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1、目录摘要.1第 1 章 甲醇精馏的工艺原理 2第 1.1 节 基本概念 2第 1.2 节 甲醇精馏工艺 3 1.2.1 甲醇精馏工艺原理 31.2.2 主要设备和泵参数 31.2.3 膨胀节材料的选用 6第 2 章 甲醇生产的工艺计算 7第 2.1 节 甲醇生产的物料平衡计算 7第 2.2 节 生产甲醇所需原料气量 92.2.1 生产甲醇所需原料气量 9第 2.3 节 联醇生产的热量平衡计算 152.3.1 甲醇合成塔的热平衡计算 152.3.2 甲醇水冷器的热量平衡计算 18第 2.4 节 粗甲醇精馏物料及热量计算 212.4.1 预塔和主塔的物料平衡计算 212.4.2 预塔和主塔的热平衡
2、计算 25第 3 章 精馏塔的设计计算 33第 3.1 节 精馏塔设计的依据及任务 333.1.1 设计的依据及来源 333.1.2 设计任务及要求 33第 3.2 节 计算过程 343.2.1 塔型选择 343.2.2 操作条件的确定 343.2.2.1 操作压力 343.2.2.2 进料状态 353.2.2.3 加热方式 353.2.2.4 热能利用 35第 3.3 节 有关的工艺计算 363.3.1 最小回流比及操作回流比的确定 363.3.2 塔顶产品产量、釜残液量及加热蒸汽量的计算 373.3.3 全凝器冷凝介质的消耗量 373.3.4 热能利用 383.3.5 理论塔板层数的确定
3、383.3.6 全塔效率的估算 393.3.7 实际塔板数 40第 3.4 节 精馏塔主题尺寸的计算 403.4.1 精馏段与提馏段的体积流量 403.4.1.1 精馏段 403.4.1.2 提馏段 42第 3.5 节塔径的计算 43第 3.6 节 塔高的计算 45第 3.7 节 塔板结构尺寸的确定 463.7.1 塔板尺寸 463.7.2 弓形降液管 473.7.2.1 堰高 473.7.2.2 降液管底隙高度 h0 473.7.3 进口堰高和受液盘 473.7.4 浮阀数目及排列 473.7.4.1 浮阀数目 483.7.4.2 排列 483.7.4.3 校核 49第 3.8 节 流体力学
4、验算 493.8.1 气体通过浮阀塔板的压力降(单板压降) 493.8.1.1 干板阻力 493.8.1.2 板上充气液层阻力 493.8.1.3 由表面张力引起的阻力 50第 3.9 节 漏液验算 50第 3.10 节 液泛验算 50第 3.11 节 雾沫夹带验算 51第 3.12 节 操作性能负荷图 513.12.1 雾沫夹带上限线 513.12.2 液泛线 523.12.3 液体负荷上限线 523.12.4 漏液线 523.12.5 液相负荷下限线 52第 3.13 节 操作性能负荷图 53第 3.14 节 各接管尺寸的确定 543.14.1 进料管 543.14.2 釜残液出料管 55
5、第 3.15 节 回流液管 55第 3.16 节 塔顶上升蒸汽管 55第 3.17 节 水蒸汽进口管 56第 4 章 辅助设备的计算及选型 57第 4.1 节 水冷排设计计算 58第 4.2 节 水冷排的设计选型 59第 4.3 节 预塔进料泵的选型 60参考文献 62附录 63致 谢 64 年产 40 万吨甲醇合成工艺设计摘要目前，我国的甲醇市场随着国际市场的原油价格在变化，总体的趋势是走高。随着原油价格的进一步提升，作为有机化工基础原料甲醇的价格还会稳步提高。国内又有一批甲醇项目在筹建。这样，选择最好的工艺利设备，同时选用最合适的操作方法就成为投资者关注的重点。通过查阅资料最后采用中压法在
6、 265合成 400kt/a 的粗甲醇，并应用三塔精馏来对其进行精制。本设计说明书首先概述了甲醇的性质和发展历史，并介绍了我国甲醇工业的发展；对合成和精馏工段进行了物料和热量的工艺计算；对甲醇精馏塔做了详细的设计计算，最后对水冷排和预塔进料泵做了设计计算。在上述工作的基础之上，参考相关的资料和标准对合成工段的设备和管道进行了合理布局；并编制了甲醇合成设备一览表，物料流程图，工艺管道及仪表流程图，设备平面布置图及管道布置图。关键词：设计；工艺；合成； 第一章 甲醇精馏的工艺原理第 1.1 节 基本概念精馏是利用不同物质的挥发度不同，将液体混合物进行多次部分气化，同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝，使
7、混合物分离到所要求组分的操作过程。精馏过程在精馏塔中进行，料液由塔的进料口连续加入塔内，塔顶设有冷凝器，将塔顶蒸汽冷凝为液体，冷凝液的一部分回流入塔顶，成为回流液，其余作为馏出液（塔顶产品）连续采出。自加料位置以上部分，上升蒸汽和回流液体之间进行着逆流接触和物质传递。塔底部装有再沸器（蒸馏釜）以加热液体产生蒸汽，蒸气沿塔上升，与下降的液体逆流接触并进行物质传递，塔底连续排出部分液体作为塔底产品。在塔的加料位置以上，上升蒸汽中所含的重组份向液相传递，而回流液中的轻组分向气相传递。如此物质交换的结果，上升蒸汽中轻组份的浓度逐渐提高，只要有足够的相间接触表面和足够的液体回流量，到达塔顶的蒸汽将成为高
8、纯度的轻组分，塔的上半部完成了上升蒸气的精制（除去其中的重组份），因而成为精馏段。在塔的加料口位置以下下降液体中的轻组份被蒸出，重组份被提浓，故称之为提馏段。精馏塔的操作应当掌握三个平衡。1.1.1 物料平衡塔的总进料量（F）塔顶馏出物量（D）塔底排出物量（W）；某一组分(x)的总进料量（Fxfi）塔顶采出量（Dxdi）+塔底排出量（Wwi）物料平衡的建立，是衡量精馏塔内操作的稳定程度，它表现在他的能力大小和产品质量的好坏，一般应当根据入料量（F）而适当采取馏出物量（D），保持塔内物料平衡，才能保证精馏塔内操作条件稳定，当塔的物料平衡被破坏时，精馏塔的温度、压力降都会发生大幅度波动，严重时引起
9、液泛、雾沫夹带、传质效率降低等问题，系统不能正常运行。在粗甲醇精馏操作中，维持物料平衡的操作是最频繁的调节手段，操作时还必须同时考虑塔内的热量平衡。1.1.2 汽液平衡汽液平衡影响到甲醇产品的质量和精馏损失等，主要是通过调节精馏塔的操作条件（温度、压力、负荷），来调整塔盘上面气液接触的情况以及塔板间各组分气相分压平衡等来达到经济的效果。汽液平衡是通过在每块板上气液互相接触进行传质和传热而实现的。汽液平衡和物料及热量平衡密切相关，塔内温度、压力、物料量的变化都将直接影响汽液平衡。1.1.3 热量平衡热量平衡是塔设计和操作的重要依据，当精馏塔在正常运行时，塔内的温度和压力是稳定的，加入塔的热量和出
10、塔的热量也是平衡的。入塔热量包括进料及回流的流量与温度、再沸器蒸汽流量，而出塔热量则包括塔顶、塔底出料的温度、流量、汽化热以及热损失等。正常操作中，多用塔顶回流量、再沸器的蒸汽量来调整塔的热量平衡。总之，精馏系统的操作就是要掌握好精馏塔的物料平衡和热量平衡，并由此稳定好塔盘的汽液平衡，来达到产品质量合格，同时排放废液中甲醇含量低、甲醇收率高的目的。第 1.2 节 甲醇精馏工艺1.2.1 甲醇精馏工艺来自甲醇合成工序的粗甲醇经粗甲醇预热器加热至 70，然后进入预蒸馏塔精馏。塔顶出来的蒸汽温度为 74.2，对应的压力为0.13MPa(A)，先经过预塔冷凝器 A 在 65左右将其中的大部分甲醇冷凝下
11、来，冷凝下来的甲醇进预塔回流槽，未冷凝的气体则进入预塔冷凝器 B 冷却至 40后部分冷凝，冷凝液流入萃取槽，萃取后也进入预塔回流槽，预塔回流槽的液体由预塔回流泵加压后作预蒸馏塔回流液，由预塔冷凝器 B 出来的气体去排放槽，不凝气洗涤后经不凝气预热器加热至 150后去气柜。向萃取槽中补入除盐水作预蒸馏塔萃取剂。排放槽出来的甲醇液由排放槽泵加压后送回收塔。由除盐水和固体氢氧化钠在碱液槽中制备 5%10%的 NaOH 溶液。碱液由碱液泵加压后补入粗甲醇，以中和粗甲醇中的有机酸，控制预蒸馏塔塔底甲醇溶液的 PH 值在 8 左右。预蒸馏塔塔底排出液由加压塔进料泵加压后送往加压精馏塔精馏，加压精馏塔操作压
12、力约 0.8MPa。塔顶甲醇蒸汽温度约 128，至冷凝器/再沸器作热源，冷凝液流入加压塔回流槽，一部分送往加压精馏塔作回流液，另一部分经精甲醇冷却器冷却后送精甲醇计量槽。加压精馏塔塔底排出液送往常压精馏塔。常压塔顶甲醇蒸汽温度约 66，经常压塔冷凝器冷却至 40后进常压塔回流槽，由常压塔回流泵加压后一部分作常压精馏塔回流液，另一部分送精甲醇计量槽。常压塔再沸器热源为加压精馏塔塔顶甲醇蒸汽。常压精馏塔塔底排出的含少量甲醇的废水由回收塔进料泵加压后送甲醇回收塔回收塔塔顶蒸汽经回收塔冷凝器冷却至 40后进回收塔回流槽，由回收塔回流泵加压后一部分作回收塔回流液，另一部分送杂醇油贮罐。回收塔塔底含少量甲
13、醇的废水一部分由废水泵加压后送部分氧化装置，另一部分送入排放槽作洗涤水。各精馏塔再沸器热源为 0.7MPa 低压蒸汽，蒸汽冷凝液去粗甲醇预热器作热源，然后去除盐水站。本工序的含醇排净液由封闭系统收集于地下槽中，再由地下槽泵送至粗甲醇贮槽。这样可避免设备、管道在检修时排出的含醇放净液对环境造成污染。在生产过程中，常压塔顶会出现不凝气的积累而影响塔的操作，这可从常压塔顶的温度、压力的对应关系判断。这部分不凝气的排放是通过常压塔冷凝器上的放空阀来实现的，排放气送放空总管高点放空。预蒸馏塔和甲醇回收塔压力由 PV-15501A 和 PV-15501B 分程调节。阀后不凝气通过放空总管高点放空。? ?加
14、压精馏塔压力由调节阀 PV15521 控制。? 常压精馏塔压力由 PV-15530A 和 PV-15530B 分程调节。压力低于-0.02MPaG 时补氮气，压力高于 0.015MPag 阀门 PV-15530B 开启放空。再沸器蒸汽量由蒸汽冷凝液管线上的流量调节阀调节。塔底液位由塔底出口管线上的液位调节阀调节。1.2.2 主要设备和泵参数主要设备参数和主要泵参数分别见表 1-1.表 1-2.表 1-1 主要设备参数表?设备名称 规格 设计参数 设计压力/MPa 设计温度/ 脱醚塔 DN1400x23635 0.2 90 加压精馏塔 DN 0.8 150 常压精馏塔 DN1800x35917
15、0.2 110 脱醚塔再沸器 DN900x3503 管程:0.2;壳程:0.8 管程:100;壳程:170加压塔再沸器 DN1300x4444 管程:1.0;壳程:1.0 管程:150;壳程:180常压塔再沸器 DN1600x4781 管程:0.2;壳程:0.8 管程:120;壳程:125脱醚塔冷凝器 DN800x4357 管程:0.5;壳程:0.2 管程:40;壳程:80 常压塔冷凝器 DN1000x5136 管程:0.57;壳程:0.2 管程:50;壳程:100杂醇油冷却器 DN250x2447 管程:0.5;壳程:0.18 管程:50;壳程:100 ?表 1-2 主要泵参数表?泵名称 流
16、量/(m3/h) 扬程/m 人口压力/Mpa 使用温度/ 粗醇泵 30 50 常压 40 脱醚塔回流泵 30 50 0.12 80 加压塔进料泵 30 100 常压 78 加压塔回流泵 30 60 0.7 122 常压塔回流泵 30 64 0.13 62 残液泵 10 50 0.15 109 1.2.3 膨胀节材料的选用加压塔再沸器和常压塔再沸器的气体出口管均是高温甲醇蒸气，加压塔再沸器出口管道甲醇气体温度为 1500C，压力为 0.7MPa，常压塔再沸器出口管道甲醇气体温度为 1150C，压力为 0.16 MPa，两根管道需要加膨胀节来克服管道的热胀冷缩。但在膨胀节材料选用时，许多厂家认为只要是不锈钢材料即可，其实，最佳的材料选用应当用 316L
