甲醇化工已成為化學(xué)工業(yè)中一個(gè)重要的領(lǐng)域。致死量為 30 毫升以上，甲醇在體內(nèi)不易排出 ,會(huì)發(fā)生蓄積，在體內(nèi)氧化生成甲醛和甲酸也都有毒性。主要應(yīng)用于精細(xì)化工，塑料等領(lǐng)域，用來(lái)制造 甲醛 、 醋酸 、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多種有機(jī)產(chǎn)品，也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的重要原料之一。國(guó)外企業(yè)裝置規(guī)模大，公用設(shè)施分?jǐn)偼顿Y就少，且采用天然氣路線，單位產(chǎn)能投資大幅下降，成本競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)。而國(guó)外以天然氣為原料的大型甲醇裝置，基本屬于清潔生產(chǎn)，對(duì)環(huán)境影響較小，環(huán)保投入也相應(yīng)較小。然后，仍以蒸餾的方法在塔的底部或底側(cè)脫除水和重組分，從而獲得純凈甲醇組分。 5萬(wàn) t/a 以上的企業(yè)宜選擇三塔精餾工藝 , 因?yàn)殡S著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大 , 三塔精餾工藝的節(jié)能、高效優(yōu)勢(shì)才能體現(xiàn)出來(lái)。 另外為了減少甲醇的損失，增加了一個(gè)塔 ,以對(duì)污水中的甲醇進(jìn)行回收處理，故現(xiàn)在一般叫 3+1 塔工藝流程。如有氮的存在，還發(fā)現(xiàn)有易揮發(fā)的胺類。優(yōu)質(zhì)甲醇的指標(biāo)集中表現(xiàn)在沸程短，純度高，穩(wěn)定性好并含有機(jī)雜質(zhì)量極小。 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(jì)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?；亓鞅茸兓瘯r(shí)，再沸器和冷凝器的傳熱量也應(yīng)相應(yīng)發(fā)生變化。 甲醇的主要技術(shù)規(guī)格 [1] 甲醇的一般性質(zhì) 甲醇的分子式為 CH3OH，其分子量為 。 回流槽 T15501 中的甲醇溶液，經(jīng)預(yù) 精餾 塔回流泵送入預(yù) 精餾 塔 C15501 的頂部作回流液。 進(jìn)料的摩爾流量 MwF s?=67925/=甲醇的摩爾分率 （（ 95 67925/100） /32） /= 水的摩爾分率 （（ 67925/100） /18） /= 則 Fx == 根 據(jù)工藝流程圖，確定塔頂產(chǎn)品的摩爾流量和塔頂產(chǎn)品組成 D=2360/=根據(jù)物料衡算方程 ??? WDF W= WDF xWxDxF ????? 計(jì)算出 = + WW xx ? = 由于輕餾分 是多 種物質(zhì)的混合物，因此無(wú)法得到其物性參數(shù)以及輕餾分與 重組分甲醇的平衡數(shù)據(jù)，所以無(wú)法計(jì)算對(duì)預(yù)精餾塔進(jìn)行物料衡算和能量衡 算，以及填料層高度，塔徑的計(jì)算，但預(yù)精餾塔屬于本設(shè)計(jì)第一個(gè)塔