年產(chǎn)量1000噸高壓法甲醇分離工段工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

山東輕工業(yè)學(xué)院2009屆本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGEPAGE57年產(chǎn)量1000噸高壓法甲醇分離工段工藝設(shè)計(jì)作者姓名xxx專業(yè)化學(xué)工程與工藝指導(dǎo)教師姓名xxx專業(yè)技術(shù)職務(wù)講師目錄目錄……………Ⅰ摘要………………4ABSTRACT………5第一章總論……………………61.1概述…………………61.2文獻(xiàn)綜述……………71.2.1甲醇簡(jiǎn)介………71.2.2甲醇工藝發(fā)展……………………91.2.3甲醇工藝簡(jiǎn)介……………………91.2.4我國(guó)甲醇發(fā)展及市場(chǎng)需求………131.2.5世界甲醇發(fā)展及市場(chǎng)需求………151.2.6甲醇未來(lái)需求展望………………161.3設(shè)計(jì)任務(wù)的項(xiàng)目來(lái)源………………161.4原料規(guī)格及來(lái)源……………………161.5水、電、汽供應(yīng)情況………………171.5.1給水、排水系統(tǒng)…………………171.5.2電力供應(yīng)…………171.5.3蒸汽供應(yīng)…………171.6貯存和運(yùn)輸…………171.7節(jié)能…………………17第二章生產(chǎn)流程方案的確定………………192.1生產(chǎn)方案的確定……………………192.2生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述………192.2.1生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖………………192.2.2流程簡(jiǎn)述…………19工藝計(jì)算……………193.1小時(shí)生產(chǎn)能力………193.2物料衡算和能量衡算………………193.2.1計(jì)算條件…………193.2.2物料衡算…………193.2.3熱量平衡計(jì)算……………………22第四章主要設(shè)備工藝計(jì)算和設(shè)備選型……254.1主要工藝操作數(shù)據(jù)…………………254.1.1化學(xué)控制…………254.1.2壓力控制…………254.1.3溫度控制…………254.2主要設(shè)備(主精餾塔)塔徑的工藝計(jì)算…………254.2.1理論塔板數(shù)計(jì)算………………254.2.2塔徑工藝計(jì)算…………………284.2.3水力學(xué)性能計(jì)算………………304.3塔體與裙座機(jī)械設(shè)計(jì)……………324.3.1設(shè)計(jì)條件…………324.3.2按計(jì)算壓力計(jì)算塔體與封頭厚度………………334.3.3設(shè)備載荷計(jì)算………………334.3.4風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計(jì)算……………364.3.5地震彎矩計(jì)算…………………374.3.6地震偏心彎矩計(jì)算………………394.3.7塔體水壓試驗(yàn)和應(yīng)力校核……394.3.8基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)……………………404.3.9地腳螺栓計(jì)算…………………40第五章原材料、動(dòng)力消耗定額及消耗量…335.1原料消耗…………425.2動(dòng)力消耗…………42第六章經(jīng)濟(jì)分析與投資概算………………426.1經(jīng)濟(jì)分析……………426.2車間經(jīng)費(fèi)……………43第七章環(huán)境保護(hù)……………447.1環(huán)境保護(hù)……………447.2主要衛(wèi)生、安全、環(huán)保等說(shuō)明……44第八章設(shè)計(jì)心得與體會(huì)………44參考文獻(xiàn)……………46附錄………………47致謝…………………………48摘要甲醇是重要的化工原料，廣泛用于有機(jī)合成、燃料、醫(yī)藥、涂料和國(guó)防等工業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有重要作用。甲醇的合成有高壓法、低壓法、中低壓法和聯(lián)醇法等。低壓法采用銅基系催化劑在低壓下將合成氣進(jìn)行合成。中壓法是在低壓法基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展而來(lái)的。高壓法合成甲醇一般使用鋅鉻催化劑，在高溫高壓下合成甲醇。本設(shè)計(jì)是高壓法甲醇分離工段工藝設(shè)計(jì)。甲醇的分離主要是用精餾法，分為預(yù)精餾塔和主精餾塔。精餾時(shí)粗甲醇先經(jīng)過預(yù)熱器加熱，進(jìn)入預(yù)塔精餾并通蒸汽。塔頂出來(lái)的蒸汽，經(jīng)過冷凝器被冷卻水冷卻，絕大部分冷凝下來(lái)送至塔內(nèi)回流，另一部分經(jīng)塔頂液封后放空或回收作為燃料。從預(yù)精餾塔出來(lái)的釜液進(jìn)入主精餾塔經(jīng)過塔底通入蒸汽，最后分離從塔上部得到精甲醇。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求,通過物料衡算得到1000噸精甲醇所需粗甲醇量、蒸汽量和冷卻水用量。根據(jù)物料及能量衡算計(jì)算所需的主設(shè)備(主精餾塔)尺寸，并對(duì)輔助設(shè)備進(jìn)行設(shè)備選型。估算成本并采取安全環(huán)保措施。設(shè)計(jì)工程圖紙(主要工藝流程圖、設(shè)備平面立面布置圖、主要設(shè)備裝配圖及廠區(qū)平面布置圖),并對(duì)外文資料進(jìn)行翻譯。關(guān)鍵詞：甲醇蒸汽冷卻水物料衡算熱量衡算精餾塔ABSTRACTMethanolisanimportantindustrialchemical,itiswidelyusedinorganicsynthe-sis,fuel,medicine,paintingandnationaldefenseandsoon.Itplaysanimportantroleinthenationaleconomy.Thereareseveralmethodsofsynthesizingmethanolsuchasthehighpressuredmethod,thelowpressuremethod,themesolowmethodandunitesmellowmethodandsoon.Thelowpressuremethodsynthetizesgasunderlowpress-urewithcopperbasedseriesascatalyst.Themesolowmethoddevelopsfromthelowpressuremethod.Pressesthelawisfurtherdevelopedinthelowpressurelawfound-ation.Thehigh-pressuredmethodusuallyuseszincchromeascatalysttosynthesizemethanolunderthehightemperatureandhighpressure.Thepaperdesignmainlydescribesthetechnologicaldesignofconstructionseparatingmethanolbyhighpressuredmethod,selectiveevaporationmethodiswidelyusedtoseparatemethanol,whichincludespre-rectifyingtowerandmainrectifyingtower.duringrectifying,thecrudemethanolisfirstlyheatedbypre-heater,andthengoesintopre-towerforrectifyingwithsteampassing.Thesteamfromthetopoftoweriscooledincondenserbycoolingwater.mostofthecoolsteamwasdeliveedintotowerforreflux,andtherestisblownoffafterfluidsealorisrecycledasfuel.Thecauldronfluidfrompre-rectifyingtowerentersthemainrectifyingtowerandpassesthebottomofthetowerwithsteampassing,finallyisseparatedfromthetowermethanol.Accordingtotherequestofthedesigntaskbymethanolbalance,wecalculatedtheamountofcudemethanol,steamandcooledwaterneededtoproduce1000tonsoffinemethylalcohol.Andaccordingtothematerialandtheenergygraduatedblance,wecalculatedthethesizeofmainequipmentneededl(mainrectifyingtower)choosetherightauxiliaryfatory,estimatecosts,takemeasuresforsecurityandenvironmentalprotection,designedthepictures(mainflowchart,thetplaneandstereoscopicarrangementchartofequipment,assemblydrawingmajorinstallationsandpicturesoffactoryarrangement),andtranslatedrelatedforeignmaterials.Keywords:methanol；steam；coolingwater；materialbalance；heatbalance；rectifyingtower第一章總論1.1概述甲醇又稱木醇或木精，是一種透明、無(wú)色、易燃、有毒的液體，略帶酒精味。熔點(diǎn)－97.8℃，沸點(diǎn)64.8℃，閃點(diǎn)12.22℃，自燃點(diǎn)47℃，相對(duì)密度0.7915g/(20℃/4℃)。其蒸汽遇空氣混合物易爆炸，爆炸極限下限6%—36.5%。能與水、乙醇、乙醚、苯、丙酮和大多數(shù)有機(jī)溶劑相混溶，在汽油中溶解度更大。甲醇易于吸收水蒸氣、二氧化碳和某些其他雜質(zhì)，因此只有用特殊的方法才能制得完全無(wú)水的甲醇。同樣也難以從甲醇中清除雜質(zhì)，產(chǎn)品甲醇中總含有有機(jī)雜質(zhì)在0.01%以下。甲醇具有毒性，內(nèi)服10ml有失明危險(xiǎn)，30ml能致人死亡，空氣中允許含甲醇最高濃度為0.05mg/L。甲醇是假酒的主要成分，過多食用會(huì)導(dǎo)致失明，甚至死亡。甲醇是多種有機(jī)產(chǎn)品的基本原料、優(yōu)質(zhì)燃料和重要溶劑，主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多種有機(jī)產(chǎn)品并廣泛用于燃料、醫(yī)藥、涂料和國(guó)防行業(yè)等。其中生產(chǎn)甲醛用的甲醇量約占甲醇總量的一半以上。甲醇可開發(fā)出100多種高附加值化工產(chǎn)品，尤其深加工后作為一種新型清潔燃料和加入汽油摻燒，其發(fā)展前景越來(lái)越廣闊。甲醇化工已成為化工行業(yè)中的一個(gè)重要領(lǐng)域。甲醇的消費(fèi)已超過其傳統(tǒng)的用途，潛在的耗用量已超過化工用途，滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。今后甲醇的發(fā)展速度更為迅速。中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)提供的調(diào)研報(bào)告顯示，2021年，我國(guó)甲醇生產(chǎn)、消費(fèi)繼續(xù)同步增長(zhǎng)。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)顯示，2021年國(guó)內(nèi)共有甲醇生產(chǎn)企業(yè)142家，產(chǎn)能合計(jì)為1036萬(wàn)t，產(chǎn)量為762.3萬(wàn)t。其他途徑的數(shù)據(jù)顯示，除上述142家甲醇企業(yè)外，我國(guó)還有25個(gè)已投產(chǎn)的甲醇項(xiàng)目，產(chǎn)能合計(jì)308.4萬(wàn)t，產(chǎn)量為112.4萬(wàn)t。在這25個(gè)項(xiàng)目中，有的是2021年建成投產(chǎn)或者完成技術(shù)改造的，由于投產(chǎn)時(shí)間較晚，實(shí)際產(chǎn)量不大；有的是因?yàn)榧夹g(shù)等方面的原因?qū)е麻_工率不足，產(chǎn)量較低。綜合這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)可知：2021年我國(guó)共有甲醇生產(chǎn)企業(yè)167家，產(chǎn)能合計(jì)1344.4萬(wàn)t，產(chǎn)量874.7萬(wàn)t。2021年，我國(guó)進(jìn)口甲醇112.7萬(wàn)t，出口19萬(wàn)t，凈進(jìn)口量94萬(wàn)t，表觀消費(fèi)量968.4萬(wàn)t，甲醇消費(fèi)同比增長(zhǎng)45%。由此可見，2021年國(guó)內(nèi)甲醇供應(yīng)存在著一定的缺口，需要進(jìn)口來(lái)彌補(bǔ)。生產(chǎn)甲醇的方法有許多中，早期用的木材或木素質(zhì)制甲醇的方法，今天在化學(xué)工業(yè)上已被淘汰。目前工業(yè)上幾乎都是用一氧化碳、二氧化碳加壓催化劑合成甲醇。典型的流程包括原料氣的制造、原料氣凈化、甲醇合成、粗甲醇精餾工序。甲醇的合成有高壓法、低壓法、中低壓法和聯(lián)醇法等。低壓法，采用銅基系高活性催化劑，可在低壓5MPａ下將CO2+H2合成氣或含有CO2的CO+H2合成氣進(jìn)行合成。由于低壓法生產(chǎn)壓力低3，導(dǎo)致設(shè)備體積相當(dāng)龐大，不利于甲醇生產(chǎn)大型化，因此此法生產(chǎn)受阻.中壓法是在低壓法基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展而來(lái)的高壓法合成甲醇，一般使用鋅鉻催化劑，在300℃到400℃、30MPａ高溫高壓下合成甲醇的工藝流程。此法能大規(guī)模生產(chǎn)甲醇，因此在我國(guó)得以大力發(fā)展和應(yīng)用，其分離工藝也相當(dāng)簡(jiǎn)便精巧，前景較為廣闊。甲醇分離方法也有多種，包括物理凈化、化學(xué)方法、精餾等。一般是用精餾法分離合成的粗甲醇。甲醇的合成不論采用鋅鉻催化劑或童基催化劑，均受選擇性限制，且受合成條件壓力、溫度、合成氣等影響，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)品主要有甲醇及水、有機(jī)雜質(zhì)組成的混合液，故稱粗甲醇。精餾的目的就是通過精餾的方法，除去粗甲醇中的水分和有機(jī)雜質(zhì)，根據(jù)不同要求，制得不同純度的甲醇；大部分雜質(zhì)難以清除，其中有些雜質(zhì)降至甚微，不致影響甲醇的應(yīng)用。精餾時(shí)采用的是雙精餾塔，分為預(yù)精餾塔和主精餾塔。精餾時(shí)粗甲醇先經(jīng)過預(yù)熱器加熱，并通入冷凝水和氫氧化鈉溶液，進(jìn)預(yù)精餾塔并在塔底通入蒸汽。塔頂出來(lái)的蒸汽含有甲醇、水及多種以輕主分為主的少量有機(jī)雜質(zhì)，經(jīng)過冷凝器被冷卻水冷卻，絕大部分冷凝下來(lái)，送至塔內(nèi)回流，以輕組分為主的大部分有機(jī)雜質(zhì)經(jīng)塔頂液封槽后放空或回收作為燃料。從預(yù)精餾塔出來(lái)的釜液進(jìn)入主精餾塔經(jīng)過塔底通入蒸汽，最后分離從塔上部得到精甲醇，塔下部得到側(cè)餾分，從塔頂?shù)玫降妮p組分和極少量的甲醇經(jīng)液封溢流槽后，不凝性氣體排空另一部分經(jīng)回流罐再次進(jìn)入預(yù)精餾塔進(jìn)行回流。1.2文獻(xiàn)綜述1.2.1甲醇簡(jiǎn)介1、【英文名稱】Methanol【結(jié)構(gòu)或分子式】

CHOH

【相對(duì)分子量或原子量】32.02【密度】相對(duì)密度0.7915g/(20℃/4℃)【熔點(diǎn)（℃）】－97.8℃【沸點(diǎn)（℃）】64.8℃甲醇又稱木醇或木精，是一種透明、無(wú)色、易燃、有毒的液體，略帶有醇香味。其蒸汽遇空氣混合物易爆炸，爆炸極限下限6%—36.5%。能與水、乙醇、乙醚、苯、丙酮和大多數(shù)有機(jī)溶劑相混溶，在汽油中溶解度更大。甲醇含有一個(gè)甲基和一個(gè)羥基。因?yàn)楹辛u基，所以具有醇類的典型反應(yīng)；因?yàn)橛趾屑谆杂帜苓M(jìn)行甲基化反應(yīng)，甲醇可以與一系列物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生許多衍生物。甲醇易于吸收水蒸氣、二氧化碳和某些其他雜質(zhì)，因此只有用特殊的方法才能制得完全無(wú)水的甲醇。同樣也難以從甲醇中清除雜質(zhì)，產(chǎn)品甲醇中總含有有機(jī)雜質(zhì)在0.01%以下。甲醇具有毒性，內(nèi)服10ml有失明危險(xiǎn)，30ml能致人死亡，空氣中允許含甲醇最高濃度為0.05mg/L。甲醇是假酒的主要成分，過多食用會(huì)導(dǎo)致失明，甚至死亡。2.甲醇酸用途甲醇是多種有機(jī)產(chǎn)品的基本原料、優(yōu)質(zhì)燃料和重要溶劑，主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多種有機(jī)產(chǎn)品并廣泛用于燃料、醫(yī)藥、涂料和國(guó)防行業(yè)等。其中生產(chǎn)甲醛用的甲醇量約占甲醇總量的一半以上。甲醇可開發(fā)出100多種高附加值化工產(chǎn)品，尤其深加工后作為一種新型清潔燃料和加入汽油摻燒，其發(fā)展前景越來(lái)越廣闊。近年來(lái)，隨著技術(shù)的發(fā)展和結(jié)構(gòu)能源的改變，甲醇喲開辟了許多新的用途。甲醇是較好的人工合成蛋白原料，蛋白轉(zhuǎn)化率較高，發(fā)展速度快，無(wú)毒性，價(jià)格便宜；目前，世界上已有年產(chǎn)10萬(wàn)噸甲醇制蛋白的工業(yè)裝置在運(yùn)行，年產(chǎn)30萬(wàn)噸的裝置已經(jīng)設(shè)計(jì)。甲醇是容易輸送的清潔燃料，可以單獨(dú)或者與汽油混合作為汽車燃料，用它作為汽油添加劑可以起到節(jié)約芳烴，提高辛烷值的作用，汽車制造業(yè)將成為好用甲醇的巨大部門；由甲醇轉(zhuǎn)化為汽油的研究成果，間接開辟了由媒轉(zhuǎn)化為汽車燃料的途徑。甲醇是直接合成乙酸的原料，孟山都公司實(shí)現(xiàn)了在較低壓力下甲醇和一氧化碳和成乙酸的工藝。甲醇可以直接用于還原鐵礦，得到高質(zhì)量的海綿鐵。特別是，近年來(lái)的C1 化學(xué)工業(yè)發(fā)展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、乙酸乙烯、乙酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲醇樹脂等產(chǎn)品，正在研究開發(fā)和工業(yè)化中。甲醇化工已成為化工行業(yè)中的一個(gè)重要領(lǐng)域。甲醇的消費(fèi)已超過其傳統(tǒng)的用途，潛在的耗用量已超過化工用途，滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。今后甲醇的發(fā)展速度更為迅速。1.2.2甲醇工藝發(fā)展甲醇生產(chǎn)工藝有兩種，即煤氣化工藝和天然氣制甲醇工藝。歐美國(guó)家主要采用天然氣為原料生產(chǎn)甲醇，該工藝具備投資低、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)，且無(wú)需過多考慮副產(chǎn)物銷路。但我國(guó)缺少廉價(jià)的天然氣資源，而煤儲(chǔ)量相對(duì)豐富，所以大部分甲醇產(chǎn)能來(lái)自煤氣化工藝。

1.2.3甲醇工藝簡(jiǎn)介在1924年以前，甲醇幾乎全部是用木材或其廢料的分解蒸餾生產(chǎn)，甲醇的世界產(chǎn)量每年只有4500噸。用60-100g的木材干餾只能獲得大約1Kg甲醇，1立方米的白樺木只能制得5-6g甲醇，1立方米的針葉樹木只能得到2-3kg甲醇。這中“深林化學(xué)”的甲醇含有丙酮或其他雜質(zhì)，要除去這些雜質(zhì)比較困難。由于甲醇需要量與日俱增，木材干餾法不能滿足需要。因此人們開采使用化學(xué)法合成甲醇。生產(chǎn)甲醇的原料有合成氣法（CO+H2）方法和其它原料法。一氧化碳和氫氣為原料合成甲醇的方法有高壓、中壓和低壓法。高壓法合成甲醇，一般使用鋅鉻催化劑，在300℃到400℃、30MPａ高溫高壓下合成甲醇的工藝流程。用此法生產(chǎn)甲醇已有70多年的歷史，這是80年代以前世界各國(guó)生產(chǎn)甲醇的主要方法。此法能大規(guī)模生產(chǎn)甲醇，因此在我國(guó)得以大力發(fā)展和應(yīng)用，其分離工藝也相當(dāng)簡(jiǎn)便精巧，前景較為廣闊。（2）中壓法隨著甲醇合成工業(yè)的迅速發(fā)展，新建廠的規(guī)模也日趨大型化，目前已建成的投產(chǎn)的裝置有日產(chǎn)超過5000噸的。（3）低壓法低壓法，采用銅基系高活性催化劑，可在低壓5MPａ下將CO2+H2合成氣或含有CO2的CO+H2合成氣進(jìn)行合成。這種方法是70年代工業(yè)化的合成甲醇方法。低壓法成功的關(guān)鍵在于使用銅基催化劑，使甲醇反應(yīng)能在較低溫度下進(jìn)行。隨著石油工業(yè)的不斷發(fā)展和蒸汽透平技術(shù)的應(yīng)用，在生產(chǎn)甲醇上也有廣闊的應(yīng)用空間。以上三種方法基本相同，但使用的催化劑不同，因而操作壓力和溫度等級(jí)也不同，反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)就有所不同。從合成理論上講，提高壓力對(duì)合成反應(yīng)有利，因此傳統(tǒng)的合成法采用高壓法。用其他原料也可合成甲醇，其主要生產(chǎn)方法有：甲烷氧化生成甲醇，反應(yīng)進(jìn)行如下：這是將便宜原料轉(zhuǎn)化為貴重甲醇的最簡(jiǎn)單方法。在通常情況下，容易發(fā)生甲醇深度氧化生成二氧化碳和水。液化石油氣氧化法液化石油氣是一只主要有丙烷和丁烷等組成的輕質(zhì)混合物，來(lái)源于濕性天然氣或油田伴生氣，也可從煉油廠的副產(chǎn)物獲得。液化石油氣可以用空氣胡氧氣進(jìn)行氧化，氧化的主要產(chǎn)品有甲醛、乙醛、甲醇和一部分作為溶劑的混合化學(xué)品。合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)有以下化學(xué)式：用氫氣和一氧化碳在催化劑作用下合成甲醇工業(yè)生產(chǎn)甲醇的主要方法。合成甲醇的化學(xué)反應(yīng)方程式：主反應(yīng)：(2)副反應(yīng)：高壓法合成流程圖如圖1-1圖1-1高壓法合成甲醇生產(chǎn)流程圖高壓法合成甲醇流程示意圖入圖1-26654321圖1-2甲醇合成工藝流程示意圖1-新鮮氣壓縮機(jī)；2-熱交換器；3-甲醇合成塔；4-水冷卻器5-甲醇分離器；6-循環(huán)機(jī)低壓法合成甲醇流程如圖1-3圖1-3低壓甲醇合成流程高壓合成流程雖有所不同，但基本步驟是共同具備的。如圖1-2是最基本的流程示意圖，其流程是：新鮮氣又壓縮機(jī)壓縮到所需合成壓力與從循環(huán)機(jī)來(lái)的循環(huán)氣混合分為兩股，一股為主線進(jìn)入熱交換器，將混合氣預(yù)熱到催化劑活性溫度，進(jìn)入合成塔；另一股副線不經(jīng)過熱交換器而是直接進(jìn)入合成塔以調(diào)節(jié)進(jìn)入催化層的溫度。經(jīng)反應(yīng)后的高溫氣體進(jìn)入熱交換器與冷原料氣混熱后，進(jìn)一步在冷卻器中冷卻，然后在分離器中分離出液態(tài)粗甲醇。為控制循環(huán)氣中惰性氣中液體含量，分離出水和甲醇后的氣體需小部分放空，大部分進(jìn)入循環(huán)機(jī)增壓后返回循環(huán)系統(tǒng)，重新利用為反應(yīng)的氣體。甲醇的合成不論采用鋅鉻催化劑或銅基催化劑，均受選擇性限制，且受合成條件壓力、溫度、合成氣等影響，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)品主要有甲醇及水、有機(jī)雜質(zhì)組成的混合液，故稱粗甲醇。精餾的目的就是通過精餾的方法，除去粗甲醇中的水分和有機(jī)雜質(zhì)，根據(jù)不同要求，制得不同純度的甲醇；大部分雜質(zhì)難以清除，其中有些雜質(zhì)降至甚微，不致影響甲醇的應(yīng)用。精餾時(shí)采用的是雙精餾塔，分為預(yù)精餾塔和主精餾塔。高壓法合成經(jīng)典的高壓工藝流程是采用往復(fù)式壓縮機(jī)壓縮氣體，壓縮機(jī)多極壓縮后，其體中夾帶的油水經(jīng)有水分離器分離，大部分油水被分離出，剩余的油水經(jīng)濾油器過濾。經(jīng)壓縮后的合成氣同循環(huán)氣一起進(jìn)入管式反應(yīng)器，在350℃和30MPａXIA,CO和H2經(jīng)過催化劑層，反應(yīng)生成粗甲醇。含粗甲醇的氣體經(jīng)冷卻器冷卻后，迅速送入粗甲醇分離裝置中，使粗甲醇冷凝；未反應(yīng)的一氧化碳和氫氣經(jīng)循環(huán)機(jī)加壓回反應(yīng)循環(huán)裝置生產(chǎn)。生產(chǎn)冷凝的粗甲醇進(jìn)入精餾裝置。精餾時(shí)粗甲醇先經(jīng)過預(yù)熱器加熱，并通入冷凝水和氫氧化鈉溶液，進(jìn)預(yù)精餾塔并在塔底通入蒸汽。塔頂出來(lái)的蒸汽含有甲醇、水及多種以輕主分為主的少量有機(jī)雜質(zhì)，經(jīng)過冷凝器被冷卻水冷卻，絕大部分冷凝下來(lái)，送至塔內(nèi)回流，以輕組分為主的大部分有機(jī)雜質(zhì)經(jīng)塔頂液封槽后放空或回收作為燃料。從預(yù)精餾塔出來(lái)的釜液進(jìn)入主精餾塔經(jīng)過塔底通入蒸汽，最后分離從塔上部得到精甲醇，塔下部得到側(cè)餾分，從塔頂?shù)玫降妮p組分和極少量的甲醇經(jīng)液封溢流槽后，不凝性氣體排空另一部分經(jīng)回流罐再次進(jìn)入預(yù)精餾塔進(jìn)行回流。粗甲醇雙塔精餾工藝流程圖粗甲醇雙塔精餾工藝流程圖預(yù)精餾塔；2-主精餾塔；3-再沸器；4-冷凝器；5-回流罐；6-液封；7-熱交換器粗甲醇冷凝水蒸汽冷凝液蒸汽高沸點(diǎn)物質(zhì)精甲醇排空二甲醚，不凝性氣體回收或排空溶液精甲醇的質(zhì)量要求，各國(guó)都對(duì)其制定了標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)精甲醇國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)見表1-1指標(biāo)一級(jí)品二級(jí)品外觀無(wú)色透明液體無(wú)可見雜質(zhì)無(wú)色透明液體無(wú)可見雜質(zhì)透明液體無(wú)可見雜質(zhì)色度，號(hào)，小于或等于510密度0.791-0.7920.791-0.7930.791-0.793鎦程沸程℃64-65.564-65.564-65.5(760mmHg)蒸餾量，%98以上98以上98以上溫度范圍（64.60.1）℃小于或等于0.81.01.5高錳酸鉀實(shí)驗(yàn)，min,大于或等于5020-水溶性實(shí)驗(yàn)澄清澄清澄清水分含量，%，≤0.100.15-乙醇含量，%，≤0.01--游離酸含量（以HCOOH計(jì)），ppm≤151530游離堿含量（以NH3計(jì)），ppm≤2815羥基化物（以HCOH計(jì)），ppm≤2050100蒸發(fā)殘?jiān)?，ppm≤103050氣味無(wú)特殊異臭無(wú)特殊異臭-表1-1精甲醇國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1.2.4我國(guó)甲醇發(fā)展及市場(chǎng)需求近年來(lái)，中國(guó)甲醇市場(chǎng)非?；鸨杭状純r(jià)格持續(xù)高位，甲醇生產(chǎn)裝置開工率不斷提高，各地甲醇新建項(xiàng)目陸續(xù)開工。出現(xiàn)這種局面的原因，一是甲醇傳統(tǒng)消費(fèi)領(lǐng)域，如甲醛、醋酸等產(chǎn)品的產(chǎn)量穩(wěn)步提升，對(duì)甲醇的需求量逐步增加；二是新的消費(fèi)領(lǐng)域，如醇醚燃料、甲醇制烯烴等由于發(fā)展前景廣闊，也引發(fā)了國(guó)內(nèi)對(duì)甲醇裝置的投資熱。我國(guó)甲醇工業(yè)始于1957年。90年代以來(lái)甲醇工業(yè)發(fā)展很快。1996年甲醇總市場(chǎng)能力294萬(wàn)噸，總生產(chǎn)量為141.19萬(wàn)噸，總消耗量182萬(wàn)噸；2021年總生產(chǎn)能力299.1萬(wàn)噸，總產(chǎn)量為174萬(wàn)噸，總消耗量197萬(wàn)噸；2021年總生產(chǎn)能力300萬(wàn)噸，總產(chǎn)量為148.9萬(wàn)噸，總消耗量215萬(wàn)噸。2021年，我國(guó)消費(fèi)甲醇666萬(wàn)t，進(jìn)口甲醇136萬(wàn)t，出口5.4萬(wàn)t，凈進(jìn)口130萬(wàn)t，其中我國(guó)農(nóng)藥、醫(yī)藥行業(yè)共消費(fèi)甲醇74萬(wàn)t，其他行業(yè)如染料、溶劑以及甲胺、氯甲烷等有機(jī)原料行業(yè)共消費(fèi)甲醇112.4萬(wàn)t。同年，國(guó)內(nèi)甲醇產(chǎn)能720萬(wàn)t，產(chǎn)量536萬(wàn)t，開工率74.4%。2021年，我國(guó)甲醇產(chǎn)能只有348萬(wàn)t，表觀消費(fèi)量為329.4萬(wàn)t。從2021年至2021年的5年間，我國(guó)甲醇產(chǎn)能年均增長(zhǎng)率為15.6%，表觀消費(fèi)量年均增長(zhǎng)率為15.1%。目前，我國(guó)甲醇消費(fèi)主要集中在甲醛、醋酸、醇醚等領(lǐng)域。中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)提供的調(diào)研報(bào)告顯示，2021年，我國(guó)甲醇生產(chǎn)、消費(fèi)繼續(xù)同步增長(zhǎng)。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)顯示，2021年國(guó)內(nèi)共有甲醇生產(chǎn)企業(yè)142家，產(chǎn)能合計(jì)為1036萬(wàn)t，產(chǎn)量為762.3萬(wàn)t。其他途徑的數(shù)據(jù)顯示，除上述142家甲醇企業(yè)外，我國(guó)還有25個(gè)已投產(chǎn)的甲醇項(xiàng)目，產(chǎn)能合計(jì)308.4萬(wàn)t，產(chǎn)量為112.4萬(wàn)t。在這25個(gè)項(xiàng)目中，有的是2021年建成投產(chǎn)或者完成技術(shù)改造的，由于投產(chǎn)時(shí)間較晚，實(shí)際產(chǎn)量不大；有的是因?yàn)榧夹g(shù)等方面的原因?qū)е麻_工率不足，產(chǎn)量較低。綜合這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)可知：2021年我國(guó)共有甲醇生產(chǎn)企業(yè)167家，產(chǎn)能合計(jì)1344.4萬(wàn)t，產(chǎn)量874.7萬(wàn)t。2021年，我國(guó)進(jìn)口甲醇112.7萬(wàn)t，出口19萬(wàn)t，凈進(jìn)口量94萬(wàn)t，表觀消費(fèi)量968.4萬(wàn)t，甲醇消費(fèi)同比增長(zhǎng)45%。由此可見，2021年國(guó)內(nèi)甲醇供應(yīng)存在著一定的缺口，需要進(jìn)口來(lái)彌補(bǔ)。我國(guó)甲醇生產(chǎn)原料以煤為主，中國(guó)甲醇生產(chǎn)主要集中在華南、華東和華北地區(qū)，所占比例分別為27.11%、23.79%和16.63%，2021年全年國(guó)內(nèi)精甲醇產(chǎn)量536.2萬(wàn)t，較上年同期增長(zhǎng)了21.62%。目前，中國(guó)甲醇生產(chǎn)企業(yè)大約有200家，但是整個(gè)甲醇生產(chǎn)格局呈現(xiàn)出規(guī)模小、分散化的分布特點(diǎn)。產(chǎn)能在10萬(wàn)噸左右的只有中石化集團(tuán)的四川維綸廠、大慶油田甲醇廠、上海焦化公司、榆林天然氣化工公司、長(zhǎng)慶油田中國(guó)天然氣公司青海分公司等幾家。2021年，中國(guó)甲醇生產(chǎn)能力為1117萬(wàn)t，甲醇進(jìn)口量為112.8萬(wàn)t，出口量為19萬(wàn)噸，成為世界上第二大甲醇消費(fèi)國(guó)。我國(guó)甲醇消費(fèi)結(jié)構(gòu)與國(guó)外類似，最大消費(fèi)領(lǐng)域是甲醛生產(chǎn)，消費(fèi)比例約為40%；其次是MTBE和醋酸，所占比例分別為6%和7%。近年來(lái)甲醇燃料方面的消費(fèi)量發(fā)展較快，盡管國(guó)家尚未出臺(tái)相關(guān)政策法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，但甲醇燃料消費(fèi)已經(jīng)成為驅(qū)動(dòng)甲醇需求的主要?jiǎng)恿χ弧Ｄ壳拔覈?guó)甲醇消費(fèi)的主要地區(qū)是華東和華南地區(qū)，上述地區(qū)也是我國(guó)甲醛、MTBE、丙烯酸酯和醋酸等下游產(chǎn)品生產(chǎn)的集中地。對(duì)于甲醇燃料，消費(fèi)地區(qū)主要集中在山西、河南等地。2021年，我國(guó)甲醇進(jìn)口總量中，江蘇省進(jìn)口比例占62.28%，廣東省所占比例為28.28%，福建省比例為4.11%，浙江省比例為3.34%。所有進(jìn)口基本上全部集中在華東和華南地區(qū)，進(jìn)口結(jié)構(gòu)也在一定程度上反映了我國(guó)甲醇消費(fèi)的地區(qū)分布。我國(guó)甲醇生產(chǎn)裝置中，大型少、中小型多大型裝置的場(chǎng)數(shù)約占12%，生產(chǎn)能力約占60%以上；中小型裝置約占88%以上，生產(chǎn)能力約占40%左右。從以上我國(guó)甲醇生產(chǎn)實(shí)際狀況出發(fā)，為了提高我國(guó)甲醇生產(chǎn)水平，特別是提高中小型甲醇生產(chǎn)技術(shù)：開工率低、消耗高、成本高的等，必須提高企業(yè)的管理水平，特別是操作工人的技術(shù)素質(zhì)。1.2.5世界甲醇發(fā)展及市場(chǎng)需求世界甲醇發(fā)展迅速，1992-1996年總生產(chǎn)能力年均增長(zhǎng)率大4.9%，總產(chǎn)量年均增值率為7.1%，總消費(fèi)量年均增值率為6.7%。1996年總生產(chǎn)能力為2471.8萬(wàn)噸，總消費(fèi)量為2470.1萬(wàn)噸，開工率為84.3%，甲醇迅速發(fā)展的原因在于全球性汽油無(wú)鉛化的要求，使MTBE快速增長(zhǎng)。以及甲醇羥基化的迅速發(fā)展。1977年到2021年5年中，世界甲醇生產(chǎn)能力年均增值率為4.9%，總產(chǎn)量年均增值率為3.6%，總消費(fèi)量年均增值率為3.7%，均比前5年有所下降。受石油和天然氣價(jià)格波動(dòng)影響，2021年甲醇的價(jià)格和供求也浮動(dòng)較大。2021年世界甲醇生產(chǎn)能力3620萬(wàn)t/a（上年為3450萬(wàn)t/a），生產(chǎn)能力利用率為79%，其中北美為91%，中東83%，歐洲和亞洲為65%。2021年全球甲醇需求為2850萬(wàn)t，比2021年增長(zhǎng)140萬(wàn)t，推動(dòng)消費(fèi)增長(zhǎng)的主要原因是美國(guó)MTBE生產(chǎn)開工率充足；中國(guó)大幅增加甲醇消費(fèi)，新加坡和BP公司分別有50萬(wàn)t和40萬(wàn)t規(guī)模的醋酸裝置投產(chǎn)。2021年甲醇原料天然氣的價(jià)格由年初的2.5美元/1012Btu（1Btu=1.06kJ,下同）漲至年末5美元/1012Btu，受此影響美國(guó)的甲醇價(jià)格由113美元/t升至230美元/t.2021年現(xiàn)有生產(chǎn)能力的開工率將保持穩(wěn)定，天然氣價(jià)格仍趨下降，幾處新的生產(chǎn)裝置將投產(chǎn)。大幅度的縮減須等到2021年，美國(guó)實(shí)施清潔空氣計(jì)劃，屆時(shí)將大量限制由甲醇制造的甲基叔丁基醚（MTBE）。2021年至2021年間美國(guó)的甲醇消費(fèi)將由1053萬(wàn)t降至760萬(wàn)t，主要因?yàn)楹挠眉状甲疃嗟腗TBE將由2021年的430萬(wàn)t下降至2021年的59萬(wàn)t。2021～2021年世界甲醇消費(fèi)量及所占比例見表1。表１2021～2021年世界甲醇消費(fèi)量及所占比例萬(wàn)ｔ2021年比例／％2021年比例／％消費(fèi)量消費(fèi)量甲醛９６３３４．１１１３５３５．１ＭＴＢＥ７７７２７．６８２０２５．２醋酸２７３９．７３４８１０．７溶劑１１６４．１１３５４．１其他６９０２４．５８１９２４．９世界總計(jì)２８１９１００３２５７１００據(jù)美國(guó)《化學(xué)周刊》最新報(bào)道，截至2021年底世界甲醇的總生產(chǎn)能力接近4800萬(wàn)t，06年總需求達(dá)3680萬(wàn)t。世界甲醇生產(chǎn)主要集中在天然氣資源比較豐富的地區(qū)，如特立尼達(dá)、智利、新西蘭、沙特和俄羅斯，中國(guó)已成為世界甲醇主要生產(chǎn)地區(qū)，中國(guó)甲醇主要以煤炭為原料。其中亞太地區(qū)的生產(chǎn)能力為1410萬(wàn)t/年，約占世界總生產(chǎn)能力的30%，中東及非洲地區(qū)的生產(chǎn)能力為1217萬(wàn)t/年，約占總生產(chǎn)能力的25%，北美地區(qū)的生產(chǎn)能力僅為60萬(wàn)t/年，約占總生產(chǎn)能力的1.2%，南美地區(qū)的生產(chǎn)能力為1256萬(wàn)t/年，約占總生產(chǎn)能力的26%，世界其他地區(qū)的生產(chǎn)能力為854萬(wàn)噸/年，約占世界總生產(chǎn)能力的17.8%。世界主要甲醇生產(chǎn)企業(yè)都是將甲醇作為商品銷售，自用量很少。同時(shí)大型甲醇生產(chǎn)企業(yè)都擁有自己的遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船隊(duì)和儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施，以便將生產(chǎn)的甲醇運(yùn)往世界各地銷售。1.2.6甲醇的未來(lái)需求及展望由于美國(guó)國(guó)內(nèi)天然氣價(jià)格較高，加之對(duì)MTBE產(chǎn)品使用的限制，美國(guó)甲醇生產(chǎn)大幅下降，目前僅剩60萬(wàn)t/年。未來(lái)幾年還將有大量產(chǎn)能陸續(xù)投產(chǎn)，預(yù)計(jì)到2021年中東地區(qū)甲醇產(chǎn)能將翻一番，中國(guó)產(chǎn)能到2021年也將翻番至2120萬(wàn)t/年。甲醇制烯烴(MTO/MTP)和二甲醚(DME)將是未來(lái)驅(qū)動(dòng)甲醇市場(chǎng)需求增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿Γ覈?guó)將是甲醇需求的重點(diǎn)地區(qū)。預(yù)計(jì)到2021年，世界甲醇生產(chǎn)能力將達(dá)到約6400萬(wàn)t，2021年達(dá)到約7200萬(wàn)t，供應(yīng)能力大于市場(chǎng)需求，競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)加劇，一些不具競(jìng)爭(zhēng)力的小裝置或原料價(jià)格較高地區(qū)的甲醇裝置將關(guān)閉。根據(jù)未來(lái)甲醇裝置建設(shè)趨勢(shì)，世界甲醇的生產(chǎn)中心正在向南美、沙特、伊朗和我國(guó)轉(zhuǎn)移；同時(shí)這些國(guó)家和地區(qū)甲醇產(chǎn)品的目標(biāo)市場(chǎng)主要是針對(duì)亞太地區(qū)和我國(guó)。雖然北美地區(qū)大量產(chǎn)能關(guān)閉，全球范圍來(lái)看，2021至2021年世界甲醇產(chǎn)能增速還將達(dá)到8.4%/年，會(huì)高過需求增速。今年初，由于世界范圍一系列甲醇裝置非計(jì)劃停工造成市場(chǎng)供應(yīng)緊張，導(dǎo)致現(xiàn)貨價(jià)格大幅攀升，2月初曾高達(dá)1.45美元/加侖fob。最近幾周甲醇價(jià)格已回復(fù)到70美分/加侖fob。由于現(xiàn)貨價(jià)格走低，Methanex公司也調(diào)低了美國(guó)4月份合同價(jià)格54美分/加侖。總的來(lái)說(shuō)，隨著各國(guó)對(duì)無(wú)鉛汽油的環(huán)保需要，甲醇的生產(chǎn)發(fā)展還是極為迅速的。同時(shí)甲醇作為C1化學(xué)的支柱產(chǎn)品，甲醇化工已成為化學(xué)工業(yè)的一個(gè)重要領(lǐng)域。甲醇的消費(fèi)已滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。今后甲醇的發(fā)展更為迅速。1.3設(shè)計(jì)任務(wù)的項(xiàng)目來(lái)源由指導(dǎo)老師指定的課題。1.4原料規(guī)格及來(lái)源設(shè)計(jì)產(chǎn)品精甲醇所需的主要原料粗甲醇由本廠自己生產(chǎn)，其生產(chǎn)粗甲醇的原料合成氣可以購(gòu)買也可自己生產(chǎn)。1.5水、電、汽供應(yīng)情況1.5.1給水、排水系統(tǒng)生產(chǎn)用水主要為工序的冷卻用水。本生產(chǎn)線用水有自來(lái)水廠供應(yīng)，水的用量不大，滿足該項(xiàng)目的要求。給水系統(tǒng)包括新鮮水輸水管，管網(wǎng)輸水管道等分支，一分支專門為循環(huán)水池和生產(chǎn)清洗供水，另一分支為純水裝置供水。消防用水管網(wǎng)另設(shè)。室內(nèi)給水系統(tǒng)由入戶管，主管，支管，配水頭等組成。給水的水平主管鋪設(shè)在建筑物的下部，由下至上供水。生產(chǎn)用水中的冷卻水經(jīng)貯水池自然冷卻或用冷卻塔冷卻后循環(huán)使用，少量的生產(chǎn)沖洗用水屬基本無(wú)污染水，可澄清后排放。生產(chǎn)線的排水系統(tǒng)由排水管網(wǎng)組成，排水管道把廢水從產(chǎn)生地點(diǎn)收集和輸送到總排水管，最后由總排水管輸送至污水澄清池。1.5.2電力供應(yīng)本項(xiàng)目耗電不大，電力由本廠的小型熱電廠供應(yīng)。1.5.3蒸汽供應(yīng)本項(xiàng)目的蒸汽均由該廠的小型熱電廠供給。1.6貯存和運(yùn)輸根據(jù)本項(xiàng)目原料，產(chǎn)品特點(diǎn)，按不同要求進(jìn)行貯運(yùn)以滿足要求。貯存甲醇通常采用立式不銹鋼制貯槽。貯槽設(shè)置在室內(nèi)或車間要防止日光曝曬，以免引起甲醇揮發(fā)，影響成品產(chǎn)量。甲醇通常利用公路、鐵路運(yùn)輸。1.7節(jié)能在工藝設(shè)計(jì)中一般采取三廢治理加節(jié)能降耗措施，主要有以下幾點(diǎn)：粗甲醇精餾過程中回收甲醇?xì)堅(jiān)械募状即旨状季s過程中，殘液內(nèi)甲醇含量達(dá)5%，按甲醇生產(chǎn)規(guī)模，精餾過程約有3500噸殘液被排放，則每年約有170噸甲醇隨同殘液一起排放，這樣既減少了產(chǎn)品甲醇量，又污染了環(huán)在精餾過程中，加入的粗甲醇在各層塔板中，反覆地進(jìn)行熱質(zhì)傳遞，易揮發(fā)組分甲醇從塔底向塔頂，不斷地從液相轉(zhuǎn)入氣相，通過塔頂冷凝獲得精甲醇，部分回流。不易揮發(fā)組分主要是水，不斷地從氣相轉(zhuǎn)入液相。在塔底的殘液中，除了水分和少量其他組分外，還殘留了3..5-7%，的甲醇。國(guó)內(nèi)某廠通過圖1-4回收.圖1-4甲醇回收工藝流程圖1-循環(huán)泵；2-蒸發(fā)器；3-分離器；4-噴嘴；5-冷凝器；6-溢流管；7-液位計(jì)殘液經(jīng)1循環(huán)泵加壓后，進(jìn)入列管式蒸發(fā)器2，加熱到80°C，然后進(jìn)入氣液分離器3，液體從噴嘴4出，使甲醇從殘液中釋放。甲醇蒸汽與水蒸汽同時(shí)在冷凝器5中冷卻，得到冷凝液中含甲醇25-40%，送入回流罐再去精餾，為蒸發(fā)的殘?jiān)祷匮h(huán)泵1循環(huán)蒸發(fā)，另一部分經(jīng)管道6去生物氧化池進(jìn)行氧化。經(jīng)回收甲醇后的殘?jiān)状剂繌?%可減少到0.8-1.0%。廠里除扣除回收成本，這部分利潤(rùn)還是相當(dāng)可觀的。通過殘?jiān)状蓟厥?，不僅增加了甲醇產(chǎn)量，而且減輕了殘?jiān)汉罄^生物氧化法處理負(fù)擔(dān)。第二章生產(chǎn)流程方案的確定2.1生產(chǎn)方案的確定本設(shè)計(jì)是高壓法甲醇分離工藝工段設(shè)計(jì)，主要用精餾法對(duì)粗甲醇進(jìn)行分離。生產(chǎn)的粗甲醇經(jīng)過預(yù)熱交換器后進(jìn)入預(yù)精餾塔并在塔底通入蒸汽，經(jīng)預(yù)精餾后的粗甲醇進(jìn)入主塔精餾并在塔底通入蒸汽進(jìn)行精餾。2.2生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述2.2.1生產(chǎn)工藝流程簡(jiǎn)圖[5]甲醇精餾工藝流程簡(jiǎn)圖如圖2-1圖2-1甲醇精餾工藝流程簡(jiǎn)圖1-粗甲醇貯槽；2-預(yù)熱交換器；3-預(yù)精餾塔；4-主精餾塔；5-精甲醇貯槽2.2.2流程簡(jiǎn)述精餾時(shí)采用的是雙精餾塔，分為預(yù)精餾塔和主精餾塔。生產(chǎn)冷凝的粗甲醇進(jìn)入精餾裝置。精餾時(shí)粗甲醇先經(jīng)過預(yù)熱器加熱，并通入冷凝水和氫氧化鈉溶液，進(jìn)預(yù)精餾塔并在塔底通入蒸汽。塔頂出來(lái)的蒸汽含有甲醇、水及多種以輕主分為主的少量有機(jī)雜質(zhì)，經(jīng)過冷凝器被冷卻水冷卻，絕大部分冷凝下來(lái)，送至塔內(nèi)回流，以輕組分為主的大部分有機(jī)雜質(zhì)經(jīng)塔頂液封槽后放空或回收作為燃料。從預(yù)精餾塔出來(lái)的釜液進(jìn)入主精餾塔經(jīng)過塔底通入蒸汽，最后分離從塔上部得到精甲醇，塔下部得到側(cè)餾分，從塔頂?shù)玫降妮p組分和極少量的甲醇經(jīng)液封溢流槽后，不凝性氣體排空另一部分經(jīng)回流罐再次進(jìn)入預(yù)精餾塔進(jìn)行回流。第三章工藝計(jì)算3.1小時(shí)生產(chǎn)能力粗甲醇147公斤/時(shí)；精甲醇127公斤/時(shí)3.2物料衡算和能量衡算3.2.1計(jì)算條件高壓法鋅鉻催化劑合成粗甲醇的組成的百分比，主要物料數(shù)據(jù)見表3-1。物質(zhì)甲醚甲醇異丁醇高級(jí)醇水百分比/%3.686.31.10.318.68表3-1粗甲醇組成的百分比3.2.2物料衡算計(jì)算依據(jù)按年產(chǎn)量1000噸精甲醇計(jì)，而粗甲醇中含甲醇86.3%，則每年所需粗甲醇總量：000/86.3%=1159噸/年年工作日按330天計(jì)，則精甲醇每日、每小時(shí)產(chǎn)量為：1000/330=3.03噸/日=0.127噸/時(shí)每日、每小時(shí)所需粗甲醇量為:1159/330=3.513噸/日=0.147噸/時(shí)=147公斤/時(shí)預(yù)精餾塔（脫醚塔）物料衡算預(yù)精餾塔平衡示意圖如下所示：軟水45.72軟水45.72粗甲醇147甲醚5.30脫醚后入料（以每小時(shí)計(jì)）：粗甲醇：147公斤/時(shí)其中：甲醚3.6%，則147*3.6%=5.30公斤/時(shí)甲醇86.3%，則147*86.3%=127公斤/時(shí)丁醇1.1%，則147*1.1%=1.62公斤/時(shí)高級(jí)醇0.31%，則147*0.31%=0.45公斤/時(shí)水8.68%，則147*8.68%=12.76公斤/時(shí)（2）堿液根據(jù)資料介紹：堿液濃度按2%計(jì)算時(shí)，每噸精甲醇耗0.811公斤92%濃度的NaOH，則0.127*0.811*92%=0.095公斤/預(yù)精餾塔示意圖（單位公斤/時(shí)）時(shí)純NaOH，折合成2%，則為：0.095/2%=4.75公斤/時(shí)。（3）軟水加入量或冷凝水加入量以精甲醇36%計(jì)，則127*36%=45.72公斤/時(shí)（4）初鎦物：4.37公斤/時(shí)（測(cè)定數(shù)據(jù)）總計(jì)：5.30+127+1.62+0.45+12.76+4.75+45.72=201.97公斤/時(shí)出料：（1）甲醚5.30公斤/時(shí)（2）甲醇127公斤/時(shí)（3）異丁醇1.62公斤/時(shí)（4）高級(jí)醇0.45公斤/時(shí)（5）堿液4.75公斤/時(shí)（6）水：a.粗甲醇帶水12.76公斤/時(shí)b.軟水45.72公斤/時(shí)（7）初鎦物4.37公斤/時(shí)總計(jì)：5.30+127+1.62+0.45+4.75+12.76+45.72+4.37=201.97公斤/時(shí)其中：氣相5.30公斤/時(shí)，液相196.67公斤/時(shí).主精餾塔物料衡算主精餾塔物料平衡示意圖如下圖所示：脫醚后甲脫醚后甲醇精甲醇高沸點(diǎn)物質(zhì)水(殘液)主精餾塔物料平衡示意圖入料：脫醚后粗甲醇196.67公斤/時(shí)回流液：回流比=（回流/入料）=2則196.67*2=393.34公斤/時(shí)總計(jì)：196.67+393.34=590.01公斤/時(shí)出料：（1）高沸點(diǎn)物采出量：異丁醇+高級(jí)醇+甲醇=（1.62+0.45）/30%=6.9公斤/時(shí)（其中甲醇70%，重組分30%）從主塔回流液中采出預(yù)塔入料量2%到預(yù)塔收集槽，其中含甲醇97.3%—99%油性雜質(zhì)在1%—2.07%，其密度0.79—0.791g/ml,其量：147*2%=2.94公斤/時(shí)成品甲醇=預(yù)后甲醇量-殘液中甲醇量-高沸點(diǎn)物中甲醇量-初鎦物甲醇量=121.3-0.01x（x為殘液總量）由物料衡算知：121.3-0.01x+2.94+6.9+x=196.6公斤/時(shí)解之得：x=66.192公斤/時(shí)即精甲醇量：120.64公斤/時(shí)殘液總量：66.192公斤/時(shí)回流液量：393.34公斤/時(shí)總量：1120.64+66.192+6.9+2.94=196.6+393.34=590.01公斤/時(shí)3.2.3熱量平衡計(jì)算目的：根據(jù)預(yù)塔全塔熱量衡算，求出塔所耗蒸汽量和冷凝水量。它是建立在能量守恒定律基礎(chǔ)之上的?？捎孟铝嘘P(guān)系式表示：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6其中：Q1——加料帶入設(shè)備量；Q4——物料帶出熱；Q2——加入介質(zhì)帶入熱；Q5——消耗在各部件熱；Q3——物料帶入熱；Q6——熱量損失；上述關(guān)系式因過程不同又有不同的表現(xiàn)形式。一、預(yù)精餾塔熱量衡算設(shè)回流系數(shù)為0.736則回流量：147*0.736=108.19公斤/時(shí)塔操作為常壓，求塔底蒸汽加入量G=?軟水（包括NaOH液）：45.72+4.75=50.47公斤/時(shí)1、全塔熱量衡算入熱粗甲醇入熱：（物料147公斤/時(shí)，t=65℃）二甲醚：5.30*305.8=1620.74千卡/時(shí)其中：305.8為二甲醚的焓甲醇：129.07*0.64*65=5369.31千卡/時(shí)千卡/時(shí)其中，0.64為甲醇比熱水：12.76*1*65=829.4則Q1=1620.74+5369.31+829.4=7819.45千卡/時(shí)軟水（包括NaOH液）Q2=50.4*1*65=3280.55千卡/時(shí)塔底蒸汽加入量：Q3=？回流液：（t=55℃液相比熱取0.64）Q4=108.19*0.64*55=308.288千卡/時(shí)總?cè)霟幔篞1+Q2+Q3+Q4=7819.45+3280.55+308.288+Q3出熱：（1）脫醚后粗甲醇（物料196.67公斤/時(shí)，t=75℃）甲醇：129.07*0.64*75=6195.36千卡/時(shí)水：63.23*1*75=4742.25千卡/時(shí)則Q11=6195.36+4742.25=10937.61千卡/時(shí)（2）回流液【t=58℃，取比熱0.64千卡/公斤*度（同甲醇）】Q22=108.19*（0.64*58+267）=32902.74千卡/時(shí)其中267千卡/公斤——回流液潛化熱（3）甲醚（t=58℃）Q33=5.30*（58*0.63+125）=856.16千卡/時(shí)其中0.63千卡/公斤*度——二甲醚比熱，125千卡/公斤-二甲醚汽化潛熱；（4）熱損失（以5%計(jì)）Q44=Q出*5%=（10937.61+32902.74+856.16）*5%=2234.83千卡/時(shí)總出熱：Q11+Q22+Q33+Q44=1093.61+32902.74+856.16+2234.83=46931.34千卡/時(shí)又總出熱=總?cè)霟幔?1408.29+Q3=46931034解之得：Q3=35523.05千卡/時(shí)需3.5KPa表壓蒸汽量：G=35523.05/506=70.20公斤2、耗冷卻水量以預(yù)塔蒸餾出來(lái)的甲醇蒸汽含輕餾分和初餾分進(jìn)入預(yù)塔冷凝器，通過冷卻水量控制冷卻溫度，達(dá)到分離甲醇輕餾分和初餾分目的。甲醇初鎦物作為回流液返回系統(tǒng)，輕餾分以氣態(tài)形式放空。熱量衡算Q入=Q22=32902.7千卡/時(shí)Q出=Q冷回+Q損=108.19*0.64*58+2234.83=6250.843千卡/時(shí)Q余=Q入-Q出=32902.74-6250.843=26651.90千卡/時(shí)冷卻水用量物料帶入熱與帶出熱之差，所余熱量用冷卻水冷卻。冷卻水進(jìn)入冷凝器溫度為25℃，出冷凝器溫度為40℃，則用量G1=Q余/Cm△t=26651.9/1(40-25)=1776.8千卡/時(shí)二、主塔熱量衡算1、主精餾塔回流量393.34公斤/時(shí)，操作為常壓。求塔底加入蒸汽量G=?入熱：物料196.67公斤/時(shí)，t=90℃甲醇：129.07*0.64*90=7434.43千卡/時(shí)水.：63.23*1*90=5690.70千卡/時(shí)則Q1=7434.43+5690.70=13125.13千卡/時(shí)回流液：Q2=393.34*0.64*55=13845.57千卡/時(shí)塔底蒸汽加入量：Q3=？總?cè)霟幔篞1+Q2+Q3=26970.70+Q3出熱：精甲醇（t=64℃）Q11=120.64*0.64*64=4941.41千卡/時(shí)回流液：Q22=393.34*（0.64*58+267）+2.94*0.64*58=119731.7千卡/時(shí)殘液：Q33=66.192*1*105=6950.16千卡/時(shí)高沸點(diǎn)物質(zhì)：Q44=1.62*0.7186*80+0.45*0.7*80+(6.9-1.62-0.45)*0.64*80=365.3千卡/時(shí)熱損失以5%計(jì)Q55=Q出1*5%=（Q11+Q22+Q33+Q44）*5%=131988.57*5%=6599.43千卡/時(shí)總出熱：Q出=138473.43千卡/時(shí)由Q出=Q入，即138473.43=26970.7+Q3解之得：Q3=111617.30千卡/時(shí)需3.5表壓蒸汽：G=111617.30/506=220.6公斤/時(shí)2、冷卻水用量主塔冷凝器冷卻水用量冷凝器的氣體出冷凝器的液體熱量之差，其中不凝性氣體放空，所以計(jì)算時(shí)和過程損失一起考慮。按Q1出的5%計(jì)。Q入=Q2=119731.7千卡/時(shí)Q出=13845.57+2.94*0.64*58+6599.43=20554.13千卡/時(shí)Q余=Q入-Q出=119731.7-20554.13=99177.57千卡/時(shí)則冷卻水用量G2=Q余/Cm△t=99177.57/1*(40-25)=6611.84公斤B．成品精甲醇耗冷卻水用量（1）Q入=120.64*0.64*64=4941.41千卡/時(shí)（2）精甲醇帶出熱Q出=120.64*0.64*40=3088.38千卡/時(shí)（3）熱損失Q損=3088.38*5%=154.42千卡/時(shí)則Q余=Q入-Q出-Q損=4941.41-3088.38-154.42=1698.61千卡/時(shí)此時(shí)冷卻水用量G3=Q余/Cm△t=1698.61/1*(40-25)=113.25千卡/時(shí)則有上計(jì)算知生產(chǎn)1000噸精甲醇消耗蒸汽總量為：70.20+220.60=290.80公斤=0.291噸消耗冷卻水量為：1776.80+6611.80=8501.90公斤=8.502噸第四章主要設(shè)備工藝計(jì)算和設(shè)備選型以主精餾塔為例進(jìn)行工藝計(jì)算4.1主要工藝操作數(shù)據(jù)蒸餾過程選擇連續(xù)精餾，進(jìn)料狀況為飽和液體進(jìn)料。4.1.1化學(xué)控制成品精甲醇濃度大于等于98%成品中含小于等于0.2%回流比R=24.1.2壓力控制塔壓力為常壓入塔蒸汽壓力3.5KPa(表壓)4.1.3溫度控制預(yù)精餾塔塔頂55℃，塔底75℃主精餾塔塔頂55℃，塔底105℃冷卻水進(jìn)入時(shí)20℃，離開時(shí)40℃4.2主要設(shè)備（主精餾塔）塔徑的工藝計(jì)算4.2.1理論塔板數(shù)計(jì)算1、求各點(diǎn)甲醇摩爾分率（1）預(yù)精餾后甲醇摩爾分率(2)精甲醇摩爾分率（3）釜液中甲醇摩爾分率2、處理能力（1）(2)精餾段處理物料量提鎦段物料量3、求平均揮發(fā)度查飽和蒸汽壓表，65℃時(shí)甲醇和水的飽和蒸汽壓分別是101.92和25.00，則65℃時(shí)甲醇和水的相對(duì)揮發(fā)度為：=101.92/25=4.0738查110℃時(shí)甲醇和水的飽和蒸汽壓分布是394.9和120.74，則110℃時(shí)，甲醇和水的相對(duì)揮發(fā)度為：=394.9/120.74=3.2707所以110℃和75℃時(shí)，甲醇和水平均相對(duì)揮發(fā)度為=塔板數(shù)計(jì)算甲醇產(chǎn)品純度=0.9968,殘液含甲醇=0.0056所以：產(chǎn)品中含雜質(zhì)=1-0.9968=0.0032殘液中含水=1-0.0056=0.99444、最小理論板數(shù)計(jì)算混合液中，甲醇記為A組分，水記為B組分。由芬斯克方程㏒[]/㏒=㏒[（0.9968/0.0032）/(0.0056)]/㏒3.6516=8.432（1）求最小回流比[1/(-1)]*[/-1(1-)/(1-)]=(1/2.6516)*{(0.9968/0.5318)-[3.6516*(1-0.9968)/(1-0.5318)]}=0.6975選擇回流比為2，則X=(R-)/(R+1)=(2-0.6975)/(2+1)=0.4342由吉利蘭關(guān)聯(lián)圖所示Y —X關(guān)聯(lián)式得：Y=0.75*(1-)=0.75*(1-)=0.2827又Y=(N-)/(N+1)，得:N=（+Y）/(1-Y)=(8.432+0.2827)/(1-0.2827)=12.1493塊（2）求精餾段最小理論板數(shù)=㏒[]/㏒進(jìn)料時(shí)溫度為90℃，90℃時(shí)甲醇和水的飽和增強(qiáng)壓分別為267.3和70.10F=267.3/70.10=3.8131.則==3.9427則=㏒[]/㏒=㏒[(0.9968/0.0032)/(0.5318/0.4682)]/㏒3.9427=4.0922精餾段與全塔理論板數(shù)之比得：5、塔板效率計(jì)算求平均揮發(fā)度和平均粘度平均溫差=0.5*（105+65）=85℃，查得85℃時(shí)甲醇與水的粘度分別為:=0.29*=0.321*則平均粘度：=*+(1-)=0.29**0.5318+0.321*(1-0.5318)=0.3045*所以*=0.3045**3.6516=1.1119查得、關(guān)聯(lián)圖查得塔效率為0.48，二對(duì)于篩板塔其效率的相對(duì)值為1.1，故=0.48*1.1=0.5286、實(shí)際塔板數(shù)計(jì)算已求得全塔理論板數(shù)N=12.1493，故實(shí)際板數(shù)為:=N/=12.1493/0.528=23.01≈24塊精餾段板數(shù)=5.8963，故實(shí)際板數(shù)==5.8963/0.528=11.17可取精餾段塔板數(shù)12塊，實(shí)際加料為地13塊。提鎦段板數(shù)24-12=12塊。4.2.2塔徑計(jì)算預(yù)計(jì)所設(shè)計(jì)的板式塔為小型，暫定采用單流板，板距=450mm1、塔徑計(jì)算（1）確定物料衡算首先由物料衡算求出塔內(nèi)氣液負(fù)荷L=R*D=2*4.10=8.20V=(R+1)*D=3*4.10=12.30塔頂物料平均摩爾質(zhì)量為：塔頂氣相密度為：ρ（2）確定氣相負(fù)荷因子C時(shí)所涉及的液相密度及表面張力按純甲醇計(jì)算。塔頂查65℃時(shí)，甲醇的液相密度ρ=755,σ=16.76.精餾段上升與下降的氣體流量與液體流量分別為：V*/ρ=12.30*31.9952/1.15=341.78=0.0949=L*/ρ=8.20*31.9952/755=0.347=0.0000964取板間距為450mm，氣液動(dòng)能參數(shù)為：FP=由《化工原理》下冊(cè)，篩板塔氣體負(fù)荷因子關(guān)聯(lián)圖查得：=0.095C==0.09=0.092（3）塔徑計(jì)算最大允許空塔氣速為=2.3555選取空塔氣速為u=0.7*=0.7*2.3555=1.65取液泛分率為0.7，得出塔有效截面積:=(φ*)=0.0949/(0.7*2.3555)=0.0576取/A=0.12，則塔總截面積為A=0.0576（1-0.12）=0.0655則D==0.289，又塔徑計(jì)算值不是完整值時(shí)應(yīng)予以圓整。根據(jù)我國(guó)壓力容器計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，直徑在1m以下間隔為100mm，直徑在1m以上間隔為200mm,故塔徑取為300mm,原來(lái)規(guī)定的板距450mm也合適用。由此得出塔截面積：A=0.785=0.785*0.3*0.3=0.071參考篩板塔規(guī)格數(shù)據(jù)推薦范圍上所列數(shù)據(jù)，估定規(guī)格為：降液管總截面積：=0.12*A=0.12*0.071=0.0085塔凈截面積：=0.88*A=0.88*0.071=0.0625塔板工作面積：=0.76*A=0.76*0.071=0.0540孔總面積：=0.10*A=0.1*0.071=0.0071孔徑：=5mm板厚：=2.5mm堰高：=50mm4.2.3水力學(xué)性能計(jì)算（1）修正氣速值分別為：u==0.0949/0.0625=1.52修正液泛分率值為：Φ=u/=1.52/2.3555=0.64(2)計(jì)算液沫夾帶分率根據(jù)FP=0.026及液泛分率0.64查出液沫夾帶分率為0.06塔板壓降：△=+干板壓降，已知=5/2.5=2.0在篩孔的孔留系數(shù)圖中可讀出=0.77所以/=m清液柱氣體通過泡沫層壓降L:已規(guī)定堰高=0.05m采用單流型，=0.12,從圖中可查得/D=0.76,/D=0.12.則=0.76*D=0.76*0.3=0.228m，=0.12*D=0.12*0.3=0.036m又，由此可查得弓形堰校正系數(shù)=1.038則堰液頭，由此可查得充氣系數(shù)為β=0.6.*β=（0.05+0.0038）*0.6=0.0323m清液柱總壓降△=+=0.0234+0.0323=0.0557m清液柱d.液面落差：篩板塔液面落差一般很小，可忽略不計(jì)。e.漏液點(diǎn)：前面已經(jīng)確定堰高的值，且也算出了堰液頭的值，則=0.05+0.0038=0.0538m可得克服表面壓降可求得漏液點(diǎn)干板壓降：=0.0056+0.13*0.0538-0.0018=0.0108m又壓降與氣速平方成正比，即，故可得篩孔處氣速與漏液點(diǎn)氣速之比為：＞1.5f.降液管通過能力核算①降液管內(nèi)液面高，先計(jì)算液體流過降液管時(shí)的壓頭損失。取降液管下沿與塔板面距離為40mm,則液體從降液管流出時(shí)所經(jīng)過的縫隙截面積等于此距離乘以，即，液體體積流率=0.0000964液體通過降液管的壓頭損失：可以忽略不計(jì)。降液管內(nèi)液面高：△+△=0.0557+0.05+0.0038+0+0=0.1095m以泡沫計(jì)，液面高應(yīng)為（去液泡相對(duì)密度為Ф0.5），則：/Ф=0.1095/0.5=0.438m②液體在降液管停留時(shí)間t=＞5s三、計(jì)算結(jié)果（1）塔主要規(guī)格板型單流型溢流堰長(zhǎng)0.2281m塔徑300mm溢流堰高50mm板距450mm孔總面積0.071降液管截面積0.0085孔徑5mm..降液管下沿與塔板距離40mm板厚2.5mm主要規(guī)格(2)水力學(xué)性能液泛分率0.64操作氣速/漏液點(diǎn)氣速1.53＞1.5液沫夾帶分率0.06降液管內(nèi)泡沫液面高/板距0.438△/-液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間9.6s＞5s水力學(xué)性能4.3塔體與裙座的機(jī)械設(shè)計(jì)4.3.1設(shè)計(jì)條件（1）塔體內(nèi)徑=300mm，塔高近似取H=12m.(2)計(jì)算壓力=0.108，設(shè)計(jì)溫度T＞50℃.(3)設(shè)計(jì)地區(qū)：基本風(fēng)壓值，地震設(shè)防烈度為8度，場(chǎng)地土地為B類。（4）塔內(nèi)裝有24層篩板，每塊板上介質(zhì)層厚度為=50mm,介質(zhì)密度為842。（5）安裝平臺(tái)扶梯一個(gè)，平臺(tái)寬度為900mm,高度為1000mm.由于塔徑較小可安裝手孔兩個(gè)不用安裝人孔。(6)塔體保溫層厚度為δ=100mm,保溫層材料密度為=300。（7）塔體與封頭、裙座、內(nèi)件材料均選用Q-235B.查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》附錄知，。，彈性模數(shù)。（8）塔體與裙座對(duì)接焊接，塔體焊縫接頭系數(shù)為ψ=0.85（雙面焊接局部無(wú)損傷焊接）。（9）塔體、裙座和封頭壁厚的附加裕度均取C=2mm.4.3.2按計(jì)算壓力計(jì)算塔體與封頭厚度塔體厚度計(jì)算封頭厚度計(jì)算ψ}=0.10.8*300/(2*113*0.85-0.108)=0.168mm考慮厚度附加量C=2mm,S+C=2.169mm,經(jīng)圓整取=3mm.ψ}=0.108*300*1/(2*113*0.85-0.5*0.108)=0.169考慮厚度附加量C=2mm,S+C=2.169mm,經(jīng)圓整取=3mm.查《化工設(shè)備設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》得DN=300mm,厚度為3mm的橢圓形封頭曲面高度=75mm,直邊高度=25mm，計(jì)算得塔高為：（N-1）*=23*0.45+2*0.075+2*0.025=10.55m取整為H=11m,設(shè)計(jì)塔座為1m，則塔高H=12m.4.3.3設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算設(shè)備質(zhì)量載荷計(jì)算筒體、封頭、裙座質(zhì)量計(jì)算說(shuō)明圓筒體質(zhì)量：=22*24*0.45=037.6kg封頭質(zhì)量：=2*2.90=5.80kg裙座質(zhì)量：=22*1=22kg=++=265.4kg1.塔體圓筒高度為=10.8m2.查得DN=300mm,厚度為3mm的圓筒每米質(zhì)量為22kg.3、查DN=300mm,厚度為3mm的橢圓形封頭質(zhì)量為2.90kg.4、裙座高1m.(厚度按3mm計(jì))塔內(nèi)附件質(zhì)量由《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》查得篩板塔盤每米的質(zhì)量為65kg。=0.785*0.3*0.3*65*24=110.22kg保溫層質(zhì)量=240.13kgρ為介質(zhì)密度；封頭保溫質(zhì)量平臺(tái)扶梯質(zhì)量查得:平臺(tái)扶梯的質(zhì)量=150龍式扶梯質(zhì)量=kg/m龍式扶梯總高=11mn為平臺(tái)數(shù)量操作時(shí)物料質(zhì)量=物料密度為842封頭容積為000530立方米塔板層數(shù)為N=24層塔釜圓筒部分深度為18m塔板上液層高0.05m附件質(zhì)量按經(jīng)驗(yàn)取附件質(zhì)量為：=0.25*265.466.35kg充氣質(zhì)量數(shù)全塔質(zhì)量匯總?cè)僮髻|(zhì)量全塔最大質(zhì)量全塔最小質(zhì)量將全塔分為3段，計(jì)算下列各質(zhì)量載荷（計(jì)算略有近似值）各種質(zhì)量載荷匯總塔段0－11－22－3合計(jì)塔段長(zhǎng)度/mm50005000202112021平臺(tái)數(shù)0101塔板數(shù)813324134.9011020.5265.436.7459.7013.78110.2288.94111.1840.01240.130596.010596.0160.9899.0922.8182.9330.1630.166.0466.35267.69334.61120.4722.76351.721006.14103.191461全塔操作質(zhì)量全塔最大質(zhì)量全塔最小質(zhì)量4.3.4風(fēng)載荷與風(fēng)彎矩計(jì)算以其中一段計(jì)算風(fēng)載荷:(N)式中：-空氣動(dòng)力系數(shù)對(duì)于圓筒=0.7，-風(fēng)壓高變化系數(shù)，查得=1.0-10m高處的基本風(fēng)壓值=400，-計(jì)算長(zhǎng)度，=5m-脈動(dòng)影響系數(shù)，由《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表8-7查得=0.72-塔基本自震周期，對(duì)等直徑等厚度圓筒截面塔：=2.0s-脈動(dòng)增大系數(shù)，由《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》查表得=2.69-振型系數(shù)，查表得=0.776-風(fēng)振系數(shù)=1+-塔有效直徑，設(shè)籠式扶梯與塔頂管線成90°角，取一下a、b式中最大者。=400mm,取400mm,=100mm.a.=303+2*100+400+360=1023mmb．=303+2*100+360+400+2*100=1223mm由此取=1463mm=4286N以上述方法計(jì)算出各段風(fēng)載荷列于下表：各段風(fēng)載荷計(jì)算結(jié)果計(jì)算段平臺(tái)數(shù)154000.70.420.2252.691.2960.850011031601254000.70.720.7762.692.5031.05112011234286354000.70.7312.692.9641.50320011031934風(fēng)彎矩計(jì)算截面計(jì)算式0-0=1601=57399N*mm573991-1==22319N*mm223192-2N*mm19344.3.5地震彎矩計(jì)算符號(hào)與取值塔總高度H=12021mm;全塔操作質(zhì)量=1461kg;結(jié)構(gòu)綜合影響系數(shù)=0.85重力加速度g=9.81;地震影響系數(shù)；查表得（B類土地近震）；查表得：（設(shè)計(jì)地震烈度8級(jí)）計(jì)算截面離地面高度為h:0-0截面：h=01-1截面：h=1000mm2-2截面：h=3000mm等直徑、等厚度的塔，＞15，按下列方法計(jì)算地震彎矩截面0-0=1-1==3.1985*10N*mmN*mm2-2==N*mm4.3.6地震偏心彎矩計(jì)算由于此塔設(shè)兩邊設(shè)計(jì)的冷凝器和再沸器較為對(duì)稱且精餾的物料較少，偏心質(zhì)量可以忽略不計(jì)。4.3.7塔體水壓試驗(yàn)和應(yīng)力校核水壓試驗(yàn)時(shí)各種載荷引起的應(yīng)力實(shí)驗(yàn)壓力和靜液柱引起的環(huán)向應(yīng)力+靜液柱）/=(0.135+0.12)*(300+1)/(2*1)=38.38MPa=0.135MPa靜液柱壓力=r*H=1000*12=12021=0.12MPa有試驗(yàn)壓力引起的軸向應(yīng)力==10.13MPa水壓試驗(yàn)時(shí)最大質(zhì)量引起的軸向應(yīng)力==-20.84MPa吊裝時(shí)應(yīng)力校核==90.13MPa又K*B=94.03MPa,0.9*K*式中K取1.2為載荷組合系數(shù)，B按第五章求軸向應(yīng)力時(shí)求取。有上知，﹤K*B=94.03MPa和0.9*K*，所以滿足要求。4.3.8基礎(chǔ)環(huán)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)環(huán)尺寸基礎(chǔ)環(huán)應(yīng)力校核計(jì)算式說(shuō)明(1)(2)取兩者中的最大值。=0.0952MPa=0.125MPa取以上兩者中的最大值，則0.123MPa.選用75號(hào)混凝土，由表查得許用應(yīng)力為：，而滿足要求。==160140=/(320*470)=1.0128*=57399式中：為基礎(chǔ)環(huán)抗彎斷面系數(shù)為基礎(chǔ)環(huán)截面積基礎(chǔ)環(huán)厚度計(jì)算式說(shuō)明按有篩板時(shí)計(jì)算基礎(chǔ)環(huán)厚度=-=5.82mm圓整后取基礎(chǔ)環(huán)材料的許用應(yīng)力。b==0.5[470-(300+2*3)]=82mm假設(shè)螺栓直徑為M24，查表得：l=120mm當(dāng)b/l=82/120=0.683,查表得：=0.220*0.125*82*82=-184.91N*mmN*mm=0.05626*0.125*120*120=104.904N*mm取其中絕對(duì)值較大值N*mm4.3.9地腳螺栓計(jì)算計(jì)算式說(shuō)明地腳螺栓最大拉應(yīng)力取兩者中的最大值（1）=-0.0672MPa(2)=0.348MPa則取MPa地腳螺栓根徑選取地腳螺栓數(shù)n=2個(gè)==18.540mm查表得M24螺栓的根徑，雖滿足條件，但由于偏心質(zhì)量在實(shí)際安裝中會(huì)占一定的質(zhì)量帶來(lái)一定壓力，故應(yīng)多安裝螺栓，可安裝8個(gè)。-地腳螺栓根徑n-地腳螺栓個(gè)數(shù),n=8C=3mm第五章原料與動(dòng)力消耗5.1原料消耗量本裝置為高壓法甲醇用精餾法分離粗甲醇量處理量為1159噸/年5.2動(dòng)力消耗（1）新鮮水用量362.11噸/年（2）固體堿用量0.8816噸/年（3）3.5表壓蒸汽用量2303.14噸/年（4）20℃冷卻水用量63374.97噸/年第六章關(guān)于生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)核算6.1經(jīng)濟(jì)分析包括水、電、蒸汽、冷卻水費(fèi)用，水由自來(lái)水公司供給，約1.28元/噸，電、蒸汽、水由該廠的熱電廠供給。6.2車間經(jīng)費(fèi)1.年折舊費(fèi)：設(shè)折舊年限為20年，則年折舊