甲醇精餾裝置工藝設計節(jié)能流程節(jié)能流程節(jié)能流程節(jié)能流程.doc

西安石油大學成人高等教育畢業(yè)設計（論文） 成人高等教育 畢業(yè)設計（論文）題 目1Mt/a甲醇精餾裝置工藝設計（節(jié)能流程）學 生 秦娟寧 指導教師 評 閱 人 教 學 站 彬縣職業(yè)教育中心 專 業(yè) 應用化工 完成日期 成人高等教育畢業(yè)設計（論文）任務書論文題目1Mt/a甲醇精餾裝置工藝設計（節(jié)能流程）學生姓名秦娟寧教學站專業(yè)班級09工藝（6）班內(nèi)容與要求設計（論文）起止時間20 年 月 日至20 年 月 日指導教師簽名學生簽名 年 月 日1Mt/a甲醇精餾裝置工藝設計（節(jié)能流程）摘要：本文提出兩種新工藝，目的是使預塔使用二次蒸汽作為熱源，通過運用計算機對現(xiàn)有工藝和新工藝進行穩(wěn)態(tài)模擬和對比，證實了新工藝的可行性，同時得到了新工藝節(jié)能的定量數(shù)據(jù)，為進一步的工業(yè)應用提供依據(jù)。關鍵詞： 甲醇 精餾 節(jié)能 模擬目錄1 概述 1.1有機化合物. 1.2醇類. 1.3甲醇的概念.2 甲醇 2.1甲醇的結構.分子式.2.2甲醇的物理性質(zhì). 2.3甲醇的化學性質(zhì) 2.4甲醇的備置.3 分離技術 3.1分離技術的概念. 3.2分離技術的分類. 3.2.1蒸餾 3.2.2分餾. 3.2.3精餾. 3.2.4萃取.4甲醇精餾裝置工藝設計4.1繪制精餾裝置圖.4.2繪制流程圖 4.2.1文字說明. 4.2.2甲醇制備如何進行精餾.5進行計算 5.1基礎數(shù)據(jù). 5.2模擬方法. 5.2.1熱力學方法. 5.2.2計算模塊的組織.5.3計算結果. 5.3.1三塔流程物料及熱量衡算. 5.3.2雙塔流程物料衡算. 5.4方案比較. 5.4.1能耗. 5.4.2塔徑. 5.4.3綜合.6結論參考文獻致謝前言甲醇是重要的化工原料，以其為原料可生產(chǎn)甲基叔丁醚.甲醛.乙酸.甲酸甲酯.甲胺.二甲醚等，甲醇制烯烴的技術最近也去得了一定進展，甲醇還是一種清潔的燃料，除了直接摻入汽、柴油作為燃料外，燃料電池技術正越來越受到人們的關注。在合成甲醇生產(chǎn)過程中，粗甲醇的精餾提純是十分關鍵的一環(huán)，不僅決定著甲醇產(chǎn)品的質(zhì)量，而且該工序的能耗對甲醇生產(chǎn)成本有很大的影響。為了降低精餾工序的能耗，目前較大規(guī)模的甲醇裝置大多采用三塔雙效精餾工藝?，F(xiàn)有三塔雙效精餾工藝一般由預塔、加壓塔、常壓塔及預塔和加壓塔的進料預熱器組成，其中加壓塔和常壓塔組成順流雙效精餾流程，而預塔仍使用水蒸氣作為熱源。1概述1.1有機化合物有機化合物（organic compound）主要由氧元素、氫元素、碳元素組成。與機體有關的化合物（少數(shù)與機體有關的化合物是無機化合物，如水），通常指含碳元素的化合物，但一些簡單的含碳化合物，如一氧化碳、二氧化碳、碳酸鹽、金屬碳化物、氰化物、碳酸（H2CO3）、硫氰化物等除外，其中心碳原子是以氫鍵結合。除含碳元素外，絕大多數(shù)有機化合物分子中含有氫元素，有些還含氧、氮、鹵素、硫和磷等元素。已知的有機化合物近8000萬種。早期，有機化合物系指由動植物有機體內(nèi)取得的物質(zhì) 。 有機物是生命產(chǎn)生的物質(zhì)基礎。脂肪、氨基酸、蛋白質(zhì)、糖、血紅素、葉綠素、酶、激素等。生物體內(nèi)的新陳代謝和生物的遺傳現(xiàn)象，都涉及到有機化合物的轉(zhuǎn)變。此外，許多與人類生活有密切關系的物質(zhì)，例如石油、天然氣、棉花、染料、化纖、天然和合成藥物等，均屬有機化合物。1.2醇類分子中含有跟鏈烴基或苯環(huán)側(cè)鏈上的碳結合的烴基的化合物叫做醇。其官能團為-OH。 烴分子中一個或幾個氫被羥基取代而生成的一類有機化合物。芳香烴的環(huán)上的氫被羥基取代而生成的化合物不屬醇類而屬酚類。醇根據(jù)所含羥基的多少，可分為一元、二元、三元或多元醇。一個碳原子上一般不能含有兩個羥基，同碳二醇不穩(wěn)定，容易失水形成羰基化合物。醇也可按照連接羥基的碳原子上氫的數(shù)目分為一級醇、二級醇和三級醇。 一般醇為無色液體或固體，含碳原子數(shù)低于12的一元正碳醇是液體，12或更多的是固體，多元醇（如甘油）是糖漿狀物質(zhì)。一元醇溶于有機溶劑，三個碳以下的醇溶于水。低級醇的熔點和沸點比同碳原子數(shù)的烴高得多，這是由于醇分子中有氫鍵存在，發(fā)生締合作用。飽和醇不能使溴水褪色。醇化學性質(zhì)活潑，分子中的碳-氧鍵和氫-氧皆為極性鍵。以羥基為中心可進行氫-氧鍵斷裂和碳-氧鍵斷裂兩大類反應。另外，與羥基相連的碳原子容易被氧化，生成醛、酮或酸。 1.3甲醇的概念甲醇系結構最為簡單的飽和一元醇，化學式CH3OH。又稱“木醇”或“木精”。是無色有酒精氣味易揮發(fā)的液體。有毒，誤飲510毫升能雙目失明，大量飲用會導致死亡?；瘜W式CH3OH CH4O 相對分子質(zhì)量32.04 它無色澄清液體。微有乙醇樣氣味。易揮發(fā)。易流動。燃燒時無煙有藍色火焰。能與多種化合物形成共沸混合物。能與水、乙醇、乙醚、苯、酮類和其他有機溶劑混溶。溶解性能優(yōu)于乙醇，能溶解多種無機鹽類，如碘化鈉、氯化鈣、硝酸銨、硫酸銅、硝酸銀、氯化銨和氯化鈉等。相對密度(d204)0.7915。熔點-97.8。沸點64.7。折光率(n20D)1.3292。閃點(閉杯)12。易燃，蒸氣能與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限6.0%36.5%(體積)。有毒，一般誤飲15ml可致眼睛失明，一般致死量為100200ml。2 甲醇 2.1甲醇的結構.分子式化學分子式為CH3OH，結構式如下： H | HCOH | H分子結構： C原子以sp3雜化軌道成鍵，0原子以sp3雜化軌道成鍵。分子為極性分子。燃燒熱的值及其燃燒方程式CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H=725.76kJ/mol 2.2甲醇的物理性質(zhì)甲醇是一種無色、透明、易燃、易揮發(fā)的有毒液體，常溫下對金屬無腐蝕性（鉛、鋁除外），略有酒精氣味。易燃，其蒸氣與空氣能形成爆炸混合物，完全燃燒生成二氧化碳和水蒸氣，同時放出熱量。方程式：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O 工業(yè)制法和儲備工業(yè)上用一氧化碳和氫氣的混合氣（合成氣）在一定的條件下制備甲醇。 甲醇可用做溶劑和燃料，也是一種化工原料，主要用于生產(chǎn)甲醛。2.3甲醇的化學性質(zhì)甲醇（Methanol，Methyl alcohol）又名木醇，木酒精，甲基氫氧化物，是一種最簡單的飽和醇?；瘜W式為CH3OH.甲醇用途廣泛，是基礎的有機化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。主要應用于精細化工，塑料等領域，用來制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多種有機產(chǎn)品，也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的重要原料之一。甲醇在深加工后可作為一種新型清潔燃料，也加入汽油摻燒。甲醇的生產(chǎn)，主要是合成法，尚有少量從木材干餾作為副產(chǎn)回收。合成的化學反應式為：H2 + CO CH3OH合成甲醇可以固體（如煤、焦炭）液體（如原油、重油、輕油）或氣體（如天然氣及其他可燃性氣體）為原料，經(jīng)造氣凈化（脫硫）變換，除去二氧化碳，配制成一定的合成氣（一氧化碳和氫）。在不同的催化劑存在下，選用不同的工藝條件。單產(chǎn)甲醇（分高壓法低壓和中壓法），或與合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇（聯(lián)醇法）。將合成后的粗甲醇，經(jīng)預精餾脫除甲醚，精餾而得成品甲醇。2.4甲醇的制備 甲醇的制備方法包括：（a)一種烴與蒸汽反應生成含有H2 , CO和CO2的混合物；（b）所得到的氣體混合物在催化劑作用下反應，生成粗甲醇液體；（c)蒸餾粗甲醇，從低沸點有機化合物中分離出精制甲醇，并分離出高沸點有機含酸廢水。所使用的原料烴用上述廢水增濕（該廢水預先用一種見金屬鹽或氫氧化物中和），然后再用步驟（a）中分離出的冷凝水增濕。 該方法的優(yōu)點：減少生成廢水的量，在其他方法中被焚燒的廢有機化合物能被循環(huán)使用，用于增濕并在步驟（a）中用于制備合成氣。因為增濕分兩步進行，所以，在廢水增濕烴氣體過程中產(chǎn)生的霧氣能被冷凝水洗滌和中和，減少其腐蝕性。 3分離技術3.1分離的概念如水利科技（一級學科）；水力學、河流動力學、海岸動力學（二級學科）；水力學（水利）（三級學科）。 可定義為邊界層脫離繞流物體壁面的現(xiàn)象。 如 遺傳學（一級學科）；經(jīng)典遺傳學（二級學科）。定義為雜合體中成對的等位基因保持獨立，在形成配子時相互分開，隨機進入不同的配子的遺傳現(xiàn)象。 3.2分離技術的分類3.2.1蒸餾蒸餾是一種熱力學的分離工藝，它利用混合液體或液-固體系中各組分沸點不同，使低沸點組分蒸發(fā)，再冷凝以分離整個組分的單元操作過程，是蒸發(fā)和冷凝兩種單元操作的聯(lián)合。與其它的分離手段，如萃取、Absorption等相比，它的優(yōu)點在于不需使用系統(tǒng)組分以外的其它溶劑,從而保證不會引入新的雜質(zhì)。指利用液體混合物中各組分揮發(fā)性的差異而將組分分離的傳質(zhì)過程。將液體沸騰產(chǎn)生的蒸氣導入冷凝管，使之冷卻凝結成液體的一種蒸發(fā)、冷凝的過程。蒸餾是分離混合物的一種重要的操作技術，尤其是對于液體混合物的分離有重要的實用意義。 蒸餾沸點差別較大的混合液體時，沸點較低者先蒸出，沸點較高的隨后蒸出，不揮發(fā)的留在蒸餾器內(nèi)，這樣，可達到分離和提純的目的。故蒸餾是分離和提純液態(tài)化合物常用的方法之一。3.2.2分餾分餾 與蒸餾相同，即分離幾種不同沸點的揮發(fā)性成分的混合物方法;混合物先在最低沸點下蒸餾,直到蒸氣溫度上升前將蒸餾液作為一種成分加以收集。蒸氣溫度的上升表示混合物中的次一個較高沸點成分開始蒸餾。然后將這一組分開收集起來。 分餾是分離提純液體有機混合物的沸點相差較小的組分的一種重要方法。石油就是用分餾來分離的。 分餾在常壓下進行，獲得低沸點餾分，然后在減壓狀況下進行，獲得高沸點餾分。 每個餾分中還含有多種化合物，可以再進一步分餾。 分餾是利用分餾柱將多次氣化冷凝過程在一次操作中完成的方法。因此，分餾實際上是多次蒸餾。它更適合于分離提純沸點相差不大的液體有機混合物。 分餾的必要性：（1）蒸餾分離不徹底。（2）多次蒸餾操作繁瑣，費時，浪費極大。 分餾的原理：混合液沸騰后蒸氣進入分餾柱中被部分冷凝，冷凝液在下降途中與繼續(xù)上升的 蒸氣接觸，二者進行熱交換，蒸汽中高沸點組分被冷凝，低沸點組分仍呈蒸氣上升，而冷凝液中低沸點組分受熱氣化，高沸點組分仍呈液態(tài)下降。結果是上升的蒸汽中低沸點組分增多，下降的冷凝液中高沸點組分增多。如此經(jīng)過多次熱交換，就相當于連續(xù)多次的普通蒸餾。以致低沸點組分的蒸氣不斷上升，而被蒸餾出來；高沸點組分則不斷流回蒸餾瓶中，從而將它們分離3.2.3精餾一種利用回流使液體混合物得到高純度分離的蒸餾方法，是工業(yè)上應用最廣的液體混合物分離操作，廣泛用于石油、化工、輕工、食品、冶金等部門。精餾操作按不同方法進行分類。根據(jù)操作方式，可分為連續(xù)精餾和間歇精餾；根據(jù)混合物的組分數(shù)，可分為二元精餾和多元精餾；根據(jù)是否在混合物中加入影響汽液平衡的添加劑，可分為普通精餾和特殊精餾（包括萃取精餾、恒沸精餾和加鹽精餾）。若精餾過程伴有化學反應，則稱為反應精餾。精餾是將由揮發(fā)度不同的組分所組成的混合液，在精餾塔中同時多次地進行部分汽化和多次部分冷凝，使其分離成較純態(tài)組分的過程。雙組分混合液的分離是最簡單的精餾操作。典型的精餾設備是連續(xù)精餾裝置，包括精餾塔、再沸器、冷凝器等。精餾塔供汽液兩相接觸進行相繼傳質(zhì)，位于塔頂?shù)睦淠魇拐魵獾玫讲糠掷淠?部分凝液作為回流液返回塔頂,其余餾出液是塔頂產(chǎn)品。位于塔底的再沸器使液體部分汽化，蒸氣沿塔上升，余下的液體作為塔底產(chǎn)品。進料加在塔的中部,進料中的液體和上塔段來的液體一起沿塔下降,進料中的蒸氣和下塔段來的蒸氣一起沿塔上升。在整個精餾塔中，汽液兩相逆流接觸，進行相際傳質(zhì)。液相中的易揮發(fā)組分進入汽相，汽相中的難揮發(fā)組分轉(zhuǎn)入液相。對不形成恒沸物的物系，只要設計和操作得當，餾出液將是高純度的易揮發(fā)組分，塔底產(chǎn)物將是高純度的難揮發(fā)組分。進料口以上的塔段，把上升蒸氣中易揮發(fā)組分進一步提濃，稱為精餾段；進料口以下的塔段，從下降液體中提取易揮發(fā)組分,稱為提餾段。兩段操作的結合,使液體混合物中的兩個組分較完全地分離，生產(chǎn)出所需純度的兩種產(chǎn)品。當使 n組分混合液較完全地分離而取得n個高純度單組分產(chǎn)品時，須有n-1個塔。 精餾過程的節(jié)能精餾過程的核心在于回流，而回流必須消耗大量能量。降低能耗是精餾過程發(fā)展的重大課題。除了選擇經(jīng)濟上合理的回流比外，主要的節(jié)能措施有：熱泵精餾。將塔頂蒸氣絕熱壓縮（見熱力學過程）升溫后，重新作為再沸器的熱源(見熱泵蒸發(fā))；多效精餾。精餾裝置由壓力依次降低的若干個精餾塔組成，前一精餾塔塔頂蒸氣用作后一精餾塔再沸器的加熱蒸氣（見多效蒸發(fā)）；采用高效精餾塔，可用較小的回流比；采用高效換熱器，可降低傳熱溫度差，這樣就可以減少有效能失。采用電子計算機對過程進行有效控制，減小操作裕度，確保過程在最低能耗下進行。3.2.4萃取萃取，又稱溶劑萃取或液液萃?。ㄒ詤^(qū)別于固液萃取,即侵?。?，亦稱抽提（通用于石油煉制工業(yè)），是一種用液態(tài)的萃取劑處理與之不互溶的雙組分或多組分溶液，實現(xiàn)組分分離的傳質(zhì)分離過程，是一種廣泛應用的單元操作。 利用相似相溶原理。 利用化合物在兩種互不相溶（或微溶）的溶劑中溶解度或分配系數(shù)1的不同，使化合物從一種溶劑內(nèi)轉(zhuǎn)移到另外一種溶劑中。經(jīng)過反復多次萃取，將絕大部分的化合物提取出來。 4甲醇精餾裝置工藝設計4.1繪制精餾裝置圖. 精餾裝置圖 4.2繪制甲醇精餾工藝流程圖4.2.1文字說明粗甲醇03在換熱器C-01中被加壓塔塔底餾出液加熱后進入加壓精餾塔E-01的中不進行精餾，塔頂餾出物在換熱器C-02中將常壓精餾塔的釜液加熱蒸發(fā)后一部分回到塔頂，一部分（05）作為產(chǎn)品。塔底餾出液經(jīng)熱交換后進入常壓精餾塔E-02中部進行精餾。塔頂餾出物06與05 一樣作為產(chǎn)品。塔底餾出液一部分經(jīng)加熱蒸發(fā)后回到塔底，一部分（07）作為廢水進入廢水處理系統(tǒng)。側(cè)提物08中主要含有甲醇.水和雜醇，進入回收塔E-03的中部進行甲醇蒸餾回收。塔頂餾出物11中主要含有甲醇，被送入粗甲醇儲罐，重新進入甲醇精餾系統(tǒng)。塔底和側(cè)提物合并后進入雜醇油罐或進入廢水處理系統(tǒng)。4.2.2甲醇制備如何進行精餾一種高純度甲醇的制備方法，包括如下步驟：粗甲醇依次送入預精餾塔、加壓塔和復合常壓塔進行精餾，分別由加壓塔塔頂和復合常壓塔塔頂獲得精制純化的甲醇。采用本發(fā)明的方法，可將純度為95.50(wt)的合成甲醇精制為高純度的甲醇，質(zhì)量符合規(guī)定的指標。本發(fā)明流程簡單，具有廣泛的應用前景。 一種高純度甲醇的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：粗甲醇依次送入由規(guī)整填料預精餾塔(1)、加壓塔(2)和復合常壓塔(6)進行精餾，分別由復合加壓塔(2)塔頂和復合常壓塔(6)塔頂獲得精制純化的甲醇。5進行計算5.1基礎數(shù)據(jù) 粗甲醇的組成見表1。初始條件：物料（粗甲醇）總流率為13431kg/h.溫度40.壓力為4bar(G). 表1 粗甲醇組成 （wt%）組分名稱CO2COH2CH4N2(CH3)2OArCH3OHH2O異丁醇組成0.570.020.000.050.010.020.0394.075.180.05各精餾塔壓力見表2。 表2 精餾塔壓力 （bar（G）塔頂壓力塔底壓力雙塔流程預精餾塔0.50.8主精餾塔0.51.2預精餾塔0.50.8 三塔流程加壓塔5.66.0常壓塔0.030.085.2模擬方法 計算機模擬是研究化工工藝過程的有效途徑，采用化工流程模擬軟件PRO/II來模擬甲醇精餾系統(tǒng)。5.2.1熱力學方法 物系主要組分為甲醇和水，另外還有二甲醚.少量的CO2.CO.H2.CH4.N2.Ar等氣體及高沸物（主要為異丁醇）。正確模擬一個化工過程，使用適當?shù)臒崃W方法和數(shù)據(jù)是非常重要的。醇水系統(tǒng)屬于強非理想液體混合物，這里所用的化工流程模擬軟件PRO/II提供一組專門的熱力學方法，即把特殊的醇數(shù)據(jù)庫與NRTL方程相結合來計算K值。NRTL方程是基于局部組成的理論而導出的液體活度系數(shù)方程，它已成功地應用于許多強非理想混合物和部分混溶系數(shù)。當使用液體活度方法時，組分的標準態(tài)逸度是純液體的逸度，對于超臨界氣體以及水中的微量溶質(zhì)，使用無限稀釋下定義的標準狀態(tài)會更方便，因此選用亨利定律以便更準確方便地模擬不凝氣在甲醇及水中的溶解度。此外，三塔流程中加壓塔的操作壓力為5.66.0bar(G),選用修改后的非理想氣體狀態(tài)方程SRKM來計算逸度系數(shù)。5.2.2計算模塊的組織甲醇精餾系統(tǒng)主要是串聯(lián)計算即三塔串聯(lián)和雙塔串聯(lián)。常規(guī)塔的塔頂冷凝器相當于一塊理論板，可以作為塔系的一部分一次性解出，但是甲醇精餾工藝的特點是預精餾塔的塔頂兩極冷凝。這種冷凝方式顯然不同于每塊塔板的蒸餾過程，因此，采用撕裂回流的方法，把塔頂冷凝器作為一個獨立的單元模塊來模擬，計兩臺串聯(lián)換熱器的液相產(chǎn)品經(jīng)過分離罐后作為塔頂進料引入塔系，以此模擬回流。對于三塔精餾，加壓塔塔頂冷凝器同時作為常壓塔塔釜再沸器，如果嚴格規(guī)定分離要求分別計算兩塔，由于計算值與設計值存在的誤差，常壓塔再沸器熱負荷與加壓塔頂冷凝器負荷不一定相等，而且只能核算而無法進行流程的優(yōu)化研究。因此，加壓塔同樣采用預精餾塔的模擬方法，單獨計算塔頂冷凝器，并規(guī)定其熱負荷絕對值等于常壓塔再沸器的熱負荷。計算結果表明，這種方法模擬雙效精餾是簡單可行的。5.3計算結果5.3.1三塔流程物料及熱量衡算 由三塔流程物熱平衡設計值與計算值的結果對比見表3和表4。由表3可知，各物流點的溫度.壓力.組成以及塔頂冷凝器.塔釜再沸器負荷的計算值均與設計值吻合較好，說明該方法完全可以對甲醇精餾系統(tǒng)進行模擬。 表3 三塔流程物料衡算結果 （wt%）物流名稱相態(tài) （物流號）粗甲醇液（11）預精餾后甲醇液（12）加壓塔塔底甲醇水液（13）精甲醇氣（14）甲醇精餾污水液（15）精甲醇液（16）設計值計算值設計值計算值設計值計算值設計值計算值設計值計算值設計值計算值CO20.570.570.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00CO0.020.020.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00H20.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00CH40.050.050.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00N20.010.010.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00(CH3)2O0.020.020.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00Ar0.030.030.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00CH3OH94.0794.0794.6797.6990.7090.7790.9090.914.164.7999.9099.93H2O5.185.185.285.269.229.140.100.0995.0094.290.100.07異丁醇0.050.050.050.050.080.0910ppm0.000.840.9210ppm0.00總流量，kg/g134311343113243132407537753715948159397277271250012500溫度，40.0040.0082.0081.51125.00125.75122.00121.18105.00105.004.004.00壓力，bar（G）4.004.000.800.806.006.005.605.608.008.000.030.03 表4 三塔流程熱量衡算結果 （Gcal/h）塔頂冷凝器 塔釜再沸氣設計值計算值設計值計算值預精餾塔0.880.881.241.29加壓塔3.703.534.204.18常壓塔4.113.973.703.53 注：設計值指國內(nèi)某裝置的設計值。5.3.2雙塔流程物料衡算 用同樣的熱力學方法，采用三塔精餾中的粗甲醇進了，產(chǎn)品仍然是40.12500kg/h的精甲醇，將三塔流程改為典型的雙塔流程進行模擬。由于甲醇三塔精餾模擬效果比較理想，所以雙塔精餾的模擬也應該是可信的，結果見表5。 計算結果表明，精甲醇的質(zhì)量達到三塔流程的要求，產(chǎn)量也基本符合要求。因此，可以用PRO/II軟件的計算來對兩種工藝方法進行比較分析。 表5 雙塔流程物料衡算結果 （wt%）物流名稱粗甲醇預精餾后甲醇主精餾塔頂甲醇精餾污水精甲醇相態(tài) （物流號）液（1）液（2）液（3）液（4）液（5）CO20.570.000.000.000.00CO0.020.000.000.000.00H20.000.000.000.000.00CH40.050.000.000.000.00N20.010.000.000.000.00(CH3)2O0.020.000.000.000.00Ar0.030.000.000.000.00CH3OH94.0794.7099.976.7299.94H2O5.185.250.0392.380.06異丁醇0.050.050.000.900.00總流量，kg/g1343113243074612497溫度，40.0081.5175.00117.7240.00壓力，bar（G）4.000.800.531.300.565.4方案比較 為了準確全面考察雙塔流程和三塔流程的綜合經(jīng)濟性能，選擇合理的精餾工藝路線，采用同樣的進料組成并保證同樣的分離要求，分別就1Mt/a.0.5Mt/a.0.25Mt/a三種生產(chǎn)規(guī)模的甲醇精餾工藝設計的比較分析。5.4.1能耗雙塔流程與三塔流程在不同規(guī)模下的甲醇精餾裝置能耗比較見表6。 表6 能耗比較 （t/h）生產(chǎn)規(guī)模（Mt/a） 1 0.5 0.25雙塔三塔雙塔三塔雙塔三塔預精餾塔塔頂冷卻水 88.4 88 44.2 44 22.1 22塔底蒸汽 2.56 2.56 1.28 1.28 0.64 0.64主精餾塔或加壓塔塔頂冷卻水 691.8 0 345.9 0 173.0 0塔底蒸汽 13.6 8.4 6.8 4.2 3.4 2.1 常壓塔塔頂冷卻水 396.9 198.5 99.2塔底蒸汽 0 0 0 產(chǎn)品冷卻水 29.9 40.9 14.9 20.5 7.5 10.3 冷卻總耗冷卻水 810.1 525.8 405.0 263.0 202.6 131.5總耗蒸汽 16.16 10.96 8.08 5.48 4.04 2.74注：冷卻水的消耗是指33的冷卻水被加熱到43；蒸汽是指3.5bar(G)的低壓蒸汽。 比較結果表明：（1） 兩種流程中預精餾塔的分離要求及操作條件完全相同，所以能耗相同。（2） 不論是三塔流程，還是雙塔流程，單位時間所耗用的冷卻水量以及消耗的蒸汽量與生產(chǎn)規(guī)模成正比，幾同一個流程不同規(guī)模的噸甲醇能耗是相同的。（3） 三塔流程所有的冷卻水量和蒸汽量大大小于雙塔流程。究其原因：雙效精餾中的常壓塔不需外界供熱，從而降低了熱能消耗；以1Mt/a為例，三塔流程加壓塔和常壓塔的回流量小，見表7，因此耗用的蒸汽量及冷卻水量均相對較小。說明三塔流程是一種節(jié)能型工藝。 表7 回流量比較 （Kmol/h） 三塔流程 雙塔流程加壓塔 常壓塔 主精餾塔 319.5 233.9 8375.4.2塔徑 在假定塔板數(shù)和板間距不變的情況下，運用化工模擬軟件PRO/II中提供的塔水力學計算模塊對不同規(guī)模不同流程的各塔的塔徑作了粗略估算，見表8。PRO/II軟件長期的使用經(jīng)驗證明，雖然計算的塔徑并不一定能代表實際裝置的塔徑，但作為研究數(shù)據(jù)完全可以說明問題。 表8 精餾塔塔徑比較 （mm）規(guī)模（Mt/a）1 0.5 0.25 雙塔三塔雙塔三塔雙塔三塔預精餾塔914 914 762 762 610 610主精餾塔或加壓塔1829 1219 1372 914 1067 762常壓塔13721067 762 由表8可知：（1） 塔徑的變化與生產(chǎn)模式不成比例。生產(chǎn)規(guī)模擴大一倍，塔徑擴大的最大幅度僅為33%。（2） 在設備材質(zhì)相同，塔結構，塔板數(shù)和板間距不變的情況下，塔徑可以作為衡量塔設備投資的表證因素。倆中劉政預精餾塔操作條件相同，故塔徑相同。由于三塔流程中的加壓精餾塔采用了加壓操作，并于塔頂采出部分精甲醇產(chǎn)品，只有塔底甲醇和睡進入進入常壓塔，所以三塔流程中的兩個主精餾塔塔徑均小于雙塔流程主塔塔徑。從整體流程來看，曾加一個塔