【正文】 157 1198 1154 1058 872 673 48340 792 902 989 1003 1045 997 946 784 620 451中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè)63 504 508 586 611 636 594 568 526 424 sPa?? 甲醇精餾工藝流程說(shuō)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。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?；亓鞑?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。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(jìn)一步精餾。低壓蒸汽和加壓精餾塔來(lái)的低壓蒸汽冷凝液，分別進(jìn)入預(yù)精餾塔 C15501 的再沸器 E15510 和 E15514，對(duì)管程的介質(zhì)進(jìn)行加熱來(lái)為預(yù)精餾塔精餾提供熱量，然后蒸汽冷凝液去 E15501 加熱粗甲醇。為了防止粗甲醇中的酸性物質(zhì)對(duì)管道和設(shè)備造成腐蝕，向粗甲醇中加入少量 5%左右的 NaOH 溶液，將粗甲醇的 PH 值控制在 ~8 左右。 加壓精餾系統(tǒng)預(yù)精餾塔出來(lái)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(diǎn)后，進(jìn)入加壓精餾塔 C15502 的下部，塔頂出來(lái)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)入加壓精餾塔回流槽 T15502，回流槽中出來(lái)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(jì)量罐（或粗甲中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè)醇儲(chǔ)罐） 。出加壓精餾塔釜液去常壓精餾塔繼續(xù)精餾。低壓蒸汽進(jìn)入加壓精餾塔再沸器 E15511，為加壓精餾塔精餾提供熱量，被冷凝后的低壓蒸汽冷凝液，去 E15501 繼續(xù)作加熱介質(zhì)用。 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(lái)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(lái)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)。常壓精餾塔精餾的熱量來(lái)自于進(jìn)入常壓精餾塔再沸器 E15507 的加壓精餾塔頂甲醇蒸汽的冷凝熱。 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。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。蒸汽冷凝液去 E15501。回收精餾塔底出來(lái)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。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 計(jì)算參數(shù)表 21 加壓下甲醇水平衡數(shù)據(jù)表溫 度 t 液相中甲醇 氣相中甲醇 溫 度 t 液相中甲醇 氣相中甲醇℃ 的摩爾分?jǐn)?shù) 的摩爾分?jǐn)?shù) ℃ 的摩爾分?jǐn)?shù) 的摩爾分?jǐn)?shù) 134 129 135 140 145 130 148 150 155 158 131 160 165 168 132 170 172 133 表 22 甲醇的汽化熱溫度，℃ 汽化熱， kJ/kg 溫度，℃ 汽化熱，kJ/kg 溫度，℃ 汽化熱，kJ/kg0 80 160 20 100 180 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè)40 120 200 60 140 220 表 23 常壓下甲醇水平衡數(shù)據(jù)表溫 度 t 液相中甲醇 氣相中甲醇 溫 度 t 液相中甲醇 氣相中甲醇℃ 的摩爾分?jǐn)?shù) 的摩爾分?jǐn)?shù) ℃ 的摩爾分?jǐn)?shù) 的摩爾分?jǐn)?shù)100 預(yù)精餾塔工藝計(jì)算 物料衡算預(yù)精餾塔的目的是首先對(duì)從合成塔過(guò)來(lái)的粗甲醇進(jìn)行初步精餾，主要目的是除去其中的輕餾分，將甲醇作為重組分留在塔底以作為后續(xù)塔的進(jìn)料，通過(guò)后面的加壓塔、常壓塔和回收塔對(duì)甲醇精餾得到精甲醇，因此預(yù)精餾塔的主要產(chǎn)品是輕餾分，所以此塔的物料衡算應(yīng)取輕餾分的量進(jìn)行計(jì)算。已知：進(jìn)料的 =進(jìn)料流量 F= =67925kg/h，甲醇的質(zhì)量分率 =95%，水的質(zhì)量分率 swtW=%，輕餾分的質(zhì)量分率 =%，另有雜醇和乙醇的量較少，這里tWtW忽略不計(jì)。摩爾分率單位：%，由于輕餾分的平均分子沒(méi)法確定，因此通過(guò)對(duì)其它組分的摩爾分率計(jì)算推出輕餾分的摩爾分率。中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁(yè)進(jìn)料的摩爾流量 =67925/=?甲醇的摩爾分率 （（9567925/100）/32）/=水的摩爾分率 （（67925/100）/18）/=則 ==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 W=??? F???計(jì)算出 =+ =?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)塔設(shè)備，也是關(guān)鍵設(shè)備之一，所以對(duì)預(yù)精餾塔的設(shè)備參數(shù)選取實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，這里給予說(shuō)明。 全塔高度和塔徑的確定 [5]精餾段填料選擇為 TJW2 型，精餾段填料高度為 3650mm，提餾段填料選擇為 TJH50 型，提餾段填料高度為 11200mm，全塔填料高度為14850mm，即 。塔頂空間是塔頂?shù)谝粔K塔板到塔頂切線距離。對(duì)于填料塔而言，塔頂空間即為第一層填料上線到塔頂切線的距離。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。本設(shè)計(jì)取塔頂空間為 。本設(shè)計(jì)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(wèn)題，壓降小、負(fù)荷彈性大。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 +=。中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè)塔底空間是指塔底第一塊板到塔底切線的距離。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。本設(shè)計(jì)取塔底空間為。裙式支座是由座圈、基礎(chǔ)環(huán)和地腳螺栓座組成。座圈上開(kāi)有人孔、引出管孔、排氣孔和排污孔。座圈焊固在基礎(chǔ)環(huán)上，基礎(chǔ)環(huán)的作用，一是將載荷傳給基礎(chǔ)，二是在它的上面焊制地腳螺栓座，地腳螺栓座是由兩塊筋板、一塊壓板和一塊墊板組成，地腳螺栓正是通過(guò)地腳螺栓座將裙座牢牢地固定在基礎(chǔ)上。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。 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。圖 21 塔底裙座結(jié)構(gòu)圖本設(shè)計(jì)中采用圓柱型裙座，裙座高度選取 。全塔高度=塔頂空間 +塔內(nèi)液體分布器高度 +塔底空間 +裙座高度+填料層高度 H=++++= 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)選取塔徑為 2800mm。中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè) 加壓精餾塔工藝計(jì)算 [3] 物料衡算已知： =進(jìn)料流量 F= ==13% 另外還有乙醇和雜醇的量較小，這里忽略不計(jì)。摩爾分率單位：%tW進(jìn)料的摩爾流量 =?甲醇的摩爾分率 =（（87）/32）/= D=根據(jù)物料衡算方程 D?? Fxx???計(jì)算出 = + =?進(jìn)料溫度 （1000kPa） ℃，取泡點(diǎn)進(jìn)料 q=1Ft ?Ft塔頂溫度為 ℃?D在 ℃溫度下，根據(jù)安托因公式計(jì)算出甲醇和水的飽和蒸汽壓，注：Ft水的安托因常數(shù)為 A=，B=，C= [4]。CtBAP????lg式中 飽和蒸汽壓， KPa；?P t物系溫度，℃。代入數(shù)據(jù)得，水的飽和蒸汽壓 =。?B甲醇的安托因常數(shù)為 A=，B=，C=????ln式中 飽和蒸汽壓， mmHg；?P T物系溫度，K。中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè)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(diǎn)進(jìn)料 q=1，所以畫 q 線與平衡線交點(diǎn)，用交點(diǎn)坐標(biāo) x,y 求最小回流比圖 22 作圖法求最小回流比 ??BAP?中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁(yè) ????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 ?R=??DRL+1=?Fq39。39。表 24物料衡算表物料 流量（kmol/h） 組成 物料 物流（kmol/h）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 進(jìn)料 F 甲醇 水 塔頂產(chǎn)品 D 甲醇 水 塔底殘液 W 甲醇 水 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。飽和水蒸汽是一種應(yīng)用最廣的加熱劑。由于飽和水蒸汽冷凝時(shí)的傳熱膜系數(shù)很高，可以通過(guò)改變蒸汽的壓力準(zhǔn)確地控制加熱溫度。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。缺點(diǎn)是煙道氣的比熱容及傳熱膜系數(shù)很低，加熱溫度控制困難。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。中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè)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。受當(dāng)?shù)貧鉁叵拗?，冷卻水一般為 10～35℃.如需冷卻到較低溫度，則需采用低溫介質(zhì)，如冷凍鹽水、氟利昂等。 本設(shè)計(jì)建廠地區(qū)為永城。永城市夏季最熱月份日平均氣溫為 32℃。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。冷凝器的熱負(fù)荷 ??LDVCIQ?? 其中 塔頂上升蒸汽的焓VDI 塔頂餾出液的焓L對(duì)于全凝器作熱量衡算（忽略熱量損失）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(jì)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t kJ/kg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。因釜?dú)堃簬缀鯙樗?，故其焓可按純水進(jìn)行計(jì)算，即=?39。BLWVrI中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁(yè)則 =107 kJ/h?BQ