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1、 本科毕业设计学 院 化学化工学院 专 业 化学工程与工艺 年 级 2009级 姓 名 设计题目 甲醇回收成套装置之板式连续精馏工艺设计 指导教师 职称 2013年5月10日目 录摘 要1Abstract1前言11 设计方案的确定22 主要工艺设计计算32.1 精馏塔的物料衡算32.2 塔板数的确定42.3 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算82.4 精馏塔工艺尺寸设计122.5 浮阀的流体力学验算202.6 塔板负荷性能图223 辅助设备选型与计算263.1 接头管设计263.2 法兰273.3 热量衡算283.4 冷凝器的选择303.5 再沸器的选择303.6 泵的选型313.7 贮罐的
2、计算324 设计结果概要325 效益分析335.1 经济效益分析335.2 环境效益分析345.3 社会效益分析34结束语34参考文献35附件1 甲醇回收成套装置之板式连续精馏工艺设计任务书37附件2 带控制点的生产工艺流程图38附件3 设备流程平面布置图39附件4 浮阀塔装配图（另附）甲醇回收成套装置之板式连续精馏工艺设计 摘 要：本文设计了河南信阳市某制药厂酸性废水中回收甲醇的浮阀精馏塔处理工艺，主要包括塔的工艺计算、塔主要工艺尺寸设计、浮阀精馏塔处理工艺辅助设备选型等。通过本工艺处理可以达到设计任务所要求的分离要求和生产能力。关键词：甲醇；浮阀塔；连续精馏；工艺；设计Abstract：T
3、his paper designs a pharmaceutical plant in Henan Xinyang in acidic wastewater recycling float valve of methanol distillation process, main process mainly include the process calculation, tower of the tower design, float valve distillation process auxiliary equipment selection, etc. Through this pro
4、cess can meet the requirements of design task required separation and production capacity.Keywords：Methanol; float valve tower; continuous distillation; process; design前言甲醇俗称木醇、木精，英文名为methanol，分子式CH3OH。是一种无色、透明、易燃、有毒、易挥发的液体，略带酒精味；分子量32.04，相对密度0.7914()，蒸气相对密度1.11(空气=1)，熔点-97.8，沸点64.7，闪点（开杯）16，自燃点473，
5、折射率（20）1.3287，表面张力（25）45.05mN/m，蒸气压（20）12.265kPa，粘度（20）0.5945mPas。能与水、乙醇、乙醚、苯、酮类和大多数其他有机溶剂混溶。蒸气与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限6.036.5（体积比）。化学性质较活泼，能发生氧化、酯化、羰基化等化学反应。甲醇是重要有机化工原料和优质燃料，广泛应用于精细化工，塑料，医药，林产品加工等领域。甲醇主要用于生产甲醛，消耗量要占到甲醇总产量的一半，甲醛则是生产各种合成树脂必不可少的原料。用甲醇作甲基化试剂可生产丙烯酸甲酯、对苯二甲酸二甲酯、甲胺、甲基苯胺、甲烷氯化物等；甲醇羰基化可生产醋酸、醋酐、甲酸甲酯等重
6、要有机合成中间体，它们是制造各种染料、药品、农药、炸药、香料、喷漆的原料，目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也日益受到重视。甲醇也是一种重要的有机溶剂，其溶解性能优于乙醇，可用于调制油漆。作为一种良好的萃取剂，甲醇在分析化学中可用于一些物质的分离。甲醇还是一种很有前景的清洁能源，甲醇燃料以其安全、廉价、燃烧充分，利用率高、环保等众多优点，替代汽油已经成为车用燃料的发展方向之一；另外燃料级甲醇用于供热和发电，也可达到环保要求。甲醇还可经生物发酵生成甲醇蛋白，富含维生素和蛋白质，具有营养价值高而成本低的优点，用作饲料添加剂，有着广阔的应用前景1。河南信阳市某制药厂的酸性废水中，含有大量甲醇，由于甲醇
7、是一种极重要的有机化工原料，也是一种燃料，是C1化学的基础产品，在国民经济中占有十分重要的地位。故应对该厂所排放的甲醇酸性废水中的甲醇予以回收。由于浮阀精馏塔操作弹性大，效率较高，故本工艺拟设计一浮阀精馏塔，以分离出设计任务书所要求的甲醇酸性废水中的甲醇，从而达到该厂所要求的分离要求和生产能力。1 设计方案的确定本设计任务书为甲醇回收成套装置之板式连续精馏工艺设计。由于稀酸是含甲醇污水产生腐蚀的主要原因，故上述含有甲醇26%左右的废水应先进行预处理，再去回收甲醇。甲醇酸性废水采用管道中和法，连续加液碱中和，控制污水pH值1214，中和后含稀甲醇污水沉降46小时，使夹带的少量污水渣子沉降下来不进
8、塔2,3。经中和、沉降后，可粗略认为废水中甲醇含量为26%左右，其余为水。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程，因为其具有生产能力大，产品质量稳定等优点。由于该物系属易分离物系，最小回流比较小，故操作回流比取最小回流比4,5的2倍。由于浮阀精馏塔操作弹性大，效率较高，故本工艺采用浮阀精馏塔，以分离出设计任务书所要求的甲醇酸性废水中的甲醇，从而达到该厂所要求的分离要求和生产能力6,7。处理流程见图1。先对甲醇酸性废水进行预处理，再去回收甲醇。甲醇酸性废水采用管道中和法，连续加液碱中和，控制污水pH值1214，中和后，含稀甲醇污水沉降46小时，使夹带的少量污水渣子沉降下来不进塔。经中和、沉降后
9、，得到甲醇、水与氯化钠的混合液，而氯化钠的沸点比水的还要高，会和水一起从塔釜蒸出，不会对甲醇的分离产生影响，故可看做是惰性组分。故此系统可近似看做是甲醇与水的二元组分，混合液经进料泵送入双滤料过滤器，经进料预热器加热至泡点后，送入精细过滤器，过滤后送入精馏塔，塔顶上升蒸汽采用全凝器冷凝，一部分送入精馏塔回流，其余经塔顶产品冷却器冷却后，送至储罐，塔釜采用间接蒸汽再沸器加热，塔底产品冷却后，送入贮罐。加液碱中和进料加热器精细过滤器循环水回循环水来产品甲醇蒸汽来蒸汽回脱甲醇废水塔底水泵精馏塔回流泵重沸器进料泵缓蚀阻垢剂双滤料过滤器塔顶冷凝器酸性废水来沉降室图1 甲醇污水处理工艺流程图2 主要工艺设
10、计计算2.1 精馏塔的物料衡算（1）原料液、塔顶及塔底产品含甲醇的质量分数（2）原料液、塔顶及塔底产品含甲醇的摩尔分数（3）原料液、塔顶及塔底产品的平均摩尔质量表1 甲醇和水的物理性质8项目分子式分子量沸点()临界温度()甲醇CH3OH32.0464.7516.25水H2O18.02100648.15（4）物料衡算原料处理量 每小时处理原料摩尔量： 总物料衡算 (1) 易挥发组分物料衡算 (2) 联立(1)，(2)可得：根据甲醇-水气液平衡组成与温度的关系数据表3，用内插法求进料温度： 进料温度即泡点温度83.59。2.2 塔板数的确定2.2.1 理论板层数NT的求取（1）全塔温度的求取根据甲
11、醇-水气液平衡组成与温度的关系数据表，用内插法求全塔温度： 塔顶温度 进料温度 塔釜温度 精馏段平均温度 提馏段平均温度 （2）汽相组成的求取根据甲醇-水气液平衡组成与温度的关系数据表，用内插法求汽相组成： 塔顶处汽相组成： 进料口处汽相组成： 塔釜处汽相组成： （3）相对挥发度的求解对于两组分溶液，当操作压强不高时，气相遵循道尔顿分压定律9，相对挥发度的表达式为： 塔顶处相对挥发度： 进料处相对挥发度： 塔釜处相对挥发度：精馏段平均相对挥发度： 提馏段平均相对挥发度： 平均相对挥发度：由于两段的相对挥发度差距有点大，所以只能使用平均相对挥发度： （4）操作线方程的求解平衡线方程：q线方程：
12、最小回流比及操作回流比R：R=2Rmin=3.326精馏段操作线方程： 提馏段操作线方程： 提馏段操作线过点，连接该点和精馏段操作线与线的交点即为提馏段操作线。（5）理论塔板数表2 不同温度下甲醇-水的平衡曲线上的点操作线方程与相平衡方程对理论板数的计算即在平衡线上的点xyxy精馏段提馏段0.95900.98240.089310.38770.91290.96390.03150.19010.83240.92870.010260.67870.69330.86640.0032970.022280.46340.75980.0010990.0071550.20860.58280.0000560.0024
13、53图2 精馏塔理论塔板数绘图及其局部放大图表3 不同温度下甲醇-水的气液相点精馏塔板数的相关坐标点xyxyxy0.98240.98240.46340.75980.022280.010260.95900.98240.58280.46340.0032970.022280.96390.95900.20860.58280.0071550.0032970.91290.96390.38770.20860.0010990.0071550.92870.91290.089310.38770.0024530.0010990.83240.92870.19010.089310.0000560.0024530.86640.83240.03150.1901第7块为进料板0.69330.86640.67870.0315理论板总数12块0.75980.69330.010260.6
