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1、甲醇-水系统甲醇回收精流塔设计 作者： 日期：化工原理课程设计说明书设计题目：甲醇-水系统甲醇回收精流塔设计设计者： 专业：化学工程与工艺学号： 指导教师： 2006 年 6 月 19 日 化工原理课程设计任务书设计题目：甲醇-水系统甲醇回收精流塔设计设计条件：处理量：15,000吨/年进料浓度：20%质量处理要求： 塔顶浓度 98%质量塔底浓度 0.2%质量年工作小时： 7200小时专业：化学工程与工艺学号： 姓名： 指导教师： 2006 年 6 月 19 日目录一前言-4-5-6-6-6-74物料性质计算-10-15-16-19-192.储槽计算-21-22-245.温度计-266.压力计
2、-267.液位计-268.流量计-26-27-28-29-29八.附录(工艺流程简图)-30一.前言甲醇,又名木醇,分子式为CH3.本品为有特殊气味的易挥发、易燃烧的液体.有毒,人饮后能致盲.比重0.79120,沸点,能与水和多数有机溶剂混溶.本品为根本有机化工原料,可用作甲醛,合成纤维,合成树脂,医药,农药等产品的重要原料,并可用作有机物质的萃取剂和酒精的变性剂等.在有机合成工业中,它是仅次于烯烃和芳烃的另一重要根底有机原料,广泛应用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业.随着技术的开展和能源构造的改变,甲醇又开辟了许多新的用途.甲醇是较好的人工合成蛋白的原料,蛋白转化率较好,发酵速度快,
3、无毒性,价格廉价.甲醇是容易输送的清洁燃料,可以单独或与汽油混合作为汽车燃料,用它作为汽油添加剂可起节约芳烃、提高辛烷值的作用,汽车制造业将成为耗用甲醇的巨大部门.甲醇是直接合成醋酸的原料,实现了在较低压力下甲醇和一氧化碳合成醋酸的工业方法.甲醇可直接用于复原铁矿,得到高质量的海绵铁.特别是近一年来碳化学工业的开展,甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酸、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇树脂等产品,正在研究开发和工业化中.甲醇作为环保型液体燃料,便于携带和运输,有未来主要燃料的候补燃料之称,甲醇的重要用途以及生产甲醇的原料的广泛性,使甲醇合成和应用的研究开发越来越受到人们的重视.但
4、是,合成所得的甲醇为粗甲醇,一般只含有86.3%左右的甲醇,其余成分必须从粗甲醇中除去,才能得到成品 精甲醇.别离混合物的方法很多,在化学工业中,化工原料及产品的别离与精制,多是采用精馏来到达目的.精馏是根据液态混合物中各组分挥发能力的差异采用屡次气化同时又屡次局部冷凝的原理,将混合物别离为所要求的组分的方法.精馏操作那么主要通过塔设备来实现.塔设备投资约占化工、石化工程总投资的30%40%.塔设备的别离效率,在生产中对产品的纯度、产品的回收率、工业过程的能耗等,都起着至关重要的作用.塔设备按其构造分为两大类：板式塔；填料塔.其中,板式塔的研究起步较早,它具有构造简单、造价低、适应性强、易于放
5、大等优点,但也有诸如投资费用高,填料易堵塞等缺点.最近几十年来,填料塔技术也取得长足的进步.由于性能优良的新型高效填料的相继问世,特别是规整填料及新型塔内件的不断开发和根底理论的深入,既提高了塔的通过能力和别离性能又保持了压降小和性能稳定等特点.因此填料塔已被推广到大型汽液操作中,在某些场合代替了传统的板式塔.随着对填料塔的研究和开发,性能优良的填料塔必将大量用于工业生产中.塔型的选择影响因素很多,主要包括物料性质,操作条件,塔设备的制造安装和维修等.1.物料性质有关的因素(1).易起泡的物系在板式塔中有严重的雾沫夹带现象或引起液泛,故采取填料塔为宜填料不易形成泡沫.本实验物系为甲醇水,易起泡
6、,应选取填料塔.(2).对于易腐蚀介质可选用陶瓷或其他耐腐蚀性材料作填料,对于不腐蚀截至,那么可选金属或塑料填料,而本设计别离甲醇和水,腐蚀性小可选用金属填料.2.跟操作条件有关的因素(1).传质过程受气膜控制的系统,选用填料塔为宜,因为填料塔层中液相为膜状流,气相湍动,有利于减小气膜阻力.(2).难别离物系与产品纯度要求较高,塔板数很多时,可采用高效填料.(3).假设塔的高度有限制,在某些情况下选用填料塔可降低塔高,为节约能耗,本设计选用填料塔(4).要求塔内内存液量小、停留时间短、压强小的物系,宜采用规整填料.本设计目的为别离甲醇水混合液,处理量不大,终上所述,选择填料塔.二.工艺流程确定
7、和说明V101 -原料储槽V102-中间槽P101-进料泵P102-回流泵E101 -过滤器E102-进料预热器 E103-冷凝器E104-再沸器 TQ101 -甲醇精馏塔 a进料 b釜液出料 c排空d出料 图1:甲醇-水精馏流程草图流程如下图:由原料储槽储存原料或上一工段送来回收的甲醇液.料液通过进料泵加压泵出,再经过滤器、进料预热器,打进精馏塔加料板进料.大局部的塔顶气相由冷凝器冷凝,不凝性气体放空.所有的冷凝液先是存在缓冲槽内,一局部由回流泵打回塔顶作为回流液,另一局部那么作为产品输送到罐场.塔釜釜残液甲醇浓度为0.2质量分率,可直接排放入地沟.1加料方式加料方式有两种,分别为高位槽加料
8、和泵直接加料.采用高位槽加料,通过控制液位高度,可以得到稳定的流量和流速,通过重力加料,可以节省一笔动力费用,但由于多了高位槽,建立费用也相对增加.采用泵直接加热,受泵的影响,流量不太稳定,从而影响了传质效率,但构造简单,安装方便,并能较大地节约设备费用.本设计采取泵直接加料方式.2加料热状况采用泡点进料.泡点进料和接近泡点的冷料液进料都可获得较大的传质推动力,从而减少理论板数,节省一定的设备费用.但泡点进料对稳定塔操作较为方便,且基于恒摩尔流假定,泡点进料可使精馏段和提留段上升蒸汽的摩尔流量相等,故可使精馏塔段和提留段的塔径根本一样,制造上较为方便.3冷凝方式塔顶冷凝采用全凝器,用水冷凝,甲
9、醇和水不反响,且容易冷凝,故采用全凝器.塔顶出来的气体温度不高,冷凝后回流液和产品温度不高无需进一步冷却,此次别离也是想得到液体甲醇,选用全凝器符合要求.5回流方式采用强制回流.由于本设计任务的塔板数较多,故不便将分凝器装在塔顶,所以不宜采用重力回流.6加热方式采用间壁蒸汽加热,本次设计任务对别离效果的要求较高,故需采用使釜液局部汽化的方法,以维持产品和釜液的浓度,减少理论板数,节约设备费用.三.工艺计算及主体设备设计1工艺条件系统进料： 25C处理量： 15,000吨/年进料浓度： 20%质量处理要求： 塔顶浓度 98%质量 塔底浓度 0.2%质量塔顶压强： 109.5kPa绝压塔釜压强： 115kPa塔顶冷凝 全凝器.塔底再沸器 间壁加热.进塔物料状态： 泡点进料冷却水温： 28C加热蒸汽： 0.2 Mpa年工作：7200小时年工作日：300天,连续操作2汽液平衡关系及平衡数据温度t/液相中甲醇摩尔分数xA 汽相中甲醇摩尔分数yA100表1：甲醇水汽液平衡数据图2:甲醇-水体系t-x-y相平衡曲线图由质量分率求甲醇水溶液的摩尔分率：
