45萬(wàn)噸年甲醇精餾系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　姓 名： 學(xué) 號(hào)： </p><p>　　學(xué) 院： </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 　 </p><

2、;p>　　設(shè)計(jì)題目： 45萬(wàn)t/a甲醇精餾工段工藝設(shè)計(jì) </p><p>　　指導(dǎo)教師： 職 稱(chēng)： 教授 </p><p>　　年 月 </p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p>　　學(xué)院 專(zhuān)業(yè)年級(jí)

3、 學(xué)生姓名 </p><p><b>　　任務(wù)下達(dá)日期： </b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)日期： </b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)題目45萬(wàn)t/a甲醇精餾工段工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求：</p><p>　　1. 模擬

4、在永城地區(qū)設(shè)計(jì)年產(chǎn)45萬(wàn)噸甲醇精餾線，年開(kāi)車(chē)時(shí)間8000小時(shí)，工藝采用以煤制氣為原料合成粗甲醇，經(jīng)預(yù)精餾塔、加壓精餾塔和常壓精餾塔分離后得到精甲醇的新節(jié)能型三塔工藝流程開(kāi)發(fā)的。</p><p><b>　　2．計(jì)算條件：</b></p><p><b>　?、僭蠚饨M成</b></p><p>　?、诰状际章剩?9.6%

5、</p><p>　?、蹚U水中甲醇含量：50ppm</p><p><b>　　3.設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　?、倬帉?xiě)計(jì)算說(shuō)明書(shū)，其中包括綜述，工藝路線選擇，物料衡算與工藝計(jì)算，主要塔設(shè)備計(jì)算，熱量衡算等。</p><p>　?、趫D紙（7－8張）：甲醇精餾帶控制點(diǎn)工藝流程圖，平面布置圖，工段主要物料管道圖，精

6、餾塔圖，1到2個(gè)主要設(shè)備圖等</p><p>　　③說(shuō)明書(shū)可以電腦打字，圖紙均為CAD繪圖。</p><p>　　院長(zhǎng)簽字： 指導(dǎo)教師簽字：</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)閱書(shū)</p><p>　　指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)（①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；②獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力；③研究?jī)?nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的

7、主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；⑦存在問(wèn)題；⑧是否同意答辯等）：</p><p>　　成 績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字：</p><p>　　年 月 日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱書(shū)</p><p>　　評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基

8、本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤寫(xiě)作的規(guī)范程度；⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；⑦存在問(wèn)題；⑧是否同意答辯等）：</p><p>　　成 績(jī)： 評(píng)閱教師簽字：</p><p>　　年 月 日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)閱書(shū)</p&

9、gt;<p>　　評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力；③工作量的大??；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤寫(xiě)作的規(guī)范程度；⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；⑦存在問(wèn)題；⑧是否同意答辯等）：</p><p>　　成 績(jī)： 評(píng)閱教師簽字：</p><p>　　年 月 日<

10、/p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及綜合成績(jī)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　甲醇最早由木材和木質(zhì)素干餾制的，故俗稱(chēng)木醇，這是最簡(jiǎn)單的飽和脂肪組醇類(lèi)的代表物。近年來(lái)，世界甲醇的生產(chǎn)能力發(fā)展速度較快。甲醇工業(yè)的迅速發(fā)展，是由于甲醇是多種有機(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(guó)防等工業(yè)。由甲醇

11、轉(zhuǎn)化為汽油方法的研究成果，從而開(kāi)辟了由煤轉(zhuǎn)換為汽車(chē)燃料的途徑。近年來(lái)碳一化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇樹(shù)脂等產(chǎn)品，正在研究開(kāi)發(fā)和工業(yè)化中。甲醇化工已成為化學(xué)工業(yè)中一個(gè)重要的領(lǐng)域。</p><p>　　本設(shè)計(jì)選擇了以45萬(wàn)t/a甲醇精餾的產(chǎn)量作為生產(chǎn)計(jì)算與設(shè)計(jì)的任務(wù)，參考了河南永城永煤集團(tuán)龍宇煤化工甲醇廠甲醇精餾的工藝，本設(shè)計(jì)從工藝角度對(duì)其生產(chǎn)過(guò)

12、程和主要設(shè)備進(jìn)行了物料衡算、塔設(shè)備簡(jiǎn)捷法計(jì)算、熱量衡算、換熱器設(shè)計(jì)等工藝計(jì)算。</p><p>　　關(guān)鍵詞：甲醇，精餾，物料衡算，熱量衡算</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1總 論1</b></p><p><b>　　1.1 概況1<

13、;/b></p><p>　　1.1.1 甲醇的用途1</p><p>　　1.1.2甲醇精餾工藝技術(shù)比較1</p><p>　　1.1.3 甲醇精餾工藝的概況5</p><p>　　1.2 精餾的目的和原理和精餾塔的操作和調(diào)節(jié)6</p><p>　　1.2.1 粗甲醇的組成與精制要求6</p&g

14、t;<p>　　1.2.2 工藝原理7</p><p>　　1.2.3 影響因素10</p><p>　　1.2.4 精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量控制和調(diào)節(jié)11</p><p>　　1.3 甲醇的主要技術(shù)規(guī)格12</p><p>　　1.3.1 甲醇的一般性質(zhì)12</p><p>　　1.3.2 甲醇的沸點(diǎn)

15、和蒸汽壓13</p><p>　　1.3.3 甲醇-水系統(tǒng)的性質(zhì)13</p><p>　　1.4 甲醇精餾工藝流程說(shuō)明15</p><p>　　1.4.1 預(yù)精餾系統(tǒng)15</p><p>　　1.4.2 加壓精餾系統(tǒng)15</p><p>　　1.4.3 常壓精餾系統(tǒng)16</p><p&g

16、t;　　1.4.4 回收精餾系統(tǒng)16</p><p>　　2.甲醇精餾生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算17</p><p>　　2.1 計(jì)算參數(shù)17</p><p>　　2.2預(yù)精餾塔工藝計(jì)算18</p><p>　　2.2.1物料衡算18</p><p>　　2.2.2全塔高度和塔徑的確定19</p>&

17、lt;p>　　2.3加壓精餾塔工藝計(jì)算20</p><p>　　2.3.1物料衡算20</p><p>　　2.3.2熱量衡算23</p><p>　　2.3.3理論塔板數(shù)計(jì)算25</p><p>　　2.3.4精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算26</p><p>　　2.3.5填料的選擇31</p&g

18、t;<p>　　2.3.6塔徑設(shè)計(jì)的計(jì)算32</p><p>　　2.3.7填料層高度的計(jì)算33</p><p>　　2.3.8全塔高度的確定34</p><p>　　2.4常壓精餾塔工藝計(jì)算37</p><p>　　2.4.1物料衡算37</p><p>　　2.4.2熱量衡算39</

19、p><p>　　2.4.3理論塔板數(shù)計(jì)算41</p><p>　　2.4.4精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算43</p><p>　　2.4.5填料的選擇48</p><p>　　2.4.6塔徑設(shè)計(jì)的計(jì)算48</p><p>　　2.4.7填料層高度的計(jì)算49</p><p>　　2.4.8全塔高

20、度的確定50</p><p>　　2.5回收精餾塔工藝計(jì)算53</p><p>　　2.5.1物料衡算53</p><p>　　2.5.2熱量衡算55</p><p>　　2.5.3理論塔板數(shù)計(jì)算58</p><p>　　2.5.4精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算60</p><p>　　2

21、.5.5填料的選擇64</p><p>　　2.5.6塔徑設(shè)計(jì)的計(jì)算65</p><p>　　2.5.7填料層高度的計(jì)算66</p><p>　　2.5.8全塔高度的確定67</p><p>　　2.5.9筒體的厚度和封頭的厚度確定69</p><p>　　2.6粗甲醇預(yù)熱器71</p>&l

22、t;p>　　2.6.1計(jì)算定性溫度，確定物理常數(shù)71</p><p>　　2.6.2求溫差修正系數(shù)72</p><p>　　2.6.3計(jì)算所需的傳熱面積72</p><p>　　2.6.4分別計(jì)算管程和殼程的傳熱系數(shù)72</p><p>　　2.6.5管壁溫度74</p><p>　　2.6.6計(jì)算管、

23、殼程的壓力降75</p><p>　　2.7泵的選型77</p><p>　　2.7.1泵的類(lèi)型、系列和型號(hào)的確定78</p><p>　　2.7.2軸封型式的確定79</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)80</b></p><p><b>　　附錄81</b>

24、</p><p><b>　　致謝82</b></p><p><b>　　1總 論</b></p><p><b>　　1.1 概況</b></p><p>　　1.1.1 甲醇的用途</p><p>　　目前，甲醇在有機(jī)合成工業(yè)中，是僅次于烯烴和芳

25、烴的重要基礎(chǔ)有機(jī)原料。隨著技術(shù)的發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的改變，甲醇又開(kāi)辟了許多新的用途。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(wú)毒性，價(jià)格便宜。甲醇用途廣泛，是基礎(chǔ)的有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。主要應(yīng)用于精細(xì)化工，塑料等領(lǐng)域，用來(lái)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。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。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(chē)燃料，

26、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(chē)制造也將成為耗用甲醇的巨大部門(mén)，甲醇的消費(fèi)已超過(guò)其傳統(tǒng)用途，潛在的耗用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其化工用途，滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)。特別是隨著能源結(jié)構(gòu)的改變，甲醇有未來(lái)主要燃料的候補(bǔ)燃料之稱(chēng)，需用量十分巨大。</p><p>　　我國(guó)目前甲醇的產(chǎn)量還較低，但近年來(lái)發(fā)展速度較快，近五年來(lái)甲醇的生產(chǎn)規(guī)模有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。從我國(guó)能源結(jié)構(gòu)出發(fā)，甲醇由煤制的技術(shù)已經(jīng)成熟，近幾年由煤

27、制甲醇的工藝已經(jīng)全面工業(yè)化生產(chǎn)，將來(lái)在我國(guó)甲醇有希望替代石油燃料和石油化工的原料，蘊(yùn)藏著潛在的巨大市場(chǎng)。我國(guó)甲醇工業(yè)無(wú)疑將迅速發(fā)展起來(lái)。</p><p>　　甲醇汽油是指把甲醇部分添加在汽油里，用甲醇燃料助溶劑復(fù)配的M系列混合燃料。其中：M15(在汽油里添加15％甲醇)清潔甲醇汽油為車(chē)用燃料，分別應(yīng)用于各種汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，可以在不改變現(xiàn)行發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的條件下，替代成品汽油使用，并可與成品油混用。甲醇混合燃料的熱效率、動(dòng)

28、力性、啟動(dòng)性、經(jīng)濟(jì)性良好，具有降低排放、節(jié)省石油、安全方便等特點(diǎn)。世界各國(guó)根據(jù)不同國(guó)情，研發(fā)了M3、M5、M15、M20、M50、N85、M100等不同摻和比的甲醇汽油。目前，商用甲醇主要為M85(85％甲醇+15％汽油)和 M100，M100性能優(yōu)于M85，具有更大的環(huán)境優(yōu)越性。</p><p>　　1.1.2甲醇精餾工藝技術(shù)比較</p><p>　　工業(yè)上粗甲醇精餾的工藝流程，隨著粗甲

29、醇合成方法不同而有差異，其精制過(guò)程的復(fù)雜程度有較大差別，但基本方法是一致的。首先，總是以蒸餾的方法在蒸餾塔的頂部，脫除較甲醇沸點(diǎn)低的輕組分，這時(shí)，也可能有部分高沸點(diǎn)的雜質(zhì)和甲醇形成共沸物，隨輕組分一并除去。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。其次，根據(jù)精甲醇對(duì)穩(wěn)定性或其他特殊指標(biāo)的要求，采取必要的輔助方法。</p><p>　　近年來(lái)，由于催化劑、粗甲醇合成條件以及制取原料氣

30、的改進(jìn)，粗甲醇的精餾過(guò)程相應(yīng)有較大的變更。加上新型精餾設(shè)備的使用，對(duì)工藝流程也產(chǎn)生一定影響。在決定粗甲醇精餾的工藝流程時(shí)，應(yīng)對(duì)這些條件進(jìn)行綜合考慮，并結(jié)合到過(guò)程中能源消耗的降低，自動(dòng)化程度的提高，對(duì)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。</p><p>　　甲醇精餾按工藝主要分為3種: 雙塔精餾工藝技術(shù)、帶有高錳酸鉀反應(yīng)的精餾工藝技術(shù)和我國(guó)自行開(kāi)發(fā)的三塔精餾工藝技術(shù)。雙塔精餾工藝技術(shù)由于具有投資少、建

31、設(shè)周期短、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn), 被我國(guó)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。帶有高錳酸鉀反應(yīng)的精餾工藝技術(shù)僅在單醇生產(chǎn)中用鋅鉻為催化劑的產(chǎn)品中有應(yīng)用。近年來(lái),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。三塔精餾工藝技術(shù)是為減少甲醇在精餾中的損耗和提高熱利用率而開(kāi)發(fā)的一種先進(jìn)、高效和能耗較低的工藝流程,近年來(lái)在大、中型企業(yè)中得到了推廣和應(yīng)用。&

32、lt;/p><p>　　精餾塔按內(nèi)件可分為板式精餾塔和填料型精餾塔。傳統(tǒng)的精餾塔大都是以浮閥為主的板式塔, 隨著新型板式塔的開(kāi)發(fā)成功, 又出現(xiàn)了導(dǎo)向浮閥、斜孔篩板等結(jié)構(gòu), 但由于板式塔開(kāi)孔率低, 介質(zhì)傳質(zhì)、傳熱效率差, 總體效果并不太理想。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)。</p><p>　　相同規(guī)模的裝置三塔精餾與雙塔精餾相比投資增

33、加20%以上, 但運(yùn)行費(fèi)用一般可節(jié)省20%。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(shí)際生產(chǎn)能力、預(yù)期生產(chǎn)規(guī)模、甲醇市場(chǎng)行情, 以及企業(yè)的公用工程水、電、汽的富裕程度等。一般說(shuō)來(lái),甲醇生產(chǎn)規(guī)模在5萬(wàn)t/a以下時(shí)宜選擇雙塔精餾工藝, 因?yàn)殡p塔精餾工藝投資省、建設(shè)周期短、裝置簡(jiǎn)單, 易于操作和管理,雖然消耗高于三塔精餾工藝技術(shù), 但在5萬(wàn)t/a生產(chǎn)規(guī)模以下時(shí)其經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)較占優(yōu)勢(shì)。5萬(wàn)t/a 以上的企業(yè)宜選擇三塔精餾工藝, 因?yàn)殡S著生產(chǎn)

34、規(guī)模的擴(kuò)大, 三塔精餾工藝的節(jié)能、高效優(yōu)勢(shì)才能體現(xiàn)出來(lái)。在每萬(wàn)噸甲醇的消耗投資方面三塔精餾低于雙塔精餾工藝。</p><p>　　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。在原有雙塔流程中僅增加1臺(tái)加壓塔和部分設(shè)備, 裝置生產(chǎn)能力就能翻1倍；比雙塔流程節(jié)約能耗20%以上；由于增加了乙醇等產(chǎn)品的采出, 產(chǎn)品質(zhì)量符合國(guó)際AA標(biāo)準(zhǔn), 有

35、更廣闊的銷(xiāo)售市場(chǎng)和更高的產(chǎn)品售價(jià)；由于兩流程近似,操作和管理方法易于接受。三塔精餾工藝是一項(xiàng)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。</p><p>　　不論采用何種精餾工藝流程, 精餾塔都是該裝置的核心設(shè)備, 其決定著裝置能耗的高低和產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。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

36、優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1) 塔板效率高　采用甲醇精餾專(zhuān)用不銹鋼絲網(wǎng)波紋填料, 空隙率0. 85 m2/ 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(diǎn)。這樣可減少理論塔板數(shù),降低精餾塔的高度,單位生產(chǎn)能力大。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。</p><p>　　(2) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

37、單,易于維修和安裝　精餾塔內(nèi)填料分層安裝,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,設(shè)備體積小, 物料在系統(tǒng)中停留時(shí)間縮短,產(chǎn)品質(zhì)量提高。</p><p>　　(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(jiǎn)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。</p><p>　　傳統(tǒng)雙塔精餾工藝與填料型三塔精餾工藝的投資和單耗(噸甲醇消耗) 比較見(jiàn)

38、表1-1。</p><p>　　表1-1 傳統(tǒng)雙塔與填料型三塔精餾工藝比較</p><p>　　填料型甲醇精餾工藝, 由于采用了先進(jìn)的甲醇精餾專(zhuān)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。雙塔精餾能耗達(dá)到傳統(tǒng)的板式三塔消耗水平, 三塔精餾能耗比傳統(tǒng)的板式三塔降低15%以上, 5萬(wàn)t/a甲醇生產(chǎn)企業(yè)年運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)省200萬(wàn)元以上。</p&g

39、t;<p>　　甲醇精餾填料型三塔工藝技術(shù)和甲醇精餾專(zhuān)用絲網(wǎng)規(guī)整填料的成功開(kāi)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(chǎng)占有率提供了可能, 具有著明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。</p><p>　　綜上所述，因此本設(shè)計(jì)也才用填料型三塔甲醇精餾工藝技術(shù)。另外為了減少甲醇的損失，增加了一個(gè)塔,以對(duì)污水中的甲醇進(jìn)行回收處理，故現(xiàn)在一般叫3+1塔

40、工藝流程。</p><p>　　1.1.3 甲醇精餾工藝的概況</p><p><b>　　1、工序任務(wù)</b></p><p>　　甲醇精餾是甲醇合成的下游工序，其目的就是對(duì)合成裝置來(lái)的粗甲醇進(jìn)行精制，將甲醇中的雜質(zhì)進(jìn)行脫除，以生產(chǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)等級(jí)精甲醇產(chǎn)品。</p><p><b>　　2、裝置工藝特點(diǎn)&l

41、t;/b></p><p>　　目前，總體來(lái)說(shuō)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(pán)精餾、填料精餾和復(fù)合型精餾。</p><p>　　本甲醇精餾裝置采用的是以規(guī)整填料為塔內(nèi)件的三塔精餾工藝，精餾用汽為低壓蒸汽。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。另外為了減少甲醇的損失，增加了一個(gè)塔,以對(duì)污水中的甲醇進(jìn)行回收處理，故現(xiàn)在一般叫3

42、+1塔工藝流程。</p><p>　　精餾的主要設(shè)備是精餾塔，而塔的內(nèi)件是實(shí)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(pán)和填料兩種。填料是最早使用的塔內(nèi)件，當(dāng)初使用在小塔徑的塔里，由于其設(shè)計(jì)、制造、安裝難度不大，應(yīng)用十分廣泛。隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，精餾塔的內(nèi)徑越來(lái)越大，于是氣液分布不均問(wèn)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)?，溝流和邊界效?yīng)嚴(yán)重，為解決這些問(wèn)題，人們開(kāi)發(fā)了板式塔，但是板式塔的

43、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(duì)填料塔放大技術(shù)的攻關(guān)，在解決了氣液分布等問(wèn)題后，大型裝置又開(kāi)始使用填料塔。目前的填料分為散堆填料和規(guī)整填料。設(shè)計(jì)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(gè)關(guān)鍵部件，它是決定著填料塔的放大效應(yīng)。采用槽式液體分布器和槽-盤(pán)式液體分布器可以較好地解決抗堵、防夾帶等問(wèn)

44、題，壓降小、負(fù)荷彈性大。</p><p>　　采用規(guī)整填料為塔內(nèi)件的3+1塔精餾工藝，其特點(diǎn)是：</p><p>　　1、精甲醇產(chǎn)品的質(zhì)量好，甲醇回收率高；</p><p>　　2、能耗低。比兩塔工藝減少蒸汽消耗約30%左右；</p><p>　　3、操作的靈敏性比板式塔好，但其穩(wěn)定性不如板式塔好；</p><p>　

45、　4、采取了萃取精餾和共沸精餾工藝，有效解決了微量難分離組分的脫除問(wèn)題；</p><p>　　5、分離效率高，操作彈性大，生產(chǎn)能力大。</p><p>　　1.2 精餾的目的和原理和精餾塔的操作和調(diào)節(jié)</p><p>　　1.2.1 粗甲醇的組成與精制要求</p><p><b>　　1.粗甲醇的組成</b></p

46、><p>　　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(shí)，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(chēng)為粗甲醇。</p><p>　　以色譜分析或色譜-質(zhì)譜聯(lián)合分析測(cè)定粗甲醇的組成有40多種，包含了醇、醛、酮、醚、酸、烷烴等等。如有氮的存在，還發(fā)現(xiàn)有易揮發(fā)的胺類(lèi)。其它含有少量生產(chǎn)系

47、統(tǒng)中帶來(lái)的羰基鐵，及微量的催化劑等雜質(zhì)。下表1-2列出了粗甲醇中部分有機(jī)物，具有一定的代表性。</p><p>　　表1-2 按沸點(diǎn)順序排列的粗甲醇組分</p><p>　　為了精餾過(guò)程中便于處理，上述組成大致可分為幾組：1.輕餾分（表中1～15組分，甲醇，乙醇例外）；2.甲醇；3.水；4.重組分（表中16～30）；5.乙醇。</p><p>　　由于輕餾分、重組

48、分和乙醇在經(jīng)過(guò)預(yù)精餾塔精餾后，含量較小，所以在后面的三個(gè)塔計(jì)算過(guò)程中均用甲醇-水雙組分精餾。</p><p>　　粗甲醇中這些雜質(zhì)組分的含量多少，可視為衡量粗甲醇的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。顯然，精甲醇的質(zhì)量和精制過(guò)程中的損耗，與粗甲醇的質(zhì)量關(guān)系極大。從精制角度考慮，甲醇合成過(guò)程中副反應(yīng)越少越好，從而提高粗甲醇的質(zhì)量，就可能在容易獲得高質(zhì)量精甲醇的同時(shí)，又降低了精制中物料和能量的消耗。</p><p>　

49、　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。同時(shí)，粗甲醇中所含雜質(zhì)的種類(lèi)和數(shù)量，又與原料氣的組成和合成條件及設(shè)備的材質(zhì)有關(guān)。</p><p><b>　　2.精制要求</b></p><p>　　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粗甲醇不能直接用

50、作有機(jī)化工的基礎(chǔ)原料。如：生產(chǎn)甲醛是目前甲醇的主要用途之一，但如果甲醇中的烷烴含量超標(biāo)，在甲醇氧化、脫氫時(shí)由于沒(méi)有過(guò)量空氣，便生成碳黑覆于催化劑的表面，影響催化劑的活性；高級(jí)醇可使生產(chǎn)的甲醛產(chǎn)品的酸值不合格；甲醇中的水由于在甲醇蒸發(fā)汽化時(shí)不易揮發(fā)，在蒸發(fā)器中濃縮積累，使甲醇濃度降低，可引起原料配比失調(diào)而發(fā)生爆炸；作為甲醇另一主要用途之一的醋酸生產(chǎn)，對(duì)甲醇中的乙醇含量有著較為嚴(yán)格的規(guī)定；甲醇還被用作生產(chǎn)塑料、涂料、香料、農(nóng)藥、醫(yī)藥、人造纖

51、維等原料，都可能由于這些少量雜質(zhì)的超量存在而影響產(chǎn)品的純度和產(chǎn)品的性能。</p><p>　　為了滿足作為基礎(chǔ)化工原料的基本要求，必須對(duì)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)。目前工業(yè)上對(duì)粗甲醇進(jìn)行精制常用的物理方法就是精餾。</p><p>　　一般工業(yè)上出于對(duì)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)。本設(shè)計(jì)采用國(guó)外甲醇的質(zhì)量的指標(biāo)，產(chǎn)品質(zhì)量符合美國(guó)聯(lián)邦A(yù)A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)質(zhì)

52、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。</p><p>　　甲醇精餾是甲醇合成的下游工序，其目的就是對(duì)合成裝置來(lái)的粗甲醇進(jìn)行精制，將甲醇中的雜質(zhì)進(jìn)行脫除，以生產(chǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)等級(jí)精甲醇產(chǎn)品。</p><p>　　1.2.2 工藝原理</p><p>　　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

53、不同，飽和蒸汽壓力大的稱(chēng)它揮發(fā)度大，反之稱(chēng)它揮發(fā)度小，兩種物質(zhì)飽和蒸汽壓力之比稱(chēng)為相對(duì)揮發(fā)度。液態(tài)混合物在飽和狀態(tài)下，各組分的揮發(fā)度用它在蒸汽中的分壓和與之平衡的液相中的摩爾分率之比來(lái)表示，即：</p><p>　　式中：V-----揮發(fā)度；</p><p>　　P-----蒸汽中分壓；</p><p>　　X----液相中摩爾濃度。</p><

54、p>　　由于揮發(fā)度隨溫度而變化，使用不方便，故改用相對(duì)揮發(fā)度更便利。即：</p><p>　　式中：-------為相對(duì)揮發(fā)度。</p><p>　　相對(duì)揮發(fā)度的含義是液相混合物中易揮發(fā)組分的揮發(fā)度與難揮發(fā)組分揮發(fā)度之比，對(duì)于理想溶液就是飽和蒸汽壓之比。</p><p>　　液相混合物在飽和狀態(tài)下，氣相中各組分相對(duì)組成與原液相中的相對(duì)組成不同，在氣相組成中，揮

55、發(fā)度高的組分的濃度高些，分壓高些，揮發(fā)度低的組分濃度相對(duì)低些，分壓也低些；在液相組成中正好相反，揮發(fā)度低的組分的濃度高些，揮發(fā)度高的組分的濃度低些；相對(duì)揮發(fā)度越大，這種濃度差就越大。</p><p>　　對(duì)于粗甲醇中的雜質(zhì)，通常以甲醇的沸點(diǎn)為界，分為輕組分雜質(zhì)和重組分雜質(zhì)。常壓下甲醇的沸點(diǎn)為64.7℃，輕組分雜質(zhì)是指其沸點(diǎn)低于64.7℃的組分，而重組分雜質(zhì)是指沸點(diǎn)高于64.7℃的組分。</p>&l

56、t;p>　　粗甲醇精餾就是根據(jù)粗甲醇中各種組分的沸點(diǎn)和相對(duì)揮發(fā)度的不同，在精餾塔內(nèi)的熱質(zhì)傳遞元件上，通過(guò)建立物料、熱量和汽液相平衡，在汽液相之間連續(xù)不斷地實(shí)現(xiàn)熱質(zhì)的傳遞：在液相由上向下流動(dòng)的過(guò)程中，由于塔內(nèi)溫度由上到下連續(xù)升高，沸點(diǎn)低、易揮發(fā)的輕組分相對(duì)地從液相向汽相中擴(kuò)散傳遞，而汽相在由下向上流動(dòng)的過(guò)程中，由于溫度連續(xù)降低，沸點(diǎn)高、揮發(fā)度較低的重組分則相對(duì)地向液相中凝集傳遞，同時(shí)熱量從汽相向液相傳遞。經(jīng)過(guò)在精餾塔內(nèi)反復(fù)多次連續(xù)地

57、進(jìn)行這種熱質(zhì)傳遞，最終實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵輕組分在塔頂高濃度集聚、重組分在塔底高濃度集聚的分離過(guò)程。精餾工藝的理論基礎(chǔ)是拉烏爾定律和道爾頓分壓定律。</p><p>　　拉烏爾定律是指：在一定溫度下的平衡理想溶液（假設(shè)兩種液體可以任何比例相互溶解、互溶無(wú)體積效應(yīng)和熱效應(yīng)）體系中，溶液表面上方的蒸汽中任一組分的分壓，等于此純組分在此溫度下的飽和蒸汽壓乘以其在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)，可用如下式子表示：</p><p

58、>　　式中：-----氣相中組分i的分壓；</p><p>　　-----此溫度下純組分i的飽和蒸汽壓；</p><p>　　-----組分i在理想溶液中的摩爾濃度，%。</p><p>　　而道爾頓定律是指：在一定溫度下的平衡系統(tǒng)中，溶液表面上方的壓力等于汽相混合物中各組分的分壓之和，即：</p><p>　　式中：-----求和：&

59、lt;/p><p>　　-------氣相壓力；</p><p>　　-------氣相中組分i的分壓。</p><p>　　對(duì)于在一定溫度下，由A和B兩種物質(zhì)組成的雙組分理想溶液的平衡系統(tǒng)，可以通過(guò)上述的拉烏爾定律和道爾頓定律來(lái)求取理想溶液系統(tǒng)的氣液相平衡關(guān)系式如下：</p><p>　　式中：、-------為溶液中組分A和組分B的摩爾分?jǐn)?shù)；

60、</p><p>　　、-----------為純正組分A和B在同一溫度下的飽和蒸汽壓；</p><p>　　、-----------為氣相中組分A和組分B的摩爾分?jǐn)?shù)；</p><p>　　、-----------為氣液相平衡時(shí)氣相中A和B蒸汽分壓；</p><p>　　--------------------為理想溶液達(dá)到平衡時(shí)溶液上方的汽

61、相總壓。</p><p>　　如果已經(jīng)知道某液體組分在某溫度下的飽和蒸汽壓，就可以利用拉烏爾定律計(jì)算出該液體與另一液體構(gòu)成不同濃度混合液的氣相分壓。</p><p>　　精餾是多次簡(jiǎn)單蒸餾的組合。蒸餾操作系基于混合液中各組分在相同的溫度條件下具有不同的揮發(fā)度，當(dāng)加熱至沸騰以后，將生成的蒸汽引出進(jìn)行冷凝，其冷凝液組成與原來(lái)的混合液不同，其中易揮發(fā)組分的含量較前增加。如此不斷汽化、冷凝操作，最

62、后使混合液中的組分幾乎以純組分被分離開(kāi)來(lái)。</p><p>　　粗甲醇精餾就是根據(jù)粗甲醇中各種組分的沸點(diǎn)和相對(duì)揮發(fā)度的不同，在精餾塔內(nèi)的熱質(zhì)傳遞元件上，通過(guò)建立物料、熱量和汽液相平衡，在汽液相之間連續(xù)不斷地實(shí)現(xiàn)熱質(zhì)的傳遞：在液相由上向下流動(dòng)的過(guò)程中，由于塔內(nèi)溫度由上到下連續(xù)升高，沸點(diǎn)低、易揮發(fā)的輕組分相對(duì)地從液相向氣相中擴(kuò)散傳遞，而氣相在由下向上流動(dòng)的過(guò)程中，由于溫度連續(xù)降低，沸點(diǎn)高、揮發(fā)度較低的重組分則相對(duì)地向

63、液相中凝集傳遞，同時(shí)熱量從氣相向液相傳遞。經(jīng)過(guò)在精餾塔內(nèi)反復(fù)多次連續(xù)地進(jìn)行這種熱質(zhì)傳遞，最終實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵輕組分在塔頂高濃度集聚、重組分在塔底高濃度集聚的分離過(guò)程。</p><p>　　1.2.3 影響因素</p><p>　　1.物料平衡的影響和制約</p><p>　　保持精餾裝置的物料平衡是精餾塔穩(wěn)態(tài)操作的必要條件。根據(jù)全塔物料衡算可知，對(duì)于一定的原料液流量F，只要

64、確定了分離程度 和 ,餾出液流量D和釜?dú)堃毫髁縒也就被確定了。而 和決定于氣液平衡關(guān)系（）、、q、R和理論板數(shù)（適宜的進(jìn)料位置），因此D和W或采出率與只能根據(jù) 和確定，而不能任意增減，否則進(jìn)、出塔的兩個(gè)組分的量不平衡，必然導(dǎo)致塔內(nèi)組成變化，操作波動(dòng)，使操作不能達(dá)到預(yù)期的分離要求。</p><p><b>　　2.回流比的影響</b></p><p>　　回流比是影響精

65、餾塔分離效果的主要因素，生產(chǎn)中經(jīng)常用改變回流比來(lái)調(diào)節(jié)、控制產(chǎn)品的質(zhì)量。例如當(dāng)回流比增大時(shí)，精餾段操作線斜率變大，該段內(nèi)傳質(zhì)推動(dòng)力增加，因此在一定的精餾段板數(shù)下餾出液組成變大。同時(shí)回流比增大，提餾段操作線斜率變小，該段的傳質(zhì)推動(dòng)力增加，因此在一定的提餾段理論板數(shù)下，釜?dú)堃航M成變小。反之，當(dāng)回流比減小時(shí)，減小而增大，使分離效果變差。</p><p>　　回流比增加，使塔內(nèi)上升蒸汽量及下降液體量均增加，若塔內(nèi)氣液負(fù)荷超

66、過(guò)允許值，則應(yīng)減小原料液流量。回流比變化時(shí)，再沸器和冷凝器的傳熱量也應(yīng)相應(yīng)發(fā)生變化。</p><p>　　應(yīng)指出，在采出率一定的條件下，若以增大R來(lái)提高，則有以下限制：</p><p>　　①受精餾塔理論板數(shù)的限制，因?yàn)閷?duì)一定的板數(shù)，即使R增到無(wú)窮大（全回流），有一最大極限值；</p><p>　?、谑苋锪掀胶獾南拗疲錁O限值為</p><p

67、>　　3.進(jìn)料熱狀況的影響 </p><p>　　在實(shí)際生產(chǎn)中，加入精餾塔中的原料液可能有五種熱狀況：①溫度低于泡點(diǎn)的冷液體；②泡點(diǎn)下的飽和液體；③溫度介于泡點(diǎn)和露點(diǎn)之間的氣液混合物；④露點(diǎn)下的飽和蒸汽；⑤溫度高于露點(diǎn)的過(guò)熱蒸汽。</p><p>　　由于不同進(jìn)料熱狀況的影響，使從進(jìn)料板上升蒸汽量及下降液體量發(fā)生變化，也即上升到精餾段的蒸汽量及下降到提餾段的液體量發(fā)生了變化。<

68、/p><p>　　當(dāng)進(jìn)料狀況（ 和q）發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)適應(yīng)改變進(jìn)料位置。一般精餾塔設(shè)幾個(gè)進(jìn)料位置，以適應(yīng)生產(chǎn)中進(jìn)料狀況的變化，保證在精餾塔的適宜位置下進(jìn)料。如進(jìn)料狀況改變而進(jìn)料位置不變，必然引起餾出液和釜?dú)堃航M成的變化。</p><p>　　對(duì)特定的精餾塔，若減小，則使 和均減??；欲保持不變，則應(yīng)增大回流比。</p><p>　　1.2.4 精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量控制和調(diào)節(jié)&l

69、t;/p><p>　　精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量通常是指餾出液及釜?dú)堃旱慕M成達(dá)到規(guī)定值。生產(chǎn)中某一個(gè)因素的干擾（如傳熱量、等發(fā)生變動(dòng)）將影響產(chǎn)品的質(zhì)量，因此應(yīng)及時(shí)予以調(diào)節(jié)控制。</p><p>　　在一定的壓強(qiáng)下，混合物的泡點(diǎn)和露點(diǎn)都取決于混合物的組成，因此可以用容易測(cè)量的溫度來(lái)預(yù)示塔內(nèi)組成的變化。對(duì)于餾出液和釜?dú)堃阂灿袑?duì)應(yīng)的露點(diǎn)和泡點(diǎn)，通常可用塔頂溫度反映餾出液組成，用塔底溫度反映釜?dú)堃航M成。但對(duì)高純

70、度分離時(shí)，在塔頂（或塔底）相當(dāng)一段高度內(nèi)，溫度變化極小。因此當(dāng)塔頂（或塔底）溫度發(fā)現(xiàn)有可覺(jué)察的變化時(shí)，產(chǎn)品的組成可能已明顯改變，再設(shè)法調(diào)節(jié)就很難了?？梢?jiàn)對(duì)高純度分離時(shí)，一般不能用測(cè)量塔頂溫度來(lái)控制塔頂組成。</p><p>　　分析塔內(nèi)沿塔高的溫度分布可以看到，在精餾段或提餾段的某塔板上溫度變化最顯著，也就是說(shuō)，這些塔板的溫度對(duì)于外界因素的干擾反映最為靈敏，通常將它稱(chēng)之為靈敏板。因此生產(chǎn)上常用測(cè)量和控制靈敏板的溫

71、度來(lái)保證產(chǎn)品的質(zhì)量。</p><p>　　1.3 甲醇的主要技術(shù)規(guī)格</p><p>　　1.3.1 甲醇的一般性質(zhì)</p><p>　　甲醇的分子式為CH3OH，其分子量為32.04。常溫常壓下，純甲醇是無(wú)色透明的、易流動(dòng)、易揮發(fā)的可燃液體，具有與乙醇相似的氣味。其一般性質(zhì)看表1-3。</p><p>　　表1-3 甲醇的一般性質(zhì)<

72、/p><p>　　甲醇的密度，粘度和表面張力隨溫度改變?nèi)缦拢?lt;/p><p>　　表1-4 甲醇的密度、粘度和表面張力隨溫度變化表</p><p><b>　　，</b></p><p>　　甲醇可以和水以及許多有機(jī)液體如乙醇、乙醚等以任意比混合，但不能與脂肪族烴類(lèi)相混合。它易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其他物質(zhì)，因此，只有

73、用特殊的方法才能制的完全無(wú)水的甲醇。同樣，也難以從甲醇中清除有機(jī)雜質(zhì)，產(chǎn)品甲醇總含有有機(jī)雜質(zhì)約0.01%以下。</p><p>　　1.3.2 甲醇的沸點(diǎn)和蒸汽壓</p><p>　　甲醇的沸點(diǎn)隨壓力變化如表1-5所示。</p><p>　　表1-5 甲醇的沸點(diǎn)</p><p>　　1.3.3 甲醇-水系統(tǒng)的性質(zhì)</p>&l

74、t;p>　　甲醇和水可以以任意比混合，混合后的甲醇-水系統(tǒng)的性質(zhì)，是研究甲醇性質(zhì)的一個(gè)重要組成部分。</p><p><b>　　密度</b></p><p>　　甲醇水溶液的密度，隨著溫度的降低而增加；在相同的溫度下，幾乎是隨著甲醇濃度的增加而均衡的減小，如表1-6所示。</p><p>　　表1-6 甲醇水溶液的密度與甲醇濃度和溫度

75、的關(guān)系</p><p><b>　　粘度</b></p><p>　　甲醇水溶液的粘度與組成有關(guān)，在所有研究過(guò)的溫度下，當(dāng)甲醇含量約50時(shí)均有一最大值。在任何情況下，混合物的粘度都比純甲醇的粘度大，見(jiàn)表1-7所示。</p><p>　　表1-7 甲醇水溶液的粘度</p><p>　　1.4 甲醇精餾工藝流程說(shuō)明<

76、/p><p>　　1.4.1 預(yù)精餾系統(tǒng)</p><p>　　來(lái)自甲醇合成裝置的粗甲醇（40℃、0.5MPaA），首先進(jìn)入粗甲醇預(yù)熱器E-15501的管程，被殼程的低壓蒸汽冷凝液加熱到70℃左右，然后進(jìn)入預(yù)精餾塔C-15501的上部。</p><p>　　預(yù)精餾塔C-15501頂部出來(lái)的氣相，首先進(jìn)入預(yù)精餾塔一級(jí)冷凝器E-15506的殼程，物料被管程的循環(huán)冷卻水冷卻到6

77、7.5℃,冷卻下來(lái)的液體進(jìn)入預(yù)精餾塔回流槽T-15501中；從預(yù)精餾塔一級(jí)冷凝器E-15506出來(lái)的氣體進(jìn)入預(yù)精餾塔二級(jí)冷凝器E-15515的殼程，物料被管程的循環(huán)冷卻水冷卻到40℃左右,冷凝下來(lái)的液體進(jìn)入萃取槽T15508 中，經(jīng)工藝水萃取后，甲醇水溶液進(jìn)入預(yù)精餾塔回流槽T-15501中，萃取出來(lái)的物料去雜醇油罐；二級(jí)冷凝器中出來(lái)的帶有甲醇的不凝氣，進(jìn)排放槽T15506中，用水洗滌其中的甲醇后，不凝氣去放空總管。</p>

78、<p>　　回流槽T-15501中的甲醇溶液，經(jīng)預(yù)精餾塔回流泵送入預(yù)精餾塔C-15501的頂部作回流液。預(yù)精餾塔塔釜的預(yù)后甲醇經(jīng)液位控制后去加壓精餾塔進(jìn)一步精餾。</p><p>　　低壓蒸汽和加壓精餾塔來(lái)的低壓蒸汽冷凝液，分別進(jìn)入預(yù)精餾塔C-15501的再沸器E-15510 和E-15514，對(duì)管程的介質(zhì)進(jìn)行加熱來(lái)為預(yù)精餾塔精餾提供熱量，然后蒸汽冷凝液去E-15501加熱粗甲醇。</p>

79、<p>　　為了防止粗甲醇中的酸性物質(zhì)對(duì)管道和設(shè)備造成腐蝕，向粗甲醇中加入少量5%左右的NaOH溶液，將粗甲醇的PH值控制在7.5~8左右。</p><p>　　1.4.2 加壓精餾系統(tǒng)</p><p>　　預(yù)精餾塔出來(lái)的預(yù)后甲醇，經(jīng)加壓精餾塔給料泵加壓后，進(jìn)入加壓精餾塔進(jìn)料/釜液換熱器E-15513的管程，被殼程介質(zhì)加熱到泡點(diǎn)后，進(jìn)入加壓精餾塔C-15502的下部，塔頂出來(lái)

80、的甲醇蒸汽進(jìn)入冷凝器/再沸器E-15507的殼程，被管程的介質(zhì)冷凝后進(jìn)入加壓精餾塔回流槽T-15502，回流槽中出來(lái)的冷凝液甲醇，部分經(jīng)加壓精餾塔回流泵加壓后進(jìn)入加壓精餾塔頂作回流液，其余的甲醇液進(jìn)入加壓精餾塔精甲醇冷卻器E-15502的殼程，被管程的循環(huán)冷卻水冷卻到40℃后，去中間罐區(qū)的精甲醇計(jì)量罐（或粗甲醇儲(chǔ)罐）。出加壓精餾塔釜液去常壓精餾塔繼續(xù)精餾。</p><p>　　低壓蒸汽進(jìn)入加壓精餾塔再沸器E-15

81、511，為加壓精餾塔精餾提供熱量，被冷凝后的低壓蒸汽冷凝液，去E-15501繼續(xù)作加熱介質(zhì)用。</p><p>　　1.4.3 常壓精餾系統(tǒng)</p><p>　　加壓精餾塔釜液與加壓精餾塔的進(jìn)料液在E-15513中進(jìn)行換熱后，進(jìn)入常壓精餾塔C-15503的下部，塔頂出來(lái)的甲醇蒸汽進(jìn)入常壓精餾塔回流冷凝器E-15508的殼程，被管程的循環(huán)冷卻水冷凝冷卻后，進(jìn)常壓精餾塔回流槽T-15503中，

82、回流槽出來(lái)的液體經(jīng)常壓精餾塔回流泵加壓后，一部分進(jìn)常壓精餾塔頂作回流液用，其余作精甲醇去中間罐區(qū)。</p><p>　　常壓精餾塔精餾的熱量來(lái)自于進(jìn)入常壓精餾塔再沸器E-15507的加壓精餾塔頂甲醇蒸汽的冷凝熱。</p><p>　　1.4.4 回收精餾系統(tǒng)</p><p>　　常壓精餾塔底出來(lái)的廢水，含有2%左右的甲醇，經(jīng)回收精餾塔進(jìn)料泵加壓后，進(jìn)入回收精餾塔C-

83、15504，塔頂出來(lái)的氣相，進(jìn)回收精餾塔冷凝器E-15509的殼程，被管程的循環(huán)冷卻水冷卻到45℃左右，進(jìn)入回流槽T-15504，回流槽出來(lái)的液體經(jīng)回收精餾塔回流泵加壓后，部分進(jìn)回收精餾塔頂部作回流液，其余去中間罐區(qū)的雜醇油儲(chǔ)罐。</p><p>　　低壓蒸汽進(jìn)入回收精餾塔再沸器E-15516的殼程，加熱管程介質(zhì)后為回收精餾塔精餾提供熱量。蒸汽冷凝液去E-15501。</p><p>　　

84、回收精餾塔底出來(lái)的釜液，含有微量的甲醇和有機(jī)物，經(jīng)廢水冷卻器E-15512中的循環(huán)冷卻水冷卻到60℃左右后，送出界區(qū)去污水生化處理裝置。 </p><p>　　2.甲醇精餾生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算</p><p><b>　　2.1 計(jì)算參數(shù)</b></p><p>　　表2-1 加壓下甲醇-水平衡數(shù)據(jù)表</p><p>　　

85、表2-2甲醇的汽化熱</p><p>　　表2-3常壓下甲醇-水平衡數(shù)據(jù)表</p><p>　　2.2預(yù)精餾塔工藝計(jì)算</p><p><b>　　2.2.1物料衡算</b></p><p>　　預(yù)精餾塔的目的是首先對(duì)從合成塔過(guò)來(lái)的粗甲醇進(jìn)行初步精餾，主要目的是除去其中的輕餾分，將甲醇作為重組分留在塔底以作為后續(xù)塔的進(jìn)料

86、，通過(guò)后面的加壓塔、常壓塔和回收塔對(duì)甲醇精餾得到精甲醇，因此預(yù)精餾塔的主要產(chǎn)品是輕餾分，所以此塔的物料衡算應(yīng)取輕餾分的量進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　已知：進(jìn)料的 =30.49kg/kmol =32.04kg/kmol =18.02kg/kmol </p><p>　　進(jìn)料流量 F==61000kg/h，甲醇的質(zhì)量分率=95%，水的質(zhì)量分率 =3.72%，輕餾分的質(zhì)量分率=1.11%

87、，另有雜醇和乙醇的量較少，這里忽略不計(jì)。摩爾分率單位：%，由于輕餾分的平均分子沒(méi)法確定，因此通過(guò)對(duì)其它組分的摩爾分率計(jì)算推出輕餾分的摩爾分率。</p><p>　　進(jìn)料的摩爾流量 =61000/30.49=2000.6560kmol/h</p><p>　　甲醇的摩爾分率 （（95×61000/100）/32）/2000.6560 =0.91</p><

88、p>　　水的摩爾分率 （（3.72×61000/100）/18）/2000.6560=0.06</p><p>　　則 =1-0.91-0.06=0.03</p><p>　　根據(jù)工藝流程圖，確定塔頂產(chǎn)品的摩爾流量和塔頂產(chǎn)品組成</p><p>　　D=2117.0588/32.82=64.5051kmol/h

89、=0.47</p><p>　　根據(jù)物料衡算方程 W=1936.1509kmol/h</p><p>　　計(jì)算出 2000.6560×0.03=64.505×0.47+1936.1509×=0.015</p><p>　　由于輕餾分是多種物質(zhì)的混合物，因此無(wú)法得到其物性參數(shù)以及輕餾分與重組分甲醇的平衡數(shù)據(jù)，所以無(wú)法計(jì)算對(duì)預(yù)精餾塔進(jìn)行物

90、料衡算和能量橫算，以及填料層高度，塔徑的計(jì)算，但預(yù)精餾塔屬于本設(shè)計(jì)第一個(gè)塔設(shè)備，也是關(guān)鍵設(shè)備之一，所以對(duì)預(yù)精餾塔的設(shè)備參數(shù)選取實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)，這里給予說(shuō)明。</p><p>　　2.2.2全塔高度和塔徑的確定</p><p>　　1.填料層高度的確定</p><p>　　精餾段填料選擇為T(mén)JW2型，精餾段填料高度為3650mm，提餾段填料選擇為T(mén)JH50型，提餾段填

91、料高度為11200mm，全塔填料高度為14850mm，即14.85m。</p><p><b>　　2.塔頂空間</b></p><p>　　塔頂空間是塔頂?shù)谝粔K塔板到塔頂切線距離。對(duì)于填料塔而言，塔頂空間即為第一層填料上線到塔頂切線的距離。為了減少塔頂出口氣體中攜帶液體量，塔頂空間一般取1.2～1.5m，以利于氣體中的液滴自由沉降。本設(shè)計(jì)取塔頂空間為1.5m。<

92、;/p><p>　　3.塔內(nèi)液體分布器高度</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用的是槽式液體分布器和槽盤(pán)式液體分布器可以較好地解決抗堵、防夾帶等問(wèn)題，壓降小、負(fù)荷彈性大。</p><p>　　因填料分三段，則需兩組液體分布器，確定液體分布器在塔內(nèi)高度為1.41m，第二組高度為1.26，其高度為1.41+1.26=2.67m。</p><p><b

93、>　　4.塔底空間</b></p><p>　　塔底空間是指塔底第一塊板到塔底切線的距離。對(duì)于填料塔而言，塔底空間是指最后一層填料底線到塔底切線的距離。本設(shè)計(jì)取塔底空間為4.4m。</p><p><b>　　5.裙座高度</b></p><p>　　裙式支座是由座圈、基礎(chǔ)環(huán)和地腳螺栓座組成。座圈上開(kāi)有人孔、引出管孔、排氣孔和

94、排污孔。座圈焊固在基礎(chǔ)環(huán)上，基礎(chǔ)環(huán)的作用，一是將載荷傳給基礎(chǔ)，二是在它的上面焊制地腳螺栓座，地腳螺栓座是由兩塊筋板、一塊壓板和一塊墊板組成，地腳螺栓正是通過(guò)地腳螺栓座將裙座牢牢地固定在基礎(chǔ)上。裙座高度是指從塔底封頭切線到基礎(chǔ)環(huán)之間的高度，今以圓柱型裙座為例，可知裙座高度是由塔底封頭切線到出料管中心線的高度h和出料管中心線至基礎(chǔ)環(huán)的高度H兩部分組成。h 的最小尺寸是由釜液出口管尺寸決定，H則應(yīng)按工藝條件確定。</p><

95、;p>　　圖2-1 塔底裙座結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用圓柱型裙座，裙座高度選取7m。</p><p><b>　　6.全塔高度為</b></p><p>　　全塔高度=塔頂空間+塔內(nèi)液體分布器高度+塔底空間+裙座高度+填料層高度 </p><p>　　H=1.5+2.67+4.4+7+14.85=30

96、.42m</p><p><b>　　7.塔徑</b></p><p>　　根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)選取塔徑為2800mm。</p><p>　　2.3加壓精餾塔工藝計(jì)算</p><p><b>　　2.3.1物料衡算</b></p><p>　　已知： =30.23kg/kmol

97、=32.04kg/kmol =18.02kg/kmol </p><p>　　進(jìn)料流量 F==66144.3kg/h 甲醇的質(zhì)量分率 =87% 水的質(zhì)量分率 =13% (乙醇和雜醇的量較小，這里忽略不計(jì))。摩爾分率單位：%</p><p>　　進(jìn)料的摩爾流量 =66144.3/30.23=2188.0351kmol/h</p><p>　　甲醇的摩爾分率

98、 =（（87×66144.3/100）/32）/2188.0351=0.82</p><p>　　D=1012.9792kmol/h W=1175.0559kmol/h =0.67</p><p><b>　　根據(jù)物料衡算方程 </b></p><p>　　計(jì)算出 2188.0351×0.82=1012.9792

99、+1175.0559×0.67=0.994</p><p>　　進(jìn)料溫度（1000kPa） 107.2℃，取泡點(diǎn)進(jìn)料q=1</p><p>　　塔頂溫度為128.1℃</p><p>　　在107.2℃溫度下，根據(jù)安托因公式計(jì)算出甲醇和水的飽和蒸汽壓，注：水的安托因常數(shù)為A=7.1827，B=1722.632，C=232.7987。</p>

100、<p>　　式中 ------飽和蒸汽壓，KPa；</p><p>　　t-----物系溫度，℃。</p><p>　　代入數(shù)據(jù)得，水的飽和蒸汽壓=130.652kpa。</p><p>　　甲醇的安托因常數(shù)為A=18.5875，B=3626.55，C=-34.29</p><p>　　式中 ------飽和

101、蒸汽壓，mmHg；</p><p>　　T-----物系溫度，K。</p><p>　　代入數(shù)據(jù)得，甲醇的飽和蒸汽壓=442.77 kpa.</p><p><b>　　回流比確定</b></p><p>　　由甲醇-水的平衡數(shù)據(jù)繪制x-y圖</p><p>　　用作圖法求最小回流比</p&

102、gt;<p>　　由于進(jìn)料為泡點(diǎn)進(jìn)料q=1，所以畫(huà)q線與平衡線交點(diǎn)，用交點(diǎn)坐標(biāo)x,y求最小回流比</p><p>　　圖2-2作圖法求最小回流比</p><p><b>　　3.39</b></p><p><b>　　0.5319</b></p><p>　　操作回流比可取為最小回流

103、比的1.1～2.0倍，所以取</p><p>　　1.2×0.5319=0.6383</p><p>　　所以，回流比確定為0.6383</p><p>　　0.6383×1012.9792=646.5846kmol/h</p><p>　　646.5846+1×2188.6197=2834.6197kmol/h

104、</p><p>　　1420.2797kmol/h</p><p><b>　　表2-4物料衡算表</b></p><p><b>　　2.3.2熱量衡算</b></p><p>　　1.加熱介質(zhì)和冷卻劑的選擇</p><p><b>　?、偌訜峤橘|(zhì)的選擇<

105、/b></p><p>　　常用的加熱劑有飽和水蒸汽和煙道氣。飽和水蒸汽是一種應(yīng)用最廣的加熱劑。由于飽和水蒸汽冷凝時(shí)的傳熱膜系數(shù)很高，可以通過(guò)改變蒸汽的壓力準(zhǔn)確地控制加熱溫度。燃料燃燒所排放的煙道氣溫度可達(dá)100～1000℃，適用于高溫加熱。缺點(diǎn)是煙道氣的比熱容及傳熱膜系數(shù)很低，加熱溫度控制困難。本設(shè)計(jì)選用0.7MPa（溫度為180℃）的低壓蒸汽作為加熱介質(zhì)，水蒸汽易獲得、清潔、不易腐蝕加熱管，不但成本會(huì)相

106、應(yīng)降低，塔結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜。</p><p><b>　?、诶鋮s劑的選擇</b></p><p>　　常用的冷卻劑是水和空氣，應(yīng)因地制宜加以選用。受當(dāng)?shù)貧鉁叵拗疲鋮s水一般為10～35℃.如需冷卻到較低溫度，則需采用低溫介質(zhì)，如冷凍鹽水、氟利昂等。</p><p>　　本設(shè)計(jì)建廠地區(qū)為永城。永城市夏季最熱月份日平均氣溫為32℃。故選用32℃的冷卻水

107、,選升溫10℃，即冷卻水的出口溫度為42℃.</p><p>　　根據(jù)資料所提供的數(shù)據(jù)，=128.1℃，=134.2℃</p><p>　　注：下標(biāo)1為甲醇，下標(biāo)2為水。</p><p><b>　　2.冷凝器的熱負(fù)荷</b></p><p><b>　　冷凝其的熱負(fù)荷 </b></p>

108、<p>　　其中 -----------塔頂上升蒸汽的焓</p><p>　　-----------塔頂餾出液的焓</p><p>　　對(duì)于全凝器作熱量衡算（忽略熱量損失）</p><p>　　因塔頂餾出液幾乎為純甲醇，故其焓可近似按純甲醇進(jìn)行計(jì)算，則全凝器的熱負(fù)荷為（塔頂溫度為128.1℃下，甲醇的汽化熱為953.4809kJ/kg）</p

109、><p>　　953.4809×1420.2797×32.04=4.34×107 kJ/h</p><p>　　128.1℃下，水的比熱容為</p><p>　　1017584.99 kg/h</p><p>　　3.再沸器的熱負(fù)荷和加熱蒸汽消耗量</p><p>　　在=134.2℃下，甲醇

110、的汽化熱為1025.26kJ/kg，水的汽化熱為2254.24 kJ/kg</p><p>　　選用0.7MPa（700kpa，180℃）低壓蒸汽為加熱介質(zhì)</p><p><b>　　再沸器的熱負(fù)荷為</b></p><p>　　因釜?dú)堃簬缀鯙樗势潇士砂醇兯M(jìn)行計(jì)算，即</p><p>　　2254.24×

111、;18.02=40621.40kJ/kmol</p><p>　　則 1420.2797×40621.40=5.77×107 kJ/h</p><p><b>　　加熱蒸汽消耗量為</b></p><p>　　有附錄查得P為700kpa時(shí)水的汽化熱為2071.5 kJ/kg。則</p><p>　　2

112、7854.21kg/h</p><p>　　2.3.3理論塔板數(shù)計(jì)算</p><p>　　由于本次設(shè)計(jì)時(shí)的相對(duì)揮發(fā)度是變化的，所以不能用簡(jiǎn)捷法求得，應(yīng)用圖解法。</p><p>　　精餾段操作線方程為 </p><p>　　截距 0.6067</p><p>　　連接（，），（0，）與q線交于d點(diǎn)，連接（，）與

113、d點(diǎn)，得到提餾段操作線、然后，由平衡線與操作線可得精餾塔理論板數(shù)，但由于極小，利用作圖法畫(huà)出理論板數(shù)，如圖所示，梯級(jí)數(shù)為12塊。</p><p>　　圖2-3 加壓塔求理論塔板數(shù)的圖解法</p><p>　　塔頂溫度下：=804.252kpa =130.652kpa </p><p>　　804.252/130.652=6.156</p>

114、<p>　　塔底溫度下：=945.304kpa =308.248kpa</p><p>　　945.304/308.248=3.067</p><p>　　全塔平均揮發(fā)度：4.345</p><p>　　因?yàn)樗自O(shè)有再沸器，所以精餾塔理論板數(shù)要比梯級(jí)數(shù)少1，所以精餾塔理論板數(shù)為11塊，精餾段為10塊，提餾段為1塊。</p><p&

115、gt;　　2.3.4精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　1.精餾塔設(shè)計(jì)的主要依據(jù)和條件</p><p>　　表2-5 水在不同溫度下的密度</p><p>　　表2-6 甲醇在不同溫度下的密度</p><p>　　表2-7 水在不同溫度下的黏度</p><p>　　表2-8甲醇在不同溫度下的黏度</p&