万吨煤制甲醇精馏工艺设计课程设计Word文档格式.docx
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甲醇精馏流程发展..........................................
-7-
工艺流程概括..........................................
典型的工艺流程........................................
影响精馏操作的要素与调理.............................
-10-
第二章甲醇精馏工段物料衡算...................................
-11-
2.1
甲醇精馏原理.............................................
预精馏塔的作用.......................................
-12-
加碱对甲醇精馏的改良.................................
萃取精馏在甲醇精馏中的应用...........................
回流比的选择.........................................
-13-
2.2
四塔精馏工段工艺的物料衡算...............................
甲醇精馏工段物料衡算任务.............................
甲醇精馏工段物料衡算计算原理
[18]
.......................
甲醇精馏工段物料衡算.................................
-14-
第三章常压塔冷却器的设计.....................................
-18-
3.1
确立设计方案.............................................
3.2
确立物性数据[18]...........................................
计算总传热系数.......................................
-19-
工艺构造尺寸.........................................
-20-
折流板...............................................
-21-
接收.................................................
3.3
换热器核算...............................................
-22-
3.4
确立折流挡板形状和尺寸...................................
-25-
3.5
波形膨胀节...............................................
3.6
设施主要附件的选择[17]....................................
-26-
接收及法兰的选型....................................
左管板的选型........................................
-27-
换热管的选择........................................
-28-
左管箱短节的选择.....................................
-29-
左管箱封头的选择....................................
左管箱隔板的选择....................................
左管箱法兰和密封垫片的选型..........................
右管板..............................................
-30-
右管箱设计.........................................
鞍座的选型.........................................
3.7设计结果一览表..........................................
-31-
第四章结论...................................................
参照文件......................................................
-32-
致
谢........................................................
-34-
前言
甲醇是重要的有机基本产品，用途特别宽泛。
甲醇的产质量量、能耗指标是甲醇精馏系统的重点要素。
甲醇精馏工艺对整个甲醇生产流程的生产能力、产质量量、能源耗费与原料耗费、环境保护都有重要影响。
精馏过程占总能耗的很大多半，甲醇生产能耗此中约60%就用于精馏过程。
精馏投资约占项目总投资的30%-40%。
要研究和开发一种新工艺，传统的方法是先进行实验，再经过小试、中试、工业规模生产等等逐级放大的过程，周期长，投资大。
应用流程模拟软件，对工艺流程进行模拟，则很简单实现对流程的观察，能够改良工艺流程部署，优化工艺操作参数，只需选择的模型及热力学方法适合，模拟结果是相当靠谱的，能够用来指导生产，或许为装置改造以及新装置的设计供给基础数据。
国内一些甲醇生产装置，甲醇精馏能耗较高、产品收率较低、甚至一些装置的甲醇产质量量较差。
同时，国内甲醇产能的扩充很快速，可是当前新项目设计仍是沿袭过去设计为主、没有足够的甲醇精馏系统设计应用理论研究基础。
所以，对甲醇精馏工艺作系统的研究关于甲醇精馏系统的合理设计、经过设施改造和调整工艺来降低甲醇精馏的能耗、提升甲醇产质量量和收率有突出的现实意义。
现本文经过查阅国内外文件和实质生产中的工艺资料，利用流程模拟软件，使用专有的物性热力学包模拟计算了四塔甲醇精馏工艺流程，并和实质的工艺数据进行了对照，同时对惯例甲醇精馏工艺的不一样流程的设计参数和操作参数进行了总结和剖析，提出了甲醇精馏系统的工艺设计原则和设施设计原则。
在此基础之上关于甲醇精馏系统提出了新的改良流程和崭新流程的开发。
关于甲醇工业的发展拥有重要的意义。
因为自己水平有限，文章中有不当之处还望老师责备指正。
第一章文件综述
1.1研究背景
1.1.1课题的提出
粗甲醇中含有多种有机杂质和水分，需要精制。
精制过程包含精馏与化学办理。
化
学办理主要用碱损坏在精馏过程中难以分别的杂质，并调理pH。
精馏主假如除掉易挥发
[1]
在确立粗甲醇精馏的工艺流程时，应付生产过程中能耗、自动化程度、精甲醇质量要求等进行综合考虑，合理选择适合的精馏方法。
甲醇精馏过程的物耗与粗甲醇质量关系很大，跟着甲醇合成条件改良，甲醇精馏工艺出现了较大变化。
依据甲醇质量要求不
同，甲醇精馏可分为一塔流程、双塔流程和三塔流程。
此外，ICI企业上世纪80年月末为节俭能耗，还将双塔流程改为四塔流程。
现本文经过查阅国内外文件和实质生产中的工艺资料，利用流程模拟软件，使用专有的物性热力学模拟计算了四塔甲醇精馏工艺流程，并和实质的工艺数据进行了对照，同时对常
规甲醇精馏工艺的不一样流程的设计参数和操作参数进行了总结和剖析，提出了甲醇精馏系统的工艺设计原则和设施设计原则。
研究目标
本论文的研究目标是：
甲醇精馏工段进行初步设计
（1）经过热力学原理对甲醇精馏工段的工艺流程进行选择，进行物料衡算和能量
衡算；
（3）依据换热器的热力计算、流动计算、构造计算和强度设计，对调热器进行合
理的选型；
（4）利用AutoCAD软件，绘制甲醇精馏工段的物料流程图、带控制点的工艺流程
图、冷却器的设施图、0.000平面的精馏工段设施部署图。
1.2甲醇的简介
纯甲醇为无色透明略带乙醇气味的易挥发液体，沸点65℃，熔点-97.8℃，和水相对密度0.7915。
甲醇能和水以随意比互溶，但不形成共沸物，能和多半常用的有机溶剂（乙醇、乙醚、丙酮、苯等）混溶，并形成恒沸混淆物。
甲醇剧毒，内服10ml有失明危
险，
30ml
能致使人死亡，空气中同意最高甲醇蒸汽浓度为
0.05mg/h。
易焚烧，其蒸汽
能和空气形成爆炸性混淆物，爆炸极限
6.0～36.5%（体积）
[2]
。
甲醇拥有上述多种重要的物理化学性质，使它在很多工业部门获取宽泛的用途，特别是因为能源构造的改变，和C化学工业的发展，甲醇的很多重要的工业用途正在研究
开发中。
比如甲醇能够裂解制氢，用于燃料电池，日趋惹人注视。
甲醇经过ZMS-5分子
筛催化剂转变为汽油已经工业化为固体燃料转变为液体燃料开拓了捷径。
甲醇加一氧化碳加氢能够合成乙醇。
又如甲醇能够裂解制烯烃。
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构造的改变，拥有重要意义。
甲醇化工的新领域不停地被开发出来其广度和深度正在发生深刻的变化。
1.3甲醇精馏流程发展
工艺流程概括
惯例甲醇精制流程能够分为两大多半，第一部分是预精馏部分，另一部分是主精馏
部分。
预精馏部分除了对粗甲醇进行萃取精馏脱出某些烷烃的作用以外，此外的还能够
脱除二甲醚，和其余轻组分有机杂质。
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[3]。
甲醇市场竞争特别强烈，特别是最近几年来，跟着甲醇精馏技术的进步和计算机在该领域的宽泛应用，老的工艺装置因为能耗过高，在市场竞争力降落，技术更新和技术进步成为必走之路。
典型的工艺流程
甲醇精馏产生工艺有多种，分为单塔精馏，双塔精馏，三塔精馏与四塔精馏[4]。
（1）单塔流程描绘
单塔流程（见图1.1）为粗甲醇产品经过一个塔就能够采出产品。
粗甲醇塔中部加料口送入，轻组分由塔顶排出，高沸点的重组分在进料板以下若塔板处引出，水从塔底
排出，产品甲醇在塔顶以下若干块塔板引出。
DIFEIWU
JJIACHUN
CJIACHUN
DANTA
GAOFEIWU
SHUI
图1.1甲醇精馏工艺的单塔流程（aspen模拟图）
（2）双塔流程描绘[5]
从合成工序来的粗甲醇入预精馏塔，此塔为常压操作。
为了提升预精馏塔后甲醇的
稳固性，并尽可能回收甲醇，塔顶采纳两级冷凝。
塔顶经部分冷凝后的大多半甲醇、水
及少许杂质留在液相作为回流返回塔，二甲醚等轻组分（初馏分）及少许的甲醇、水由塔
顶逸出，塔底含水甲醇则由泵送至主精馏塔。
主精馏塔操作压力稍高于预精馏塔，但也
能够以为是常压操作，塔顶获取精甲醇产品，塔底含微量甲醇及其余重组分的水送往水
办理系统（见图1.2）。
QZHUFEN
JJIACHUN
YUTA
CJIACHUNZHUTA
ZZHUFEN
3
BEN
FEISHUI
图1.2甲醇精馏工艺的双塔流程
（3）三塔流程描绘
从合成工序来的粗甲醇入预精馏塔，在塔顶除掉轻组分及不凝气，塔底含水甲醇由
泵送加压塔。
加压塔操作压力为57bar（G），塔顶甲醇蒸气全凝后，部分作为回流经回流
泵返回塔顶，其余作为精甲醇产品送产品储槽，塔底含水甲醇则进常压塔。
相同，常压
塔塔顶出的精甲醇一部分作为回流，一部分与加压塔产品混淆进入甲醇产品储槽。
三塔
流程（见图1.3）的主要特色是，加压塔塔顶冷凝潜热用作常压塔塔釜再沸器的热源，
[6]
这样既节俭加热蒸汽，还节俭冷却水，达到节能的目的。
SHZHQITI
SHANZHEN
YUTADIN
JIAYADIN
SHUI-HL
B19
SHZHYE
JIAYATA
CHYATA
CJIACHUNYUTA
CHYAJIN
GFEIWU
JIAYAJIN
JIAYADI
B16
YUTADI
FEISHUI
图1.3甲醇精馏工艺的三塔流程
（4）四塔流程描绘
四塔流程（见图1.4）包含预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔和甲醇回收塔。
粗
甲醇经换热后进入预精馏塔，脱除轻组分后（主要为不凝气、二甲醚等），塔底甲醇及高
沸点组分加压后进入加压精馏塔；
加压精馏塔顶的气相进入冷凝蒸发器，利用加压精馏
塔和常压精馏塔塔顶、塔底的温差，为常压塔塔底供给热源，同时对加压塔塔顶气相冷
凝。
冷凝后的精甲醇进入回流罐，一部分作为加压塔回流，一部分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，进入甲回收塔再回收甲
醇，塔底废水进入生化系统办理；
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，塔底废水送生化办理。
DFEIWU
SHANZHE
JJIACH3
JJIACH1
JJIACH2
B3
JIAYATA
CHYA
YUTA
HS
B2
CHYA-HS
B1
39
FEISHUI1
FEISHUI2
图1.4甲醇精馏工艺的四塔流程
影响精馏操作的要素与调理
（1）进料状态[7]
精馏塔的进料（含水甲醇）:
当进料状况发生变化（回流比、塔顶精馏产物的构成固定）
时，这直接影响到提馏段回流量的改变，进料板的地点也跟着改变，将惹起理论板数和
精馏段、提馏段塔板数分派的改变。
关于固定进料状况的精馏塔来说，进料状况的改变，将会影响到产质量量及损失状况的改变。
（2）回流比
回流比对精馏塔操作影响很大，直接关系着塔内各层扳上的物料浓度的改变和温度
的散布。
最后反应在塔的分别效率上，是重要的操作参数之一。
一般状况下，选用适合回流比为最小回流比的1.3～2倍。
两塔甲醇精馏甲醇主精馏塔的回流比为2.0～2.5。
其调理的依照是依据塔的负荷和精甲醇的质量。
当塔的热负荷较低时，能够取较低的回流比比较经济，为保证精甲醇的质量，精馏段敏捷板的温度能够控制的略低;
反之，则增大回流比，在照料精甲醇质量
的同时，为保持塔釜温度，敏捷板温度可控制略高。
对粗甲醇精馏，回流比过大或过小，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遇到损坏或产品不合格时，才调理回流比;
调理后尽可能保持塔釜的加热量稳固，使回流比稳固。
在调理回
流的同时，要注意板式塔的操作特色，防备液泛和严重漏液，都将会造成塔内操作温度
的杂乱。
当改变回流比时，因为操作的改动，必定会惹起塔内每层板上浓度（构成）和温度的改变，影响甲醇的质量和甲醇的收率，一定经过调理，控制塔内适合的温度，达到新的
均衡，在粗甲醇含量和产量确立的条件下，甲醇精馏系统正确的设计十分重点。
（3）进料量和构成
甲醇精馏塔进科量和构成改变时，都会损坏塔内物料均衡随和液均衡，惹起塔温的颠簸，如不实时调理，将会致使精甲醇的质量不合格或许增添甲醇的损失。
跟着进料量的调理，各层塔板上的气液构成从头分派，能够控制必定的敏捷板温度与之相适应。
粗甲醇的构成一般是比较稳固的，不过在合成催化剂使用的前后期跟着反响温度的高升而变化较大。
可是预精馏后的含水甲醇中，甲醇浓度总会有些小幅度颠簸。
无论是此中甲醇浓度增添或降低，都会造成塔内物料不均衡，形成轻组分降落或重组分上涨，惹起塔釜温度降低或塔项温度高升，加大了甲醇损失或降低了精甲醇的质量。
这时，在回流比仍属适合的状况下，只需对精甲醇的采出量稍作调理，便可达到塔温稳固，物料随和液又趋均衡;
假如粗甲醇的组分变化较大时，则需适合改变其进料板的地点，或是改变回流比，才保证粗甲醇的分别效率。
当合成催化剂后期生产的粗甲醇进行蒸馏时，有时为保证精甲醇的质量，以保证精馏塔进料地点降低，同时适合加大回流比。
如前所述，对粗甲醇精馏塔的操作看法，能够归纳以下:
在稳固塔压的前提下，采纳在较高蒸汽速度（负荷）下操作，既提升传质成效又最经济;
选择适合的回流比，降低能量耗费;
一般在进料稳固和变化迟缓的状况下，经过常常性小量调理精甲醇和重组分的采出量，以保持塔温的合理散布和稳固，保持好塔内三个均衡，使产品甲醇达到质量指标，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。
第二章甲醇精馏工段物料衡算
2.1甲醇精馏原理
甲醇精馏的目的，是实现甲醇与水及有机物等杂质的分别，生产出合格的精甲醇产
品。
本课题研究四塔甲醇精馏工段工艺，,包含预精馏塔、加压塔、常压塔以及回收塔。
粗甲醇经换热后进入预精馏塔,脱除轻组分后,塔底甲醇及高沸点组分经过泵提压后送
入加压塔,加压塔顶部出来的气体进入常压塔再沸器换热后,再以回流的方式所有返回加压塔,从加压塔塔顶第2块填料地点采出产品,加压塔塔釜液送入常压塔,常压塔塔顶
馏出精甲醇产品,塔釜液送入汽提塔办理,常压塔提馏段侧线采出杂醇油送往回收塔办理,回收塔塔釜液与来自常压塔塔釜液一并送往汽提塔办理。
预精馏塔的作用
预塔精馏的主要作用是脱除粗甲醇中的低沸点杂质和可与甲醇形成共沸物的杂质，它们一般由二氧化碳、醚类、胺类、烃类、酯类、醛酮类物质构成。
二氧化碳、醚类、胺类等低沸物可随不凝气一同放空。
对预塔的作用国内外有不一样的见解,主要有两种看法:
一种以为预塔对保证甲醇的质量有重要作用,外国多半持这种看法,它们的预塔比较高。
国内亦有许多厂家的预塔较高,如大庆、吉林、兰州、太原等化肥厂,以及80年月末、90年月初投建的小联醇厂;
另一种看法以为铜基触媒的选择性好,粗甲醇中杂质少,预塔高度不用太高,甚至将预塔冷凝器直接垂直安置在塔顶,回流量没有计量,初期的小联醇就是这样[14]。
加碱对甲醇精馏的改良
利用NaOH办理在精馏过程中难以分别的杂质，比如粗甲醇中的酸类、酯类等，使
其生成较简单被脱出的盐。
粗甲醇中含有的有机酸，对设施，管道腐化厉害，经过碱的
中和作用，减少了腐化，延伸了设施、管道的使用寿命。
比如羧酸与NaOH反响生成羧
酸钠：
RCOOH+NaOH→RCOONa+H2
还调理了粗甲醇的pH值。
在碱存在下，酯发生皂化反响，生成羧酸盐：
RCOOR’+NaOH→RCOONa+R’OH
羧酸钠溶于水，易于分别。
加碱办理使得一些难分别的杂质，在预精馏塔分解
[15]。
萃取精馏在甲醇精馏中的应用
粗甲醇中的一些烃类、酯类杂质，它们常温下与甲醇混溶，但不溶或难溶于水。
这
些醇溶性杂质对精甲醇水溶性特别敏感，只需甲醇中残余几十g/m3，其水溶液就会浑浊，
达不到精甲醇水溶性的要求。
又因为杂质密度与甲醇密度差距较大，杂质多时也简单造
成精甲醇密度指标不合格。
这种物质的沸点较高，且易与甲醇形成低于甲醇沸点的共沸
物，主要集中在预塔塔顶而大批进入二级冷凝器回流液。
这种物质如不在回流液中脱除，
就会造成预塔塔釜出料杂质多，影响精甲醇的质量。
脱除这些杂质的方法主假如利用其
不溶于水的特征。
在预塔加入萃取水可提升醛、酮类物质的相对挥发度，进而使其从
塔顶采出。
[16]
回流比的选择
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
一般状况下，选用适合回流比为
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