【正文】 年工作天數(shù)為 330天，則每小時(shí)所需粗甲醇質(zhì)量： 500000?? hkg/69920? 1 預(yù)塔物料衡算 安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 預(yù)塔的物料衡模型 注； 入料（以小時(shí)計(jì)） 粗甲醇： 69920 千克 /時(shí) 通過(guò)各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算各組分的量 : N2＋ Ar % kg/h CO2 % CH3OH % CH3OCH3 % kg/h CH3COCH3 % kg/h C2H5OH % kg/h C4H9OH % kg/h H2O % 軟水加入量 : 310 千克 /小時(shí) 入料總計(jì) : 粗甲醇 + 軟水 =69920+310 =70230(千克 /時(shí) ) 假設(shè)氮?dú)?、氬氣、甲醚、丙酮等輕組分能夠完全分離，由 aspen 模擬知： 出料 50 萬(wàn)噸 /年甲醇精餾工段及加壓塔冷卻器設(shè)計(jì) 29 塔頂出料： CH3OCH3 kg/h N2＋ Ar kg/h CO2 kg/h CH3COCH3 kg/h CH3OH kg/h 塔釜出料 : CH3OH kg/h C2H5OH kg/h C4H9OH kg/h H20 kg/h 出料總計(jì) ++++++++20=（千克 /時(shí) ) 其中， 汽相 ： kg/h 液相 ： kg/h 2加壓塔的物料衡算 圖 . 加壓塔物料模型 預(yù)餾塔的出料即為加壓塔的進(jìn)料： 安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 入料： CH4O kg/h C2H5OH kg/h C4H9OH kg/h H2O kg/h 則粗甲醇的水溶液為 千克 /時(shí) ，加壓 塔進(jìn)料各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 進(jìn)料各物料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 甲醇 % 乙醇 % 丁醇 % 水 % 設(shè)加壓塔的精甲醇采出比例占總的 %，假設(shè)塔頂采出全是精甲醇，由aspen 模擬知： 塔釜出料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 甲醇 % 乙醇 % 丁醇 % 水 % 以甲醇為關(guān)鍵組分進(jìn)行物料衡算 F = D + W F XF = W XW + D XD 帶入數(shù)據(jù)可得， = D + W ① % =W%+D ② 則計(jì)算可得 D = （千克 /時(shí)） 所以塔頂出料 D 為 千克 /時(shí) 塔釜出料 W = (千克 /時(shí) ) 塔釜出料： 塔釜出料 甲醇 乙醇 50 萬(wàn)噸 /年甲醇精餾工段及加壓塔冷卻器設(shè)計(jì) 31 丁醇 水 圖 中壓塔物料衡算 加壓塔出料即為中壓塔的進(jìn)料 塔頂出料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 甲醇 100% 塔釜出料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 甲醇 % 乙醇 % 丁醇 % 水 % 以甲醇為關(guān)鍵組分進(jìn)行物料衡算 ，設(shè)中壓塔精甲醇采出占總的精甲 醇的%。 3．精餾工段產(chǎn)品為精甲醇，其甲醇含量不小于 %(重量百分含量 )。在換熱器設(shè)計(jì)中 ,最優(yōu)目標(biāo) 函數(shù)是指包括設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用在內(nèi)的總費(fèi)用最小。近年來(lái)盡管管殼式換熱器也受到了新型換熱器的挑戰(zhàn) ,但由于管殼式熱交換器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、操作彈性大、應(yīng)用材料廣等優(yōu)點(diǎn) ,管殼式換熱器目前仍是化工、石油和石化行業(yè)中使用的主要類(lèi)型換熱器 ,尤其在高溫、高壓和大型換熱設(shè)備中仍占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。換熱器分類(lèi)方式多樣 ,按照其工作原理可分為 :直接接觸式換熱器、蓄能式換熱器和間壁式換熱器三大類(lèi) ,其中間壁式換熱器用量最大 ,據(jù)統(tǒng)計(jì) ,這類(lèi)換熱器占總用量的 99%。但這種補(bǔ)償方式仍不適用于熱、冷流體溫差較大（大于 70℃）的場(chǎng)合，且因膨脹節(jié)是承壓薄弱處，殼程流體壓強(qiáng)不宜超過(guò) 6at。圖所示的為具有膨脹節(jié)的固定管板式換熱器，即在殼體上焊接一個(gè)橫斷面帶圓弧型的鋼環(huán)。所以當(dāng)熱、冷流體間溫差超過(guò) 50℃時(shí)應(yīng)有減小熱應(yīng)力的措施，稱(chēng)“熱補(bǔ)償”。管壁與殼壁溫度不同，二者線(xiàn)膨脹不同，又因整體是固定結(jié)構(gòu)，必產(chǎn)生熱應(yīng)力。這就是固定管板式 安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 名稱(chēng)的由來(lái)。殼體則同管板焊接。這種換熱器結(jié)構(gòu)適用于高溫和高壓場(chǎng)合，其主要不足之處是管內(nèi)清洗不易，制造困難。封頭內(nèi)用隔板分成兩室。浮頭式換熱式應(yīng)用較為普遍，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高。 浮頭式：其特點(diǎn)是有一端管板不與外殼相連，可以沿軸向自由伸縮。該膨脹節(jié)在受到換熱器軸向應(yīng)力時(shí)會(huì)發(fā)生形變，使殼 體伸縮，從而減小熱應(yīng)力。固定管板式列管換熱器常用“膨脹節(jié)”結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱補(bǔ)償。熱應(yīng)力大時(shí)可能 使管子壓彎或把管子從管板處拉脫。操作時(shí)，管壁溫度是由管程與殼程流體共同控制的，而殼壁溫度只與殼程流體有關(guān)，與管程流體無(wú)關(guān)。從而管束、管板與殼體成為一個(gè)不可拆的整體。 換熱器 換熱器分類(lèi) 管板式：管子兩端與管板的連接方式可用焊接法或脹接法固定。厭氧法和熱解氧化法具有推廣實(shí)用性，厭氧法適用范圍更廣， 任何甲醇生產(chǎn)廠(chǎng)均可采用，熱解氧化法適合于采用煤焦為原料制半水煤氣及水煤氣的廠(chǎng)家。 整個(gè)裝置流程簡(jiǎn)單，工藝成熟，運(yùn)行安全，穩(wěn)定可靠，對(duì)設(shè)備無(wú)明顯腐蝕，投資步，運(yùn)行費(fèi)用低；廢鍋間斷排污符合國(guó)家 GB897888 標(biāo)準(zhǔn)。在反應(yīng)器上部的三相分離器， 將反應(yīng)產(chǎn)生的沼氣，活性污泥及處理水分開(kāi)，沼氣進(jìn)氣柜后送作燃料，處理水進(jìn)曝氣池處理，稀釋外排。 從甲醇精餾塔底排出的殘液送到甲醇?xì)堃嘿A槽，進(jìn)入調(diào)節(jié)池，加入稀釋水稀釋?zhuān)刂普{(diào)節(jié)池出水 COD 為 15000 mg/L，并加入營(yíng)養(yǎng)液 (如 Na2HPO4等 )及緩沖劑(NaHCO3)，污水送入換熱器用蒸汽加熱至 39～ 40℃ (多數(shù)情況下無(wú)需加熱 )，以造成中溫厭氧菌生長(zhǎng)的良好環(huán)境，再送高位槽?；蚪?jīng)脫水槽后排出，或經(jīng)濃縮后回收。水從曝氣池出來(lái)夾帶一部分活性污泥，進(jìn)沉淀槽沉淀分離，經(jīng)分離后的水經(jīng)原水槽和過(guò)濾器外排。由中和池出來(lái)經(jīng)調(diào)節(jié)水量分別進(jìn)入曝氣池，在曝氣池中通入空氣。 從甲醇精餾塔底來(lái)的殘液進(jìn)隔油池，除去殘液中高級(jí)烷烴之類(lèi)的甲醇油，再進(jìn)配水池，在此加入一定量的冷卻水使溫度維持在 18～ 38℃ ，并將殘液稀釋至COD＜ 8000 mg/L。以及 200m3 的逐次放大，于 1977 年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。加之允許進(jìn)水中含有較高的懸浮固體，運(yùn)行中具有較大的緩沖能力 ，過(guò)程穩(wěn)定以及操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用。 新工藝中應(yīng)用較為廣泛的方法主要有：厭氧接觸法，厭氧濾池以及上流式厭氧污泥床 (UASB)反應(yīng)器。到 2O世紀(jì) 80 年代，出現(xiàn)許多高效厭氧新工藝。 在 70和 80年代，國(guó)內(nèi)對(duì)甲醇污水處理工藝的研究主要是針對(duì)厭氧法進(jìn)行的。 甲醇精餾殘液回收技術(shù) 在甲醇精餾的過(guò)程中，我們?cè)谧非蟾弋a(chǎn)量高效率的同時(shí)，不能忽略了這帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。 （ 5）重視副產(chǎn)品的回收。 (3)減少蒸餾的熱負(fù)荷。粗甲醇雜質(zhì)的含量主要決定于催化劑本身的選擇性，反應(yīng)溫度、壓力對(duì)其影響不顯著，采用銅系催化劑合成的粗甲醇雜質(zhì)含量少，不必要再用化學(xué)凈化方法進(jìn)行 處理。 (b) 為了滿(mǎn)足多效精餾熱集成的需求，確定除預(yù)塔以外所有塔塔頂回收甲醇的占甲醇產(chǎn)量比例。 隨著電腦技術(shù)在化工過(guò)程控制方面的快速發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，使得人們操縱更加復(fù)雜的雙效精餾過(guò)程成為可能 .因此，為上面提及到的新的工 藝能正常運(yùn)行需要解決以下幾個(gè)問(wèn)題。 五塔工藝中實(shí)現(xiàn)了多效精餾，一定程度上降低了高壓塔的熱負(fù)荷。 (b) 精甲醇是按合適的比例從高壓塔、中壓塔、常壓塔和回收塔來(lái)采集的，所以回收塔實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于整個(gè)精餾過(guò)程的提餾段。經(jīng)濟(jì)分析表明，五塔工藝能源消耗比四塔工藝少%，運(yùn)營(yíng)成本節(jié)省顯著，在經(jīng)濟(jì)上可 行。 五塔流程 圖 甲醇五塔流程 五塔工藝是一個(gè)多效精餾過(guò)程，它能在高壓塔和中壓塔、常壓塔和中壓塔塔以及回收塔和加壓塔塔之間實(shí)現(xiàn)高效熱集成。 雙效法四塔粗甲醇精餾工藝總體評(píng)價(jià)： 一方面注意根據(jù)對(duì)粗甲醇精餾程度的要求合理的設(shè)計(jì)了精餾流程，同時(shí)考慮到了簡(jiǎn)化工藝流程，注意到精餾過(guò)程中的能量的合理利用，節(jié)約了能量的合理利 安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 用。 （ 5）增設(shè)的甲醇回收塔，操作彈性大，操作靈活，可回收甲醇，減少?gòu)U水中的甲醇 含量。 （ 4）在常壓精餾塔提餾段雜醇油濃縮區(qū)設(shè)采出口，及時(shí)地將難分離的低沸點(diǎn)共沸物 雜醇油采出，從而有效地降低了常壓塔的 分離難度，減小了操作回流比，達(dá)到了節(jié)能、提高收率的目的 。無(wú)論是冷進(jìn)料還是熱進(jìn)料對(duì)精餾塔分離都是不利的，需損失一定高度的的填料用于換熱。 （ 2）預(yù)塔加萃取水，有效的脫除粗甲醇中溶解的氣體 CO CO、 H和丙酮、烷烴等輕餾份雜質(zhì) ，使甲醇充分溶解在甲醇水溶液中，從而減少甲醇在預(yù)塔塔頂?shù)膿p失。 經(jīng)回收塔分離后，塔頂產(chǎn)品為甲醇蒸汽，經(jīng)冷卻后部分返回回流，另一部分若產(chǎn)品 合格則送至精甲醇罐，若產(chǎn)品不合格送粗甲醇罐，塔中部側(cè)線(xiàn)采出異丁基油進(jìn)入異丁基油中間槽貯存，再間斷的通過(guò)充入 低壓氮?dú)鈱惗』退椭林虚g罐區(qū)副產(chǎn)品罐，回收塔底部的少量廢水與塔底廢水合并經(jīng)增壓冷卻后送至煤漿制備工序 (或污水處理廠(chǎng) )。 在常壓塔中甲醇與輕、重組分及水得以徹底分離，塔頂氣相為含微量不凝氣的甲醇蒸汽，經(jīng)冷凝后，不凝氣通過(guò)火炬排放，冷凝液部分返回作為回流液，部 50 萬(wàn)噸 /年甲醇精餾工段及加壓塔冷卻器設(shè)計(jì) 21 分作為精甲醇產(chǎn)品，經(jīng)冷卻至 40℃送中間罐區(qū)產(chǎn)品罐，塔下部側(cè)線(xiàn)采出雜醇油作為回收塔的進(jìn)料。 從甲醇合成工號(hào)來(lái)的粗甲 醇加入少量稀堿以中和其中的有機(jī)酸，然后進(jìn)入粗甲醇預(yù)熱器、與預(yù)塔再沸器和回收塔再沸器來(lái)的蒸汽冷凝水進(jìn)行換熱 ,預(yù)熱至71℃進(jìn)入預(yù)塔，經(jīng)分離后，塔頂氣相 ℃為二甲醚、甲酸甲酯、 CO甲醇等蒸汽，經(jīng)二級(jí)冷凝后，不凝氣通過(guò)火炬排放，冷凝液中補(bǔ)充脫鹽水作為萃取水，使甲醇充分溶解在水中，減少甲醇在塔頂?shù)膿p失，加過(guò)萃取水的冷凝液 60℃返回作為回流液，塔釜為甲醇水溶液，經(jīng)預(yù)后泵增壓后用加壓塔塔釜出料液進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱至 112℃，然后進(jìn)入加壓塔進(jìn)行分離。 采用三個(gè)塔精餾 +回收塔的工藝流程，預(yù)塔的主要目的是除去粗甲醇中溶解的氣體 (如 CO CO、 H2等 )及低沸點(diǎn)組分 (如二甲醚、甲酸甲酯 )加壓塔及常壓塔的目的是除去水及高沸點(diǎn)雜質(zhì) (如異丁基油 )，同時(shí)獲得高純度的優(yōu)質(zhì)甲醇產(chǎn)品。 ②將水分離出來(lái)，并盡量降低有機(jī)雜質(zhì)的含量。 ③除去其他輕組分雜質(zhì)。 安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 預(yù)精餾塔作用： ①脫除甲醇中二甲醚。按噸精甲醇消耗計(jì)，蒸汽三塔精餾為0． 9～ 1． 3 t，兩塔精餾為 1． 5～ 1． 8 t；循環(huán)水三塔精餾為 6080 m3，兩塔精餾為 150180 m3。 (2)粗醇預(yù)熱器 (預(yù)塔預(yù)熱器 )的加熱源不再直接利用蒸汽加熱，而是利用脫醚塔再沸器 (預(yù)塔再沸器 )和加壓塔再沸器蒸汽冷凝液將粗甲醇加熱到飽和溫度。 雙塔精餾生產(chǎn)的精甲醇產(chǎn)品中乙醇和有機(jī)物雜質(zhì)含量只能控制在一定范圍， 50 萬(wàn)噸 /年甲醇精餾工段及加壓塔冷卻器設(shè)計(jì) 19 根據(jù)粗甲醇質(zhì)量的不同，精甲醇中乙醇的含量約為 100~600 mg／ kg；三塔精餾生產(chǎn)的精甲醇質(zhì)量一般能夠達(dá)到美國(guó) AA級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 常壓塔釜液流入殘液槽，經(jīng)殘液泵送往界外處理。塔頂氣相甲醇進(jìn)入常壓塔冷凝器冷卻進(jìn)入常壓塔回流槽。塔頂氣相甲醇送入常壓塔再沸器，作為常壓塔底熱源，被冷凝成液體進(jìn)入加壓塔回流槽，一部分由加壓塔回流泵加壓回流至加壓塔頂，其余部分經(jīng)加壓塔精醇冷卻器冷卻至≤ 40℃進(jìn)入精醇計(jì)量槽作為產(chǎn)品。在脫醚塔回流槽中，槽底甲醇液用脫醚塔回流泵打入脫醚塔