【正文】 論文的完成同樣也離不開(kāi)同學(xué)的幫助和關(guān)心。通過(guò)楊教授的指導(dǎo)，我對(duì)工藝的選擇有了正確的認(rèn)識(shí)，并對(duì)設(shè)備有了深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)于完成論文起到了至關(guān)重要的作用。⑶ 對(duì)精餾的常壓塔階段進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，并對(duì)該塔的車間進(jìn)行了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)。由于塔內(nèi)的甲醇水混合液較清潔，不需要經(jīng)常清洗內(nèi)部構(gòu)件，所以可以取每隔8塊塔板設(shè)一個(gè)人孔，這樣設(shè)置的人孔數(shù)為：n=32247。很明顯，操作的時(shí)候需要注意防止霧沫夾帶。 塔板負(fù)荷性能圖 霧沫夾帶線泛點(diǎn)率： 對(duì)于一定的物系和一定的塔板已知，相對(duì)于的泛點(diǎn)率上限可確定，VL關(guān)系，按泛點(diǎn)率80%計(jì)算：得到：由以上式子可知：霧沫夾帶線為直線。塔板開(kāi)孔率為： 塔板流體力學(xué)驗(yàn)算 汽相通過(guò)浮閥塔的壓降A(chǔ)．干板阻力hc 臨界孔速：因?yàn)椋?，則：B．板上充氣液層阻力因設(shè)備分離烴化液，液相為碳?xì)浠衔?，可以取充氣系?shù)為。該設(shè)計(jì)可以取清液層高度，選用單溢流弓形降液管，不設(shè)進(jìn)口堰。表43 精餾段的汽液相負(fù)荷表名稱液相汽相平均摩爾質(zhì)量kg/kmol平均密度kg/m3體積流量m3/h 提餾段先整理提餾段的數(shù)據(jù)如表44。根據(jù)芬斯克公式[12]： 最小回流比 各組分如表41。表311 常壓塔出熱表物料精甲醇回流液釜液熱損失成分甲醇甲醇甲醇水＋堿流量kg/h溫度℃6565105105比熱 kJ/kg℃潛熱kJ/kg熱量kJ/h5%Q入 同理可得其他物質(zhì)的熱量。 Q入＝Q進(jìn)料＋Q回流＋Q蒸汽 ＝＋＋Q蒸汽 ＝＋Q蒸汽⑵ 物料帶出熱量出料帶出加壓塔的熱量如表39。則有： Q出＝Q二甲醚＋Q回流液＋Q預(yù)后甲醇＋Q損 ＝＋＋＋＋5%Q入 ＝21345198＋5%Q入 根據(jù)能量守恒 即 Q入＝Q出 即 ＋Q蒸汽＝21345198＋5%Q入 解得 Q蒸汽＝，如果不計(jì)冷凝水的顯熱，那么需要蒸汽量：G1蒸汽＝＝以上計(jì)算的結(jié)果塔熱量平衡如表37。表33 預(yù)塔出料流量及組成表物料量 kg/hCH3OHH2ONaOH(CH3)2OC4H9OH合計(jì)塔頂塔底28650合計(jì)28650 主塔的物料平衡計(jì)算按照加壓塔和常壓塔的采出量之比4∶6計(jì)算，常壓塔釜液含有甲醇1%。第3章 工藝計(jì)算粗甲醇的工藝流程圖：預(yù)精餾塔加壓精餾塔常壓精餾塔 圖23 粗甲醇精餾物流圖 物料衡算已知：年產(chǎn)22萬(wàn)噸甲醇，每年以320個(gè)工作日計(jì) %，粗甲醇的組成如表31。這些附屬設(shè)備中，再沸器和冷凝器為保證精餾工序的正常連續(xù)穩(wěn)定操作是必不可少的兩類換熱器設(shè)備。但是浮閥塔不宜與處理容易結(jié)焦和黏度大的系統(tǒng)，但是對(duì)于黏度稍微大些及有一般聚合現(xiàn)象的系統(tǒng)時(shí)，浮閥塔也能夠正常操作。第四，氣體的壓強(qiáng)降及液面落差比較小。第二，操作彈性大。閥片除了腿部相應(yīng)加長(zhǎng)以外，其余的結(jié)構(gòu)尺寸與F1型輕閥無(wú)異。綜上可見(jiàn)F1型浮閥塔的優(yōu)點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，制造比較方便，而且節(jié)省材料、性能良好，被廣泛應(yīng)用于化工及煉油生產(chǎn)當(dāng)中，現(xiàn)在已經(jīng)列入部頒標(biāo)準(zhǔn)（JB111868）內(nèi)。塔板與閥片的點(diǎn)接觸也可以防止停工后板面與閥片的黏結(jié)。其中浮閥的形式有很多，目前我國(guó)已經(jīng)采用的浮閥有五種，但最常用的浮閥形式為F1型、V4型兩種。近些年來(lái)采用大孔徑的篩板可以避免堵塞，而且由于氣速提高，生產(chǎn)能力大大增加。在操作時(shí)，上升的氣流通過(guò)篩孔進(jìn)而分散成細(xì)小的流股，從塔板液層中鼓泡而出，氣液間密切接觸來(lái)進(jìn)行傳質(zhì)。其缺點(diǎn)為：塔板的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，金屬量消耗比較大，造價(jià)比較高；塔板的壓降比較大，兼因霧沫夾帶現(xiàn)象比較嚴(yán)重，極大的限制了氣速的提高，致使塔的生產(chǎn)能力和板效率均比較低。泡罩在塔板上面作等邊三角形。泡罩塔作為應(yīng)用最早的一類氣液傳質(zhì)設(shè)備，長(zhǎng)期以來(lái)人們對(duì)其性能就做了比較充分的研究，而且在工業(yè)上積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。其中柵板和淋降篩板都屬于逆流塔板。在工業(yè)生產(chǎn)中，一般情況下，當(dāng)處理物料量很大時(shí)多采用板式塔。板式塔內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的塔板，氣體以鼓泡狀、泡沫狀、蜂窩狀、或者噴射形式穿過(guò)板上的液層，進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱。 精餾塔的介紹和選擇對(duì)于精餾工序來(lái)說(shuō)，精餾塔是是該工序進(jìn)行的重要條件，設(shè)計(jì)性能良好的精餾設(shè)備，必然可以為精餾過(guò)程創(chuàng)造良好的條件。常壓塔塔頂生成低壓高純度的甲醇?xì)怏w，進(jìn)入常壓塔冷凝器降溫冷凝后一部分回流到塔內(nèi)，一部分作為產(chǎn)品冷卻后送往儲(chǔ)槽，常壓塔塔底殘液再做處理。這樣不僅節(jié)約了加熱蒸汽，而且也節(jié)省冷卻用水，有效的利用了熱能。但是很明顯，兩個(gè)塔的能量消耗要高于單塔精餾，所以提高能量的利用、節(jié)約能耗是對(duì)該流程的一個(gè)展望。同時(shí)為了減少塔頂所排出氣體中甲醇的損失，可以在塔頂設(shè)置冷凝器二級(jí)冷凝。 銅基催化劑合成粗甲醇的雙塔精餾圖21 雙塔精餾工藝流程圖甲醇精餾的雙塔流程是最為普遍應(yīng)用的方式。而銅系催化劑在較低壓力和溫度下合成甲醇，含有還原性的雜質(zhì)很少，無(wú)需要化學(xué)凈化，也可以獲得高穩(wěn)定性的精甲醇，因而簡(jiǎn)化了工藝流程，降低的生產(chǎn)成本。總之，要以蒸餾法為主，除去粗甲醇中絕大部分的有機(jī)物和水。一般可在預(yù)精餾塔中脫出輕組分，再于主精餾塔中脫出重組分和水。其整個(gè)精制過(guò)程工業(yè)上習(xí)慣稱之為粗甲醇的精餾[6]。 甲醇精餾方法的選擇 甲醇精餾的概述甲醇合成反應(yīng)的生成與合成的反應(yīng)條件密切相關(guān)，即使參加反應(yīng)的元素只有碳、氫、氧三種，但往往由于合成反應(yīng)條件，如壓力、溫度、催化劑、反應(yīng)氣體組成以及催化劑中的微量雜質(zhì)的作用，均可以是合成反應(yīng)偏離主反應(yīng)，生成各種副產(chǎn)物，也即甲醇中的雜質(zhì)成分。將甲醇轉(zhuǎn)化為烯烴和汽油的工業(yè)化進(jìn)程也取得了重大進(jìn)展，為甲醇的進(jìn)一步轉(zhuǎn)為石油的大宗基礎(chǔ)產(chǎn)品的工業(yè)化運(yùn)行創(chuàng)造了有利條件，也必將使甲醇的消費(fèi)大增。甲醇可作為“功能”儲(chǔ)備來(lái)補(bǔ)充石油的不足。特別是近年來(lái)，由于國(guó)際油價(jià)的節(jié)節(jié)攀升，煤化工工業(yè)對(duì)發(fā)揮我國(guó)豐富的煤炭資源優(yōu)勢(shì)，以此補(bǔ)充我國(guó)油氣資源的不足與滿足對(duì)化工產(chǎn)品的需求，保障能源安全，推動(dòng)煤炭清潔利用，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。到了80年代中期，齊魯?shù)诙S又引進(jìn)Lurgi公司低壓甲醇合成裝置，用渣油作為原料。而現(xiàn)在，拉丁美洲和中東等地區(qū)已經(jīng)發(fā)展成為世界甲醇的生產(chǎn)集中地和全球甲醇主要出口地。甲醇裝置正向大型化發(fā)展，國(guó)外一共有甲醇生產(chǎn)裝置進(jìn)110套，年總達(dá)到了64Mt，總生產(chǎn)能力約為30Mt，目前正建設(shè)的大型裝置的總生產(chǎn)能力可達(dá)26Mt。50年代以后，石油和天然氣資源大量開(kāi)采，特別是儲(chǔ)量很豐富、廉價(jià)的天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化技術(shù)的快速發(fā)展使生產(chǎn)甲醇原料氣的成本大大降低，稱為甲醇合成的主要原料路線。與此同時(shí)，世界其他的化學(xué)公司也相繼開(kāi)發(fā)自己的中低壓甲醇合成工藝，建設(shè)甲醇合成裝置，但是ICI和Lurgi中低壓法合成工藝發(fā)展的最快。由于經(jīng)濟(jì)方面的原因，該裝置1951年停止使用。該裝置采用了ZnCr氧化物作為催化劑，一氧化碳和氫氣作為原料，壓力30至35MPa，溫度300至400℃條件下進(jìn)行。美國(guó)在20世紀(jì)的70年代初才完全摒棄了這一方法。 世界甲醇工業(yè)發(fā)展概況甲醇最早是由木材和木質(zhì)素干餾而制得的，俗稱木醇。市場(chǎng)的需求必然導(dǎo)致甲醇產(chǎn)量的迅速增加。甲醇若直接作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，雖然熱值只有汽油的一半，但它使汽車行駛一樣的里程消耗的甲醇和汽油之比不是2：1，：1[6]，其熱效率高出汽油90%以上。以甲醇為原料制得的人工蛋白稱為甲醇蛋白。 甲醇的用途甲醇是很重要的有機(jī)化工原料和溶劑，當(dāng)前，世界上甲醇的生產(chǎn)能力為每年近千萬(wàn)噸，其中將近30%至40%的甲醇用于生產(chǎn)甲醛。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。%的純度。根據(jù)現(xiàn)代對(duì)甲醇精餾工藝設(shè)計(jì)的了解，甲醇三塔精餾技術(shù)以其能耗低、產(chǎn)品質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)領(lǐng)先于其他工藝。它相關(guān)的部分物理性質(zhì)如表11。此外，在合成材料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、香料、染料和油漆等工業(yè)中，甲醛是不可缺少的溶劑和原料。含有豐富的維生素和蛋白質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值超過(guò)糧食和大豆油餅，成本比魚粉便宜，無(wú)毒，收率高[5]?？梢?jiàn)，甲醇作發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，經(jīng)濟(jì)上是合理的，所以可以代替汽油作為輪船、機(jī)車、飛機(jī)的燃料，也可以做發(fā)電廠輪機(jī)的燃料。103kt，103kt，103kt [7]，103kt。到了1661年，德國(guó)的Robert Boyle發(fā)現(xiàn)焦木酸含有一種“中性物質(zhì)”，稱它為木醇（Wood Alcohol）。1934年，Damds 和P’eligt一起從焦木酸中分離出了甲醇，并且測(cè)定了甲醇的分子量。高壓法甲醇生產(chǎn)裝置成功投產(chǎn)后，引起了世界各國(guó)廣泛重視，紛紛開(kāi)展甲醇實(shí)驗(yàn)室研究進(jìn)行合成和工業(yè)生產(chǎn)開(kāi)發(fā)。高壓法合成甲醇的工業(yè)投資很大，生產(chǎn)成本太高。到了1982年，世界各國(guó)所采用ICI中低壓法生產(chǎn)的甲醇年總量達(dá)到1028萬(wàn)噸，占世界甲醇總量的近50%，~；而采用Lurgi低壓法已經(jīng)建成以及正在建設(shè)的甲醇生產(chǎn)裝置的總生產(chǎn)能力達(dá)到了606萬(wàn)噸，占了世界甲醇總生產(chǎn)能力近30%，~81萬(wàn)噸。目前天然氣路線大約占甲醇生產(chǎn)總能力的80%，中東和拉丁美洲憑借其廉價(jià)且豐富的天然氣資源，成為近年來(lái)甲醇的生產(chǎn)能力增長(zhǎng)最快的地區(qū)。在未來(lái)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(duì)國(guó)際甲醇生產(chǎn)和消費(fèi)市場(chǎng)產(chǎn)生重大的影響。 中國(guó)甲醇工業(yè)發(fā)展概況與發(fā)展前景中國(guó)甲醇工業(yè)開(kāi)始于20世紀(jì)50年代，之前利用前蘇聯(lián)技術(shù)曾在蘭州、吉林和太原采用ZnCr氧化物催化劑建設(shè)高壓甲醇合成裝置。進(jìn)入了90年代，隨著甲醇的需要快速增長(zhǎng)，通過(guò)引進(jìn)技術(shù)和自主技術(shù)的開(kāi)發(fā)建成數(shù)十套甲醇和聯(lián)醇的生產(chǎn)裝置，這樣使我國(guó)的甲醇行業(yè)得到了前所未有的進(jìn)步。煤化工產(chǎn)品的產(chǎn)量占了化學(xué)工業(yè)（除石油和石化外）近50%，目前合成甲醇和氨兩大種基礎(chǔ)化工產(chǎn)品的主要原料就是煤炭。假設(shè)甲醇生產(chǎn)的戰(zhàn)略儲(chǔ)備對(duì)于調(diào)節(jié)甲醇的市場(chǎng)價(jià)格、促進(jìn)煤化工的長(zhǎng)期發(fā)展和保證我國(guó)能源的安全均有重要意義。新型的煤化工煤制甲醇、二甲醚、烯烴等在我國(guó)能源領(lǐng)域里已經(jīng)顯示出了很重要的地位，正面臨著前所未有的發(fā)