毕业设计--30万吨每年甲醇精馏工段常压精馏塔工艺设计分析.doc

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1、毕业设计-30万吨每年甲醇精馏工段常压精馏塔工艺设计分析 毕 业 设 计 论 文 专 业 班 级 学生姓名 学 号 课 题 30万吨年甲醇精馏工段的初步设计 常压精馏塔工艺设计及分析 指导教师 摘要通过本课题的设计了解甲醇精馏的开展历程和国内外的研究现状主要介绍了甲醇精馏工艺对单塔流程双塔流程三塔流程和四塔流程工艺进行了阐述显示了四塔流程的优越性熟悉甲醇精馏工艺流程技术设备等对甲醇精馏工段全流程进行物料衡算着重分析常压精馏塔的工艺设计应用ASPEN PLUS化工模拟系统中的和DSTUWRADFRAC塔精馏模块对常压精馏塔进行模拟通过对甲醇精馏工艺流程的物料衡算和常压精馏塔工艺的研究掌握甲醇精馏

2、工业生产中各塔的作用进出料情况塔板数等相关参数的计算最后绘制出工艺流程图带控制点的物料流程图设备图和设备布置图关键词甲醇精馏常压精馏塔ASPEN模拟流程图AbstractUnderstanding 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

3、 three 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 section in the whole process of the material balance analyzes the atmospheric distillat

4、ion process design ASPEN PLUS simulation system applied in the chemical and DSTUW RADFRAC atmospheric distillation column distillation simulation module Methanol distillation process through the material balance and the atmospheric distillation process of study master the industrial production of me

5、thanol distillation tower role access to material conditions plate number and other relevant parameters of the calculation Finally draw the flow chart flow chart with a control point of materials equipment diagrams and equipment layout Key words methanol distillation atmospheric distillation ASPEN s

6、imulation flowsheet 目录摘要I目录III第一章 文献综述111 甲醇生产工艺进展及国内开展前景1com介1com用途4com 甲醇的平安性412 甲醇的生产工艺5com法概述5com产中的关键问题6com精馏过程9com程的选择13com 三塔精馏系统的优点13com馏操作的因素与调节1413 本课题来源及思路15第二章 物料衡算1721操作条件1722 物料衡算17com 预塔物料衡算18com 加压塔的物料衡算19com 常压塔物料衡算21com 回收塔物料衡算22第三章 常压塔工艺设计计算2631 物料处理量26com 原料液及塔顶塔底产品的摩尔分率26com及塔顶塔

7、底产品的平均摩尔质量2632 回流比及塔板数确实定26com 求最小回流比及操作回流比26com 简捷法求理论板层数2733 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算29com 操作压力计算29com 操作温度计算29com 平均摩尔质量计算29com 平均密度计算30com 液体平均外表张力的计算31com 液相平均粘度的计算3134 精馏塔的塔体工艺尺寸计算32com 塔径的计算32com 精馏塔有效高度计算33com 塔高的计算3335 塔板主要工艺尺寸的计算34com 溢流装置计算34com 塔板布置3636 筛板的流动力学验算37com 塔板压降37com 液沫夹带37com 漏液38c

8、om 液泛3837 塔板负荷性能图39com 漏液线39com 液沫夹带线39com 液相负荷下限线40com 液相负荷上限线40com 液泛线4038 塔设备附件接管43com 进料管44com 出料管44com 进气管44com 接管计算45第四章 图纸4941 甲醇精馏工段的物料流程图4942 常压塔的控制流程图4943 常压塔的设备图4944 000平面的设备布置图49总结50致 谢51参考文献52第一章 文献综述甲醇 CH3OH英文名称Methanol 是最简单的饱和脂肪醇大约有90的甲醇用于化学工业作为生产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还有10用于能源工业在根

9、底有机化工原料中甲醇消费量仅次于乙烯丙烯和苯甲醇深加工产品目前己达120多种中国以甲醇为原料的一次加工产品近30种甲醇作为最主要的根本有机化工原料之一和替代能源的一局部在当前全球化工产品市场上起着举足轻重的作用九五期间国内甲醇需求将以1520速度递增2000年需求到达210万吨如何进一步节能降耗和提高产品质量越来越引起人们的关注11 甲醇生产工艺进展及国内开展前景com介甲醇的分子式为CH3OH其分子量为3204常温常压下纯甲醇是无色透明的易流动的易挥发的可燃液体具有与乙醇相似的气味其一般性质列于表1-1甲醇的密度粘度和外表张力随温度改变如表1-2所示甲醇的电导率主要决定于它含有的能电离的杂质

10、如胺酸硫化物和金属等工业生产的粗甲醇都含有一定量的有机杂质其一般比电导率为110-6710-7甲醇可以和水以及许多有机液体如乙醇乙醚等无限地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得完全无水的甲醇同样也难以从甲醇中去除有机杂质产品甲醇总有有机杂质约001以下表1-1 甲醇的一般性质Table1-1 Commonly property of methanol性质数据性质数据密度081009ml 导热系数209103JcmsK相对密度07913 d20 4外表张力000002255Ncm2255dyncm20沸点645647熔点一978折射率13

11、28720闪点16 开口容器 12 闭口容器 蒸发潜热35295KJmol647自燃点473 空气中 461 氧气中 熔融热3169KJmol临界温度240燃烧热727038KJmol25液体742738KJmol临界压力7954106Pa 785atm 临界体积1178mlmol生成热238798KJmol25液体7202185KJmol25气体热容25l253J g 20 225液体 45J mol 25气体 蒸汽压12879104Pa966mmHg20膨胀系数00011920粘度5945104PaS05945cp20腐蚀性常温无腐蚀性铅铝例外临界压缩系数0224爆炸性60365Vol在空

12、气中爆炸范围表1-2 温度对性质的影响Table 1-2 The effect of temperature on property温度0102030405060密度gcm308100080080791507825077400765007565粘度cP0817069005970510045003960350外表张力dyncm245235226218209201193 1Cp 106PaS 1dyn 106N 甲醇的沸点随压力变化如表1-3所示表1-3 甲醇的沸点Table 1-3 Boiling point of methanol压力mmHg1102040100200400760温度-440-

13、162-6050212348499647压力atm25102030405060温度841125138016781865203521402240 1mmHg 133322Pa 1at 980665104Pa甲醇可以任意比例同多种有机化合物互溶并与其中的一些有机化合物生成共沸混合物据文献记载迄今己发现与甲醇一起生成共沸混合物的物质有100种以上由于有共沸混合物的生成且沸点与甲醇的沸点相接近将影响到蒸馏过程对有机杂质的消除甲醇具有上述多种重要的物理化学性质使它在许多工业部门得到广泛的用途特别是由于能源结构的改变和碳一化学工业的开展甲醇的许多重要的工业用途正在研究开发中例如甲醇可以裂解制氢用于燃料电池

14、日益引人注目甲醇通过ZSM-5分子筛催化剂转化为汽油已经工业化为固体燃料转化为液体燃料开辟了捷径甲醇加一氧化碳加氢可以合成乙醇又如甲醇可以裂解制烯烃这对石油化工原料的多样化面对石油资源日渐枯竭对能源结构的改变具有重要意义甲醇化工的新领域不断地被开发出来其广度和深度正在发生深刻的化表1-4 与甲醇生成共沸混合物的性质和共沸物的沸点Table 1-4 Boiling point and property of azeotropic admixture with methanol化合物沸点共沸混合物沸点甲醇浓度丙酮CH3COCH3564557120醋酸甲酯CH3COOCH3570540190甲酸乙酯

15、HCOOC2H3541509160双甲氧基甲烷甲醛42341882丁酮CH3COC2H5796635700丙酸甲酯C2H5COOCH379862447甲酸炳酯HCOOC3H7809619502二甲醚CH32O389388100乙醛缩二甲醇643575242乙基丙烯酸酯431643844甲酸异丁酯HCOOC4H979646950环己烷C6H12808642610二内醚C3H72O904633720com用途甲醇的用途甲醇用途广泛是根底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 甲醇的毒性及常用急救方法甲醇被人饮

16、用后就会产生甲醇中毒甲醇的致命剂量大约是70毫升甲醇有较强的毒性对人体的神经系统和血液系统影响最大它经消化道呼吸道或皮肤摄入都会产生毒性反响甲醇蒸气能损害人的呼吸道粘膜和视力急性中毒病症有头疼恶心胃痛疲倦视力模糊以至失明继而呼吸困难最终导致呼吸中枢麻痹而死亡慢性中毒反响为眩晕昏睡头痛耳鸣现力减退消化障碍甲醇摄入量超过4克就会出现中毒反响误服一小杯超过10克就能造成双目失明饮入量大造成死亡甲醇中毒通常可以用乙醇解毒法其原理是甲醇本身无毒而代谢产物有毒因此可以通过抑制代谢的方法来解毒甲醇和乙醇在人体的代谢都是同一种酶而这种酶和乙醇更具亲和力因此甲醇中毒者可以通过饮用烈性酒酒精度通常在60度以上的方

17、式来缓解甲醇代谢进而使之排出体外而甲醇已经代谢产生的甲酸可以通过服用小苏打碳酸氢钠的方式来中和甲醇也容易引发大火一旦发生火灾救护人员必须穿戴防护服和防毒面具小火用二氧化碳干粉1211抗溶泡沫雾状水灭火以使用大量水灭火效果较好如果发生泄漏救护人员首先必须切断所有火源戴好防毒面具与手套用水冲洗对污染地面进行通风处理CH30H 1-1 C023H2-CH30HH20 1-2 以上反响是在铜系催化剂或锌铬催化剂存在下在5063038105 50300atm 温度240400下进行的显然一氧化碳与氢合成仅生成甲醇这甲醇生产这是所需要的而二氧化碳与氧合成甲醇需多消耗一分子氧生成一分子水但两种反响都生成甲醇

18、工业生产过程中一氧化碳和二氧化碳的比例要视具体工艺条件而定自从1923年工业上实现了这人工合成甲醇的方法以后甲醇生产迅速发展成为目前世界上规模生产甲醇的唯一工业方法碳的氧化物与氢合成甲醇的生产过程不管采用怎样的原料和技术路线大致可以分为以下几个工序见以下列图示甲酵生产流程示意图 Fig11 Flow chart of producing methanolcom产中的关键问题近年来甲醇生产技术开展很快其中节能降耗和如何提高产品质量是被关注较多的两个方面用精馏的方法除去粗甲醇中的杂质可以制取到达一定质量标准的精甲醇其质量标准的要求视其用途不同有些差异根据甲醇的工业生产方法和实际使用情况将我国和国外

19、精甲醇的质量标准分别列于表1-7和表1-8要求工业生产精甲醇的杂质总含量在02以下 乙醇除外 如此纯度的要求在工业有机产品中是比拟严格的一般说来甲醇除用作掺烧燃料外作为甲醇的衍生产品 个别产品如甲醛除外 对其精甲醇的质量都有一定要求1 生产中进一步要求提高质量众所周知提高甲醇质量不仅要优化精馏过程更与租甲醇的质量相关而粗甲醇中含有杂质的种类和甲醇质量又与原料结构合成气的组成和合成条件 压力温度催化剂等 甚至设备的材质有关粗甲醇的质量决定了精馏过程的难易当前甲醇合成多采用铜系催化剂的中低压法 国内高压法也改用了铜系催化剂 由于反响温度低减少了副反响因此降低了粗甲醇的杂质含量为精馏过程创造了有利条

20、件不管甲醇合成工艺如何改良粗甲醇中总是含有较多的杂质需通过精馏方法除去杂质所以最终决定精甲醇质量的步骤仍在精馏工序过去工业上惯用的双塔精馏流程可使精甲醇中的绝大部份有机杂质降至数个ppm满足了下游产品的要求表1-5 国内甲醇产品标准Table 1-5 Intermal criterion of methanol product指标一级二级三级外观无色透明液体无可见杂质无色透明液体无可见杂质无色透明液体无可见杂质色度铂-钴号51015密度20gcm2079107920791079307910793馏程101325Kpa760mmHg沸程640645640645640645蒸馏量ml98以上98以

21、上98以上温度范围包括64601081015高锰酸钾min5020水溶性试验澄清澄清水分含量010015游离酸以HCOOH计ppm153050游离碱以NH3计ppm2815羰基化合物以HCH计ppm2050100蒸发残渣ppm103050气味无特殊异臭味无特殊异臭味乙醇含量001表1-6 国外甲醇产品标准Table 1-6 International methanol of methanol product指标美国ASTM美国US Federal AA日本三菱特级前苏联TOTC高级相对密度D202107928079280796007910792馏程101325Kpa760mmHg沸程 0150

22、208蒸馏量99859985 990 990纯度 0003 990酸度 00030001NNaOHO3Ml50 0002醛酮 0003 0006 50 30 60 100水分 01 010006 0005不挥发物0005g100Ml 000100003乙醇含量 0001 00008其中美国USFederal AA标准已经成为国内各大甲醇生产企业的质量要求标准但随着甲醇衍生产品的开拓对甲醇的质量提出了新的要求如碳基法合成醋酸是当前世界上最先进的醋酸工艺其主要原料为甲醇和一氧化碳该工艺要求甲醇中含乙醇极少 l00ppm愈低愈好防止乙醇与一氧化碳合成丙酸而影响醋酸的质量 国内引进的碳基合成法生产醋酸

23、装置已投产自然要求产品为含低乙醇的精甲醇而在精馏过程中由于乙醇的挥发度与甲醇比拟接近不易别离国内一般工业生产精甲醇中乙醇含量常在00100这就要求精馏工艺根据乙醇的性质控制精甲醇中乙醇的含量2 节能降耗甲醇是一个高能耗产品与其姊妹工艺产品氨相似近年来在原料气制备净化合成工艺及设备控制等诸多方面技术进步很快使产品能耗不断下降显著提高了能源利用效率但它毕竟是高能耗产品如何进一步降低其单位产品能耗始终是技术进步要执着探求的首要课题甲醇生产最终工序精馏的能耗要占总能耗的1020不容无视因为近年来精馏部份的实际能耗相对稳定故随着甲醇生产总能耗的下降精馏部份所占比例反而上升精馏工艺是石油化工工业中耗能大的

24、单元操作之一一直是被密切关注的重要节能课题显然在追求降低甲醇生产总能耗的同时对降低精馏的能耗亦不容无视另外在粗甲醇精馏过程中在保证甲醇质量的前提下提高甲醇的收率上述两方面的要求似乎相互制约精馏需耗能提高产品质量可能使精馏过程复杂化结果增加了能耗和降低了产品收率反之片面强调降低精馏能耗有可能难以全部满足精馏操作条件而降低了产品质量工业上探寻的正是解决这一矛盾要求精馏工序既节能降耗又提高产品质量以满足甲醇产品多种用途的要求3 设备的设计与改造甲醇精馏系统传统设计均为板式塔用到的塔板型式一般有多种如浮阀塔板塔固阀塔垂直筛板塔等等浮阀塔板效率高别离精度好浮阀塔板的形式多种多样应用到甲醇精馏上很普遍其它

25、的几种塔盘在国内甲醇行业多有应用随着甲醇生产的大型化甲醇精馏塔也是越来越大近20年国内规整填料作为别离部件在中低压操作系统上大量采用国内大型甲醇 10万吨以上 新上工程大多采用填料为主要的别离部件另外国内需要扩产改造的甲醇工程也很多应用填料塔技术对现有的板式塔甲醇精馏系统进行改造也屡见不鲜对于甲醇生产的设备相关研究正在开展也可见到一些相关报导com精馏过程甲醇是许多有机产品的根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合成的粗甲醇浓度一般达不到使用要求所以需要进行甲醇的精制过程 1 工艺过程概述常规甲醇精制流程可以分为两大局部第一局部是预精馏局部另一局部是主精馏局部预精馏局部除

26、了对粗甲醇进行萃取精馏脱出某些烷烃的作用之外另外的还可以脱除二甲醚和其它轻组分有机杂质其底部的出料被加到主塔的中间入料板上主塔顶部出粗甲醇底部出废液下部侧线出杂醇甲醇市场竞争非常剧烈特别是近年来随着甲醇精馏技术的进步和计算机在该领域的广泛应用老的工业装置由于能耗过高在市场竞争力下降技术更新和进步成为必走之路 2 典型工艺流程甲醇精馏生产工艺有多种分为单塔精馏双塔精馏三塔精馏与四塔精馏 即三塔加回收塔 甲醇是重要根底有机化工原料甲醇精馏过程的物耗与粗甲醇质量关系很大随着甲醇合成条件改良甲醇精馏工艺出现了较大变化根据甲醇质量要求不同甲醇精馏可分为一塔流程双塔流程和三塔流程另外ICI世纪 8 0年代

27、末为节省能耗还将双塔流程改为四塔流程一塔流程多用于燃料级甲醇其它几种流程多用于生产精甲醇三塔四塔流程都是在双塔流程根底上改良的其共同点都是首先别离出轻组分然后再别离出水和高沸物在确定粗甲醇精馏的工艺流程时应对生产过程中能耗自动程度精甲醇质量要求等进行综合考虑合理选择适当的精馏方法下面是对单塔双塔流程和三塔流程 3 单塔流程描述单塔流程 见图1-2 为粗甲醇产品经过一个塔就可以采出产品粗甲醇由塔中部加料口送入轻组分由塔顶排出高沸点的重组分在进料板以下假设干塔板处引出水从塔底排出产品甲醇在塔顶以下假设干块塔板引出 4 双塔流程描述80年代初国内高压法甲醇合成由锌铬催化剂改为铜系催化剂以后随之也改良

28、了繁复的粗甲醇精馏方法目前国内全部甲醇生产装置 包括高中低压法 均采用铜系催化剂提高了粗甲醇质量同时也简化了精馏工艺现粗甲醇精馏方法除引进的和国产化的鲁奇流程外其余均采用双塔常压精馏工艺双塔精馏工艺流程 见图1-3 该流程为我国采用较广的一种精馏流程精甲醇先经预精馏塔经预精馏后的含水甲醇直接由泵输送经热交换器后再至主精馏塔最终在主精馏塔格甲醇与水重组份及剩余轻组份进行有效别离得到精甲醇产品多年来生产实践证明双塔精馏流程简单操作方便和运行稳定尽管国内粗甲醇的生产多样粗甲醇的质量也有较大差异但经双塔精馏后精甲醇的质量除去乙醇含量之外根本能到达国内一级品标准已能较广泛地满足甲醇的用途双塔精馏每吨精甲

29、醇的能耗约为4810668 106kJ这要视粗甲醇质量装置状况和产品要求而定如果装置运行状况良好主蒸馏塔回流比控制在24以下一般能耗为52105 kJCH3OH左右 约1820吨低压蒸汽 国外粗甲醇精馏是根据甲醇用途而定的双塔常压精馏工艺亦用得较为普遍从国内双塔常压精馏现状来看能耗较高以及精甲醇中乙醇含量较高是两个比拟突出的问题不少工厂每蒸馏1吨精甲醇要耗能60105 kJ即消耗两吨以上的蒸汽因此降低能耗是十分必要的 5 甲醇精馏的三塔工艺流程甲醇三塔精馏系统流程如图1-4所示三塔流程由甲醇预塔甲醇加压塔甲醇常压塔组成预塔塔底的甲醇由预后泵经预热器预热后进入加压塔加压塔塔顶出来的醇气体进入常压

30、塔再沸器冷凝同时为常压塔提供热量从加压塔常压塔顶部 或上部侧线 采出的精甲醇经冷却器降温后进入精甲醇贮槽工艺流程 三塔精馏与双塔精馏在流程上的区别在于三塔精馏采用了两个主精馏塔 其中1个是加压塔和1个常压塔 较双塔流程多1个加压塔这样在同等的生产条件下降低了主精馏塔的负荷并且常压塔利用加压塔塔顶的蒸汽冷凝热作为加热源所以三塔精馏既节约蒸汽又节省冷却水 6 甲醇精馏四塔工艺流程 甲醇精馏四塔工艺流程见图1-5甲醇精馏工艺的四塔流程四塔流程包含精馏塔加压精馏塔常压精馏塔和甲醇回收塔甲醇经换热后进入预精馏塔脱除轻组分后 主为不凝气二甲醚等 塔底甲醇及高沸点组分加后进入加压精馏塔加压精馏塔顶的气相进入

31、冷凝蒸发器利用加压精馏塔和常压精馏塔塔顶塔底的温差为常压塔塔底提供热源同时对加压塔塔气相冷凝冷凝后的精甲醇进入回流罐一局部为加压塔回流一局部作为精甲醇产品出装置加压塔塔底的甲醇高沸组分水等进入常压塔常压塔塔顶馏出精甲醇产品在进料板下方设置侧线抽出抽出物主要为甲醇水和高沸点组分进入甲醇回收塔再回收甲醇塔底废水进入生化系统处理回收塔设有侧线抽出主要抽出物为高沸点醇类以保证回收塔塔顶精甲醇质量和塔底废水中总醇含量要求塔底废水送生化处理com程的选择 甲醇精馏的目的是实现甲醇与水及有机物等杂质的别离生产出合格的精甲醇产品在甲醇精馏流程的选择上往往以规模的大小来确定装置通常年产4万吨以下 包括4万 吨

32、的甲醇装置选择二塔流程年产4万吨以上的采用三塔流程所谓二塔流程是指只有预塔和主精馏塔的装置三塔是指有预塔加压塔和常压塔 三塔流程实际上是将二塔流程中的主精馏塔分成了加压塔和常压塔无论是二塔还是三塔流程其预塔的作用都是除去溶解在粗甲醇中的气体及低沸点杂质等其它塔的作用是脱除甲醇中的水和重组分三塔流程 比二塔流程复杂投资大操作难度大但突出的优点是能耗小操作费用低因为从加压塔出来的055 MPa和 121的甲醇蒸汽不象二塔流程中主精馏塔出来的蒸汽直接冷凝而是作为常压塔的精馏热源来充分利用本设计甲醇的年生产能力是30万吨 选用了三塔流程 com 三塔精馏系统的优点 1 产品质量高 双塔精馏生产的精甲醇

33、产品中乙醇和有机物杂质含量只能控制在一定范围根据粗甲醇质量的不同精甲醇中乙醇的含量约为100600mgkg三塔精馏生产的精甲醇质量一般能够到达美国AA级标准其中的乙醇质量分数只有8010 -5左右 2 节能降耗 蒸汽和循环水消耗低主要在于 1 两塔精馏预塔再沸器主塔再沸器和预塔预热器均需蒸汽提热源三塔精馏的常压塔再沸器 主塔再沸器 的热源不再是蒸汽而是用来自加压塔顶121甲醇饱蒸气经液化放出的潜热供常压塔 2 粗醇预热器 塔预热器 的加热源不再直接利用蒸汽加热而是用脱醚塔再沸器 预塔再沸器 和加压塔再沸器蒸冷凝液将粗甲醇加热到饱和温度因此蒸汽消耗低随之循环水用量减少按吨精甲醇消耗计蒸汽塔精馏为

34、09 13 t 两塔精馏为15 18 t 循环水三塔精馏为60 80 m3两塔精馏为 150 180 m3com馏操作的因素与调节如果将三个平衡作为精馏操作的根底温度的控制视为维持平衡的主要信号那么除了设备问题以外经常影响精馏操作的主要因素是进料状况 组成流量状态等 回流比 包括热负荷 和物料的采出量实际上一个因素的变化常常牵涉到其他一些因素同时发生变动要详细讨论这些问题是比拟复杂的现只能就在正常工艺条件下单独讨论某一因素变化的情况下面仍讨论主精馏塔有关精馏操作的几个重要操作因素1 进料状态精馏塔的进料 含水甲醇 当进料状况发生变化 回流比塔顶精馏产物的组成固定 时这直接影响到提馏段回流量的改

35、变进料板的位置也随着改变将引起理论板数和精馏段提馏段塔板数分配的改变对于固定迸料状况的精馏塔来说进料状况的改变将会影响到产品质量及损失情况的改变2 回流比回流比对精馏塔操作影响很大直接关系着培内各层扳上的物料浓度的改变和温度的分布最终反映在塔的别离效率上是重要的操作参数之一一般情况下选取适宜回流比为最小回比的132倍两塔甲醇精馏甲醇主精馏塔的回流比为2025 也com 其调节的依据是根据塔的负荷和精甲醇的质量当塔的负荷较低时可以取较低的回流比比拟经济为保证精甲醇的质量精馏段灵敏板的温度可以控制的略低反之那么增大回流比在照顾精甲醇质量的同时为保持塔釜温度灵敏板温度可控制略高对粗甲醇精馏回流比过大

36、或过小都会影响精馏操作的经济性和精甲醇的质量一般在正常生产条件受到破坏或产品不合格时才调节回流比调节后尽可能保持塔釜的加热量稳定使回流比稳定在调节回流的同时要注意板式塔的操作特点防止液泛和严重漏液都将会造成塔内操作温度的混乱当改变回流比时由于操作的变动必然特引起塔内每层板上浓度 组成 和温度的改变影响甲醇的质量和甲醇的收率必须通过调节控制塔内适宜的温度到达新的平衡在粗甲醇含量和产量确定的条件下甲醇精馏系统正确的设计十分关键3 进料量和组成甲醇精馏塔进科量和组成改变时都会破坏塔内物料平衡和气液平衡引起塔温的波动如不及时调节将会导致精甲醇的质量不合格或者增加甲醇的损失随着进料量的调节各层塔板上的气

37、液组成重新分配可以控制一定的灵敏板温度与之相适应粗甲醇的组成一般是比拟稳定的只是在合成催化剂使用的前后期随着反响温度的升高而变化较大但是预精馏后的含水甲醇中甲醇浓度总会有些小幅度波动不管是其中甲醇浓度增加或降低都会造成塔内物料不平衡形成轻组分下降或重组分上升引起塔釜温度降低或塔项温度升高加大了甲醇损失或降低了精甲醇的质量这时在回流比仍属适宜的情况下只需对精甲醇的采出量稍作调节就可到达塔温稳定物料和气液又趋平衡如果粗甲醇的组分变化较大时那么需适当改变其进料板的位置或是改变回流比才保证粗甲醇的别离效率当合成催化剂后期生产的粗甲醇进行蒸馏时有时为确保精甲醇的质量以保证精馏塔进料位置降低同时适当加大回

38、流比如前所述对粗甲醇精馏塔的操作概念可以概括如下在稳定塔压的前提下采用在较高蒸汽速度 负荷 下操作既提高传质效果又最经济选择适宜的回流比降低能量消耗一般在进料稳定和变化缓慢的情况下通过经常性小量调节精甲醇和重组分的采出量以保持塔温的合理分布和稳定维持好塔内三个平衡使产品甲醇到达质量指标同时回收副产品重组分并尽最大可能降低残液中有机物的含量13 本课题来源及思路近几年全球甲醇需求量不断上升2000年全球甲醇生产能力为3803万吨需求量为3020万吨预计到2005年产能将达4294万吨需求量为3481万吨到2021年世界甲醇产能将达5099万吨需求量为4226万吨美国西欧亚洲甲醇供不应求主要依赖进

39、口解决国内甲醇工程也在不断上马10万吨甲醇在规模上已远远落后于新工程的规模以往的设计资料有的设计院还在沿用以往已用的设计资料或是对于需要新建设规模大的工程设计上无从下手造成了大规模甲醇设计根底研究和设计资料不完善的状况本论文即以完善大规模甲醇工艺设计并作应用根底研究为目的对具有不同特点的工艺进行分析和理论总结对流程加以改良提高产品质量提高装置的能力本论文的主要研究内容包括以下几个方面1 建立单元操作模型根据甲醇物系的特点选择适宜的热力学方程并根据实际情况进行修改利用流程模拟软件Aspen实现对甲醇精馏系统的全流程模拟建立物料平衡和能量平衡确定各主要设备的操作参数2 利用所建立的单元操作模型对不

40、同的甲醇精制系统做详细的分析用模拟软件进行模拟考察不同的工艺流程的特点以及别离效果和能耗指标3 考察甲醇精馏系统的模拟计算结果并进行更深入的讨论开发新的甲醇精馏系统流程4 从建立甲醇精馏系统工艺包的高度对甲醇精馏系统的设备因素加以考虑选择适宜的塔设备以及相应的塔内件等等并对塔内压降进行计算使之满足设计需要第二章 物料衡算21操作条件原料为粗甲醇成份及含量如下表 附表21粗甲醇组成成分含量wtN2和Ar002CO2169CH3OH9029CH3OCH3020C2H5OH015C4H9OH015H2O750合计100注精馏工段产品为精甲醇其甲醇含量不小于9995 重量百分含量 22 物料衡算按年3

41、0万吨精甲醇计算而粗甲醇中含甲醇量为9029年工作日按330天计那么精甲醇每日每小时产量为 909吨日 3788吨时 378788Kgh每小时所需粗甲醇的量 419524Kghcom 预塔物料衡算图2-1入料以小时计 粗甲醇419524 Kgh通过各组分质量分数计算各组分的量Mi M总Wt例CO2的量 419524169 709 Kgh 依此计算其它组分的量列表如下 表2-2组分CO2 CH3OHCH3OCH3 C2H5OH C4H9OHH2O N2Ar百分数169902902015 015 75002组分量Kgh7093787888396296293146484一般来说 粗甲醇进入预塔的水含

42、量在20左右为最正确本设计采用水含量11那么设加水为m th m31464 41952m 11得 m 1650故加软水的量为1650 th碱液每吨精甲醇耗0811 Kg 92的NaOH那么耗5碱液量 0565 th塔顶出料表2-3组分CH3OCH3N2ArCO2组分量Kgh83984709塔釜出料表2-4组分甲醇乙醇丁醇水软水组分量Kgh37878862962931464310 出料总计 8398470937878862962931464310 422624Kgh 其中汽相8013Kgh 液相414611Kgcom 加压塔的物料衡算因为碱液和软水最终以废液排出对物料衡算没有影响这里就不参加计算

43、 入料 表2-5组分CH3OHC2H5OHC4H9OHH2O组分量Kgh37878862962934564那么粗甲醇的水溶液为414611Kgh进料各物料的质量分数表2-6组分CH3OHC2H5OHC4H9OHH2O质量分数9159015015811塔顶出料的质量分数 甲醇 100塔釜出料的质量分数表2-7组分CH3OHC2H5OHC4H9OHH2O质量分数8566027027138以甲醇为关键组分进行物料衡算F D W F XF W XW D XD 带入数据可得 414611 D W 4146119159 W8566D100 那么计算可得D 1714535Kgh所以塔顶出料D为1714535

44、 Kgh塔釜出料 W 414611 1714535 2431575 Kgh 塔釜出料表2-8组分CH3OHC2H5OHC4H9OHH2O组分量Kgh208288765656565335558com 常压塔物料衡算加压塔塔釜出料即为常压塔进料常压塔塔顶出料的质量分数 甲醇 100常压塔塔釜出料的质量分数 水 100常压塔侧线出料的质量分数 表2-9组分CH3OHC2H5OHC4H9OHH2O质量分数6062457545753023因为 VYS1 LXSD1XD1D2XD2 V LD1D2 以甲醇为关键组分进行物料衡算 2082887 L0D1100D26062 2431575 LD1D2 以水为关键组分进行物料衡算 335558 L100D10D23023 联立 计算可得 D2 143503 Kgh D1 1995896 Kgh L 292176 Kgh 常压塔塔顶出料