年产6万吨甲醇工艺设计合成工段毕业设计.docx
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年产6万吨甲醇工艺设计合成工段毕业设计
毕业设计
年产6万吨甲醇工艺设计合成工段
引言
本文的设计的课题是年产量为五万吨甲醇工艺的合成工段，针对课题进行设计，计算，设备选型，CAD出图等过程的研究。
甲醇是极为重要的有机化工原料，在化工、医药、轻工、纺织及运输等行业都有广泛的应用，其衍生物产品发展前景广阔。
总体上说，世界甲醇工业从90年代开始经历了1991-1998的供需平衡，1998-1999的供大于求，从2000年初至今的供求基本平衡三个基本阶段。
我国的甲醇工业经过十几年的发展，生产能力也得到了很大提高。
本文是采用AspenPlus软件对甲醇工艺进行模拟和探究，首先从甲醇的用途和甲醇的市场入手阐明甲醇的重要性。
本文介绍了甲醇工业的发展历程。
针对目前甲醇的生产已经非常成熟的情况和国内外甲醇生产工艺的分析，本设计采用低压鲁奇法进行甲醇合成，采用国内广泛使用的C301型铜基催化剂，精馏部分采用三塔流程，一个预精馏塔和两个主精馏塔。
根据现实情况和地理环境对厂址进行选择，最终定为大连石油化工厂附近。
文中介绍了甲醇工艺模拟参数的选取方法，及其如何运用灵敏度分析主要设备，确定最佳的操作条件。
运用AspenPlus对整个工艺进行了完整的模拟并针对每个设备进行了分别的设备计算。
根据国标150，国标151和AspenPlus的设备计算结果对压力容器，换热器等设备进行了选型。
在计算换热器的过程中，分别根据管壳式换热器标准JB/4714，JB/4715，JB/4716对每个换热器进行了确定。
根据国家安全标准，对非工艺条件中的环境，安全，贮存，运输方面进行了确定。
本文还运用CAD软件，绘制带控制点的甲醇工艺流程图，根据设备计算和设备的选型结果，根据厂址的选择环境，对工厂主要设备进行了平立面布置图的绘制。
换热器针对的是换热器E301，它采用的是管壳式换热器,严格意义上讲是一个浮头式换热器,原因是物料前后温差较大,所以选取浮头式换热器。
它的主要作用就是运用物料与产品间的换热来达到冷却和加热的作用。
模拟时应先用简捷法模型设定一个传热系数，确定热物流的出口温度，模拟得到换热面积。
然后查阅国标，对换热器进行选型，应用严格法进行模拟，得到总传热系数和实际的换热面积，再加以校核，确定最后的换热器的型号。
塔设备针对加压精馏塔，它采用F1型重阀型浮阀塔，起初先通过简捷法进行Aspen模拟，进而确定分离要求，通过分离要求来确定大致的塔板数，进行严格法的Aspen模拟，通过灵敏度分析选取合适的摩尔回流比、塔板数以及进料位置，最后进行塔设备的计算。
全文最后根据对整个设计过程的制作，最终得出了设计结果，制作了设备一览表，设计结论等一系列总结性的结论。
文献综述
一.1甲醇性质简介
一.1.1物理性质
甲醇是最简单的饱和一元醇，俗称“木精”、“木醇”，其分子式为CH3OH，分子量为32.04。
常温常压下，纯甲醇是无色透明、易燃、极易挥发且略带醇香味、刺激性气味的有毒液体。
甲醇能和水以任意比互溶，但不形成共沸物，能和多数常用的有机溶剂（乙醇、乙醚、丙酮、苯等）混溶，并形成恒沸点混合物。
甲醇能和一些盐如CaCl2、MgCl2等形成结晶化合物，称为结晶醇，如CaCl2?
CH3OH、MgCl2?
6CH3OH，和盐的结晶水合物类似。
甲醇能溶解多种树脂，但不能与脂肪烃类化合物互溶。
甲醇水溶液的密度随甲醇浓度和温度的增加而减小；甲醇水溶液的沸点随液相中甲醇浓度的增加而降低。
甲醇蒸汽和空气混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起爆炸。
甲醇燃烧时无烟，其燃烧时显蓝色火焰。
与氧化剂接触发生化学反应或引起燃烧。
在火场中，受热的容器有爆炸危险，其蒸汽比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引起回燃，属危险性类别；试剂甲醇常密封保存在棕色瓶中置于较冷处。
甲醇有很强的毒性，口服5～10ml可以引起严重中毒，10ml以上造成失明，30ml以上可致人死亡。
甲醇属神经和血液毒物，它可以通过消化道、呼吸道和皮肤等途径进入人体，对中枢神经系统有麻醉作用；对视神经和视网膜有特殊选择作用，引起病变；可导致代谢性酸中毒，故空气中甲醇蒸汽的最高允许浓度为操作区5mg/m3，居民区0.5mg/m3。
甲醇在常温下无腐蚀性，但对于铅、铝例外。
表1甲醇物性参数表
项目
单位
数值
项目
单位
数值
沸点（1.013×105Pa）
℃
64.5～64.7
凝固点
℃
-97～-97.8
临界压力
MPa
7.95
临界温度
℃
240
爆炸上限
%
36.5
爆炸下限
%
6
最小点火能量
MJ
0.216
相对分子量
1
32.04
表2甲醇饱和蒸汽温度与压力平衡表（1mmHg=133.322Pa）
温度℃
蒸汽压mmHg
温度℃
蒸汽压mmHg
温度℃
蒸汽压mmHg
-67.4
0.102
20
96
130
6242
-60.4
0.212
30
160
140
8071
-54.5
0.378
40
260.5
150
10336
-48.1
0.702
50
406
160
13027
-44.4
0.982
60
625
170
16292
-44
1
64.7
760
180
20089
-40
2
70
927
190
24615
-30
4
80
1341
200
29787
-20
8
90
1897
210
35770
-10
15.5
100
2621
220
42573
0
29.6
110
3561
230
50414
10
54.7
120
4751
240
59660
一.1.2化学性质
甲醇不具酸性，也不具碱性，对酚酞和石蕊均呈中性。
一.2甲醇工业发展前景
一.2.1世界甲醇工业的发展
总体上说，世界甲醇工业从90年代开始经历了1991-1998的供需平衡，1998-1999的供大于求，从2000年初至今的供求基本平衡三个基本阶段。
据NexantChenSystems公司的最新统计，全球2004年甲醇生产能力为4226.5万t/a以下是最近几年的甲醇需求统计。
表1.1全球主要地区甲醇消费构成
2001年
2002年
2003年
2004年
按用途分
甲醛
940（31）
970（32）
1010（32）
1050（33）
MTBE
830（28）
810（26）
780（25）
760（22）
（其中美国）
470（16）
430（14）
340（11）
270（8）
醋酸
270（9）
290（9）
300（10）
310（10）
MMA
90（3）
90（3）
100（3）
100（3）
其他
880（29）
900（29）
930（30）
970（30）
需求合计
3020（100）
3060（100）
3100（100）
3180（100）
按地区分
亚洲
920（30）
940（31）
990（32）
1040（33）
北美
1000（33）
1000（33）
980（31）
970（31）
西欧
630（21）
640（21）
650（21）
670（21）
其他
470（16）
480（16）
490（16）
500（16）
需求合计
3020（100）
3060（100）
3110（100）
3180（100）
从上表可以看出，到2004年为止，甲醇仍主要用于制造甲醛和MTBE。
用于制造甲醛的甲醇用量随年份成增长趋势，而MTBE的需求量则逐年降低。
亚洲需求量增长比较迅速，与此相反，北美地区需求则在减少。
一.2.2我国甲醇工业发展
我国的甲醇工业经过十几年的发展，生产能力得到了很大提高。
1991年，我国的生产能力仅为70万吨，截止2004年底，我国甲醇产能已达740万吨，117家生产企业共生产甲醇440.65万吨，2005年甲醇产量达到500万吨，比2004年增长22.2%，进口量99.1万吨，因此下降3.1%。
一.3甲醇下游产品
甲醇的下游产品大致有：
甲醛、冰醋酸、二甲醚（DME）、MTBE、二甲基甲酰胺（DMF）、甲胺、甲酸甲酯、甲烷氯化物（CMS）、乙二醇、碳酸二甲酯（DMC）、硫酸二甲酯、甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇（PVA）、对苯二甲酸二甲酯（DMT）、二甲基亚砜（DMSO）、MTO/MTP、甲醇蛋白、合成橡胶、甲醇燃料、燃料电池等。
直接产品有：
甲醛、冰醋酸、二甲醚（DME）、MTBE、甲胺、甲酸甲酯、甲烷氯化物（CMS）、碳酸二甲酯（DMC）、硫酸二甲酯、二甲基亚砜（DMSO）、MTO/MTP、甲醇蛋白
甲醛
甲醛是甲醇最重要的下游产品之一，也是最重要的基本有机化工原料之一。
它最大的用途是生产酚醛树脂、黏合剂及其它有机化学品。
近年来，随着我国经济建设的迅速发展，甲醛产量每年以4.5％的速度增长，年需原料甲醇100万吨以上。
为满足化工市场的需求，应大力开发以甲醇为原料的生产甲醛的新工艺，以满足优质工程塑料（酚醛树脂）和乌洛托品等合成的需要。
冰醋酸
我国醋酸生产主要有羰化法、乙烯法及乙醇法，根据全国醋酸行业协作组提供的数据显示，2005年我国甲醇羰基合成法制醋酸产能约为90万t，产量76.6万t，消耗甲醇49万t；2006年产能约为140万t，产量118.3万t，消耗甲醇76万t。
2010年我国羰基法醋酸产能可达到705万t。
若开工率按85%计，届时羰基法醋酸产量将达到378万～600万t吨。
按生产1吨醋酸需要0.6t甲醇计算，则需要消耗甲醇227万～360万t。
二甲醚（DME）
据统计，到2007为止，我国共有二甲醚生产企业30家，产能合计261万吨/年，产量130万吨。
其中需外购甲醇的共23家，产能合计170.5万吨；自配甲醇装置的共7家，产能合计90.5万吨。
另外，2008年将新增二甲醚产能147.5万吨。
目前国内二甲醚的主要用途是替代LPG、气雾推进剂，其次是作为柴油的主要替代燃料，也作为化工原料，用来生产硫酸二甲酯、聚甲基苯和高纯度氮、N-二甲基苯胺和其他化学物的甲基试剂。
另外，它还作为清洗剂，用于高精密仪器（电子仪器）表面的清洗。
还可作为环保型制冷剂和发泡剂等。
MTBE
异丁烯和甲醇在强酸性阳离子交换树脂作用下生成的甲基叔丁基醚是一种良好的高辛烷值汽油成份。
MTBE主要用作汽油的改性剂添加到汽油中。
由MTBE及MTBE裂解制取高纯异丁烯，生产高技术含量、高附加值、市场前景较好的丁基橡胶、甲基丙烯酸甲酯、聚异丁烯等精细化工产品也被市场看好。
2007年我国MTBE产量估计为170万吨。
甲胺
甲胺是一种重要的脂肪胺，以液氨和甲醇为原料，在催化条件下，通过加压精馏分离不同结构的系列产品（一甲胺、二甲胺、三甲胺），是基本的有机化工原料之一。
目前国内年生产能力为25万吨左右，随着我国DMF的迅速发展，也带动了甲胺特别是二甲胺需求量的不断增加。
一甲胺、二甲胺和三甲胺等都是化学工业、农药、医药及涂料的中间体，有相当大的市场前景。
甲酸甲酯：
甲酸甲酯（MF），又名蚁酸甲酯，是一种用途广泛的低沸点溶剂，可直接用作杀虫剂、杀菌剂和用于处理谷物、水果、干果、烟草的熏蒸剂，可用作合成磺胺和镇咳药的原料。
甲酸甲酯常用作医学、农药和有机合成的中间体，醋酸纤维素的溶剂。
甲酸甲酯有很高的反应活性，由它出发，可制得50多个产物，故被称为万能中间体。
目前MF主要用于生产甲酰胺、二甲基甲酰胺（DMF）、甲酸以及为数众多的高附加值精细化工产品，如：
丙二酸酯系
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