【正文】 ............................................................................................74 計算所需的傳熱面積 .....................................................................................75 分別計算管程和殼程的傳熱系數(shù) .................................................................76 管壁溫度 Wt....................................................................................................78 計算管、殼程的壓力降 .................................................................................78 泵的選型 ................................................................................................................80 泵的類型、 系列和型號的確定 .....................................................................80 軸封型式的確定 [10].........................................................................................81參考文獻(xiàn) .........................................................................................................................82附錄 .................................................................................................................................83致 謝 .............................................................................................................................841 總 論 概況 甲醇的性質(zhì)和用途甲醇性質(zhì) 甲醇（Methanol，Methylalcohol ）又名木醇，木酒精，甲基氫氧化物，是一種最簡單的飽和醇。分子為極性分子。甲醇是無色有酒精氣味易揮發(fā)的液體。甲醇有毒，誤飲 5～10 毫升能雙目失明，大量飲用會導(dǎo)致死亡。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，同時放出熱量：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。甲醇有較強(qiáng)的毒性，對人體的神經(jīng)系統(tǒng)和血液系統(tǒng)影響最大，它經(jīng)消化道、呼吸道或皮膚攝入都會產(chǎn)生毒性反應(yīng)，甲醇蒸氣能損害人的呼吸道粘膜和視力。慢性中毒反應(yīng)為：眩暈、昏睡、頭痛、耳鳴、現(xiàn)力減退、消化障礙。致死量為 30 毫升以上，甲醇在體內(nèi)不易排出,會發(fā)生蓄積，在體內(nèi)氧化生成甲醛和甲酸也都有毒性。常見的癥狀是，先是產(chǎn)生喝醉的感覺，數(shù)小時后頭痛，惡心，嘔吐，以及視線模糊。失明的原因是，甲醇的代謝產(chǎn)物甲酸會累積在眼睛部位，破壞視覺神經(jīng)細(xì)胞。甲酸進(jìn)入血液后，會使組織酸性越來越強(qiáng)，損害腎臟導(dǎo)致腎衰竭。其原理是，甲醇本身無毒，而代謝產(chǎn)物有毒，因此可以通過抑制代謝的方法來解毒。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）的方式來緩解甲醇代謝，進(jìn)而使之排出體外。甲醇用途目前，甲醇在有機(jī)合成工業(yè)中，是僅次于烯烴和芳烴的重要基礎(chǔ)有機(jī)原料。甲醇是較好的人工合成蛋白的原料，蛋白轉(zhuǎn)化率較高，發(fā)酵速度快，無毒性，價格便宜。主要應(yīng)用于精細(xì)化工，塑料等領(lǐng)域，用來制造甲醛、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。甲醇是容易輸送的清潔燃料，可以單獨(dú)或與汽油混合作為汽車燃料，用它作為汽油添加劑可起節(jié)約芳烴，提高辛烷值的作用，汽車制造也將成為耗用甲醇的巨大部門，甲醇的消費(fèi)已超過其傳統(tǒng)用途，潛在的耗用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其化工用途，滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個部門。我國目前甲醇的產(chǎn)量還較低，但近年來發(fā)展速度較快，近五年來甲醇的生產(chǎn)規(guī)模有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。我國甲醇工業(yè)無疑將迅速發(fā)展起來 [13]。這些都影響成本。根據(jù)這樣的裝置格局，業(yè)內(nèi)普遍估計，目前我國甲醇生產(chǎn)成本大約在 1400 元~1800 元/噸（約 200 美元/噸） 。這對產(chǎn)能規(guī)模小、單位產(chǎn)能投資較高的國內(nèi)大部分甲醇生產(chǎn)企業(yè)來講會壓力劇增。目前國際上最大規(guī)模的甲醇裝置產(chǎn)能已達(dá)到 170 萬噸/年。國外企業(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，成本競爭力大為增強(qiáng)。　　不僅如此，國外大型甲醇裝置多以天然氣為原料，采用天然氣兩段轉(zhuǎn)化或自熱轉(zhuǎn)化技術(shù)，包括德國魯奇公司、丹麥托普索公司、英國卜內(nèi)門化工公司和日本三菱公司等企業(yè)的技術(shù)。盡管近年來國際市場天然氣價格也在上漲，但國外甲醇生產(chǎn)企業(yè)依靠長期供應(yīng)協(xié)議將價格影響因素降至最低。同時近年來煤炭價格的大幅度上漲對本來還具有一定成本優(yōu)勢的煤基甲醇產(chǎn)生較大影響，再加上煤基甲醇大多建在西部地區(qū)，運(yùn)輸費(fèi)用較高。　　國外大型甲醇裝置集中投產(chǎn)后，傳統(tǒng)的銷售渠道無法消化驟然增多的甲醇?！　‘a(chǎn)品能耗：60 吉焦/噸 PK30 吉焦/噸　　現(xiàn)實是：國外甲醇生產(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；國內(nèi)大甲醇裝置的產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到國際水平，但許多小甲醇或聯(lián)醇裝置產(chǎn)品質(zhì)量尚不穩(wěn)定。以天然氣為原料生產(chǎn)的甲醇每噸產(chǎn)品能耗約為 40 吉焦，耗天然氣 900～1150 立方米，耗水16～20 噸。而國外大型甲醇裝置基本都以天然氣為原料，并且每噸產(chǎn)品能耗只有 25～30 吉焦，耗天然氣 760～920 立方米，耗水 10～15 噸。而國外以天然氣為原料的大型甲醇裝置，基本屬于清潔生產(chǎn)，對環(huán)境影響較小，環(huán)保投入也相應(yīng)較小。西部甲醇運(yùn)到華東和華南地區(qū)需鐵路或公路的長途運(yùn)輸，運(yùn)輸費(fèi)用最高達(dá) 400 元/噸（約 55 美元/噸） ?！　《蠹状佳b置集中的中東和中南美洲地區(qū)，同時也是世界上天然氣資源最為豐富的地區(qū)，資源地和甲醇生產(chǎn)裝置與沿海地區(qū)距離較近，生產(chǎn)裝置緊靠甲醇裝運(yùn)碼頭，甲醇產(chǎn)品全部采用海路運(yùn)輸，運(yùn)輸方便?！　《?，在物流方面，即使條件好的國內(nèi)甲醇企業(yè)也僅有廠內(nèi)儲運(yùn)和鐵路裝運(yùn)設(shè)施，國內(nèi)目前還沒有全國性更沒有世界性的甲醇中轉(zhuǎn)運(yùn)輸基地，沒有甲醇大型專用運(yùn)輸工具?！　⊥顿Y模式：單打獨(dú)斗 PK 合作運(yùn)營　　如果談到國內(nèi)甲醇生產(chǎn)的后天不足，業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為主要是目前國內(nèi)甲醇裝置建設(shè)大多是獨(dú)資企業(yè)，少有合資合作。　　而國外甲醇裝置大多為合資合作建設(shè)與運(yùn)營。這樣便能有效解決融資問題，降低資金成本和投資風(fēng)險，并在技術(shù)、原料供應(yīng)和產(chǎn)品銷售等方面得到保證，最大限度地優(yōu)化各種生產(chǎn)要素，提高項目競爭力。 甲醇精餾工藝技術(shù)比較工業(yè)上粗甲醇精餾的工藝流程，隨著粗甲醇合成方法不同而有差異，其精制過程的復(fù)雜程度有較大差別，但基本方法是一致的。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。近年來，由于催化劑、粗甲醇合成條件以及制取原料氣的改進(jìn)，粗甲醇的精餾過程相應(yīng)有較大的變更。在決定粗甲醇精餾的工藝流程時，應(yīng)對這些條件進(jìn)行綜合考慮，并結(jié)合到過程中能源消耗的降低，自動化程度的提高，對精甲醇質(zhì)量的特殊要求等等，合理選擇適當(dāng)?shù)木s方法 [8]。雙塔精餾工藝技術(shù)由于具有投資少、建設(shè)周期中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁短、操作簡單等優(yōu)點, 被我國眾多中、小甲醇生產(chǎn)企業(yè)所采用，尤其在聯(lián)醇裝置中得到了迅速推廣。近年來,隨著甲醇合成銅基催化劑的廣泛應(yīng)用和氣體凈化水平的提高, 粗甲醇生產(chǎn)中的副反應(yīng)減少和雜質(zhì)的降低, 此工藝流程已經(jīng)很少采用。精餾塔按內(nèi)件可分為板式精餾塔和填料型精餾塔。效率較高的填料塔是最近幾年才出現(xiàn)的, 采用以高效絲網(wǎng)波紋填料和配套的分布器為核心的精餾技術(shù)。企業(yè)選擇哪種精餾工藝技術(shù),主要取決于企業(yè)甲醇實際生產(chǎn)能力、預(yù)期生產(chǎn)規(guī)模、甲醇市場行情, 以及企業(yè)的公用工程水、電、汽的富裕程度等。5萬t/a 以上的企業(yè)宜選擇三塔精餾工藝 , 因為隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大, 三塔精餾工藝的節(jié)能、高效優(yōu)勢才能體現(xiàn)出來。中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁另外, 三塔精餾工藝在雙塔精餾裝置進(jìn)行增產(chǎn)、降耗的技術(shù)改造中有比較廣闊的應(yīng)用, 是企業(yè)擴(kuò)大現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模較經(jīng)濟(jì)、有效的技術(shù)措施。三塔精餾工藝是一項企業(yè)進(jìn)行增產(chǎn)降耗技術(shù)改造的非常適合的、較好的技術(shù)方案。填料型精餾塔工藝, 其核心設(shè)備主、預(yù)塔都選用新型填料型精餾塔, 塔內(nèi)采用高效的、經(jīng)特殊工藝處理的不銹鋼絲網(wǎng)波紋填料和配套的新型氣液分布器，該塔具備以下優(yōu)點：(1) 塔板效率高 　采用甲醇精餾專用不銹鋼絲網(wǎng)波紋填料, 空隙率0. 85 m 2/ m3 , 理論塔板數(shù)8～10塊/m , 經(jīng)特殊工藝處理后, 具有優(yōu)良的傳質(zhì)、傳熱性能和液體均布能力強(qiáng)等優(yōu)點。生產(chǎn)控制中采用的較小回流比, 提高了精甲醇質(zhì)量, 降低了泵的揚(yáng)程, 節(jié)省了電耗。(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。表11 傳統(tǒng)雙塔與填料型三塔精餾工藝比較項 目 投資（相對數(shù)） 蒸汽/t 循環(huán)水/ m 3 電/雙塔精餾工藝 100 ～ 150～180 40中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁三塔精餾工藝 123 ～ 60～80 30　 填料型甲醇精餾工藝, 由于采用了先進(jìn)的甲醇精餾專用絲網(wǎng)規(guī)整填料和配套的新型分布器, 加之在系統(tǒng)熱量的分配上合理優(yōu)化, 從而使能耗大為降低。甲醇精餾填料型三塔工藝技術(shù)和甲醇精餾專用絲網(wǎng)規(guī)整填料的成功開發(fā), 為眾多大、中型甲醇生產(chǎn)企業(yè)的增產(chǎn)、降耗提供了技術(shù), 為企業(yè)大幅度降低甲醇生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和擴(kuò)大市場占有率提供了可能, 具有著明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。另外為了減少甲醇的損失，增加了一個塔,以對污水中的甲醇進(jìn)行回收處理，故現(xiàn)在一般叫 3+1 塔工藝流程。裝置工藝特點目前，總體來說甲醇精餾的工藝大體可分為兩塔工藝流程和三塔工藝流程，根據(jù)塔內(nèi)件的不同可分為塔盤精餾、填料精餾和復(fù)合型精餾。各塔再沸器蒸汽冷凝液用作粗甲醇預(yù)熱器熱源，以節(jié)約能量。精餾的主要設(shè)備是精餾塔，而塔的內(nèi)件是實現(xiàn)氣液接觸和熱質(zhì)傳遞的主要元件，常用的塔內(nèi)件分塔盤和填料兩種。隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，精餾塔的內(nèi)徑越來越大，于是氣液分布不均問題顯得突出，效率大幅下降，直徑大于 2 米的塔的效率已相當(dāng)?shù)停瑴狭骱瓦吔缧?yīng)嚴(yán)重，為解決這些問題，人們開發(fā)了板式塔，但是板式塔的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造和安裝精度要求高，因而人們又加緊了對填料塔放大技術(shù)的攻關(guān)，在解決了氣液分布等問題后，大型裝置又開始使用填料塔。設(shè)計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關(guān)鍵部件，它是決定著填料塔的放大效應(yīng)。采用規(guī)整填料為塔內(nèi)件的 3+1 塔精餾工藝，其特點是：精甲醇產(chǎn)品的質(zhì)量好，甲醇回收率高；能耗低。 精餾的目的和原理以及精餾塔的操作和調(diào)節(jié) 粗甲醇的組成與精制要求 [1] 甲醇合成不論采用鋅鉻催化劑或銅基催化劑，均受其選擇性的限制，且受合成條件壓力、溫度、合成氣組成的影響，在生產(chǎn)甲醇反應(yīng)的同時，還伴隨著一系列副反應(yīng)，其產(chǎn)品系主要由甲醇以及水、有機(jī)雜質(zhì)等組成的混合溶液，故稱為粗甲醇。如有氮的存在，還發(fā)現(xiàn)有易揮發(fā)的胺類。下表 12 列出了粗甲醇中部分有機(jī)物，具有一定的代表性 [11]。由于輕餾分、重組分和乙醇在經(jīng)過預(yù)精餾塔精餾后，含量較小，所以在后面的三個塔計算過程中均用甲醇水雙組分精餾。顯然，精甲醇的質(zhì)量和精制過程中的損耗，與粗甲醇的質(zhì)量關(guān)系極大。決定粗甲醇質(zhì)量的主要因素?zé)o疑是催化劑，銅系催化劑的選擇性顯然處于優(yōu)越的地位，反應(yīng)溫度也低，副反應(yīng)少，因此制得的粗甲醇含雜質(zhì)較少。 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中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁粗甲醇不能直接用作有機(jī)化工的基礎(chǔ)原料。為了滿足作為基礎(chǔ)化工原料的基本要求，必須對粗甲醇進(jìn)行精制，將粗甲醇中的雜質(zhì)脫除至規(guī)定的指標(biāo)之內(nèi)。一般工業(yè)上出于對甲醇產(chǎn)品的要求，規(guī)定了精甲醇中含雜質(zhì)量的指標(biāo)。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。 工藝原理 [7] 液態(tài)物質(zhì)的飽和蒸汽壓力隨溫度的升高而升高：在同一溫度下的平衡系統(tǒng)中，不同物質(zhì)的飽和蒸汽壓力不同，飽和蒸汽壓力大的稱它揮發(fā)度大，反之稱它揮發(fā)度小，兩種物質(zhì)飽和蒸汽壓力之比稱為相對揮發(fā)度。 由于揮發(fā)度隨溫度而變化，使用不方便，故改用相對揮發(fā)度更便利。? 相對揮發(fā)度的含義是液相混合物