本科畢業(yè)設(shè)計(jì)年產(chǎn)50萬(wàn)噸甲醇精餾線系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、1. 模擬在永城地區(qū)設(shè)計(jì)年產(chǎn) 50 萬(wàn)噸甲醇精餾線，年開(kāi)車(chē)時(shí)間 8000 小時(shí)，工藝采用 以煤制氣為原料合成粗甲醇，經(jīng)預(yù)精餾塔、加壓精餾塔和常壓精餾塔分離后得到精甲醇 的新節(jié)能型三塔工藝流程開(kāi)發(fā)的。 2計(jì)算條件： 原料氣組成 ch3ohh2och3ch2oh輕餾分雜醇 wt%953.720.11.110.07 精甲醇收率：99.6% 廢水中甲醇含量：50ppm 3.設(shè)計(jì)要求： 編寫(xiě)計(jì)算說(shuō)明書(shū)，其中包括綜述，工藝路線選擇，物料衡算與工藝計(jì)算，主要塔 設(shè)備計(jì)算，熱量衡算等。 圖紙（78 張）：甲醇精餾帶控制點(diǎn)工藝流程圖，平面布置圖，工段主要物料管 道圖，精餾塔圖，1 到 2 個(gè)主要設(shè)備圖等 說(shuō)明書(shū)

2、可以電腦打字，圖紙均為 cad 繪圖。 摘 要 甲醇最早由木材和木質(zhì)素干餾制的，故俗稱木醇，這是最簡(jiǎn)單的飽和脂肪組醇類的 代表物。無(wú)色、透明、高度揮發(fā)、易燃液體。略有酒精氣味。分子式 c-h4-o。近年來(lái)， 世界甲醇的生產(chǎn)能力發(fā)展速度較快。甲醇工業(yè)的迅速發(fā)展，是由于甲醇是多種有機(jī)產(chǎn)品 的基本原料和重要的溶劑，廣泛用于有機(jī)合成、染料、醫(yī)藥、涂料和國(guó)防等工業(yè)。由甲 醇轉(zhuǎn)化為汽油方法的研究成果，從而開(kāi)辟了由煤轉(zhuǎn)換為汽車(chē)燃料的途徑。近年來(lái)碳一化 學(xué)工業(yè)的發(fā)展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲 酯和氧分解性能好的甲醇樹(shù)脂等產(chǎn)品，正在研究開(kāi)發(fā)和工業(yè)化中。甲醇化工已成為化學(xué) 工

3、業(yè)中一個(gè)重要的領(lǐng)域。 本設(shè)計(jì)選擇了以 50 萬(wàn) t/a 甲醇精餾的產(chǎn)量作為生產(chǎn)計(jì)算與設(shè)計(jì)的任務(wù)，參考了河南 永城永煤集團(tuán)龍宇煤化工甲醇廠甲醇精餾的工藝，本設(shè)計(jì)從工藝角度對(duì)其生產(chǎn)過(guò)程和主 要設(shè)備進(jìn)行了物料衡算、塔設(shè)備簡(jiǎn)捷法計(jì)算、熱量衡算、換熱器設(shè)計(jì)等工藝計(jì)算。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：甲醇，精餾，物料衡算，熱量衡算 目目 錄錄 1 總總 論論.1 1.1 概況.1 1.1.1 甲醇的性質(zhì)和用途.1 1.1.2 甲醇精餾工藝技術(shù)比較.4 1.1.3 甲醇精餾工藝的概況.7 1.2 精餾的目的和原理和精餾塔的操作和調(diào)節(jié).8 1.2.1 粗甲醇的組成與精制要求1.8 1.2.2 工藝原理7.10 1.2.3 影

4、響因素7.13 1.2.4 精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量控制和調(diào)節(jié)7.14 1.3 甲醇的主要技術(shù)規(guī)格1.15 1.3.1 甲醇的一般性質(zhì).15 1.3.2 甲醇的沸點(diǎn)和蒸汽壓.16 1.3.3 甲醇-水系統(tǒng)的性質(zhì).16 1.4 甲醇精餾工藝流程說(shuō)明.18 1.4.1 預(yù)精餾系統(tǒng).18 1.4.2 加壓精餾系統(tǒng).18 1.4.3 常壓精餾系統(tǒng).19 1.4.4 回收精餾系統(tǒng).19 2.甲醇精餾生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算甲醇精餾生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算.20 2.1 計(jì)算參數(shù).20 2.2 預(yù)精餾塔工藝計(jì)算.21 2.2.1 物料衡算.21 2.2.2 全塔高度和塔徑的確定5.22 2.3 加壓精餾塔工藝計(jì)算3.23 2

5、.3.1 物料衡算.23 2.3.2 熱量衡算3.26 2.3.3 理論塔板數(shù)計(jì)算7.28 2.3.4 精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算.29 2.3.5 填料的選擇.34 2.3.6 塔徑設(shè)計(jì)的計(jì)算.34 2.3.7 填料層高度的計(jì)算.36 2.3.8 全塔高度的確定5.37 2.4 常壓精餾塔工藝計(jì)算.39 2.4.1 物料衡算.39 2.4.2 熱量衡算3.42 2.4.3 理論塔板數(shù)計(jì)算7.44 2.4.4 精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算.45 2.4.5 填料的選擇.50 2.4.6 塔徑設(shè)計(jì)的計(jì)算.51 2.4.7 填料層高度的計(jì)算.52 2.4.8 全塔高度的確定5.53 2.5 回收精餾塔工

6、藝計(jì)算.55 2.5.1 物料衡算.55 2.5.2 熱量衡算3.58 2.5.3 理論塔板數(shù)計(jì)算7.60 2.5.4 精餾塔主要尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算.62 2.5.5 填料的選擇.67 2.5.6 塔徑設(shè)計(jì)的計(jì)算.68 2.5.7 填料層高度的計(jì)算.69 2.5.8 全塔高度的確定.70 2.5.9 筒體的厚度和封頭的厚度確定.72 2.6 粗甲醇預(yù)熱器2.73 2.6.1 計(jì)算定性溫度，確定物理常數(shù).73 2.6.2 求溫差修正系數(shù).74 2.6.3 計(jì)算所需的傳熱面積.75 2.6.4 分別計(jì)算管程和殼程的傳熱系數(shù).76 2.6.5 管壁溫度 w t.78 2.6.6 計(jì)算管、殼程的壓力降.7

7、8 2.7 泵的選型.80 2.7.1 泵的類型、系列和型號(hào)的確定.80 2.7.2 軸封型式的確定10.81 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).82 附錄附錄.83 致致 謝謝.84 1 總 論 1.1 概況 1.1.1 甲醇的性質(zhì)和用途甲醇的性質(zhì)和用途 甲醇性質(zhì)甲醇性質(zhì) 甲醇（methanol，methylalcohol）又名木醇，木酒精，甲基氫氧化物，是一種最簡(jiǎn)單的飽和醇?；瘜W(xué) 分子式為 ch3oh，結(jié)構(gòu)式如下： h | h-c-oh | h 分子結(jié)構(gòu)：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。最早從木材干 餾得到故又稱木醇或木精。甲醇是無(wú)色有酒精氣味易揮發(fā)的液

8、體。熔點(diǎn)-93.9、沸點(diǎn) 64.7、密度 0.7914 克/厘米 3（20） 、能溶于水和許多有機(jī)溶劑。甲醇有毒，誤飲 510 毫升能雙目失明，大量飲 用會(huì)導(dǎo)致死亡。禁酒的國(guó)家，把甲醇摻入酒精中成變性酒精，使其不能飲用。甲醇易燃，其蒸氣與空 氣能形成爆炸混合物，甲醇完全燃燒生成二氧化碳和水蒸氣，同時(shí)放出熱量： 2ch3oh+3o2=2co2+4h2o。 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， 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁(yè) 也是一種化工原料，主要用于生產(chǎn)甲醛（hcho）：工業(yè)酒精里含有甲醇，但是工業(yè)酒精的主要成分 還是乙醇。

9、 甲醇有較強(qiáng)的毒性，對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)和血液系統(tǒng)影響最大，它經(jīng)消化道、呼吸道 或皮膚攝入都會(huì)產(chǎn)生毒性反應(yīng)，甲醇蒸氣能損害人的呼吸道粘膜和視力。急性中毒癥狀 有：頭疼、惡心、胃痛、疲倦、視力模糊以至失明，繼而呼吸困難，最終導(dǎo)致呼吸中樞 麻痹而死亡。慢性中毒反應(yīng)為：眩暈、昏睡、頭痛、耳鳴、現(xiàn)力減退、消化障礙。甲醇 攝入量超過(guò) 4 克就會(huì)出現(xiàn)中毒反應(yīng)，誤服一小杯超過(guò) 10 克就能造成雙目失明，飲入量大 造成死亡。致死量為 30 毫升以上，甲醇在體內(nèi)不易排出,會(huì)發(fā)生蓄積，在體內(nèi)氧化生成 甲醛和甲酸也都有毒性。在甲醇生產(chǎn)工廠，中國(guó)有關(guān)部門(mén)規(guī)定，空氣中允許甲醇濃度為 5mg/m3，在有甲醇?xì)獾默F(xiàn)場(chǎng)工作須戴防

10、毒面具，廢水要處理后才能排放，允許含量小于 200mgl 甲醇的中毒機(jī)理是，甲醇經(jīng)人體代謝產(chǎn)生甲醛和甲酸（俗稱蟻酸） ，然后對(duì)人體產(chǎn)生 傷害。常見(jiàn)的癥狀是，先是產(chǎn)生喝醉的感覺(jué)，數(shù)小時(shí)后頭痛，惡心，嘔吐，以及視線模 糊。嚴(yán)重者會(huì)失明，乃至喪命。失明的原因是，甲醇的代謝產(chǎn)物甲酸會(huì)累積在眼睛部位， 破壞視覺(jué)神經(jīng)細(xì)胞。腦神經(jīng)也會(huì)受到破壞，產(chǎn)生永久性損害。甲酸進(jìn)入血液后，會(huì)使組 織酸性越來(lái)越強(qiáng)，損害腎臟導(dǎo)致腎衰竭。 甲醇中毒，通?？梢杂靡掖冀舛痉?。其原理是，甲醇本身無(wú)毒，而代謝產(chǎn)物有毒， 因此可以通過(guò)抑制代謝的方法來(lái)解毒。甲醇和乙醇在人體的代謝都是同一種酶，而這種 酶和乙醇更具親和力。因此，甲醇中毒者，

11、可以通過(guò)飲用烈性酒（酒精度通常在 60 度以 上）的方式來(lái)緩解甲醇代謝，進(jìn)而使之排出體外。而甲醇已經(jīng)代謝產(chǎn)生的甲酸，可以通 過(guò)服用小蘇打（碳酸氫鈉）的方式來(lái)中和。 甲醇用途甲醇用途 目前，甲醇在有機(jī)合成工業(yè)中，是僅次于烯烴和芳烴的重要基礎(chǔ)有機(jī)原料。隨著技 術(shù)的發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的改變，甲醇又開(kāi)辟了許多新的用途。甲醇是較好的人工合成蛋白 的原料，蛋白轉(zhuǎn)化率較高，發(fā)酵速度快，無(wú)毒性，價(jià)格便宜。甲醇用途廣泛，是基礎(chǔ)的 有機(jī)化工原料和優(yōu)質(zhì)燃料。主要應(yīng)用于精細(xì)化工，塑料等領(lǐng)域，用來(lái)制造甲醛、醋酸、 氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多種有機(jī)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，

12、也加入汽油摻燒。甲醇是容易輸送的清潔燃料，可 以單獨(dú)或與汽油混合作為汽車(chē)燃料，用它作為汽油添加劑可起節(jié)約芳烴，提高辛烷值的 作用，汽車(chē)制造也將成為耗用甲醇的巨大部門(mén)，甲醇的消費(fèi)已超過(guò)其傳統(tǒng)用途，潛在的 耗用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其化工用途，滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)。特別是隨著能源結(jié)構(gòu)的改變， 甲醇有未來(lái)主要燃料的候補(bǔ)燃料之稱，需用量十分巨大1。 我國(guó)目前甲醇的產(chǎn)量還較低，但近年來(lái)發(fā)展速度較快，近五年來(lái)甲醇的生產(chǎn)規(guī)模有 了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。從我國(guó)能源結(jié)構(gòu)出發(fā)，甲醇由煤制的技術(shù)已經(jīng)成熟，近幾年由煤制 甲醇的工藝已經(jīng)全面工業(yè)化生產(chǎn)，將來(lái)在我國(guó)甲醇有希望替代石油燃料和石油化工的原 料，蘊(yùn)藏著潛在的巨大市場(chǎng)。我國(guó)甲醇

13、工業(yè)無(wú)疑將迅速發(fā)展起來(lái)13。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 國(guó)內(nèi)外甲醇工業(yè)現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外甲醇工業(yè)現(xiàn)狀 目前國(guó)內(nèi)甲醇裝置規(guī)模普遍較小，且多采用煤頭路線，以煤為原料的約占到 78%；單 位產(chǎn)能投資高，約為國(guó)外大型甲醇裝置投資的 2 倍，導(dǎo)致財(cái)務(wù)費(fèi)用和折舊費(fèi)用高。這些 都影響成本。據(jù)了解，我國(guó)有近 200 家甲醇生產(chǎn)企業(yè)，但其中 10 萬(wàn)噸/年以上的裝置卻 只占 20%，最大的甲醇生產(chǎn)裝置產(chǎn)能也就是 60 萬(wàn)噸/年，其余 80%都是 10 萬(wàn)噸/年以下的 裝置。根據(jù)這樣的裝置格局，業(yè)內(nèi)普遍估計(jì)，目前我國(guó)甲醇生產(chǎn)成本大約在 1400 元 1800 元/噸（約 200 美元/噸） 。

14、一旦出現(xiàn)市場(chǎng)供過(guò)于求的局面，國(guó)內(nèi)甲醇價(jià)格有可能要 下跌到約 2000 元/噸，甚至更低。這對(duì)產(chǎn)能規(guī)模小、單位產(chǎn)能投資較高的國(guó)內(nèi)大部分甲 醇生產(chǎn)企業(yè)來(lái)講會(huì)壓力劇增。 而以中東和中南美洲為代表的國(guó)外甲醇裝置普遍規(guī)模較大。目前國(guó)際上最大規(guī)模的 甲醇裝置產(chǎn)能已達(dá)到 170 萬(wàn)噸/年。2008 年 4 月底，沙特甲醇公司 170 萬(wàn)噸/年的巨型甲 醇裝置在阿爾朱拜勒投產(chǎn)，使得該公司 5 套大型甲醇裝置的總產(chǎn)能達(dá)到 480 萬(wàn)噸/年。國(guó) 外企業(yè)裝置規(guī)模大，公用設(shè)施分?jǐn)偼顿Y就少，且采用天然氣路線，單位產(chǎn)能投資大幅下 降，成本競(jìng)爭(zhēng)力大為增強(qiáng)。據(jù)石油和化工規(guī)劃院分析，目前國(guó)外天然氣產(chǎn)地在建的大型 甲醇生產(chǎn)裝置成

15、本只有 6080 美元/噸。 不僅如此，國(guó)外大型甲醇裝置多以天然氣為原料，采用天然氣兩段轉(zhuǎn)化或自熱轉(zhuǎn)化 技術(shù)，包括德國(guó)魯奇公司、丹麥托普索公司、英國(guó)卜內(nèi)門(mén)化工公司和日本三菱公司等企 業(yè)的技術(shù)。相對(duì)煤基甲醇技術(shù)，天然氣轉(zhuǎn)化技術(shù)成熟可靠，轉(zhuǎn)化規(guī)模受甲醇規(guī)模影響較 小，裝置緊湊，占地面積小。盡管近年來(lái)國(guó)際市場(chǎng)天然氣價(jià)格也在上漲，但國(guó)外甲醇生 產(chǎn)企業(yè)依靠長(zhǎng)期供應(yīng)協(xié)議將價(jià)格影響因素降至最低。 而我國(guó)大部分甲醇生產(chǎn)以煤為原料，氣化裝置規(guī)模有限和占地面積大的先天缺陷制 約著甲醇生產(chǎn)裝置向大型化發(fā)展。同時(shí)近年來(lái)煤炭?jī)r(jià)格的大幅度上漲對(duì)本來(lái)還具有一定 成本優(yōu)勢(shì)的煤基甲醇產(chǎn)生較大影響，再加上煤基甲醇大多建在西部地區(qū)

16、，運(yùn)輸費(fèi)用較高。 種種因素進(jìn)一步削弱了煤基甲醇的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。 國(guó)外大型甲醇裝置集中投產(chǎn)后，傳統(tǒng)的銷(xiāo)售渠道無(wú)法消化驟然增多的甲醇。2010 年 之前，國(guó)外甲醇以低價(jià)沖擊中國(guó)市場(chǎng)幾無(wú)懸念。 產(chǎn)品能耗：60 吉焦/噸 pk30 吉焦/噸 現(xiàn)實(shí)是：國(guó)外甲醇生產(chǎn)規(guī)模大，技術(shù)先進(jìn)，管理嚴(yán)格，能耗低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；國(guó) 內(nèi)大甲醇裝置的產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)達(dá)到國(guó)際水平，但許多小甲醇或聯(lián)醇裝置產(chǎn)品質(zhì)量尚不穩(wěn) 定。 據(jù)全國(guó)化學(xué)工程技術(shù)委員會(huì)副主任、中石化寧波工程有限公司副總工程師唐宏青介 紹，國(guó)內(nèi)煤基甲醇每噸產(chǎn)品能耗為 5060 吉焦，耗煤 1.6 噸左右，耗水 2230 噸。以 天然氣為原料生產(chǎn)的甲醇每噸產(chǎn)品能耗約為 4

17、0 吉焦，耗天然氣 9001150 立方米，耗水 1620 噸。我國(guó)小型聯(lián)醇裝置每噸產(chǎn)品耗能則高達(dá) 70 吉焦。而國(guó)外大型甲醇裝置基本都 以天然氣為原料，并且每噸產(chǎn)品能耗只有 2530 吉焦，耗天然氣 760920 立方米，耗 水 1015 噸。 另外，由于我國(guó)甲醇生產(chǎn)大多采用煤基路線，酸性氣體和灰渣排放量較大，需投入 較多資金建設(shè)環(huán)保處理設(shè)施。而國(guó)外以天然氣為原料的大型甲醇裝置，基本屬于清潔生 產(chǎn)，對(duì)環(huán)境影響較小，環(huán)保投入也相應(yīng)較小。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 運(yùn)輸成本：55 美元/噸 pk25 美元/噸 許多業(yè)內(nèi)專家都向記者提到了國(guó)內(nèi)甲醇生產(chǎn)的一個(gè)先天不足：我國(guó)

18、甲醇生產(chǎn)所需原 料煤炭、天然氣主要集中在經(jīng)濟(jì)較落后、交通不便的西部，而我國(guó)甲醇市場(chǎng)消費(fèi)中心在 華東和華南地區(qū)。西部甲醇運(yùn)到華東和華南地區(qū)需鐵路或公路的長(zhǎng)途運(yùn)輸，運(yùn)輸費(fèi)用最 高達(dá) 400 元/噸（約 55 美元/噸） 。甲醇產(chǎn)地與消費(fèi)地相距較遠(yuǎn)，導(dǎo)致交通運(yùn)輸成為今后 我國(guó)甲醇發(fā)展的主要瓶頸。 而大甲醇裝置集中的中東和中南美洲地區(qū)，同時(shí)也是世界上天然氣資源最為豐富的 地區(qū)，資源地和甲醇生產(chǎn)裝置與沿海地區(qū)距離較近，生產(chǎn)裝置緊靠甲醇裝運(yùn)碼頭，甲醇 產(chǎn)品全部采用海路運(yùn)輸，運(yùn)輸方便。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從中東、中南美洲和澳洲地區(qū)將甲醇運(yùn)到 亞洲主港地每噸產(chǎn)品的運(yùn)費(fèi)只有 25 美元左右，運(yùn)輸費(fèi)用較低。 而且，在物流方面

19、，即使條件好的國(guó)內(nèi)甲醇企業(yè)也僅有廠內(nèi)儲(chǔ)運(yùn)和鐵路裝運(yùn)設(shè)施， 國(guó)內(nèi)目前還沒(méi)有全國(guó)性更沒(méi)有世界性的甲醇中轉(zhuǎn)運(yùn)輸基地，沒(méi)有甲醇大型專用運(yùn)輸工具。 而國(guó)外甲醇生產(chǎn)商大多在世界各地建有大型甲醇中轉(zhuǎn)基地和儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施，擁有自己或長(zhǎng)期 租用的甲醇運(yùn)輸船隊(duì)。 投資模式：?jiǎn)未颡?dú)斗 pk 合作運(yùn)營(yíng) 如果談到國(guó)內(nèi)甲醇生產(chǎn)的后天不足，業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為主要是目前國(guó)內(nèi)甲醇裝置建設(shè)大 多是獨(dú)資企業(yè)，少有合資合作。這對(duì)于動(dòng)轍投資上百億元的甲醇及下游產(chǎn)品項(xiàng)目來(lái)說(shuō)， 無(wú)疑加大了融資難度和投資風(fēng)險(xiǎn)。 而國(guó)外甲醇裝置大多為合資合作建設(shè)與運(yùn)營(yíng)。一般股東構(gòu)成包括投資商、專利商、 銷(xiāo)售商和資源供應(yīng)商等，且投資商和股東委托專業(yè)資產(chǎn)管理公司協(xié)助運(yùn)營(yíng)。這

20、樣便能有 效解決融資問(wèn)題，降低資金成本和投資風(fēng)險(xiǎn)，并在技術(shù)、原料供應(yīng)和產(chǎn)品銷(xiāo)售等方面得 到保證，最大限度地優(yōu)化各種生產(chǎn)要素，提高項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)力。 營(yíng)銷(xiāo)模式：自行銷(xiāo)售 pk 專業(yè)銷(xiāo)售商 據(jù)正智遠(yuǎn)東公司調(diào)查，盡管我國(guó)已成為最主要的甲醇生產(chǎn)國(guó)，但目前國(guó)內(nèi)甲醇生產(chǎn) 企業(yè)還屬內(nèi)向型企業(yè)，產(chǎn)品幾乎全部面向國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，建設(shè)項(xiàng)目的市場(chǎng)分析和決策幾乎也 全部依賴于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，出口量微乎其微，根本無(wú)暇顧及到國(guó)際市場(chǎng)上的需求和變化。 1.1.2 甲醇精餾工藝技術(shù)比較甲醇精餾工藝技術(shù)比較 工業(yè)上粗甲醇精餾的工藝流程，隨著粗甲醇合成方法不同而有差異，其精制過(guò)程的 復(fù)雜程度有較大差別，但基本方法是一致的。首先，總是以蒸餾的方法在

21、蒸餾塔的頂部， 脫除較甲醇沸點(diǎn)低的輕組分，這時(shí)，也可能有部分高沸點(diǎn)的雜質(zhì)和甲醇形成共沸物，隨 輕組分一并除去。然后，仍以蒸餾的方法在塔的底部或底側(cè)脫除水和重組分，從而獲得 純凈甲醇組分。其次，根據(jù)精甲醇對(duì)穩(wěn)定性或其他特殊指標(biāo)的要求，采取必要的輔助方 法。 近年來(lái)，由于催化劑、粗甲醇合成條件以及制取原料氣的改進(jìn)，粗甲醇的精餾過(guò)程 相應(yīng)有較大的變更。加上新型精餾設(shè)備的使用，對(duì)工藝流程也產(chǎn)生一定影響。在決定粗 甲醇精餾的工藝流程時(shí)，應(yīng)對(duì)這些條件進(jìn)行綜合考慮，并結(jié)合到過(guò)程中能源消耗的降低， 自動(dòng)化程度的提高，對(duì)精甲醇質(zhì)量的特殊要求等等，合理選擇適當(dāng)?shù)木s方法8。 甲醇精餾按工藝主要分為3種: 雙塔精餾

22、工藝技術(shù)、帶有高錳酸鉀反應(yīng)的精餾工藝技 術(shù)和我國(guó)自行開(kāi)發(fā)的三塔精餾工藝技術(shù)。雙塔精餾工藝技術(shù)由于具有投資少、建設(shè)周期 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 短、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn), 被我國(guó)眾多中、小甲醇生產(chǎn)企業(yè)所采用，尤其在聯(lián)醇裝置中得到了 迅速推廣。帶有高錳酸鉀反應(yīng)的精餾工藝技術(shù)僅在單醇生產(chǎn)中用鋅鉻為催化劑的產(chǎn)品中 有應(yīng)用。近年來(lái),隨著甲醇合成銅基催化劑的廣泛應(yīng)用和氣體凈化水平的提高, 粗甲醇生 產(chǎn)中的副反應(yīng)減少和雜質(zhì)的降低, 此工藝流程已經(jīng)很少采用。三塔精餾工藝技術(shù)是為減少 甲醇在精餾中的損耗和提高熱利用率而開(kāi)發(fā)的一種先進(jìn)、高效和能耗較低的工藝流程,近 年來(lái)在大、中型企業(yè)中得到

23、了推廣和應(yīng)用。 精餾塔按內(nèi)件可分為板式精餾塔和填料型精餾塔。傳統(tǒng)的精餾塔大都是以浮閥為主 的板式塔, 隨著新型板式塔的開(kāi)發(fā)成功, 又出現(xiàn)了導(dǎo)向浮閥、斜孔篩板等結(jié)構(gòu), 但由于板 式塔開(kāi)孔率低, 介質(zhì)傳質(zhì)、傳熱效率差, 總體效果并不太理想。效率較高的填料塔是最近 幾年才出現(xiàn)的, 采用以高效絲網(wǎng)波紋填料和配套的分布器為核心的精餾技術(shù)。 相同規(guī)模的裝置三塔精餾與雙塔精餾相比投資增加20%以上, 但運(yùn)行費(fèi)用一般可節(jié)省 20%。企業(yè)選擇哪種精餾工藝技術(shù),主要取決于企業(yè)甲醇實(shí)際生產(chǎn)能力、預(yù)期生產(chǎn)規(guī)模、 甲醇市場(chǎng)行情, 以及企業(yè)的公用工程水、電、汽的富裕程度等。一般說(shuō)來(lái),甲醇生產(chǎn)規(guī)模 在5萬(wàn)t/a以下時(shí)宜選擇

24、雙塔精餾工藝, 因?yàn)殡p塔精餾工藝投資省、建設(shè)周期短、裝置簡(jiǎn)單, 易于操作和管理,雖然消耗高于三塔精餾工藝技術(shù), 但在5萬(wàn)t/a生產(chǎn)規(guī)模以下時(shí)其經(jīng)濟(jì)技術(shù) 指標(biāo)較占優(yōu)勢(shì)。5萬(wàn)t/a 以上的企業(yè)宜選擇三塔精餾工藝, 因?yàn)殡S著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大, 三塔 精餾工藝的節(jié)能、高效優(yōu)勢(shì)才能體現(xiàn)出來(lái)。在每萬(wàn)噸甲醇的消耗投資方面三塔精餾低于 雙塔精餾工藝。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 另外, 三塔精餾工藝在雙塔精餾裝置進(jìn)行增產(chǎn)、降耗的技術(shù)改造中有比較廣闊的應(yīng)用, 是企業(yè)擴(kuò)大現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)模較經(jīng)濟(jì)、有效的技術(shù)措施。在原有雙塔流程中僅增加1臺(tái)加壓塔 和部分設(shè)備, 裝置生產(chǎn)能力就能翻1倍；比雙塔流程節(jié)

25、約能耗20%以上；由于增加了乙醇 等產(chǎn)品的采出, 產(chǎn)品質(zhì)量符合國(guó)際aa標(biāo)準(zhǔn), 有更廣闊的銷(xiāo)售市場(chǎng)和更高的產(chǎn)品售價(jià)；由于 兩流程近似,操作和管理方法易于接受。三塔精餾工藝是一項(xiàng)企業(yè)進(jìn)行增產(chǎn)降耗技術(shù)改造 的非常適合的、較好的技術(shù)方案。 不論采用何種精餾工藝流程, 精餾塔都是該裝置的核心設(shè)備, 其決定著裝置能耗的高 低和產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。填料型精餾塔工藝, 其核心設(shè)備主、預(yù)塔都選用新型填料型精餾塔, 塔內(nèi)采用高效的、經(jīng)特殊工藝處理的不銹鋼絲網(wǎng)波紋填料和配套的新型氣液分布器，該 塔具備以下優(yōu)點(diǎn)： (1) 塔板效率高采用甲醇精餾專用不銹鋼絲網(wǎng)波紋填料, 空隙率0. 85 m2/ m3 , 理論塔板 數(shù)81

26、0塊/m , 經(jīng)特殊工藝處理后, 具有優(yōu)良的傳質(zhì)、傳熱性能和液體均布能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 這樣可減少理論塔板數(shù),降低精餾塔的高度,單位生產(chǎn)能力大。生產(chǎn)控制中采用的較小回流 比, 提高了精甲醇質(zhì)量, 降低了泵的揚(yáng)程, 節(jié)省了電耗。 (2) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于維修和安裝精餾塔內(nèi)填料分層安裝,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,設(shè)備體積小, 物料在系 統(tǒng)中停留時(shí)間縮短,產(chǎn)品質(zhì)量提高。 (3) 操作彈性大由于絲網(wǎng)填料具有的優(yōu)良傳質(zhì)、傳熱性能,能迅速適應(yīng)物料各種工藝參數(shù) 的變化, 易于操作,控制手段簡(jiǎn)單,穩(wěn)定區(qū)域大， 可保證系統(tǒng)有較大的彈性, 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。 傳統(tǒng)雙塔精餾工藝與填料型三塔精餾工藝的投資和單耗(噸甲醇消耗) 比較見(jiàn)表1-1。

27、 表1-1 傳統(tǒng)雙塔與填料型三塔精餾工藝比較 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 三塔精餾工藝1230.91.3608030 填料型甲醇精餾工藝, 由于采用了先進(jìn)的甲醇精餾專用絲網(wǎng)規(guī)整填料和配套的新型分 布器, 加之在系統(tǒng)熱量的分配上合理優(yōu)化, 從而使能耗大為降低。雙塔精餾能耗達(dá)到傳統(tǒng) 的板式三塔消耗水平, 三塔精餾能耗比傳統(tǒng)的板式三塔降低15%以上, 5萬(wàn)t/a甲醇生產(chǎn)企業(yè) 年運(yùn)行費(fèi)用可節(jié)省200萬(wàn)元以上。 甲醇精餾填料型三塔工藝技術(shù)和甲醇精餾專用絲網(wǎng)規(guī)整填料的成功開(kāi)發(fā), 為眾多大、 中型甲醇生產(chǎn)企業(yè)的增產(chǎn)、降耗提供了技術(shù), 為企業(yè)大幅度降低甲醇生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品 質(zhì)量和擴(kuò)

28、大市場(chǎng)占有率提供了可能, 具有著明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 綜上所述，因此本設(shè)計(jì)也才用填料型三塔甲醇精餾工藝技術(shù)。另外為了減少甲醇的 損失，增加了一個(gè)塔,以對(duì)污水中的甲醇進(jìn)行回收處理，故現(xiàn)在一般叫 3+1 塔工藝流程。 1.1.3 甲醇精餾工藝的概況甲醇精餾工藝的概況 1、工序任務(wù) 甲醇精餾是甲醇合成的下游工序，其目的就是對(duì)合成裝置來(lái)的粗甲醇進(jìn)行精制，將甲 醇中的雜質(zhì)進(jìn)行脫除，以生產(chǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)等級(jí)精甲醇產(chǎn)品。 2、裝置工藝特點(diǎn) 目前，總體來(lái)說(shuō)甲醇精餾的工藝大體可分為兩塔工藝流程和三塔工藝流程，根據(jù)塔 內(nèi)件的不同可分為塔盤(pán)精餾、填料精餾和復(fù)合型精餾。 本甲醇精餾裝置采用的是以規(guī)整填料為塔內(nèi)件的

29、三塔精餾工藝，精餾用汽為低壓蒸 汽。各塔再沸器蒸汽冷凝液用作粗甲醇預(yù)熱器熱源，以節(jié)約能量。另外為了減少甲醇的 損失，增加了一個(gè)塔,以對(duì)污水中的甲醇進(jìn)行回收處理，故現(xiàn)在一般叫 3+1 塔工藝流程。 精餾的主要設(shè)備是精餾塔，而塔的內(nèi)件是實(shí)現(xiàn)氣液接觸和熱質(zhì)傳遞的主要元件，常 用的塔內(nèi)件分塔盤(pán)和填料兩種。填料是最早使用的塔內(nèi)件，當(dāng)初使用在小塔徑的塔里， 由于其設(shè)計(jì)、制造、安裝難度不大，應(yīng)用十分廣泛。隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，精餾塔的內(nèi) 徑越來(lái)越大，于是氣液分布不均問(wèn)題顯得突出，效率大幅下降，直徑大于 2 米的塔的效 率已相當(dāng)?shù)?，溝流和邊界效?yīng)嚴(yán)重，為解決這些問(wèn)題，人們開(kāi)發(fā)了板式塔，但是板式塔 的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制

30、造和安裝精度要求高，因而人們又加緊了對(duì)填料塔放大技術(shù)的攻關(guān)，在 解決了氣液分布等問(wèn)題后，大型裝置又開(kāi)始使用填料塔。目前的填料分為散堆填料和規(guī) 整填料。設(shè)計(jì)的甲醇精制采用的是規(guī)整填料精餾工藝技術(shù)，該技術(shù)的好壞取決于氣液接 觸程度，即取決于液體在填料表面分布的均勻程度，氣體的分布較容易，液體分布均勻 很難，故液體分布器是填料塔的一個(gè)關(guān)鍵部件，它是決定著填料塔的放大效應(yīng)。采用槽 式液體分布器和槽-盤(pán)式液體分布器可以較好地解決抗堵、防夾帶等問(wèn)題，壓降小、負(fù)荷 彈性大。 采用規(guī)整填料為塔內(nèi)件的 3+1 塔精餾工藝，其特點(diǎn)是： 1、精甲醇產(chǎn)品的質(zhì)量好，甲醇回收率高； 2、能耗低。比兩塔工藝減少蒸汽消耗約

31、30%左右； 3、操作的靈敏性比板式塔好，但其穩(wěn)定性不如板式塔好； 4、采取了萃取精餾和共沸精餾工藝，有效解決了微量難分離組分的脫除問(wèn)題； 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 5、分離效率高，操作彈性大，生產(chǎn)能力大。 1.2 精餾的目的和原理以及精餾塔的操作和調(diào)節(jié) 1.2.1 粗甲醇的組成與精制要求粗甲醇的組成與精制要求1 1.粗甲醇的組成 甲醇合成不論采用鋅鉻催化劑或銅基催化劑，均受其選擇性的限制，且受合成條件 壓力、溫度、合成氣組成的影響，在生產(chǎn)甲醇反應(yīng)的同時(shí)，還伴隨著一系列副反應(yīng)，其 產(chǎn)品系主要由甲醇以及水、有機(jī)雜質(zhì)等組成的混合溶液，故稱為粗甲醇。 以色譜分析或色譜-質(zhì)

32、譜聯(lián)合分析測(cè)定粗甲醇的組成有 40 多種，包含了醇、醛、酮、 醚、酸、烷烴等等。如有氮的存在，還發(fā)現(xiàn)有易揮發(fā)的胺類。其它含有少量生產(chǎn)系統(tǒng)中 帶來(lái)的羰基鐵，及微量的催化劑等雜質(zhì)。下表 1-2 列出了粗甲醇中部分有機(jī)物，具有一定 的代表性11。 表 1-2 按沸點(diǎn)順序排列的粗甲醇組分 組 分沸點(diǎn)，組 分沸點(diǎn)，組 分沸點(diǎn)， 二甲醚-23.7甲醇64.7異丁醇107.0 乙醛20.2異丙烯醚67.5正丁醇117.7 甲酸甲酯31.8正己烷69.0異丁醚122.3 二乙醚34.6乙醇78.4二異丙基酮123.7 正戊烷36.4甲乙酮79.6正辛烷125.0 丙醛48.0正戊醇97.0異戊醇130.0 丙

33、烯醛52.5正庚烷98.04-甲基戊醇131.0 醋酸甲酯54.1水100.0正戊醇138.0 丙酮56.5甲基異丙酮101.7正壬烷150.7 異丁醛64.5醋酐103.0正癸烷174.0 為了精餾過(guò)程中便于處理，上述組成大致可分為幾組：1.輕餾分（表中 115 組分， 甲醇，乙醇例外） ；2.甲醇；3.水；4.重組分（表中 1630） ；5.乙醇。 由于輕餾分、重組分和乙醇在經(jīng)過(guò)預(yù)精餾塔精餾后，含量較小，所以在后面的三個(gè)塔計(jì) 算過(guò)程中均用甲醇-水雙組分精餾。 粗甲醇中這些雜質(zhì)組分的含量多少，可視為衡量粗甲醇的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。顯然，精甲醇 的質(zhì)量和精制過(guò)程中的損耗，與粗甲醇的質(zhì)量關(guān)系極大。從精制角

34、度考慮，甲醇合成過(guò) 程中副反應(yīng)越少越好，從而提高粗甲醇的質(zhì)量，就可能在容易獲得高質(zhì)量精甲醇的同時(shí)， 又降低了精制中物料和能量的消耗。 決定粗甲醇質(zhì)量的主要因素?zé)o疑是催化劑，銅系催化劑的選擇性顯然處于優(yōu)越的地 位，反應(yīng)溫度也低，副反應(yīng)少，因此制得的粗甲醇含雜質(zhì)較少。同時(shí)，粗甲醇中所含雜 質(zhì)的種類和數(shù)量，又與原料氣的組成和合成條件及設(shè)備的材質(zhì)有關(guān)。 2.精制要求 雖然各種雜質(zhì)的含量不多，但正是由于這些雜質(zhì)的超量存在，使得甲醇合成所得的 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 粗甲醇不能直接用作有機(jī)化工的基礎(chǔ)原料。如：生產(chǎn)甲醛是目前甲醇的主要用途之一， 但如果甲醇中的烷烴含量超標(biāo)，在甲

35、醇氧化、脫氫時(shí)由于沒(méi)有過(guò)量空氣，便生成碳黑覆 于催化劑的表面，影響催化劑的活性；高級(jí)醇可使生產(chǎn)的甲醛產(chǎn)品的酸值不合格；甲醇 中的水由于在甲醇蒸發(fā)汽化時(shí)不易揮發(fā)，在蒸發(fā)器中濃縮積累，使甲醇濃度降低，可引 起原料配比失調(diào)而發(fā)生爆炸；作為甲醇另一主要用途之一的醋酸生產(chǎn)，對(duì)甲醇中的乙醇 含量有著較為嚴(yán)格的規(guī)定；甲醇還被用作生產(chǎn)塑料、涂料、香料、農(nóng)藥、醫(yī)藥、人造纖 維等原料，都可能由于這些少量雜質(zhì)的超量存在而影響產(chǎn)品的純度和產(chǎn)品的性能。 為了滿足作為基礎(chǔ)化工原料的基本要求，必須對(duì)粗甲醇進(jìn)行精制，將粗甲醇中的雜 質(zhì)脫除至規(guī)定的指標(biāo)之內(nèi)。目前工業(yè)上對(duì)粗甲醇進(jìn)行精制常用的物理方法就是精餾。 一般工業(yè)上出于對(duì)甲

36、醇產(chǎn)品的要求，規(guī)定了精甲醇中含雜質(zhì)量的指標(biāo)。本設(shè)計(jì)采用 國(guó)外甲醇的質(zhì)量的指標(biāo)，產(chǎn)品質(zhì)量符合美國(guó)聯(lián)邦 aa 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)質(zhì)甲醇的指標(biāo)集中表現(xiàn)在 沸程短，純度高，穩(wěn)定性好并含有機(jī)雜質(zhì)量極小。 甲醇精餾是甲醇合成的下游工序，其目的就是對(duì)合成裝置來(lái)的粗甲醇進(jìn)行精制，將 甲醇中的雜質(zhì)進(jìn)行脫除，以生產(chǎn)符合標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)等級(jí)精甲醇產(chǎn)品。 1.2.2 工藝原理工藝原理7 液態(tài)物質(zhì)的飽和蒸汽壓力隨溫度的升高而升高：在同一溫度下的平衡系統(tǒng)中，不同 物質(zhì)的飽和蒸汽壓力不同，飽和蒸汽壓力大的稱它揮發(fā)度大，反之稱它揮發(fā)度小，兩種 物質(zhì)飽和蒸汽壓力之比稱為相對(duì)揮發(fā)度。液態(tài)混合物在飽和狀態(tài)下，各組分的揮發(fā)度用 它在蒸汽中的分壓和與

37、之平衡的液相中的摩爾分率之比來(lái)表示，即： 1 1 1 x p v 2 2 2 x p v 式中：v-揮發(fā)度； p-蒸汽中分壓； x-液相中摩爾濃度。 由于揮發(fā)度隨溫度而變化，使用不方便，故改用相對(duì)揮發(fā)度更便利。即： 2 1 v v 式中：-為相對(duì)揮發(fā)度。 相對(duì)揮發(fā)度的含義是液相混合物中易揮發(fā)組分的揮發(fā)度與難揮發(fā)組分揮發(fā)度之比， 對(duì)于理想溶液就是飽和蒸汽壓之比。 液相混合物在飽和狀態(tài)下，氣相中各組分相對(duì)組成與原液相中的相對(duì)組成不同，在 氣相組成中，揮發(fā)度高的組分的濃度高些，分壓高些，揮發(fā)度低的組分濃度相對(duì)低些， 分壓也低些；在液相組成中正好相反，揮發(fā)度低的組分的濃度高些，揮發(fā)度高的組分的 濃度低

38、些；相對(duì)揮發(fā)度越大，這種濃度差就越大。 對(duì)于粗甲醇中的雜質(zhì)，通常以甲醇的沸點(diǎn)為界，分為輕組分雜質(zhì)和重組分雜質(zhì)。常 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 壓下甲醇的沸點(diǎn)為 64.7，輕組分雜質(zhì)是指其沸點(diǎn)低于 64.7的組分，而重組分雜質(zhì)是 指沸點(diǎn)高于 64.7的組分。 粗甲醇精餾就是根據(jù)粗甲醇中各種組分的沸點(diǎn)和相對(duì)揮發(fā)度的不同，在精餾塔內(nèi)的 熱質(zhì)傳遞元件上，通過(guò)建立物料、熱量和汽液相平衡，在汽液相之間連續(xù)不斷地實(shí)現(xiàn)熱 質(zhì)的傳遞：在液相由上向下流動(dòng)的過(guò)程中，由于塔內(nèi)溫度由上到下連續(xù)升高，沸點(diǎn)低、 易揮發(fā)的輕組分相對(duì)地從液相向汽相中擴(kuò)散傳遞，而汽相在由下向上流動(dòng)的過(guò)程中，由 于溫度

39、連續(xù)降低，沸點(diǎn)高、揮發(fā)度較低的重組分則相對(duì)地向液相中凝集傳遞，同時(shí)熱量 從汽相向液相傳遞。經(jīng)過(guò)在精餾塔內(nèi)反復(fù)多次連續(xù)地進(jìn)行這種熱質(zhì)傳遞，最終實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵 輕組分在塔頂高濃度集聚、重組分在塔底高濃度集聚的分離過(guò)程。精餾工藝的理論基礎(chǔ) 是拉烏爾定律和道爾頓分壓定律。 拉烏爾定律是指：在一定溫度下的平衡理想溶液（假設(shè)兩種液體可以任何比例相互 溶解、互溶無(wú)體積效應(yīng)和熱效應(yīng)）體系中，溶液表面上方的蒸汽中任一組分的分壓，等 于此純組分在此溫度下的飽和蒸汽壓乘以其在溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)，可用如下式子表示： iii xpp * 式中：-氣相中組分 i 的分壓； i p -此溫度下純組分 i 的飽和蒸汽壓； * i p

40、 -組分 i 在理想溶液中的摩爾濃度，%。 i x 而道爾頓定律是指：在一定溫度下的平衡系統(tǒng)中，溶液表面上方的壓力等于汽相混 合物中各組分的分壓之和，即： i pp 式中：-求和： -氣相壓力；p -氣相中組分 i 的分壓。 i p 對(duì)于在一定溫度下，由 a 和 b 兩種物質(zhì)組成的雙組分理想溶液的平衡系統(tǒng)，可以通 過(guò)上述的拉烏爾定律和道爾頓定律來(lái)求取理想溶液系統(tǒng)的氣液相平衡關(guān)系式如下： )/()( * baba ppppx ab xx1 aaa xpp * ab yy1 aa ypp ab ppp 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 式中：、-為溶液中組分 a 和組分 b

41、的摩爾分?jǐn)?shù)； a x b x 、-為純正組分 a 和 b 在同一溫度下的飽和蒸汽壓； * a p * b p 、-為氣相中組分 a 和組分 b 的摩爾分?jǐn)?shù)； a y b y 、-為氣液相平衡時(shí)氣相中 a 和 b 蒸汽分壓； a p b p -為理想溶液達(dá)到平衡時(shí)溶液上方的汽相總壓。p 如果已經(jīng)知道某液體組分在某溫度下的飽和蒸汽壓，就可以利用拉烏爾定律計(jì)算出 該液體與另一液體構(gòu)成不同濃度混合液的氣相分壓。 精餾是多次簡(jiǎn)單蒸餾的組合。蒸餾操作系基于混合液中各組分在相同的溫度條件下具 有不同的揮發(fā)度，當(dāng)加熱至沸騰以后，將生成的蒸汽引出進(jìn)行冷凝，其冷凝液組成與原 來(lái)的混合液不同，其中易揮發(fā)組分的含量較

42、前增加。如此不斷汽化、冷凝操作，最后使 混合液中的組分幾乎以純組分被分離開(kāi)來(lái)。 粗甲醇精餾就是根據(jù)粗甲醇中各種組分的沸點(diǎn)和相對(duì)揮發(fā)度的不同，在精餾塔內(nèi)的 熱質(zhì)傳遞元件上，通過(guò)建立物料、熱量和汽液相平衡，在汽液相之間連續(xù)不斷地實(shí)現(xiàn)熱 質(zhì)的傳遞：在液相由上向下流動(dòng)的過(guò)程中，由于塔內(nèi)溫度由上到下連續(xù)升高，沸點(diǎn)低、 易揮發(fā)的輕組分相對(duì)地從液相向氣相中擴(kuò)散傳遞，而氣相在由下向上流動(dòng)的過(guò)程中，由 于溫度連續(xù)降低，沸點(diǎn)高、揮發(fā)度較低的重組分則相對(duì)地向液相中凝集傳遞，同時(shí)熱量 從氣相向液相傳遞。經(jīng)過(guò)在精餾塔內(nèi)反復(fù)多次連續(xù)地進(jìn)行這種熱質(zhì)傳遞，最終實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵 輕組分在塔頂高濃度集聚、重組分在塔底高濃度集聚的分離過(guò)程

43、。 1.2.3 影響因素影響因素7 1.物料平衡的影響和制約 保持精餾裝置的物料平衡是精餾塔穩(wěn)態(tài)操作的必要條件。根據(jù)全塔物料衡算可知， 對(duì)于一定的原料液流量 f，只要確定了分離程度 和 ,餾出液流量 d 和釜?dú)堃毫髁?d x w x w 也就被確定了。而 和 決定于氣液平衡關(guān)系（） 、q、r 和理論板數(shù)（適 d x w x f x t n 宜的進(jìn)料位置） ，因此 d 和 w 或采出率與只能根據(jù) 和 確定，而不能任意增減， f d f w d x w x 否則進(jìn)、出塔的兩個(gè)組分的量不平衡，必然導(dǎo)致塔內(nèi)組成變化，操作波動(dòng)，使操作不能 達(dá)到預(yù)期的分離要求。 2.回流比的影響 回流比是影響精餾塔分離效

44、果的主要因素，生產(chǎn)中經(jīng)常用改變回流比來(lái)調(diào)節(jié)、控制 產(chǎn)品的質(zhì)量。例如當(dāng)回流比增大時(shí)，精餾段操作線斜率變大，該段內(nèi)傳質(zhì)推動(dòng)力增加， v l 因此在一定的精餾段板數(shù)下餾出液組成變大。同時(shí)回流比增大，提餾段操作線斜率變 v l 小，該段的傳質(zhì)推動(dòng)力增加，因此在一定的提餾段理論板數(shù)下，釜?dú)堃航M成變小。反之， 當(dāng)回流比減小時(shí)，減小而增大，使分離效果變差。 d x w x 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 回流比增加，使塔內(nèi)上升蒸汽量及下降液體量均增加，若塔內(nèi)氣液負(fù)荷超過(guò)允許值， 則應(yīng)減小原料液流量。回流比變化時(shí)，再沸器和冷凝器的傳熱量也應(yīng)相應(yīng)發(fā)生變化。 應(yīng)指出，在采出率一定的條件下，

45、若以增大 r 來(lái)提高，則有以下限制： f d d x 受精餾塔理論板數(shù)的限制，因?yàn)閷?duì)一定的板數(shù)，即使 r 增到無(wú)窮大（全回流） ， 有一最大極限值； d x 受全塔物料平衡的限制，其極限值為 d fx x f d 3.進(jìn)料熱狀況的影響 在實(shí)際生產(chǎn)中，加入精餾塔中的原料液可能有五種熱狀況：溫度低于泡點(diǎn)的冷液 體；泡點(diǎn)下的飽和液體；溫度介于泡點(diǎn)和露點(diǎn)之間的氣液混合物；露點(diǎn)下的飽和 蒸汽；溫度高于露點(diǎn)的過(guò)熱蒸汽。 由于不同進(jìn)料熱狀況的影響，使從進(jìn)料板上升蒸汽量及下降液體量發(fā)生變化，也即 上升到精餾段的蒸汽量及下降到提餾段的液體量發(fā)生了變化。 當(dāng)進(jìn)料狀況（ 和 q）發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)適應(yīng)改變進(jìn)料位置。一般

46、精餾塔設(shè)幾個(gè)進(jìn)料 f x 位置，以適應(yīng)生產(chǎn)中進(jìn)料狀況的變化，保證在精餾塔的適宜位置下進(jìn)料。如進(jìn)料狀況改 變而進(jìn)料位置不變，必然引起餾出液和釜?dú)堃航M成的變化。 對(duì)特定的精餾塔，若減小，則使 和均減??；欲保持不變，則應(yīng)增大回流 f x d x w x d x 比。 1.2.4 精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量控制和調(diào)節(jié)精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量控制和調(diào)節(jié)7 精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量通常是指餾出液及釜?dú)堃旱慕M成達(dá)到規(guī)定值。生產(chǎn)中某一個(gè)因素 的干擾（如傳熱量、等發(fā)生變動(dòng)）將影響產(chǎn)品的質(zhì)量，因此應(yīng)及時(shí)予以調(diào)節(jié)控制。 f x 在一定的壓強(qiáng)下，混合物的泡點(diǎn)和露點(diǎn)都取決于混合物的組成，因此可以用容易測(cè) 量的溫度來(lái)預(yù)示塔內(nèi)組成的變化。對(duì)于餾出液

47、和釜?dú)堃阂灿袑?duì)應(yīng)的露點(diǎn)和泡點(diǎn)，通?？?用塔頂溫度反映餾出液組成，用塔底溫度反映釜?dú)堃航M成。但對(duì)高純度分離時(shí)，在塔頂 （或塔底）相當(dāng)一段高度內(nèi)，溫度變化極小。因此當(dāng)塔頂（或塔底）溫度發(fā)現(xiàn)有可覺(jué)察 的變化時(shí)，產(chǎn)品的組成可能已明顯改變，再設(shè)法調(diào)節(jié)就很難了?？梢?jiàn)對(duì)高純度分離時(shí)， 一般不能用測(cè)量塔頂溫度來(lái)控制塔頂組成。 分析塔內(nèi)沿塔高的溫度分布可以看到，在精餾段或提餾段的某塔板上溫度變化最顯 著，也就是說(shuō)，這些塔板的溫度對(duì)于外界因素的干擾反映最為靈敏，通常將它稱之為靈 敏板。因此生產(chǎn)上常用測(cè)量和控制靈敏板的溫度來(lái)保證產(chǎn)品的質(zhì)量。 1.3 甲醇的主要技術(shù)規(guī)格1 1.3.1 甲醇的一般性質(zhì)甲醇的一般性質(zhì) 甲

48、醇的分子式為 ch3oh，其分子量為 32.04。常溫常壓下，純甲醇是無(wú)色透明的、易 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 流動(dòng)、易揮發(fā)的可燃液體，具有與乙醇相似的氣味。其一般性質(zhì)看表 1-3。 表 1-3 甲醇的一般性質(zhì) 性 質(zhì)數(shù) 據(jù) 密 度0.8100g/ml(0) 相對(duì)密度0.7913 沸 點(diǎn)64.564.7 熔 點(diǎn)97.8 閃 點(diǎn)16(開(kāi)口容器)，12（閉口容器） 自 燃 點(diǎn)473（空氣中） ，461（氧氣中） 臨界溫度240 臨界壓力79.54105pa(78.5atm) 臨界體積117.8ml/mol 蒸 汽 壓1.2879104pa(96.6mmhg)(20)

49、熱 容2.512.53j(g)(2025液體)， 45j（mol）(25氣體) 粘 度5.945pas(0.5945cp)(20) 甲醇的密度，粘度和表面張力隨溫度改變?nèi)缦拢?表 1-4 甲醇的密度、粘度和表面張力隨溫度變化表 溫度，0102030405060 密度 g/ cm30.8100.8010.7920.7830.7740.7650.756 粘度，cp0.8170.6900.5970.5100.4500.3960.350 表面張力，24.523.522.621.820.920.119.3 ，spacp 4 101ndyn 5 101 甲醇可以和水以及許多有機(jī)液體如乙醇、乙醚等以任意比混

50、合，但不能與脂肪族烴 類相混合。它易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其他物質(zhì)，因此，只有用特殊的方法才 能制的完全無(wú)水的甲醇。同樣，也難以從甲醇中清除有機(jī)雜質(zhì)，產(chǎn)品甲醇總含有有機(jī)雜 質(zhì)約 0.01%以下。 1.3.2 甲醇的沸點(diǎn)和蒸汽壓甲醇的沸點(diǎn)和蒸汽壓 甲醇的沸點(diǎn)隨壓力變化如表 1-5 所示。 表 1-5 甲醇的沸點(diǎn) 壓力 mmhg 溫度 壓力 mmhg 溫度 壓力 at 溫度 壓力 at 溫度 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 1 10 20 -44.0 -16.2 -6.0 100 200 400 21.2 34.8 49.9 2 5 10 84 112.5 138.0

51、 30 40 50 186.5 203.5 214.0 405.076064.720167.860224.0 paatpammhg 4 1080665 . 9 1 ,322.1331 1.3.3 甲醇甲醇-水系統(tǒng)的性質(zhì)水系統(tǒng)的性質(zhì) 甲醇和水可以以任意比混合，混合后的甲醇-水系統(tǒng)的性質(zhì)，是研究甲醇性質(zhì)的一個(gè) 重要組成部分。 1. 密度 甲醇水溶液的密度，隨著溫度的降低而增加；在相同的溫度下，幾乎是隨著甲醇濃 度的增加而均衡的減小，如表 1-6 所示。 表 1-6 甲醇水溶液的密度與甲醇濃度和溫度的關(guān)系 ch3oh 濃度密 度， g/ cm3 %-30020304060 100.98420.981

52、50.97940.97500.9635 200.97250.96660.96250.95670.9450 300.96040.95150.94420.93830.9260 400.95950.94590.93450.92500.92000.9061 500.94340.92870.91560.90500.90000.8844 600.92500.90900.89460.88350.97830.8609 700.90730.88690.87150.86100.85400.8355 800.88700.86340.84690.83610.82800.8083 900.86400.83740.820

53、20.80900.80000.7800 2. 粘度 甲醇水溶液的粘度與組成有關(guān)，在所有研究過(guò)的溫度下，當(dāng)甲醇含量約 50 時(shí)均有一 最大值。在任何情況下，混合物的粘度都比純甲醇的粘度大，見(jiàn)表 1-7 所示。 表 1-7 甲醇水溶液的粘度 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 甲 醇 濃 度， % 102030405060708090100溫度 粘 度， 105p -104580570061506120533043003200220016801150 0260031703400346031802630215017301310900 10161719632180234024912

54、140198014761061686 1514461762195920582073194916891307965638 2012531516168017701798168115131192874591 2510981316144415021572146113391081805553 30982114512571329136312691184964726515 35875100911111157119811541058872673483 4079290298910031045997946784620451 63504508586611636594568526424- spap1 . 01 1.4

55、 甲醇精餾工藝流程說(shuō)明 1.4.1 預(yù)精餾系統(tǒng)預(yù)精餾系統(tǒng) 來(lái)自甲醇合成裝置的粗甲醇（40、0.5mpaa） ，首先進(jìn)入粗甲醇預(yù)熱器 e-15501 的 管程，被殼程的低壓蒸汽冷凝液加熱到 70左右，然后進(jìn)入預(yù)精餾塔 c-15501 的上部。 預(yù)精餾塔 c-15501 頂部出來(lái)的氣相，首先進(jìn)入預(yù)精餾塔一級(jí)冷凝器 e-15506 的殼程， 物料被管程的循環(huán)冷卻水冷卻到 67.5,冷卻下來(lái)的液體進(jìn)入預(yù)精餾塔回流槽 t-15501 中； 從預(yù)精餾塔一級(jí)冷凝器 e-15506 出來(lái)的氣體進(jìn)入預(yù)精餾塔二級(jí)冷凝器 e-15515 的殼程，物 料被管程的循環(huán)冷卻水冷卻到 40左右,冷凝下來(lái)的液體進(jìn)入萃取槽 t

56、15508 中，經(jīng)工藝 水萃取后，甲醇水溶液進(jìn)入預(yù)精餾塔回流槽 t-15501 中，萃取出來(lái)的物料去雜醇油罐；二 級(jí)冷凝器中出來(lái)的帶有甲醇的不凝氣，進(jìn)排放槽 t15506 中，用水洗滌其中的甲醇后，不 凝氣去放空總管。 回流槽 t-15501 中的甲醇溶液，經(jīng)預(yù)精餾塔回流泵送入預(yù)精餾塔 c-15501 的頂部作回 流液。預(yù)精餾塔塔釜的預(yù)后甲醇經(jīng)液位控制后去加壓精餾塔進(jìn)一步精餾。 低壓蒸汽和加壓精餾塔來(lái)的低壓蒸汽冷凝液，分別進(jìn)入預(yù)精餾塔 c-15501 的再沸器 e-15510 和 e-15514，對(duì)管程的介質(zhì)進(jìn)行加熱來(lái)為預(yù)精餾塔精餾提供熱量，然后蒸汽冷凝 液去 e-15501 加熱粗甲醇。 為

57、了防止粗甲醇中的酸性物質(zhì)對(duì)管道和設(shè)備造成腐蝕，向粗甲醇中加入少量 5%左右 的 naoh 溶液，將粗甲醇的 ph 值控制在 7.58 左右。 1.4.2 加壓精餾系統(tǒng)加壓精餾系統(tǒng) 預(yù)精餾塔出來(lái)的預(yù)后甲醇，經(jīng)加壓精餾塔給料泵加壓后，進(jìn)入加壓精餾塔進(jìn)料/釜液 換熱器 e-15513 的管程，被殼程介質(zhì)加熱到泡點(diǎn)后，進(jìn)入加壓精餾塔 c-15502 的下部，塔 頂出來(lái)的甲醇蒸汽進(jìn)入冷凝器/再沸器 e-15507 的殼程，被管程的介質(zhì)冷凝后進(jìn)入加壓精 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 餾塔回流槽 t-15502，回流槽中出來(lái)的冷凝液甲醇，部分經(jīng)加壓精餾塔回流泵加壓后進(jìn)入 加壓精餾塔

58、頂作回流液，其余的甲醇液進(jìn)入加壓精餾塔精甲醇冷卻器 e-15502 的殼程，被 管程的循環(huán)冷卻水冷卻到 40后，去中間罐區(qū)的精甲醇計(jì)量罐（或粗甲醇儲(chǔ)罐） 。出加壓 精餾塔釜液去常壓精餾塔繼續(xù)精餾。 低壓蒸汽進(jìn)入加壓精餾塔再沸器 e-15511，為加壓精餾塔精餾提供熱量，被冷凝后的 低壓蒸汽冷凝液，去 e-15501 繼續(xù)作加熱介質(zhì)用。 1.4.3 常壓精餾系統(tǒng)常壓精餾系統(tǒng) 加壓精餾塔釜液與加壓精餾塔的進(jìn)料液在 e-15513 中進(jìn)行換熱后，進(jìn)入常壓精餾塔 c-15503 的下部，塔頂出來(lái)的甲醇蒸汽進(jìn)入常壓精餾塔回流冷凝器 e-15508 的殼程，被管 程的循環(huán)冷卻水冷凝冷卻后，進(jìn)常壓精餾塔回流

59、槽 t-15503 中，回流槽出來(lái)的液體經(jīng)常壓 精餾塔回流泵加壓后，一部分進(jìn)常壓精餾塔頂作回流液用，其余作精甲醇去中間罐區(qū)。 常壓精餾塔精餾的熱量來(lái)自于進(jìn)入常壓精餾塔再沸器 e-15507 的加壓精餾塔頂甲醇蒸 汽的冷凝熱。 1.4.4 回收精餾系統(tǒng)回收精餾系統(tǒng) 常壓精餾塔底出來(lái)的廢水，含有 2%左右的甲醇，經(jīng)回收精餾塔進(jìn)料泵加壓后，進(jìn)入 回收精餾塔 c-15504，塔頂出來(lái)的氣相，進(jìn)回收精餾塔冷凝器 e-15509 的殼程，被管程的 循環(huán)冷卻水冷卻到 45左右，進(jìn)入回流槽 t-15504，回流槽出來(lái)的液體經(jīng)回收精餾塔回流 泵加壓后，部分進(jìn)回收精餾塔頂部作回流液，其余去中間罐區(qū)的雜醇油儲(chǔ)罐。

60、低壓蒸汽進(jìn)入回收精餾塔再沸器 e-15516 的殼程，加熱管程介質(zhì)后為回收精餾塔精 餾提供熱量。蒸汽冷凝液去 e-15501。 回收精餾塔底出來(lái)的釜液，含有微量的甲醇和有機(jī)物，經(jīng)廢水冷卻器 e-15512 中的 循環(huán)冷卻水冷卻到 60左右后，送出界區(qū)去污水生化處理裝置。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2009 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 2.甲醇精餾生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算 2.1 計(jì)算參數(shù) 表 2-1 加壓下甲醇-水平衡數(shù)據(jù)表 溫 度 t液相中甲醇?xì)庀嘀屑状紲?度 t液相中甲醇?xì)庀嘀屑状?的摩爾分?jǐn)?shù)的摩爾分?jǐn)?shù)的摩爾分?jǐn)?shù)的摩爾分?jǐn)?shù) 128.11.01.0133.50.8110.930 128.50.9950.9