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1、毕业设计题目 200kt/a合成氨转化工段工艺设计姓 名： 张彬杉 学 号： 专 业： 化学工程与工艺 班 级: 11级1班 日 期： 2015年6月1日 指导 教师： 李春雷 教授 摘要甲醇最早由木材和木质素干馏制的，故俗称木醇，这是最简单的饱和脂肪组醇类的代表物。近年来，世界甲醇的生产能力发展速度较快。甲醇工业的迅速发展，是由于甲醇是多种有机产品的基本原料和重要的溶剂，广泛用于有机合成、染料、医药、涂料和国防等工业。由甲醇转化为汽油方法的研究成果，从而开辟了由煤转换为汽车燃料的途径。近年来碳一化学工业的发展，甲醇制乙醇、乙烯、乙二醇、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯、醋酐、甲酸甲酯和氧分解性能好的甲
2、醇树脂等产品，正在研究开发和工业化中。甲醇化工已成为化学工业中一个重要的领域。本设计选择了以45万t/a甲醇精馏的产量作为生产计算与设计的任务，参考了河南永城永煤集团龙宇煤化工甲醇厂甲醇精馏的工艺，本设计从工艺角度对其生产过程和主要设备进行了物料衡算、塔设备简捷法计算、热量衡算、换热器设计等工艺计算。关键词：甲醇，精馏，物料衡算，热量衡算AbstracIn the paper Methanol is made of wood and lignin carbonization, the earliest is commonly known as wood alcohol, this is the
3、 most simple saturated fat group representatives of alcohol content. In recent years, the world of methanol production capacity development faster. The rapid development of the methanol industry, because methanol is a variety of basic raw material and important solvent of organic products, widely us
4、ed in organic synthesis, dye, medicine, coating and defense industries. Method by methanol into gasoline research achievements, thus opened up by the way of coal into a car fuel. In recent years, the development of c1 chemical industry, methanol to ethanol, ethylene glycol, toluene, xylene, vinyl ac
5、etate, acetic anhydride, methyl formate and oxygen resin products such as methanol decomposition good performance, is in research, development and industrialization. Methanol chemical industry has become an important field in the chemical industry.This design chose to the output of t/a methanol dist
6、illation as production calculation and design tasks, refer to the city always in henan wing coal group, long yu chemical methanol factory of methanol distillation process, the design from the perspective of technology, the production process and main equipment for the material balance, the tower equ
7、ipment simple method of calculation, heat balance calculation, heat exchanger design process.Keywords: methanol, distillation, material balance, heat balance目 录1 总论11.1 概况1 1.1.1 甲醇的用途1 1.1.2甲醇精馏工艺技术比较11.1.3 甲醇精馏工艺的概况41.2 精馏的目的和原理和精馏塔的操作和调节51.2.1 粗甲醇的组成与精制要求51.2.2 工艺原理71.2.3 影响因素91.2.4 精馏塔的产品质量控制和调节
8、111.3 甲醇的主要技术规格111.3.1 甲醇的一般性质111.3.2 甲醇的沸点和蒸汽压131.3.3 甲醇-水系统的性质131.4 甲醇精馏工艺流程说明141.4.1 预精馏系统141.4.2 加压精馏系统151.4.3 常压精馏系统152甲醇精馏生产工艺设计及计算162.1 计算参数162.2预精馏塔工艺计算172.2.1物料衡算172.2.2全塔高度和塔径的确定182.3加压精馏塔工艺计算19 2.3.1物料衡算192.3.2热量衡算222.3.3理论塔板数计算232.3.4精馏塔主要尺寸的设计计算252.3.5填料的选择302.3.6塔径设计的计算302.3.7填料层高度的计算3
9、22.3.8全塔高度的确定332.4常压精馏塔工艺计算352.4.1物料衡算352.4.2热量衡算382.4.3理论塔板数计算392.4.4精馏塔主要尺寸的设计计算412.4.5填料的选择462.4.6塔径设计的计算462.4.7填料层高度的计算472.4.8全塔高度的确定48 2.4.9全塔高度的确定512.5粗甲醇预热器572.5.1计算定性温度，确定物理常数572.5.2求温差修正系数582.5.3计算所需的传热面积582.5.4分别计算管程和壳程的传热系数592.5.5管壁温度tw612.5.6计算管、壳程的压力降622.6泵的选型642.6.1泵的类型、系列和型号的确定642.6.2
10、轴封型式的确定65参考文献66英文翻译67致 谢69 1总 论1.1 概况1.1.1 甲醇的用途目前，甲醇在有机合成工业中，是仅次于烯烃和芳烃的重要基础有机原料。随着技术的发展和能源结构的改变，甲醇又开辟了许多新的用途。甲醇是较好的人工合成蛋白的原料，蛋白转化率较高，发酵速度快，无毒性，价格便宜。甲醇用途广泛，是基础的有机化工原料和优质燃料。主要应用于精细化工，塑料等领域，用来制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲氨、硫酸二甲脂等多种有机产品，也是农药、医药的重要原料之一。甲醇在深加工后可作为一种新型清洁燃料，也加入汽油掺烧。甲醇是容易输送的清洁燃料，可以单独或与汽油混合作为汽车燃料，用它作为汽油添加剂可
11、起节约芳烃，提高辛烷值的作用，汽车制造也将成为耗用甲醇的巨大部门，甲醇的消费已超过其传统用途，潜在的耗用量远远超过其化工用途，渗透到国民经济的各个部门。特别是随着能源结构的改变，甲醇有未来主要燃料的候补燃料之称，需用量十分巨大。1我国目前甲醇的产量还较低，但近年来发展速度较快，近五年来甲醇的生产规模有了突飞猛进的发展。从我国能源结构出发，甲醇由煤制的技术已经成熟，近几年由煤制甲醇的工艺已经全面工业化生产，将来在我国甲醇有希望替代石油燃料和石油化工的原料，蕴藏着潜在的巨大市场。我国甲醇工业无疑将迅速发展起来。甲醇汽油是指把甲醇部分添加在汽油里，用甲醇燃料助溶剂复配的M系列混合燃料。其中：M15(
12、在汽油里添加15甲醇)清洁甲醇汽油为车用燃料，分别应用于各种汽油发动机，可以在不改变现行发动机结构的条件下，替代成品汽油使用，并可与成品油混用。甲醇混合燃料的热效率、动力性、启动性、经济性良好，具有降低排放、节省石油、安全方便等特点。世界各国根据不同国情，研发了M3、M5、M15、M20、M50、N85、M100等不同掺和比的甲醇汽油。目前，商用甲醇主要为M85(85甲醇+15汽油)和 M100，M100性能优于M85，具有更大的环境优越性。21.1.2甲醇精馏工艺技术比较工业上粗甲醇精馏的工艺流程，随着粗甲醇合成方法不同而有差异，其精制过程的复杂程度有较大差别，但基本方法是一致的。首先，总是
13、以蒸馏的方法在蒸馏塔的顶部，脱除较甲醇沸点低的轻组分，这时，也可能有部分高沸点的杂质和甲醇形成共沸物，随轻组分一并除去。然后，仍以蒸馏的方法在塔的底部或底侧脱除水和重组分，从而获得纯净甲醇组分。其次，根据精甲醇对稳定性或其他特殊指标的要求，采取必要的辅助方法。近年来，由于催化剂、粗甲醇合成条件以及制取原料气的改进，粗甲醇的精馏过程相应有较大的变更。加上新型精馏设备的使用，对工艺流程也产生一定影响。在决定粗甲醇精馏的工艺流程时，应对这些条件进行综合考虑，并结合到过程中能源消耗的降低，自动化程度的提高，对精甲醇质量的特殊要求等等，合理选择适当的精馏方法。甲醇精馏按工艺主要分为3种: 双塔精馏工艺技
14、术、带有高锰酸钾反应的精馏工艺技术和我国自行开发的三塔精馏工艺技术。双塔精馏工艺技术由于具有投资少、建设周期短、操作简单等优点, 被我国众多中、小甲醇生产企业所采用，尤其在联醇装置中得到了迅速推广。带有高锰酸钾反应的精馏工艺技术仅在单醇生产中用锌铬为催化剂的产品中有应用。近年来,随着甲醇合成铜基催化剂的广泛应用和气体净化水平的提高, 粗甲醇生产中的副反应减少和杂质的降低, 此工艺流程已经很少采用。三塔精馏工艺技术是为减少甲醇在精馏中的损耗和提高热利用率而开发的一种先进、高效和能耗较低的工艺流程,近年来在大、中型企业中得到了推广和应用。精馏塔按内件可分为板式精馏塔和填料型精馏塔。传统的精馏塔大都
15、是以浮阀为主的板式塔, 随着新型板式塔的开发成功, 又出现了导向浮阀、斜孔筛板等结构, 但由于板式塔开孔率低, 介质传质、传热效率差, 总体效果并不太理想。效率较高的填料塔是最近几年才出现的, 采用以高效丝网波纹填料和配套的分布器为核心的精馏技术。相同规模的装置三塔精馏与双塔精馏相比投资增加20%以上, 但运行费用一般可节省20%。企业选择哪种精馏工艺技术,主要取决于企业甲醇实际生产能力、预期生产规模、甲醇市场行情, 以及企业的公用工程水、电、汽的富裕程度等。一般说来,甲醇生产规模在5万t/a以下时宜选择双塔精馏工艺, 因为双塔精馏工艺投资省、建设周期短、装置简单, 易于操作和管理,虽然消耗高
16、于三塔精馏工艺技术, 但在5万t/a生产规模以下时其经济技术指标较占优势。5万t/a 以上的企业宜选择三塔精馏工艺, 因为随着生产规模的扩大, 三塔精馏工艺的节能、高效优势才能体现出来。在每万吨甲醇的消耗投资方面三塔精馏低于双塔精馏工艺。3另外, 三塔精馏工艺在双塔精馏装置进行增产、降耗的技术改造中有比较广阔的应用, 是企业扩大现有生产规模较经济、有效的技术措施。在原有双塔流程中仅增加1台加压塔和部分设备, 装置生产能力就能翻1倍；比双塔流程节约能耗20%以上；由于增加了乙醇等产品的采出, 产品质量符合国际AA标准, 有更广阔的销售市场和更高的产品售价；由于两流程近似,操作和管理方法易于接受。
17、三塔精馏工艺是一项企业进行增产降耗技术改造的非常适合的、较好的技术方案。【4】不论采用何种精馏工艺流程, 精馏塔都是该装置的核心设备, 其决定着装置能耗的高低和产品质量的好坏。填料型精馏塔工艺, 其核心设备主、预塔都选用新型填料型精馏塔, 塔内采用高效的、经特殊工艺处理的不锈钢丝网波纹填料和配套的新型气液分布器，该塔具备以下优点：(1) 塔板效率高采用甲醇精馏专用不锈钢丝网波纹填料, 空隙率0. 85 m2/ m3 , 理论塔板数810块/m , 经特殊工艺处理后, 具有优良的传质、传热性能和液体均布能力强等优点。这样可减少理论塔板数,降低精馏塔的高度,单位生产能力大。生产控制中采用的较小回流
18、比, 提高了精甲醇质量, 降低了泵的扬程, 节省了电耗。(2) 结构简单,易于维修和安装精馏塔内填料分层安装,结构简单,设备体积小, 物料在系统中停留时间缩短,产品质量提高。(3) 操作弹性大由于丝网填料具有的优良传质、传热性能,能迅速适应物料各种工艺参数的变化, 易于操作,控制手段简单,稳定区域大， 可保证系统有较大的弹性, 产品质量稳定。传统双塔精馏工艺与填料型三塔精馏工艺的投资和单耗(吨甲醇消耗) 比较见表1-1。表1-1 传统双塔与填料型三塔精馏工艺比较项 目投资（相对数）蒸汽/t循环水/ m3电/kw.h双塔精馏工艺1001.52.015018040三塔精馏工艺1230.91.360
19、8030 填料型甲醇精馏工艺, 由于采用了先进的甲醇精馏专用丝网规整填料和配套的新型分布器, 加之在系统热量的分配上合理优化, 从而使能耗大为降低。双塔精馏能耗达到传统的板式三塔消耗水平, 三塔精馏能耗比传统的板式三塔降低15%以上, 5万t/a甲醇生产企业年运行费用可节省200万元以上。甲醇精馏填料型三塔工艺技术和甲醇精馏专用丝网规整填料的成功开发, 为众多大、中型甲醇生产企业的增产、降耗提供了技术, 为企业大幅度降低甲醇生产成本、提高产品质量和扩大市场占有率提供了可能, 具有着明显的经济效益和社会效益。综上所述，因此本设计也才用填料型三塔甲醇精馏工艺技术。1.1.3 甲醇精馏工艺的概况 1
20、、工序任务甲醇精馏是甲醇合成的下游工序，其目的就是对合成装置来的粗甲醇进行精制，将甲醇中的杂质进行脱除，以生产符合标准的优等级精甲醇产品。2、装置工艺特点目前，总体来说甲醇精馏的工艺大体可分为两塔工艺流程和三塔工艺流程，根据塔内件的不同可分为塔盘精馏、填料精馏和复合型精馏。本甲醇精馏装置采用的是以规整填料为塔内件的三塔精馏工艺，精馏用汽为低压蒸汽。各塔再沸器蒸汽冷凝液用作粗甲醇预热器热源，以节约能量。另外为了减少甲醇的损失，增加了一个塔,以对污水中的甲醇进行回收处理，故现在一般叫3+1塔工艺流程。精馏的主要设备是精馏塔，而塔的内件是实现气液接触和热质传递的主要元件，常用的塔内件分塔盘和填料两种
21、。填料是最早使用的塔内件，当初使用在小塔径的塔里，由于其设计、制造、安装难度不大，应用十分广泛。随着化学工业的发展，精馏塔的内径越来越大，于是气液分布不均问题显得突出，效率大幅下降，直径大于2米的塔的效率已相当低，沟流和边界效应严重，为解决这些问题，人们开发了板式塔，但是板式塔的结构复杂、制造和安装精度要求高，因而人们又加紧了对填料塔放大技术的攻关，在解决了气液分布等问题后，大型装置又开始使用填料塔。目前的填料分为散堆填料和规整填料。设计的甲醇精制采用的是规整填料精馏工艺技术，该技术的好坏取决于气液接触程度，即取决于液体在填料表面分布的均匀程度，气体的分布较容易，液体分布均匀很难，故液体分布器
22、是填料塔的一个关键部件，它是决定着填料塔的放大效应。采用槽式液体分布器和槽-盘式液体分布器可以较好地解决抗堵、防夹带等问题，压降小、负荷弹性大。采用规整填料为塔内件的3+1塔精馏工艺，其特点是：1、精甲醇产品的质量好，甲醇回收率高；2、能耗低。比两塔工艺减少蒸汽消耗约30%左右；3、操作的灵敏性比板式塔好，但其稳定性不如板式塔好；4、采取了萃取精馏和共沸精馏工艺，有效解决了微量难分离组分的脱除问题；5、分离效率高，操作弹性大，生产能力大。1.2 精馏的目的和原理和精馏塔的操作和调节1.2.1 粗甲醇的组成与精制要求1.粗甲醇的组成 甲醇合成不论采用锌铬催化剂或铜基催化剂，均受其选择性的限制，且
23、受合成条件压力、温度、合成气组成的影响，在生产甲醇反应的同时，还伴随着一系列副反应，其产品系主要由甲醇以及水、有机杂质等组成的混合溶液，故称为粗甲醇。 以色谱分析或色谱-质谱联合分析测定粗甲醇的组成有40多种，包含了醇、醛、酮、醚、酸、烷烃等等。如有氮的存在，还发现有易挥发的胺类。其它含有少量生产系统中带来的羰基铁，及微量的催化剂等杂质。下表1-2列出了粗甲醇中部分有机物，具有一定的代表性。表1-2 按沸点顺序排列的粗甲醇组分组 分沸点，组 分沸点，组 分沸点，二甲醚-23.7甲醇64.7异丁醇107.0乙醛20.2异丙烯醚67.5正丁醇117.7甲酸甲酯31.8正己烷69.0异丁醚122.3
24、二乙醚34.6乙醇78.4二异丙基酮123.7正戊烷36.4甲乙酮79.6正辛烷125.0丙醛48.0正戊醇97.0异戊醇130.0丙烯醛52.5正庚烷98.04-甲基戊醇131.0醋酸甲酯54.1水100.0正戊醇138.0丙酮56.5甲基异丙酮101.7正壬烷150.7异丁醛64.5醋酐103.0正癸烷174.0为了精馏过程中便于处理，上述组成大致可分为几组：1.轻馏分（表中115组分，甲醇，乙醇例外）；2.甲醇；3.水；4.重组分（表中1630）；5.乙醇。由于轻馏分、重组分和乙醇在经过预精馏塔精馏后，含量较小，所以在后面的三个塔计算过程中均用甲醇-水双组分精馏。粗甲醇中这些杂质组分的含
25、量多少，可视为衡量粗甲醇的质量标准。显然，精甲醇的质量和精制过程中的损耗，与粗甲醇的质量关系极大。从精制角度考虑，甲醇合成过程中副反应越少越好，从而提高粗甲醇的质量，就可能在容易获得高质量精甲醇的同时，又降低了精制中物料和能量的消耗。决定粗甲醇质量的主要因素无疑是催化剂，铜系催化剂的选择性显然处于优越的地位，反应温度也低，副反应少，因此制得的粗甲醇含杂质较少。同时，粗甲醇中所含杂质的种类和数量，又与原料气的组成和合成条件及设备的材质有.52.精制要求 虽然各种杂质的含量不多，但正是由于这些杂质的超量存在，使得甲醇合成所得的粗甲醇不能直接用作有机化工的基础原料。如：生产甲醛是目前甲醇的主要用途之
26、一，但如果甲醇中的烷烃含量超标，在甲醇氧化、脱氢时由于没有过量空气，便生成碳黑覆于催化剂的表面，影响催化剂的活性；高级醇可使生产的甲醛产品的酸值不合格；甲醇中的水由于在甲醇蒸发汽化时不易挥发，在蒸发器中浓缩积累，使甲醇浓度降低，可引起原料配比失调而发生爆炸；作为甲醇另一主要用途之一的醋酸生产，对甲醇中的乙醇含量有着较为严格的规定；甲醇还被用作生产塑料、涂料、香料、农药、医药、人造纤维等原料，都可能由于这些少量杂质的超量存在而影响产品的纯度和产品的性能。为了满足作为基础化工原料的基本要求，必须对粗甲醇进行精制，将粗甲醇中的杂质脱除至规定的指标之内。目前工业上对粗甲醇进行精制常用的物理方法就是精馏
27、。6一般工业上出于对甲醇产品的要求，规定了精甲醇中含杂质量的指标。本设计采用国外甲醇的质量的指标，产品质量符合美国联邦AA级标准。优质甲醇的指标集中表现在沸程短，纯度高，稳定性好并含有机杂质量极小。甲醇精馏是甲醇合成的下游工序，其目的就是对合成装置来的粗甲醇进行精制，将甲醇中的杂质进行脱除，以生产符合标准的优等级精甲醇产品。1.2.2 工艺原理 液态物质的饱和蒸汽压力随温度的升高而升高：在同一温度下的平衡系统中，不同物质的饱和蒸汽压力不同，饱和蒸汽压力大的称它挥发度大，反之称它挥发度小，两种物质饱和蒸汽压力之比称为相对挥发度。液态混合物在饱和状态下，各组分的挥发度用它在蒸汽中的分压和与之平衡的
28、液相中的摩尔分率之比来表示，即：式中：V-挥发度； P-蒸汽中分压； X-液相中摩尔浓度。 由于挥发度随温度而变化，使用不方便，故改用相对挥发度更便利。即：式中：-为相对挥发度。 相对挥发度的含义是液相混合物中易挥发组分的挥发度与难挥发组分挥发度之比，对于理想溶液就是饱和蒸汽压之比。 液相混合物在饱和状态下，气相中各组分相对组成与原液相中的相对组成不同，在气相组成中，挥发度高的组分的浓度高些，分压高些，挥发度低的组分浓度相对低些，分压也低些；在液相组成中正好相反，挥发度低的组分的浓度高些，挥发度高的组分的浓度低些；相对挥发度越大，这种浓度差就越大。 对于粗甲醇中的杂质，通常以甲醇的沸点为界，分
29、为轻组分杂质和重组分杂质。常压下甲醇的沸点为64.7，轻组分杂质是指其沸点低于64.7的组分，而重组分杂质是指沸点高于64.7的组分。 粗甲醇精馏就是根据粗甲醇中各种组分的沸点和相对挥发度的不同，在精馏塔内的热质传递元件上，通过建立物料、热量和汽液相平衡，在汽液相之间连续不断地实现热质的传递：在液相由上向下流动的过程中，由于塔内温度由上到下连续升高，沸点低、易挥发的轻组分相对地从液相向汽相中扩散传递，而汽相在由下向上流动的过程中，由于温度连续降低，沸点高、挥发度较低的重组分则相对地向液相中凝集传递，同时热量从汽相向液相传递。经过在精馏塔内反复多次连续地进行这种热质传递，最终实现关键轻组分在塔顶
30、高浓度集聚、重组分在塔底高浓度集聚的分离过程。精馏工艺的理论基础是拉乌尔定律和道尔顿分压定律。 拉乌尔定律是指：在一定温度下的平衡理想溶液（假设两种液体可以任何比例相互溶解、互溶无体积效应和热效应）体系中，溶液表面上方的蒸汽中任一组分的分压，等于此纯组分在此温度下的饱和蒸汽压乘以其在溶液中的摩尔分数，可用如下式子表示：式中：-气相中组分i的分压； -此温度下纯组分i的饱和蒸汽压； -组分i在理想溶液中的摩尔浓度，%。 而道尔顿定律是指：在一定温度下的平衡系统中，溶液表面上方的压力等于汽相混合物中各组分的分压之和，即：式中：-求和： -气相压力； -气相中组分i的分压。对于在一定温度下，由A和B
31、两种物质组成的双组分理想溶液的平衡系统，可以通过上述的拉乌尔定律和道尔顿定律来求取理想溶液系统的气液相平衡关系式如下：式中：、-为溶液中组分A和组分B的摩尔分数； 、-为纯正组分A和B在同一温度下的饱和蒸汽压； 、-为气相中组分A和组分B的摩尔分数； 、-为气液相平衡时气相中A和B蒸汽分压； -为理想溶液达到平衡时溶液上方的汽相总压。 如果已经知道某液体组分在某温度下的饱和蒸汽压，就可以利用拉乌尔定律计算出该液体与另一液体构成不同浓度混合液的气相分压。 精馏是多次简单蒸馏的组合。蒸馏操作系基于混合液中各组分在相同的温度条件下具有不同的挥发度，当加热至沸腾以后，将生成的蒸汽引出进行冷凝，其冷凝液
32、组成与原来的混合液不同，其中易挥发组分的含量较前增加。如此不断汽化、冷凝操作，最后使混合液中的组分几乎以纯组分被分离开来。粗甲醇精馏就是根据粗甲醇中各种组分的沸点和相对挥发度的不同，在精馏塔内的热质传递元件上，通过建立物料、热量和汽液相平衡，在汽液相之间连续不断地实现热质的传递：在液相由上向下流动的过程中，由于塔内温度由上到下连续升高，沸点低、易挥发的轻组分相对地从液相向气相中扩散传递，而气相在由下向上流动的过程中，由于温度连续降低，沸点高、挥发度较低的重组分则相对地向液相中凝集传递，同时热量从气相向液相传递。经过在精馏塔内反复多次连续地进行这种热质传递，最终实现关键轻组分在塔顶高浓度集聚、重
33、组分在塔底高浓度集聚的分离过程。71.2.3 影响因素1.物料平衡的影响和制约保持精馏装置的物料平衡是精馏塔稳态操作的必要条件。根据全塔物料衡算可知，对于一定的原料液流量F，只要确定了分离程度 和 ,馏出液流量D和釜残液流量W也就被确定了。而 和决定于气液平衡关系（）、q、R和理论板数（适宜的进料位置），因此D和W或采出率与只能根据 和确定，而不能任意增减，否则进、出塔的两个组分的量不平衡，必然导致塔内组成变化，操作波动，使操作不能达到预期的分离要求。2.回流比的影响回流比是影响精馏塔分离效果的主要因素，生产中经常用改变回流比来调节、控制产品的质量。例如当回流比增大时，精馏段操作线斜率变大，该
34、段内传质推动力增加，因此在一定的精馏段板数下馏出液组成变大。同时回流比增大，提馏段操作线斜率变小，该段的传质推动力增加，因此在一定的提馏段理论板数下，釜残液组成变小。反之，当回流比减小时，减小而增大，使分离效果变差。回流比增加，使塔内上升蒸汽量及下降液体量均增加，若塔内气液负荷超过允许值，则应减小原料液流量。回流比变化时，再沸器和冷凝器的传热量也应相应发生变化。应指出，在采出率一定的条件下，若以增大R来提高，则有以下限制：受精馏塔理论板数的限制，因为对一定的板数，即使R增到无穷大（全回流），有一最大极限值；受全塔物料平衡的限制，其极限值为3.进料热状况的影响 在实际生产中，加入精馏塔中的原料液
35、可能有五种热状况：温度低于泡点的冷液体；泡点下的饱和液体；温度介于泡点和露点之间的气液混合物；露点下的饱和蒸汽；温度高于露点的过热蒸汽。由于不同进料热状况的影响，使从进料板上升蒸汽量及下降液体量发生变化，也即上升到精馏段的蒸汽量及下降到提馏段的液体量发生了变化。当进料状况（ 和q）发生变化时，应适应改变进料位置。一般精馏塔设几个进料位置，以适应生产中进料状况的变化，保证在精馏塔的适宜位置下进料。如进料状况改变而进料位置不变，必然引起馏出液和釜残液组成的变化。对特定的精馏塔，若减小，则使 和均减小；欲保持不变，则应增大回流比。1.2.4 精馏塔的产品质量控制和调节精馏塔的产品质量通常是指馏出液及
36、釜残液的组成达到规定值。生产中某一个因素的干扰（如传热量、等发生变动）将影响产品的质量，因此应及时予以调节控制。在一定的压强下，混合物的泡点和露点都取决于混合物的组成，因此可以用容易测量的温度来预示塔内组成的变化。对于馏出液和釜残液也有对应的露点和泡点，通常可用塔顶温度反映馏出液组成，用塔底温度反映釜残液组成。但对高纯度分离时，在塔顶（或塔底）相当一段高度内，温度变化极小。因此当塔顶（或塔底）温度发现有可觉察的变化时，产品的组成可能已明显改变，再设法调节就很难了。可见对高纯度分离时，一般不能用测量塔顶温度来控制塔顶组成。分析塔内沿塔高的温度分布可以看到，在精馏段或提馏段的某塔板上温度变化最显著
37、，也就是说，这些塔板的温度对于外界因素的干扰反映最为灵敏，通常将它称之为灵敏板。因此生产上常用测量和控制灵敏板的温度来保证产品的质量。1.3 甲醇的主要技术规格1.3.1 甲醇的一般性质 甲醇的分子式为CH3OH，其分子量为32.04。常温常压下，纯甲醇是无色透明的、易流动、易挥发的可燃液体，具有与乙醇相似的气味。其一般性质看表1-3。表1-3 甲醇的一般性质性 质数 据密 度0.8100g/ml(0)相对密度0.7913沸 点64.564.7熔 点97.8闪 点16(开口容器)，12（闭口容器）自 燃 点473（空气中），461（氧气中）临界温度240临界压力79.54105Pa(78.5a
38、tm)临界体积117.8ml/mol蒸 汽 压1.2879104Pa(96.6mmHg)(20)热 容2.512.53J(g)(2025液体)，45J（mol）(25气体)粘 度5.945Pas(0.5945cP)(20)甲醇的密度，粘度和表面张力随温度改变如下：表1-4 甲醇的密度、粘度和表面张力随温度变化表温度，0102030405060密度g/ cm30.8100.8010.7920.7830.7740.7650.756粘度，0.8170.6900.5970.5100.4500.3960.350表面张力，24.523.522.621.820.920.119.3，甲醇可以和水以及许多有机液
39、体如乙醇、乙醚等以任意比混合，但不能与脂肪族烃类相混合。它易于吸收水蒸汽、二氧化碳和某些其他物质，因此，只有用特殊的方法才能制的完全无水的甲醇。同样，也难以从甲醇中清除有机杂质，产品甲醇总含有有机杂质约0.01%以下。1.3.2 甲醇的沸点和蒸汽压甲醇的沸点随压力变化如表1-5所示。表1-5 甲醇的沸点压力mmHg温度压力mmHg温度压力at温度压力at温度11020-44.0-16.2-6.010020040021.234.849.9251084112.5138.0304050186.5203.5214.0405.076064.720167.860224.01.3.3 甲醇-水系统的性质甲醇
40、和水可以以任意比混合，混合后的甲醇-水系统的性质，是研究甲醇性质的一个重要组成部分。1. 密度甲醇水溶液的密度，随着温度的降低而增加；在相同的温度下，几乎是随着甲醇浓度的增加而均衡的减小，如表1-6所示。表1-6 甲醇水溶液的密度与甲醇浓度和温度的关系CH3OH浓度密 度， g/ cm3%-30020304060100.98420.98150.97940.97500.9635200.97250.96660.96250.95670.9450300.96040.95150.94420.93830.9260400.95950.94590.93450.92500.92000.9061500.94340
41、.92870.91560.90500.90000.8844600.92500.90900.89460.88350.97830.8609700.90730.88690.87150.86100.85400.8355800.88700.86340.84690.83610.82800.8083900.86400.83740.82020.80900.80000.78002. 粘度甲醇水溶液的粘度与组成有关，在所有研究过的温度下，当甲醇含量约50时均有一最大值。在任何情况下，混合物的粘度都比纯甲醇的粘度大，见表1-7所示。表1-7 甲醇水溶液的粘度温度甲 醇 浓 度， %10203040506070809
42、0100粘 度， 105P-1045805700615061205330430032002200168011500260031703400346031802630215017301310900101617196321802340249121401980147610616861514461762195920582073194916891307965638201253151616801770179816811513119287459125109813161444150215721461133910818055533098211451257132913631269118496472651535875
43、100911111157119811541058872673483407929029891003104599794678462045163504508586611636594568526424-1.4 甲醇精馏工艺流程说明1.4.1 预精馏系统来自甲醇合成装置的粗甲醇（40、0.5MPaA），首先进入粗甲醇预热器E-101的管程，被壳程的低压蒸汽冷凝液加热到70左右，然后进入预精馏塔T-101的上部。预精馏塔T-101顶部出来的气相，首先进入预精馏塔一级冷凝器E-102的壳程，物料被管程的循环冷却水冷却到67.5,冷却下来的液体进入预精馏塔回流槽V-101中；回流槽V-101中的甲醇溶液，经预精馏塔回流泵送入预精馏塔T-101的顶部作回流液。预精馏塔塔釜的预后甲醇经液位控制后去加压精馏塔进一步精馏。为了防止粗甲醇中的酸性物质对管道和设备造成腐蚀，向粗甲醇中加入少量5%左右的NaOH溶液，将粗甲醇的PH值控制在7.58左右。1.4.2 加压精馏系统预精馏塔出来的预后甲醇，经加压精馏塔给料泵加压后，进入加压精馏塔进料/釜液换热器E-103的管程，被壳程介质加热到泡点后，进入加压精馏塔T-102的下部，塔顶出来的甲醇蒸汽进