【煤化工中甲醇精餾工段的方法模擬探究（論文）14000字】

摘要甲醇是最基本的化工原料之一，現(xiàn)有的合成方法中，大多數(shù)粗制的甲醇中存在著大量的雜質(zhì)。因此，對(duì)甲醇精餾方法進(jìn)行仿真和優(yōu)化是十分必要的。該方案采用AspenV9的Aspen化學(xué)仿真軟件，對(duì)每年570000噸的甲醇精餾設(shè)備進(jìn)行了方法模擬和優(yōu)化。最后，采用四柱精餾技術(shù)，使用甲醇，并采用雙效精餾技術(shù)，降低了設(shè)備的能源消耗。在甲醇精餾過(guò)程中，按物料成分及方法特性，將NRTL的活性因子模型應(yīng)用于預(yù)精餾、加壓塔、常壓塔及回收塔。通過(guò)對(duì)四柱甲醇精餾方法的仿真，得到的產(chǎn)物質(zhì)量達(dá)到了高品質(zhì)的要求，并與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，得出的結(jié)論是正確、可靠的。根據(jù)甲醇精餾設(shè)備的方法流程，采用Aspen靈敏度分析軟件，研究了質(zhì)量回流比、塔頂回收率、進(jìn)料板數(shù)、萃取劑用量等因素對(duì)萃取效果的影響。通過(guò)對(duì)方法條件的優(yōu)化，精制甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)99.99%，甲醇的回收率達(dá)到百分之九十九。加入雙效精餾的節(jié)能方法后，冷熱公用工程用量降低了49%。關(guān)鍵詞：甲醇；Aspen；精餾；靈敏度分析；雙效精餾目錄TOC\o"1-3"\h\u149061前言 1149921.1課題研究背景及意義 1317781.1.1甲醇簡(jiǎn)介和未來(lái)發(fā)展 1143031.1.2甲醇市場(chǎng)概況 1273261.1.3甲醇消費(fèi)情況 2106381.2課題研究目標(biāo)與內(nèi)容 225052文獻(xiàn)綜述 3272032.1甲醇的物理及化學(xué)性質(zhì) 3327052.2甲醇的合成方法技術(shù) 4110582.2.1甲醇典型合成方法 4294572.2.2甲醇合成方法技術(shù)進(jìn)展 5212692.2.3ICI低壓法 524552.2.4中壓法 6107742.2.5高壓法 6259752.2.6聯(lián)醇法 7250632.3甲醇精餾方法流程 744342.3.1粗甲醇的重要構(gòu)成 7172932.3.2粗甲醇精餾塔模擬介紹 880232.4Aspen軟件介紹 11227103單元模塊與物性方法 1266083.1單元模塊的選擇 12216493.2物性方法的選擇 1364163.3NRTL方程 13246984甲醇四塔精餾方法 15127924.1甲醇四塔精餾方法流程介紹 15212454.2粗甲醇原料規(guī)格 16187884.3精甲醇產(chǎn)品規(guī)格 17194524.4甲醇四塔精餾方法流程模擬 17318084.4.1預(yù)精餾塔的模擬 17181734.4.2加壓精餾塔的模擬 2023334.4.3常壓精餾塔的模擬 22319764.4.4甲醇回收塔的模擬 25203384.4.5甲醇四塔精餾方法全流程模擬 27309145結(jié)論 2823030參考文獻(xiàn) 299850附錄 321前言1.1課題研究背景及意義1.1.1甲醇簡(jiǎn)介和未來(lái)發(fā)展甲醇又稱(chēng)為“木醇”，是有機(jī)物醇類(lèi)化合物中最簡(jiǎn)單的飽和一元醇。甲醇可合成的下游產(chǎn)品有：甲醛、醋酸、甲醇燃料電池、甲烷氯化物、碳酸二甲酯、二甲醚等[1]。因此，甲醇行業(yè)的發(fā)展對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著舉足輕重的作用。目前已知的生產(chǎn)甲醇生產(chǎn)過(guò)程中，總會(huì)產(chǎn)生大量的水、醇和不凝氣，因此，精煉后的粗甲醇必須經(jīng)過(guò)多次精餾。精餾過(guò)程中，粗甲醇的精餾次序、精餾次數(shù)對(duì)最終產(chǎn)物的品質(zhì)起著重要作用。在化工企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備中，精餾車(chē)間是能耗最大的一部分，根據(jù)現(xiàn)有的資料，甲醇精餾設(shè)備的能耗約為20%。所以，精餾過(guò)程中的能耗節(jié)約一直是世界各國(guó)學(xué)者致力于解決的問(wèn)題。1.1.2甲醇市場(chǎng)概況在最近的8年間，隨著世界范圍內(nèi)對(duì)甲醇的需求越來(lái)越大，人們?cè)絹?lái)越重視甲醇的應(yīng)用。自2007年以來(lái)，世界范圍內(nèi)的甲醇產(chǎn)量年均增長(zhǎng)14.3%，可見(jiàn)對(duì)甲醇的需求越來(lái)越大。近年來(lái)，中國(guó)的甲醇生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，在2006-2010年期間，我國(guó)的甲醇年均增長(zhǎng)率達(dá)30%。到目前為止，中國(guó)已經(jīng)成為世界上最大的甲醇生產(chǎn)國(guó)，從生產(chǎn)能力上看，中國(guó)的甲醇產(chǎn)量占據(jù)了世界總量的54%；在2012年，我們的產(chǎn)量達(dá)到了26.2億噸，占到了世界的43%。與之形成鮮明對(duì)比的是，國(guó)內(nèi)目前對(duì)甲醇的需求處于過(guò)剩的狀況，目前國(guó)內(nèi)已有229個(gè)煤炭制程公司，主要集中在河北，河南，山西，內(nèi)蒙古，陜西，山東。我國(guó)天然氣技術(shù)生產(chǎn)甲醇的綜合生產(chǎn)能力為24%；目前，我國(guó)已有21家公司采用焦?fàn)t氣生產(chǎn)甲醇，其中焦?fàn)t氣生產(chǎn)甲醇的總量約為國(guó)內(nèi)11%?？傊?，國(guó)內(nèi)的甲醇工廠和國(guó)外的甲醇工廠相比，規(guī)模比較小，單位產(chǎn)能投資相對(duì)較高，甚至超過(guò)了單位生產(chǎn)成本的2倍，因此每年的成本都在不斷上升，但整體效益卻很差。國(guó)外95%以上的大型甲醇生產(chǎn)流程都采用天然氣，亞洲中東和中南美等地的天然氣資源豐富，價(jià)格低廉，而且容易獲得，這兩個(gè)地區(qū)正逐步成為全球第二大甲醇產(chǎn)地，中東地區(qū)占據(jù)全球甲醇產(chǎn)能20%，中南美地區(qū)占據(jù)全球總量的24%，這兩個(gè)地區(qū)的甲醇產(chǎn)量都在90-180萬(wàn)噸/年，成本低廉，發(fā)展前景廣闊[2]。中國(guó)今后幾年內(nèi)，國(guó)內(nèi)甲醇產(chǎn)能將持續(xù)增加，需求和需求也將逐步增加。1.1.3甲醇消費(fèi)情況據(jù)有關(guān)報(bào)道，中國(guó)對(duì)甲醇的未來(lái)需求做出了預(yù)測(cè)，2012年中國(guó)的甲醇消費(fèi)量為32億噸，預(yù)計(jì)到2022年將達(dá)到9.7000萬(wàn)噸。消費(fèi)增加的主要原因是下游對(duì)甲醇產(chǎn)品的需求持續(xù)增加。由于我國(guó)的國(guó)情，我國(guó)的生產(chǎn)性經(jīng)濟(jì)比較落后[2]。2010年，我國(guó)自產(chǎn)自供比例達(dá)到74%，國(guó)內(nèi)甲醇產(chǎn)能持續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)自產(chǎn)自給比例將持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)，而我國(guó)對(duì)甲醇進(jìn)口的需求量始終保持在20%左右。下面是近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)的甲醇消費(fèi)狀況。表1-1我國(guó)甲醇生產(chǎn)消費(fèi)情況表年份產(chǎn)能/(kt/a)產(chǎn)量/kt進(jìn)口量/kt出口量/kt消費(fèi)量/kt2008233801285014343681391620092628011300528814165742010348001752051891222697201146540222705732442795820125200026320580050320701.2課題研究目標(biāo)與內(nèi)容目前甲醇精餾裝置大多采用的是四塔精餾方法。采用Aspen化工流程仿真軟件對(duì)甲醇四塔精餾過(guò)程進(jìn)行了仿真，為甲醇工業(yè)化生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。本課題的研究目的：以全面了解精餾裝置的工作原理，結(jié)合國(guó)內(nèi)外大量的文獻(xiàn)資料，對(duì)不同的方法技術(shù)進(jìn)行了深入的研究與分析。最后，將四塔精餾過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)，用Aspen軟件構(gòu)建了一個(gè)以精餾塔為主體、以其它裝置為副的流程。在四塔甲醇精餾方法的基礎(chǔ)上，對(duì)四塔精餾過(guò)程中的加壓塔和常壓塔雙效精餾進(jìn)行了仿真，并對(duì)其進(jìn)行了敏感性分析，得出了最佳方法參數(shù)。主要的研究?jī)?nèi)容是：(1)研究Aspen的精餾組件；(2)四柱甲醇精餾過(guò)程的仿真研究。2文獻(xiàn)綜述2.1甲醇的物理及化學(xué)性質(zhì)在常溫常壓下，甲醇和乙醇的狀態(tài)極為相似，二者都是是無(wú)色透明狀，是易揮發(fā)、有醇香氣味且可燃性的有毒液體。而且甲醇的密度低于水，伴有高毒性，濫用酒精會(huì)導(dǎo)致眼盲和死亡。甲醇對(duì)口腔和支氣管粘膜有較強(qiáng)的刺激作用，即使甲醇純度不高，也會(huì)引起皮膚刺激，所以不要讓甲醇直接接觸皮膚。其中甲醇的化學(xué)式是CH3OH，相對(duì)分子質(zhì)量是32，密度是791kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)為2.09×10-3J/（cm.s.K），沸點(diǎn)為64.7oC。自燃點(diǎn)分為兩種情況：在空氣中為473oC，在氧氣中為461oC。甲醇的分子結(jié)構(gòu)含有弱堿性羥基，而在酸堿實(shí)驗(yàn)中，甲醇為非堿性物質(zhì)，而對(duì)石蕊、酚酞等均為中性[4]。甲醇是由甲基團(tuán)和羥基組成的，甲基能使甲醇發(fā)生甲基化，而羥基則能產(chǎn)生甲醇。因此，在不同的反應(yīng)條件下，甲醇可以產(chǎn)生大量的下游產(chǎn)物。甲醇的其他物理性質(zhì)見(jiàn)下表2-1。表2-1甲醇的物理性質(zhì)性質(zhì)數(shù)據(jù)性質(zhì)臨界溫度/℃臨界壓力/MPa臨界體積/(ml/mol)臨界壓縮系數(shù)黏度/Pa.S常溫?zé)o腐蝕性，對(duì)鉛、鋁例外空氣中爆炸極限(體積甲醇是一種極性很強(qiáng)的有機(jī)化合物，與大多數(shù)氣體具有良好的混溶性。常溫常壓下，各種常見(jiàn)氣體在甲醇中的溶解度如下表2-2所示。表2-2氣體在甲酶的溶解度(m3/t)甲烷乙烯乙炔溶解度2.2甲醇的合成方法技術(shù)2.2.1甲醇典型合成方法以最典型的甲醇產(chǎn)品為例，當(dāng)前大部分的工業(yè)裝置都是通過(guò)加壓催化加氫制取一氧化碳和二氧化碳而制得甲醇。反應(yīng)式如下（2-1），（2-2）[6]。(2-1)(2-2)在這兩個(gè)反應(yīng)條件下，如果反應(yīng)溫度為二百四十度至四百度，在5066~30398kPa的壓力范圍內(nèi)，采用鎳鋅鉻或鎳銅催化劑時(shí)，可以在滿足以上三種條件下進(jìn)行反應(yīng)。最有代表性的甲醇合成技術(shù)可以分成原料氣制備、原料氣凈化、原料氣壓縮、甲醇合成四個(gè)步驟。原料氣的制備在原料氣體中存在少量的氫、氧、氫、碳等金屬氧化物時(shí)，甲醇的反應(yīng)是可能的。這些合成氣體的原材料種類(lèi)很多，其中最常見(jiàn)的有：煤，石腦油，乙炔尾氣，焦炭和天然氣。只要原料經(jīng)過(guò)正確的加工，能夠進(jìn)行混合和反應(yīng)，就能生產(chǎn)出僅含一氧化碳、二氧化碳和氫氣的氣體。但是，Y中的某些原材料中，也存在一定數(shù)量的無(wú)機(jī)硫或其它的硫化物。（2）原料氣的凈化對(duì)原料氣的處理主要包括兩部分。第一步是將含硫化物的原料氣體除去，由于銅催化劑會(huì)受到硫化物的侵蝕，從而導(dǎo)致毒性和失活，從而縮短催化劑的使用壽命，脫硫的標(biāo)準(zhǔn)含量不得超過(guò)0.1ug/l。通常有兩種方法去除硫雜質(zhì)：干法和濕法[7]。此外，含硫雜質(zhì)對(duì)含鎳催化劑也有毒性，因此在原料氣制備前應(yīng)去除含硫雜質(zhì)。二是調(diào)整制備原料氣中碳化合物和氫化合物的比例，使之達(dá)到甲醇合成反應(yīng)所需的比例。（3）原料氣的壓縮前兩階段處理的原料氣體通過(guò)雙壓縮機(jī)直接加壓，在輸送到甲醇合成反應(yīng)器之前達(dá)到壓力范圍。甲醇合成甲醇合成反應(yīng)的條件通常是指反應(yīng)溫度達(dá)到二百四十度至四百度，壓力通常為5066～30398kPa的環(huán)境條件，催化劑主要為鋁鋅鉻催化劑或含銅催化劑存在的環(huán)境條件下可以進(jìn)行該反應(yīng)。2.2.2甲醇合成方法技術(shù)進(jìn)展十六世紀(jì)六十年代，德國(guó)的波義耳頭發(fā)在木材中發(fā)現(xiàn)了一種中性物質(zhì)，當(dāng)時(shí)稱(chēng)為木素。一八三四年，piligo和Dumas從木材中分離出甲醇，并測(cè)量了甲醇的相對(duì)分子量。直到二十世紀(jì)二十年代，工業(yè)上才首次采用高壓法合成甲醇。這一歷史性時(shí)刻也意味著甲醇生產(chǎn)已進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)[8]。用于高壓甲醇合成的催化劑為鋅鉻催化劑，以CO和H2為原料。反應(yīng)溫度三百至四百度，壓力30～35mpa。到一九六五年，用這種方法生產(chǎn)的甲醇已達(dá)二百九十八萬(wàn)噸。由于甲醇的化學(xué)特性和它的下游產(chǎn)品種類(lèi)繁多，因此，在全球范圍內(nèi)，對(duì)甲醇的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)給予了越來(lái)越多的關(guān)注。1972年，一個(gè)美國(guó)公司在工業(yè)用甲醇合成工廠建成并投入使用。采用原氣作為氫，用二氧化碳作為原料制得甲醇。高壓甲醇生產(chǎn)方法具有很高的壓力和單位投資費(fèi)用。因此，世界上許多國(guó)家都在努力減少反應(yīng)壓力，并持續(xù)地進(jìn)行甲醇的合成。英國(guó)ICI公司研發(fā)出了一種用于中、高壓、低壓甲醇合成的新催化劑。在5MPa左右的反應(yīng)壓力下，用一氧化碳和氫作為基礎(chǔ)原料，制備了甲醇。這個(gè)方法一般叫做ICI低壓法[9]。德國(guó)魯奇公司于二十世紀(jì)70年代首次將銅作為催化劑用于魯奇中、低壓方法，并在中國(guó)首座年產(chǎn)4000噸的甲醇裝置。ICI低、中、低合成以及魯奇低、中、低壓合成技術(shù)已被廣泛采用。據(jù)了解，二十世紀(jì)八十年代，世界上使用ICI中低壓方法生產(chǎn)的甲醇超過(guò)一千零二十八萬(wàn)噸，占全球甲醇產(chǎn)量的45%。Lugri中低壓方法生產(chǎn)甲醇六百多萬(wàn)噸，占全球甲醇產(chǎn)量的百分之二十五[10]。2.2.3ICI低壓法該方法的特征在于，該方法采用了一種熱墻多段冷激復(fù)合塔。該合成方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、粗甲醇雜質(zhì)含量低、合成壓力和總能量消耗低等優(yōu)點(diǎn)[14]。以乙炔為原料，每天生產(chǎn)300噸的甲醇，采用ICI生產(chǎn)低壓甲醇的流程如下。圖2-1ICI低壓法合成甲醇方法流程2.2.4中壓法在低壓法制備方法基礎(chǔ)的條件上,研制及開(kāi)發(fā)成了一種合成甲醇的新型中壓方法方法。與低壓法相比，該法具有降低生產(chǎn)成本和化工廠建設(shè)初期成本的優(yōu)點(diǎn)。日本三菱瓦斯化工公司首次設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種中壓甲醇合成方法，操作壓力約為十五兆帕。具體甲醇方法流程圖見(jiàn)圖2-2。圖2-2甲醇中壓法合成方法流程圖2.2.5高壓法高壓甲醇的合成是目前世界上首次采用的甲醇合成技術(shù)，在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的使用。鋅鉻催化劑在高壓生產(chǎn)中的應(yīng)用，操作溫度三百至四百度，壓力約30MPa。具體方法流程見(jiàn)圖2-3。圖2-3高壓法合成甲醇方法流程2.2.6聯(lián)醇法聯(lián)醇法是中國(guó)在中壓條件下合成甲醇的一種獨(dú)特的全球方法方法。其最大特點(diǎn)是可以通過(guò)使用銅氨溶液代替合成氨生產(chǎn)方法來(lái)凈化原料氣體，除去少量的氧化碳。以合成氨原料氣中CO2、CO、H2為主要原料，在240~280℃、10~13MPa的壓力下，采用銅為催化劑，制備了甲醇。圖2-4中列出了聯(lián)醇法生產(chǎn)流程的簡(jiǎn)圖。圖2-4合成氨聯(lián)醇生產(chǎn)方法流程簡(jiǎn)圖2.3甲醇精餾方法流程2.3.1粗甲醇的重要構(gòu)成結(jié)果表明，在不同的溫度、壓力、原料氣體與組分的配比等條件下，都會(huì)對(duì)活化能產(chǎn)生較大的影響。結(jié)果表明，該反應(yīng)存在一定的副產(chǎn)物，如甲醇、水等。在各種雜質(zhì)中，由于水和甲醇不能形成共沸，所以很難分離。但由于水和其它有機(jī)物的混合，會(huì)產(chǎn)生不同的共沸物，從而使甲醇在精餾時(shí)失去。乙醇是精制甲醇的重要指標(biāo)。雖然乙醇的含量很低，但乙醇的存在會(huì)影響精甲醇的后續(xù)處理。所以要求乙醇在精甲醇中含量不超過(guò)100ppm[12]。粗甲醇產(chǎn)品中含有十多種雜質(zhì)，將其分為兩種，分別是沸點(diǎn)比甲醇低的輕質(zhì)組分和相對(duì)沸點(diǎn)比甲醇高的組分。在粗甲醇產(chǎn)物中，二甲醚是-23.7，乙醇是78.4，水是100，乙醛是20.2，甲醇是64.7。剩余部分在下表2-4中列出。表2-4粗甲醇產(chǎn)品組分沸點(diǎn)℃沸點(diǎn)℃甲酸甲酯丙酮2.3.2粗甲醇精餾塔模擬介紹在工業(yè)生產(chǎn)中，通常使用兩種方法來(lái)分離雜質(zhì)，即精餾的物理和化學(xué)處理。通過(guò)揮發(fā)性成分的差異，精餾可以分離有機(jī)化合物、水和甲醇的混合物，這也是最重要和最常用的方法。然而，一些組分和甲醇不容易分離，因此必須使用特殊的精餾方法。通常，只有沸點(diǎn)低于甲醇的輕組分從精餾塔頂部去除，重組分從精餾塔底部去除，精制甲醇從精餾塔中部提取。下面逐一介紹這四種粗甲醇的精餾過(guò)程。（1）單塔精餾方法首先，從甲醇合成塔得到的甲醇經(jīng)過(guò)預(yù)熱裝置后，經(jīng)過(guò)中間段。輕組分的沸點(diǎn)比甲醇低，出塔后進(jìn)入冷凝器，并局部凝結(jié)。非冷凝氣體直接泵送至塔頂，液體通過(guò)冷凝返回塔內(nèi)。沸點(diǎn)高于甲醇的重組分通過(guò)塔釜重沸器，部分重沸器返回塔釜，其余部分作為廢液排放。最后，精制甲醇將在塔的中間回收[13]。單塔方法流程見(jiàn)圖2-5。圖2-5甲醇單塔精餾方法流程簡(jiǎn)圖（2）雙塔精餾方法雙塔精餾方法通常包括兩個(gè)精餾塔，預(yù)精餾塔和主精餾塔。雙塔精餾塔方法通常用于中小型工業(yè)的甲醇精餾和分離。粗甲醇流出甲醇反應(yīng)器系統(tǒng)設(shè)備，需要進(jìn)行換熱、過(guò)濾、加熱、冷卻和增壓,先加入一定的劑量濃度的酸鈉溶液,目的則主要是要用來(lái)防止混入于粗甲醇溶液中的酸對(duì)甲醇反應(yīng)裝置設(shè)備表面的腐蝕,經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱反應(yīng)后，噴入預(yù)精餾塔。塔頂冷凝器部分冷凝。不凝性氣體直接從塔頂排出，另一部分冷凝后返回塔內(nèi)。從塔釜中分離出來(lái)的液體將直接輸送至主精餾塔。最終合格的甲醇產(chǎn)品通過(guò)主精餾塔后，一部分從塔頂提取，另一部分返回主精餾塔。雜醇等雜質(zhì)從塔的中部提取，廢液從塔釜中排出[13]。雙塔精餾流程見(jiàn)圖2-6。圖2-6甲醇雙塔精餾塔方法流程簡(jiǎn)圖（3）三塔精餾方法三塔精餾方法中，常壓精餾和加壓精餾都是采用雙效精餾法。在高壓塔頂進(jìn)行換熱器和常壓塔的重新平衡。在雙效精餾中，工作壓力、回流比、精餾與進(jìn)料比、塔頂冷凝器負(fù)荷、常壓塔工作壓力、塔底再熱器負(fù)荷相互作用。三塔精餾方法設(shè)備較多，采用雙效精餾方法，方法設(shè)計(jì)難度較大，設(shè)備投資較大。由于采用雙效精餾技術(shù)，三塔精餾過(guò)程的模擬比雙塔精餾過(guò)程復(fù)雜[13]。甲醇三塔精餾方法流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2-7所示。圖2-7甲醇三塔精餾方法流程簡(jiǎn)圖（4）四塔精餾方法以三塔精餾技術(shù)為基礎(chǔ)，在四塔精餾過(guò)程中添加了甲醇再循環(huán)裝置，對(duì)比三塔精餾技術(shù)，甲醇的最終產(chǎn)物不是在常壓塔中提取的，而是在常壓塔的側(cè)線中被提取并送往甲醇回收塔，主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是準(zhǔn)確測(cè)定塔底廢水樣品中的酒精含量，使塔底廢水濃度達(dá)到國(guó)家甲醇排放濃度要求。雖然四塔甲醇精餾裝置使用設(shè)備較多，但與三塔甲醇精餾方法相比，方法設(shè)備昂貴復(fù)雜，初期建設(shè)、投資和維護(hù)成本較高，較高的甲醇回收率和轉(zhuǎn)化率有效降低了生產(chǎn)能耗，它有更多的優(yōu)點(diǎn)。甲醇四塔精餾方法流程圖見(jiàn)圖2-8。圖2-8甲醇四塔精餾方法流程簡(jiǎn)圖2.4Aspen軟件介紹化學(xué)方法仿真是指在特定的溫度、壓力下，由一系列的化學(xué)裝置，經(jīng)過(guò)一系列的化學(xué)裝置，由原料到成品的一系列變化。通過(guò)計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)模型，可以對(duì)這些化學(xué)過(guò)程進(jìn)行建模和計(jì)算?；瘜W(xué)過(guò)程模擬不僅為工程師提供了設(shè)計(jì)過(guò)程，而且通過(guò)分析方法參數(shù)的適用性，為優(yōu)化化學(xué)過(guò)程提供了一種更簡(jiǎn)單的方法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，化工過(guò)程模擬在石油化工上可直接應(yīng)用于方法設(shè)備設(shè)計(jì)[15]。Aspen模擬是目前最受大眾青睞的大型通用流程模擬軟件，無(wú)論是在化工、石油、醫(yī)藥、煉油等各個(gè)行業(yè)，或是著名的工程設(shè)計(jì)公司，都將Aspen仿真技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程仿真軟件。Aspen過(guò)程仿真軟件主要包括7個(gè)方面：一個(gè)完整的實(shí)體數(shù)據(jù)庫(kù)；集成能力優(yōu)秀；強(qiáng)大的仿真過(guò)程分析功能；算法的多樣性；多種不同的模擬計(jì)算能力；完整的各類(lèi)型單元模塊；貫穿整個(gè)模擬流程。Aspen軟件采用自帶的詳細(xì)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，還有經(jīng)過(guò)多重優(yōu)化的設(shè)備模型，對(duì)用戶(hù)建立的方法過(guò)程進(jìn)行精密地計(jì)算，包括最基礎(chǔ)的物料衡算和熱量衡算，運(yùn)算后通過(guò)大量的數(shù)據(jù)分析并預(yù)測(cè)物流的相態(tài)、流速、各物質(zhì)組成及物理性質(zhì)；對(duì)操作參數(shù)的輸入，進(jìn)行設(shè)備尺寸的設(shè)計(jì)及計(jì)算；通過(guò)靈敏度分析及設(shè)計(jì)規(guī)范優(yōu)化整個(gè)方法流程；最后作回歸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。3單元模塊與物性方法3.1單元模塊的選擇（1）精餾塔模塊Aspen公司可為不同的分離方法如吸收、精餾、萃取等進(jìn)行仿真和計(jì)算。同時(shí)，這些塔單元模塊可以模擬各種不同的精餾方法。（2）換熱器模塊熱交換裝置能測(cè)定一種或多種原料流的熱力學(xué)狀態(tài)和相狀態(tài)。熱交換器可以仿真加熱、冷凝器或多股流式熱交換器的特性。（3）閃蒸模塊在一定的熱力學(xué)工況下，存在兩個(gè)出口閃蒸裝置，用于氣體-液-液平衡的計(jì)算，物流在設(shè)定Flash模塊仿真計(jì)算，要指定的溫度、壓力、氣相分率作為過(guò)程的熱負(fù)荷參數(shù)。（4）泵模塊該泵模塊能夠模擬不同類(lèi)型的壓力泵在工業(yè)生產(chǎn)中的傳輸，其主要功能是計(jì)算當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定的壓力時(shí)所需要的電力。泵組件能夠指定出口壓力，壓力增量，壓力比率計(jì)算功率。（5）混合器模塊混合機(jī)模塊的功能是將兩種或多種不同的流體進(jìn)行混合，并使之成為一種流體?；旌掀鞑恍枰O(shè)定方法規(guī)定。（6）分流器模塊分流器模塊可以將一股物流分為兩股或多股具有相同組成和物理狀態(tài)的流股，但該流股不可分為多股不同類(lèi)型的流股。使用者可以規(guī)定出口物流的流量或者體積流量，確定出口參數(shù)。本流程所使用到的所有單元模塊見(jiàn)表3-1所示。表3-1單元模塊類(lèi)型設(shè)備名稱(chēng)模塊說(shuō)明精餾塔RadFrac嚴(yán)格計(jì)算模塊換熱器Heater加熱器或冷凝器HeatX兩股物流換熱器閃蒸器Flash2兩出口閃蒸器泵Pump泵或水輪機(jī)混合器Mixer把多股流股混合成一股流股分流器FSpilt把一股流股或多股流股混合后分成多股流股3.2物性方法的選擇方法流程進(jìn)行模擬時(shí)需要用到物性方法去進(jìn)行計(jì)算，而用不同的物理方法進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果往往會(huì)有很大的差異，因此在對(duì)流程進(jìn)行仿真時(shí)，應(yīng)選用適當(dāng)?shù)奈锢矸椒?。物性方法一般分為四個(gè)類(lèi)別，如圖3-1所示。圖3-1物性方法的分類(lèi)兩者模型對(duì)比關(guān)系見(jiàn)表3-1。表3-1兩種模型的簡(jiǎn)單對(duì)比名稱(chēng)狀態(tài)方程模型活度系數(shù)模型對(duì)象描繪非理想狀態(tài)有一定局限性能描繪高度非理想液體參數(shù)需要較少的二元參數(shù)要求許多二元參數(shù)溫度關(guān)系參數(shù)隨溫度適當(dāng)外推二元參數(shù)與溫度密切相關(guān)與臨界區(qū)關(guān)系一致不一致3.3NRTL方程物性方法的選擇主要是由物流的狀態(tài)和方法流程中操作條件決定的。狀態(tài)方程是指從物質(zhì)的狀態(tài)方程出發(fā)，求出各種流體的特性；而活度系數(shù)的計(jì)算取決于兩個(gè)因素，一個(gè)是通過(guò)計(jì)算物質(zhì)的狀態(tài)方程，一個(gè)是液相的特性，一個(gè)是純物質(zhì)的逸度，一個(gè)是以一個(gè)低于10個(gè)大氣壓為標(biāo)準(zhǔn)的活度系數(shù)。本次甲醇四塔精餾方法流程模擬中雖然有加壓塔的存在，但壓力在10個(gè)大氣壓之內(nèi)，所以本次甲醇四塔精餾方法流程模擬選定使用活度系數(shù)模型作為物性方法。在活度系數(shù)模型中常見(jiàn)的有UNIQUAC、WILSON、NRTL、UNIFAC四種方程[18]。本次甲醇四塔精餾方法流程采用NRTL方程，以下對(duì)NRTL方程進(jìn)行介紹。NRTL過(guò)剩自由焓方程如下（3-1）(3-1)多元物系液相活度系數(shù)NRTL關(guān)聯(lián)式：(3-2)式中為NRTL方程參數(shù)；是溶液的有序特性參數(shù)。是溶液的相互作用能，是溶液的特征函數(shù)；是組分i的摩爾分?jǐn)?shù)，是組分i在液相中的活度系數(shù)。在物流中，將氣相視為不理想的氣體，而將液相視為不理想的溶液，則用活度系數(shù)法進(jìn)行汽-液平衡常數(shù)的計(jì)算，其公式如下（3-3）：(3-3)式中，是組分i在液相中的活度系數(shù);是純組分i在溫度T時(shí)的飽和蒸氣壓；是組分i在溫度T、壓力為時(shí)的逸度系數(shù)；是組分i在溫度T、壓力為P時(shí)的氣相逸度系數(shù)；是純組分i液態(tài)摩爾體積；P、T是系統(tǒng)的溫度和壓力。計(jì)算飽和蒸氣壓需要用到Antoine公式如下（3-4）；(3-4)公式（3-3）是一種用于計(jì)算氣液平衡常數(shù)活度系數(shù)的常用方法。對(duì)于特定的氣液平衡兩相分離過(guò)程，由于P和T的適用范圍和系統(tǒng)性質(zhì)不同，會(huì)產(chǎn)生太多不可預(yù)測(cè)的變量。因此，通常采用簡(jiǎn)化形式的方程3-3來(lái)計(jì)算和減少這些不可預(yù)測(cè)變量的影響。在常規(guī)模型3-3中，若氣相在高溫或高壓條件下，需要引入兩種概念的逸度和逸度系數(shù)來(lái)描述氣體與氣體的運(yùn)動(dòng)。甲醇四塔精餾過(guò)程中，四個(gè)精餾塔分別為預(yù)精餾、加壓精餾、常壓精餾、甲醇回收。四個(gè)精餾柱分別在10個(gè)大氣壓以下的條件下進(jìn)行，其中的氣相是用一種理想的混合氣，但是液相是一種極不理想的系統(tǒng)，同時(shí)還含有大量不凝氣雜質(zhì)如二氧化碳、一氧化碳、氫氣、甲烷、氮?dú)?。因此本次甲醇四塔方法流程模擬選擇NRTL活度系數(shù)方程作為熱力學(xué)方法進(jìn)行模擬和計(jì)算。4甲醇四塔精餾方法4.1甲醇四塔精餾方法流程介紹該方法為四塔精餾分離裝置，年生產(chǎn)能力640,000噸。這一過(guò)程的主要精餾塔包括預(yù)精餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔以及甲醇再循環(huán)塔。在兩種精餾方法中，均采用了雙效精餾方法，起到節(jié)能減耗的目的：加壓精餾塔塔頂熱流股和常壓精餾塔塔釜冷流股經(jīng)過(guò)換熱器進(jìn)行換熱，起到降低能耗的目的。與甲醇三塔精餾方法相比甲醇四塔精餾方法可以提高甲醇的純度和甲醇的回收率。甲醇四塔精餾方法流程如圖4-1所示。圖4-1甲醇四塔精餾方法流程圖由甲醇合成裝置得到的粗甲醇原料通過(guò)E0101預(yù)熱器進(jìn)行加熱，把粗甲醇加熱到泡點(diǎn)溫度，預(yù)精餾塔T0101中間進(jìn)料。預(yù)精餾塔是萃取精餾塔。將第二脫鹽水作為萃取劑添加到預(yù)精餾塔頂部的第二個(gè)塔盤(pán)上方，主要目的是改變共沸物的相對(duì)揮發(fā)度。預(yù)精餾塔的主要作用是分離出粗甲醇中的不凝氣，還有一些沸點(diǎn)比甲醇低的有機(jī)物。預(yù)精餾塔的塔頂冷凝器采用的是部分冷凝器，而且設(shè)置了兩個(gè)冷凝器進(jìn)行二步冷凝，塔內(nèi)上升的蒸汽首先經(jīng)過(guò)冷凝器E0102，然后進(jìn)入兩相閃蒸器V0101，液相進(jìn)入混合器M0101，氣相進(jìn)入冷凝器E0103，然后進(jìn)入兩相閃蒸器V0102，液相進(jìn)入混合器M0101，氣體連接至火炬系統(tǒng)，二級(jí)脫鹽水進(jìn)入混合器M0101，回流液進(jìn)入預(yù)精餾塔頂。預(yù)精餾塔塔釜物流經(jīng)泵P0101，加壓到指定壓力后進(jìn)入加壓精餾塔T0102中部，壓力精餾柱的功能是將水和酒精從粗甲醇中分離出來(lái)。在增壓精餾塔的塔頂升起蒸氣中，經(jīng)換熱器E0104與塔釜流交換熱量，再通過(guò)輔助冷凝器E0105冷凝到規(guī)定的溫度進(jìn)入分流器F0101分為兩股物流，一種是返回的液體返回到壓力精餾塔塔頂，而另一種則以純甲醇產(chǎn)物的形式流入混合裝置M0102。加壓精餾塔塔釜在達(dá)到某一壓力后，直接送入T0103精餾塔，其功能是將前一步未除去的水分和酒精排出。在常壓精餾塔塔頂部的蒸氣被送入全凝汽機(jī)進(jìn)行冷凝，一部分返回塔頂，另一部分則以產(chǎn)物形式流入混煉機(jī)M0102。常壓精餾塔塔釜的冷流流入到熱交換器E0104中，并與其上熱流交換，然后進(jìn)入兩相閃蒸器V0103，從兩相閃蒸器中出來(lái)的氣相直接回到常壓精餾塔塔釜，而從兩相閃蒸汽器中出來(lái)的液相有98%是水，可以送進(jìn)三廢處理中心或用作其他用途。常壓精餾塔設(shè)置了側(cè)線采出，為了采出粗甲醇中其他高沸點(diǎn)有機(jī)物，但是采出的同時(shí)會(huì)伴有一定量的甲醇，所以側(cè)線采出的物流將會(huì)進(jìn)入加壓泵P0102加壓后進(jìn)入甲醇回收塔T0104進(jìn)一步分離。甲醇回收塔T0104主要目的是為了分離甲醇和高沸點(diǎn)有機(jī)物，但是甲醇回收塔的處理量比加壓精餾塔和常壓精餾塔小。甲醇回收塔塔頂?shù)恼羝?jīng)過(guò)全凝器冷凝后，其中一部分返回到甲醇回收塔的塔頂，另一部分則進(jìn)入混合塔M0102，塔釜的物流則會(huì)以廢液的形式進(jìn)入三廢處置中心。最后三股精甲醇產(chǎn)品物流通過(guò)M0102混合一起經(jīng)過(guò)冷凝器E0106冷凝后進(jìn)入精甲醇產(chǎn)品儲(chǔ)罐中。4.2粗甲醇原料規(guī)格經(jīng)過(guò)查詢(xún)文獻(xiàn)，本次方法流程為年處理量為64萬(wàn)噸每年的甲醇四塔精餾裝置[19]。該流程粗甲醇原料進(jìn)料量為80000kg/hr，進(jìn)料溫度為45℃，進(jìn)料壓力為135kPa。具體粗甲醇原料組成見(jiàn)表4-1。4.3精甲醇產(chǎn)品規(guī)格粗甲醇經(jīng)過(guò)甲醇四塔精餾方法流程后得到的精甲醇產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)和要求符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的工業(yè)甲醇優(yōu)等品等級(jí)。精制甲醇的主要品質(zhì)指標(biāo)為：甲醇、乙醇、水的回收率均在99.9%以上。表4-1粗甲酶原料組成丙酮甲醇甲烷乙醇水甲酸甲酯正丁醇4.4甲醇四塔精餾方法流程模擬在甲醇四塔精餾過(guò)程中，需要處理的最重要物質(zhì)是甲醇、水和乙醇，其中含有少量不凝氣體和高沸點(diǎn)雜質(zhì)。因此，除NRTL全過(guò)程采用的物理方法外，加壓精餾塔和常壓精餾塔均采用雙效精餾的節(jié)能方法。整個(gè)過(guò)程分為四個(gè)模塊：預(yù)精餾段模擬、加壓精餾段模擬、常壓精餾段模擬、甲醇回收塔模擬。最后，將這四個(gè)模塊集成起來(lái)，形成了整個(gè)過(guò)程的仿真。4.4.1預(yù)精餾塔的模擬（1）預(yù)精餾塔模塊構(gòu)建原料流粗甲醇0101經(jīng)預(yù)熱器E0101加熱至67℃，進(jìn)入預(yù)精餾塔T0101中部。預(yù)精餾塔主要為抽汽精餾塔。一般采用兩級(jí)脫鹽水蒸汽作為主萃取劑。兩級(jí)脫鹽水的水流0110通常直接添加到塔的頂部，以改變蒸汽的相對(duì)揮發(fā)性，如塔中的低沸點(diǎn)物質(zhì)、高沸點(diǎn)物質(zhì)和甲醇。塔中的蒸氣先經(jīng)冷凝器E0102凝結(jié)到63攝氏度，再經(jīng)兩相閃蒸器V0101，再將液相引入到混合機(jī)M0101，再將氣體引入到冷凝器E0103中，在進(jìn)入雙相閃蒸器V0102之前，將其冷卻到37攝氏度。液相作為回流液進(jìn)入混合器M0101，塔頂流0107作為廢氣進(jìn)入火炬系統(tǒng)，萃取劑二次脫鹽水流0110與回流液一起進(jìn)入混合器M0101，作為降液相進(jìn)入預(yù)精餾塔塔頂。塔釜物流0112將通過(guò)泵P0101加壓至1000kPa，然后進(jìn)入加壓精餾塔T0102。預(yù)精餾塔單元模塊的施工流程如下圖4-2所示。注；E0101-預(yù)熱器；T0101-預(yù)精餾塔；E0102-冷凝器；V0101-氣液分離罐；M0101-混合器；E0103-冷凝器；V0102-氣液分離罐圖4-2預(yù)精餾塔模塊搭建流程（2）預(yù)精餾塔操作方法參數(shù)預(yù)精餾塔的操作方法參數(shù)見(jiàn)表4-3。表4-3預(yù)精餾塔操作方法參數(shù)設(shè)備名稱(chēng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)塔釜溫度/℃（3）預(yù)精餾塔的熱力學(xué)模型預(yù)精餾塔的操作壓力為微正壓操作，主要處理甲醇和水。它們都具有很強(qiáng)的分子間作用力，將形成一個(gè)強(qiáng)極性的非理想體系。甲醇是一種極性物質(zhì)，塔頂不凝氣體定義為亨利組分，應(yīng)采用活度系數(shù)模型，物性方法應(yīng)選擇NRTL。RADFRAC是預(yù)精餾塔中使用的模塊。嚴(yán)格精餾模型適用于精餾、吸收、反應(yīng)精餾和萃取精餾。預(yù)精餾塔T0101為萃取精餾塔。（4）預(yù)精餾塔模擬物流結(jié)果根據(jù)上述操作過(guò)程參數(shù)，建立了預(yù)精餾塔模型。預(yù)精餾塔流程結(jié)果見(jiàn)表4-4和表4-5。表4-4預(yù)精諂塔流股質(zhì)里分?jǐn)?shù)結(jié)果000水1甲醇0乙醇0000甲酸甲脂0甲烷0丙酮0表4-5預(yù)精餾塔流股質(zhì)里流里結(jié)果二級(jí)脫鹽水80080水甲醇0乙醇0正丁醇000甲酸甲脂0甲烷80丙酮0從表4-4和表4-5可以看出，幾乎所有不凝性氣體雜質(zhì)（一氧化碳、二氧化碳、氮?dú)?、甲酸甲酯和甲烷）都是從塔頂釋放出?lái)的，塔釜中幾乎沒(méi)有不凝性氣體雜質(zhì)。雖然塔頂有甲醇和水，但這部分甲醇被計(jì)為損失。同時(shí)，還需要檢查預(yù)精餾塔釜中丙酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是否低于15ppm。從表4.4可以看出，預(yù)精餾塔釜物流0112中丙酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于15ppm。與實(shí)際結(jié)果相比，預(yù)精餾塔模塊的模擬結(jié)果是合理的。4.4.2加壓精餾塔的模擬（1）加壓精餾塔模塊搭建預(yù)精餾塔塔釜物流0112通過(guò)泵P0101增壓至1000kPa，然后流入壓力精餾塔T0102的中間段，由全凝器充分冷凝后，再流入塔頂?shù)幕亓鞑?，其中的一部分流以返回液的形式返回到加壓塔頂，作為下降液相，而在回流槽中，大量的流體會(huì)被返回塔內(nèi)的回流液蒸汽返回塔頂加壓塔頂部,回流罐的另有一部分作為物流0117作為精甲醇產(chǎn)品進(jìn)入混合器M0102。加壓精餾塔塔釜物流0119經(jīng)過(guò)再沸器后，液相進(jìn)入常壓精餾塔T0103中部。加壓精餾塔單元模塊搭建流程如下圖4-7所示。注；P0101-加壓泵；T0102-加壓精餾塔圖4-7加壓精餾塔模塊搭建流程（2）加壓精餾塔操作方法參數(shù)加壓精餾塔操作方法參數(shù)見(jiàn)表4.6。表4-6加壓精偏塔操作方法參數(shù)設(shè)備名稱(chēng)塔頂溫度℃塔釜溫度/℃質(zhì)量回流比（3）加壓精餾塔的熱力學(xué)模型加壓精餾塔的工作壓力在10個(gè)大氣壓內(nèi)，主要處理是甲醇和水以及乙醇。甲醇溶液和水均具有一個(gè)很高強(qiáng)極性的分子鏈間相互作用力,兩者最終都會(huì)作用形成另一個(gè)非理想的物質(zhì)分子的一個(gè)強(qiáng)極性體系,甲醇則是其中一種超強(qiáng)極性物質(zhì),所以應(yīng)使用活度系數(shù)模型,物性方法可選擇采用NRTL。（4）加壓精餾塔模擬物流結(jié)果根據(jù)上述操作參數(shù)，建立了加壓精餾塔模型。加壓精餾塔中的流股結(jié)果見(jiàn)表4-7和表4-8。表4-7加壓精餾塔流股質(zhì)量分?jǐn)?shù)結(jié)果組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%011301170119進(jìn)料流股塔頂流股塔釜流股一氧化碳1.65×10-3900二氧化碳5.94×10-2400氮?dú)?.12×10-4000水0.1410781843.77×10-100.17858甲醇0.857697610.9998360.819914乙醇3.32948×10-48.88×10-53.98×10-4正丁醇4.56691×10-47.17×10-305.78×10-4異丁醇4.18633×10-41.13×10-525.30×10-4二甲醚1.08×10-65.14×10-63.20×10-13甲酸甲脂1.75×10-1900甲烷2.57×10-3400丙酮1.49×10-57.00×10-51.96×10-7表4-8加壓精餾塔流股質(zhì)量流量結(jié)果組分質(zhì)量流量/kg/hr011301170119進(jìn)料流股塔頂流股塔釜流股一氧化碳1.39×10-3400二氧化碳4.99×10-1900氮?dú)?.98×10-3500水11862.297956.65×10-611862.3甲醇72117.9160217654.5754463.35乙醇27.995300371.56802526.42728正丁醇38.399999811.27×10-2538.4異丁醇35.199999472.00×10-4835.2二甲醚0.090736060.0907362.13×10-8甲酸甲脂1.47×10-1400甲烷2.16×10-2900丙酮1.2491342191.2360980.013036由表4-7中可以看出，加壓精餾塔塔頂物流0117中甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.9%，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%，乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于100ppm，符合工業(yè)甲醇的優(yōu)良規(guī)格。加壓精餾塔模塊的仿真計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果的實(shí)際結(jié)果比較合理。4.4.3常壓精餾塔的模擬（1）常壓精餾塔模塊搭建物流0119進(jìn)入常壓精餾塔T0103中部，常壓精餾塔的目的是除去上一步中沒(méi)除去的水和乙醇。常壓精餾塔頂部的水蒸氣被送至全凝汽器進(jìn)行凝結(jié)，而另一部分則以回流液的形式返回塔頂，成為下降液相，另一部分塔頂物流0120作為產(chǎn)品進(jìn)入混合器M0102中。塔釜物流0124中有98%是水，作為廢液送去三廢處理中心或者其他用途。常壓精餾塔塔內(nèi)設(shè)置了側(cè)線液相采出物流0125，主要目的是采出液相雜醇油等雜質(zhì)，從而提高塔頂?shù)木状籍a(chǎn)品的純度，但采出的同時(shí)會(huì)伴隨一部分的甲醇，將會(huì)在甲醇回收塔再提純。常壓精餾塔的流程模塊搭建流程如下圖4-14所示。圖4-14常壓精餾塔模塊搭建流程（2）常壓精餾塔操作方法參數(shù)常壓精餾塔操作方法參數(shù)見(jiàn)表4-9。表4-9常壓精謫塔操作方法參數(shù)設(shè)備名稱(chēng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)塔頂溫度/℃塔釜溫度/℃（3）常壓精餾塔的熱力學(xué)模型常壓精餾塔的工作壓力為微正壓，主要處理甲醇、水系統(tǒng)和乙醇。甲醇溶液和水均具有一個(gè)很高強(qiáng)極性的分子鏈間相互作用力,兩者最終都會(huì)作用形成另一個(gè)非理想的物質(zhì)分子的一個(gè)強(qiáng)極性體系,甲醇則是其中一種超強(qiáng)極性物質(zhì),所以應(yīng)使用活度系數(shù)模型,物性方法可選擇采用NRTL。（4）常壓精餾塔模擬物流結(jié)果根據(jù)根據(jù)上述操作參數(shù)建立的常壓精餾塔模型，對(duì)常壓精餾塔進(jìn)行了模擬計(jì)算。以下是常壓精餾塔流量的結(jié)果。見(jiàn)表4-10和表4-11。表4-10常壓精餾塔流股質(zhì)量分?jǐn)?shù)結(jié)果組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%0119012001240125進(jìn)料流股塔頂流股塔釜流股側(cè)線采出物流一氧化碳 0000二氧化碳0000氮?dú)?000水0.1785799819.93×10-100.9793386940.509108233甲醇0.8199140210.9999808420.0205835470.484713636乙醇3.97794×10-41.89×10-53.03×10-50.001589323正丁醇5.7809×10-43.28×10-289.84×10-60.002397704異丁醇5.29915×10-45.97×10-223.77×10-50.002191104二甲醚3.20×10-134.56×10-139.62×10-222.44×10-20甲酸甲脂0000甲烷0000丙酮1.99×10-72.83×10-72.49×10-148.32×10-12表4-11常壓精餾塔流股質(zhì)量流量結(jié)果組分質(zhì)量流量/kg/hr0119012001240125進(jìn)料流股塔頂流股塔釜流股側(cè)線采出物流一氧化碳0000二氧化碳0000氮?dú)?000水11862.298034.63×10-53716.4414198145.770077甲醇54463.3527446629.9394478.11143127755.454693乙醇26.423767380.8800.11525.42928949正丁醇38.400000071.53×10-230.037338.36344744異丁醇35.199999722.79×10-170.14335.05782411二甲醚2.13×10-82.13×10-83.65×10-183.91×10-16甲酸甲脂0000甲烷0000丙酮0.01320.01329.45×10-111.33×10-7由表4-10中可以看出，常壓精餾塔塔頂物流0120中甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.9%，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%，乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于100ppm，符合工業(yè)甲醇的優(yōu)良規(guī)格。常壓精餾塔模塊的仿真計(jì)算結(jié)果與仿真結(jié)果的實(shí)際結(jié)果比較合理。4.4.4甲醇回收塔的模擬（1）甲醇回收塔模塊的搭建常壓精餾塔側(cè)線采出物流0125進(jìn)入泵P0102加壓到150kPa，進(jìn)入甲醇回收塔T0104。甲醇回收塔的目的是把上一步中常壓精餾塔側(cè)線采出的雜醇油和甲醇分離開(kāi)。從塔頂升起的蒸氣經(jīng)過(guò)全冷凝器凝結(jié)后，再送入塔頂回流槽?；亓鞑蹆?nèi)的部分液體以回流液的形式返回到塔中，而回流槽中的另一部分則以精制甲醇產(chǎn)物的形式排出。0128塔釜物流是污水進(jìn)入三廢處置中心。圖4-21顯示了甲醇再循環(huán)塔的流程模塊。注；P0102-加壓泵；T0104-甲醇回收塔圖4-21甲醇回收塔模塊搭建流程（2）甲醇回收塔操作方法參數(shù)甲醇回收塔操作方法參數(shù)見(jiàn)表4-12。表4-12甲醇回收塔操作方法參數(shù)設(shè)備名稱(chēng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（3）甲醇回收塔的熱力學(xué)模型甲醇回收塔的工作壓力主要是將乙醇油和甲醇分離,但主要是處理甲醇和水系統(tǒng)的微正壓。兩者如果具有了較高強(qiáng)韌的分子相間吸力,將可以形成一種強(qiáng)極性的非極性理想的物系,甲醇因?yàn)槭且环N強(qiáng)極性物質(zhì),所以應(yīng)使用活度系數(shù)模型,物性方法可選擇采用NRTL。（4）甲醇回收塔模擬物流結(jié)果根據(jù)以上的操作參數(shù)建立的甲醇回收塔模型，對(duì)甲醇回收塔進(jìn)行模擬計(jì)算，以下為常壓精餾塔流股的結(jié)果見(jiàn)表4-13和表4-14。表4-13甲醇回收塔流股質(zhì)量分?jǐn)?shù)結(jié)果組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%012601270128進(jìn)料流股塔頂流股塔釜流股一氧化碳000二氧化碳000氮?dú)?00水0.5089450543.34×10-80.925355甲醇0.4848909030.999910.063512乙醇0.0015757839.04×10-52.79×10-3正丁醇0.0023975958.74×10-214.36×10-3異丁醇0.0021906658.24×10-173.98×10-3二甲醚3.31×10-2000甲酸甲脂000甲烷000丙酮9.98×10-122.22×10-118.08×10-19表4-14甲醇回收塔流股質(zhì)量流量結(jié)果組分質(zhì)量流量/kg/hr012601270128進(jìn)料流股塔頂流股塔釜流股一氧化碳000二氧化碳000氮?dú)?00水8143.1208622.41×10-48143.121461甲醇7758.2544497199.348673558.9042766乙醇25.212531320.65124.6正丁醇38.361525056.29×10-1738.4異丁醇35.050632915.93×10-1335.1二甲醚5.30×10-600甲酸甲脂000甲烷000丙酮1.60×10-71.60×10-77.11×10-15由表4-13中可以看出，甲醇回收塔頂物流0120中甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.99%，水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%，乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于100ppm，符合國(guó)標(biāo)工業(yè)甲醇（GB388-2011）中的優(yōu)等品規(guī)格。與實(shí)際結(jié)果相比，甲醇回收塔模塊的仿真計(jì)算結(jié)果合理。4.4.5甲醇四塔精餾方法全流程模擬根據(jù)以上四個(gè)模塊搭建好的模擬流程，開(kāi)始把四個(gè)模塊進(jìn)行整合為一個(gè)甲醇四塔精餾方法的全流程模擬。以下為主要物流的模擬計(jì)算結(jié)果如表4-15所示。表4-15主要物流的模擬計(jì)算結(jié)果

組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%010101120117012001270130原料物流預(yù)精餾塔塔釜物流加壓塔塔頂物流常壓塔塔頂物流甲醇回收塔塔頂物流產(chǎn)品物流一氧化碳1×10-41.6512×10-390000二氧化碳6.4×10-35.9392×10-240000氮?dú)?×10-47.1155×10-400000水8.83×10-20.141083.7755×10-101.0056×10-93.3425×10-84.1157×10-9甲醇0.9030.857700.999840.999980.999910.99994乙醇3.5×10-43.3295×10-48.8742×10-51.9097×10-59.0744×10-54.3516×10-5正丁醇4.8×10-44.5669×10-45.5436×10-303.3571×10-288.7164×10-218.7791×10-22異丁醇4.4×10-44.1863×10-41.0693×10-525.8944×10-228.2414×10-178.3011×10-18二甲醚4.8×10-41.0791×10-65.1379×10-064.5673×10-1301.2691×10-6甲酸甲脂2.20×10-41.7473×10-190000甲烷1×10-42.5728×10-340000丙酮3×10-