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1、 甲醇精馏技术一. 内容提要甲醇最早由木材和木质素干馏制的，所以俗称木醇。化学分子式CH30H，无色、透明高度挥发、易燃液体。近年来，世界甲醇的生产能力发挥速度较快。甲醇工业的迅速发展，是由于甲醇是多种有机产品的基本原料和重要的溶剂，广泛用于有机合成、染料、医药和国防等工业。由甲醇转化为汽油方法的研究成果，从而开辟了由煤转换为汽车燃料的途径。甲醇工业已成为化学工业中一个重要的领域。关键词：甲醇 精馏 物料衡算目 录1甲醇精馏工艺简概11.1甲醇的性质于用途11.1.1甲醇性质11.1.2甲醇用途11.2甲醇精馏工艺概况21.2.1工序任务21.2.2装置工艺21.2.3工艺参数选择22甲醇精馏
2、生产工艺设计与计算42.1物料衡算42.2回流比确定52.3理论塔板数计算63 精馏设备图简介8总结12参考文献13致谢14附图纸.151甲醇精馏工艺简概1.1甲醇的性质于用途1.1.1甲醇性质甲醇又名木醇，是一种最简单的饱和醇。甲醇是无色有酒精气味易挥发的液体，熔点-93.9C、沸点64.7C，能溶于水和许多有机溶剂。甲醇有毒，大量饮用会导致死亡。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水蒸气，同时放出热量：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O甲醇有较强的毒性，对人体的神经系统和血液系统影响最大，它经消化道、呼吸道或者皮肤摄入都会产生毒性反应，甲醇蒸气能损害人的
3、呼吸道粘膜和视力。甲醇中毒后，通常可以用乙醇解读法。其原理是因为甲醇本身无毒，而代谢产物有毒，因此可以通过抑制代谢的方法来解毒。甲醇和乙醇在人体的代谢都是同一种酶，而这种酶和乙醇更具亲和力，甲醇中毒者，可以通过饮用烈性酒（酒精毒通常在60度以上）的方式来缓解甲醇代谢，进而使之排除体外，而甲醇已经代谢产生的甲酸，可以通过服用小苏打（碳酸氢钠）来中和。 1.1.2甲醇用途随着技术的发展和能源结构的改变，甲醇开辟了许多新的用途。甲醇用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料，主要应用于精细化工、塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁
4、燃料，并且容易输送，可以单独或与汽油混合作为汽车燃料。甲醇的消费已超过其传统用途，潜在的耗用量远远超过其化工用途，特别是随着能源结构的改变，甲醇有未来主要燃料的候补燃料之称，需用量十分巨大。1.2甲醇精馏工艺概况1.2.1工序任务 甲醇精馏是甲醇合成的下游工序，其目的就是对合成装置来的粗甲醇进行精制，将甲醇中的杂质进行脱除，以生产符合标准的优等级精甲醇产品。1.2.2装置工艺 目前，总体来说甲醇精馏的工艺大体分为两塔工艺流程和三塔工艺流程，根据塔内件的不同可分为塔盘精馏、填料精馏和复合型精馏。精馏的主要设备是精馏塔，而塔的内件是实现气液接触和热质传递的主要元件，常用的塔内件分塔盘和填料两种。
5、热量自塔釜输入，物料在塔内经多次部分气化与部分冷凝进行精馏分离，由冷凝器和冷却器中的冷却介质将余热带走。此过程中，热能利用率很低，为此，在确定流程是应考虑余热的利用，注意节能。 1.2.3工艺参数选择(1) 操作压力的选择 精馏操作可在常压、减压和加压下进行。压力增加可提高塔的处理能力，但会增加塔身的壁厚，导致设备费用增加；压力增加，组分见的相对挥发度降低，回流比或塔高增加，导致操作费用增加；压力增加，组分间的相对挥发度降低，回流比或塔高增加，导致操作费用或设备费用增加。因此如果在常压下操作是，塔顶蒸气可以用普通冷却水进行冷却，一般不采用加压操作。(2) 进料热状况的选择进料热状态以进料热状况
6、参数q表达。进料状态有5种，进料为过冷液体：q 1 ，饱和液体：q=1 ，气、液混合物：0 q 1 ，饱和蒸气：q=0 ， 过热蒸气：q 0 。对于低温干馏，不论D/F（塔顶出料量/进料量）值如何，采用较高的q值为经济；对于高温精馏，当D/F值大时宜采用较小的q值，当D/F值小时宜采用q值较大的气液混合物。此处已设为q=1(3) 加热方式蒸馏一般采用简洁蒸气加热，设置再废器，但对塔底产物基本是水，且在低浓度是的相对挥发度较大的体系，也可采用直接蒸气加热。但由于直接蒸气的加入，对釜内溶液起到一定稀释作用，在进料条件和产品纯度、轻组分收率一定的前提下，釜液浓度相应降低，故需在提馏段增加塔板以达到生
7、产要求。(4) 回流比的选择由于回流比的大小不仅影响到所需理论板数，还影响到加热蒸气和冷却水的消耗量，以及塔板、塔径、蒸馏釜和冷凝器的结构尺寸的选择，因此，适宜回流比的选择是一个很重要的问题。R=1.2Rmin2甲醇精馏生产工艺设计与计算2.1物料衡算 精馏装置图2-1已知：=30.23kg/kmol M甲醇=32.04kg/kmol M水=18.02kg/kmol进料流量F=Ws=73734.6kg/h 甲醇的质量分率Wt=87% 水的质量分率Wt=13% 摩尔分率单位：%进料的摩尔流量 F=73734.6/30.23=2439.1201kmol/h甲醇的摩尔分率 Xf =(8773734.
8、6/100)/32)/2439.1201=0.82 D=966.2289kmol/h W=1552.1203kmol/h Xw=0.67根据物料衡算方程 F=D+W FXf =DXD +WXw计算出 2439.12010.82=966.2289XD +1552.12030.67XD =0.994进料温度 tF (1000kpa) tF =107.2C 取泡点进料q=1塔顶温度为tD =128.1C在tF =107.2C温度下，根据安托因公式计算出甲醇和水的饱和蒸气压，注：水的安托因常数为A=7.1827 B=1722.632 C=232.7987 LgP=A式中 P-饱和蒸气压，Kpa t-物
9、系温度，C代入数据中，得水的饱和蒸气压PB=130.652kpa甲醇的安托因常熟为A=18.5875 B=3626.55 C=34.29 LnP=A式中 P -饱和蒸气压 ，mmHg T-物系温度 ，K 代入数据得，甲醇的饱和蒸气压PA=442.77kpa2.2回流比确定由于进料为泡点进料q=1，所以画q线与平衡线交点，用交点坐标x,y求最小回流比。 做图法求最小回流比 =PA / PB =442.77/130.652=3.39 Rmin=XDYq / Yq Xq=994933.5818/933.5818820=0.5319操作回流比可取为最小回流比的1.12.0倍，所以取 R=1.2Rmin
10、=1.20.5319=0.6383所以，回流比确定为R=0.6383L=RD=0.6383966.2289=617.0337kmol/h L=L+qF=617.0337+12439.1201=3056.1538kmol/hV=V=1583.2626kmol/h2.3理论塔板数计算精馏段操作线方程为 y=x+XD/R+1 截距 ： XD/R+1 =0.6067连接（XD，XD），（0，XD/R+1 ）与q线交于d点，连接（Xw, Xw)与d点，得到提馏段操作线，然后，由平衡线与操作线可得精馏塔理论板数，但由于Xw极小，利用作图法画出理论板数，如图所示，梯级数为12块。因为塔底设有再沸器，所以精馏
11、塔理论半数要比梯级数少1，所以精馏塔理论板数为11块，精馏段为10块，提馏段为1块。3 精馏设备图简介 精馏装置有精馏塔、原料预热器、再沸器、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。塔设备的类型根据塔内气液接触部件的结构形式，可分为板式塔和填料塔两大类。 图1 带中间再沸器和中间冷凝器的精馏塔板式塔是一类用于气液或液液系统的分级接触传质设备，由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成。广泛应用于精馏和吸收,有些类型（如筛板塔）也用于萃取，还可作为反应器用于气液相反应过程。操作时（以气液系统为例），液体在重力作用下,自上而下依次流过各层塔板,至塔底排出；气体在压力差推动下，自下而上依次穿
12、过各层塔板，至塔顶排出。每块塔板上保持着一定深度的液层，气体通过塔板分散到液层中去，进行相际接触传质。 图2 板式塔的结构 1塔壳体； 2塔板； 3溢流堰； 4受液盘； 5降液管填料塔是一类用于气液和液液系统的微分接触传质设备，主要由圆筒形塔体和堆放在塔内对传质起关键作用的填料等组成，用于吸收、蒸馏和萃取，也可用于接触式换热、增湿、减湿和气液相反应过程。由塔体、填料、填料的压板和支承板、液体分布器和液体再分布器等组成。 图3填料塔的结构示意图 1塔壳体； 2液体分布器；3填料压板；4填料； 5液体再分布装置；6填料支撑板 再沸器用以将塔底液体部分汽化后送回精馏塔，使塔内汽液两相间的接触传质得以
13、进行。小型精馏塔的再沸器，传热面积较小，可直接设在塔的底部，通称蒸馏釜。大型精馏塔的再沸器，传热面积很大，与塔体分开安装，以热虹吸式和釜式再沸器最为常用。热虹吸式再沸器是一垂直放置的管壳式换热器。液体在自下而上通过换热器管程时部分汽化，由在壳程内的载热体供热。 图4垂直人热虹吸式再沸器冷凝器用以将塔顶蒸气冷凝成液体，部分冷凝液作塔顶产品，其余作回流液返回塔顶，使塔内汽液两相间的接触传质得以进行。最常用的冷凝器是管壳式换热器。小型精馏塔的冷凝器可安装在精馏塔顶部；大型的冷凝器则单独安装,并设有回流槽,回流液用泵送至塔顶。1总结在石油炼制石油化工和其他化工生产中，精馏塔是应用极为广泛的传质过程。其目的是使混合液中的各组分进行分离，使之达到规定的纯度。精馏塔过程要消耗能量，根据相关数据表明，在石油化工行业的总能耗中，大约有40一50消耗在精馏塔过程。因此可以说精馏塔装置是耗能最大的单元之一。此外，精馏塔是一个典型的多输入多输出对象，它的通道很多，动态响应缓慢，内在机理复杂，参数间相互关联，各塔的工艺结构千差万别，且
