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1、化工设计课程设计甲醇精馏车间设计甲醇原料预热换热器的设计 班级：高材121 姓名：周智杰 学号：12416004 指导教师：侯维敏指导教师侯维敏学生姓名设计题目甲醇精馏车间设计题目背景及内容：对合成装置来的粗甲醇采用四塔精馏工艺进行精制，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。原始依据：设计以某厂年产55万吨/年精甲醇, 年工作日按330天计，每天24小时连续运行。主要工艺指标: 精馏工段产品为精甲醇，其甲醇含量不小于99.9%(质量百分含量)合成的粗甲醇原料温度40 进料温度69， P=1.5105Pa成分N2和ArCO2CH3OHCH3OCH3C2H5OH C4H9OHH
2、2O 合计含量（wt%）0.021.6990.290.200.15 0.157.50100加压精馏塔进料量75374 kg/h，进料温度102, P=106 Pa成分CH3OHC2H5OHC4H9OHH2O合计含量（wt%）91.670.150.158.03100常压精馏塔进料量43782 kg/h，进料温度90,P=1.8105 Pa成分CH3OHC2H5OHC4H9OHH2O合计含量（wt%）85.70.20.313.8100回收精馏塔进料量6788 kg/h，进料温度80.5,P=1.4105 Pa成分CH3OHC2H5OHC4H9OHH2O合计含量（wt%）8.30.81.989100
3、重点部分：1. 项目建议书,方案设计，绘制带控制点的工艺流程图2. 工艺及设备设计：甲醇预精馏塔 （要求用Aspen软件计算）3. 工艺及设备设计：甲醇加压精馏塔（要求用Aspen软件计算）4. 工艺及设备设计： 甲醇常压精馏塔（要求用Aspen软件计算）5. 工艺及设备设计：粗甲醇原料预热换热器6. 工艺及设备设计：常压塔塔顶冷凝器（71-49）7. 自动控制设计，车间布置设计，经济评价七个人各选其中一部分化工设计课程设计任务书学号姓名班级12416001刘旭高材12112416002王志鹏高材12112416003孙智成高材12112416004周智杰高材12112416005王振祥高材1
4、2112416006周敏高材12112416007张雨昕高材121一、 设计内容1. 布置设计任务，本次课程设计内容为化工生产车间的设计；2. 按照设计任务书要求做好预习，搜集设计资料；3. 撰写项目建议书，并进行可行性论证；4. 设计方案确定；5. 工艺流程图设计；6. 主要设备的工艺设计计算(要有电算)；7. 设备的设计计算及选型；8. 生产装置的自动控制设计；9. 车间布置设计；10. 生产装置的经济评价；11. 绘制工艺流程图、设备装配图、设备车间布置图；12. 撰写设计说明书。二编写设计说明书作为整个设计工作的书面总结。内容包括：封面、目录、设计任务书、前言(课程设计意义、作用，要进
5、行的工作内容)、项目建议书、可行性分析、确定设计方案(多方案比较)、工艺流程设计及说明、工艺计算(要有电算内容)、设备设计及选型、自动控制设计、设计结果汇总表、车间布置设计、经济技术分析、结束语、附图：1.工艺流程图、2.主体设备装配图、3.车间设备布置图目录1.项目建议书、方案设计32.1甲醇原料预热换热器的设计条件及主要物性参数132.1.1设计条件132.1.2.主要物性参数142.2工艺设计计算142.2.1.估算传热面积142.2.2.换热器工艺结构152.2.3.壳体内径182.2.4折流板182.2.5.其它主要附件192.2.6接管192.3换热器核算202.3.1.热流量核算
6、202.3.2 换热器内流体阻力计算222.4设备设计计算242.4.1筒体及封头壁厚计算242.4.2主要附件选型262.4.3接管选型及补强272.4.4管板的选型302.4.5管箱的选型312.4.6鞍座的选型322.5主要结构尺寸及计算结果汇总333.甲醇预精馏塔的设计354.甲醇加压精馏塔的设计375.甲醇常压精馏塔的设计386.常压塔塔顶冷凝器的设计407.个人总结428.参考文献 439.附录（装配图）1.项目建议书、方案设计1.1设计条件甲醇是一种重要的有机化工原料，主要用于生产甲醛、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，目前用甲醇合成乙二醇、乙醛、乙醇也
7、日益受到重视。甲醇还是一种优良燃料可作能源。在汽车燃油中可直接添加3-5%的甲醇，目前直接将甲醇当燃料已引起世界各国的兴趣，它已被某些发电站作燃料。甲醇还是防冻剂。甲醇经微生物发酵可生产甲醇蛋白，是颇有发展前景的饲料添加剂。 1.1.2、甲醇的基本用途甲醇及其衍生物在农药工业中的应用，直接用甲醇生产的农药有：杀虫剂、杀菌剂、除草剂、植物生长调节剂、杀鼠剂等，甲醇在新能源开发中大有可为，目前，中国的煤制甲醇已形成规模产业，在经济上具有较强竞争力。甲醇是制取二甲醚的重要原料。国家“十五”规划提出：新能源产业到2005年要达到节约和替代燃料油1600万吨、成品油500万吨的规模，分别占到国内市场消费
8、量的50%和5%，市场前景十分可观。1.1.3、市场分析和价格预测与煤相比，以天然气为原料生产甲醇具有流程短、投资省、能耗低、生产清洁的特点，我国天然气因分布及储量有限，天然气价格居高不下，并不断上涨，而我国煤炭资源丰富，世界排第二，全球已探明的石油、天然气和煤储存量表明，石油和天然气资源仅能使用几十年，煤则可用几百年，因此利用煤炭为原料直接或间接生产甲醇才是切实可行的长久之策。据统计，自1982年至2002年世界甲醇生产能力和需求量基本上是逐年递增的，生产能力年均增长率为5.5%，需求量年均增长率为5.9%，保守预测，今后10年世界甲醇生产能力年均增长率将为3%，需求量增长率将为3.4%。近
9、几年，我国甲醇的主要消费产品为甲醛、醋酸、农药、BMT等，其中甲醛领域是甲醇的最大消耗者。随着甲醇羰基化制醋酸技术的发展，甲醇燃料的推广和新配方甲醇汽油的使用，国内醋酸及汽油掺烧这两方面对甲醇的潜在需求量市场前景广阔。如果不计甲醇制烯烃、甲醇制二甲醚代替LPG的迫切需求，预计2005年甲醇的需求量为462万吨，2010年将达710万吨。关于未来几年甲醇价格的预测，排除一些不确定因素的影响，我们认为甲醇价格既不会沿着2000年的行情继续走高，但也不会再有较大幅度下降，虽然目前国际市场价格为250美元/吨，国内市场价格也在2500元/吨，但我们认为国际市场价格将定位在180美元/吨左右，国内价格将
10、维持在1800元/吨上下。1.1.4 甲醇精馏的典型工艺流程 甲醇精馏产生工艺有多种，分为单塔精馏，双塔精馏，三塔精馏与四塔精(即三塔加回收塔）。 （1）单塔流程描述 采用铜系催化剂低压法合成甲醇，由于粗甲醇中不仅还原性杂质的含量大大减少，而且二甲醚的含量几十倍地降低，因此在取消化学净化的同时，可将预精馏及甲醇-水-重组分的分离在一台主精馏塔内同时进行，即单塔流程，就能获得一般工业上所需要的精甲醇。单塔流程更适用于合成甲基燃料的分离，很容易获得燃料级甲醇。 单塔流程（见图1.1）为粗甲醇产品经过一个塔就可以采出产品。粗甲醇塔中部加料口送入，轻组分由塔顶排出，高沸点的重组分在进料板以下若塔板处引
11、出，水从塔底排出，产品甲醇在塔顶以下若干块塔板引出。 (2) 双塔流程描述 双塔工艺是由脱醚塔，甲醇精馏塔或者主塔组成。主塔在工厂中产量在100 万吨/年以下，仅仅能提供简单的过程，所以设备和投资较低11。 传统的工艺流程，是最早用于30MPa压力下以锌铬催化剂合成粗甲醇的精制。主要步骤有：中和、脱醚、预精馏脱轻组分杂质、氧化净化、主精馏脱水和重组分，最终得到精甲醇产品。在传统工艺流程上，取消脱醚塔和高锰酸钾的化学净化，只剩下双塔精馏(预精馏塔和主精馏塔)。其高压法锌铬催化剂合成甲醇和中、低压法铜系催化剂合成甲醇都可适用11。 从合成工序来的粗甲醇入预精馏塔，此塔为常压操作。为了提高预精馏塔后
12、甲醇的稳定性，并尽可能回收甲醇，塔顶采用两级冷凝。塔顶经部分冷凝后的大部分甲醇、水及少量杂质留在液相作为回流返回塔，二甲醚等轻组分(初馏分)及少量的甲醇、水由塔顶逸出，塔底含水甲醇则由泵送至主精馏塔。主精馏塔操作压力稍高于预精馏塔，但也可以认为是常压操作，塔顶得到精甲醇产品，塔底含微量甲醇及其它重组分的水送往水处理系统（见图1.2）。 (3) 三塔流程描述 三塔工艺是由脱醚塔，加压精馏塔和常压精馏塔组成，形成二效精馏与二甲醇精馏塔甲醇产品的镏出物的混合物。三塔流程（见图1.3）的主要特点是，加压塔塔顶冷凝潜热用作常压塔塔釜再沸器的热源，形成双效精馏二效精馏，因此热量交换在加压塔顶部和常压塔底部
13、之间进行。这种形式节省大约30%40%的能源，同时降低了循环冷却水的速度。 从合成工序来的粗甲醇入预精馏塔，在塔顶除去轻组分及不凝气，塔底含水甲醇由泵送加压塔。加压塔操作压力为57bar(G)，塔顶甲醇蒸气全凝后，部分作为回流经回流泵返回塔顶，其余作为精甲醇产品送产品储槽，塔底含水甲醇则进常压塔。同样，常压塔塔顶出的精甲醇一部分作为回流，一部分与加压塔产品混合进入甲醇产品储槽13。 (4) 四塔流程描述 四塔流程（见图1.4）包含预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔和甲醇回收塔。粗甲醇经换热后进入预精馏塔，脱除轻组分后(主要为不凝气、二甲醚等)，塔底甲醇及高沸点组分加压后进入加压精馏塔；加压精馏塔
14、顶的气相进入冷凝蒸发器，利用加压精馏塔和常压精馏塔塔顶、塔底的温差，为常压塔塔底提供热源，同时对加压塔塔顶气相冷凝。冷凝后的精甲醇进入回流罐，一部分作为加压塔回流，一部分作为精甲醇产品出装置；加压塔塔底的甲醇、高沸组分、水等进入常压塔，常压塔顶馏出精甲醇产品，在进料板下方设置侧线抽出，抽出物主要为甲醇、水和高沸点组分，进入甲回收塔再回收甲醇，塔底废水进入生化系统处理；回收塔设有侧线抽出，主要抽出物为高沸点醇类，以保证回收塔塔顶精甲醇质量和塔底废水中总醇含量要求，塔底废水送生化处理。1.1.5 工艺流程的选择工业上粗甲醇精馏的工艺流程，随着粗甲醇合成方法不同而有差异， 故其精制过程的复杂程度有较大差别，但基本方法是一致的。首先以蒸馏的方法
