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1、本科毕业论文本 科 毕 业 论 文 设计题目：5万吨/年粗甲醇精制车间工艺设计The Design of 50000 Tons Per Year of Crude MethanolRefining Workshop 系 别： 班 级： 姓 名： 指 导 教 师： 2015年6月1 日目 录第一章 概述- 1 -1.1甲醇的理化性质- 1 -1.1.1物理性质- 1 -1.1.2化学性质- 1 -1.2 甲醇产品主要用途- 1 -1.3甲醇行业发展现状- 2 -1.3.1国内现状- 2 -1.3.2国外现状- 2 -第二章 甲醇精馏车间设计- 3 -2.1甲醇精馏工艺过程概述- 3 -2.2常见
2、工艺6比较- 3 -2.2.1单塔精馏- 3 -2.2.2双塔精馏- 3 -2.2.3三塔精馏- 4 -2.3设备选型- 5 -2.3.1精馏塔- 5 -2.3.2其他- 6 -2.4设计工艺说明- 6 -第三章 工艺计算- 8 -3.1物料衡算- 8 -3.1.1设计要求- 8 -3.1.2计算过程- 8 -3.2 能量衡算- 11 -3.2.1 预精馏塔热量衡算- 11 -3.2.2 加压塔热量衡算- 13 -3.2.3 常压塔热量衡算- 14 -3.2.4 精馏系统能量结果汇总- 15 -第四章 常压精馏塔设计- 17 -4.1 基础数据- 17 -4.2 塔板数的计算- 18 -4.2
3、.1处理能力- 18 -4.2.2最小理论板数Nm- 18 -4.2.3最小回流比Rmin- 19 -4.2.4进料位置ND- 20 -4.2.5实际理论板数NT- 20 -4.2.6全塔效率的估算ET- 21 -4.3 精馏段与提馏段的体积流量- 21 -4.3.1精馏段- 21 -4.3.2提馏段- 23 -4.4 塔径计算- 24 -4.4.1精馏段- 25 -4.4.2提馏段- 25 -4.5塔内件设计- 26 -4.5.1溢流堰的设计- 28 -4.5.2降液管的设计- 28 -4.5.3塔板布置及浮阀数目与排列- 29 -4.6 塔板流体力学- 31 -4.6.1汽相通过浮阀塔压降
4、- 31 -4.6.2液泛- 31 -4.6.3雾沫夹带- 32 -4.7 塔板负荷性能图- 32 -4.7.1雾沫夹带线- 32 -4.7.2 液泛线- 33 -4.7.3 液相负荷上限线- 34 -4.7.4 液相负荷下限线- 34 -4.7.5 漏液线- 34 -4.8常压塔主要尺寸确定- 34 -4.8.1 塔高设计- 34 -4.8.2 接管设计- 35 -第五章 结论- 38 -5.1原料粗甲醇成份- 38 -5.2物料衡算- 38 -5.3能量衡算- 38 -5.4常压塔工艺汇总- 39 -5.5常压塔设备汇- 39 -致 谢- 40 -参考文献- 41 -附 录- 43 -50
5、000吨/年粗甲醇精制车间工艺设计摘 要：甲醇是一种重要的有机化工原料，在化工、纺织、医药及运输等方面有着广泛的应用。在化工领域，甲醇是制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺、甲基叔丁基醚、聚乙烯醇、硫酸二甲酯、对苯二甲酸二甲酯、二甲醚、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲醇等产品的原料。甲醇可掺入汽油用作替代燃料。20世纪80年开始，甲醇被用于生产甲醇汽油及甲醇燃料中的添加剂，以提高辛烷值，也被用于生产甲醇蛋白等产品，促进了甲醇生产的发展和市场需要。本设计目的是将粗甲醇精制到含量为99.95%的精甲醇。基于当前甲醇精馏的工艺，三塔精馏技术应用最为广泛。三塔精馏具有能耗低、产品质量高等优点。所以本次工艺设计以三塔精
6、馏工艺为原理，通过物料衡算、能量衡算、设备选型、常压塔（主要设备）的尺寸计算以及车间布局等完成设计。 关键词：甲醇，精馏，三塔精馏，工艺设计III第一章 概述1.1甲醇的理化性质1.1.1物理性质甲醇1（CH4O）是结构简单的饱和一元醇，分子量为32.04，沸点为64.7，是一种无色并带有酒精气味的易挥发液体，其CAS号有67-56-1、-17-4。甲醇能够与水、醇、乙醚、酯、苯、卤代烃以及许多有机溶剂互溶，但不与脂肪烃类化合物互溶。甲醇详细的物理性质如表1：表1 甲醇物理性质表2项目数值项目数值液态密度kg/m3 (20)804.8熔点/-97.5气态密度kg/m3 (100)3.984闪点
7、（闭环）9.4气态粘度（100）12.3沸点64.6液态粘度 (20)0.580表面张力mN/m(20)22.071.1.2化学性质甲醇由甲基、羟基组成的，具有醇所具备的化学性质3。可发生氧化反应、酯化反应、卤化反应、脱水反应、甲基化反应等。如：甲醇在纯氧中能够剧烈燃烧，生成水蒸气(I)、二氧化碳(IV)；甲醇和氟气会产生猛烈的反应4；甲醇与水、乙醇、乙醚、苯、酮、卤代烃以及许多其他有机溶剂相混溶，遇热、明火或氧化剂时易燃烧。1.2 甲醇产品主要用途1）甲醇是一种极为重要的有机化工原料。甲醇主要用作于生产甲醛，甲醇总产量的一半将用于甲醛的生产，甲醛是生产合成树脂不可少的原料。甲醇作为甲基化试剂
8、时可用来生产丙烯酸甲酯、甲胺、对苯二甲酸二甲酯、甲烷氯化物、甲基苯胺等；甲醇羰基化可以产生醋酸、甲酸甲酯、醋酸酐等有机合成中间体，这些中间体是制造染料、药品、农药、香料、漆料等的原料。2）甲醇是一种有机溶剂。甲醇溶解性能优于乙醇，可以用来调制漆料。作为萃取剂，甲醇可用于分离一些物质，还可用于检验和测定硼。3）甲醇可作为优良的燃料。在汽车燃油中可以直接添加3-5的甲醇，目前世界各国关注的焦点集中在直接将甲醇当作燃料，已被一些发电站作为燃料。4）甲醇可以被用作防冻剂。冬天汽车水箱中适量添加甲醇能使水箱中循环冷却水不因气温过低而被冻住。1.3甲醇行业发展现状1.3.1国内现状1950年前后，中国甲醇
9、工业开始发展，此前我国运用前苏联所开发的技术建设高压甲醇合成装置，该方法采用Zn-Cr氧化物作为催化剂。1960年以后，我国建成以焦炭和石脑油作为生产原料的甲醇生产设备，南化公司所研制开发的中压铜基催化剂大大推动合成氨联产甲醇这一生产行业的发展。1970年后，中国自主研发合成氨联产甲醇生产工艺过程，九十年代，我国甲醇工业进入快速发展时期，其主要生产工艺为联醇工艺；“十一五”期间出现了以单醇生产为主的第二个快速发展期，生产规模、技术水平等方面都有了很大程度的发展。2000年后，随着经济的持续发展，甲醇可作为清洁的液体燃料替代品，因此甲醇得到了大幅的推广使用，而甲醇作为煤化工的主要产品也同样得到了
10、快速的发展，使得甲醇生产能力大幅上升，生产技术也不断提高。1.3.2国外现状1920年前后，高压法合成甲醇成为甲醇在国外的工业化生产的标志。这种方法采用Zn-Cr氧化物作为催化剂，一氧化碳和氢气作为原料，操作条件为压力30-35MPa、温度300-400。伴随着合成技术的更新和生产规模的扩大，甲醇生产原料也发生了变化，由过去的以煤和焦炭气化为路线的生产，发展到以天然气和煤作为主要合成原料的生产路线，当前由天然气所生产的甲醇约占甲醇总生产量的80%。煤作为制备甲醇原料气的生产工艺中，虽然气化和净化比较复杂，并且生产成本相对较高，但对于缺少油气但是富煤的国家和地区，这种生产工艺就成了主要的原料路线
11、，约占90%。第二章 甲醇精馏车间设计2.1甲醇精馏工艺过程概述由粗甲醇精制得到精甲醇，采用的方法为精馏法，在精制的过程中，根据甲醇质量，可采用化学净化和吸收的方法。整个精制过程工业上称之为粗甲醇的精馏5。2.2常见工艺6比较2.2.1单塔精馏甲醇的单塔精馏过程是将甲醇-水-重组分在一个塔内进行分离的过程，该方法可以获得一般工业上所需要的精甲醇。优点是节约投资，减少了热能的损耗；但是对于纯度要求较高的下游生产流程，一步精馏得到的精甲醇纯度远远不能满足要求。2.2.2双塔精馏（图1）甲醇精馏中的双塔精馏是最为普遍应用的甲醇精制方式。特点是流程简单、操作方便、一次投资少。适用于精制含有二甲醚等轻组
12、分、还原性杂质含量较低的粗甲醇。其中，第一个塔为预精馏塔，第二个塔为主精馏塔，两者再沸器的热源都是来自循环气压缩机驱动透平排出的低压蒸汽。图1，双塔精馏的工艺流程预精馏塔分离轻组分和溶解性的气体，如氢气、一氧化碳、二氧化碳等，塔顶回流大部分的水和甲醇。同时从冷凝器里抽一部分冷凝液以减少挥发性较小的轻组分。为减少塔顶所排出气体中甲醇的损失，可在塔顶设置二级冷凝器。主精馏塔主要除去重组分，其中包括水、乙醇和高级醇等，得到符合要求的精甲醇。原料液从预塔塔底输送到主塔进料口，高级醇从加料板以下侧线引出，含微量甲醇的水从塔底排除，精甲醇则从塔顶处冷凝取出。双塔精馏工艺投资省、建设周期短、装置简单易于操作
13、和管理。虽然消耗高于三塔精馏工艺，但对于生产规模50000ta以下的小装置，其技术经济指标较占优势，其节能降耗途径可以采用高效填料来达到降低蒸汽消耗的目的。 2.2.3三塔精馏（图2）三塔精馏工艺采用两个主精馏塔，第一个主精馏塔为加压塔，第二个塔为常压塔，利用加压塔的塔顶蒸汽冷凝热作为第二主精馏塔再沸器的加热源。这样不仅节约了加热蒸汽，而且也节省冷却用水，有效的利用了热能。图2，三塔精馏的工艺流程粗甲醇在槽内与碱液中和后进再沸器加热，后进入预精馏塔，在预精馏塔顶分离出轻组分，塔釜液经过加压泵送至加压塔。在加压塔塔顶位置形成高纯度甲醇蒸汽，作为常压塔的塔底再沸器的热源，甲醇蒸汽冷凝后通过加压泵送
14、回塔顶回流槽，其中一部分送往加压塔塔顶作为回流液，另一部分作为产品储存。加压塔塔釜没有气化的粗甲醇溶液靠加压塔内部压力输送到常压塔。常压塔塔顶生成低压高纯度的甲醇气体，进入常压塔冷凝器降温冷凝后一部分回流到塔内，另一部分作为产品送往储槽，常压塔塔底残液再做处理。生产规模50000ta以上时，适合采用三塔精馏技术，虽然一次性投资较高，约高15 一30 ，但操作费用和能耗都相对较低，可降低约30 一40。所生产的精甲醇质量较好，乙醇含量较低，能满足甲醇羰基化合成醋酸、醋酐等对优质甲醇的要求。2.3设备选型2.3.1精馏塔塔设备可以分为板式塔和填料塔两大类。（1）板式塔内设置一定数量的塔板，气体以鼓泡状、泡沫状、蜂窝状、或者喷射形式穿过板上的液层，进行传质、传热。在正常操作下，气相为分散相，液相为连续相，气相组成呈阶梯变化，属于逐级接触逆流操作过程。（2）填料塔里装有一定高度填料层，液体从塔顶沿着填料表面往下流，气体逆流向上流，气、液两相接触密切来进行传质和传热。一般气相是连续相，液相是分散相，气相的组成为连续变化，属于微分接触逆流操作过程。在工业生产中，处理物料量很大时多采用板式
