【正文】 指導(dǎo)教師 摘要通過本課題的設(shè)計(jì)了解甲醇精餾的發(fā)展歷程和國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，主要介紹了甲醇精餾工藝，對單塔流程、雙塔流程、三塔流程和四塔流程工藝進(jìn)行了闡述,顯示了四塔流程的優(yōu)越性。熟悉甲醇精餾工藝流程、技術(shù)設(shè)備等。應(yīng)用ASPEN PLUS化工模擬系統(tǒng)中的和DSTUW、RADFRAC塔精餾模塊對常壓精餾塔進(jìn)行模擬。最后繪制出工藝流程圖、帶控制點(diǎn)的物料流程圖、設(shè)備圖和設(shè)備布置圖。 26 簡捷法求理論板層數(shù) 27 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算 29 操作壓力計(jì)算 29 操作溫度計(jì)算 29 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算 29 平均密度計(jì)算 30 液體平均表面張力的計(jì)算 31 液相平均粘度的計(jì)算 31 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算 32 塔徑的計(jì)算 32 精餾塔有效高度計(jì)算 33 塔高的計(jì)算 33 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算 34 溢流裝置計(jì)算 34 塔板布置 36 篩板的流動力學(xué)驗(yàn)算 37 塔板壓降 37 液沫夾帶 37 漏液 38 液泛 38 塔板負(fù)荷性能圖 39 漏液線 39 液沫夾帶線 39 液相負(fù)荷下限線 40 液相負(fù)荷上限線 40 液泛線 40 塔設(shè)備附件——接管 43 進(jìn)料管 44 出料管 44 進(jìn)氣管 44 接管計(jì)算 45第四章 圖紙 49 甲醇精餾工段的物料流程圖 49 常壓塔的控制流程圖 49 常壓塔的設(shè)備圖 49 49總結(jié) 50致 謝 51參考文獻(xiàn) 52第一章 文獻(xiàn)綜述甲醇(CH3OH，英文名稱Methanol)是最簡單的飽和脂肪醇。在基礎(chǔ)有機(jī)化工原料中，甲醇消費(fèi)量僅次于乙烯、丙烯和苯。甲醇作為最主要的基本有機(jī)化工原料之一和替代能源的一部分，在當(dāng)前全球化工產(chǎn)品市場上起著舉足輕重的作用。如何進(jìn)一步節(jié)能降耗和提高產(chǎn)品質(zhì)量越來越引起人們的關(guān)注。常溫常壓下，純甲醇是無色透明的、易流動的、易揮發(fā)的可燃液體，具有與乙醇相似的氣味。甲醇的密度、粘度和表面張力隨溫度改變?nèi)绫?2所示。工業(yè)生產(chǎn)的粗甲醇都含有一定量的有機(jī)雜質(zhì)，其一般比電導(dǎo)率為1106～7107。它易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其他物質(zhì)，因此，只有用特殊的方法才能制得完全無水的甲醇。表11 甲醇的一般性質(zhì)Table11 Commonly property of methanol性質(zhì)數(shù)據(jù)性質(zhì)數(shù)據(jù)密度／ml(℃)導(dǎo)熱系數(shù)103J/（，K）相對密度(d20)4表面張力（）（20℃）沸點(diǎn)℃～℃熔點(diǎn)℃折射率（20℃）閃點(diǎn)16℃ (開口容器)～12℃(閉口容器)蒸發(fā)潛熱（℃）自燃點(diǎn)473℃(空氣中)～461℃(氧氣中)熔融熱臨界溫度240℃燃燒熱（25℃液體）臨界壓力106Pa()臨界體積／mol生成熱（25℃液體）（25℃氣體）熱容～(g.℃)(20(2～25℃液體)，45J(mol.℃)(25℃氣體)蒸汽壓104Pa（）（20℃）膨脹系數(shù)（20℃）粘度（）（20℃）腐蝕性常溫?zé)o腐蝕性（鉛，鋁例外）臨界壓縮系數(shù)爆炸性~%（Vol）（在空氣中爆炸范圍）表12 溫度對性質(zhì)的影響Table 12 The effect of temperature on property溫度℃0102030405060密度g/cm3粘度cP表面張力dyn/cm 1Cp=106Pa表13 甲醇的沸點(diǎn)Table 13 Boiling point of methanol壓力mmHg1102040100200400760溫度℃壓力atm25102030405060溫度℃84 1mmHg= 1at=104Pa甲醇可以任意比例同多種有機(jī)化合物互溶，迄今己發(fā)現(xiàn)與甲醇一起生成共沸混合物的物質(zhì)有100種以上。甲醇具有上述多種重要的物理化學(xué)性質(zhì)，使它在許多工業(yè)部門得到廣泛的用途，特別是由于能源結(jié)構(gòu)的改變，和碳一化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，甲醇的許多重要的工業(yè)用途正在研究開發(fā)中。甲醇通過ZSM5分子篩催化劑轉(zhuǎn)化為汽油已經(jīng)工業(yè)化為固體燃料轉(zhuǎn)化為液體燃料開辟了捷徑。又如甲醇可以裂解制烯烴。甲醇化工的新領(lǐng)域不斷地被開發(fā)出來其廣度和深度正在發(fā)生深刻的化。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。20世紀(jì)80年代以來，甲醇用于生產(chǎn)汽油辛烷值添加劑甲基叔丁基醚，甲醇汽油，甲醇燃料以及甲醇蛋白等產(chǎn)品，大大促進(jìn)了甲醇生產(chǎn)的發(fā)展和市場需要。甲醇的致命劑量大約是70毫升。急性中毒癥狀有：頭疼、惡心、胃痛、疲倦、視力模糊以至失明，繼而呼吸困難，最終導(dǎo)致呼吸中樞麻痹而死亡。甲醇攝入量超過4克就會出現(xiàn)中毒反應(yīng)，誤服一小杯超過10克就能造成雙目失明，飲入量大造成死亡。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。甲醇也容易引發(fā)大火。小火用二氧化碳、干粉、121抗溶泡沫、霧狀水滅火，以使用大量水滅火效果較好。 甲醇的生產(chǎn)工藝可以制取甲醇的主要方法：由碳的氧化物與氫合成碳的氧化物與氫合成甲醇的反應(yīng)式如下：CO+2H2CH30H (11)C02+3H2CH30H+H20 (12)以上反應(yīng)是在銅系催化劑或鋅鉻催化劑存在下，～105(50～300atm)，溫度240～400℃下進(jìn)行的。但兩種反應(yīng)都生成甲醇，工業(yè)生產(chǎn)過程中，一氧化碳和二氧化碳的比例要視具體工藝條件而定。碳的氧化物與氫合成甲醇的生產(chǎn)過程，不論采用怎樣的原料和技術(shù)路線。用精餾的方法除去粗甲醇中的雜質(zhì)，可以制取達(dá)到一定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的精甲醇，其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求視其用途不同有些差異。％以下(乙醇除外)，如此純度的要求在工業(yè)有機(jī)產(chǎn)品中是比較嚴(yán)格的。1) 生產(chǎn)中進(jìn)一步要求提高質(zhì)量眾所周知，提高甲醇質(zhì)量不僅要優(yōu)化精餾過程，更與租甲醇的質(zhì)量相關(guān)，而粗甲醇中含有雜質(zhì)的種類和甲醇質(zhì)量，又與原料結(jié)構(gòu)、合成氣的組成和合成條件(壓力、溫度、催化劑等)，甚至設(shè)備的材質(zhì)有關(guān)。當(dāng)前甲醇合成多采用銅系催化劑的中、低壓法(國內(nèi)高壓法也改用了銅系催化劑)，由于反應(yīng)溫度低減少了副反應(yīng)，因此降低了粗甲醇的雜質(zhì)含量，為精餾過程創(chuàng)造了有利條件。過去，工業(yè)上慣用的雙塔精餾流程，可使精甲醇中的絕大部份有機(jī)雜質(zhì)降至數(shù)個ppm，滿足了下游產(chǎn)品的要求?！妫妗莞咤i酸鉀，min≤5020—水溶性試驗(yàn)澄清澄清—水分含量，%≤—游離酸（以HCOOH計(jì)）ppm≤153050游離堿（以NH3計(jì)）ppm≤2815羰基化合物（以HCH計(jì)）ppm≤2050100蒸發(fā)殘?jiān)?，ppm≤103050氣味無特殊異臭味無特殊異臭味—乙醇含量，%≤——表16 國外甲醇產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)Table 16 International methanol of methanol product指標(biāo)美國ASTM美國US Federal AA日本三菱特級前蘇聯(lián)TOTC高級相對密度D2020~餾程（，760mmHg）沸程—蒸餾量%純度%—酸度%醛酮%高錳酸鉀值min503060100水分%不揮發(fā)物%—乙醇含量%—其中：美國US．Federal AA標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為國內(nèi)各大甲醇生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)。如碳基法合成醋酸，是當(dāng)前世界上最先進(jìn)的醋酸工藝，其主要原料為甲醇和一氧化碳。國內(nèi)引進(jìn)的碳基合成法生產(chǎn)醋酸裝置已投產(chǎn)，自然要求產(chǎn)品為含低乙醇的精甲醇。2) 節(jié)能降耗甲醇是一個高能耗產(chǎn)品，與其姊妹工藝產(chǎn)品氨相似；近年來在原料氣制備，凈化、合成工藝及設(shè)備、控制等諸多方面技術(shù)進(jìn)步很快，使產(chǎn)品能耗不斷下降，顯著提高了能源利用效率。甲醇生產(chǎn)最終工序精餾的能耗要占總能耗的10％～20％，不容忽視。精餾工藝是石油、化工工業(yè)中耗能大的單元操作之一，一直是被密切關(guān)注的重要節(jié)能課題。另外，在粗甲醇精餾過程中、在保證甲醇質(zhì)量的前提下，提高甲醇的收率。工業(yè)上探尋的正是解決這一矛盾，要求精餾工序既節(jié)能降耗，又提高產(chǎn)品質(zhì)量，以滿足甲醇產(chǎn)品多種用途的要求。用到的塔板型式一般有多種，如浮閥塔板塔、固閥塔、垂直篩板塔等等。隨著甲醇生產(chǎn)的大型化，甲醇精餾塔也是越來越大，近20年國內(nèi)規(guī)整填料作為分離部件在中、低壓操作系統(tǒng)上大量采用，國內(nèi)大型甲醇(10萬噸以上)新上項(xiàng)目大多采用填料為主要的分離部件，另外國內(nèi)需要擴(kuò)產(chǎn)改造的甲醇項(xiàng)目也很多，應(yīng)用填料塔技術(shù)對現(xiàn)有的板式塔甲醇精餾系統(tǒng)進(jìn)行改造也屢見不鮮。甲醇是許多有機(jī)產(chǎn)品的基本原料和重要的溶劑，廣泛用于有機(jī)合成，染料，醫(yī)藥，涂料和國防等工業(yè)。(1) 工藝過程概述常規(guī)甲醇精制流程可以分為兩大部分，第一部分是預(yù)精餾部分，另一部分是主精餾部分。其底部的出料被加到主塔的中間入料板上，主塔頂部出粗甲醇，底部出廢液，下部側(cè)線出雜醇。(2) 典型工藝流程甲醇精餾生產(chǎn)工藝有多種，分為單塔精餾，雙塔精餾，三塔精餾與四塔精餾(即三塔加回收塔)。甲醇精餾過程的物耗與粗甲醇質(zhì)量關(guān)系很大，隨著甲醇合成條件改進(jìn)，甲醇精餾工藝出現(xiàn)了較大變化。另外，ICI世紀(jì) 8 0年代末為節(jié)省能耗，還將雙塔流程改為四塔流程。三塔、四塔流程都是在雙塔流程基礎(chǔ)上改進(jìn)的，其共同點(diǎn)都是首先分離出輕組分，然后再分離出水和高沸物。下面是對單塔、雙塔流程和三塔流程。粗甲醇由塔中部加料口送入，輕組分由塔頂排出，高沸點(diǎn)的重組分在進(jìn)料板以下若干塔板處引出，水從塔底排出，產(chǎn)品甲醇在塔頂以下若干塊塔板引出。目前國內(nèi)全部甲醇生產(chǎn)裝置(包括高、中、低壓法)均采用銅系催化劑，提高了粗甲醇質(zhì)量，同時也簡化了精餾工藝。雙塔精餾工藝流程(見圖13)，該流程為我國采用較廣的一種精餾流程。多年來生產(chǎn)實(shí)踐證明，雙塔精餾流程簡單、操作方便和運(yùn)行穩(wěn)定。106～ 106kJ，這要視粗甲醇質(zhì)量、裝置狀況和產(chǎn)品要求而定。國外粗甲醇精餾是根據(jù)甲醇用途而定的，雙塔常壓精餾工藝亦用得較為普遍。105 kJ，即消耗兩噸以上的蒸汽，因此降低能耗是十分必要的。三塔流程由甲醇預(yù)塔、甲醇加壓塔、甲醇常壓塔組成。從加壓塔、常壓塔頂部(或上部側(cè)線)采出的精甲醇，經(jīng)冷卻器降溫后進(jìn)入精甲醇貯槽。這樣，在同等的生產(chǎn)條件下，降低了主精餾塔的負(fù)荷，并且常壓塔利用加壓塔塔頂?shù)恼羝淠裏嶙鳛榧訜嵩矗匀s既節(jié)約蒸汽，又節(jié)省冷卻水。甲醇經(jīng)換熱后進(jìn)入預(yù)精餾塔，