1 年產 5 萬噸甲醇雙塔精餾項目設計方案 第 1章 綜 述 醇的性質和用途 醇的性質 甲醇是一種透明、無色、易燃、有毒的液體，略帶酒精味。 甲醇最早從木材干餾得到故又稱木醇或木精 甲醇又名 ； 其 物 理化 學 性質為：熔點 ， 沸點 ， 閃點 ，自燃點 ，相對 蒸氣密度 氣 =1)， 蒸氣壓 00)； 能與水、乙醇、乙醚、苯、酮、鹵代烴和許多其他有機溶劑相混溶 ； 遇熱、明火或氧化劑易著火 ； 化學分子式為 子為極性分子。 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，同時放出熱量 1。 純甲醇為無色透明略帶乙醇氣味的易揮發(fā)液體，沸點 65 ，熔點 ，和水相對密度為 0/4) ，甲醇能和水以任意比相溶，但不形成共沸物，能和多數(shù)常用的有機溶劑 (乙醇、乙醚、丙酮、苯等 )混溶，并形成恒沸點混合物。甲醇能和一些鹽如 為結晶醇如 鹽的結晶水合物類似，甲醇蒸氣能和空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限 體積）。甲醇燃燒時無煙，火焰呈藍色。甲醇具有脂肪族伯醇的一般性質 ,連有羥基的碳原子上的三個氫原子均可被一一氧化 ,或脫氫生成甲醛 ,再氧化成甲酸 ,甲酸氧化的最終產物是二氧化碳和水。試劑甲醇常密封保存在棕色瓶中置于較冷處。 甲醇有較強的毒性，對人體的神經系統(tǒng)和血液系統(tǒng)影響最大，它經消化道、呼吸道或皮膚攝入都會產生毒性反應，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，最終導致呼吸中樞麻痹而死亡。慢性中毒反應為：眩暈、昏睡、頭痛、耳鳴、現(xiàn)力 減退、消化障礙。甲醇攝入量超過 4 克就會出現(xiàn)中毒反應，誤服一小杯超過 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，甲醇在體內不易排出 ,會發(fā)生蓄積，在體內氧化生成甲醛和甲酸也都有毒性。在甲醇生產工廠，中國有關部門規(guī)定，空氣中允許甲醇濃度為 5mg/有甲醇氣的現(xiàn)場工作須戴防毒面具，廢水要處理后才能排放，允許含量小于 200。 甲醇的中毒機理是，甲醇經人體代謝產生甲醛和甲酸（俗稱蟻酸），然后對人體產生傷害。常見的癥狀是，先是產生喝醉的感覺，數(shù)小時后頭痛，惡心，嘔吐，以及視線模糊。嚴重者 會失明，乃至喪命。失明的原因是，甲醇的代謝產物甲酸會累積在眼睛部位，破壞 2 視覺神經細胞 1。 甲醇中毒，通常可以用乙醇解毒法。其原理是，甲醇本身無毒，而代謝產物有毒，因此可以通過抑制代謝的方法來解毒。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，可以通過飲用烈性酒（酒精度通常在 60 度以上）的方式來緩解甲醇代謝，進而使之排出體外。而甲醇已經代謝產生的甲酸，可以通過服用小蘇打（碳酸氫鈉）的方式來中和。 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，主要用于生產甲醛（ 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。 醇的用途 目前，甲醇在有機合成工業(yè)中，是僅次于烯烴和芳烴的重要基礎有機原料。甲醇為重要的化工原料， 使用范圍非常廣泛。主要用于制造甲醛、纖維素、甲基化反應、萃取劑、橡膠加速劑， 也 可作染料、樹脂、人造革、火漆薄膜、玻璃紙、噴漆等的溶劑以及油漆、顏料去除劑、有機合成的中間體等，也可用作燃料、焊劑。 隨著技術的發(fā)展和能源結構的改變，甲醇又開辟了許多新的用途。甲醇是較好的人工合成蛋白的原料，蛋 白轉化率較高，發(fā)酵速度快，無毒性，價格便宜。 甲醇用途廣泛，是基礎的有機化工原料和優(yōu)質燃料。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品，也是農藥、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。 甲醇是容易輸送的清潔燃料，可以單獨或與汽油混合作為汽車燃料，用它作為汽油添加劑可起節(jié)約芳烴，提高辛烷值的作用，汽車制造也將成為耗用甲醇的巨大部門，甲醇的消費已超過其傳統(tǒng)用途，潛在的耗用量遠遠超過其化工用途，滲透到國民經濟的各個部門。特別是隨著能源結構的改變，甲醇有未來主要燃料的候補燃料之稱，需用量十分巨大。 我國目前甲醇的產量還較低，但近年來發(fā)展速度較快，近五 年來甲醇的生產規(guī)模有了突飛猛進的發(fā)展。從我國能源結構出發(fā)，甲醇由煤制的技術已經成熟，近幾年由煤制甲醇的工藝已經全面工業(yè)化生產，將來在我國甲醇有希望替代石油燃料和石油化工的原料，蘊藏著潛在的巨大市場。我國甲醇工業(yè)無疑將迅速發(fā)展起來。 醇的發(fā)展狀況 醇的生產工藝發(fā)展 1923 年德國 司首先用合成氣在高壓下實現(xiàn)了甲醇的工業(yè)化生產，直到 1965 3 年，這種高壓法工藝是合成甲醇的唯一方法。 1966 年英國 司開發(fā)了低壓法工藝，接著又開發(fā)了中壓法工藝。 1971 年德國的 司相繼開 發(fā)了適用于天然氣渣油為原料的低壓法工藝。由于低壓法比高壓法在能耗、裝置建設和單系列反應器生產能力方面具有明顯的優(yōu)越性，所以從 70 年代中期起，國外新建裝置大多采用低壓法工藝。世界上典型的甲醇合成工藝主要有 藝、 藝和三菱瓦斯化學公司 (藝。目前，國外的液相甲醇合成新工藝具有投資省、熱效率高、生產成本低的顯著優(yōu)點 2。 我國的甲醇生產始于 1957 年， 50 年代在吉林、蘭州和太原等地建成了以煤或焦炭為原料來生產甲醇的裝置。 60 年代建成了一批中小型裝置，并在合成氨工業(yè)的基礎上開發(fā)了聯(lián)產法生 產甲醇的工藝。 70 年代四川維尼綸廠引進了一套以乙炔尾氣為原料的 95 kt/a 低壓法裝置，采用英國 術。 1995 年 12 月，由化工部第八設計院和上?；ぴO計院聯(lián)合設計的 200 kt/a 甲醇生產裝置在上海太平洋化工公司順利投產，標志著我國甲醇生產技術向大型化和國產化邁出了新的一步。 2000 年，杭州林達公司開發(fā)了擁有完全自主知識產權的 壓均溫甲醇合成塔技術，打破長期來被 國外少數(shù)公司所壟斷擁的局面，并在 2004 年獲得國家技術發(fā)明二等獎。 2005 年，該技術成功應用于國內首家焦爐氣制甲醇裝置 上。南京國昌化工科技有限公司研發(fā)的 軸徑向低壓甲醇合成塔技術，通過了中國石油和化學工業(yè)協(xié)會組織的鑒定。專家認為該甲醇合成塔結構新穎、設計合理，屬國內首創(chuàng)，填補了我國軸徑向低壓甲醇合成塔的空白。該項目為我國甲醇工業(yè)提供了一種技術先進、造價低且易于大型化的新型合成裝置。該技術已于 2003 年底在山東久泰化工科技有限公司 年產 5 萬噸 低壓甲醇裝置上首次運用成功。 醇市場狀況 自 2002 年初以來，我國甲醇市場受下游需求強力拉動，以及生產成本的提高，甲醇價格一直呈現(xiàn)一種穩(wěn)步上揚走勢。甲醇市場價格最高漲幅超 過 100%，甲醇生產的利潤相當豐厚，效益好的廠家每噸純利超過了 1000 元 /噸，因而甲醇生產廠家紛紛擴產和新建，使得我國甲醇的產能急劇增加。 目前在建或擬建的大型甲醇項目主要有：中海石油化學有限公司在海南建設的年 產180 萬噸甲醇項目，其中第一期工程為年產 60 萬噸甲醇；山西焦化集團有限公司年產 12萬噸的甲醇技術改造項目；內蒙古鄂爾多斯市華建能源化工有限公司的年產 100 萬噸甲醇項目，其中第一期工程年產 40 萬噸甲醇；我國陜西榆林天然氣化學工業(yè)公司在陜西榆林的 30 萬噸 /年甲醇裝置，建成后，甲醇生產能力將增加到 73 萬噸 /年；山東兗州煤業(yè)股份有限公司在陜西榆林投資建設年產 230 萬噸甲醇工程，其中一期工程為年產 60 萬噸甲醇； 4 哈爾濱氣化廠的年產 25 萬噸的新建甲醇裝置，新裝置建成后，該廠的甲醇生產能力將接近 40 萬噸 /年；香港建滔化工集團與重慶長壽化工園合資建造的年產 75 萬噸甲醇項目，重慶化醫(yī)控股（集團）公司與日本三菱化工合資興建的年產 85 萬噸甲醇項目，屆時重慶的甲醇總產量將達到 200 萬噸，長壽化工園也將成為全國最大的天然氣化工基地。據(jù)粗略統(tǒng)計，這些新建甲醇裝置如果全部建成投產，新增加的年產能至少在 500 萬噸以上，將對我國甲醇市場 供求關系產生明顯的影響 3。 醇的發(fā)展方向 以甲醇為中間體的煤基化學品深加工產業(yè)：從甲醇出發(fā)生產煤基化學品是未來 工發(fā)展的重要方向。比如神華集團發(fā)展以甲醇為中間體的煤基化學品深加工，利用先進成熟技術，發(fā)展 “ 甲醇醋酸及其衍生物 ” ， 利用國外開發(fā)成功的 進技術，發(fā)展 “ 甲醇烯烴及衍生物 ” 的 2 大系列 10。作為替代燃料：近幾年，汽車工業(yè)在我國獲得了飛速發(fā)展，隨之帶來能源供應問題。石油作為及其重要的能源儲量是有限的，而甲醇燃料以其安全、廉價、燃燒充分，利用率高、環(huán)保的眾多優(yōu)點，替 代汽油已經成為車用燃料的發(fā)展方向之一。我國政府已充分認識到發(fā)展車用替代燃料的重要性，并開展了這方面的工作。隨著 工的發(fā)展，由甲醇為原料合成乙二醇、乙醛和乙醇等工藝正日益受到重視。甲醇作為重要原料在敵百蟲、甲基對硫磷和多菌靈等農藥生產中，在醫(yī)藥、染料、塑料和合成纖維等工業(yè)中都有著重要的地位。甲醇還可經生物發(fā)酵生成甲醇蛋白，用作飼料添加劑，有著廣闊的應用前景 4。 5 第 2 章 工藝流程 醇精餾工藝的概況 餾原理 精餾是根據(jù)在相同溫度下，同一液體混合物中不同組分的揮發(fā)度 不同，經多次部分氣化和多次部分冷凝最后得到較純的組分，實現(xiàn)混合物分離的操作過程。輕組分 Y 和重組分X 的 混和液 入第一分離器，若將第一級溶液部分氣化得到氣相產品冷凝液，然后再將冷凝液在第二級分離器中部分氣化，再經第二級冷凝器冷凝得溶液中的組分 大于 種部分氣化部分冷凝的次數(shù) (即級數(shù) )越多，所得輕組分 Y 濃度越高，最后幾乎可得到純態(tài)的易揮發(fā)組分。同理，若將從各分離器所得溶液產品進行多次部分氣化和分離，那么這種級數(shù)愈多，得到的溶液組分 X 濃度越高，最后可得到幾乎純態(tài)的難揮發(fā)組分 5。 醇精 餾的任務 甲醇精餾是甲醇合成的下游工序，其基本任務是將甲醇合成工段送來的粗甲醇先在預塔內精餾脫除甲醚等輕的組分，然后進入主塔進行精餾，在塔底脫除重組分，在塔頂脫除輕組分，然后在塔頂合適位置采出合格的產品。 醇精餾工藝流程的選擇 目前，總體來說甲醇精餾的工藝大體可分為雙塔工藝流程和三塔工藝流程。 （ 1） 雙塔精餾工藝 該流程為我國以前老的甲醇裝置中采用是較廣的一種精餾流程。粗甲醇先經預精餾塔，經預精餾后的含水甲醇直接由泵輸送經熱交換器后再至主精餾塔，最終在主精餾塔將甲醇與水、重組份及殘余輕組份進行 有效分離一得到精甲酵產品 6。 （ 2） 三塔精餾工藝 三塔流程是目前甲醇生產裝置應用最廣泛的精餾工藝，粗甲醇按次序分別進入預精餾塔、加壓塔和常壓塔逆行精餾，大部分輕組份在預精餾塔去除，加壓塔和常壓塔均采出產品，約各占一半。 三塔精餾與雙塔精餾的區(qū)別在于三塔精餾采用了兩個主 精餾塔 ，一個加壓操作，一個常壓操作，利用加壓塔的塔頂蒸汽冷凝熱作為常壓塔的加熱源，既節(jié)約了蒸汽，也節(jié)約了冷卻用水。每精制 1t 精甲醇約節(jié)約 1t 蒸汽，所以三塔精餾的能耗較低。 三塔精餾工藝流程具有精餾能耗低、操作穩(wěn)定、產品質量好等突出優(yōu)點，但操作相對比較復雜。 6 雙塔精餾工藝投資省 、 建設周期 短、裝置簡單易于操作和管理。雖然消耗高于三塔精餾工藝，但在 年產 5 萬噸生產規(guī)模以下時其技術 經濟指標 較占優(yōu)勢，其節(jié)能降耗途徑可以采用高效填 料來達到降低蒸汽消耗的目的。 在年產 5 萬噸生產規(guī)模以上時，宜采用三塔精餾技術，雖然一次性投資較高，但是操作費用和能耗都相對較低 ， 生產實踐證明雙塔精餾流程簡單、操作方便、運行穩(wěn)定，能滿足甲醇生產要求。 本設計是年產 5 萬噸故采用雙塔精餾工藝 7。 醇 精餾設備的選擇 甲醇精餾工段的設備有： 粗醇貯槽，精醇貯槽，雜醇油槽，各溶液輸送壓力泵、主塔、預塔、冷凝器、水冷器、預熱器、 再 沸器、殘液槽、地下槽、回流液槽及所屬閥門、管道、儀表等 。 精餾的主要設備是精餾塔，精餾塔設備一般分為板式塔和填料塔。則兩塔比較如下 ： （ 1） 填料塔操作范圍較小，對于液體負荷的變化特別敏感。當液體負荷較小時，填料表面不能很好地潤濕，傳質效果急劇下降；當液體負荷過大時，容易產生液泛。板式塔具有較大的操作范圍。 （ 2） 填料塔不宜處理含固體懸浮物的物料，而某些類型的板式塔（如大孔徑穿流板塔）可以有效地處理這種物系。另外，板式塔的清洗亦比填料塔方便。 （ 3） 當氣液接觸過程中需要冷卻以移除反應熱或溶解熱時，填料塔因涉及液體均布問題而使結構復雜化，板式塔可方便地在塔板上安裝冷卻盤管。 （ 4） 填料塔直徑可以很小。板式塔直徑一般不小于 （ 5） 板式塔的設計比較準確可靠。安全系數(shù)較小。 （ 6） 塔徑不大時，填料塔因結構簡單而造價便宜。 （ 7） 填料塔適用于易起泡物系和腐蝕性物系，因填料對泡沫有限制和破碎的作用，可以采用瓷質填料。 （ 8） 對熱敏性物系宜采用填料塔，因為填料塔內的滯液量比板式塔少，物料在塔內的停留時間相對短。 （ 9） 填料塔的壓降比板式塔的小，因而對真空操作更為適宜。 一般與填料塔相比，板式塔具有效率高、處理量大、重量輕及便于檢修等特點，但其結構較復雜，阻力降較大 8。 常用板式塔類型有很多，如：篩板塔、泡罩塔、舌型塔、浮閥塔等 ，當前 應用最廣泛的是篩板塔和浮閥塔。 而浮閥塔具有很多優(yōu)點，且加工方便，故有關浮閥塔的研究開發(fā)遠 7 較其他形式的塔板廣泛，是目前新型塔板研開發(fā)的主要方向。近年來與浮閥塔一直成為化工生中主要的傳質設備，浮閥塔多用不銹鋼板或合金 。實際操作表明，浮閥在一定程度的漏夜狀態(tài)下，使其操作板效率明顯下降，其操作的負荷范圍較泡罩塔窄，但設計良好的塔其操作彈性仍可達到滿意的程度。 篩板塔的主要優(yōu)點有： （ 1） 結構比浮閥塔更簡單，易于加工，造價約為泡罩塔的 60 ，為浮閥塔的 80 左右。 （ 2） 處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加 10 15 。 （ 3） 塔板效率高，比泡罩塔高 15 左右，壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低 30 左右。 但篩板塔的主要缺點有：塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻；操作彈性較小 (約 2 3)；小孔篩板容易堵塞。由于過去對于篩板塔的性能研究并不充分，認為操作不易穩(wěn)定，所以沒有普遍采用，直到 20 世紀的 50 年代初，對篩板塔結構和性能作了較充分的研究，認識到了只要設計合理和操作正確，同樣可以獲得較滿意的塔板效率，以及可觀的操作彈性，所以 近年來 篩板塔的應用又日漸廣泛 9。 浮閥 塔是二十世紀五十年代初開發(fā)的一種新塔型。其特點是 在篩板塔基礎上，在每個篩孔處安置一個可上下移動的閥片。當篩孔氣速高時，閥片被頂起、上升，孔速低時，閥片因自重而下降。閥片升降位置隨氣流量大小作自動調節(jié)，從而使進入液層的氣速基本穩(wěn)定。又因氣體在閥片下測水平方向進入液層，既減少液沫夾帶量，又延長氣液接觸時間，故收到很好的傳質效果。 浮閥塔的特點有： （ 1） 生產能力大，由于塔板上浮閥安排比較緊湊，其開孔面積大于泡罩塔板，生產能力比泡罩塔板大 20% 40%，與篩板塔接近。 （ 2） 操作彈性大，由于閥片可以自由升降以適應氣量的變化，因此維持正常操作而允許的負荷波動范 圍比篩板塔，泡罩塔都大。 （ 3） 塔板效率高，由于上升氣體從水平方向吹入液層，故氣液接觸時間較長，而霧沫夾帶量小，塔板效率高。 （ 4） 氣體壓降及液面落差小，因氣液流過浮閥塔板時阻力較小，使氣體壓降及液面落差比泡罩塔小。 （ 5） 塔的造價較低，浮閥塔的造價是同等生產能力的泡罩塔的 50% 80%，但是比篩板塔高 20% 30% 。 8 但是，浮閥塔的抗腐蝕性較高（防止浮閥銹死在塔板上），所以一般采用不銹鋼作成，致使浮閥造價昂貴，推廣受到一定限制。隨著科學技術的不斷發(fā)展，高效率塔板的不斷被研制出來，浮閥塔的推廣并不是 越來越廣。近幾十年來，人們對浮閥塔的研究越來越深入，生產經驗越來越豐富，積累的設計數(shù)據(jù)比較完整，因此設計浮閥塔比較合適 10。 國內 常用的浮閥 塔 有三種， ， 與 T 型。 的特點是閥孔被沖壓成向下彎的噴咀形，氣體通過閥孔時因流道形狀漸變可減小阻力。 T 型閥則借助固定于塔板的支架限制閥片移動范圍。三類浮閥中， 浮閥最簡單，該類型浮閥已被廣泛使用 。 綜上所述，由于本次設計是針對甲醇精餾體系，所以采用常壓板式 浮閥精餾塔的設計及其輔助設備的選型。 醇 精餾操作壓強的選擇 精餾可以常 壓，加壓或減壓條件下進行。確定操作壓力時主要是根據(jù)處理物料的性質，技術上的可行性和經濟上的合理性來考慮的。對于沸點低，常壓下為氣態(tài)的物料必須在加壓條件下進行操作。在相同條件下適當提高操作壓力可以提高塔的處理能力，但是增加了塔壓，也提高了再沸器的溫度，并且相對揮發(fā)度液會下降。對于熱敏性和高沸點的物料常用減壓蒸餾。降低操作壓力，組分的相對揮發(fā)度增加，有利于分離。減壓操作降低了平衡溫度，這樣可以使用較低位的加熱劑。但是降低壓力也導致了塔直徑的增加和塔頂冷凝溫度的降低，而且必須使用抽真空設備，增加了相應的設備和操作 費用 11。 本次任務主要是甲醇和水體系，甲醇 沸點又不高，所以不需采用減壓蒸餾。這類溶液在常壓下又是液態(tài)，塔頂蒸氣又可以用普通冷卻水冷凝，因而也不需采用加壓蒸餾。所以為了有效降低設備造價和操作費用對這類溶液可采用常壓蒸餾。 醇 精餾物料進料熱狀態(tài)的選擇 進料熱狀態(tài)有五種。原則上在供熱一定的情況下，熱量應盡可能由塔底輸入，使產生的氣相回流在全塔發(fā)揮作用，即宜冷也進料。但為使塔的操作穩(wěn)定，免受季節(jié)氣溫的影響，常采用泡點進料。這樣，塔內精餾段和提留段上升的氣體量變化 較小，可采用相同的塔徑，便于設計和制造。但將原料預熱到泡點，就需要增設一個預熱器，使設備費用增加。綜合考慮各方面因素，決定采用泡點進料，即 q=112。 醇 精餾加熱方式的選擇 塔釜可采用間接蒸汽加熱或直接蒸汽加熱。直接蒸汽加熱的優(yōu)點是，可利用壓強較低的加熱蒸汽，并省掉間接加熱設備，以節(jié)省操作費用和設備費用。但直接蒸汽加熱，只適 9 用于釜中殘液是水或與水不互溶而易于分離的物料，所以通常情況下，多采用間接蒸汽加熱。 醇雙塔工藝流程說明 圖 醇雙塔精餾流程圖 實際工藝流程敘述： 來自合成工段的粗甲醇首先進入粗甲醇貯槽內，然后經過預塔給料泵加壓到 和適量的軟水混合， (控制預后比重為 再進入粗甲醇預熱器，加熱至 65 左右進入預塔 ， 加熱釜液至 82 左右為塔內溶液提供熱量，塔頂?shù)臍怏w進入預塔冷凝器冷凝成 50 的液體后進入預回流槽，從預回流槽出來的液體經預回流泵加壓到 進入到預塔頂進行回流，為預塔提供必需的傳熱，傳質介質，用預塔回流量控制預塔頂在 64 左右。塔頂氣體中未被冷凝下來的氣體即輕 組分進入排汽冷凝器進一步冷凝回收有用的甲醇組分，而其他輕組分則由自調閥控制壓力 放空。預塔底的液體經過主塔給料泵加壓到 ，再經自調閥控制一定的預塔底液位后進入主塔，主塔下設主塔再沸器，用低壓蒸汽加熱釜液溫度為 105 ，為主塔精餾提供必需的熱量，塔頂?shù)臍庀噙M入主塔冷凝器冷凝成 50 的液體，進入主回流槽內，再經主回流泵加壓至 返回塔頂進行回流，為主塔頂提供必需的傳質、傳熱介質。塔頂溫度用回流量控制在 65 ，保持回流比為 間，塔頂壓力 塔 冷凝器中未被冷凝下來的輕組分進入排氣冷凝器中進一步冷凝，回收有用的甲醇組分，未被冷凝的氣體放空處理。精甲醇產品由塔頂 采 出來 (根據(jù)實際情況選擇不同的采出口 )，采出的精甲醇首先進入產品冷卻器中冷卻到 40 后經過流量計進入精甲醇貯槽，計量液位，再經精甲醇泵 10 加壓到 送往罐區(qū)外銷。主塔溶液中還有一部分沸點介于甲醇和水之間的物質，大多為異丁基油，由主塔采出，經雜醇油冷卻器冷卻到 40 后進入雜醇油貯槽計量液位，再經雜醇油泵加壓到一定壓力后外送。主塔底的組分主要為水，經調節(jié)閥控制 40 60%的液位后進入殘液 水冷器，冷卻到溫度 40 ，然后進入殘液槽再經殘液泵加壓到 11 第 3 章 工藝計算 料衡算 已知：年產 5 萬噸甲醇精餾，精甲醇的甲醇含量為 粗甲醇中含甲醇 年工作日以 340 天計。 則每小時生產精甲醇的量為： 45 72434 050 000 表 甲醇組成表 組分名稱 O 2 (2 2O 成 甲醚由甲醇脫水形成，異丁醇由 量控制不當而合成的副產物，水則是由于 成甲醇時的產物，水的含量比較高。本次設計比二甲醚輕的按二甲醚計算。 塔物料衡算 （ 1） 進料 粗甲醇入料量為： 其中：二甲醚： 甲 醇： 水： 異丁醇： 堿液：為了防止工藝管路和設備的腐蝕，先以 5%的氫氧化鈉溶液和粗甲醇中的酸性物質反應，使其呈弱堿性，每噸精甲醇的耗堿量按 算 13。 則消耗純氫氧化鈉： 6 7 4 換成堿液： 6 1 堿液中的水： 軟水 ：軟水的加入量按精甲醇的 20%計，那么需要補加軟水： 從主塔回流液中來的初餾物以入塔粗甲醇 2%計算，既： 12 將以上計算結果列下表： 表 塔進料組成表 物料量： kg/h 2O O 計 粗甲醇 液 水 餾物 計 2） 出料 塔底 ： 甲醇 塔底 ： 水 粗甲醇中水： 堿液帶水： 軟水： 合計： 1562.9 塔底異丁醇 及高沸物： 塔頂二甲醚及低沸物： 將以上計算結果列與下表： 表 塔出料流量及組成表 物料量： kg/h 2O O 計 塔頂 底 計 主塔物料衡算 （ 1） 進料 預后粗甲醇： （ 2） 出料 釜殘液中甲醇含量約為 1% 13 從主塔回流液中采出預塔入料量 2%到預塔收集槽，計算時以 100%甲醇計算為： 殘液排放：包括水、堿、甲醇及高沸點物等，其中甲醇含 1%，設殘液量為 X ，則： X 預 后甲醇中水量堿量 +高沸物 +殘液中的甲醇量 6 2 解得 釜殘液中甲醇為： 8 2 8 2 塔頂甲醇為： 6 2 1 18 2 2 7 釜液中： 甲醇 水 1562.9 高沸物 根據(jù)以上計算得到表 : 表 醇精餾塔物料平衡匯總（單位： kg/h） 成分 物料 常壓塔出料 常壓塔釜出料 主塔回流液采出 甲醇 水 高沸物 合計 量衡算 塔的熱量衡算 （ 1） 帶入熱量 取回流液與進料量之比為 1:4。 表 入熱量 14 進熱項目 粗甲醇 軟水 堿液 回流液 熱蒸汽 成分 二甲醚 甲醇 水 異丁醇 水 堿 +水 甲醇 水 流量kg/h 溫度 65 65 65 65 78 78 60 比熱kJ/ 焓 kJ/ 量kJ/h 蒸汽 有： Q 入 Q 粗甲醇 Q 軟水 Q 回流液 Q 蒸汽 Q 蒸汽 Q 蒸汽 （ 2） 帶出熱量 表 出的 熱量 出熱部分 塔頂 塔底 熱損失 成分 二甲醚 回流液 甲醇 水（堿液） 以 5%計 液體比熱kJ/ 流量 kg/h 液體冷凝熱kJ/ 溫度 64 64 82 82 熱量 kJ/h %Q 入 那么： Q 出 Q 二甲醚 Q 回流液 Q 預后甲醇 Q 損 5%Q 人 15 5%Q 入 根據(jù)能量守恒： Q 入 Q 出 (3既： Q 入 5%Q 入 則： Q 入 Q 出 h 所以 Q 蒸汽 h 已知水蒸氣的汽化熱為 則需要蒸汽量為： 18 77 2 2 81 蒸汽 根據(jù)以上計算的結果列出預塔熱量平衡表 : 表 塔熱量平衡表 帶入熱量 kJ/h 帶出熱量 kJ/h 塔側粗甲醇入熱 頂二甲醚出熱 頂加入冷凝殘液入熱 頂回流甲醇蒸汽 頂回流液入熱 底預后粗甲醇 熱蒸汽 損失 入熱 出熱 卻水用量計 算 假設入口冷卻水的溫度為 30，出口冷卻水的溫度 40，平均比熱為 ：Q 入 Q 甲醇 Q 甲醇蒸汽 h Q 出 Q 二甲醚 Q 回流液 Q 損失 h Q 傳 Q 入 Q 出 h 又因為 :Q 傳 40 30） h 所以得到 h 塔的熱量衡算 設計的操作條件為：塔頂溫度 65 ，塔釜溫度 105 ，進料溫度 70 ，回流液溫度為40 ，冷卻水進口溫度 30 ，出口溫度 40 ，取回流比為 （ 1） 物料帶入熱量 表 料帶入熱量表 16 物料 進料 回流液 再沸器加熱 組分 甲醇 水堿 甲醇 流量 kg/h 溫度 70 70 40 比熱 kJ/ 熱量 kg/h 加熱 那么： Q 入 Q 進料 Q 回流液 Q 加熱 Q 加熱 Q 加熱 （ 2） 物料帶出熱量 表 料帶出熱量表 物料 精甲醇 回流液 釜液 熱損失 成分 甲醇 甲醇 甲醇 水堿 流量 kg/h 溫度 65 65 105 105 比熱 kJ/ 潛熱 kJ/ 熱量 kJ/h %Q 入 那么： Q 出 Q 精甲醇 Q 回流液 Q 釜液 Q 熱損失 %Q 入 %Q 入 根據(jù)能量守恒 有 Q 入 Q 出 即： Q 入 %Q 入 則： Q 入 Q 出 h 所以 Q 蒸汽 h 已知水蒸氣的汽化熱為 J/則需要蒸汽量： 6 2 7 2 6 72 蒸汽 冷卻水用量計算： 對于熱流體： Q 入 Q 產品精甲醇 +Q 回流液 h 17 Q 出 Q 精甲醇液 Q 回流液 40 h Q 傳 Q 入 （ 1 5%） Q 出 95% h 所以冷卻水的用量為： 1 2 2 3 4 930401 8 1 0 2 4 5 72 餾系統(tǒng)能量結果匯總 （ 1） 外加蒸汽總量為： G 蒸汽 汽 汽 h （ 2） 冷卻水總量為： G 水 h （ 3） 熱量平衡匯總見下表： 表 餾系統(tǒng)能量衡算總表 項目 物流 預塔 主塔 帶入熱量 kJ/h 進料 流 熱 計 出熱量 kJ/h 塔頂出料 釜出料 損失 計 18 第 4 章 精餾塔和接管的設計 計任務和條件 ： （ 1） 產品甲醇含量達到 （ 2） 釜殘夜甲醇含量約為 1% （ 3） 生產能力為年產 5 萬噸精甲醇產品 （ 4） 操作條件： 單層塔板壓降： 頂溫度： 65 塔底溫度： 105 回流液溫度： 40 進料溫度： 70 計方案的確定 本設計任務為分離甲醇和水的混合物。對于二元混合物的分離，應采用常壓下的連續(xù)精餾裝置。本設計采用泡點進料，將原料液通過預熱器加熱至泡點后送入精餾塔內。塔頂上升蒸汽采用全冷器冷凝，冷凝液在泡點下一部分回流至塔內，其余部分經產品冷卻器冷卻后送入儲罐。該物系屬于易分離物系，最小回流比較小，故操作回流比取最小回流比的2 倍。塔釜采用間接蒸汽加熱，塔底產品經冷卻后送至儲槽。 板數(shù)的確定 點的甲醇摩爾分數(shù) （ 1） 預 后甲醇中的甲醇摩爾分數(shù) 6 5 5 7 （ 4 （ 2） 精甲醇中甲醇的摩爾分數(shù) 9 9 （ 4 （ 3） 殘液中的甲醇摩爾分數(shù) 19 （ 4 理能力 進料量： hk m o F 2 4 水水（ 4 精餾段物料量： hk m o 2 6 50 0 5 0 5 2 （ 4 提餾段物料量 : hk m o 3 3 5 9 2 （ 4 小理論板數(shù) （ 1） 平均揮發(fā)度 查數(shù)據(jù)手冊得到以下數(shù)據(jù) 14： 甲醇的飽和蒸汽壓： 105 時為 0 時為 5 時為 的飽和蒸汽壓： 105 時為 0 時為 5 時為 下面公式計算： = （ 4 65