【基于三塔精餾工藝的甲醇生產工藝設計6400字（論文）】

基于三塔精餾工藝的甲醇生產工藝設計目錄TOC\o"1-2"\h\u16834第一章緒論 2113131.1甲醇的性質 2250331.2甲醇的地位，發(fā)展與前景 223938第二章工藝選擇 4254142.1甲醇精餾工藝簡述 415331第三章物料及熱量衡算 9138923.1物料衡算 9134783.2熱量衡算 916990第四章預精餾塔的選型及計算 1019017預精餾塔的計算結果如下表 1031808第五章安全與環(huán)保 10128975.1工藝主要副產物 10287645.2三廢的產生及防治 112053第六章自動控制 12133586.1概述 12241826.2自動控制系統(tǒng)分類 12314306.3本設計自動控制說明（部分） 127697第七章經濟技術對比分析 15118857.1甲醇精餾工藝的對比選擇 159683結論 1616543參考文獻 17摘要放眼整個化工行業(yè)，甲醇是最基本且最重要的有機產品。隨著大規(guī)模煤化工廠的建設，能源消耗水平和產品質量是各企業(yè)甲醇產品市場競爭的關鍵，也是新廠技術選擇的決策標準。甲醇有著極其廣泛的用途，在精密化工方面有著不能代替的作用。由于其在化工行業(yè)的重要作用，業(yè)內對其純度有著極高要求，粗甲醇中有著各種各樣揮發(fā)度各異的雜質，為了獲取高純度，滿足精制甲醇的市場需要，

在此進行對粗甲醇的精餾除雜設計。本設計經過多種工藝過程(單塔精餾工藝、雙塔精餾工藝、三塔精餾工藝和四塔精餾工藝)的比較和抉擇,

，采用了含有雙效換熱且性價比最為合適的的三塔精餾工藝。選用板式塔（浮閥塔）作為整個系統(tǒng)的主設備。經過物料計算得出了年產270kt精甲醇所需要的粗甲醇含量。對預精餾塔進行設備選型，計算其工藝尺寸，并對其主要參數進行校核。最后對設計的經濟發(fā)展可行性進行數據分析，證明本次畢業(yè)設計在生產中的現實技術可行性。

關鍵詞：三塔精餾工藝預精餾塔甲醇第一章緒論甲醇的性質作為最基礎的有機化合物之一，甲醇的物理性質如下表：表1：甲醇的物理性質表化學式CH3OH/CH?O中毒劑量100mg/kg分子量32.04致死劑量0.3～1g/kg沸點64.7℃用途甲醛和農藥別稱木醇，木精制作方式一氧化碳與氫氣反應性狀無色透明液體熔點-97.8℃飽和蒸汽壓12.3（20℃）燃燒熱723KJ/mol臨界溫度240℃臨界壓力7.95MPa黏度0.5525（mPa·s，25℃）電導率1.5×10-9臨界密度0.273g/cm臨界體積117cm/mol1.2甲醇的地位，發(fā)展與前景在我國很多的生產工藝中，都會應用到甲醇，例如在生產農藥，生產醫(yī)藥和生產火藥的和相關化學藥劑的生產中都會涉及到，甲醇的應用幾乎滲透到化工行業(yè)的方方面面。近幾年,隨著甲醇生產流程的改進，以及我國經濟的高速增長，以致于甲醇需求直線上升，甲醇工業(yè)也有著急速的上升。另外，與甲醇有關聯的下級產品，比如二甲醚，乙醇等，這些二級產品的發(fā)展也與甲醇的發(fā)展息息相關。二十一世紀初，全世界甲醇需求量達到四千萬噸，全球甲醇需求的增長速率已經超越了百分之四，二十一世紀一十年代全球甲醇產量已經達到五千萬噸左右，需求量大約為4300萬噸左右。并且甲醇在整個世界上的生產方式，消費格局發(fā)生了翻天覆地的變化。在發(fā)達國家，比如美國等，他們甲醇生產技術已經領先于世界，成為主要的生產國。一個世紀以內，中國的甲醇技術略落后于西方但是需求量卻越發(fā)增長，尤其是最近幾十年，中國的甲醇進口量，進口花費一直都居高不下，這也從側面反映了國內的生產甲醇成本較高，工藝技術比不上歐美國家，還無法與國外資本相抗衡。增加甲醇的工藝水平，減少資本花銷，是中國目前急需解決的棘手問題。

第二章工藝選擇2.1甲醇精餾工藝簡述現在國際上甲醇精餾工藝主要有五種：第一種是單塔精餾技術，在精餾過程中，全程應用一臺機器來進行生產。第二種是雙塔精餾工藝，雙塔精餾工藝主要是指在主精餾塔中又設置了加裝脫醚塔來進行生產。第三種是三塔精餾工藝，三塔精餾工藝是現階段在化工行業(yè)中最為青睞和歡迎的一項內容，三塔是指預精餾塔（脫硫，除醚塔）、加壓（精餾）塔和常壓（精餾）塔，此流程可有效節(jié)能，符合節(jié)能環(huán)保的要求。第四種是四塔甲醇精餾工藝，四塔是指預精餾塔（脫硫，除醚塔）、加壓塔、常壓塔和回收塔。四塔精餾工藝不僅能夠實現對生產廢料和廢水的處理，更能夠實現對甲醇的進一步回收利用[16]。除了上述四種外工藝，還有一種近年來出現的五塔工藝，其在四塔的基礎上進一步加強了分離能力[2]。2.1.1單塔精餾工藝如圖1所示，單塔甲醇精餾工藝是指僅使用一個精餾塔完成工藝流程，直接從其塔頂精餾段采出。粗甲醇從進料板進入，二甲醚等輕組分由塔項排出，工藝產品精甲醇在精餾段的塔板引出，異丁醇等重組分在提餾段引出，水從塔釜排出。圖1：單塔精餾工藝2.1.2雙塔精餾工藝如圖2所示，雙塔甲醇精餾工藝使用的主要設備是預精餾塔（脫硫，除醚塔）和精餾塔，其大致工藝流程為：將粗甲醇加入貯槽，之后由泵（粗甲醇）和流量控制加入到粗甲醇預熱器，接著經過粗甲醇過濾器對其進行過濾，從預精餾塔的進料口進入到第一次精餾當中。第一次精餾結束后，塔釜采出料加入主精餾塔，之后在第二個精餾塔塔頂處采出精甲醇[11]。圖2：雙塔精餾工藝2.1.3三塔精餾工藝如圖3所示，三塔精餾工藝流程是由預精餾塔（脫硫，除醚塔）、加壓塔、常壓塔組成的精餾工藝系統(tǒng)。其中，預精餾塔的作用與雙塔甲醇精餾工藝中的預精餾塔作用相同，主要是為了脫除低沸物。預精餾塔塔釜液經過再沸器后進入加壓塔，經過加壓塔精餾后，根據合適的比例，從加壓塔塔頂采出一部分精甲醇，經過冷卻后得到產品。加壓塔塔釜液經過精餾后，由于本身溫度足夠高，所以可以無需預熱直接加入常壓塔。之后經過常壓塔精餾，從常壓塔塔頂采出剩余精甲醇，精冷卻后得到甲醇產品，從提餾段采出異丁醇等高沸物，從塔釜收集水以及剩余殘夜[15]。圖3：三塔精餾工藝2.2.4四塔精餾工藝如圖4所示，四塔甲醇精餾工藝是在三塔甲醇精餾工藝的設計基礎上，將常壓塔提餾段采出液通入一個精餾塔，稱為回收塔（甲醇回收塔），進一步提升了原料利用率[13]。其中，低壓蒸汽為提供預精餾塔和加壓塔再沸器，加壓塔塔頂氣相作為常壓塔再沸器提的熱源。四塔甲醇精餾工藝雖然增加1個汽提塔，但是仍屬于雙效流程[11]。圖4：四塔精餾工藝2.2.5五塔精餾工藝如圖5所示，五塔甲醇精餾過程的主要設備包括預精餾塔（脫硫，除醚塔）、常壓塔、低壓塔、高壓塔和終塔組成。粗甲醇經泵加壓送至預塔，預塔塔頂氣相經過冷凝器冷凝后送至回流槽重新回流到預塔，底部的釜液被泵入常壓塔。常壓塔、低壓塔、高壓塔、終塔、釜液依次后送，塔頂氣相經過冷凝器冷凝后，一部分液體回流，另一部分液體作為產品采出。其中，低壓蒸汽作為熱源，為終塔和高壓塔再沸器提供熱量。終塔的塔頂氣相作為熱源，為預塔再沸器提供熱量。高壓塔的塔頂氣相作為熱源，為低壓塔再沸器的提供熱量。低壓塔的塔頂氣相作為常壓塔再沸器的熱源。終塔與預塔、低壓塔與常壓塔、高壓塔與低壓塔形成了三組熱集成模式，故稱為三效節(jié)能流[13]。本設計使用的是較為常見的三塔工藝，具體分析見第七章。圖5：五塔精餾工藝

第三章物料及熱量衡算3.1物料衡算經物料衡算得，年生產270kt精甲醇需要287294.4t的含93.98%的粗甲醇。具體物料平衡如下表：表2：主塔物料衡算結果匯總表成分加壓塔進料加壓塔出料常壓塔頂出料常壓塔釜出料甲醇3750015007.50422286.143206.353氫氧化鈉3.753.75水9634.3169634.316異丁醇7.9087.908合計47145.97415007.50422286.1439852.3273.2熱量衡算各設備處各物料熱量衡算如下表表3：熱量衡算結果匯總表物流預塔加壓塔常壓塔帶入熱量kJ/h進料10347699.6113218513.257635316.42回流2022948.4716007378.957645038.495加熱16917516.7168958452.47111349440合計29288164.7998184344.67126629794.9帶出熱量kJ/h塔頂出料14605243.377392197.37115986671.2塔釜出料13218513.2515882930.064311633.913熱損失1464408.244909217.2346331489.746合計29288164.7998184344.67126629794.9預精餾塔的選型及計算預精餾塔的計算結果如下表表4：預精餾塔設計結果匯總表精餾段提餾段氣相流量（m3/s）0.1670.164液相流量（m3/s）0.17612實際塔板數1215有效高度（m）21.125塔徑（m）0.4塔板間距（m）0.5安全與環(huán)保5.1工藝主要副產物在整個甲醇生產環(huán)節(jié)中，存在二甲醚等副產物。通過減少堿金屬的帶入，選擇適宜的反應溫度，運用高活性的催化劑，減少入塔雜質的帶入，以便得到更優(yōu)良，更適合于市場的的產品。5.2三廢的產生及防治5.2.1廢氣的產生及防治本次設計存在工藝氣體二甲醚等，為保護裝置與設備、保證人身安全以及減少廢氣的泄露從而對環(huán)境的污染，在工藝流程結尾設置火炬。生產過程中，如若系統(tǒng)出現事故時，可將流程中產生的工藝氣體送至火炬燃燒。待裝置與設備恢復正常時，再重新接通工藝氣。甲醇生產的硫回收裝置，可以將整個工藝流程中排放的硫化物處理,幾乎可以回收全部尾氣，工藝尾氣排放合格。除上述所述廢氣外，本次設計還存在還有鍋爐廢氣，其中主要含有硫化物，氮化物和煙塵等大氣污染物，為減少煙氣中硫化物排放量，采用濕法（石灰石，石膏）的工藝進行脫硫。并且為了成功降低氮化物的排放量，還可利用“低氨燃燒”等工藝技術。鍋爐廢氣必須經過合格的處理之后，可由煙囪排至大氣，排放污染物必須通過相關法律規(guī)定。5.2.2廢水的產生及防治為保護水資源，化工廠應最大幅度的重復利用水資源，因此中國的煤制甲醇以及其余的企業(yè)，大都有廢水的循環(huán)利用與處理的方案，這些方案在保護環(huán)境的同時，還減輕了污水處理工段的負擔。面對污染較重的水域，可以利用灰水處理裝置,對工藝流程中產生的廢水進行處理后，方可進行循環(huán)利用。少量無法處理的廢水送至廢水處理段。5.2.3廢渣的產生及防治廢渣的危害遠不及廢氣廢水，其對人和裝置的直接危害較小，可以將廢渣暫時儲存在垃圾回收站，之后定期派垃圾回收車清理廢渣，防止污染周圍環(huán)境。如果垃圾回收車不能短期回收廢渣，要用布遮蓋廢渣，防止遇到風雨天氣，導致污染物蔓延。如果回收站內有含硫，碳，氮過高的物質，應選取不同的方式處理。面對煤制甲醇的廢催化劑，其中大部分含有貴金屬。催化劑的處理方式根據其毒性有所不同，面對低毒性的催化劑，可以經過其他工藝處理去除毒性后，之后便可以重新利用；面對高毒性的催化劑，在允許范圍內，稀釋其毒性后，直接移交環(huán)保部門。鍋爐排放的爐渣、飛灰等送水泥廠以及送往建材企再次利用。不能回收利用的無毒害垃圾垃圾應交予相關環(huán)衛(wèi)部門統(tǒng)一處置。自動控制6.1概述隨著科技的發(fā)展，人們對生產精度的要求越來越高，人工控制往往不能滿足一些對流量、壓力等的精確控制。這時候往往需要利用自動控制來提高控制精度，以便得到高優(yōu)質的產品。自動控制主要時是為了保證生產安全順利進行的前提下，提高生產產品質量，提高勞動者生產率和為資本的可觀經濟效益。為國家，人民節(jié)約能源，改善勞動者的勞動條件以及保護生存環(huán)境。管理人員必須對生產過程的各種物理量[（例如：μ（黏度）V(流量)P(壓力)T(溫度)F(物位)H（濕度）pH值等)]進行必要的控制。將這一過程自動化后，稱之為自動控制。6.2自動控制系統(tǒng)分類1.按被調參數分類：Ⅰ：流量調整；Ⅱ：溫度調整；Ⅲ：壓力調整；Ⅳ：物位調整；2.按控制規(guī)律分類：Ⅰ：比例調整；Ⅱ：比例微分調整；Ⅲ：比例積分調整；Ⅳ：比例微分積分調整；3.按信號種類分類：氣動調節(jié)系統(tǒng)，電動調節(jié)系統(tǒng)6.3本設計自動控制說明（部分）本設計的自動控制主要體現在液位控制，為了進行規(guī)范性，安全性的操作和控制,需要充分了解并測量生產過程中主要介質的物理參數的變化，保證其數據遠離危險范圍,也以便為接下來的甲醇生產操作和液位的自動控制提供數據根據。為了證明工藝是否盈利，需要進行經濟可行性核算，檢測一段時間內流過某一處的壓力與質量（體積）流量。所以，液位，流量，壓力等是自動控制生產過程中檢測產品（甲醇）是否達到質量合格，生產過程是否達到生產安全，工藝流程是否達到經濟達標所必需的重要參數。在精餾操作中，精餾塔的原料是由上一工段提供的，進料流量出現變化通常難免。當進料流量的變量化較大時,有時候會對精餾塔的正常操作會造成巨大的影響。為了避免精餾塔操作出現劇烈變化的情況,使其平穩(wěn)、安全運行,要求平穩(wěn)進料,這就需要對精餾塔的進料流量進行調節(jié)和控制。本次設計中，向常壓精餾塔進料流量的自動控制方案如圖6所示。當精餾塔內的液位上升到一定的高度，精餾塔上的液位指示控制表會反饋到進料管道上的電控閥門以控制其開與關。圖6：液位自動控制

經濟技術對比分析7.1甲醇精餾工藝的對比選擇現在國際上甲醇精餾工藝主要有五種，但是國內工廠目前多以雙塔或三塔工藝進行甲醇精餾，故本設計從這兩種方法中進行選擇。7.1.1產品質量雙塔甲醇精餾工藝所能生產的精甲醇產品中，副產物含量較多[12]，僅僅只能滿足最基本的質量要求。造成不合格的原因主要是指異丁醇與水，甲醇與二甲醚的分離程度較差，未能達到高質量要求。在傳統(tǒng)的雙塔甲醇精餾工藝之中，要想使生產的甲醇品質達到雙A級別的優(yōu)秀標準,會導致工藝流程中的能耗和收率均低于正常水準，缺乏經濟性[15]。三塔甲醇精餾工藝極大程度上彌補了雙塔甲醇精餾工藝的不足之處，三塔工藝生產的精甲醇質量比雙塔工藝的質量要好,二甲醚等雜質的含量明顯降低。國內外多家化工廠的報告顯示,三塔甲醇精餾工藝生產的精甲醇，在普遍情況下，其質量與品質可以夠達到美國雙A級別的優(yōu)秀標準[9]。7.1.2能量消耗眾所周知，精餾能量耗量極其高，且內能利用率極低。三塔精餾工藝雖然不能完全利用熱能但是可以在一定范圍內合理利用熱量。三塔工藝采用2個主要的精餾塔，即加壓塔和常壓塔。加壓塔塔進行加壓精餾,操作壓力在0.56MPa左右，高壓導致液體的沸點升高，頂部氣相甲醇液化溫度約為一百二十攝氏度，其高于常壓塔塔釜液殘液的沸點溫度，因此可以不經過再沸器即可替代為常壓塔再沸器的熱源。三塔精餾的這種雙效換熱方式較雙塔精餾工藝可約節(jié)約更多的熱量[3]。7.1.3投資與操作費用比較三塔工藝與雙塔工藝相比，在主要設備方面，增加了一個加壓塔及部分設備（管道，泵，閥門等），裝置投資費用一定會升高。但按照經驗，計算可知，一樣規(guī)模的三塔甲醇工藝的設備一定要比雙塔工藝的設備在投資花費上多花費出百分之二十左右，但是其運行費用同樣可以減少百分之二十左右。具體花費相對數如下表，以年產兩10萬t為例：表5：雙塔于三塔花費相對表由上述可得，經過多方面的衡算與抉擇，決定使用三塔工藝。結論本次設計選擇三塔方案進行甲醇精餾，對甲醇精餾工藝中的三塔精餾工藝工藝的物料、熱量平衡進行計算，再根據所得結果對預精餾塔進行工藝計算，通過對設計結果的流體力學校核，結合各種相關文獻以及書本所學知識，驗證了預精餾塔的設計符合要求。甲醇三塔精餾工藝的優(yōu)越性在于不僅可以減少內能的消耗，而且有著極大的生產處理量，以下的條件下，三塔甲醇精餾工藝的操作彈性高，托盤效率也高。加壓精餾塔與常精餾壓塔之間進行雙效換熱，即其熱流體為加壓塔塔頂采出的甲醇蒸汽，冷流體為常壓塔塔釜的再沸器中的再沸液，甲醇蒸汽為再沸液提供熱量，在節(jié)省了冷卻水的消耗同時，也減少了蒸汽的消耗，同時效率也得到提高。對于目前的國內環(huán)境來講，多數甲醇生產企業(yè)還是采用雙塔以及三塔精餾工藝，其中甲醇三塔精餾工藝屬于受眾范圍較大，對于國內大部分企業(yè)都是優(yōu)先選擇方案，在保證產品純度的前提下，在原有設備上進行優(yōu)化和修改，使整個生產工藝流程更加節(jié)能環(huán)保。參考文獻【1】張先春.大型煤化工甲醇精餾過程模擬與仿真研究[J].當代化工研究,2020(6):273-512【2】張學寧.關于對甲醇精餾工藝的研究[J].工藝技術,2020(17):048-000【3】高翔.關于甲醇精餾工藝技術改進的探討[J].工藝技術,2020(12):037-003【4】喬潔,劉偉.甲醇精餾單效與雙效工藝的能耗分析與對比[J].江西化工,2020(4):332-700【5】葉田友.甲醇精餾工藝參數的優(yōu)化[J].山西化工,2020(2):032-202【6】潘建東.甲醇精餾工藝及塔器優(yōu)化設計研究[J].云南化工,2020(9):710-015【7】王許.甲醇精餾塔差壓測量儀表的缺陷分析與故障處理[J].煤化工與甲醇,2020(5):572-600【8】李建.甲醇精餾裝置閃蒸氣增加回收甲醇的節(jié)能改造與效益分析[J].煤化工與甲醇,2019(12):1003–6490【9】柴小飛,徐賀,賀朋.甲醇精餾裝置提質增效技術應用分析[J].煤化工與甲醇,2020(6):342-000【10】高亭.甲醇精餾裝置性能提升措施[J].氮肥與合成氣,2020(4):2096-3548【11】周鵬剛.精甲醇及MTO級甲醇精餾工藝技術分析[J].技術與信息,2020(3):273-512【12】王庚妮.兩套甲醇精餾系統(tǒng)雜醇油控制比較[J].氮肥技術,2020(5):277-527【13】喬潔,顧朝暉.三塔、四塔、五塔甲醇精餾工藝技術對比分析[J].氮肥與合成氣,2020(6):332-000【14】劉艷,