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1、年产15万吨甲醇三塔精馏工艺设计The Process Design of Three-tower-distillationon 15kt/a Methanol目录摘要IAbstractII主要符号说明III第一章 甲醇生产及其精馏工艺的选择11.1 甲醇的性质及用途11.1.1 甲醇的性质11.1.2 甲醇的用途21.1.3甲醇发展及前景31.2 甲醇精馏工艺的比较与选择41.2.1 甲醇精馏的重要性41.2.2 甲醇精馏工艺概述41.2.3 甲醇工艺流程的选择5第二章 工艺计算72.1 物料衡算72.1.1 设计任务与摩尔衡算72.1.2 预塔物料衡算82.1.3 加压塔的物料衡算82.1
2、.4 常压塔的物料衡算82.2 热量衡算92.2.1 塔顶冷凝器的热量衡算92.2.2 全塔的热量衡算112.2.3 塔釜冷凝再沸器的热量衡算13第三章 常压精馏塔设计143.1 塔板数的确定143.1.1 平均相对挥发度的计算143.2 理论塔板层数的求取153.3 全塔效率和实际塔板层数的求取173.4 精馏段和提馏段的数据的计算.183.5 精馏塔的塔体工艺尺寸223.5.1 塔径的计算223.5.2 精馏塔有效高度的计算243.6 塔板主要工艺尺寸的计算253.7 塔板布置273.8 浮阀个数及排列273.9 浮阀塔板流体力学的验算283.9.1 精馏段流体力学的验算283.9.2 提
3、馏段流体力学的验算313.10 塔板负荷性能图323.10.1 精馏段负荷性能图323.10.2 提馏段负荷性能图353.11 塔体壁厚计算373.12 接管设计383.12.1 塔顶蒸气出口管的直径DV383.12.2回流管的直径DR383.12.3 进料管的直径DF393.12.4 塔底出料管的直径Dw393.12.5 再沸器返塔连接管直径DV393.13 常压塔工艺计算汇总40结 论41致 谢42参考文献43附 录44年产15万吨甲醇三塔精馏工艺设计摘要：甲醇作为重要的有机化工原料和优质燃料，其用途广泛，主要应用于精细化工，塑料，农业等领域。正因为其在工业生产中的重要地位，往往对其纯度有
4、较高要求，但合成反应条件如温度、压力、催化剂等的作用使合成反应偏离主反应方向生成各种副产物，成为甲醇中的杂质，所以为了获得高纯度的甲醇，需进行精馏除质。本设计通过对单、双、三塔三种工艺设计进行比较，最终选用先进、高效和能耗较低的三塔工艺并使用F1重型浮阀塔为精馏系统的主设备。通过物料衡算，得出为了满足生产每年需16.64万吨含92%的粗甲醇；通过对常压塔的工艺尺寸计算，得出塔高为31.88米，塔径为1.4米，精馏段塔板数为20块，提馏段塔板数为30板，等主要参数并对部分设备进行校核。通过核算就本设计在生产中的可行性进行分析，最终表明本设计在生产中是可行的。关键词：甲醇 三塔精馏 常压塔 工业设
5、计 The Process Design of Three-tower-distillation on 150kt/a MethanolAbstract：Methanol as an important organic chemical raw materials and fuel quality, wide range of uses, mainly used in the field of fine chemicals, plastics, and agriculture. Because of its important role in the industrial production
6、, the higher the purity is often required, but the effect of reaction conditions such as temperature, pressure, catalyst of the synthesis reaction deviates from the main direction of the reaction byproducts generated various become methanol impurities, so in order to obtain a high purity methanol, e
7、xcept for the quality required for distillation. Through this design, single, double, three towers designed to compare three processes, the final selection of advanced, efficient, and low power consumption technology and use F1 Three Pagodas heavy float valve tower distillation system for the master
8、 device. By material balance, come to meet production needs 166,400 tons of crude methanol containing 92% annually; through the atmospheric tower geometries calculated the tower is 31.88 meters high, the tower diameter of 1.4 meters, rectifying section of the column plate number 20, number plate str
9、ipping section 30 boards, and other parts of the device and the main parameters to be checked. By accounting for analysis on the feasibility of the design in production, and ultimately show that the design is feasible in production.Key words：Methanol; Three-tower-distillation; Atmospheric tower; Pro
10、cess design;II主要符号说明Aa塔板开孔区面积，m2； Af降液管截面积，m2； AT塔截面积，m2； Co流量系数，无因次； D塔径，m； eV液沫夹带量，kg(液)/kg(气) ； E液流收缩系数，无因次； ET总板效率，无因次；F阀孔气相动能因子，kg1/2/(s.m1/2) g重力加速度，9.81 m/s2；hc与干板压降相当的液柱高度，m液柱； h1与板上液层阻力相当的液柱高度，m液柱；ho 降液管的底隙高度，m； h与克服表面张力的压降相当的液柱高度，m液柱； hd与液体过降压管的压降相当的液柱高度，m； hL 板上清液层高度，m； hOW堰上液层高度，m； hW出口堰
11、高度，m； HT 板塔间距，m; H塔高度，m; K稳定系数，无因次；Lw 堰长，m； Lh液体体积流量 ，m3/h；LS液体体积流量 ，m3/s； n阀孔数目；NT理论塔板层数； P操作压力，Pa;P 压力降，Pa; Pp气体通过每层塔板的压降，Pa；r鼓泡区半径，m； t浮阀孔的中心距，m；气体通过浮阀孔的速度，m/s; 漏液点气速，m/s;Vh 气体体积流量，m3/h； Vs气体体积流量，m3/s；Wc 边缘区宽度，m； Wd 弓形降液管宽m；WS 破沫区宽度，m； x 液相摩尔分数；y 气相摩尔分数； Z塔的有效高m；u空塔气速，m/s;III第一章 甲醇生产及其精馏工艺的选择1.1
12、甲醇的性质及用途1.1.1 甲醇的性质甲醇（Methanol，Methylalcohol）又名木醇，木酒精，甲基氢氧化物，是一种最简单的饱和醇。化学分子式为CH3OH，结构式如下： 分子结构：C原子以sp3杂化轨道成键，O原子以sp3杂化轨道成键。分子为极性分子。最早从木材干馏得到故又称木醇或木精。甲醇是无色有酒精气味易挥发的液体。熔点-93.9、沸点64.7、密度0.7914克/厘米3（20）、能溶于水和许多有机溶剂。甲醇有毒，误饮510毫升能双目失明，大量饮用会导致死亡。禁酒的国家，把甲醇掺入酒精中成变性酒精，使其不能饮用。甲醇易燃，其蒸气与空气能形成爆炸混合物，甲醇完全燃烧生成二氧化碳和
13、水蒸气，同时放出热量：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O。工业上用一氧化碳和氢气的混合气（合成气）在一定的条件下制备甲醇：甲醇可用做溶剂和燃料，也是一种化工原料，主要用于生产甲醛（HCHO）：工业酒精里含有甲醇，但是工业酒精的主要成分还是乙醇。甲醇可以和水以及许多有机液体如乙醇、乙醚等无限地混合，但不能与脂肪族烃类相混合。它易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其他物质，因此，只有用特殊的方法才能制得完全无水的甲醇。同样，也难以从甲醇中清除有机杂质，产品甲醇总含有有机杂质约0.01以下。 甲醇可以任意比例同多种有机化合物互溶，并与其中的一些有机化合物生成共沸混合物，据文献记载，迄今己发现与甲醇一起生成共沸混合物的物质有100种以上。共沸混合物与甲醇的沸点比较接近，将影响到蒸馏过程对有机杂质的消除。表1.1 甲醇的一般性质性质数据性质数据密度0.8100g/ml()导热系数2.09103J/（cm.s.K）沸点 64.564.7表面张力22.55dyn/cm（20）熔点-97.8粘度5.945104Pa.S(20)临界温度2
