【正文】 算 18 D702塔頂蒸汽及回流液計算 19 結(jié)果檢驗 19 熱量衡算 21 參考數(shù)據(jù) 21 熱量衡算原理及方法 22 D701熱量衡算 22 D702熱量衡算 23 主精餾塔冷凝器E708熱量衡算 24第四章 設備計算 25 E708管殼式冷凝器選型 25 25 26 計算傳熱面積 28 計算管、殼程壓力降 28 確定設計選型 30第五章 ASPEN工藝核算及優(yōu)化 31 引言 31 Aspen Plus軟件介紹 31 基于Aspen Plus穩(wěn)態(tài)模擬的甲醇三塔模型搭建 33 甲醇三塔穩(wěn)態(tài)模擬基本步驟 33 甲醇三塔初始模擬搭建 31第六章 車間布置 38 車間布置規(guī)范 38 車間布置的內(nèi)容 38 車間布置的依據(jù) 38 車間布置的原則 39 豎向設計 40 車間廠房的平面布置 40 車間廠房的立面布置圖 41 車間設備布置設計 42 廠區(qū)運輸 45 運輸方式 46 合理組織人流與貨流 46第七章 非工藝設計與安排 47 47“三廢”及噪聲的處理 47 安全問題的初步設計 48 工作人員的安排及管理 50參考文獻 51致謝 53沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 前言 第一章 文獻綜述 甲醇基本性質(zhì)及用途 甲醇物理和化學性質(zhì)甲醇的分子式為CH3OH。通常條件下，甲醇無色透明、易流動、易揮發(fā)，具有與乙醇相似的氣味。甲醇的粘度、密度等性質(zhì)隨溫度改變?nèi)绫?所示。甲醇不能與脂肪族烴類相混合。甲醇的沸點隨壓力變化如表3所示。由于有共沸混合物的生成，且沸點與甲醇的沸點相接近，將影響到蒸餾過程對有機雜質(zhì)的消除。例如甲醇可以裂解制氫，用于燃料電池，日益引人注目。甲醇的致命劑量大約是70毫升。甲醇中毒，通?？梢杂靡掖冀舛痉āＲ虼?，甲醇中毒者，可以通過飲用烈性酒的方式來緩解甲醇代謝，進而使之排出體外。主要應用于精細化工，塑料等領域。甲醇作為最主要的基本有機化工原料之一和替代能源的一部分，在當前全球化工產(chǎn)品市場上起著舉足輕重的作用。使用碳的氧化物與氫合成制取工業(yè)甲醇大致可以分為以下幾個工序，如圖11所示：圖11甲酵生產(chǎn)流程示意圖 常用合成方法當今甲醇生產(chǎn)技術主要采用中壓法和低壓法兩種工藝，并且以低壓法為主，這兩種方法生產(chǎn)的甲醇約占世界甲醇產(chǎn)量的80%以上。高壓法由于原料和動力消耗大，反應溫度高，生成粗甲醇中有機雜質(zhì)含量高，而且投資大。該法選擇性好，減少了副反應，改善了甲醇質(zhì)量，降低了原料消耗。中壓法仍采用高活性的銅基催化劑，反應溫度與低壓法相同，但相應的動力消耗略有增加。用精餾的方法除去粗甲醇中的雜質(zhì)，可以制取一定標準的精甲醇。[5] 生產(chǎn)中進一步要求提高質(zhì)量提高甲醇質(zhì)量與優(yōu)化精餾過程和粗甲醇的品質(zhì)相關，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有關。不論甲醇合成工藝如何改進，粗甲醇中總是含有較多的雜質(zhì)，需通過精餾方法除去雜質(zhì)，所以最終決定精甲醇質(zhì)量的步驟仍在精餾工序。℃）℃≥高錳酸鉀，min≤5020—水溶性試驗澄清澄清—水分含量，%≤—游離酸（以HCOOH計）ppm≤153050游離堿（以NH3計）ppm≤2815羰基化合物（以HCH計）ppm≤2050100蒸發(fā)殘渣，ppm≤103050氣味無特殊異臭味無特殊異臭味—乙醇含量，%≤——表6 國外甲醇產(chǎn)品標準指標美國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%—但隨著甲醇衍生產(chǎn)品的開拓，對甲醇的質(zhì)量提出了新的要求。該工藝要求甲醇中含乙醇極少。 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、合成工藝及設備、控制等諸多方面技術進步很快，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％。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。 設備的設計與改造甲醇精餾系統(tǒng)傳統(tǒng)設計均為板式塔。浮閥塔板效率高分離精度好，浮閥塔板的形式多種多樣，應用到甲醇精餾上很普遍，其它的幾種塔盤在國內(nèi)甲醇行業(yè)多有應用。[6] 甲醇精制過程的研究現(xiàn)狀 甲醇精制過程的模擬研究早期的甲醇精制過程研究，大都是研究者自己先把甲醇精制流程進行合理的單元操作模擬，然后自己開發(fā)各個單元操作模塊的模擬計算程序，再采用相應的策略對整個甲醇精制流程進行模擬計算。而對甲醇精制流程中某些特定的單元操作模塊的模擬計算，如甲醇精制塔則大都采用編程擴展的形式進行模擬分析。這套系統(tǒng)功能齊全、規(guī)模龐大，目前己廣泛用于化工、煉油、石油化工、氣體加工、煤炭、醫(yī)藥、冶金、環(huán)境保護、動力、節(jié)能、食品等許多工業(yè)領域,它用嚴格和最新的計算方法，進行化工單元和全流程的模擬運算。中國石化北京設計院把Aspen Plus軟件應用于煉油廠污水處理工藝過程不同設計階段中。[9]55沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 生產(chǎn)流程設計論證第二章 生產(chǎn)流程設計論證 粗甲醇精餾 精餾技術簡述甲醇精制時受催化劑選擇性的限制，且受精制壓力、溫度、精制氣組成等因素的影響，在生產(chǎn)甲醇時還伴隨著一系列的副反應，其產(chǎn)品系主要由甲醇及水、有機雜質(zhì)等組成的混合溶液。[10] 精餾方案確定精餾是一種利用回流使液體混合物得到高純度分離的蒸餾方法，是工業(yè)上應用最廣泛的液體混合物的分離操作。這兩種流程在甲醇精餾中都是比較成熟的。預精餾塔用以分離輕組分（二甲醚等）和溶解的氣體（氫氣、一氧化碳、二氧化碳等），塔頂取出的氣體包括不凝性氣體、輕組分、水蒸汽以及甲醇，經(jīng)過冷凝，大部分水分和甲醇回流入塔。含水和高沸點組分的粗甲醇從該塔中部進入，高級醇從加料板以下側(cè)線引出，含微量甲醇的水從塔底排除，產(chǎn)品甲醇則從塔頂處采出。粗甲醇在閃蒸槽中解壓，釋放出部分溶解在其中的氣體后利用余壓將粗甲醇送入粗甲醇預熱器。氣體從塔頂引出，冷凝下來后經(jīng)回流泵加壓返送回預精餾塔頂；脫除了輕組分的塔釜液，由預精餾塔塔釜送出，經(jīng)加壓泵送往加壓精餾塔。[12]根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)實際，從以下幾個方面進行比較具體參見表8。[15]圖3 甲醇四塔雙效工藝流程圖甲醇精餾四塔工藝流程如圖3所示。甲醇經(jīng)換熱后進入預精餾塔，脫除輕組分后(主為不凝氣、二醚等)，塔底甲醇及高沸點組分加后進入加壓精餾塔；加壓精餾塔頂?shù)臍庀噙M入冷凝蒸發(fā)器，利用加壓精餾塔和常壓精餾塔塔頂、塔底的溫差，為常壓塔塔底提供熱源，同時對加壓塔塔氣相冷凝。由于四塔技術中的加壓塔壓力較高，塔頂氣相作為常壓塔再沸器熱源，大大降低冷卻水和蒸汽耗量。同時因為加壓塔和常壓塔各產(chǎn)出一部分精甲醇,這兩個塔采用較高的理論板數(shù),高沸點組分不易被帶到塔頂產(chǎn)品中。具體參見表9。[16]表9 甲醇四塔流程各塔產(chǎn)品質(zhì)量項目不凝氣精甲醇產(chǎn)品A**精甲醇產(chǎn)品B***雜醇油廢水甲醇產(chǎn)品流量,kg/h副產(chǎn)品流量,kg/h甲醇純度(含量),w,%*丙酮含量,106(w)**乙醇含量,106(w)400*水含量,106(w)**餾程范圍～～廢水中甲醇含量,106(w)甲醇回收率,%產(chǎn)品等級(或用途)（燃料氣）AA級優(yōu)等品（副產(chǎn)品）生化處理*指w%含量**A表加壓精餾塔和常壓精餾塔塔頂產(chǎn)品***B代表甲醇回收塔塔頂產(chǎn)品甲醇四塔流程最顯著的特點是甲醇回收塔可有效地提高甲醇回收率,從表31可看出,%,對大規(guī)模的甲醇裝置來說,經(jīng)濟價值十分明顯。雖設備一次性投資大,但降低了長期運行的能耗費用,且精甲醇產(chǎn)品質(zhì)量可靠,流程操作穩(wěn)定,操作彈性較強。對精餾過程來說，精餾塔是使過程得以進行的重要條件，性能良好的精餾設備，為精餾過程創(chuàng)造了良好的條件。板式塔通常由一個成圓柱形的殼體及沿塔高按一定的間距水平設置的若干層塔板所組成，在操作時，液體靠重力的作用從頂部逐板向塔底排出，并在各層塔板面上形成流動的液層；氣體則在壓力差的推動下，由塔底向上經(jīng)過均勻分布的塔板上的開孔依次穿過各層塔板由塔頂排出。并且常根據(jù)塔板間有無降液管溝通而分為有降液管和無降液管兩大類，其中用的最多的是有降液管的板式塔，它主要由塔體、溢流裝置和塔板構(gòu)件構(gòu)成。其中再沸器和冷凝器是保證精餾過程連續(xù)穩(wěn)定操作所必不可少的兩個換熱器設備。[20]冷凝器的作用是將塔頂上升的蒸汽進行冷凝，使之成為液體，之后將一部分冷凝液從塔頂回流入塔，以提供塔內(nèi)下降的液流，使之與上升氣流進行逆流傳質(zhì)接觸。影響甲醇精餾的因素有：給料量、溫度、回流比、壓力等。⑵ 溫度溫度對系統(tǒng)、對產(chǎn)品的質(zhì)量影響較大，一般預精餾塔塔頂溫度控制在62～65℃，塔底溫度控制在76～82℃；加壓塔塔頂溫度控制在112～115℃，塔釜溫度控制在125～130℃；常壓塔塔頂溫度控制在保持在63～65℃，塔釜溫度為112～115℃。尤其是在產(chǎn)品質(zhì)量不合格時應增大回流量。⑷ 壓力壓力對系統(tǒng)的影響非常大。對于加壓塔，壓力不足，塔頂甲醇蒸汽量下降，影響常壓塔再沸器溫度下降，廢水甲醇含量超標，故加壓塔塔頂壓力一般控制在550KPa，塔釜壓力控制在820KPa。常壓塔塔頂壓力為常壓，塔釜壓力為170KPa。塔釜液位給定太低，會造成釜液蒸發(fā)過大，塔釜溫度升高，釜液停留時間較短，影響換熱效果；塔釜液位給定太高，液位高至再沸器回流口，液相阻力增大，不僅會影響甲醇氣液的熱循環(huán)，還容易造成液泛，導致傳質(zhì)、傳熱效果差。⑵ 重組分在物料系統(tǒng)中的重組分C4H9OH全部由主精餾塔D702塔底排出。再者，(表)飽和蒸汽，且物料點的溫度壓力如表11所示，甲醇降壓槽里的各物質(zhì)在該操作條件下的汽液平衡常數(shù)見表12。表13 物質(zhì)代號一覽表物質(zhì)COCO2H2CH4N2ArCH3OHH2O(CH3)2OC4H9OH代號12345678910圖4 工藝流程簡圖流量：Vi ,其中 i= G，L，M，N，O，P，Q，R，S，T組成：wi,j,其中i= G，L，M，N，O，P，Q，R，S，T j=1，2，3，4，5，6，7，8，9，10則有：VM表示M點的物料量，kg/h wM,j表示M點物料的質(zhì)量分率 xK,j , yK,j表示K點物料的液相、氣相mol分率以1kmol入口物料為計算基準，由物料平衡和汽液平衡關系:物料平衡：，汽液平衡：由以上二式可得：式中，k[j]為j組分在系統(tǒng)操作條件下的汽液平衡常數(shù)。此時，先設V/L數(shù)值，并與計算出的進行比較，經(jīng)多次計算后，得到如下汽液平衡數(shù)據(jù)。此時，為了計算簡便：設二甲醚、丁醇全部進入精餾系統(tǒng)（汽液平衡常數(shù)為0）。通常，在計算焓值時會用到狀態(tài)方程法（框圖法）。[22]0℃各純i物質(zhì)
氣態(tài)，液態(tài)
H=0t℃各純i物質(zhì)
氣態(tài)，液態(tài)
Hit℃液體混合物
氣體溶于液體
HL其中：熱容的計算公式為：其中：n,xi ——分別表示摩爾流量和摩爾分率w,wi——分別表示質(zhì)量流量和質(zhì)量分率ΔHV,i——分表示汽化熱 D701熱量衡算進入系統(tǒng)熱量(kJ/h)：離開系統(tǒng)熱量(kJ/h)：熱量衡算(kJ/h)：再沸器熱負荷(kJ/h)：加熱蒸氣流量（kg/h）：圖5 D701熱量衡算示意圖 D702熱量衡算進入系統(tǒng)熱量(kJ/h)：離開系統(tǒng)熱量(kJ/h)：熱量衡算(kJ/h)：再沸器熱負荷(kJ/h)：加熱蒸氣流量（kg/h）：圖6 D702熱量衡算示意圖 主精餾塔冷凝器E708熱量衡算管程：精甲醇蒸汽→精甲醇液體殼程：冷卻水熱負荷(kJ/h)：冷卻水流量（kg/h）：圖7 E708熱量衡算示意圖沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 Error! No text of specified style in 第四章 設備計算 E708管殼式冷凝器選型在該小節(jié)中主要解決：傳熱量及對數(shù)平均溫度差，估計總傳熱系數(shù)及傳熱面積，試選適當型號的換熱器等問題。同時，計算的最后結(jié)果要在相關文件的約束下進行劃歸處理。圖8 RP管型選擇圖（單殼層、雙管層） 圖9 RP管型選擇圖（雙殼層、四管層）總傳熱系數(shù)：由公式可得總傳熱面積：該小節(jié)主要計算管、殼程傳熱膜系數(shù)，確定污垢熱阻，求出總傳熱系數(shù)，并與估算時所取用的傳熱系數(shù)進行比較。⑴ 管程對流傳熱系數(shù)校正系數(shù)：⑵ 殼程對流傳熱系數(shù)由于：管子為正三角形排