【正文】 表 43 精餾段的汽液相負荷表 名稱 液相 汽相 平均摩爾質量 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。 精餾段與提餾段的體積流量 精餾段 已知精餾段的數(shù)據(jù)如表 42。 根據(jù)芬斯克公式 [12]： 新鄉(xiāng)學院本科畢業(yè)論文（設計） 27 lg11lg ??????? ?????? ???????????????????????????????? ?? ? wddmXXXXNw 最小回流比 各組分 如表 41。 新鄉(xiāng)學院本科畢業(yè)論文（設計） 24 表 312 精餾系統(tǒng)能量衡算總表 項目 物流 預塔 加壓塔 常壓塔 帶入熱量 kJ/h 進料 回流 加熱 合計 帶出熱量 kJ/h 塔頂出料 塔釜出料 熱損失 合計 新鄉(xiāng)學院本科畢業(yè)論文（設計） 25 第 4 章 常壓精餾塔設計 已知： ⑴ 要求精甲醇的純度為質量分數(shù) % ⑵ 操作條件為： 塔頂壓力： 106Pa 塔底壓力： 106Pa 塔頂溫度： 65℃ 塔底溫度： 105℃ 回流液溫度： 40℃ 進料溫度： 70℃ 基礎數(shù)據(jù) ⑴ % 5/328650 ????醇的含量：常壓塔進料的液相中甲 查表 [1]得到對應汽相中甲醇的含量為 %。 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 ℃ 65 65 105 105 比熱 kJ/kg℃ 潛熱 kJ/kg 熱量 kJ/h 5%Q 入 k J / 1 0 9 8 5 2 0 4 7 0 2 6TWQ h ????????? ）（甲醇甲醇甲醇 C 新鄉(xiāng)學院本科畢業(yè)論文（設計） 23 同理可得其他物質的熱量。 則有 Q 出 ＝ Q 精甲醇 ＋ Q 回流 ＋ Q 塔底 ＋ Q 熱損失 ＝ ＋ ＋ ＋ ＋ 5%Q 入 ＝ ＋ 5%Q 入 根據(jù)加壓塔精餾能量守恒 即： Q 入 ＝ Q 出 也即： ＋ Q 蒸汽 ＝ ＋ 5%Q 入 解得： Q 蒸汽 ＝ 加壓塔采用中壓蒸汽加熱所需要的蒸汽量為 ： k g / 8 6 4 1 1 8 9 5 0 6 1 6 0G 2 ??蒸汽 回流液和產品的冷凝潛熱 ： Q 潛 ＝（ ＋ ） ＝ 可提供給常壓塔再沸器的熱量為： Q 供 ＝ Q 潛 （ 1－ 5%）＝ （ 1－ 5%）＝ 常壓塔 的熱量衡算 設計的操作條件為：塔頂溫度 65℃ ，塔釜溫度 105℃ ，進料溫度 70℃ ，回流液溫度為 40℃ ，冷卻水進口溫度 30℃ ，出口溫度 40℃ ，取回流比為 . 新鄉(xiāng)學院本科畢業(yè)論文（設計） 22 ⑴ 物料帶入熱量 常壓塔的入塔能量 如 表 310。 Q 入 ＝ Q 進料 ＋ 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。 ⑴ 進料帶入熱量 進料帶入加壓塔的熱量 如 表 38。 則 有： Q 出 ＝ Q 二甲醚 ＋ Q 回流液 ＋ Q 預后甲醇 ＋ 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 ＝ 塔底的再沸器用中壓 蒸汽壓加熱，如果不計冷凝水的顯熱，那么需要蒸汽量： G1 蒸汽 ＝ ＝ 以上計算的結果塔熱量平衡 如 表 37。 表 34 甲醇精餾塔物料平衡匯總（單位： kg/h） 成分 物料 加壓塔出料 常壓塔出料 常壓塔釜出料 甲醇 28650 NaOH 水 高沸物 合計 能量衡算 預塔的熱量衡算 ⑴ 進料帶入熱量 取回流液與進料量之比為 1： 4，預塔帶入熱量 如 表 35。 表 33 預塔出料流量及組成表 物料量 kg/h CH3OH H2O NaOH (CH3)2O C4H9OH 合計 塔頂 塔底 28650 合計 28650 主塔的物料平衡計算 按照加壓塔和常壓塔的采出量之比 4∶ 6 計算，常壓塔釜液含有甲醇 1%。8%＝ C 軟水：軟水的加入量按精甲醇的 20%計，那么需要補加軟水： 2865020%－ 92%≈以上計算結果 如表 32。 新鄉(xiāng)學院本科畢業(yè)論文（設計） 15 預精餾塔 加壓精餾塔 常壓精餾塔 第 3 章 工藝計算 粗甲醇的工藝流程圖： 頂出料 圖 23 粗甲醇精餾物流圖 物料衡算 已知： 年產 22 萬噸甲醇，每年以 320 個工作日計 精甲醇的甲醇質量含量為 %， h/ 2 02 2 0 0 0 0 ?? 要求生產精甲醇 ，粗甲醇的組成如表 31。 冷凝器其作用正好相反，將蒸汽進行冷凝為液體，部分或者全部冷凝液參與回流，提供精餾塔內下降的液流，保證氣液相傳質。這些附屬設備中，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備。 其他部分設備的介紹 精餾裝置所附屬的設備主要為各種形式的換熱器和一些泵。但是浮閥塔不宜與處理容易結焦和黏度大的系統(tǒng)，但是對于黏度稍微大些及有一般聚合現(xiàn)象的 系統(tǒng)時， 浮閥塔也能夠正常操作。第五，塔的造價低。第四，氣體的壓強降及液面落差比較小。第三，塔板的效率高。第二，操作彈性大。 可見浮閥塔的優(yōu)點明顯：第一，生產能力大。閥片除了腿部相應加長以外，其余的結構尺寸與 F1 型輕閥無異。一般的情況下都采用的是重閥，只是在處理量很大，并且要求壓強降很低的系統(tǒng)才用輕閥。綜上可 見 F1 型浮閥塔的優(yōu)點為：結構很簡單，制造比較方便，而且節(jié)省材料、性能良好，被廣泛應用于化工及煉油生產當中，現(xiàn)在已經列入部頒標準（ JB111868） 內。浮閥開度隨著氣體負荷而改變。塔板與閥片的點接觸也可以防止停工后板面與閥片的黏結。角，用來限制操作時閥片在板上升起來的最大高度；閥片的周邊又沖出三塊稍微向下彎的定距片。其中浮閥的形式有很多，目前我國已經采用的浮閥有五種，但最常用的浮閥形式為F1 型、 V4 型兩種。 浮閥塔在 20 世紀 50 年代的初期就在工業(yè)上開始推廣使用，因為其兼有泡罩塔和篩板塔的優(yōu)點，所以成為了國內應用最為廣泛的塔型，特別是在石油方向、化學工業(yè)中使用最為普遍，對它的性能研究也比較充分。近些年來采用大孔徑的篩板可以避免堵塞，而且由于氣速提高，生產能力大大增加。綜上所述可見篩板塔的優(yōu)點為：結構比較簡單，其造價低廉，氣體的壓降比較小，板上的液面落差也比較小，生產能力和塔板效率均比泡罩塔高些。在操作時，上升的氣流通過篩孔進而分散成細小的流股，從塔板 液層中鼓泡而出，氣液間密切接觸來進行傳質。 篩板塔的塔板上開有很多均勻分布的篩孔，孔徑一般為 3 至 8 毫米，篩孔在塔板上成三角形排列。其缺點為：塔板的結構復雜，金屬量消耗比較大，造價比較高；塔板的壓降比較大，兼因霧沫夾帶現(xiàn)象比較嚴重，極大的限制了氣速的提高，致使塔的生產能力和板效率均比較低。在操作時，上升氣體在通過齒縫進入液層時，被分散成了許多細小的氣泡或者流股，在塔板上形成鼓泡層和泡沫層，這樣為氣液兩相提供了大量的傳質界面。泡罩在塔板上面作等邊三角形。升氣管的上面覆蓋著泡罩，泡罩的下部周邊還開有許多的齒縫。 泡罩塔作為應用最早的一類氣液傳質設備，長期以來人們對其性能就做了 比較充分的研究，而且在工業(yè)上積累了豐富的實踐經驗?？梢姳驹O計需要用錯流塔板。其中柵板和淋降篩板都屬于逆流塔板。 針對板式塔，其塔板類型按照塔內氣、液的流動方式，可將塔板分為錯流塔板和逆流塔板兩大類。 在工業(yè)生產中，一般情況下，當處理物料量很大時多采用板式塔，塔徑在 以下時一般采用填料塔。 填料塔里裝有一定高度填料層，液體從塔頂沿著填料表面往下流，氣體逆流向上流，氣、液兩相接觸密切來進行傳質和傳熱。 板式塔內設置一定數(shù)量的塔板 ，氣體以鼓泡狀、泡沫狀、蜂窩狀、或者噴射形式穿過板上的液層，進行傳質、傳熱?？梢娫O計好的精餾塔是保證工序的優(yōu)先條件。 精餾塔的介紹和選擇 對于精餾工序來說，精餾塔是是該工序進行的重要條件，設計性能良好的精餾設備，必然可以為精餾過程創(chuàng)造良好的條件。但是對加壓塔的設備要求卻提高了，長遠來看，總的效益還是很明顯的。常壓塔塔頂生成低壓高純度的甲醇氣體，進入常壓塔冷凝器降溫冷凝后一部分回流到塔內，一部分作為產品冷卻后送往儲槽，常壓塔塔底殘液 再做處理。在加壓塔塔頂位置形成高純度甲醇蒸汽，這些蒸汽作為常壓塔的塔底再沸器的熱源，甲醇蒸汽冷凝后通過加壓泵再送回到塔頂回流槽，其中一部分送往加壓塔塔頂作為回流液，而另外一部分冷卻后作為產品儲存。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。采用三塔精餾的目的就是為了更合理的利用能量，達到節(jié)能目的。但是很明顯，兩個塔的能量消耗要高于單塔 精餾，所以提高能量的利用、節(jié)約能耗是對該流程的一個展望。原料液從預塔塔底輸送到主塔進料口，高級醇從加料板以下側線引出，含微量甲醇的水從塔底排除，而精甲醇則從塔頂處冷凝取出。同時為了減少塔頂所排出氣體中甲醇的損失，可以在塔頂設置冷凝器二級冷凝。 預精餾塔分離輕 組分和溶解的氣體，如氫氣、一氧化碳、二氧化碳等，塔頂大部分的水和甲醇回流。 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用的方式。其優(yōu)點是節(jié)約投資，而且減少了熱能的損耗。而銅系催化劑在較低壓力和溫度下合成甲醇，含有還原性的雜質很少，無需要化學凈化，也可以獲得高穩(wěn)定性的精甲醇，因而簡化了工藝流程，降低的生產成本。工業(yè)上，采用精制粗甲醇的方法原則是：首先，精餾是必要過程，不論使用的是什么催化劑、原料氣和合成條件制得的粗甲醇，都含有相當多的有機雜質和水，需要通過蒸餾的方法得到脫出；其次，粗甲醇一般情況呈弱酸性，需要用堿液中和；第三，根據(jù)粗甲醇原料也中還原性雜質的含量和對精甲醇的 質量要求，決定是否需要用化學方法進行處理。 總之，要以蒸餾法為主，除去粗甲醇中絕大部分的有機物和水。例如粗甲醇中含有還原性雜質，雖然采取萃取蒸餾的方法分離，但殘留在甲醇中的部分 將繼續(xù)影響其高錳酸鉀值，若不除去繼續(xù)蒸餾，則必然會造成精餾設備的復雜性、增加甲醇的損失、增加能耗等。一般可在預精餾塔中脫出輕組分，再于主精餾塔中脫出重組分和水。將粗甲醇精餾為純組分，需要一個或者幾個串聯(lián)精餾塔。其整個精制過程工業(yè)上習慣稱之為粗甲醇的精餾[6]。為了獲得高純度的甲醇，則必須采用精餾工藝來進行提純，清除所有雜質。 甲醇精餾方法的選擇 甲醇精餾的概述 甲醇合成反應的生成與合成的反應條件密切相關，即使參加反應的元素只有碳、氫、氧三種，但往往由于合成反應條件，如壓力、溫度、催化劑、反應氣體組成以及催化劑中的微量雜質 的作用，均可以是合成反應偏離主反應，生成各種副產物，也即甲醇中的雜質成分。國家《煤化工產業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》已經表明，以煤基合成甲醇作為主要內容的新型煤化工必將進一步快速發(fā)展，以煤氣化作為核心多聯(lián)產技術特別是煤基甲醇 燃氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電多聯(lián)產技術必將獲得空前發(fā)展。將甲醇轉化為烯烴和汽油的工業(yè)化進程也取得了重大進展，為甲醇的進一步轉為石油的大宗基礎產品的工業(yè)化運行創(chuàng)造了有利條件，也必將使甲醇的消費大增。 2020 年國家標準委連續(xù)發(fā)布了甲醇燃料及 M85 甲醇汽油兩