畢業(yè)設(shè)計(jì)--甲醇精餾工段常壓精餾塔工藝設(shè)計(jì)及分析

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文)</p><p>　　專(zhuān) 業(yè) </p><p>　　班 級(jí) </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　

2、　學(xué) 號(hào) </p><p>　　課 題 30萬(wàn)噸/年甲醇精餾工段的初步設(shè)計(jì) </p><p>　　—— 常壓精餾塔工藝設(shè)計(jì)及分析 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><

3、b>　　摘要</b></p><p>　　通過(guò)本課題的設(shè)計(jì)了解甲醇精餾的發(fā)展歷程和國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，主要介紹了甲醇精餾工藝，對(duì)單塔流程、雙塔流程、三塔流程和四塔流程工藝進(jìn)行了闡述,顯示了四塔流程的優(yōu)越性。熟悉甲醇精餾工藝流程、技術(shù)設(shè)備等。對(duì)甲醇精餾工段全流程進(jìn)行物料衡算,著重分析常壓精餾塔的工藝設(shè)計(jì)。應(yīng)用ASPEN PLUS化工模擬系統(tǒng)中的和DSTUW、RADFRAC塔精餾模塊對(duì)常壓精餾塔進(jìn)行模

4、擬。通過(guò)對(duì)甲醇精餾工藝流程的物料衡算和常壓精餾塔工藝的研究，掌握甲醇精餾工業(yè)生產(chǎn)中各塔的作用、進(jìn)出料情況、塔板數(shù)等相關(guān)參數(shù)的計(jì)算。最后繪制出工藝流程圖、帶控制點(diǎn)的物料流程圖、設(shè)備圖和設(shè)備布置圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞：甲醇精餾、常壓精餾塔、ASPEN模擬、流程圖</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　U

5、nderstanding of the issue through the design development process and the methanol distillation research status at home and abroad, introduces the methanol distillation process, the single-tower process, process towers, t

6、hree towers and four towers process technology processes are described, showing the superiority of four-tower process. Familiar with the methanol distillation process and technical equipment. Methanol distillation sectio

7、n in the whole process of the material balance, analyzes th</p><p>　　Key words: methanol distillation, atmospheric distillation, ASPEN simulation, flowsheet </p><p><b>　　目錄</b></p

8、><p><b>　　摘要I</b></p><p><b>　　目錄III</b></p><p>　　第一章 文獻(xiàn)綜述1</p><p>　　1.1 甲醇生產(chǎn)工藝進(jìn)展及國(guó)內(nèi)發(fā)展前景1</p><p>　　1.1.1甲醇簡(jiǎn)介1</p><p>

9、;　　1.1.2甲醇的用途4</p><p>　　1.1.3 甲醇的安全性、4</p><p>　　1.2 甲醇的生產(chǎn)工藝5</p><p>　　1.2.1生產(chǎn)方法概述5</p><p>　　1.2.2甲醇生產(chǎn)中的關(guān)鍵問(wèn)題6</p><p>　　1.2.3甲醇的精餾過(guò)程9</p><p&

10、gt;　　1.2.4工藝流程的選擇13</p><p>　　1.2.5 三塔精餾系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)13</p><p>　　1.2.6影響精餾操作的因素與調(diào)節(jié)14</p><p>　　1.3 本課題來(lái)源及思路15</p><p>　　第二章 物料衡算17</p><p>　　2.1操作條件17</p>

11、<p>　　2.2 物料衡算17</p><p>　　2.2.1 預(yù)塔物料衡算18</p><p>　　2.2.2 加壓塔的物料衡算19</p><p>　　2.2.3 常壓塔物料衡算21</p><p>　　2.2.4 回收塔物料衡算22</p><p>　　第三章 常壓塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算26

12、</p><p>　　3.1 物料處理量26</p><p>　　3.1.1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率26</p><p>　　3.1.2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量26</p><p>　　3.2 回流比及塔板數(shù)的確定26</p><p>　　3.2.1 求最小回流比及操作回流比。26<

13、;/p><p>　　3.2.2 簡(jiǎn)捷法求理論板層數(shù)27</p><p>　　3.3 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算29</p><p>　　3.3.1 操作壓力計(jì)算29</p><p>　　3.3.2 操作溫度計(jì)算29</p><p>　　3.3.3 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算29</p><p&

14、gt;　　3.3.4 平均密度計(jì)算30</p><p>　　3.3.5 液體平均表面張力的計(jì)算31</p><p>　　3.3.6 液相平均粘度的計(jì)算31</p><p>　　3.4 精餾塔的塔體工藝尺寸計(jì)算32</p><p>　　3.4.1 塔徑的計(jì)算32</p><p>　　3.4.2 精餾塔有效高度計(jì)

15、算33</p><p>　　3.4.3 塔高的計(jì)算33</p><p>　　3.5 塔板主要工藝尺寸的計(jì)算34</p><p>　　3.5.1 溢流裝置計(jì)算34</p><p>　　3.5.2 塔板布置36</p><p>　　3.6 篩板的流動(dòng)力學(xué)驗(yàn)算37</p><p>　　3.

16、6.1 塔板壓降37</p><p>　　3.6.2 液沫夾帶37</p><p>　　3.6.3 漏液38</p><p>　　3.6.4 液泛38</p><p>　　3.7 塔板負(fù)荷性能圖39</p><p>　　3.7.1 漏液線39</p><p>　　3.7.2 液沫夾帶

17、線39</p><p>　　3.7.3 液相負(fù)荷下限線40</p><p>　　3.7.4 液相負(fù)荷上限線40</p><p>　　3.7.5 液泛線40</p><p>　　3.8 塔設(shè)備附件——接管43</p><p>　　3.8.1 進(jìn)料管44</p><p>　　3.8.2

18、出料管44</p><p>　　3.8.3 進(jìn)氣管44</p><p>　　3.8.4 接管計(jì)算45</p><p>　　第四章 圖紙49</p><p>　　4.1 甲醇精餾工段的物料流程圖49</p><p>　　4.2 常壓塔的控制流程圖49</p><p>　　4.3 常壓

19、塔的設(shè)備圖49</p><p>　　4.4 0.00平面的設(shè)備布置圖49</p><p><b>　　總結(jié)50</b></p><p><b>　　致 謝51</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)52</b></p><p><

20、;b>　　第一章 文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　甲醇(CH3OH，英文名稱(chēng)Methanol)是最簡(jiǎn)單的飽和脂肪醇。大約有90％的甲醇用于化學(xué)工業(yè)，作為生產(chǎn)甲醛、甲基叔丁基醚、醋酸、甲酸甲酯、氯甲烷、甲胺、二甲醛等的原料,還有10％用于能源工業(yè)。在基礎(chǔ)有機(jī)化工原料中，甲醇消費(fèi)量?jī)H次于乙烯、丙烯和苯。甲醇深加工產(chǎn)品目前己達(dá)120多種，中國(guó)以甲醇為原料的一次加工產(chǎn)品近30種。甲醇作為最主要的

21、基本有機(jī)化工原料之一和替代能源的一部分，在當(dāng)前全球化工產(chǎn)品市場(chǎng)上起著舉足輕重的作用?！熬盼濉逼陂g國(guó)內(nèi)甲醇需求將以15％～20％速度遞增，2000年需求達(dá)到210萬(wàn)噸。如何進(jìn)一步節(jié)能降耗和提高產(chǎn)品質(zhì)量越來(lái)越引起人們的關(guān)注。</p><p>　　1.1 甲醇生產(chǎn)工藝進(jìn)展及國(guó)內(nèi)發(fā)展前景</p><p><b>　　1.1.1甲醇簡(jiǎn)介</b></p><p

22、>　　甲醇的分子式為CH3OH，其分子量為32.04。常溫常壓下，純甲醇是無(wú)色透明的、易流動(dòng)的、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)列于表1-1。甲醇的密度、粘度和表面張力隨溫度改變?nèi)绫?-2所示。</p><p>　　甲醇的電導(dǎo)率，主要決定于它含有的能電離的雜質(zhì)，如胺、酸、硫化物和金屬等。工業(yè)生產(chǎn)的粗甲醇都含有一定量的有機(jī)雜質(zhì)，其一般比電導(dǎo)率為1×10-6～7×10-7。

23、</p><p>　　甲醇可以和水以及許多有機(jī)液體如乙醇、乙醚等無(wú)限地混合，但不能與脂肪族烴類(lèi)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得完全無(wú)水的甲醇。同樣，也難以從甲醇中清除有機(jī)雜質(zhì)，產(chǎn)品甲醇總有有機(jī)雜質(zhì)約0.01％以下。</p><p>　　表1-1 甲醇的一般性質(zhì)</p><p>　　Table1-1 Commonly p

24、roperty of methanol</p><p>　　表1-2 溫度對(duì)性質(zhì)的影響</p><p>　　Table 1-2 The effect of temperature on property</p><p>　　1Cp=106Pa·S， 1dyn=106N </p><p>　　甲醇的沸點(diǎn)隨壓力變化如表1-3所

25、示。</p><p>　　表1-3 甲醇的沸點(diǎn)</p><p>　　Table 1-3 Boiling point of methanol</p><p>　　1mmHg=133.322Pa 1at=9.80665×104Pa</p><p>　　甲醇可以任意比例同多種有機(jī)化合物互溶，并與其中的一些有機(jī)化合物生成共沸混合物.據(jù)

26、文獻(xiàn)記載，迄今己發(fā)現(xiàn)與甲醇一起生成共沸混合物的物質(zhì)有100種以上。由于有共沸混合物的生成，且沸點(diǎn)與甲醇的沸點(diǎn)相接近，將影響到蒸餾過(guò)程對(duì)有機(jī)雜質(zhì)的消除。</p><p>　　甲醇具有上述多種重要的物理化學(xué)性質(zhì)，使它在許多工業(yè)部門(mén)得到廣泛的用途，特別是由于能源結(jié)構(gòu)的改變，和碳一化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，甲醇的許多重要的工業(yè)用途正在研究開(kāi)發(fā)中。例如甲醇可以裂解制氫，用于燃料電池，日益引人注目。甲醇通過(guò)ZSM-5分子篩催化劑轉(zhuǎn)化為

27、汽油已經(jīng)工業(yè)化為固體燃料轉(zhuǎn)化為液體燃料開(kāi)辟了捷徑。甲醇加一氧化碳加氫可以合成乙醇。又如甲醇可以裂解制烯烴。這對(duì)石油化工原料的多樣化，面對(duì)石油資源日漸枯竭對(duì)能源結(jié)構(gòu)的改變，具有重要意義。甲醇化工的新領(lǐng)域不斷地被開(kāi)發(fā)出來(lái)其廣度和深度正在發(fā)生深刻的化。</p><p>　　表1-4 與甲醇生成共沸混合物的性質(zhì)和共沸物的沸點(diǎn)</p><p>　　Table 1-4 Boiling point an

28、d property of azeotropic admixture with methanol</p><p>　　1.1.2甲醇的用途</p><p>　　甲醇的用途；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。還是重要的溶劑，亦可摻入汽油作替代燃料使用。20世紀(jì)

29、80年代以來(lái)，甲醇用于生產(chǎn)汽油辛烷值添加劑甲基叔丁基醚，甲醇汽油，甲醇燃料以及甲醇蛋白等產(chǎn)品，大大促進(jìn)了甲醇生產(chǎn)的發(fā)展和市場(chǎng)需要。</p><p>　　1.1.3 甲醇的安全性、</p><p>　　甲醇的毒性及常用急救方法；甲醇被人飲用后，就會(huì)產(chǎn)生甲醇中毒。甲醇的致命劑量大約是70毫升。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

30、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。甲醇中毒，通?？梢杂靡掖冀舛痉āＦ湓硎?，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

31、醇更具親和力。因此，甲醇中毒者，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。甲醇也容易引發(fā)大火。一旦發(fā)生火災(zāi)，救護(hù)人員必須穿戴防護(hù)服和防毒面具。小火用二氧化碳、干粉、1211、抗溶泡沫、霧狀水滅火，以使用大量水滅火效果較好。如果發(fā)生泄漏，救護(hù)人員首先必須切斷</p><p>　　1.2 甲醇的生產(chǎn)工藝&l

32、t;/p><p>　　1.2.1生產(chǎn)方法概述</p><p>　　可以制取甲醇的主要方法：由碳的氧化物與氫合成</p><p>　　碳的氧化物與氫合成甲醇的反應(yīng)式如下：</p><p>　　CO+2H2----CH30H (1-1)</p><p>　　C02+3H2----CH30H+H20 (1-2

33、)</p><p>　　以上反應(yīng)是在銅系催化劑或鋅鉻催化劑存在下，在50.6～303.8×105(50～300atm)，溫度240～400℃下進(jìn)行的。顯然，一氧化碳與氫合成僅生成甲醇，這甲醇生產(chǎn)這是所需要的，而二氧化碳與氧合成甲醇需多消耗一分子氧，生成一分子水。但兩種反應(yīng)都生成甲醇，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，一氧化碳和二氧化碳的比例要視具體工藝條件而定。</p><p>　　自從1923年

34、工業(yè)上實(shí)現(xiàn)了這人工合成甲醇的方法以后，甲醇生產(chǎn)迅速發(fā)</p><p>　　展，成為目前世界上規(guī)模生產(chǎn)甲醇的唯一工業(yè)方法。碳的氧化物與氫合成甲醇的生產(chǎn)過(guò)程，不論采用怎樣的原料和技術(shù)路線。</p><p>　　大致可以分為以下幾個(gè)工序，見(jiàn)以下圖示：</p><p>　　甲酵生產(chǎn)流程示意圖 Fig．1—1 Flow chart of producing methanol

35、</p><p>　　1.2.2甲醇生產(chǎn)中的關(guān)鍵問(wèn)題</p><p>　　近年來(lái)甲醇生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展很快，其中節(jié)能降耗和如何提高產(chǎn)品質(zhì)量是被關(guān)注較多的兩個(gè)方面。用精餾的方法除去粗甲醇中的雜質(zhì)，可以制取達(dá)到一定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的精甲醇，其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求視其用途不同有些差異。根據(jù)甲醇的工業(yè)生產(chǎn)方法和實(shí)際使用情況，將我國(guó)和國(guó)外精甲醇的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)分別列于表1-7和表1-8。要求工業(yè)生產(chǎn)精甲醇的雜質(zhì)總含量在0.2

36、％以下(乙醇除外)，如此純度的要求在工業(yè)有機(jī)產(chǎn)品中是比較嚴(yán)格的。一般說(shuō)來(lái)甲醇除用作摻燒燃料外，作為甲醇的衍生產(chǎn)品(個(gè)別產(chǎn)品如甲醛除外)，對(duì)其精甲醇的質(zhì)量都有一定要求。</p><p>　　1) 生產(chǎn)中進(jìn)一步要求提高質(zhì)量</p><p>　　眾所周知，提高甲醇質(zhì)量不僅要優(yōu)化精餾過(guò)程，更與租甲醇的質(zhì)量相關(guān)，而粗甲醇中含有雜質(zhì)的種類(lèi)和甲醇質(zhì)量，又與原料結(jié)構(gòu)、合成氣的組成和合成條件(壓力、溫度、催

37、化劑等)，甚至設(shè)備的材質(zhì)有關(guān)。粗甲醇的質(zhì)量決定了精餾過(guò)程的難易。當(dāng)前甲醇合成多采用銅系催化劑的中、低壓法(國(guó)內(nèi)高壓法也改用了銅系催化劑)，由于反應(yīng)溫度低減少了副反應(yīng)，因此降低了粗甲醇的雜質(zhì)含量，為精餾過(guò)程創(chuàng)造了有利條件。不論甲醇合成工藝如何改進(jìn)，粗甲醇中總是含有較多的雜質(zhì)，需通過(guò)精餾方法除去雜質(zhì)，所以最終決定精甲醇質(zhì)量的步驟仍在精餾工序。過(guò)去，工業(yè)上慣用的雙塔精餾流程，可使精甲醇中的絕大部份有機(jī)雜質(zhì)降至數(shù)個(gè)ppm，滿(mǎn)足了下游產(chǎn)品的要求。

38、</p><p>　　表1-5 國(guó)內(nèi)甲醇產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　Table 1-5 Intermal criterion of methanol product</p><p>　　表1-6 國(guó)外甲醇產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　Table 1-6 International methanol of methanol product&l

39、t;/p><p>　　其中：美國(guó)US．Federal AA標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)各大甲醇生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　但隨著甲醇衍生產(chǎn)品的開(kāi)拓，對(duì)甲醇的質(zhì)量提出了新的要求。如碳基法合成醋酸，是當(dāng)前世界上最先進(jìn)的醋酸工藝，其主要原料為甲醇和一氧化碳。該工藝要求甲醇中含乙醇極少(<l00ppm，愈低愈好，避免乙醇與一氧化碳合成丙酸而影響醋酸的質(zhì)量)。國(guó)內(nèi)引進(jìn)的碳基合成法生產(chǎn)醋酸裝置

40、已投產(chǎn)，自然要求產(chǎn)品為含低乙醇的精甲醇。而在精餾過(guò)程中，由于乙醇的揮發(fā)度與甲醇比較接近，不易分離，國(guó)內(nèi)一般工業(yè)生產(chǎn)精甲醇中乙醇含量常在0．01％～0.0％，這就要求精餾工藝根據(jù)乙醇的性質(zhì)，控制精甲醇中乙醇的含量。</p><p><b>　　2) 節(jié)能降耗</b></p><p>　　甲醇是一個(gè)高能耗產(chǎn)品，與其姊妹工藝產(chǎn)品氨相似；近年來(lái)在原料氣制備，凈化、合成工藝及設(shè)

41、備、控制等諸多方面技術(shù)進(jìn)步很快，使產(chǎn)品能耗不斷下降，顯著提高了能源利用效率。但它畢竟是高能耗產(chǎn)品、如何進(jìn)一步降低其單位產(chǎn)品能耗，始終是技術(shù)進(jìn)步要執(zhí)著探求的首要課題。</p><p>　　甲醇生產(chǎn)最終工序精餾的能耗要占總能耗的10％～20％，不容忽視。因?yàn)榻陙?lái)精餾部份的實(shí)際能耗相對(duì)穩(wěn)定，故隨著甲醇生產(chǎn)總能耗的下降，精餾部份所占比例反而上升。精餾工藝是石油、化工工業(yè)中耗能大的單元操作之一，一直是被密切關(guān)注的重要節(jié)能

42、課題。顯然，在追求降低甲醇生產(chǎn)總能耗的同時(shí)對(duì)降低精餾的能耗亦不容忽視。另外，在粗甲醇精餾過(guò)程中、在保證甲醇質(zhì)量的前提下，提高甲醇的收率。</p><p>　　上述兩方面的要求似乎相互制約，精餾需耗能，提高產(chǎn)品質(zhì)量可能使精餾過(guò)程復(fù)雜化，結(jié)果增加了能耗和降低了產(chǎn)品收率：反之，片面強(qiáng)調(diào)降低精餾能耗，有可能難以全部滿(mǎn)足精餾操作條件而降低了產(chǎn)品質(zhì)量。工業(yè)上探尋的正是解決這一矛盾，要求精餾工序既節(jié)能降耗，又提高產(chǎn)品質(zhì)量，以滿(mǎn)

43、足甲醇產(chǎn)品多種用途的要求。</p><p>　　3) 設(shè)備的設(shè)計(jì)與改造</p><p>　　甲醇精餾系統(tǒng)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)均為板式塔。用到的塔板型式一般有多種，如浮閥塔板塔、固閥塔、垂直篩板塔等等。浮閥塔板效率高分離精度好，浮閥塔板的形式多種多樣，應(yīng)用到甲醇精餾上很普遍，其它的幾種塔盤(pán)在國(guó)內(nèi)甲醇行業(yè)多有應(yīng)用。</p><p>　　隨著甲醇生產(chǎn)的大型化，甲醇精餾塔也是越來(lái)越大，

44、近20年國(guó)內(nèi)規(guī)整填料作為分離部件在中、低壓操作系統(tǒng)上大量采用，國(guó)內(nèi)大型甲醇(10萬(wàn)噸以上)新上項(xiàng)目大多采用填料為主要的分離部件，另外國(guó)內(nèi)需要擴(kuò)產(chǎn)改造的甲醇項(xiàng)目也很多，應(yīng)用填料塔技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的板式塔甲醇精餾系統(tǒng)進(jìn)行改造也屢見(jiàn)不鮮。對(duì)于甲醇生產(chǎn)的設(shè)備相關(guān)研究正在開(kāi)展，也可見(jiàn)到一些相關(guān)報(bào)導(dǎo)。</p><p>　　1.2.3甲醇的精餾過(guò)程</p><p>　　甲醇是許多有機(jī)產(chǎn)品的基本原料和重要的溶劑

45、，廣泛用于有機(jī)合成，染料，醫(yī)藥，涂料和國(guó)防等工業(yè)。合成的粗甲醇濃度一般達(dá)不到使用要求，所以需要進(jìn)行甲醇的精制過(guò)程。</p><p>　　(1) 工藝過(guò)程概述</p><p>　　常規(guī)甲醇精制流程可以分為兩大部分，第一部分是預(yù)精餾部分，另一部分是主精餾部分。預(yù)精餾部分除了對(duì)粗甲醇進(jìn)行萃取精餾脫出某些烷烴的作用之外，另外的還可以脫除二甲醚，和其它輕組分有機(jī)雜質(zhì)。其底部的出料被加到主塔的中間入料

46、板上，主塔頂部出粗甲醇，底部出廢液，下部側(cè)線出雜醇。甲醇市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，特別是近年來(lái)，隨著甲醇精餾技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)在該領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，老的工業(yè)裝置由于能耗過(guò)高，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力下降，技術(shù)更新和進(jìn)步成為必走之路。</p><p>　　(2) 典型工藝流程</p><p>　　甲醇精餾生產(chǎn)工藝有多種，分為單塔精餾，雙塔精餾，三塔精餾與四塔精餾(即三塔加回收塔)。甲醇是重要基礎(chǔ)有機(jī)化工原料。甲醇

47、精餾過(guò)程的物耗與粗甲醇質(zhì)量關(guān)系很大，隨著甲醇合成條件改進(jìn)，甲醇精餾工藝出現(xiàn)了較大變化。根據(jù)甲醇質(zhì)量要求不同，甲醇精餾可分為一塔流程、雙塔流程和三塔流程。另外，ICI世紀(jì) 8 0年代末為節(jié)省能耗，還將雙塔流程改為四塔流程。一塔流程多用于燃料級(jí)甲醇，其它幾種流程多用于生產(chǎn)精甲醇。三塔、四塔流程都是在雙塔流程基礎(chǔ)上改進(jìn)的，其共同點(diǎn)都是首先分離出輕組分，然后再分離出水和高沸物。在確定粗甲醇精餾的工藝流程時(shí)，應(yīng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中能耗、自動(dòng)程度、精甲醇質(zhì)

48、量要求等進(jìn)行綜合考慮，合理選擇適當(dāng)?shù)木s方法。下面是對(duì)單塔、雙塔流程和三塔流程。 </p><p>　　(3) 單塔流程描述</p><p>　　單塔流程(見(jiàn)圖1-2)為粗甲醇產(chǎn)品經(jīng)過(guò)一個(gè)塔就可以采出產(chǎn)品。粗甲醇由塔中部加料口送入，輕組分由塔頂排出，高沸點(diǎn)的重組分在進(jìn)料板以下若干塔板處引出，水從塔底排出，產(chǎn)品甲醇在塔頂以下若干塊塔板引出。</p><p>　　(4

49、) 雙塔流程描述</p><p>　　80年代初，國(guó)內(nèi)高壓法甲醇合成由鋅鉻催化劑改為銅系催化劑以后，隨之也改進(jìn)了繁復(fù)的粗甲醇精餾方法。目前國(guó)內(nèi)全部甲醇生產(chǎn)裝置(包括高、中、低壓法)均采用銅系催化劑，提高了粗甲醇質(zhì)量，同時(shí)也簡(jiǎn)化了精餾工藝?，F(xiàn)粗甲醇精餾方法，除引進(jìn)的和國(guó)產(chǎn)化的魯奇流程外，其余均采用雙塔常壓精餾工藝。</p><p>　　雙塔精餾工藝流程(見(jiàn)圖1-3)，該流程為我國(guó)采用較廣的一

50、種精餾流程。精甲醇先經(jīng)預(yù)精餾塔，經(jīng)預(yù)精餾后的含水甲醇直接由泵輸送經(jīng)熱交換器后再至主精餾塔，最終在主精餾塔格甲醇與水、重組份及殘余輕組份進(jìn)行有效分離，得到精甲醇產(chǎn)品。多年來(lái)生產(chǎn)實(shí)踐證明，雙塔精餾流程簡(jiǎn)單、操作方便和運(yùn)行穩(wěn)定。盡管?chē)?guó)內(nèi)粗甲醇的生產(chǎn)多樣，粗甲醇的質(zhì)量也有較大差異，但經(jīng)雙塔精餾后精甲醇的質(zhì)量，除去乙醇含量之外，基本能達(dá)到國(guó)內(nèi)一級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)，已能較廣泛地滿(mǎn)足甲醇的用途。雙塔精餾每噸精甲醇的能耗約為4.8×106～6.8

51、15; 106kJ，這要視粗甲醇質(zhì)量、裝置狀況和產(chǎn)品要求而定。如果裝置運(yùn)行狀況良好，主蒸餾塔回流比控制在2.4以下，一般能耗為5.2×105 kJ／CH3OH左右(約1.8～2.0噸低壓蒸汽)。國(guó)外粗甲醇精餾是根據(jù)甲醇用途而定的，雙塔常壓精餾工藝亦用得較為普遍。從國(guó)內(nèi)雙塔常壓精餾現(xiàn)狀來(lái)看，能耗較高，以及精甲醇中乙醇含量較高，是兩個(gè)比較突出的問(wèn)題。不少工廠每蒸餾1噸精甲醇要耗能6.0×105 kJ，即消耗兩噸以上的蒸汽

52、，因此降低能耗是十分必要的。</p><p>　　(5) 甲醇精餾的三塔工藝流程</p><p>　　甲醇三塔精餾系統(tǒng)流程如圖1-4所示。三塔流程由甲醇預(yù)塔、甲醇加壓塔、甲醇常壓塔組成。預(yù)塔塔底的甲醇由預(yù)后泵經(jīng)預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入加壓塔，加壓塔塔頂出來(lái)的醇?xì)怏w進(jìn)入常壓塔再沸器冷凝，同時(shí)為常壓塔提供熱量。從加壓塔、常壓塔頂部(或上部側(cè)線)采出的精甲醇，經(jīng)冷卻器降溫后進(jìn)入精甲醇貯槽。</p&

53、gt;<p>　　工藝流程： 三塔精餾與雙塔精餾在流程上的區(qū)別在于三塔精餾采用了兩個(gè)主精餾塔(其中1個(gè)是加壓塔和1個(gè)常壓塔)，較雙塔流程多1個(gè)加壓塔。這樣，在同等的生產(chǎn)條件下，降低了主精餾塔的負(fù)荷，并且常壓塔利用加壓塔塔頂?shù)恼羝淠裏嶙鳛榧訜嵩?，所以三塔精餾既節(jié)約蒸汽，又節(jié)省冷卻水。</p><p>　　(6) 甲醇精餾四塔工藝流程 ’ </p><p>　　甲醇精餾四塔

54、工藝流程見(jiàn)圖</p><p>　　1-5甲醇精餾工藝的四塔流程</p><p>　　四塔流程包含精餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔和甲醇回收塔。甲醇經(jīng)換熱后進(jìn)入預(yù)精餾塔，脫除輕組分后( 主為不凝氣、二甲醚等)，塔底甲醇及高沸點(diǎn)組分加后進(jìn)入加壓精餾塔；加壓精餾塔頂?shù)臍庀噙M(jìn)入冷凝蒸發(fā)器，利用加壓精餾塔和常壓精餾塔塔頂、塔底的溫差，為常壓塔塔底提供熱源，同時(shí)對(duì)加壓塔塔氣相冷凝。冷凝后的精甲醇進(jìn)入回流

55、罐，一部分為加壓塔回流，一部分作為精甲醇產(chǎn)品出裝置；加壓塔塔底的甲醇、高沸組分、水等進(jìn)入常壓塔，常壓塔塔頂餾出精甲醇產(chǎn)品，在進(jìn)料板下方設(shè)置側(cè)線抽出，抽出物主要為甲醇、水和高沸點(diǎn)組分，進(jìn)入甲醇回收塔再回收甲醇，塔底廢水進(jìn)入生化系統(tǒng)處理；回收塔設(shè)有側(cè)線抽出，主要抽出物為高沸點(diǎn)醇類(lèi)，以保證回收塔塔頂精甲醇質(zhì)量和塔底廢水中總醇含量要求，塔底廢水送生化處理。</p><p>　　1.2.4工藝流程的選擇 </p>

56、;<p>　　甲醇精餾的目的，是實(shí)現(xiàn)甲醇與水及有機(jī)物等雜質(zhì)的分離，生產(chǎn)出合格的精甲醇產(chǎn)品。在甲醇精餾流程的選擇上，往往以規(guī)模的大小來(lái)確定裝置。通常年產(chǎn)4萬(wàn)噸以下( 包括4萬(wàn) 噸 ) 的甲醇裝置選擇二塔流程，年產(chǎn)4萬(wàn)噸以上的采用三塔流程。所謂二塔流程是指只有預(yù)塔和主精餾塔的裝置，三塔是指有預(yù)塔、加壓塔和常壓塔 。三塔流程實(shí)際上是將二塔流程中的主精餾塔分成了加壓塔和常壓塔。無(wú)論是二塔還是三塔流程，其預(yù)塔的作用都是除去溶解在粗甲

57、醇中的氣體及低沸點(diǎn)雜質(zhì)等，其它塔的作用是脫除甲醇中的水和重組分。三塔流程 比二塔流程復(fù)雜，投資大，操作難度大，但突出的優(yōu)點(diǎn)是能耗小，操作費(fèi)用低。因?yàn)閺募訅核鰜?lái)的0.55 MPa和 121℃的甲醇蒸汽，不象二塔流程中主精餾塔出來(lái)的蒸汽直接冷凝，而是作為常壓塔的精餾熱源來(lái)充分利用。本設(shè)計(jì)甲醇的年生產(chǎn)能力是30萬(wàn)噸 ，選用了三塔流程 。 </p><p>　　1.2.5 三塔精餾系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) </p>

58、<p><b>　　1） 產(chǎn)品質(zhì)量高 </b></p><p>　　雙塔精餾生產(chǎn)的精甲醇產(chǎn)品中乙醇和有機(jī)物雜質(zhì)含量只能控制在一定范圍，根據(jù)粗甲醇質(zhì)量的不同，精甲醇中乙醇的含量約為100~600mg／kg；三塔精餾生產(chǎn)的精甲醇質(zhì)量一般能夠達(dá)到美國(guó)AA級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中的乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)只有8.0×10 -5左右。 </p><p><b>　　2)

59、 節(jié)能降耗 </b></p><p>　　蒸汽和循環(huán)水消耗低主要在于：(1)兩塔精餾預(yù)塔再沸器、主塔再沸器和預(yù)塔預(yù)熱器均需蒸汽提熱源；三塔精餾的常壓塔再沸器( 主塔再沸器) 的熱源不再是蒸汽，而是用來(lái)自加壓塔頂121℃甲醇飽蒸氣經(jīng)液化放出的潛熱供常壓塔。(2) 粗醇預(yù)熱器(塔預(yù)熱器) 的加熱源不再直接利用蒸汽加熱，而是用脫醚塔再沸器(預(yù)塔再沸器)和加壓塔再沸器蒸冷凝液將粗甲醇加熱到飽和溫度。因此蒸汽消

60、耗低，隨之循環(huán)水用量減少。按噸精甲醇消耗計(jì)，蒸汽塔精餾為0.9 ～1.3 t ，兩塔精餾為1.5 ～1.8 t ；循環(huán)水三塔精餾為60 ~80 m3，兩塔精餾為 150 ~180 m3。</p><p>　　1.2.6影響精餾操作的因素與調(diào)節(jié)</p><p>　　如果將三個(gè)平衡作為精餾操作的基礎(chǔ)，溫度的控制視為維持平衡的主要信號(hào)，那么，除了設(shè)備問(wèn)題以外，經(jīng)常影響精餾操作的主要因素，是進(jìn)料狀

61、況(組成、流量、狀態(tài)等)、回流比(包括熱負(fù)荷)和物料的采出量。實(shí)際上一個(gè)因素的變化，常常牽涉到其他一些因素同時(shí)發(fā)生變動(dòng)，要詳細(xì)討論這些問(wèn)題是比較復(fù)雜的，現(xiàn)只能就在正常工藝條件下單獨(dú)討論某一因素變化的情況。下面仍討論主精餾塔有關(guān)精餾操作的幾個(gè)重要操作因素。</p><p><b>　　1) 進(jìn)料狀態(tài)</b></p><p>　　精餾塔的進(jìn)料(含水甲醇)：當(dāng)進(jìn)料狀況發(fā)生變

62、化(回流比、塔頂精餾產(chǎn)物的組成固定)時(shí)，這直接影響到提餾段回流量的改變。進(jìn)料板的位置也隨著改變，將引起理論板數(shù)和精餾段，提餾段塔板數(shù)分配的改變。對(duì)于固定迸料狀況的精餾塔來(lái)說(shuō)，進(jìn)料狀況的改變，將會(huì)影響到產(chǎn)品質(zhì)量及損失情況的改變。</p><p><b>　　2) 回流比</b></p><p>　　回流比對(duì)精餾塔操作影響很大，直接關(guān)系著培內(nèi)各層扳上的物料濃度的改變和溫度

63、的分布。最終反映在塔的分離效率上，是重要的操作參數(shù)之一。</p><p>　　一般情況下，選取適宜回流比為最小回比的1.3～2倍。</p><p>　　兩塔甲醇精餾甲醇主精餾塔的回流比為2.0～2.5(也有報(bào)道1.5到2.1之間的)。其調(diào)節(jié)的依據(jù)是根據(jù)塔的負(fù)荷和精甲醇的質(zhì)量。當(dāng)塔的負(fù)荷較低時(shí)，可以取較低的回流比比較經(jīng)濟(jì)，為保證精甲醇的質(zhì)量，精餾段靈敏板的溫度可以控制的略低；反之，則增大回流

64、比，在照顧精甲醇質(zhì)量的同時(shí)，為保持塔釜溫度，靈敏板溫度可控制略高。對(duì)粗甲醇精餾，回流比過(guò)大或過(guò)小，都會(huì)影響精餾操作的經(jīng)濟(jì)性和精甲醇的質(zhì)量，一般在正常生產(chǎn)條件受到破壞或產(chǎn)品不合格時(shí)，才調(diào)節(jié)回流比；調(diào)節(jié)后盡可能保持塔釜的加熱量穩(wěn)定，使回流比穩(wěn)定。在調(diào)節(jié)回流的同時(shí)，要注意板式塔的操作特點(diǎn)，防止液泛和嚴(yán)重漏液，都將會(huì)造成塔內(nèi)操作溫度的混亂。</p><p>　　當(dāng)改變回流比時(shí)，由于操作的變動(dòng)，必然特引起塔內(nèi)每層板上濃度(

65、組成)和溫度的改變，影響甲醇的質(zhì)量和甲醇的收率，必須通過(guò)調(diào)節(jié)，控制塔內(nèi)適宜的溫度，達(dá)到新的平衡，在粗甲醇含量和產(chǎn)量確定的條件下，甲醇精餾系統(tǒng)正確的設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。</p><p><b>　　3) 進(jìn)料量和組成</b></p><p>　　甲醇精餾塔進(jìn)科量和組成改變時(shí)，都會(huì)破壞塔內(nèi)物料平衡和氣液平衡，引起塔溫的波動(dòng)，如不及時(shí)調(diào)節(jié)，將會(huì)導(dǎo)致精甲醇的質(zhì)量不合格或者增加甲醇的

66、損失。</p><p>　　隨著進(jìn)料量的調(diào)節(jié)，各層塔板上的氣液組成重新分配，可以控制一定的靈敏板溫度與之相適應(yīng)。</p><p>　　粗甲醇的組成一般是比較穩(wěn)定的，只是在合成催化劑使用的前后期隨著反應(yīng)溫度的升高而變化較大。但是預(yù)精餾后的含水甲醇中，甲醇濃度總會(huì)有些小幅度波動(dòng)。不論是其中甲醇濃度增加或降低，都會(huì)造成塔內(nèi)物料不平衡，形成輕組分下降或重組分上升，引起塔釜溫度降低或塔項(xiàng)溫度升高，加

67、大了甲醇損失或降低了精甲醇的質(zhì)量。這時(shí)，在回流比仍屬適宜的情況下，只需對(duì)精甲醇的采出量稍作調(diào)節(jié)，就可達(dá)到塔溫穩(wěn)定，物料和氣液又趨平衡；如果粗甲醇的組分變化較大時(shí)，則需適當(dāng)改變其進(jìn)料板的位置，或是改變回流比，才保證粗甲醇的分離效率。當(dāng)合成催化劑后期生產(chǎn)的粗甲醇進(jìn)行蒸餾時(shí)，有時(shí)為確保精甲醇的質(zhì)量，以保證精餾塔進(jìn)料位置降低，同時(shí)適當(dāng)加大回流比。</p><p>　　如前所述，對(duì)粗甲醇精餾塔的操作概念，可以概括如下：在穩(wěn)

68、定塔壓的前提下，采用在較高蒸汽速度(負(fù)荷)下操作，既提高傳質(zhì)效果又最經(jīng)濟(jì)；選擇適宜的回流比，降低能量消耗；一般在進(jìn)料穩(wěn)定和變化緩慢的情況下，通過(guò)經(jīng)常性小量調(diào)節(jié)精甲醇和重組分的采出量，以保持塔溫的合理分布和穩(wěn)定，維持好塔內(nèi)三個(gè)平衡，使產(chǎn)品甲醇達(dá)到質(zhì)量指標(biāo)，同時(shí)回收副產(chǎn)品——重組分，并盡最大可能降低殘液中有機(jī)物的含量。</p><p>　　1.3 本課題來(lái)源及思路</p><p>　　近幾年，

69、全球甲醇需求量不斷上升，2000年全球甲醇生產(chǎn)能力為3803萬(wàn)噸，需求量為3020萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)到2005年產(chǎn)能將達(dá)4294萬(wàn)噸，需求量為3481萬(wàn)噸；到2010年，世界甲醇產(chǎn)能將達(dá)5099萬(wàn)噸，需求量為4226萬(wàn)噸。美國(guó)、西歐、亞洲甲醇供不應(yīng)求，主要依賴(lài)進(jìn)口解決。國(guó)內(nèi)甲醇項(xiàng)目也在不斷上馬，10萬(wàn)噸甲醇在規(guī)模上已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于新項(xiàng)目的規(guī)模，以往的設(shè)計(jì)資料有的設(shè)計(jì)院還在沿用以往已用的設(shè)計(jì)資料或是對(duì)于需要新建設(shè)、規(guī)模大的項(xiàng)目設(shè)計(jì)上無(wú)從下手，造成了大

70、規(guī)模甲醇設(shè)計(jì)基礎(chǔ)研究和設(shè)計(jì)資料不完善的狀況。本論文即以完善大規(guī)模甲醇工藝設(shè)計(jì)并作應(yīng)用基礎(chǔ)研究為目的，對(duì)具有不同特點(diǎn)的工藝進(jìn)行分析和理論總結(jié)，對(duì)流程加以改進(jìn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高裝置的能力。</p><p>　　本論文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：</p><p>　　1) 建立單元操作模型，根據(jù)甲醇物系的特點(diǎn)，選擇合適的熱力學(xué)方程并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改，利用流程模擬軟件Aspen，實(shí)現(xiàn)對(duì)甲

71、醇精餾系統(tǒng)的全流程模擬，建立物料平衡和能量平衡，確定各主要設(shè)備的操作參數(shù)。</p><p>　　2) 利用所建立的單元操作模型，對(duì)不同的甲醇精制系統(tǒng)做詳細(xì)的分析，用模擬軟件進(jìn)行模擬，考察不同的工藝流程的特點(diǎn)以及分離效果和能耗指標(biāo)。</p><p>　　3) 考察甲醇精餾系統(tǒng)的模擬計(jì)算結(jié)果并進(jìn)行更深入的討論，開(kāi)發(fā)新的甲醇精餾系統(tǒng)流程。</p><p>　　4) 從建立

72、甲醇精餾系統(tǒng)工藝包的高度，對(duì)甲醇精餾系統(tǒng)的設(shè)備因素加以考慮，選擇合適的塔設(shè)備以及相應(yīng)的塔內(nèi)件等等，并對(duì)塔內(nèi)壓降進(jìn)行計(jì)算，使之滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需要。</p><p><b>　　第二章 物料衡算</b></p><p><b>　　2.1操作條件</b></p><p>　　原料為粗甲醇，成份及含量如下表：</p>

73、<p>　　附表2.1粗甲醇組成</p><p>　　注：精餾工段產(chǎn)品為精甲醇，其甲醇含量不小于99.95%(重量百分含量)。</p><p><b>　　2.2 物料衡算</b></p><p>　　按年30萬(wàn)噸精甲醇計(jì)算，而粗甲醇中含甲醇量為90.29%。</p><p>　　年工作日按330天計(jì)，則精甲醇

74、每日，每小時(shí)產(chǎn)量為</p><p>　　=909噸/日=37.88噸/時(shí)=37878.8Kg/h</p><p>　　每小時(shí)所需粗甲醇的量</p><p>　　=41952.4Kg/h</p><p>　　2.2.1 預(yù)塔物料衡算</p><p><b>　　圖2-1</b></p>

75、<p>　　入料（以小時(shí)計(jì)） 粗甲醇：41952.4 Kg/h</p><p>　　通過(guò)各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算各組分的量：Mi=M總×Wt%</p><p>　　例：CO2的量 41952.4×1.69%=709(Kg/h） 依此計(jì)算其它組分的量列表如下</p><p><b>　　表2-2</b><

76、/p><p>　　一般來(lái)說(shuō)， 粗甲醇進(jìn)入預(yù)塔的水含量在20%左右為最佳，本設(shè)計(jì)采用水含量11%，則設(shè)加水為m t/h</p><p>　　(m+3.1464)/(41.952+m)=11%</p><p><b>　　得 m=1.650</b></p><p>　　故加軟水的量為1.650 t/h</p>&l

77、t;p>　　堿液：，每噸精甲醇耗0.811 Kg 92%的NaOH，則耗5%堿液量</p><p>　　=0.565 t/h</p><p><b>　　塔頂出料：</b></p><p><b>　　表2-3</b></p><p><b>　　塔釜出料:</b><

78、;/p><p><b>　　表2-4</b></p><p>　　出料總計(jì) 83.9+8.4+709+37878.8+62.9+62.9+3146.4+310 = 42262.4（Kg/h)</p><p>　　其中，汽相：801.3Kg/h 液相：41461.1Kg/</p><p>　　2.2.2 加壓塔的物料衡

79、算</p><p>　　因?yàn)閴A液和軟水最終以廢液排出，對(duì)物料衡算沒(méi)有影響，這里就不加入計(jì)算。</p><p><b>　　入料：</b></p><p><b>　　表2-5</b></p><p>　　則粗甲醇的水溶液為41461.1Kg/h</p><p>　　進(jìn)料各物料

80、的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：</p><p><b>　　表2-6</b></p><p>　　塔頂出料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 甲醇； 100%</p><p>　　塔釜出料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：</p><p><b>　　表2-7</b></p><p>　　以甲醇為關(guān)鍵組分進(jìn)行物料衡算</p>

81、<p>　　F = D + W </p><p>　　F ×XF = W ×XW + D× XD </p><p><b>　　帶入數(shù)據(jù)可得， </b></p><p>　　41461.1 = D + W ①</p><p>　　41461.

82、1×91.59% =W×85.66%+D×100% ②</p><p><b>　　則計(jì)算可得</b></p><p>　　D = 17145.35（Kg/h）</p><p>　　所以塔頂出料D為17145.35 Kg/h</p><p>　　塔釜出料 W =41461.1 –17145.

83、35 = 24315.75 (Kg/h)</p><p><b>　　塔釜出料：</b></p><p><b>　　表2-8</b></p><p>　　2.2.3 常壓塔物料衡算</p><p>　　加壓塔塔釜出料即為常壓塔進(jìn)料</p><p>　　常壓塔塔頂出料的質(zhì)量分

84、數(shù)： 甲醇； 100%</p><p>　　常壓塔塔釜出料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 水； 100%</p><p>　　常壓塔側(cè)線出料的質(zhì)量分?jǐn)?shù): </p><p><b>　　表2-9</b></p><p>　　因?yàn)?</p><p>　　V’YS+1 =L’

85、XS+D1XD1+D2XD2 </p><p>　　V’=L’+D1+D2 </p><p>　　以甲醇為關(guān)鍵組分進(jìn)行物料衡算</p><p>　　20828.87=L’×0%+D1×100%+D2×60.62% ③</p><p>　　24315.75= L’+D1+D2

86、 ④</p><p>　　以水為關(guān)鍵組分進(jìn)行物料衡算</p><p>　　3355.58=L’×100%+D1×0%+D2×30.23% ⑤</p><p>　　聯(lián)立 ③④⑤計(jì)算可得</p><p>　　D2=1435.03 (Kg/h) </p>

87、<p>　　D1=19958.96 (Kg/h)</p><p>　　L’=2921.76 (Kg/h)</p><p>　　常壓塔塔頂出料 ： 甲醇； 19958.96 Kg/h</p><p>　　常壓塔塔釜出料 ： 水； 2921.76 Kg/h</p><p>　　常壓塔側(cè)線出料 : </p&g

88、t;<p><b>　　表2-10</b></p><p>　　2.2.4 回收塔物料衡算</p><p>　　常壓塔側(cè)線出料即為回收塔進(jìn)料</p><p>　　回收塔塔頂出料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 甲醇； 100%</p><p>　　回收塔塔釜出料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：</p><p><b

89、>　　表2-11</b></p><p>　　回收塔側(cè)線出料的質(zhì)量分?jǐn)?shù): </p><p><b>　　表2-12</b></p><p>　　因?yàn)?</p><p>　　V’YS+1 =L’XS+D1XD1+D2XD2 </p><p>

90、;　　V’=L’+D1+D2 </p><p>　　以甲醇為關(guān)鍵組分進(jìn)行物料衡算</p><p>　　869.92=L’×0%+D1×100%+D2×20.27% ⑥</p><p>　　1435.03= L’+D1+D2 ⑦ </p>

91、;<p>　　以水為關(guān)鍵組分進(jìn)行物料衡算</p><p>　　433.81=L’×88.08%+D1×0%+D2×13.74% ⑧ </p><p>　　聯(lián)立 ⑥ ⑦ ⑧ 計(jì)算可得</p><p>　　D2=113.2 (Kg/h) </p><p>　　D1=846.

92、97 (Kg/h)</p><p>　　L’=474.86 (Kg/h)</p><p>　　回收塔塔頂出料 ： 甲醇 846.97 Kg/h</p><p><b>　　回收塔塔釜出料 ：</b></p><p><b>　　表2-13</b></p><p&

93、gt;　　回收塔側(cè)線出料 : </p><p><b>　　表2-14</b></p><p>　　2.3 ASPEN甲醇精餾工藝流程模擬</p><p>　　常壓塔物料及熱量模擬</p><p>　　回流比及塔板數(shù)的模擬</p><p>　　溫度、壓力、熱量模擬</p><

94、;p><b>　　靈敏度分析</b></p><p>　　第三章 常壓塔工藝設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p><b>　　3.1 物料處理量</b></p><p>　　3.1.1 原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的摩爾分率</p><p>　　甲醇的摩爾質(zhì)量 MCH3OH=32 kg/mol;</p

95、><p>　　水的摩爾質(zhì)量 MH2O=18 kg/mol;</p><p>　　乙醇的摩爾質(zhì)量 MC2H5OH=46 kg/mol;</p><p>　　丁醇的摩爾質(zhì)量 MC4H9OH=74 kg/mol;</p><p><b>　　XF==0.77</b></p><p><b>

96、;　　XD==0.98</b></p><p><b>　　XW==0.005</b></p><p>　　3.1.2原料液及塔頂、塔底產(chǎn)品的平均摩爾質(zhì)量</p><p>　　MF=0.7732+(1－0.77)18=28.78 kg/mol</p><p>　　MD=0.9832+(1－0.98)18=31

97、.72 kg/mol</p><p>　　MW=0.00532+(1－0.005)18=18.07 kg/mol</p><p><b>　　原料處理量</b></p><p>　　24315.75/28.78=844.88 kmol/h</p><p>　　3.2 回流比及塔板數(shù)的確定</p><p

98、>　　3.2.1 求最小回流比及操作回流比。</p><p>　　采用作圖法求最小回流比。于對(duì)角線上，自點(diǎn)e（，）作垂線ef即進(jìn)料線，改該線與平衡線的交點(diǎn)坐標(biāo)為</p><p>　　yq=0.94 xq=0.8566</p><p><b>　　故最小回流比為</b></p><p>　　Rmin===0

99、.6</p><p><b>　　取操作回流比為</b></p><p>　　R=2Rmin=20.6=1.2</p><p>　?。?）求精餾塔的汽液相負(fù)荷</p><p>　　L=RD=1.2623.72=748.46 kmol/h</p><p>　　V=(R+1)D=(1.2+1) 623

100、.72=1372.184 kmol/h</p><p>　　L`=L+F=748.46+844.88=1593.34 kmol/h</p><p>　　V`=V=1372.184 kmol/h</p><p><b>　　（2）求操作線方程</b></p><p><b>　　精餾段操作線方程為</b&g

101、t;</p><p>　　y=xD=x+0.99=0.546x+0.45</p><p><b>　　提餾段操作線方程</b></p><p>　　y`=xW=x-0.0005=1.16x-0.0008</p><p>　　3.2.2 簡(jiǎn)捷法求理論板層數(shù)</p><p>　　已知xD=0.98

102、xF=0.77 xW=0.005 及R=1.2 Rmin=0.6</p><p><b>　?。?）求平均揮發(fā)度</b></p><p>　　塔頂 ===3.96</p><p>　　塔底 ===3.33</p><p>　　進(jìn)料 ===3.61</p><p

103、><b>　　全塔平均相對(duì)揮發(fā)度</b></p><p><b>　　===3.63</b></p><p>　　精餾段平均相對(duì)揮發(fā)度</p><p><b>　　===3.78</b></p><p>　?。?） 求全塔理論板層數(shù)，由芬斯克方程知</p>

104、<p>　　Nmin=—1=6.125</p><p><b>　　==0.27</b></p><p><b>　　由吉利蘭圖查得</b></p><p>　　=0.4 即 =0.4</p><p>　　得 N=12 （不包括再沸器）</p><p>

105、　　因=0.27 在適用條件內(nèi)，故計(jì)算結(jié)果與查圖所得結(jié)果一致。</p><p>　?。?） 精餾段理論板層數(shù)</p><p>　　Nmin=—1=2.02—1=1.02</p><p>　　前已查出=0.4 即=0.4 得N=5.03</p><p><b>　　由全塔效率為52%</b></p>

106、<p><b>　　得 實(shí)際板層數(shù)</b></p><p>　　ET= NP==23</p><p>　　精餾段實(shí)際板層數(shù) NP‘==10</p><p>　　3.3 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算</p><p>　　以精餾段為例進(jìn)行計(jì)算。</p><

107、p>　　3.3.1 操作壓力計(jì)算</p><p>　　塔頂操作壓力 PD=101.3+30=131.3</p><p>　　每層塔板壓降 △P=0.7kPa</p><p>　　進(jìn)料板壓力 PF=131.3+0.710=137.3kPa</p><p>　　精餾段平均壓力 Pm=(131.3+137.3)/2=134.3

108、kPa</p><p>　　3.3.2 操作溫度計(jì)算</p><p>　　依據(jù)操作壓力，由泡點(diǎn)方程通過(guò)視差法計(jì)算泡點(diǎn)溫度，其飽和蒸汽壓由安托尼方程計(jì)算，結(jié)果為：</p><p>　　塔頂溫度 tD=71.3℃</p><p>　　進(jìn)料板溫度 tF=90℃</p><p>　　精餾段平均溫度

109、 tM=(71.3+90)/2=80.65℃</p><p>　　3.3.3 平均摩爾質(zhì)量計(jì)算</p><p>　　塔頂平均摩爾質(zhì)量計(jì)算</p><p>　　由xD=y1= 0.98，查平衡曲線，得</p><p><b>　　x1=0.95</b></p><p>　　MVDm=0.9832+

110、(1-0.98) 18=31.72 kg/mol</p><p>　　MLDm=0.9532+(1-0.95) 18=31.3 kg/mol</p><p>　　進(jìn)料板平均摩爾質(zhì)量計(jì)算</p><p><b>　　由圖解理論板，得</b></p><p><b>　　yF=0.825</b><

111、/p><p><b>　　查平衡曲線，得</b></p><p><b>　　xF=0.6</b></p><p>　　MVFm=0.82532+(1-0.825) 18=29.55 kg/h</p><p>　　MLFm=0.632+(1-0.6) 18=26.4 kg/h</p>&l

112、t;p><b>　　精餾段平均摩爾質(zhì)量</b></p><p>　　MVm=(31.72+29.55)/2=30.64 kg/mol</p><p>　　MLm=(31.3+26.4)/2=28.9 kg/h</p><p>　　3.3.4 平均密度計(jì)算</p><p>　?。?）氣相平均密度計(jì)算</p>

113、;<p>　　由理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算，即</p><p>　　===1.40 kg/m3</p><p>　?。?）液相平均密度計(jì)算</p><p>　　液相平均密度依下式計(jì)算，即</p><p><b>　　=</b></p><p>　　塔頂液相平均密度的計(jì)算</p>

114、<p>　　由tD= 71.3℃，查手冊(cè)得</p><p>　　= 741.76 kg/m3 =981.43 kg/m3</p><p>　　==746.3 kg/m3</p><p>　　進(jìn)料板液相平均密度的計(jì)算</p><p>　　由tF=90 ℃，查手冊(cè)得</p><p>

115、;　　= 720.96 kg/m3 =975.78 kg/m3</p><p>　　進(jìn)料板液相的質(zhì)量分率</p><p><b>　　==0.56</b></p><p>　　==833.3 kg/m3</p><p>　　精餾段液相平均密度為</p><p>　　=（746.3+833

116、.3）/2=789.8 kg/m3</p><p>　　3.3.5 液體平均表面張力的計(jì)算</p><p>　　液體平均表面張力依下式計(jì)算，即</p><p><b>　　=</b></p><p>　　塔頂液體平均表面張力的計(jì)算</p><p>　　由tD= 71.3℃，查手冊(cè)得</p&g

117、t;<p>　　= 18.31 mN/m = 63.79 mN/m</p><p>　　=0.9818.31+0.0263.79=19.22 mN/m</p><p>　　進(jìn)料板液相平均表面張力的計(jì)算</p><p>　　由tF= 90℃，查手冊(cè)得</p><p>　　=16.55 mN/m

118、 =60.18 mN/m</p><p>　　=0.616.55+0.460.18=34.0 mN/m</p><p>　　精餾段液相平均表面張力為</p><p>　　=(19.22+34.0)/2=26.61 mN/m</p><p>　　3.3.6 液相平均粘度的計(jì)算</p><p>　　液相平均粘度依下式

119、計(jì)算，即 lg=</p><p>　　由tD=71.3 ℃，查手冊(cè)得</p><p>　　=0.325 mPa.s =0.401 mPa.s</p><p>　　lg =0.98lg(0.325)+0.2lg(0.401)</p><p>　　得=0.326 mPa.s</p><p>　　進(jìn)料板液相平

120、均粘度的計(jì)算</p><p>　　由tF= 90℃，查手冊(cè)得</p><p>　　= 0.277 mPa.s =0.314 mPa.s</p><p>　　lg =0.6lg(0.277)+0.4lg(0.314)</p><p>　　解出=0.292 mPa.s</p><p>　　精餾段液相平